专利名称：无线通信网络中的多用户检测方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信网络，尤其涉及无线通信网络中的多用户检测。
背景技术：
在UMTS(通用移动通信系统，基于W-CDMA技术即宽带码分多址)中，专用上行信道的容量是系统的一个瓶颈，如何提高上行链路的性能历来是一个倍受关注的课题。UMTS中现有的基于长扰码的多用户检测方法并不理想，这就在一定程度上影响了上行链路的性能。
此外，现有的用于其它系统中的MUD(多用户检测装置1)也由于各自的问题而无法引入到UMTS系统中 1.CDMA(码分多址)系统中的MUD主要基于扩频和短扰码，其问题在于，计算复杂度较高且不支持长扰码； 2.IDMA(交织多址)系统中的MUD主要基于交织器，其问题在于，需要为每个用户设备(为简明起见，以下将“用户设备”简称为“用户”)分配一个唯一的长度可能达到数千码片的交织器用于多用户检测，另外，IDMA不兼容UMTS，且不支持多码传输。
因此，需要一种新的多用户检测方法及装置，从而优化UMTS系统(上行)链路的性能。
发明内容
本发明正是为了解决现有技术中的上述问题而提出的。
根据本发明的第一个方面，提供了一种在无线网络的接收设备中用于对来自多用户的信号进行检测的方法，该方法包括以下步骤基于对来自各个用户的用户信号的第一估计值来对原始信号进行联合检测处理，以分别生成来自每个用户的用户信号的第二估计值，其中所述原始信号包含来自所有用户的用户信号；分别对所述来自每个用户的用户信号的第二估计值进行与发射端相对应的解复用处理，以生成所述每个用户的用户信号的解复用估计值；分别对所述每个用户的用户信号的解复用估计值进行与发射端相同的信号复用处理没，以生成来自每个用户的用户信号的新的第一估计值；将所述用户信号的新的第一估计值作为第一估计值来重复进行上述步骤a-c直至满足预定条件。
根据本发明的第二个方面，提供了一种在无线网络的接收设备中用于对来自多用户的信号进行检测的多用户检测装置，该装置包括联合检测装置，用于基于对来自各个用户的用户信号的第一估计值来对原始信号进行联合检测处理，以分别生成来自每个用户的用户信号的第二估计值，其中所述原始信号包含来自所有用户的用户信号；解复用装置，用于分别对所述来自每个用户的用户信号的第二估计值进行与发射端相对应的解复用处理，以生成所述每个用户的用户信号的解复用估计值；信号复用装置，用于分别对所述每个用户的用户信号的解复用估计值进行与发射端相同的信号复用处理，以生成来自每个用户的用户信号的新的第一估计值；控制装置，用于控制所述联合检测装置、解复用装置以及信号复用装置将所述用户信号的新的第一估计值作为第一估计值来重复进行上述处理直至满足预定条件。
根据本发明的第三个方面，提供了一种在无线网络的发射设备中用于辅助接收设备进行多用户检测的方法，其特征在于，利用预存的交织相关信息对待发送的信号序列进行交织处理。
根据本发明的第四个方面，提供了一种在无线网络的发射设备中用于辅助接收设备进行多用户检测的辅助装置，其特征在于，利用预存的交织相关信息对待发送的信号序列进行交织处理。
根据本发明的第五个方面，提供了一种在无线网络中的接收设备，其特征在于，包括根据本发明的第二个方面提供的用于对来自多用户的信号进行检测的多用户检测装置。
根据本发明的第六个方面，提供了一种在无线网络中的发射设备，其特征在于，包括根据本发明的第四个方面提供的用于辅助接收设备进行多用户检测的辅助装置。
采用本发明提供的方法及相应装置，可以实现优化的多用户检测，以提高无线网络(譬如，UMTS网络)的上行链路性能。
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更加明显。
图1为根据本发明的一个具体实施方式
的无线网络示意图； 图2为根据本发明的一个具体实施方式
的在图1所示的无线网络的接收设备中用于对来自多用户的信号进行检测的方法流程图； 图3为根据本发明的一个具体实施方式
的在图1所示的无线网络的接收设备中用于对来自多用户的信号进行检测的多用户检测装置框图； 图4为根据本发明的一个具体实施方式
的在图3所示的多用户检测装置(或用户端设备的发射设备)中用于对信号进行交织处理及解交织处理的方法示意图； 图5为根据本发明的一个具体实施方式
的在图1所示的无线网络的发射设备中用于辅助接收设备(位于基站V处)进行多用户检测的方法流程图； 图6为根据本发明的一个具体实施方式
的在图1所示的无线网络的发射设备中用于辅助接收设备(位于基站V处)进行多用户检测的装置框图； 图7示出了本发明提出的MUD与现有UMTS的性能比较； 图8为在12个UE的情形下迭代收敛的仿真结果图； 图9在多路径加性高斯白噪声信道中具有/没有序列变换的最大近似仿真结果图。
具体实施例方式 下面结合附图对本发明进行详细描述。
在以下的说明中，用户信号表示来自一个用户的信号，此外，对“信号”这个概念应灵活地理解，它既可以理解为发射设备b发出的用于链路两端设备之间通信的信息比特，也可以理解为包括上述信息比特同时还包括(基于所述信息比特得到的)其它类型信息的一个上位概念，不具排他性地，可以包括先验和/或后验对数似然比。
网络结构说明 图1为根据本发明的一个具体实施方式
的无线网络示意图，该无线网络(譬如，UMTS网络)包括多个用户I-IV(譬如，移动电话)，此外，还包括一个基站V。本发明所提供的在接收设备a中用于对来自多用户的信号进行检测的多用户检测装置1即配置于基站V的接收设备a中；相应地，本发明提供的辅助装置2配置于各个用户设备的发射设备b中。应当理解，本发明提供的多用户检测装置的应用不限于基站，可以应用于任何需要进行多用户检测的网络设备中。其中，为简明起见，仅在用户I中示出了发射设备b及其中的辅助装置2。
图1中，用户I、用户II、用户III和用户IV基于W-CDMA技术经由上行信道向其所属的基站V发送用户信号，在基站V看来，其接收设备a接收到的原始信号包括来自上述各个用户的用户信号的叠加信号。因此，基站V需要通过其接收设备a中的多用户检测装置1对所述原始信号进行检测，从中分离出来自各个用户的各路用户信号。
接收端(进行多用户检测的网络设备，譬如基站) 以下参照图2并结合图1对本发明的第一个方面进行详细描述。图2为根据本发明的一个具体实施方式
的在图1所示的无线网络的接收设备a中用于对来自多用户的信号进行检测的方法流程图。该方法起始于步骤S10 在步骤S10中，包含来自用户I-IV的各路用户信号的原始信号到达基站V的接收设备a处后，基站V基于对来自各个用户的用户信号的第一估计值(譬如，先验对数似然比)来对原始信号进行联合检测处理，以分别生成来自每个用户的用户信号的第二估计值。需要理解，由于涉及迭代，因此，基站V接收到的原始信号会在各次迭代中与前次迭代的反馈(即所述先验对数似然比，以下会详细说明)共同参与新的一次联合检测。
具体地，在本实施例中，以QPSK(四相移相键控)调制为例，非多码形式下的传输码片信号属于I/Q，需要计算组成QPSK信号的每个用户的每个接收码片的概率。
假设在系统中有K个用户，则基站V的接收设备a接收到的原始信号可以表示为式(1) 请理解，由于本发明基于码片级检测，i在此表示该信号(确切地说，该码片)对应在基站V中同步进行检测处理的多个复码片中的第i个；Lk表示来自用户k的用户信号的传输路径的最大数目；hkl表示来自用户k的用户信号的第l条传输路径的复信道参数；ni是均值为0，方差为σ2的复高斯噪声。
因此，以式(2)所示方式旋转QPSK符号，以获得田字型的星座图 其中yki是一个具有标准星座的QPSK符号，将信道参数hkl顺时针旋转45°，得到
将其保存用于后面的处理。因此可以得到式(3)
其中，在关注来自一个用户(譬如用户k)的用户信号ηkl(i)应看作包括来自其它各个用户的用户信号和前述ni在内的一个大的噪声。根据中心极限定理，ηkl(i)可以很好地近似为一个复高斯随机变量，因此它的概率密度函数可由式(4)得到 其中，上标“Re”和“Im”以及“x1”和“x2”分别表示实部和虚部。变量ηkl(i)(对来自用户k的用户信号而言的所谓噪声)的均值(E)和方差(var)由式(5)和式(6)给出，应当理解，所述方差即为噪声ηkl(i)的功率
其中，
将
和
替换为
和
可以得到E(ηkl(i)Im、var(ηkl(i)Im、E(riIm)和var(riIm)。
根据本发明的一个具体实施方式
，在CDMA系统中，本发明提供的多用户检测具有Turbo类型的结构，对所有用户的用户信号进行联合检测，具体地，利用从前一环路反馈回来的先验对数似然比LLRpriori即
和
来进一步估计每个QPSK符号yki的均值和方差(LLRpriori的获得过程请见对步骤S11的描述)。具体地，该QPSK符号yki的均值和方差可以通过式(9a)和式(9b)得到 根据本发明的一个具体实施方式
，在多用户检测刚刚开始时，也即第一次迭代尚未开始时，由于没有返回的先验对数似然比，因此在步骤S10中令且即假设yki为期望为0，方差为1(也即功率为1)的噪声，进行第一次联合检测。
接着，通过式(10)和(11)得到每个码片级QPSK符号yki，i＝1，2，...frame(其中，frame为在多用户检测装置中同时处理的复码片数)的实部和虚部的后验对数似然比(LLRposterior)。
其中上标“1”表示第1条传输路径。利用最大指数近似，可以将上述两式简化成以下的式(12)和式(13)。
其中，仿真表明，式(12)和式(13)提供了同式(10)和式(11)几乎一样的容量，因此，这个近似是有效的。
之前的计算都是针对各条信号传输路径分别进行的，以下基于RAKE接收机来合并多条路径所对应的由式(12)和(13)得到的后验对数似然比 和 然后将其用于后续处理，以如式(15)所示的复数形式表示 以上描述了非多码传输下的本发明的具体实施方式
。由于多码传输(多个专用物理数据信道采用不同的OVSF即正交扩频因子来同步地传输信号)是UMTS的特征，因此，本发明提供的多用户检测装置及其方法也支持多码传输。当然，该方法也适用于QAM(正交幅度调制)调制，因此也可用于WCDMA(宽带码分多址)系统中的HSUPA(高速上行分组接入)。
假设用户k以多码方式传输，则式(1)-(5)仍然适用。因为对于多用户检测装置1而言，各用户所使用的扰码是已知的，多用户检测装置1很容易就知道yki的哪个部分被六个平行码复用(是实部，还是虚部)。因此，通过分别用
和
替换yki的被复用部分的均值和方差，可以计算后验对数似然比，其中下标“u”指第u阶子DPDCH(专用物理数据信道)，
是该第u阶子DPDCH扩频码片流，通过与式(9)类似的步骤，可得到
和
因此，子DPDCH中每个码片
，i＝1，2，...frame(“frame”表示在基站V中同时处理的连续复数码片的数目)的后验对数似然比由式16和17即可得出。
其中符号“|Re”指多码传输位于QPSK符号的实部。用
和
替换
和
可以得到LLRpostl[zk，ui|Im]和
上述方案也可以利用最大指数近似来简化，仿真表明所述最大指数近似可以提供与上述方案相接近的性能。
利用RAKE接收机将从所有传输路径来的与用户k相对应的信息进行合并，可以得到{LLRpostRAKE[zk，ul|Re]}i＝1frame和
(或{LLRpostRAKE[zk，ul|Im]}i＝1frame和
)，至此，生成了来自每个用户的用户信号的第二估计值(在本具体实施例中，所述第二估计值为后验对数似然比)，接着进到步骤S11 在步骤S11中，多用户检测装置1分别对步骤S10得到的来自每个用户的用户信号的后验对数似然比进行与发射端相对应的解复用处理，以生成所述每个用户的用户信号的解复用估计值。根据本发明的一个具体实施例，所述解复用处理包括解扰和解扩频处理，根据本发明的一个优选实施例，所述解复用处理包括解扰、解扩频以及解交织处理。具体地，所述解复用处理通过如下过程实现 设{ski}i＝1frame为用户k在用户端对信号进行加扰时使用的复扰码序列。由于接收到的QPSK信号已经在步骤S10中被顺时针旋转了45°，因此，用
解扰从步骤S10中获得的后验对数似然比； 复数QPSK符号流的LLR被映射到两个DTCH(专用业务信道)，映射到DPDCH(专用物理数据信道)中的是{LLRpostRAKE[αki]}i＝1frame，而映射到DPCCH(专用物理控制信道)中的是{LLRpostRAKE[bki]}i＝1frame。其中，αk对应发射端扩频编码后在DPDCH上的信号；而bk则对应发射端扩频编码后的在DPCCH上的信号。
本领域的普通技术人员可以理解，在多码传输中，{LLRpostRAKE[zk，ui]}i＝1frame被映射到第u阶DPDCH。
接着，对所述经解扰的信号序列进行软解码(Soft Decoding)也即解扩处理。如下面的式(18)和式(19)所示 ant＝1，2，...ANT 其中，“αk”对应发射端的扩频编码前在DPDCH上的信号，而“βk”对应发射端扩频编码前在DPCCH上的信号；M为相应信道上的扩频因子；“ant”和“ANT”分别表示多天线结构中的某个接收天线和接收天线的总数，上标“l”指第1个接收天线。容易理解，在多码传输中，用
Mγ和zk，up分别替换
Mα和αkp后，即可得到LLRant[γk，ui]，其中，γik，μ对应发射端在扩频编码前的各DPDCH上的信号，而ωk为信道码，至此，步骤S11完成了对信号的解复用； 如果所述接收设备a仅包括一个接收天线，则可直接进到S12；如果所述接收设备a包括多个接收天线，则还需将多个接收天线所对应的每个用户的相同信号的解复用估计值(经过解复用的后验对数似然比)进行合并，以生成每个用户的用户信号的合并估计值。具体地，利用下式对在步骤S11中经过解复用的后验对数似然比进行组合 LLR[u]＝∑1≤ant≤ANTLLRant[u] 其中变量u在非多码传输中代表αki和βki，在多码传输中代表γk，ui和βki。通过收集从多个接收天线来的信息，并将其进行组合来估计某一个比特，在一个阶段观察到更多的确认信息，只需要很少的迭代环路就可以估计收敛。经过合并后，进到步骤S12； 在子步骤S12中，对所述解复用估计值(对应单接收天线)或合并估计值(对应多接收天线)进行信号复用处理，以生成来自每个用户的用户信号的新的先验对数似然比，用于在如式(9)所示的处理中计算信号的功率和方差。当该信号被看作对于另一个信号的噪声时(即在正对另一个用户进行单用户解码时)，求得的方差可以有效地被作为这个“噪声”的功率。除了正在被考察的用户信号外的多个用户的用户信号的方差求和后，就可以看作被考察信号所受到的总的噪声干扰，从而可以对其进行单用户检测。
随着迭代次数的增加，在收敛之前，这些先验对数似然比的绝对值将越来越大，那么方差也就越来越小，向“0”靠近。所以，在对某一个用户的用户信号进行检测的时候，由于来自其它用户的用户信号等效成的噪声功率随着迭代次数而减小，估计的精度就可以提高。
根据本发明的一个具体实施方式
，所述步骤S12中的信号复用处理包括扩频和加扰；根据本发明的一个优选实施例，所述信号复用处理包括扩频、加扰以及交织处理。具体地，所述信号复用处理通过以下过程实现 以多接收天线情形为例，基于合并估计值来生成新的先验LLR，如式(20)和(21)所示。
其中，i＝1，2，…，frame，
代表整数运算。如此，不仅完成了扩频，而且去除了非本征信息，纯的本征信息传送到后续操作中。
在多码传输中，式(20)需被调整为式(22)的形式。
接着，用
来加扰由式(22)所得的先验对数似然比。实际上，这里的加扰的目的是随机交换在DPDCH和DPCCH中同样位置上相应的对数似然比，然后加扰每个DTCH中的对数似然比。此后，将经过加扰的先验对数似然比用于下一个迭代环路中的操作(譬如，从步骤S10至步骤S12)，直至迭代收敛。根据本发明的一个具体实施方式
，可以预置迭代次数，当迭代检测的次数达到预定数值后，利用所述合并估计值(对应多个接收天线)或经解复用的后验对数似然比(对应单接收天线)，进行判决处理，在接收端还原出每个用户的信号。譬如，如果该合并估计值较接近1，则将其判为1，否则判为0。
根据本发明的一个具体实施方式
，如果在发射端(即用户端)对待发送上行信号进行了交织处理，则该方法的步骤S11中的解复用处理还将包括相应的解交织处理，而步骤S12中的复用操作还将包括相应的交织处理，以下结合图4进行描述，图4为根据本发明的一个具体实施方式
的在图3所示的多用户检测装置(或用户端设备的发射设备)中用于对信号进行交织处理及解交织处理的方法示意图。
在步骤S11中，对信号进行解交织处理的过程优选地位于解扰之后，而位于软解码(即解扩频)之前。容易理解，所述解交织处理需建立在基站V了解其下属的各个用户所用的交织方式的基础上。相应地，所述步骤S12中，对信号进行交织处理的过程优选地位于扩频之后，而位于加扰之前。根据本发明的一个具体实施方式
，基站V可以通过在随机访问的过程中和连接建立时，就上行链路的信号传输为用户分配扰码、正交扩频因子(OVSF)的同时，为用户分配一个具体的数PT(序列变换标签)，来实现对信号序列的进一步随机化，使得高斯近似更为精确。应当理解，该序列变换标签同样可以预存在用户端。
请参照图4，图中左半部示出了交织处理的方法，应当理解，所述交织处理的方法不仅限于应用在基站接收设备a的多用户检测装置1中，同样适用于用户的发射装置中。以用户的发射装置中的交织处理为例，采用左下角所示的顺序对经过扩频的码元序列进行传输。所示的信号序列的原始传输顺序为#1#2#...#PT-1#PT#PT+1...#frame，基于该序列变换标签(前已述及，基站V知晓其下属的各个用户所用的交织方式)对信号序列进行如图的交织处理后，新的传输顺序为#1#PT+1#2PT+1#...#...#frame。图中右半部示出了解交织处理的方法，用于对信号序列进行解交织处理的装置将到来的信号序列从上往下存储，然后按照右上角所示的顺序进行传输。具体地，所述解序列变换操作对接收到的传输顺序为#1#PT+1#2PT+1#...#...#frame的信号序列进行存储，按照图中右上角所示的顺序输出，输出序列的传输顺序为#1#2#3#4#...#...#frame，与未经交织处理的原始信号序列的传输顺序相同。
扰码合理地将干扰(包括噪声和来自其它用户的信号)进行高斯近似，这有利于最佳码片级检测和多用户的区分。而上述交织处理则进一步随机化了每个码片流的顺序，因此，一个原始信息比特扩频后所得的各个码片所受到的干扰分别包含了来自每个其他的用户的多个不同原始信息比特扩频后得到的码片。也就是说，对来自每个用户的每个原始信息比特的干扰获得了进一步的随机化。
举例来说，如果不采用序列变换(即不需分配相应的序列变换标签，用户及多用户检测装置1中也就不存在序列变换及解序列变换)，对来自一个用户的每个比特的干扰将只包括来自其它每个UE的相应比特。举例说明，假设共有8个用户且扩频因子为8，则来自其余7个用户的各一个共7个比特构成了对目标用户相应比特的干扰。采用交织处理，对目标用户的一个比特的干扰包括来自其它7个用户的各8个比特的共56个码片，因此牵扯到56个不同的比特，这使得高斯近似更为准确。
在用户端采用交织处理的情况下，相应地，在所述多用户检测装置1中所述用于多用户检测的方法的步骤S11、S12中进行的解扩(软解码)和加扰处理的对象相应地变为“经解交织处理的信号”和“经交织处理的信号”，不再赘述。
以下参照图3并结合图1对本发明的第二个方面进行详细描述。图3为根据本发明的一个具体实施方式
的在图1所示的无线网络的接收设备a中用于对来自多用户的信号进行检测的多用户检测装置框图。所述多用户检测装置1包括联合检测装置10、解复用装置11、信号复用装置12、控制装置13、判决装置14、合并装置15。其中，在基站V的接收设备a采用多个接收天线的情形下，可以为每个接收天线配置一个所述联合检测10、解复用装置11、信号复用装置12以及控制装置13，而出于节约成本等考虑，可以在一个接收设备a中使用一个所述合并装置15和一个判决装置14。
包含来自用户I-IV的各路用户信号的原始信号到达基站V的接收设备a处后，所述联合检测装置10基于对来自各个用户的用户信号的第一估计值来对原始信号进行联合检测处理，以分别生成来自每个用户的用户信号的第二估计值。具体地，在本实施例中，以QPSK(四相移相键控)调制为例，需要计算组成QPSK信号的每个用户的每个接收码片的概率。
假设在系统中有K个用户，则基站V的接收设备a接收到的原始信号可以表示为式(1) 其中，i表示该信号对应在基站V中同步进行检测处理的多个复码片中的第i个；Lk表示来自用户k的用户信号的传输路径的最大数目；hkl表示来自用户k的用户信号的第l条传输路径的复信道参数；ni是均值为0，方差为σ2的复高斯噪声。
以式(2)所示方式旋转QPSK符号，以获得田字型的星座图 其中yki是一个具有标准星座的QPSK符号，将信道参数hkl顺时针旋转45°，得到
将其保存用于后面的处理。因此可以得到式(3)
其中，ηkl(i)可看作包括来自其它各个用户的用户信号在内的一个大的噪声。根据中心极限定理，ηkl(i)可以很好地近似为一个复高斯随机变量，因此它的概率密度函数可由式(4)得到 其中，上标“Re”和“Im”以及“x1”和“x2”分别表示实部和虚部。变量ηkl(i)(也即噪声)的均值(E)和方差(var，可以理解，即为该噪声的功率)由式(5)和式(6)给出
其中，
将
和
替换为
和
可以得到E(ηkl(i)Im)、var(ηkl(i)Im、E(riIm)和var(riIm)。
本发明提供的多用户检测采用Turbo类型的结构，对所有用户的用户信号进行联合检测，具体地，利用从前一环路反馈回来的先验对数似然比LLRpriori即
和
来估计每个QPSK符号yki的均值和方差(由于涉及迭代，LLRpriori的获得过程请见对步骤S11的描述)。具体地，该QPSK符号yki的均值和方差可以通过式(9a)和式(9b)得到 根据本发明的一个具体实施方式
，在多用户检测刚刚开始即第一次迭代尚未开始时，由于没有返回的先验对数似然比，因此令且即假设yki为期望为0，方差为1(也即功率为1)的噪声，进行第一次联合检测。
接着，通过式(10)和(11)得到每个码片级QPSK符号yki，i＝1，2，...frame(其中，frame为在多用户检测装置中同时处理的复码片数)的实部和虚部的后验对数似然比(LLRposterior)。
其中上标“1”表示第1条传输路径。利用最大指数近似，可以将上述两式简化成以下的式(12)和式(13)。
其中，仿真表明，式(12)和式(13)提供了同式(10)和式(11)几乎一样的容量，因此，这个近似是有效的。
之前的计算都是针对各条信号传输路径分别进行的，以下基于RAKE接收机来合并多条路径所对应的由式(12)和(13)得到的后验对数似然比 和 然后将其用于后续处理，以如式(15)所示的复数形式表示 以上描述了非多码传输下的本发明的具体实施方式
。由于多码传输(多个专用物理数据信道采用不同的OVSF即正交扩频因子来同步地传输信号)是UMTS的特征，因此，本发明提供的多用户检测装置及其方法也支持多码传输。当然，该方法也适用于QAM(正交幅度调制)调制，因此也可用于WCDMA(宽带码分多址)系统中的HSUPA(高速上行分组接入)。
假设用户k以多码方式传输，则式(1)-(5)仍然适用。因为对于多用户检测装置1而言，各用户所使用的扰码是已知的，多用户检测装置1很容易就知道yki的哪个部分被六个平行码复用(是实部，还是虚部)。因此，通过分别用
和
替换yki的被复用部分的均值和方差，可以计算后验对数似然比，其中下标“u”指第u阶子DPDCH(专用物理数据信道)，
是该第u阶子DPDCH扩频码片流，通过与式(9)类似的步骤，可得到
和
因此，子DPDCH中每个码片
i＝1，2，...frame(“frame”表示在基站V中同时处理的连续复数码片的数目)的后验对数似然比由式16和17即可得出。
其中符号“|Re”指多码传输位于QPSK符号的实部。用
和
替换
和
可以得到LLRpostl[zk，ui|Im]和
上述方案也可以利用最大指数近似来简化，仿真表明所述最大指数近似可以提供与上述方案相接近的性能。
利用RAKE接收机将从所有传输路径来的与用户k相对应的信息进行合并，可以得到{LLRpostRAKE[zk，ui|Re]}i＝1frame和
(或{LLRpostRAKE[zk，ui|Im]}i＝1frame和
)，至此，生成了来自每个用户的用户信号的第二估计值(在本具体实施例中，所述第二估计值为后验对数似然比)，该联合检测装置10将其生成的所述后验对数似然比传递给所述解复用装置11 解复用装置11对该联合检测装置10得到的来自每个用户的用户信号的后验对数似然比进行与发射端相对应的解复用处理，以生成所述每个用户的用户信号的解复用估计值。根据本发明的一个具体实施例，所述解复用处理包括解扰和解扩频处理，根据本发明的一个优选实施例，所述解复用处理包括解扰、解扩频以及解交织处理。具体地，所述解复用处理通过如下过程实现 设{ski}i＝1frame为用户k在用户端对信号进行加扰时使用的复扰码序列。由于接收到的QPSK信号已经在步骤S10中被顺时针旋转了45°，因此，用
解扰由联合检测装置10获得的后验对数似然比； 复数QPSK符号流的LLR被映射到两个DTCH(专用业务信道)，映射到DPDCH(专用物理数据信道)中的是{LLRpostRAKE[αki]}i＝1frame，而映射到DPCCH(专用物理控制信道)中的是{LLRpostRAKE[bki]}i＝1frame。其中，αk对应发射端扩频编码后在DPDCH上的信号；而bk则对应发射端扩频编码后的在DPCCH上的信号。
本领域的普通技术人员可以理解，在多码传输中，{LLRpostRAKE[zk，ui]}i＝1frame被映射到第u阶DPDCH。
接着，对所述经解扰的信号序列进行软解码(Soft Decoding)也即解扩处理。如下面的式(18)和式(19)所示 ant＝1，2，...ANT 其中，“αk”对应发射端的扩频编码前在DPDCH上的信号，而“βk”对应发射端扩频编码前在DPCCH上的信号；M为相应信道上的扩频因子；“ant”和“ANT”分别表示多天线结构中的某个接收天线和接收天线的总数，上标“l”指第1个接收天线。容易理解，在多码传输中，用
Mγ和zk，up分别替换
Mα和akp后，即可得到LLRant[γk，ui]，其中，γik，μ对应发射端在扩频编码前的各DPDCH上的信号，而ωk为信道码，至此，解复用装置11完成了对信号的解复用处理，生成了所述每个用户的用户信号的解复用估计值； 如果所述接收设备a仅包括一个接收天线，则可直接将解复用估计值传递给所述信号复用装置12；如果所述接收设备a包括多个接收天线，则还需利用一个合并装置15将多个接收天线所对应的每个用户的相同信号的解复用估计值(经过解复用装置11处理的后验对数似然比)进行合并，以生成每个用户的用户信号的合并估计值。具体地，利用下式对在经该解复用装置11处理的后验对数似然比进行组合 LLR[u]＝∑1≤ant≤ANTLLRant[u] 其中变量u在非多码传输中代表αki和βki，在多码传输中代表γk，ui和βki。通过收集从多个接收天线来的信息，并将其进行组合来估计某一个比特，在一个阶段观察到更多的确认信息，只需要很少的迭代环路就可以估计收敛。经过合并后，将合并估计值传递给信号复用装置12； 信号复用装置12对所述解复用估计值(对应单接收天线)或合并估计值(对应多接收天线)进行信号复用处理，以生成来自每个用户的用户信号的新的先验对数似然比，用于在如式(9)所示的处理中计算信号的功率和方差。当该信号被看作对于另一个信号的噪声时(即在正对另一个用户进行单用户解码时)，求得的方差可以有效地被作为这个“噪声”的功率。除了正在被考察的用户信号外的多个用户的用户信号的方差求和后，就可以看作被考察信号所受到的总的噪声干扰，从而可以对其进行单用户检测。
随着迭代次数的增加，在收敛之前，这些先验对数似然比的绝对值将越来越大，那么方差也就越来越小，向“0”靠近。所以，在对某一个用户的用户信号进行检测的时候，由于来自其它用户的用户信号等效成的噪声功率随着迭代次数而减小，估计的精度就可以提高。
根据本发明的一个具体实施方式
，所述信号复用装置12进行的信号复用处理包括扩频和加扰；根据本发明的一个优选实施例，所述信号复用处理包括扩频、加扰以及交织处理。具体地，所述信号复用处理通过以下过程实现 以多接收天线情形为例，基于合并估计值来生成新的先验LLR，如式(20)和(21)所示。
其中，i＝1，2，…，frame，
代表整数运算。如此，不仅完成了扩频，而且去除了非本征信息，纯的本征信息传送到后续操作中。
在多码传输中，式(20)需被调整为式(22)的形式。
接着，用
来加扰由式(22)所得的先验对数似然比。实际上，这里的加扰的目的是随机交换在DPDCH和DPCCH中同样位置上相应的对数似然比，然后加扰每个DTCH中的对数似然比。
所述控制装置13在此后将经过加扰的先验对数似然比用于下一个迭代环路中的操作，譬如，控制联合检测装置10、解复用装置11以及信号复用装置12重复各自的操作，直至迭代收敛。根据本发明的一个具体实施方式
，可以预置迭代次数，当迭代检测的次数达到预定数值后，由所述判决装置14利用所述合并估计值(对应多个接收天线)或经解复用的后验对数似然比(对应单接收天线)，进行判决处理，在接收端还原出每个用户的信号。譬如，如果该合并估计值较接近1，则将其判为1，否则判为0。
根据本发明的一个具体实施方式
，如果在发射端(即用户端)对待发送上行信号进行了交织处理，则该解复用装置11应包括用于对信号进行解交织处理的装置(简明起见未在图中示出)，而所述信号复用装置12的复用操作还将包括相应的用于对信号进行交织处理的装置(简明起见未在图中示出)，以下结合图4进行描述。
优选地，所述用于对信号进行解交织处理的装置对经解扰的信号进行处理，而经过其解交织处理的信号将用于后续的软解码(即解扩频)处理。容易理解，所述解交织处理需建立在基站V了解其下属的各个用户所用的交织方式的基础上。相应地，所述用于对信号进行交织处理的装置对经扩频的信号进行处理，而经过其交织处理的信号将用于后续的加扰处理。根据本发明的一个具体实施方式
，基站V可以通过在随机访问的过程中和连接建立时，就上行链路的信号传输为用户分配扰码、正交扩频因子(OVSF)的同时，为用户分配一个具体的数PT(序列变换标签)，来实现对信号序列的进一步随机化，使得高斯近似更为精确。应当理解，该序列变换标签同样可以预存在用户端。
请参照图4，图中左半部示出了交织处理的方法，应当理解，所述交织处理的方法不仅限于应用在基站接收设备a的多用户检测装置1中，同样适用于用户的发射装置中。以用户的发射装置中的交织处理为例，采用左下角所示的顺序对经过扩频的码元序列进行传输。所示的信号序列的原始传输顺序为#1#2#...#PT-1#PT#PT+1...#frame，基于该序列变换标签(前已述及，基站V知晓其下属的各个用户所用的交织方式)对信号序列进行如图的交织处理后，新的传输顺序为#1#PT+1#2PT+1#...#...#frame。图中右半部示出了解交织处理的方法，用于对信号序列进行解交织处理的装置将到来的信号序列从上往下存储，然后按照右上角所示的顺序进行传输。具体地，所述解序列变换操作对接收到的传输顺序为#1#PT+1#2PT+1#...#...#frame的信号序列进行存储，按照图中右上角所示的顺序输出，输出序列的传输顺序为#1#2#3#4#...#...#frame，与未经交织处理的原始信号序列的传输顺序相同。其中，将交织后的一个序列变换标签长度下的码片集合称为一个Page(页)，而这个Page的大小也对应着发送寄存器和接收寄存器的一个子部分的大小。
扰码合理地将干扰(包括噪声和来自其它用户的信号)进行高斯近似，这有利于最佳码片级检测和多用户的区分。而上述交织处理则进一步随机化了每个码片流的顺序，因此，一个原始信息比特扩频后所得的各个码片所受到的干扰分别包含了来自每个其他的用户的多个不同原始信息比特扩频后得到的码片。也就是说，对来自每个用户的每个原始信息比特的干扰获得了进一步的随机化。
举例来说，如果不采用序列变换(即不需分配相应的序列变换标签，用户及多用户检测装置1中也就不存在序列变换及解序列变换)，对来自一个用户的每个比特的干扰将只包括来自其它每个UE的相应比特。举例说明，假设共有8个用户且扩频因子为8，则来自其余7个用户的各一个共7个比特构成了对目标用户相应比特的干扰。采用交织处理，对目标用户的一个比特的干扰包括来自其它7个用户的各8个比特的共56个码片，因此牵扯到56个不同的比特，这使得高斯近似更为准确。
在用户端采用交织处理的情况下，相应地，在所述多用户检测装置1的解复用装置11和信号复用装置12中进行的解扩(软解码)和加扰处理的对象相应地变为“经解交织处理的信号”和“经交织处理的信号”，不再赘述。
发射端(用户端设备) 为提高高斯近似的精度，本发明优选地在用户端的发射设备b中对信号序列进行交织处理，进一步随机化码片序列。以下具体结合图5和图6并参照图1进行描述。
图5为根据本发明的一个具体实施方式
的在图1所示的无线网络的发射设备b中用于辅助接收设备a(位于基站V处)进行多用户检测的方法流程图。由图可见，用户端设备的发射设备b利用预存的PT(序列变换标签)对经过扩频处理的信号(码片序列)进行交织处理，交织处理后的各信道上的码片序列经过合并(为简明起见，未示出合并所述各信道上码片序列的步骤)，得到如下式所示的信号再用复扰码对其进行加扰处理。复扰码流{ski}i＝1frame同UMTS中速率为3.84Mps的扰码流相同。表示发送的码片序列，可以采用QPSK或者QAM调制，其中{pki}j＝1frame和{qki}j＝1frame是实数序列。图中，Mα、Mβ为相应信道上的扩频因子；
表示扩频码；frame表示在发射设备b中同时处理的码片数，容易理解，相应的原始信息比特数即为frame/Mα(β)。
应当理解，虽然以上仅对非多码传输方式下的所述方法进行描述，但本领域技术人员能够理解，在多码传输方式下，只要依照上述描述，在各个DPDCH上分别进行交织处理即可，再对合并后的码片序列用复扰码进行加扰处理。
图6为根据本发明的一个具体实施方式
的在图1所示的无线网络的发射设备b中用于辅助接收设备a(位于基站V处)进行多用户检测的装置框图。为了表明根据本实施例的处理过程，图6中除了示出用于利用预存的序列变换标签对待发送信号序列进行交织处理的辅助装置21，还示出了扩频装置20和加扰装置22。具体地，该辅助装置21利用预存的PT(序列变换标签)对由扩频装置20进行扩频处理得到的信号(码片序列)进行交织处理，而后经过交织处理的各信道上的码片序列经过合并(为简明起见，未示出用于合并所述各信道上码片序列的装置)，得到如下式所示的信号，该信号再由加扰装置22利用复扰码进行加扰处理。应当理解，虽然以上仅对非多码传输方式下的所述发射设备b特别是其中的辅助装置21进行描述，但本领域技术人员能够理解，在多码传输方式下，只要依照上述描述，在各个DPDCH上分别进行交织处理即可，再对合并后的码片序列用复扰码进行加扰处理。
以下结合仿真图对本发明的优势进行说明。
请见图7，可见，在目前的UMTS系统中，没有使用这样的MUD，而直接用扰码来分离用户，性能距离理想效果相去甚远。
在仿真中，假设信道为加性高斯白噪声信道，采用240kbps的DPDCH，既然DPCCH的容量不是问题，就不考虑DPCCH。当PT＝1时，利用本方案能增强UMTS。本方案中的MUD(多用户检测器)每次处理一个时间槽，该时间槽包含160个比特的2560个码片，其中，没有采用信道编码。图7提供了时间槽分割前的仿真结果。
在图7中，“max”和“exp”分别代表近似的MUD和原始的MUD。K是系统中UE(用户设备)的总数目。KUMTS表示具有K个UE的UMTS中现有的解码方法。为“12max(exp)”和“16max(exp)”预定义了一个8环路迭代，在更少用户的时候采用6环路迭代。很显然本方案中的MUD提供了比现有的UMTS更好的性能，并且通过信道编码能够得到更好的性能。
图8显示了PT＝1时的UMTS中的原始MUD和近似MUD，在少量的环路中收敛，例如对于具有12个UE的系统来说，5到6个环路足够了。图7和8证明了最大对数近似的有效性。
图9显示了假设扩频因子为8的480kbps，DPDCH的最大近似MUD的性能，传输信道为加性高斯白噪声信道，PT矢量为[16，8，32，5，64，10，20，40，2，4]，其中每个条目分配给不同的UE。通过PT＝1时，对MUD进行比较，很容易发现对发送序列进行序列变换的MUD提供了更大的容量。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变形或修改。
权利要求
1.一种在无线网络的接收设备中用于对来自多用户的信号进行检测的方法，包括以下步骤
a.基于来自各个用户的用户信号的第一估计值来对原始信号进行联合检测处理，以分别生成来自每个用户的用户信号的第二估计值，其中所述原始信号包含来自所有用户的用户信号；
b.分别对所述来自每个用户的用户信号的第二估计值进行解复用处理，以生成所述每个用户的用户信号的解复用估计值；
c.分别对所述每个用户的用户信号的解复用估计值进行信号复用处理，以生成来自每个用户的用户信号的新的第一估计值；
d.将所述用户信号的新的第一估计值作为第一估计值来重复进行上述步骤a-c直至满足预定条件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤
f.当满足预定条件后，对所述每个用户的用户信号的解复用估计值进行判决处理，以生成所述每个用户的输出信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤
b’.将多个接收天线所对应的每个用户的相同信号的解复用估计值进行合并，以生成每个用户的用户信号的合并估计值；
其中，所述步骤c为分别对所述每个用户的用户信号的经合并的估计值进行信号复用处理，以生成来自每个用户的用户信号的新的第一估计值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤
f.当满足预定条件后，将所述每个用户的用户信号的合并估计值进行判决处理，以生成所述每个用户的输出信号。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤a还包括
对每个用户，基于对来自其他所有用户的用户信号的第一估计值来对原始信号进行联合检测处理，以分别生成来自该用户的用户信号的第二估计值。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤b还包括
分别对所述来自每个用户的用户信号的第二估计值进行解扰和/或解扩和/或解交织处理，以生成所述每个用户的解扰和/或解扩和/或解交织处理的用户信号；
其中，所述步骤c还包括
分别对所述每个用户的经还原的用户信号进行加扰和/或扩频和/或交织处理，以生成来自每个用户的用户信号的新的第一估计值。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一估计值为先验对数似然比；所述第二估计值为后验对数似然比。
8.一种在无线网络的接收设备中用于对来自多用户的信号进行检测的多用户检测装置，包括
联合检测装置，用于基于对来自各个用户的用户信号的第一估计值来对原始信号进行联合检测处理，以分别生成来自每个用户的用户信号的第二估计值，其中所述原始信号包含来自所有用户的用户信号；
解复用装置，用于分别对所述来自每个用户的用户信号的第二估计值进行解复用处理，以生成所述每个用户的用户信号的解复用估计值；
信号复用装置，用于分别对所述每个用户的用户信号的解复用估计值进行信号复用处理，以生成来自每个用户的用户信号的新的第一估计值；
控制装置，用于控制所述联合检测装置、解复用装置以及信号复用装置将所述用户信号的新的第一估计值作为第一估计值来重复进行上述处理直至满足预定条件。
9.根据权利要求8所述的多用户检测装置，其特征在于，还包括
判决装置，用于当满足预定条件后，对所述每个用户的用户信号的解复用估计值进行判决处理，以生成所述每个用户的输出信号。
10.根据权利要求8所述的多用户检测装置，其特征在于，还包括
合并装置，将多个接收天线所对应的每个用户的相同信号的解复用估计值进行合并，以生成每个用户的用户信号的合并估计值；
其中，所述信号复用装置还用于，分别对所述每个用户的用户信号的经合并的估计值进行信号复用处理，以生成来自每个用户的用户信号的新的第一估计值。
11.根据权利要求10所述的多用户检测装置，其特征在于，所述判决装置还用于，当满足预定条件后，将所述每个用户的用户信号的合并估计值进行判决处理，以生成所述每个用户的输出信号。
12.根据权利要求8-11中任一项所述的多用户检测装置，其特征在于，所述联合检测装置还用于，对每个用户，基于对来自其他所有用户的用户信号的第一估计值来对原始信号进行联合检测处理，以分别生成来自该用户的用户信号的第二估计值。
13.根据权利要求8-12中任一项所述的多用户检测装置，其特征在于，所述解复用装置包括
解扰装置和/或解扩装置和/或解交织装置，用于分别对所述来自每个用户的用户信号的第二估计值进行解扰和/或解扩和/或解交织处理，以生成所述每个用户的解扰和/或解扩和/或解交织处理的用户信号；
其中，所述信号复用装置还包括
加扰和/或扩频和/或交织装置，用于分别对所述每个用户的经还原的用户信号进行加扰和/或扩频和/或交织处理，以生成来自每个用户的用户信号的新的第一估计值。
14.根据权利要求8-13中任一项所述的多用户检测装置，其特征在于，所述第一估计值为先验对数似然比；所述第二估计值为后验对数似然比。
15.一种在无线网络中的接收设备，其特征在于，包括根据权利要求8-14中任一项所述的用于对来自多用户的信号进行检测的多用户检测装置。
16.一种在无线网络的发射设备中用于辅助接收设备进行多用户检测的方法，其特征在于，利用预存的交织相关信息对待发送的信号序列进行交织处理。
17.一种在无线网络的发射设备中用于辅助接收设备进行多用户检测的辅助装置，其特征在于，利用预存的交织相关信息对待发送的信号序列进行交织处理。
18.一种在无线网络中的发射设备，其特征在于，包括根据权利要求17所述的用于辅助接收设备进行多用户检测的辅助装置。
全文摘要
本发明提供了在无线网络中用于多用户检测的方法及其装置。具体地，采用本发明的技术方案，在接收设备中基于来自各个用户的用户信号的第一估计值对原始信号进行联合检测处理，接着对联合检测处理所得第二估计值进行解复用处理而后再对解复用处理所得第二估计值进行信号复用处理，重复操作直至迭代收敛或达到规定迭代次数。本发明在多次迭代中积累高斯估计的精确度，提供了优于现有技术的多用户检测方案，优化了上行链路的性能。
文档编号H04B7/00GK101232692SQ20071003675
公开日2008年7月30日 申请日期2007年1月23日 优先权日2007年1月23日
发明者巍 倪 申请人:上海贝尔阿尔卡特股份有限公司