专利名称：具有改进的收敛性能的多用户串行干扰删除接收机及方法
技术领域：
本发明涉及CDMA (码分多址)通信系统中的信号接收技术，尤其涉及一种具有改进的收敛性能的多用户串行干扰删除接收机及方法。
背景技术：
CDMA系统是一个干扰受限的系统，多址干扰始终存在，因此需要寻找合适的接收机技术来消除干扰，而基于瑞克(RAKE)接收的时域处理是抗多径衰落、消除干扰的有效途径。在CDMA扩频系统中，信道带宽远远大于信道的平坦衰落带宽。不同于传统的调制技术需要用均衡算法消除相邻符号间的码间干扰，CDMA扩频码在选择时就要求它有很好的自相关特性。这样，可将无线信道中出现的时延扩展看作只是被传信号的再次传送。由于在多径信号中含有可以利用的信息，所以CDMA接收机可以通过合并多径信号来改善接收信号的信噪比。RAKE接收机所作的就是通过多个相关检测器接收多径信号中的各路信号，并把它们合并在一起，因此能够在时域中充分利用信号的多径结构提高系统的输出信噪比，从而成为目前CDMA系统中广泛-陂应用的抗多径衰落4支术。
串行干扰删除接收机是先估计出多址接入干扰和径间干扰，然后按顺序依次删除估计出的干扰。多级串行干扰删除器就是在多级中干扰被依次估计出和删除。
而分组串行干扰删除就是在串行干扰删除的基础上，对用户按照接收条件的好坏进行分组，接收条件好的组首先检测。组内进行并行干扰删除，组间进行串行干扰删除，这样相比串行干扰删除，可以减少系统时延。
5在对利用RAKE接收机进行(分组)串行干扰删除的研究中我们发现，如何恰当地恢复干扰，使之接近于原始的干扰信号，是决定(分组)串行干扰删除接收机性能的关键。由于多用户系统中，对于某一个用户其他用户都是干扰，那么恰当地恢复干扰就是要在干扰删除的迭代过程中，尽量准确地重构每一个用户的信息。传统的多用户干扰删除过程中，要对用户的数据直接进行硬判决，显然这样的处理不是很合理，特别是在信噪比较小或者是在干扰较大的迭代初期，直接的硬判决会造成错误的扩散现象，最终使得整个干扰删除迭代算法不能收敛。
发明内容
鉴于以上情况，本发明要解决的技术问题就是提出 一种具有改进的收敛性能的多用户串行干扰删除接收机及方法，使得迭代过程中的用户重构数据更加合理，从而加速了接收机的收敛。
为了解决上述问题，本发明提供了一种具有改进的收敛性能的多用户串行干扰删除接收机，包括具有至少一个迭代级的串连的干扰删除单元和与最后一级串连干扰删除单元的输出端相连的判决单元，其中，
干扰删除单元，用于将上一迭代级中对应用户的重构信号与串连在前面的各干扰删除单元从接收信号中去除干扰后得到的残差信号相加，对相加后的数据信号进行检测，利用检测到的数据生成所述用户数据的估计值，并从所述相加后的数据信号中减去由所述用户数据估计值所生成的重构信号，得到残差信号并传送给后 一干扰删除单元，
并且，对应同一用户信号的各迭代级上的干扰删除单元，用于对由所述用户数据估计值生成的所述重构信号进行逐级迭代，并将最后一级迭代得到的所述用户数据的估计值输入对应的所述判决单元进行判决，得到所述用户的恢复信号；所述干扰删除单元包括非线性处理^t块，用于#4居当前所;险测的用户数据的可信度确定所述用户数据的估计值。
所述非线性处理模块是根据当前的干扰删除单元对应的迭代级数和对应用户的信噪比，确定是经过判决还是直接由所述检测到的数据获得所述用户数据的估计值。
所述非线性处理模块被配置的处理模式如下
当检测到的用户数据序列为= {、 }, = 0,1,…,W -1时，对于恒幅调制方式
来说，经过非线性处理后的用户数据序列^.^KJ，,、o,i,…,w-i的表达式为
,=DEC(z^) ,—g(z^)-;7^^i,;^0,l,…,2M-1z: ，否则
其中，DEC(.)表示硬判决，arg(.) e (-;r,;r]表示计算复数的主值幅角，7* e (-tt,;t]("0，1,…,-1)是大小为似的恒幅调制星座点的主值幅角，《是由当前的迭代级数和对应用户的信噪比决定的阈值。所述阈值纟的算法如下
P:^ +丄.[g + lo&o(纖+ M)]14 2
其中，g表示干扰删除迭代的级别，SW 表示对应用户的信噪比，化和; 2是两个用来控制《满足1/14 " < 1/2的常数。
所述干扰删除单元是对单个用户或者一组用户的数据信号进行检测。
所述^r测过程包括瑞克RAKE接收和解扩。
相应于上述接收机，本发明进而提供了 一种具有改进的收敛性能的多用户串行干扰删除接收方法，串行干扰删除接收机收到用户发出的上行信号后，
进行多用户串行干扰删除的具体步骤如下
步骤A，对于一个迭代级上的一个用户，将上一迭代级中对应用户的重构信号与接收信号去除排在前面各用户的干扰后得到的残差信号相加，对相
加后的数据信号进行;险测，对检测到的数据进行非线性处理后生成所述用数据的估计值，并从所述相加后的数据信号中减去由所述用户数据估计值所
生成的重构信号，得到残差信号；
步骤B，重复步骤A，直到所有迭代级上所有用户的信号都进行过检测，对最后一级迭代得到的各个用户数据的估计值分别进行判决，得到对应用户的恢复信号；
所述步骤A中对检测到的数据进行非线性处理，是根据当前所检测的用户数据的可信度确定用户数据的估计值。
所述利用检测到的数据生成用户数据的估计值是根据当前的迭代级数和对应用户的信噪比，确定是经过判决还是直接由所述检测到的数据获得所述用户数据的估计值。
所述非线性处理的算法如下
当检测到的用户数据序列为Zw—^丄,、o,i，…，w-i时，对于恒幅调制方式来说，经过非线性处理后的用户数据序列^.p—^丄,、o,i,…，w-i的表达式为
,u =ded ,—Di卜^ix),1,…,一l
5^=^,,. ,否则
其中，DEC(.)表示硬判决， ]表示计算复数的主值幅角，
("0,1,...,2M-1 )是大小为M的恒幅调制星座点的主值幅角，《是由当前的迭代级数和对应用户的信噪比决定的阈值。
所述阈值纟的算法如下
《=A+2.[g+l0g'C
14 %
其中，g表示干扰删除迭代的级别，SW 表示对应用户的信噪比，仏和仏是两个用来控制纟满足1/14《< 1/2的常数。
所述步骤A是对单个用户或者一组用户的数据信号进行检测。
所述检测过程包括瑞克RAKE接收和解扩。本发明主要的优势和特点如下
81. 本发明基于现有的串行干扰删除结构，便于实现，这种结构可以最大
限度地减少强用户对弱用户的干扰，能够准确有效地实现多用户的干扰删除；
2. 对多径信道的恢复部分采用了复杂度较低的RAKE接收机，而现有CDMA系统中使用的均衡方法即为RAKE接收，保持了对现有CDMA系统一定的兼容性；
3. 增设的非线性处理模块，用来对要提供给重构模块的用户数据进行非线性处理，减少了错误扩散现象的发生，取得了良好的系统性能。
结合以下附图进行详细描述将有利于理解本发明的原理、步骤、特点和优点，附图中
图1是本发明所述具有改进的收敛性能的多用户串行干扰删除接收机的系统结构示意图2是本发明所述的图1中干扰删除单元ICU(^)的组成结构图3是本发明所述的具有改进的收敛性能的多用户串行干扰删除接收方法的流程图4示出本发明的技术方案在仿真情况下的误码率性能。
具体实施例方式
在时域的(分组)串行干扰删除算法中，每一个(分组)串行干扰删除迭代级别中用户的检测数据可信度是不一样的。在(分组)串行干扰删除算法收敛的条件下，迭代的级別越高，信噪比越高，那么用户的检测数据可信度就越高。因此，本发明的主要思想是建立一个非线性函数，将用户的检测数据的判决方式和数据的可信度紧密联系在一起。这样，使得我们的串行(分组串行)干扰删除算法迅速的收敛，接收机能够以较少的迭代次数得到较好的检测性能。
下面，参照图1对本发明提出的具有改进的收敛性能的多用户(分组) 串行干扰删除接收机的结构进行描述。
串行干扰删除和分组串行干扰删除的差别仅仅在于，在分组干扰删除中， 用户要根据信噪比进行分组，首先对信噪比最强的用户组进行检测，然后依 据信噪比大小排序依次对各个组进行检测。组内的所有用户使用的是并行干 扰删除，而对某个组进行检测时，要删除上一个组所有用户的重构数据，所 以组之间进行的是串行干扰删除。组内的并行干扰删除可以减少系统时延， 组间的串行干扰删除可以最大限度的减少强用户对弱用户的干扰。如果分组 串行干扰删除算法中，每一个分组中只有一个用户，那么就变成了串行干扰 删除接收。所以串行干扰删除是分组串行干扰删除的 一个特例。
因为要采用(分组)串行干扰删除的结构，所以定义一个统一结构的干
扰删除单元(Interference Cancellation Unit, ICU)。因为串行干扰删除和分 组串行干扰删除接收机结构非常相似，原理也基本相同，所以图1所示的 CDMA上行串行干扰删除接收机中每个干扰删除单元，既可以看作是对单个 用户进行处理，也可以看作是对一组用户进行处理。对于图1中某一个模块 ICU(g,p)来说，有两个输入残差信号E^和上一级迭代中对这个用户(组)
的重构信号l,々；ICU(^)有三个输出1^是提供给下一级迭代本用户(组) 的重构信号，Eg-是提供给本级迭代下一个用户(组)的残差信号，如果要 对本级迭代的检测数据进行判决，就使用第三个输出zg,p 。
在这里，残差信号E^作为本级ICU单元的一个输入信号，可以理解成
它是总的接收信号减去了已经检测出来的用户所对应的重构信号，而得到的 差值。因为每一次检测所恢复的用户数据肯定都不是完全准确的，所以这个 差值中依然保留着有用的用户数据的部分能量。对于(分组)串行干扰删除 的第一级的第一个ICU单元来说，残差En就等于系统的接收信号R,对于其
10余的ICU单元来说，残差Eg- = Esp + Ig勺-。另外，完成所有用户的一
次检测就是一级迭代，即图1中每一列ICU单元都执行了一次检测就是进行 了一级迭代。至于上面提到的重构信号，在干扰删除迭代过程中，某一个用 户经过硬判决或者是非线性处理之后(本发明的非线性处理属于一种部分判 决的方法)，用户数据得到全部或者是部分的恢复，然后这些数据要重新经 过扩频，并且重新和信道进行巻积，这样就得到了重构信号。这个重构信号 是本用户在接收信号中的部分，也是对其他用户的干扰。
图2是图1中单元ICU(^)的一个实施例的详细结构图。在这个实施例中，
对用户(组)进行^r测时，该ICU单元先对用户信号进行RAKE (瑞克)接 收处理，。
首先，输入的残差信号Eg p将与上一级迭代中对目前所要检测的用户
(组)的重构信号、々相加。通过RAKE技术进行信道均衡，接着经过解扩
模块处理后得到检测出的信号序列Zg,p。在对用户的数据进行扩频、多径重
构之前，要使用一个非线性函数(Nonlinear Function)对用户的数据进行处 理，得到处理后的信号序列^,p。通过非线性函数的处理将所反馈的用户的
数据与检测的可信度相联系，从而使整个串行迭代的算法以更快的速度收敛。 Z^可以用来进行数据的硬判决，或者用来产生用户(组)的重构信号Ig,p。残
差信号Eg,一的计算表达式是Eg,p+1 = + Ig—liP - I^。
图2所示的ICU(^单元使用的非线性处理模块是为了将所反馈的用户数 据与当前所检测的用户数据的可信度相联系。显而易见，在算法保证收敛的 条件下，串行干扰删除的级数越高，信噪比越高，那么在ICU模块中解扩后 的用户数据可信度就越高。在对用户的数据进行判决时，首先根据事先计算 得到的阈值得到判决区域和非判决区域。这个判决区域实际上就是信号星座 上的部分区域，数据落在判决区域中，就认为用户的这个数据可信，可以进行硬判决；如果落在非判决区域，就认为数据不可信，就不进行硬判决而保 持其不变。阔值可以自适应的调整判决区域和非判决区域的大小。而根据串 行干扰删除的级数越高，信噪比越高，那么在ICU模块中解扩后的用户数据 可信度就越高的原则，在这种情况下，阈值将可以使得判决区域扩大；反之 阈值将可以使得判决区域缩小。
而这个可信程度与迭代的级数是一个复杂的非线性关系。我们建立一个 非线性函数关系来模拟这种效应，首先假设图2中经过RAKE接收和解扩后 检测出的用户数据序列是2 ={^,,},, = 0,1,...,#-1，那么对于BPSK、 QPSK和
8PSK等恒幅调制来说，经过非线性函数处理后的用户数据序列 ^.,K,J，'、o，i,…,w-1的表达式为
"DED ,laO+^i,h0,1,…,—i (1) Aw=z^ '否则
其中，DEC(.)表示硬判决，arg(.)e(u]是计算一个复数的主值幅角。 e(-;r,;r] ("0，1，…,-1 )是大小为M的恒幅调制星座点的主值幅角(请问M表示接 收信号幅度吗？)，比如在BPSK中w"0,;r)。《是一个由迭代级数和信噪比
决定的阈值，它被建模为如下形式
W(g，阔 (2) 其中，g是干扰删除迭代的级别，s，是该用户的信噪比。 作为一个例子，将函数式(2)具体设计成如下形式
^A+丄[g + io&o(纖+",)] (3)
其中，/7,和"2是两个常数，它们被用来控制r满足条件1/14"<1/2。容易看到， 随着迭代次数和信噪比的升高，由《所决定的判决区域也在合理地扩大。
基于上述接收机结构，本发明又提供相应的具有改进的收敛性能的多用
户(分组)串行干扰删除接收方法，请参阅图3，该图为本发明中具有改进
的收敛性能的多用户(分组)串行干扰删除接收方法的流程图，其具体实现过程如下
步骤1，接收机收到用户发出的上行信号后，接收信号被送入干扰删除 接收机。因为本接收机是(分组)串行结构，所以在每一个迭代级g上，前 面的用户(分组)ICU(^)与后面的用户(分组)icu(^+D是串联结构，并提供 给后面的用户(分组) 一个输入残差信号Eg,一，它的计算表达式是Eg,p+1 =
Eg,p + Ig-i，pIg，p 。
步骤2，每一个干扰删除单元ICU(^的输入是残差信号E^和上一级迭代 中对这个用户(组)的重构信号Ig々，这两个输入相加之后，输入到RAKE 接收机中进行多径信道的解巻积处理。
步骤3， RAKE接收机处理之后，就要对信号码片进行解扩。解扩之后 的数据由非线性处理模块进行部分判决的处理，经过这个模块之后， 一部分 可信的数据经过硬判决得到了原始信号估计值，而另 一个部分被认为是不可 靠的数据保持不变。
步骤4，非线性函数模块的输出^，p可以输入给两个模块。如果干扰删除
迭代过程继续进行，那么这个输出就要送入信号重构模块，也就是对2g,p进
行再扩频，并且和多径信道进行巻积，重构出此用户(组)在接收机所接收 的信号中的贡献I^。
步骤5，按照干扰删除的统一的定义，所有用户被检测完成的一个循环， 就称为干扰删除的一级迭代。上一级迭代最后产生的残差信号被直接送入下 一级迭代，继续用于干扰删除算法。如果按照系统设置，干扰删除的次数已 经足够，那么迭代过程就已经结束，^,p就输入给判决模块，对所有的数据
进行硬判决，得到该用户的恢复数据。
下面，通过一个实例具体说明本发明所述的多用户干扰删除接收机的性 能。建立的仿真系统如下没有附加CP或者是ZP的普通CDMA系统反向信道，未编码，射频载 波频率是2GHz,信道采用M.1225规定的车载A信道模型，BPSK调制。码 片按照时隙传送，每个时隙2048个码片，码片速率是1.2288Mchip/s。仿真 中采用理想信道估计。用户数为16，扩频系数SFd6,我们模拟HRPD系统 使用扰码来区分用户的作法，使用长度为242 -1的m序列的截断码作为区分 用户的标识。将上述式(3)中的两个系数分别设定为；;,=2， ；/2=98。采用 串行干扰删除的系统结构。
16个用户的平均误码率性能如图4中所示，基于两个准则情况下，第5 次以前的迭代使系统的性能得到大幅度改进，到了第7次迭代，算法接近收 敛。
理论分析和仿真都证明，我们设计的接收机性能较好，复杂度低，有较 好的工业实用性。
权利要求
1、一种具有改进的收敛性能的多用户串行干扰删除接收机，其特征在于，包括具有至少一个迭代级的串连的干扰删除单元和与最后一级串连干扰删除单元的输出端相连的判决单元，其中，干扰删除单元，用于将上一迭代级中对应用户的重构信号与串连在前面的各干扰删除单元从接收信号中去除干扰后得到的残差信号相加，对相加后的数据信号进行检测，利用检测到的数据生成所述用户数据的估计值，并从所述相加后的数据信号中减去由所述用户数据估计值所生成的重构信号，得到残差信号并传送给后一干扰删除单元，并且，对应同一用户信号的各迭代级上的干扰删除单元，用于对由所述用户数据估计值生成的所述重构信号进行逐级迭代，并将最后一级迭代得到的所述用户数据的估计值输入对应的所述判决单元进行判决，得到所述用户的恢复信号；所述干扰删除单元包括非线性处理模块，用于根据当前所检测的用户数据的可信度确定所述用户数据的估计值。
2、 如权利要求1所述的接收机，其特征在于，所述非线性处理模块是 根据当前的干扰删除单元对应的迭代级数和对应用户的信噪比，确定是经过 判决还是直接由所述检测到的数据获得所述用户数据的估计值。
3、 如权利要求2所述的接收机，其特征在于，所述非线性处理模块被 配置的处理模式如下当检测到的用户数据序列为z^—^,p-o，i，…,w-i时，对于恒幅调制方式来说，经过非线性处理后的用户数据序列、,g.J,"o，i,…,w-i的表达式为<formula>formula see original document page 2</formula>其中，DEC(.)表示硬判决，arg(.) e (u]表示计算复数的主值幅角，％ e (u]("0,1,…,2"-1 )是大小为M的恒幅调制星座点的主值幅角，《是由当前的迭 代级数和对应用户的信噪比决定的阈值。
4、 如权利要求3所述的接收机，其特征在于，所述阈值纟的算法如下<formula>formula see original document page 3</formula>其中，g表示干扰删除迭代的级别，SW表示对应用户的信噪比，",和^ 是两个用来控制《满足1/14 " < 1/2的常数。
5、 如权利要求1所述的接收机，其特征在于，所述千扰删除单元是对 单个用户或者一组用户的数据信号进行检测。
6、 如权利要求1所述的接收机，其特征在于，所述检测过程包括瑞克RAKE接收和解扩。
7、 一种具有改进的收敛性能的多用户串行干扰删除接收方法，其特征 在于，串行干扰删除接收机收到用户发出的上行信号后，进行多用户串行干 扰删除的具体步骤如下步骤A，对于一个迭代级上的一个用户，将上一迭代级中对应用户的重 构信号与接收信号去除排在前面各用户的干扰后得到的残差信号相加，对相加后的数据信号进行检测，对;险测到的数据进行非线性处理后生成所述用户 数据的估计值，并从所述相加后的数据信号中减去由所述用户数据估计值所 生成的重构信号，得到残差信号；步骤B,重复步骤A，直到所有迭代级上所有用户的信号都进行过检测， 对最后一级迭代得到的各个用户数据的估计值分别进行判决，得到对应用户 的恢复信号；所述步骤A中对检测到的数据进行非线性处理，是根据当前所检测的 用户数据的可信度确定用户数据的估计值。
8、 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述利用检测到的数据生 成用户数据的估计值是根据当前的迭代级数和对应用户的信噪比，确定是经过判决还是直接由所述检测到的数据获得所述用户数据的估计值。
9、 如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述非线性处理的算法如下当检测到的用户数据序列为z^4zg,J,卜(u…,w-i时，对于恒幅调制方式 来说，经过非线性处理后的用户数据序列、p ' = 0,1,…,w-i的表达式为Z: =DECU ，largDi卜^i，^0，1，…,—1 '否则其中，DEC(.)表示硬判决，arg(.)e(-;r,;r]表示计算复数的主值幅角，^e(-;r,;r] ("0,1,..,2M-1 )是大小为M的恒幅调制星座点的主值幅角，《是由当前的迭 代级数和对应用户的信噪比决定的阈值。
10、 如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述阈值纟的算法如下^冉+丄[g"。g'。(， + "')] 其中，g表示干扰删除迭代的级别，S顺表示对应用户的信噪比，化和"2 是两个用来控制《满足1/14 " < 1/ 2的常数。
11、 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤A是对单个用 户或者一组用户的数据信号进行检测。
12、 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述检测过程包括瑞克 RAKE接收和解扩。
全文摘要
本发明公开一种具有改进的收敛性能的多用户串行干扰删除接收机及方法。该接收机中，干扰删除单元将上一迭代级中对应用户的重构信号与串连在前面的各干扰删除单元从接收信号中去除干扰后得到的残差信号相加，检测相加后的数据信号并利用检测到的数据生成该用户数据的估计值，从该相加后的数据信号中减去由该用户数据估计值生成的重构信号，得到残差信号并传送给后一干扰删除单元，而且，对由该用户数据估计值生成的重构信号进行逐级迭代，并将最后一级迭代得到的该用户数据的估计值输入判决单元进行判决，得到该用户的恢复信号。该干扰删除单元包括非线性处理模块，根据当前所检测的用户数据的可信度确定该用户数据的估计值，使得接收机迅速收敛。
文档编号H04B1/707GK101494467SQ20081000085
公开日2009年7月29日 申请日期2008年1月24日 优先权日2008年1月24日
发明者欣 张, 许国平, 雨 辛, 群 魏, 黄云飞 申请人:中兴通讯股份有限公司