专利名称：一种码分多址通信系统中的时空联合多径搜索方法
技术领域：
本发明涉及码分多址(CDMA)多媒体无线通信系统的阵列接收机的接收方法，具体地说，涉及一种时空联合多径搜索方法。
(2)背景技术长期以来，无线通信系统始终面临着有限的频谱资源与不断快速增长的用户之间的矛盾。尽管FDMA频分多址、TDMA时分多址以及CDMA码分多址技术在一定程度上提高了系统容量，但这还不能满足日益增长的无线业务量的需求。因此人们开始利用信道的空域特性，如采用自适应天线阵列等方法。通过利用阵列的空域滤波特性在不同程度上改善了无线通信系统的通信质量，提高了容量。
在CDMA系统中的多径搜索问题是CDMA系统的一个关键技术，在采用自适应天线技术后，系统容量要扩大，使接收机的信干噪比降低，如何针对自适应天线阵，在低信干噪比条件下完成多径搜索和阵列接收成为阵列天线在CDMA系统中应用的关键。目前在已见到该项技术的研究结果中，主要采用多波束配合多径搜索的方法，先进行波束形成，再在每个波束中进行多径搜索。
现有采用的多波束配合多径搜索方法，在空间白噪声环境下(用户很多，用户在空间均匀分布，且业务类型相似)是有效的，但当系统中用户数量少，用户在空间分布不均匀或用户业务类型不同时(有多媒体业务)，空间就可能出现色噪声。由于多波束选择的主要依据是信号的功率大小，当出现色噪声时，波束就可能选错，从而降低时域和空域搜索性能。
(3)发明内容本发明的目的在于提供一种具有抑制空间色噪声能力的码分多址通信系统中的时空联合多径搜索方法。
本发明所提供的一种码分多址通信系统中的时空联合多径搜索方法，包括下列步骤1)从阵列输入信号X(t)的相关矩阵中求得逆矩阵 ，并根据阵列形式，确定阵列在LTotal_Beam个方向θl上的方向向量a(θl)，l＝1，…，LTotal_Beam，LTotal_Beam为自然数；2)进行时域搜索，即令TSearch为搜索时间窗，τ∈TSearch，计算时域相关向量Rxd(τ)Rxd(τ)=1T∫0TX(t)SPilot*(t-τ)dt]]>其中，SPiot(t-τ)为导频信号在时间上延迟τ以后得到的信号，“*”表示复数的共轭；3)进行空域搜索，以阵列在方向θl上的方向向量a(θl)作为空域搜索向量，l＝1，…，LTotal_Beam，从中选出LBeam奇数个a(θl)，l＝1，3，…，LBeam，LBeam为大于等于1的奇数，计算出对应第l个方向向量的阵列加权向量WlWl=Rxx-1a(θ1)---l=1,2,...,LBeam]]>并计算阵列加权向量Wl与时域相关向量Rxd(τ)的相关系数 (τ)，相关系数 (τ)中的上标“n”表示第n次搜索，下标“l”表示是第1个方向的阵列加权向量Wl与时域相关向量Rxd(τ)进行相关运算；4)从所有 (τ)(τ∈TSearch，l＝1，2，…，LBeam)中，按照通常多径搜索的方法确定出有效的正整数LFinger个多径时延，根据该时延对应的编号1可以知道多径信号的空域信息，即多径信号的方向在θl附近，由此可以输出多径阵列加权向量Wl；5)根据多径中功率最强的一径信号的时延信息和空域信息对搜索时间窗TSearch的初始位置及空域搜索的初始方向进行调整，调整搜索时间窗的初始位置以确保主径时间位置处于搜索窗的中心，根据主径方向居中的原则调整方向向量a(θl)的指向，并满足始终有LBeam奇数个a(θl)向量进行空域搜索，在所搜索的空域范围内，以主径方向为中心，以最小空间角度间隔Δθ为步长逐步调整空域搜索器方向，最终使LBeam奇数个a(θl)空域搜索器在空间方向上的最小角度间隔达到最小空间角度间隔Δθstep。
6)重复上述过程，不断输出LFinger个多径时延和多径阵列加权向量Wl。
上述的码分多址通信系统中的时空联合多径搜索方法，其中，步骤1)中的从阵列输入信号X(t)的相关矩阵中求取逆矩阵 可采用迭代方法计算Rxx-1(n)=Rxx-1(n-1)-Rxx-1(n-1)X(n)XH(n)Rxx-1(n-1)1+X(n)Rxx-1(n)X(n)]]>Rxx-1(0)=μI]]>在上式中， (n)表示第n次快拍得到的逆矩阵，I表示单位矩阵，μ是大于0小于1的一个常数。
上述的技术方案，用于CDMA多媒体无线通信系统，可以有效地完成时域和空域搜索的联合搜索，提供多径信号的时延和方向信息，同时可以提供抑制空间色噪声的阵列加权向量，从而解决CDMA系统中较低信号干扰噪声比、衰落信道下的多径搜索及阵列接收问题。
(4)
图1是本发明在CDMA系统中应用的结构框图；图2是本发明时空联合多径搜索方法的流程示意图。
(5)具体实施方式
如图1所示，本发明应用在DMA系统中的系统结构说明如下阵列接收模块101将阵列天线上接收的射频信号通过低噪声放大、下变频及A/D变换等方法形成数字基带阵列信号。
时空多径搜索模块102接收到数字基带信号后，采用本发明提出的时空搜索算法得到接收信号各个多径分支的时延和阵列加权。时空多径搜索模块102输出的多径时延控制信号用于控制多径分离模块103将接收信号分离成几路多径信号。时空多径搜索模块102输出阵列加权信号使阵列信号合成模块104对各路多径信号分别加权合成。时空多径搜索模块102输的合并控制信号控制信道估计及最大比合并模块105仅仅对有效的多径信号进行信道估计和最大比合并。
时空多径搜索模块102的时空多径搜索算法阐述如下如图2所示，对于用户发送的信号s(t)，经过多径传播后阵列接收的信号可以表示为X(t)=Σi=1La(θl)hl(t)s(t-τ1)+n(t)---(1)]]>其中a(θl)表示阵列对来自方向θl的第l条多径信号的响应；hl(t)表示第l条多径信号的复衰落；τl表示第l条多径信号的时延；n(t)表示其它用户信号、其相应的多径信号以及热噪声。当用户数量足够多，用户的无线业务相似，且用户在空间位置上均匀分布时，在CDMA系统中，n(t)可以近似认为是高斯白噪声。当用户数量较少，用户的无线业务类型不同(例如在第三代移动通信系统中的高速无线数据业务)或用户在空间位置上分布不均匀时，n(t)相对用户信号s(t)就是一种空间色噪声。
为了进行时空处理，我们对接收的阵列信号进行如下处理第一步由步骤201计算阵列输入信号的自相关矩阵的逆矩阵 由于阵列接收步骤输出的是数字基带信号，我们在数字基带采用迭代方法计算Rxx-1(n)=Rxx-1(n-1)-Rxx-1(n-1)X(n)XH(n)Rxx-1(n-1)1+X(n)Rxx-1(n)X(n)---(2)]]>Rxx-1(0)=μI---(3)]]>在式(2)和(3)中， (n)表示第n次快拍得到的逆矩阵，I表示单位矩阵，μ是大于0小于1的一个常数。需要指出的是式(2)和式(3)计算出的逆矩阵 (n)对所有用户均有效，即多径搜索过程中所有用户均使用相同的 (n)，并且快拍周期可以大于码片速率，因此计算负荷小。
第二步根据阵列形式，以最小空间角度ΔθStep为间隔，并根据阵列的形式确定阵列在LTotal_Beam个方向θl上的方向向量a(θl)l＝1，2，...，LTotal_Beam。LTotal_Beam为大于1的整数。如果用aH(θl)对阵列加权，则可以在空间方向θl形成1个波束。其中上标“H”表示共轭转置第三步时域位移相关步骤202进行时域搜索，即令TSearch为搜索时间窗，τ∈TSearch，计算时域相关向量Rxd(τ)Rxd(τ)=1T∫0TX(t)SPilot*(t-τ)dt]]>其中，SPiot(t-τ)为导频信号在时间上延迟τ以后得到的信号，“*”表示复数的共轭。在一般CDMA系统中都有导频信号用以多径搜索和信道估计。因此该信号是已知的。
第四步若干空域搜索器203进行空域搜索，以ΔθInitial为间隔(初始空间角度间隔ΔθInitial是最小空间角度间隔ΔθStep的整数倍)，从方向向量a(θl)l＝1，2，...，LTotal_Beam中选出LBeam奇数个a(θl)l＝1，2，...，LBeam，LBeam为大于等于1的奇数，计算出阵列加权向量WlWl=Rxx-1a(θ1)---l=1,2,...,LBeam---(5)]]>并计算Wl与多径搜索匹配滤波器输出向量Rxd(τ)的相关系数，即Cln(τ)=(1-a)×||WlHRxd(τ)||2+a×Cln-1(τ)---(6)]]>第五步令TSearch为搜索时间窗，从所有 (τ)τ∈TSearchl＝1，2，...，LBeam中，按照通常多径搜索的方法确定出有效的LFinger个多径时延及其对应的空域搜索器编号l，LFinger为正整数，l＝1，2，...，LBeam，并根据空域搜索器编号I输出多径阵列加权向量Wl。
第六步根据多径中最强径的时延信息和空域搜索器编号对搜索时间窗TSearch的初始位置及空域搜索器的初始方向进行调整。调整搜索时间窗的初始位置以确保主径时间位置处于搜索窗的中心。空域搜索器的调整是根据主径方向居中的原则进行的并满足始终有LBeam奇数个a(θl)向量进行空域搜索。在所搜索的空域范围内，以主径方向为中心，以最小空间角度间隔ΔθStep为步长逐渐调整空域搜索器方向，最终使LBeam奇数个a(θl)空域搜索器在空间方向上的最小角度间隔达到最小空间角度间隔ΔθStep。
第七步从第一步起，重复上述过程。
从上述过程中可以看出，在获得多径时延信息、阵列加权信息的同时，还可以得到用户的空间信息，这对确定移动用户的位置也是十分有利的。
权利要求
1.一种码分多址通信系统中的时空联合多径搜索方法，包括下列步骤1)从阵列输入信号X(t)的相关矩阵中求得逆矩阵 ，并根据阵列形式，确定阵列在LTotal_Beam个方向θi上的方向向量a(θl)，l＝1，…，LTotal_Beam，LTotal_Beam为自然数；2)进行时域搜索，即令TSearch为搜索时间窗，τ∈TSearch，计算时域相关向量Rxd(τ)Rxd(τ)=1T∫0TX(t)SPilot*(t-τ)dt]]>其中，SPiot(t-τ)为导频信号在时间上延迟τ以后得到的信号，“*”表示复数的共轭；3)进行空域搜索，以阵列在方向θl上的方向向量a(θl)作为空域搜索向量，l＝1，…，LTotal_Beam，从中选出LBeam奇数个a(θl)，l＝1，3，…，LBeam，LBeam为大于等于1的奇数，计算出对应第l个方向向量的阵列加权向量WlWl=Rxx-1a(θ1)---l=1,2,...,LBeam]]>并计算阵列加权向量Wl与时域相关向量Rxd(τ)的相关系数 (τ)，相关系数 (τ)中的上标“n”表示第n次搜索，下标“1”表示是第1个方向的阵列加权向量Wl与时域相关向量Rxd(τ)进行相关运算；4)从所有 (τ)(τ∈TSearch，l＝1，2，…，LBeam)中，按照通常多径搜索的方法确定出有效的正整数LFinger个多径时延，根据该时延对应的编号1可以知道多径信号的空域信息，即多径信号的方向在θl附近，由此可以输出多径阵列加权向量Wl；5)根据多径中功率最强的一径信号的时延信息和空域信息对搜索时间窗TSearch的初始位置及空域搜索的初始方向进行调整，调整搜索时间窗的初始位置以确保主径时间位置处于搜索窗的中心，根据主径方向居中的原则调整方向向量a(θl)的指向，并满足始终有LBeam奇数个a(θl)向量进行空域搜索，在所搜索的空域范围内，以主径方向为中心，以最小空间角度间隔Δθstep为步长逐步调整空域搜索器方向，最终使LBeam奇数个a(θl)空域搜索器在空间方向上的最小角度间隔达到最小空间角度间隔Δθstep。6)重复上述过程，不断输出LFinger个多径时延和多径阵列加权向量Wl。
2.根据权利要求1所述的一种码分多址通信系统中的时空联合多径搜索方法，其特征在于所述的步骤1)中的从阵列输入信号X(t)的相关矩阵中求取逆矩阵 可采用迭代方法计算Rxx-1(n)=Rxx-1(n-1)-Rxx-1(n-1)X(n)XH(n)Rxx-1(n-1)1+X(n)Rxx-1(n)X(n)]]>Rxx-1(0)=μI]]>在上式中， (n)表示第n次快拍得到的逆矩阵，I表示单位矩阵，μ是大于0小于1的一个常数。
全文摘要
一种码分多址通信系统中的时空联合多径搜索方法根据阵列形式，确定阵列在L
文档编号H04B1/707GK1398075SQ0112623
公开日2003年2月19日 申请日期2001年7月18日 优先权日2001年7月18日
发明者李江 申请人:华为技术有限公司