专利名称：Cdma消息传输系统的接收装置以及自适应的cdma干扰抑制方法
技术领域：
本发明涉及根据权利要求1，2和7前序部分所述的CDMA消息传输系统的接收装置，以及根据权利要求9和12前序部分所述的自适应的CDMA干扰抑制方法。
在从发射机(例如移动无线终端设备)给接收机(例如移动无线基站)传输消息时，通过某个信道可传输的消息量与可使用的带宽、可使用的传输时间和信噪比有关。如果应由多个发射机同时使用一个信道，则例如可以将可供使用的带宽划分到不同的发射机上(“FDMA”＝频分多址)。替代或附加地可以给每个发射机分别分配时间轴上的某些时窗(“TDMA”＝时分多址)。与此相反地在CDMA方法(“CDMA”＝码分多址)中所有的发射机持续地使用整个频带。例如通过不同的码可以在各个发射机信号之间实现分离。
在W-CDMA移动无线系统中(“W-CDMA”＝宽带码分多址)，例如在UMTS移动无线系统中，一个基站与(瞬时)位于分配给该基站的小区中的许多移动终端设备进行通信。将所谓的扩展码(“spreadingcodes”)采用于从终端设备向基站发射信息(“上行链路”方向上的通信)。借助各自的扩展码将一个单个的要传输的数据比特扩展成一个码片序列。由于所采用的扩展码彼此不正交，所以导致干扰，例如导致与由其它小区的终端设备所发射信号的干扰(“小区间干扰”)，以及导致在分配给某个小区的终端设备的信号之间的干扰(“小区内干扰”)。在此，可能涉及由某个终端设备所发射的信号与由相同基站的其它终端设备所发射信号的干扰(“多用户干扰”)，或涉及在由某个终端设备所发射的、但是分配给不同数据比特的信号之间的干扰(“符号间干扰”)。正交的序列也可能由于持续时间的差异而被去正交，使得在正交的序列中也可能出现干扰。
在现有技术中公开了可以用其抑制分配给某个小区的移动终端设备之间的干扰的方法。例如在串行的干扰抑制时(“串行干扰消除”)，首先在第一阶段中在基站中求出来自最强所接收的终端设备的数据比特信号。于是通过再调制来评估与其它终端设备的干扰，并从由终端设备所接收的信号中减去干扰评估信号。在第二阶段中求出来自第二最强的终端设备的数据比特信号，并从由所述终端设备所接收的信号中减去通过再调制所获得的干扰评估信号，等等。这里的缺点还在于，所要求的信号再调制导致高额的电路工作量。此外，在第一阶段中所作的评估误差对所有后续阶段的误码率有不利的作用。
本发明的任务在于，提供新式的自适应CDMA干扰抑制方法，以及CDMA消息传输系统的新式的接收装置。
它根据本发明的第一特征如下来达到该目标和其它的目标提供CDMA消息传输系统的一个接收装置，该接收装置具有一个瑞克接收机(Rake-Empfaenger，分离多径接收机)，该瑞克接收机从由多个不同的发射单元共同接收的信号中滤波出一个分配给某个发射单元的信号、提供一个抑制包含在滤波出信号中的干扰的自适应干扰抑制装置、以及提供一个计算出应用于干扰抑制的滤波系数的系数更新装置，其中，该干扰抑制装置具有一种多相位结构，以及其中，依赖于所述干扰抑制装置位于其中的瞬时相位来选择应用于干扰抑制的滤波系数。
根据本发明的尤其适合于抑制“多用户干扰”的第二特征，CDMA消息传输系统的接收装置具有一个第一瑞克接收机，该第一瑞克接收机从由多个不同发射单元共同接收的信号中滤波出分配给第一发射单元的信号、具有一个第二瑞克接收机，该第二瑞克接收机从由多个不同发射单元共同接收的信号中滤波出分配给第二发射单元的信号、以及具有一个自适应的干扰抑制装置，该自适应的干扰抑制装置抑制包含在分配给第一发射单元的、滤波出的信号中的干扰，其中，所述的干扰抑制装置含有一个“软比特”判断装置，将分配给第二发射单元的滤波出的信号作为输入信号输送给该“软比特”判断装置，而将该“软比特”判断装置的输出信号应用于计算包含在分配给第一发射单元的滤波出的信号中的干扰。
在采用“软比特”判断装置时，不象在“硬比特”判断装置中那样将譬如位于+∞和-∞之间数字范围中的滤波出的信号，准确地譬如要么映射到数字+1上，要么映射到数字-1上，而是映射到一个譬如位于数字+1和-1之间的数字范围内。如在模拟中已展示的那样，通过采用“软比特”可以减少CDMA消息传输系统中的误码率。将由所述判断装置提供的“软比特”有利地应用于比特层上或符号层上，即应用在去扩展之后。
根据本发明的尤其适合于抑制“符号间干扰”的另一个特征，提供CDMA消息传输系统的一个接收装置，该接收装置具有一个瑞克接收机，该瑞克接收机从由多个不同发射单元共同接收的信号中滤波出分配给某个发射单元的信号、以及提供一个自适应的干扰抑制装置，该自适应的干扰抑制装置抑制包含在滤波出信号中的干扰，其中，该干扰抑制装置含有一个“软比特”判断装置，将滤波出的信号作为输入信号输送给该“软比特”判断装置，并将该“软比特”判断装置的输出信号用于计算包含在滤波出的信号中的干扰。
在方法方面，本发明通过权利要求8和11的内容来达到上述的目标和其它的目标。在从属权利要求中说明了本发明的有利的改进方案。
以下借助实施例和附图来详述本发明。
图1展示了W-CDMA移动无线传输系统的示意图；图2展示了具有一个根据本发明干扰抑制装置的、图1中所示出接收单元的片段的示意图；以及图3展示了具有多个干扰抑制装置的、图1中所示出接收单元的片段的示意图。
图1展示了W-CDMA移动无线传输系统1的示意图。该W-CDMA移动无线传输系统1具有一个第一发射单元2，这里为第一移动无线设备、一个第二发射单元3，这里为第二移动无线设备、一个接收单元4，这里为基站、以及若干(K-2)其它的在这里未示出的发射单元。
首先借助存放在分配给发射单元2的存储装置2a中的扩展码C，将由某个发射单元2要传输的数据比特d扩展成比特序列。借助同样存放在存储装置2a中的伪随机码S对所获得的比特序列进行倒频，并随后将如此获得的比特序列向接收单元4传输。
因此可以通过以下的方程(1)e＝HSCD+noise(噪声)来描述在接收单元4中从某个发射单元2所接收的信号e。
此时，矩阵A＝HSC描述通过传输(传输矩阵H)来考虑扩展、倒频(Verwuerfelung)和卷积的有效系统矩阵，而d代表了数据符号的矢量。系统矩阵A由于伪随机码S的周期性时间变化的结构而同样周期性地改变。
由接收单元4从全部K个发射单元2，3总共接收的信号因而满足以下的方程(2)eAll＝∑Audu+noise根据图2，接收单元4对于分配给它的K个发射单元2，3中的每一个具有一个常规的瑞克接收机5，6、一个判断装置8，9、和一个干扰抑制装置10，11。将由接收单元4所接收的总信号输送给每一个瑞克接收机5，6。各自的瑞克接收机5，6于是以常规的方式实施总信号的一种按分别分配给它的发射单元2，3来调定的滤波。于是第u个瑞克接收机5，6的输出可以通过以下的方程来描述(3)ru＝∑ATuAu′du′+noise此时，矩阵ATu描述适用于各自发射单元2，3的系统矩阵的换位矩阵(Transponierte)。矩阵Buu′＝ATuAu′-对于u′不等于u-描述“多用户干扰”，而-对于u′等于u-则描述“符号间干扰”。干扰矩阵Buu′同样具有带有l＝p/Q的周期的、周期性时间变化的结构，其中，p是伪随机码S的周期，而Q是扩展码C的扩展系数。
例如在W-CDMA的情况下，通过扩展码(典型长度为4至128码片)和扰码(Scramblingcode)(在短扰码中长度为256码片，或在长扰码中长度为38400码片)的组合决定了周期性时间变化的结构，其中，通过扩展码和扰码的组合产生有效的扩展码。
在长度为256码片的“短扰码”中和在具有扩展系数64的扩展码中，256码片的长度例如划分为4个各为64码片的段，其中，每个段相当于一个数据符号。对于在该4个段中的每个符号因而适用另一个有效的扩展码。有效的扩展码随着256码片的下一个周期才进行重复，由此产生一种周期性的结构。
符号层上的各个用户信号之间的互相关特性也依赖于该有效的扩展码，所以相应的周期性也适用于这些互相关特性。
要注意的是，在恒定的物理信道中在一个周期之内出现极其不同的互相关性。所以不可能通过自适应的滤波器来跟随这些互相关性。但是与此相反地，在恒定的物理信道中两个相继周期中的相同段的互相关性是相同的。利用关于该周期性的基础知识的自适应干扰抑制装置因而可以有效地用多个系数组来工作，其中，一个系数组总是适用于一个周期之内的一个段。仅从该段之内的信道值和从该段的相应的存储内容来确定该系数组。对于下一个段则转换到另一个系数组上。在下一个周期的等效段中才继续对滤波系数进行匹配。
如在图2中所展示的那样，于是将每个瑞克接收机5，6的输出输送给分配给各自瑞克接收机5，6的判断装置8，9，以及分配给各自瑞克接收机5，6的干扰抑制装置10，11。
根据图3每个干扰抑制装置10，11具有一种多相位结构，其中，相位数为l＝p/Q(在这里3个相位λ＝1，2，3)。对于每个相位λ分开地更新在各自干扰抑制装置10，11中所采用的滤波系数。在这里所展示的具有K个发射单元2，3的移动无线传输系统1中，可以通过K2l个与时间有关的滤波系数组W(λ)u，u′(k)来描述干扰抑制装置10，11的结构。但是如图3中所展示的那样，在任何时刻k仅将一个单个的相位用于滤波和用于更新滤波系数。出于该原因用于滤波和用于更新所必要的计算工作量与相位数l无关。
如此来计算出所述的滤波系数W(λ)u，u′(k)，即解决以下的最小化任务(4)E[|ru-∑Bu，u′du|2]＝min.
此时，从u′＝1累加至u′＝K，其中，所述的滤波系数W(λ)u，u′(k)是矩阵Buu′的元素。借助最小均方差(“LMS”)的方法来解决该最小化任务(4)，其中，通过瞬时的误差(5)eu(k)＝ru-∑Bu，u′du来代替近似，其中，又从u′＝1累加至u′＝K。
于是用于更新第u个发射单元2，3的系数的方程为(6)w(λ)u，u′(k+1)＝σw(λ)u，u′(k)+2μeu(k)du(k)其中，u′＝1...K。出于稳定性原因在本实例中选择σ≈0.995。
在本发明的干扰抑制装置10，11中不将“硬比特”，而将所谓的“软比特”采用来近似由各自发射单元2，3所发射的数据比特du。在此，将位于+∞和-∞之间数字范围中的某个信号不是准确地要么映射到数字+1上，要么映射到数字-1上，而是映射到位于+1和-1之间的一个数字范围上。在本实施例中为此采用正切双曲线函数。具体根据以下的方程来计算出xu(k)的值(7)xu(k)＝tanh(ru(k)/2)根据该近似值xu(k)，在各自的干扰抑制装置10，11中执行按方程(5)的干扰抑制。
此时，分配给第一发射单元2的干扰抑制装置10的、图3中所展示的上分支A用来抑制“符号间干扰”，而其余的分支B，C用来抑制“多用户干扰”。
首先在第一步骤中，在判断装置7，8中根据方程(7)从由各自的瑞克接收机5，6输送给判断装置8，9的信号中形成正切双曲线。所获得的信号x1(k)，x2(k)，...，xk(k)分别被输送给第一组延迟元件13a，13b，13c，而所延迟的信号分别被输送给第二组延迟元件14a，14b，14c。所述的信号x1(k)，x2(k)，...，xk(k)、所延迟的信号、和两次延迟的信号-依赖于各自有效的相位λ-与由LMS系数更新装置15所提供的滤波系数W(λ)u，u′(k)相乘。在加法元件16a，b，c，d，e，f，g中将全部所获得的信号相加，并于是在乘法元件17中将所获得的总和信号与系数-1相乘。所产生的信号是总共包含在由第一发射单元2所接收信号中的干扰的一个估算值(“符号间干扰”和“多用户干扰”)。将该信号在加法元件16h中与由分配给第一发射单元2的瑞克接收机5所提供的信号r1(k)相加，并因此对于r1(k)生成一个修正的信号y1(soft)。为了生成提供给LMS系数更新装置15的误差信号e1(k)，按方程(5)将所述的修正信号y1(soft)输送给乘法元件20，该乘法元件20将所述的信号y1(soft)与系数-1相乘，以及输送给相应于上述判断装置7，8所构造的其它判断装置18。该判断装置18相应地象在方程(7)中那样，从平分的信号y1(soft)中形成正切双曲线。所获得的信号y1(k)-依赖于各自有效的相位λ-与由LMS系数更新装置15提供的相应的滤波系数相乘，并在加法元件19中将所述的乘法信号与从乘法元件20所获得的信号相加。将以此方式获得的误差信号e1(k)输送给LMS系数更新装置15，该LMS系数更新装置15相应于象上面所示出的那样来从其中计算出当前的滤波系数。
权利要求
1.CDMA消息传输系统(1)的接收装置(4)，该接收装置(4)具有一个瑞克接收机(5)，该瑞克接收机(5)从由多个不同发射单元(2，3)共同接收的信号中滤波出一个分配给某个发射单元(2)的信号(r1(k))、具有一个自适应的干扰抑制装置(10)，该自适应的干扰抑制装置(10)抑制包含在所述滤波出的信号(r1k)中的干扰、以及具有一个系数更新装置(15)，该系数更新装置(15)计算出应用于干扰抑制的滤波系数(w)，其特征在于，所述的干扰抑制装置(10)具有一种多相位结构，其中，依赖于所述干扰抑制装置(10)位于其中的瞬时相位(λ)来选择所述的应用于干扰抑制的滤波系数(w)。
2.CDMA消息传输系统(1)的接收装置(4)，该接收装置(4)具有一个第一瑞克接收机(5)，该第一瑞克接收机(5)从由多个不同发射单元(2，3)共同接收的信号中滤波出一个分配给第一发射单元(2)的信号(r1(k))、具有一个第二瑞克接收机(6)，该第二瑞克接收机(6)从所述的由多个不同发射单元(2，3)共同接收的信号中滤波出一个分配给第二发射单元(3)的信号(r2(k))、以及具有一个自适应的干扰抑制装置(10)，该自适应的干扰抑制装置(10)抑制包含在所述分配给所述第一发射单元(2)的、滤波出的信号(r1(k))中的干扰，其特征在于，所述的干扰抑制装置(10)含有一个“软比特”判断装置(9)，将所述分配给第二发射单元(3)的、滤波出的信号(r2(k))作为输入信号输送给该“软比特”判断装置(9)，而将所述“软比特”判断装置(9)的输出信号(x2(k))应用于计算包含在所述分配给第一发射单元(2)的、滤波出的信号(r1k)中的干扰。
3.按权利要求2的接收装置(4)，其中，在所述的“软比特”判断装置(9)中采用正切双曲线函数。
4.按权利要求3的接收装置(4)，其中，所述的“软比特”判断装置(9)通过采用公式x2(k)＝tanh(r2(k)/2))从滤波出的信号(r2(k))中计算出它的输出信号(x2(k))。
5.按权利要求2至4之一的接收装置(4)，该接收装置(4)具有一个系数更新装置(15)，该系数更新装置(15)计算出用于干扰抑制的滤波系数(w)，并在该接收装置(4)中所述的干扰抑制装置(10)具有一种多相位结构，其中，依赖于所述干扰抑制装置(10)位于其中的瞬时相位(λ)来选择用于干扰抑制的滤波系数(w)。
6.按权利要求5的接收装置(4)，其中，所述的系数更新装置(15)通过采用最小均方差法来计算出所述的滤波系数(w)。
7.CDMA消息传输系统(1)的接收装置(4)，该接收装置(4)具有一个瑞克接收机(5)，该瑞克接收机(5)从由多个不同发射单元(2，3)共同接收的信号中滤波出一个分配给某个发射单元(2)的信号(r1(k))、以及具有一个自适应的干扰抑制装置(10)，该自适应的干扰抑制装置(10)抑制包含在所述滤波出的信号(r1(k))中的干扰，其特征在于，所述的干扰抑制装置(10)含有一个“软比特”判断装置(8)，将所滤波出的信号(r1(k))作为输入信号输送给该“软比特”判断装置(8)，而将该“软比特”判断装置(8)的输出信号(x1(k))采用于计算包含在所滤波出的信号(r1(k))中的干扰。
8.按权利要求7的接收装置(4)，该接收装置(4)附加地具有权利要求1至6中所述特征中的一个或多个。
9.自适应的CDMA干扰抑制方法，其中，从由多个不同发射单元(2，3)共同接收的信号中滤波出一个分配给某个发射单元(2)的信号(r1(k))，以及其中，以自适应的方式来抑制包含在所述滤波出的信号(r1(k))中的干扰，其特征在于，所述的方法具有以下的步骤-将所述滤波出的信号(r1(k))输送给“软比特”判断装置(8)；以及-将由所述“软比特”判断装置(8)提供的输出信号(x1(k))采用于计算包含在所滤波出的信号(r1(k))中的干扰。
10.按权利要求9的自适应的CDMA干扰抑制方法，其中，将正切双曲线函数采用在所述的“软比特”判断装置(8)中。
11.按权利要求10的自适应的CDMA干扰抑制方法，其中，所述的“软比特”判断装置(8)通过采用以下的公式x1(k)＝tanh(r1(k)/2))从所述滤波出的信号(r1(k))中计算出它的输出信号(x1(k))。
12.自适应的CDMA干扰抑制方法，其中，从由多个不同发射单元(2，3)共同接收的信号中滤波出一个分配给第一发射单元(2)的信号(r1(k))，和一个分配给第二发射单元(3)的信号(r2(k))，以及其中，以自适应的方式来抑制包含在所述分配给第一发射单元(2)的、所滤波出信号(r1k)中的干扰，其特征在于，所述的方法具有以下的步骤-将所述分配给第二发射单元(3)的、滤波出的信号(r2(k))输送给“软比特”判断装置(9)；以及-将一个由所述“软比特”判断装置(9)提供的输出信号(x2(k))采用于计算包含在所滤波出的信号(r2(k))中的干扰。
13.按权利要求12的自适应的CDMA干扰抑制方法，该方法附加地具有权利要求9至11中所述方法步骤中的一个或多个。
全文摘要
本发明涉及一种自适应的CDMA干扰抑制方法，以及CDMA消息传输系统(1)的一种接收装置(4)，该接收装置(4)具有一个第一瑞克接收机(5)，该第一瑞克接收机(5)从由多个不同发射单元(2，3)共同接收的信号中滤波出一个分配给第一发射单元(2)的信号(r1(k))、具有一个第二瑞克接收机(6)，该第二瑞克接收机(6)从由多个不同发射单元(2，3)共同接收的信号中滤波出一个分配给第二发射单元(3)的信号(r2(k))、以及具有一个自适应的干扰抑制装置(10)，该自适应的干扰抑制装置(10)抑制包含在所述分配给所述第一发射单元(2)的、滤波出的信号(r1(k))中的干扰，其中，所述的干扰抑制装置(10)含有一个“软比特”判断装置(9)，将所述分配给第二发射单元(3)的、滤波出的信号(r2(k))作为输入信号输送给该“软比特”判断装置(9)，而将该“软比特”判断装置(9)的输出信号(x2(k))用于计算包含在所述分配给第一发射单元(2)的滤波出信号(r1(k))中的干扰。根据本发明的另一个特征，所述的干扰抑制装置(10)具有一种多相位结构，其中，依赖于所述干扰抑制装置(10)位于其中的瞬时相位(1)来选择用于干扰抑制的滤波系数(w)。
文档编号H04B1/707GK1533639SQ02814428
公开日2004年9月29日 申请日期2002年5月8日 优先权日2001年5月18日
发明者A·西格尔, U·沃格尔, A 西格尔, 穸 申请人:西门子公司