CN1170389C - 在联合检测系统中应用长小区化码的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在联合检测系统中应用长小区化码的方法，当发送方用大于系统最大扩频码16的长小区化码进行加扰，同时接收方仍采用多用户检测技术时的接收信号处理方法。包括：对全部天线单元进行用户信道估计，获得每个天线单元的用户信道估计结果；生成与选择的长小区化码长度有关且与每个天线单元的用户信道估计结果有关的各天线单元的第一中间矩阵；根据第一中间矩阵生成第二中间矩阵和求得其共轭转置矩阵，并根据该第二中间矩阵和其共轭转置矩阵生成第三中间矩阵；对该第三中间矩阵进行Cholesky分解，分解阶数与选择的长小区化码长度有关；根据第三中间矩阵的Cholesky分解结果和经匹配滤波后的接收信号进行解扩运算。整个运算过程的计算量是可以接收的。

Description

在联合检测系统中应用长小区化码的方法

技术领域

本发明涉及使用包含训练序列的码分多址(CDMA)蜂窝移动通信系统，更确切地说是涉及在使用包含训练序列的移动通信系统中，当发送端采用长小区化码时，在接收端采用多用户检测技术的解调方法。

背景技术

在任何蜂窝移动通信系统中，尽可能的利用有限的无线资源，提供更多更好的服务是通信系统追求的目标之一。应用多用户检测技术可以使系统的性能显著提高，系统容量增大。与传统的RAKE接收机相比，采用多用户检测技术几乎可以使频谱利用率提高一倍。

但多用户检测技术的计算量大，大约与用户个数的平方成正比，现有的微处理器及现场可编程逻辑阵列(FPGA)都不可能完成用户个数十分大的计算，因此，在3GPP中，两个明确要使用多用户检测技术的宽带时分复用(WB-TDD)系统与窄带时分复用(NB-TDD)系统中，一个时隙中的最大扩频码(或称扩频系数)的长度为16，支持的最大用户个数也是16，同样，小区间的扰码即小区化码的长度也是16。

在第三代移动通信CDMA TDD标准中设置小区化码的主要目的是克服来自相邻小区的干扰，另一个主要目的是白化相邻小区的信号。它与其它CDMA系统中的长码与短码不同，其它CDMA系统中只使用一个长码与短码，所有用户公用长码与短码，通过不同的相位区别用户与小区。小区化码是各个小区特有的，每个小区只用自己特有的小区化码，如在NB-TDD中共有128个小区化码。

由于小区间用户的扩频码与小区化码的长度都是16位长，这就带来了一个问题，即它们生成的扩频调制码也是16位长。当小区化码有128个(系统可以支持128个小区同时工作)时，每个小区化码与16个WALSH码点乘，共产生16×128＝2048个扩频调制码(扩频调制码是WALSH码与小区化码点乘的结果)，这就意味着系统内总共有2048个16位长的扩频调制码。在这2048个扩频调制码中既要保证有128组正交码(由WALSH码自然保证)，又要保证不同码组间的互相关性好，因而是十分困难的。

在小区化码长度的选择上是有一定讲究的，过短的小区化码十分不利于克服相邻小区之间的干扰，更不可能使信号白噪声化。以NB-TDD系统为例，系统共设计有128个小区化码，但保证不同码组间的互相关性好，是十分困难的。实际上，目前在码组的选择上是存在一定问题的，虽然这些码组之间的互相关性在统计特性上是不错的，但有些码组之间的相关性是非常高的，甚至有些码组之间是完全相关的。如ND-TDD中第1个码组与第126码组：

Code 1	1	1	1	1	1	-1	1	-1	1	-1	-1	1	1	1	-1	-1
																	Code 126	1	1	1	1	-1	1	-1	1	-1	1	1	-1	1	1	-1	-1

点乘WALSH函数，CODE1点乘WALSH12得到的扩频调制码为：

1111-11-11-111-111-1-1

CODE126点乘WALSH0得到的扩频调制码同样为：

1111-11-11-111-111-1-1

由此可见，这两个扩频调制码是完全相同的。这种扩频调制码可以称为系统中的重码。

上述举例表明，由于有些码组之间的相关性非常高，甚至有些码组之间完全相关，相关性非常高和完全相关的码组意味着2048个扩频调制码中有些是重码，重码对一个CDMA系统是十分致命的，尤其是当两个用户在相邻小区工作时被分配了重码，即相邻小区的不同用户使用的是完全相同的16位扩频调制码，仅是中间码(MIDAMBLE)不同。虽然通过中间码可以区分不同的用户，但在解调时，如果用户来自同一方向(对于单天线接收机，无论信号来自于任何方向)，两个用户的强径基本重合时，将不能通过MIDAMBLE区别用户。此外，通过应用智能天线技术与码分配算法也可以在一定程度上抑制这种情况，但毕竟无法完全避免这种情况的出现，一旦出现了用户用相同的扩频调制码进行扩频调制，且在同一时刻到达解调端，会对接收方产生强大的干扰，几乎可以肯定地说，接收方无法正确解调，CDMA扩频增益完全消失，系统无法同频正常工作。

而且，其信号在频带内的幅频特性非常差，远远达不到白噪声化的要求，给解调带来困难。

解决上述问题的方法有三个：一是更换现有的扰码—小区化码，保证2048个扰码中无重码；二是用智能天线技术与码分配算法保证相邻小区无重码被同时应用；三是保持最大扩频码为16，最大支持的用户个数也是16不变，但相邻小区间用长小区化码，如32，64，128等(16的倍数)，来区别不同小区的信号。

第一种方法需要再次寻找小区化码，即使能找到这种扰码，也很难克服码组间各码的固定相关性(因为有些码虽然不是完全相关，但相关程度也可能很高)。

第二种方法，可以在一定程度上避免重码带来的影响，但不能完全消除，同样无法克服其它相关程度较高的码的影响。

第三种方法是一种最彻底的克服相邻小区同频重码的方法，采用长小区化码的另外一个好处是使信号白噪声化，使信号调制后的频谱变得更加平坦，降低峰值-平均功率比，降低对滤波器的要求，提高射频系统的性能，但由于需要改变信号的一些处理方法，导致接收方计算量增大。

若在发送方采用长小区化码，而在接收方仍采用联合检测技术，其计算量将更是大上加大，到目前为止，还没有一种公开技术可以在能被接受的计算量情况下实现这种技术方案。

发明内容

本发明的目的是设计一种在联合检测系统中应用长小区化码的方法，本发明基于第三种解决方法，提出了当发送方用大于系统的最大扩频码(系数)16的长小区化码，如长度为16倍数的32，64，128等进行加扰，同时，为不损失系统的解调性能，接收方仍采用多用户检测技术时的一种接收信号的处理方法，且其计算量是可以接收的。

实现本发明目的的技术方案是这样的：一种在联合检测系统中应用长小区化码的方法，包括以下处理步骤：

A.对全部天线单元分别针对接收数据中的中间码部分进行用户信道估计，获得每个天线单元的用户信道估计结果；

B.生成与选择的长小区化码长度有关且与每个天线单元的用户信道估计结果有关的各天线单元的第一中间矩阵；

C.根据各天线单元的第一中间矩阵生成一个第二中间矩阵和求得该第二中间矩阵的共轭转置矩阵，并根据该第二中间矩阵和该第二中间矩阵的共轭转置矩阵生成一个第三中间矩阵，该第三中间矩阵是一对称正定阵；

D.对该第三中间矩阵进行Cholesky分解，分解阶数与选择的长小区化码长度有关；

E.根据第三中间矩阵的Cholesky分解结果和经匹配滤波后的接收信号进行解扩运算。

本发明的方法是在发送方用大于系统的最大扩频码(系数)为16的长小区化码，如32，64，128等进行加扰，接收方仍采用多用户检测技术时的一种接收信号的处理方法，该处理方法的计算量是可以接受的。

本发明在相邻小区间采用长度是16倍数的长小区化码，而扩频码(系数)的长度仍采用16，可以在不改变帧格式的情况下，避免重码的出现，显著的减小系统间的干扰。同时，接收方仍采用多用户检测技术，不会损失系统的解调性能，使本小区的信号更加白噪声化，使信号调制后的频谱变得更加平坦，降低峰值-平均功率比，降低对滤波器的要求。

具体实施方式

下面具体说明接收方基于多用户检测技术处理长小区化码的信号处理方法，整个处理过程分6个部分说明。

1.接收方接收信号，并对全部信道进行信道估计，采用如下公式计算第k_a个天线单元的用户信道估计结果h^(ka)：

${\underset{\‾}{h}}^{\left(k_a\right)}=\mathrm{IDFT}({\underset{\‾}{G}}^{-1}\·\mathrm{DFT}\left({\underset{\‾}{e}}_m^{\left(k_a\right)}\right)),$ k_a＝0...K_a-1，

式中符号的下横线表示其为矢量(以下同)，DFT表示作离散傅里叶变换，IDFT表示作离散傅里叶逆变换，e_m是接收数据中的中间码(MIDAMBLE)部分，K_a是天线单元总数，k_a是其中的一个天线单元， G ^-1是与中间码相关的矩阵的逆矩阵，h是用户信道估计的结果，共有K_a个用户信道的估计结果。

2.根据K_a个用户信道的估计结果h^(ka)和所选择的小区化码的长度L生成一个第二中间阵，起名为A阵，分为四步进行：第一步是将长小区化码L以16为单位分成M＝L/16段，每段分别与WALSH码进行点乘并乘以相应的j(j是一个按通信标准进行角度变换的值)，得到M个矢量 c _m， c _m的长度为16，m的范围是1到M；第二步是按下述公式计算第一中间阵A^ka矩阵中的每一个块，每一个块由M列组成，公式中的 bm是块中的一列，k_a仍是K_a个天线单元中的一个天线单元，取值从0至K_a-1，K_vru是用户占用的总码道数，k_vru是用户占用的其中一个码道，取值从0至K_vru-1，卷积运算符，

${\underset{\‾}{b}}_m^{(k_a,k_{\mathrm{vru}})}{=\underset{\‾}{h}}^{(k_a,k_{\mathrm{vru}})}\⊗{\underset{\‾}{c_m}}^{\left(k_{\mathrm{vru}}\right)},$ k_vru＝0…K_vru-1，k_a＝0…K_a-1.；

第三步，按第二步运算公式获得M个块，形成如下第一中间阵A^ka矩阵中的B^ka ₁，B^ka ₂，…，B^ka _M，然后出现重复，不重复的块数与 c _m有关，即与小区化码长度有关。

第四步，按第三步计算的K_a个结果计算第二中间A矩阵：

$A=\left[\begin{array}{c}{A}^{k_1}\\ A^{k_2}\\ A^{k_3}\\ \·\\ \·\\ \·\\ A^{K_a}\end{array}\right].$

3.根据求得的第二中间矩阵A生成一个第三中间矩阵，起名R阵，分两个步骤进行；第一部先根据A矩阵求其共轭转置A′矩阵：第二步根据下述公式计算R矩阵： R＝A′A

上述R矩阵是对称正定阵(特点是矩阵的对角线上按R0₁、R0₂、R0₃、…R0_M分布，然后重复，其两侧是按对称的R1₁、R1₂、…R1_M分布，然后重复)，供下一步对R矩阵进行Cholesky分解。

4.对R矩阵按传统的Cholesky分解式 R＝H^TH进行分解，在长小区化码为48、64、128…，即16的三倍或三倍以上时，求得分解结果—矩阵H，计算的稀疏三角阵H矩阵如下所示(式中T为转置符)：

其中H₁，H₃，H₅，…，H₄₃为16×16的三角阵，H₂，H₄，H₆，…，H₄₄为16×16的矩阵，矩阵中除该两条线上项以外的其余项均为零。

5.按下述公式对接收信号进行匹配滤波，式中e是接收信号， e _MF是接收信号中除中间码的其余部分，A′是A的共轭转置，

e _MF＝A′×e

6.根据求得的 e _MF和来自分解结果的H矩阵，按传统解方程方法进行解扩处理，接收方即可完成基于多用户检测技术的处理长小区化码时的接收信号处理过程。

通过上述计算过程，可以推导出：在扩谱系数仍采用16，针对单天线和8天线单元，同时采用长或更长的小区化码，如32，64，128时的计算量，其中MOPS表示每秒多少次操作，如80MOPS是每秒80万次操作。

小区化码长度	单天线	8天线
			16	80MOPS	283MOPS
32	130MOPS	400MOPS
			64	192MOPS	595MOPS
128	229MOPS	900MOPS

由上述列表可知，扩谱系数仍采用16，同时采用更长的小区化码，如32，64，128时，不但可以有效地克服系统中小区间的干扰，而且不必改变系统的帧格式，且计算量是可以容忍的。如采用长度为32的扰码时，计算量比长度为16时增大了大约50％，即使采用128长的扰码，计算量也只增大了大约3倍，还是可以接受的。

Claims (2)

1.一种在联合检测系统中应用长小区化码的方法，包括以下处理步骤：

A.对全部天线单元分别针对接收数据中的中间码部分进行用户信道估计，获得每个天线单元的用户信道估计结果；

B.生成与选择的长小区化码长度有关且与每个天线单元的用户信道估计结果有关的各天线单元的第一中间矩阵；

C.根据各天线单元的第一中间矩阵生成一个第二中间矩阵和求得该第二中间矩阵的共轭转置矩阵，并根据该第二中间矩阵和该第二中间矩阵的共轭转置矩阵生成一个第三中间矩阵，该第三中间矩阵是一对称正定阵；

D.对该第三中间矩阵进行Cholesky分解，分解阶数与选择的长小区化码长度有关；

E.根据第三中间矩阵的Cholesky分解结果和经匹配滤波后的接收信号进行解扩运算。

2.根据权利要求1所述的一种在联合检测系统中应用长小区化码的方法，其特征在于：

所述步骤A中，采用公式 ${\underset{\‾}{h}}^{\left(k_a\right)}=\mathrm{IDFT}({\underset{\‾}{G}}^{-1}\·\mathrm{DFT}\left({\underset{\‾}{e}}_m^{\left(k_a\right)}\right))$ 计算第k_a个天线单元的用户信道估计结果h^(ka)，式中e_m是接收数据的中间码部分，k_a是总数为K_a的天线单元中的一个天线单元，取值为0至K_a-1， G ^_1是与中间码相关的矩阵的逆矩阵，h是用户信道估计的结果，下划线表示矢量；

所述步骤B中，进一步包括：

B1.将长小区化码L以16为单位分成M＝L/16段，每段分别与WALSH码进行点乘并乘以相应的按通信标准进行角度变换的值j，得到M个矢量 c _m， c _m的长度为16，m的范围是1到M；

B2.按公式 ${\underset{\‾}{b}}_m^{(k_a,k_{\mathrm{vru}})}={\underset{\‾}{h}}^{(k_a,k_{\mathrm{vru}})}\⊗{\underset{\‾}{c_m}}^{\left(k_{\mathrm{vru}}\right)}$ 计算第一中间矩阵A^Ka中每一个块的每一列，k_vru是用户占用的总码道数K_vru中的一个码道，取值从0至K_vru-1，每一个块由M列组成，形成M个块B^ka ₁，B^ka ₂，…，B^ka _M，然后重复该M个块B^ka ₁，B^ka ₂，…，B^ka _M，获得所述的第一中间矩阵

所述的步骤C进一步包括：

C1.按下述公式根据第一中间矩阵的K_a个结果计算第二中间矩阵A，和计算共轭转置矩阵A′：

$A=\left[\begin{array}{c}{A}^{k_1}\\ A^{k_2}\\ A^{k_3}\\ \underset{.}{\overset{.}{.}}\\ A^{K_a}\end{array}\right]$

C2.根据公式 R＝A′A求得第三中间矩阵R

所述的步骤D是按Cholesky分解式 R＝H^TH进行分解，在长小区化码为16的三倍或三倍以上时，求得分解结果H矩阵为

其中H₁，H₃，H₅，…，H₄₃为16×16的三角阵，H₂，H₄，H₆，…，H₄₄为16×16的矩阵，H矩阵中的其余项均为零。