專利名稱：一種基于時間－頻率分集的接收方法
所屬領域本發(fā)明涉及一種基于時間-頻率分集的接收方法，確切地說，涉及一種擴頻通信中的多用戶檢測技術，屬于擴頻通信技術領域。
文獻[1]《移動無線通訊中的多徑-多普勒聯(lián)合分集》(《Jointmultipath-Doppler diversity in mobile wireless communication》，IEEE Trans.Commun.，vol.47，pp.123-132，Jan.1999)和文獻[2]《快速衰落多徑環(huán)境中的多用戶檢測》(《Multiuser detection in fast-fading multipath environments》，IEEE J.Selected Areas in Commun.，vol.16，pp.1691-1701，Dec.1998)提出了多普勒分集的一種新思想，指出信道在時域的變化實際上提供了另一種分集的可能，即多普勒分集(Doppler diversity)。在多徑-多普勒聯(lián)合分集的時間選擇性(time-selective)信號模型中，經過信道的信號分解成互相正交的多徑-多普勒的不同分支信號，稱這種模型為時間-頻率模型或TF(Time-Frequency)模型。文獻[1][2]還在此TF模型基礎上進一步介紹了聯(lián)合多徑-多普勒處理的接收機。
記T為數(shù)據(jù)符號的周期，Ts為擴頻波形的持續(xù)時間(spreading duration)，則根據(jù)文獻[1][2]的說明，這種TF模型應包括兩種情形TF模型1T＝Ts；和TF模型2T＜Ts。盡管文獻[1][2]討論了在TF模型1下的TF RAKE接收機、解相關器和最小均方誤差(MMSE)接收機，但是這種TF RAKE接收機是針對單用戶信號接收的，并不適用于多用戶接收；后面幾種接收機雖然是針對多用戶接收，但這些接收機的復雜度太高，難以實現(xiàn)。
在TF模型2下，文獻[3]《通訊中多徑衰落信道下的時間選擇性信號的接收》(《Time-selective signaling and reception for communication over multipathfading channels》，IEEE Trans.Commun.，vol.48，pp.83-94，Jan.2000，)中只討論了單用戶的多徑信號接收機，而沒有提及到相應的多用戶多徑的接收機。
本發(fā)明的基于時間-頻率分集的接收方法是這樣實現(xiàn)的該接收方法包括有下列步驟(1)在信號的擴頻調制中，將數(shù)據(jù)符號擴頻波形持續(xù)時間Ts設置為等于數(shù)據(jù)符號的周期T，即Ts＝T；(2)利用數(shù)據(jù)符號擴頻波形的多徑-多普勒分支信號，對接收信號做時間-頻率的TF匹配濾波，并輸出每個用戶的每一徑各個TF分支的匹配濾波結果；(3)對每個用戶的所有TF匹配濾波結果進行TF RAKE最大比合并，然后對合并操作結果進行符號硬判決；(4)在TF RAKE接收的基礎上，進一步采用并行干擾消除(PIC)的多用戶檢測增強技術，以便進一步改善檢測性能。
所述的第(3)步驟進行的TF RAKE最大比合并操作，是利用各個TF分支信號匹配濾波的結果，以及對應分支的多徑-多普勒信道參數(shù)，進行最大比合并的操作。
所述的第(4)步驟進行并行干擾消除(PIC)的多用戶檢測增強技術操作，其具體步驟如下(a)設置多級并行干擾消除的級數(shù)G，級數(shù)計數(shù)指標為g，g＝1，...，G，并設初始指標g＝1；(b)利用TF RAKE接收得到的符號硬判決和信道參數(shù)，進行各個TF分支信號的再生操作，即干擾再生操作，得到各個TF分支的再生信號；(c)對每個用戶的各TF分支信號，進行干擾對消操作；(d)對每個較純凈的TF分支信號重新進行TF匹配，得到該分支的TF匹配濾波結果；該TF匹配濾波的操作與所述的步驟(2)相同；(e)對每個用戶的各TF分支信號的TF匹配濾波結果，進行TF RAKE合并，并進行本級PIC的符號硬判決；該TF RAKE合并的操作與所述的步驟(3)相同；(f)將g的值增加1，(g)利用上一級的符號硬判決結果，重復步驟(b)～(f)的操作，直到完成第g＝G級并行干擾消除的操作為止；最后還要將進行最后一級g＝G級并行干擾消除操作后得到的符號硬判決的值輸出，作為最終的數(shù)據(jù)符號檢測結果。
所述的第(b)步驟中各個TF分支信號的再生操作，是將每個用戶的擴頻波形信號的各個TF分支信號，乘以該用戶的本級符號硬判決的值；而每個用戶的擴頻波形的各個TF分支信號，則是利用TF信道估計得到的多徑-多普勒信道參數(shù)和已知的該用戶擴頻波形得到的。
所述的利用TF信道估計得到的多徑-多普勒信道參數(shù)，可以是每一級PIC相同的，即用同一個TF信道估計值，也可以逐級重新估計更新使用。
所述的第(c)步驟中的干擾對消操作是對于每個用戶的各個TF分支信號，從基帶接收信號中減去該分支的TF干擾信號，得到較純凈的該分支信號，該分支的TF干擾信號是指除了該TF分支信號之外的所有TF分支信號的再生信號。
所述的第(4)步驟中，也可采用迭代SISO軟干擾消除算法的多用戶檢測增強技術，以便進一步改善檢測性能。
本發(fā)明的基于時間-頻率分集的接收方法也可以是這樣實現(xiàn)的該接收方法至少包括有下列步驟(1)在信號的擴頻調制中，將符號擴頻波形持續(xù)時間Ts設置為大于數(shù)據(jù)符號的周期T，即Ts＞T，并設I＝Ts/T是正整數(shù)；(2)利用數(shù)據(jù)符號擴頻波形的多徑-多普勒分支信號，對接收信號做時間-頻率的TF匹配濾波，并輸出每個用戶的每一徑各個TF分支的匹配濾波結果；此處的TF匹配濾波，可以設置符號檢測窗口大小，以便后面的TF RAKE合并操作更有效地克服符號間干擾(ISI)；(3)對每個用戶的所有TF匹配濾波結果進行TF RAKE最大比合并，然后對合并操作結果進行符號硬判決；這里的每個用戶的TF RAKE最大比合并操作，是先分別對該用戶每一徑的檢測窗內所有符號進行去除符號間干擾的操作，然后利用TF信道估計得到的TF信道參數(shù)，對所有各徑進行最大比合并操作，最后得到該用戶檢測窗內所有符號的最大比合并后的值；所述的第(3)步驟中的去除每一徑符號間干擾的操作，是指對該徑的向量形式的TF匹配濾波結果乘以TF相關矩陣的逆矩陣，而該TF相關矩陣是通過單徑的相關運算而得到的結果，該矩陣的維數(shù)大大降低，可顯著減少運算量。
在第(3)步驟之后，可以選擇性地增加下列操作在TF RAKE接收的基礎上，進一步采用并行干擾消除(PIC)或迭代SISO軟干擾消除算法的多用戶檢測增強技術，以便進一步改善檢測性能。
所述的并行干擾消除(PIC)的多用戶檢測增強技術操作，其具體步驟如下
(a)設置多級并行干擾消除的級數(shù)G，級數(shù)計數(shù)指標為g，g＝1，...，G，并設初始指標g＝1；(b)利用TF RAKE接收得到的符號硬判決和信道參數(shù)，進行各個TF分支信號的再生操作，即干擾再生操作，得到各個TF分支的再生信號，且該干擾再生操作是針對檢測窗內的所有符號進行的；(c)對每個用戶的各TF分支信號，進行干擾對消操作；(d)對每個較純凈的TF分支信號重新進行TF匹配，得到該分支的TF匹配濾波結果；該TF匹配濾波的操作與所述的步驟(2)相同；(e)對每個用戶的各TF分支信號的TF匹配濾波結果，進行TF RAKE合并，并進行本級PIC的符號硬判決；該TF RAKE合并的操作與所述的步驟(3)相同；(f)將g的值增加1，(g)利用上一級的符號硬判決結果，重復步驟(b)～(f)的操作，直到完成第g＝G級并行干擾消除的操作為止；最后還要將進行最后一級g＝G級并行干擾消除操作后得到的符號硬判決的值輸出，作為最終的數(shù)據(jù)符號檢測結果。
所述的第(b)步驟中的各個TF分支信號的再生操作，是將每個用戶的擴頻波形信號的各個TF分支信號乘以該用戶的本級符號硬判決的值，最后對檢測窗內所有符號求和；而每個用戶的擴頻波形的各個TF分支信號，是利用TF信道估計得到的多徑-多普勒信道參數(shù)和已知的該用戶擴頻波形得到的。
所述的第(c)步驟中的干擾對消操作是對于每個用戶的各個TF分支信號，從基帶接收信號中減去該分支的TF干擾信號，得到較純凈的該分支信號，該操作以整個檢測窗為操作區(qū)間；該分支的TF干擾信號是指除了該TF分支信號之外的所有TF分支信號的再生信號。
本發(fā)明的特點是基于時間和頻率分集的思想，最大程度地利用信道的分集特性，采用多徑-多普勒聯(lián)合分集的處理過程而提出的一種簡化的低復雜度的TF接收方法；并提出了基于該方法的兩種多用戶檢測方案。該接收方法能夠顯著改善在快速衰落信道下的接收機檢測性能。本發(fā)明的基礎是多徑-多普勒聯(lián)合分集，通過符號擴頻波形持續(xù)時間大于或等于數(shù)據(jù)符號周期來實現(xiàn)無線傳播信道的時間選擇特性(time-selective)。對于單用戶接收而言，可以采用本發(fā)明中的低復雜度TF RAKE接收方法，對于多用戶而言，則在低復雜度的TFRAKE接收的基礎上，進一步采用了多用戶檢測技術，可以在同時接收多個用戶信號(即檢測用戶)時聯(lián)合處理各用戶信息，達到更準確地檢測多用戶信號的目的；而且所有的接收處理過程都是基于多徑-多普勒聯(lián)合分集進行的。
圖2是在TF1模型下的多用戶檢測結果的示意圖(SNR＝5dB)。
圖3是在TF2模型下的多用戶檢測結果的示意圖(用戶數(shù)＝4)。
圖4是在TF2模型下的多用戶檢測結果的示意圖(SNR＝5dB)。
其中bk(i)∈{-1，1}是第k個用戶的第i個比特(或稱為數(shù)據(jù)符號)，xki(t)是第k個用戶的第i個比特的基帶接收信號，τk是第k個用戶信號的發(fā)送延遲時間，Es是每個符號的能量，n(t)是功率譜密度為N的加性高斯噪聲，Tc是擴頻碼的碼片周期。根據(jù)文獻[1]中給出的無線傳播信道的多徑-多普勒正則(multipath-Doppler canonical representation)表示，上述(1)式中第k個用戶的第i個比特的基帶接收信號xki可以表示為xki(t)=TcTΣl=0LΣm=-MMHkm,l(i)sk(t-iT-lTc)ej2πmt/T,----(2)]]>其中Hkm，l(i)是對應于第k個用戶的第i個符號的信道系數(shù)(通過與傳統(tǒng)信道估計類似的時間-頻率信道估計得到)，共有(L+1)(2M+1)個，而sk(t)是第k個用戶的擴頻波形，滿足sk(t)=0ift∉
.]]>另外，為了表述方便，引入下面表示式ukm,l(t)=sk(t-lTc)ej2πmt/T,----(3)]]>表示第k個用戶的擴頻波形sk(t)經過多徑-多普勒信道后的第l徑第m個多普勒分支，或簡稱為(m，l)-TF分支，j=-1.]]>(2)做時間-頻率的TF匹配濾波，并輸出每個用戶的每一徑各個TF分支的匹配濾波結果；時間-頻率的TF匹配濾波操作，是利用數(shù)據(jù)符號擴頻波形的多徑-多普勒分支信號，對接收信號進行匹配濾波。對于第k個用戶的第i個符號，其對應于(m，l)-TF分支信號的TF匹配濾波輸出為zkm,l(i)=∫τ,T+τkr(t)sk*(t-iT-lTc)e-j2πm(t-iT)dt.----(4)]]>(3)對每個用戶的所有TF匹配濾波結果進行TF RAKE最大比合并，然后對合并操作結果進行符號硬判決；TF RAKE最大比合并操作，是利用各個TF分支信號匹配濾波的結果，以及對應分支的多徑-多普勒信道參數(shù)，進行最大比合并的操作。具體而言，是利用TF匹配濾波輸出結果，得到第k個用戶的第i個符號的TF RAKE最大比合并和符號硬判決結果為bk^(i)=sgn{Re(Σl=0LΣm=-MMHkm,l*(i)zkm,l(i))},----(5)]]>(4)在TF RAKE接收的基礎上，進一步采用并行干擾消除(PIC)的多用戶檢測增強技術，進一步改善檢測性能；其具體操作步驟如下(a)設置多級并行干擾消除的級數(shù)G，級數(shù)計數(shù)指標為g，g＝1，...，G，并設初始指標g＝1；(b)利用TF RAKE接收得到的符號硬判決和信道參數(shù)，進行各個TF分支信號的再生操作，即干擾再生操作，得到各個TF分支的再生信號；這里所述的一個TF信號分支的再生操作，是將每個用戶的擴頻波形信號的各個TF分支信號，乘以該用戶的本級符號硬判決的值得到的。在每一級PIC中得到的TF干擾信號一般都是不相同的。
對應于第k個用戶的第i個符號bk(i)，其(m，l)-TF多普勒信號分支的再生信號是s^km,l(t)=Esukm,l(t-iT)Hkm,l(i)b^k(i),t∈[iT+lTc,(i+1)T+lTc],----(6)]]>其中，ukm，l(t)如式(3)所示，而k(i)由步驟(3)的式(5)得到的。
每個用戶的擴頻波形的各個TF分支信號，是利用TF信道估計得到的多徑-多普勒信道參數(shù)和已知的該用戶擴頻波形得到的。該多徑-多普勒信道參數(shù)，可以是每一級PIC相同，即用同一個TF信道估計值，也可以逐級重新估計更新使用。
(c)對每個用戶的各TF分支信號，進行干擾對消操作；即對于每個用戶的各個TF分支信號，從基帶接收信號中減去該分支的TF干擾信號，得到較純凈的該分支信號；該分支的TF干擾信號是指除了該TF分支信號之外的所有TF分支信號的再生信號。
對第k個用戶的(m，l)-TF分支而言，干擾消除操作是r^km,l(t)=r(t)-Σ(k‾,m‾,l‾)≠(k,m,l)s^k‾m‾,l‾(t-τk‾),----(7)]]>
注意此處的干擾取消操作在實現(xiàn)上，可以先減去所有TF分支信號的再生信號的和，再加上自己的那個TF分支的再生信號 這樣，就會大大減少運算量；(d)對每個較純凈的TF分支信號重新進行TF匹配，得到該分支的TF匹配濾波結果；TF匹配濾波操作同步驟(2)；對經過干擾消除后的較純凈的TF分支信號重新進行TF匹配濾波，得到第k個用戶第i個符號的對應于(m，l)TF分支的TF匹配濾波輸出為zkm,l(i)=∫iT+τk,l(i+1)T+τk,lr^km,l(t)ukm,l*(t-iT-lTc)dt,----(8)]]>其中τk，l＝τk+lTc是第k個用戶的第l徑的時延；(e)對每個用戶的各TF分支信號的TF匹配濾波結果，進行TF RAKE合并，并進行本級PIC的符號硬判決；TF RAKE合并的操作同步驟(3)；上述合并操作采用簡單的TF RAKE最大比合并，第k個用戶的第i個符號的TF RAKE合并和符號硬判決是b^k(i)=sgn{Re(Σl=0LΣm=-MMHkm,l*(i)zkm,l(i))},----(9)]]>注意，式(9)中zkml(i)和k(i)(如果不同級的信道系數(shù)不同，則還有Hkm，l(i))，實際上在每一級PIC一般都是不相同的；(f)將g的值增加1，(g)利用上一級的符號硬判決結果，重復步驟(b)～(f)的操作，直到完成第g＝G級并行干擾消除的操作為止；最后還要將最后一級g＝G級PIC后得到的符號硬判決的值輸出，作為最終的數(shù)據(jù)符號檢測結果。
本發(fā)明的另一種情況是在TF模型2下，即擴頻調制過程滿足Ts＞T的條件時，此時，由于符號擴頻波形周期Ts大于數(shù)據(jù)符號周期T，因此會帶來符號間干擾ISI(Inter-Symbol Interference)，為了去除ISI會帶來一定的計算量增加，但是Ts適當增大能夠最大限度地利用信道的多普勒分集，克服快速衰落對檢測性能造成的影響。為了去除ISI，接收處理時必須設置一個檢測窗，該檢測窗的大小可以設為一個擴頻波形所復蓋范圍的兩倍。另外，為了對檢測窗邊緣符號作更精確的估計，每次檢測窗的平滑幅度可以小于一個檢測窗口寬度，而且還可以對相鄰檢測窗的檢測結果綜合處理，得到更為準確的符號估計。在下面的描述中，為了簡單起見，假定檢測窗平滑為一個檢測窗口大小，而且，直接輸出每個檢測窗的檢測結果。
總之，當擴頻調制過程滿足Ts＞T條件時，其具體實施的操作步驟如下(1)在信號的擴頻調制中，將數(shù)據(jù)符號擴頻波形持續(xù)時間Ts設置為大于數(shù)據(jù)符號的周期T，即Ts＞T并設I＝Ts/T是正整數(shù)。
下面仍以相干BPSK調制為例，這里考慮的檢測窗口內對應的符號為第i＝-I，...I個符號，而且第i＝0個符號是檢測窗的中心r(t)=EsΣi=-IIΣk=1Kbk(i)xki(t-τk)+n(t),----(1)′]]>上述(1)′式中第k個用戶的第i個比特的基帶接收信號xlk(t)可以表示為xki(t)=TcTsΣl=0LΣm=-MMHkm,l(i)sk(t-iT-lTc)ej2πmt/Ts,----(2)′]]>其余各記號的意義與(1)式和(2)式的說明相同。另外，為了表述方便，引入下式ukm,l(t)=sk(t-lTc)ej2πmt/Ts,----(3)′]]>表示第k個用戶的擴頻波形sk(t)經過多徑-多普勒信道后的第l徑第m個多普勒分支，或(m，l)-TF分支。
(2)做時間-頻率的TF匹配濾波，并輸出各用戶每一徑的各個TF分支的匹配濾波結果；此處的TF匹配濾波，可以設置符號檢測窗口大小，以便后面的TF RAKE合并操作更有效地克服符號間干擾(ISI)，但運算量會有所增加。時間-頻率的TF匹配濾波操作，是利用數(shù)據(jù)符號擴頻波形的多徑-多普勒分支信號，對接收信號進行匹配濾波。
設置檢測窗口大小為2I+1個符號(平滑窗的大小也可取為不大于2I+1個符號)，首先平滑檢測窗口，使檢測窗對應符號指標集合{-I....I}。
對于第k個用戶的第i∈{-I，...，+I}個共2I+1個符號，其對應于(m，l)分支信號的TF匹配濾波輸出為zkm,l(i)=∫-ITiT+Tsr(t)sk*(t-iT-lTc)e-j2πm(t-iT)/Tsdt,----(4)′]]>(3)對每個用戶的所有TF匹配濾波結果進行TF RAKE最大比合并，然后對合并操作結果進行符號硬判決；一個用戶的TF RAKE最大比合并操作，是先分別對該用戶每一徑的檢測窗內所有符號進行去除符號間干擾操作(注意本發(fā)明對每一徑是分別進行去除符號間干擾的操作，與文獻[1][2]中各徑一起進行相比，大大降低了計算復雜度)，然后利用TF信道估計得到的TF信道參數(shù)，對所有徑進行最大比合并，最后得到該用戶檢測窗內所有符號的TF RAKE合并后的值。其中，每一徑去除符號間干擾的操作，是指對該徑的向量形式的TF匹配濾波結果乘以TF相關矩陣的逆矩陣。由于各徑之間并不相關，該TF相關矩陣的得到，只是單徑的相關運算的結果，因此矩陣的維數(shù)可大大降低，運算量也大大減少。
第k＝1，...，k個用戶的第i＝-I，-I+1，...，I個符號的TF RAKE最大比合并和硬判操作為b^k=sgn{Re(Σl=0Lhk,lHFk,lzk,l)},----(5)′]]>其中的zk，l是TF匹配濾波器的用矩陣形式表示的輸出結果，F(xiàn)k，l是去符號間干擾ISI的矩陣，hk，l是多徑-多普勒信道系數(shù)，它們的具體定義分別如下zk，l＝[zk，l(-I)，...，zk，l(I)]T是(2I+1)(2M+1)維列向量，其中zk,l(i)=[zk-M,1(i),...,zkM,1(i),...,zk-M,L(i),...,zkM,L(i)]T,]]>而i＝-I，...，I；Fk,l=Rk,l-1]]>是第k個用戶第l徑的(2I+1)(2M+1)維TF相關矩陣Rk的逆矩陣，起到去符號間干擾ISI的作用，其中Rk,l=Rk,lT(-I,-I)...Rk,lT(-I,I).........Rk,lT(I,-I)...Rk,lT(I,I),]]>式中的上標T表示矩陣的轉置，且對-I≤i，j≤I有Rk,l(i,j)=∫-ITIT+Tsukl*(t-iT)uklT(t-jT)dt,]]>又其中ukl(t)=[uk-M,l(t),...,ukM,l(t)]T]]>是第k個用戶擴頻波形的第l徑的2M+1維多普勒向量，ukm，l(t)定義請參見式(3)′；hk,l=[Hk-M,l(-I),...,HkM,l(-I),...,Hk-M,l(I),...,HkM,l(I)]T]]>是TF信道估計向量。
本發(fā)明可以采用(5)′式中的數(shù)據(jù)符號硬判決結果作為接收機的最后輸出，也可以在以上TF RAKE接收的基礎上，再采用并行干擾消除(PIC)的多用戶檢測增強技術，能夠進一步改善檢測性能；當然，該步驟是屬于可選擇的操作內容。其具體操作步驟如下(a)設置多級并行干擾消除的級數(shù)G，級數(shù)計數(shù)指標為g，g＝1，...，G，并設g＝1；(b)利用TF RAKE接收得到的符號硬判決值和信道參數(shù)，進行各個TF分支信號的再生操作，即干擾再生操作，得到各個TF分支的再生信號；干擾再生操作針對檢測窗內所有符號進行。一個TF信號分支的再生操作，是將每個用戶的擴頻波形信號的各個TF分支信號，乘以該用戶的本級符號硬判決的值得到的。在每一級PIC中得到的TF干擾信號一般都是不相同的。
對應于第k個用戶的第i＝-I，...，I共2I+1個檢測窗內的符號，其(m，l)-TF分支信號的再生信號是s^km,l(t)=Σi=-IIEbukm,l(t-iT)Hkm,l(i)b^k(i),t∈[-IT,IT+Ts],----(6)′]]>其中，ukml(t)如式(3)′所示，而k(i)由步驟(3)的式子(5)′得到。注意，在不同級g的干擾消除處理過程中，TF信道參數(shù)Hkml(t)、符號判決值k(i)等一般是不相同的。
每個用戶的擴頻波形的各個TF分支信號，是利用TF信道估計得到的多徑-多普勒信道參數(shù)和已知的該用戶擴頻波形得到的。該多徑-多普勒信道參數(shù)可以每一級相同，即用同一個TF信道估計值，也可以逐級重新估計更新使用。
(c)對于每個用戶的各個TF分支信號，進行干擾對消操作。即對于每個用戶的各個TF分支信號，從基帶接收信號中減去該分支的TF干擾信號，即進行干擾對消，得到較純凈的該分支信號；該分支的TF干擾信號是指，除了該TF分支信號之外的所有TF分支信號的再生信號。
對第k個用戶的(m，l)-TF分支而言，干擾消除操作是r^km,l(t)=r(t)-Σ(k‾,m‾,l‾)≠(k,m,l)s^k‾m‾,l‾(t-τk‾),----(7)′]]>其中Hkm，l(i)是TF信道估計得到的，可以每一級相同，也可以在每一級分別估計。
注意此處的干擾消除操作在實際系統(tǒng)的實現(xiàn)中可以先減去所有再生信號的和，再加上自己的那個TF分支再生信號 這樣就會大大減少運算量。
(d)對每個較純凈的TF分支信號重新進行TF匹配濾波，得到該分支的TF匹配濾波結果；TF匹配濾波的操作同步驟(2)；對經過干擾消除后的較純凈的信號重新進行TF匹配，得到第k個用戶第i＝-I，...，I共2I+1個符號的對應于(m，l)-TF分支的TF匹配濾波輸出為zkm,l(i)=∫iT+τk,l(i+1)T+τk,lr^km,l(t)ukm,l*(t-iT-lTc)dt,----(8)′]]>其中τk，l＝τk+lTc是第k個用戶的第1徑的時延。
(e)對每個用戶的各TF分支信號的TF匹配濾波結果，進行TF RAKE合并，并進行本級PIC的符號硬判決；其中TF RAKE合并的操作與步驟(3)相同，即為低復雜度的TF RAKE合并操作。
在TF模型2下，需要去除ISI，因此采用低復雜度的TF模型2的TF RAKE接收方法，具體步驟與上述的步驟(3)相同，于是得到本級的符號硬判決b^k=sgn{Re(Σl=0Lhk,lHFk,lzk,l)},----(9)′]]>注意，其中的匹配濾波輸出向量zk，l和符號暫態(tài)硬判決值k(i)(如果不同級的TF信道參數(shù)不同，則還包括有變量hk，l)實際上在每一級PIC一般都不相同。另外，注意這里的判決結果k只是暫時性的中間結果，用于下面的干擾再生和消除，而不是最終檢測結果。
(f)將g的值增加1；(g)利用上一級的符號硬判結果，重復步驟(b)-(f)的操作，直到完成第g＝G級并行干擾消除的操作為止。最后還要將最后一級g＝G級PIC后得到的數(shù)據(jù)符號硬判值輸出，作為最終的符號檢測結果。
本發(fā)明在兩種TF模型即TF模型1和TF模型2下都進行了多用戶檢測器的仿真實施試驗，在所有的仿真試驗中，移動臺速度均設定為120km/h。
參見

圖1和圖2，其是基于TF模型1給出的結合PIC多用戶檢測和無PIC的兩種誤碼率BER結果示意圖。從圖中看出，有PIC的TF多用戶檢測器性能優(yōu)于無PIC的TF檢測器性能，盡管無PIC的TF多用戶接收性能也已經很好了。
參見圖3和圖4，該兩圖給出了在TF模型2下的仿真結果?？梢钥吹絇IC仍然有較好的性能改善。
另外，請注意在多用戶檢測條件下，TF模型2下的檢測結果不如TF模型1，這個結果是與單用戶的TF接收方法所不同的。在單用戶TF接收情形，兩種TF模型下的檢測性能幾乎是一樣的。
權利要求
1.一種基于時間-頻率分集的接收方法，其特征在于該接收方法包括有下列步驟(1)在信號的擴頻調制中，將數(shù)據(jù)符號擴頻波形持續(xù)時間Ts設置為等于數(shù)據(jù)符號的周期T，即Ts＝T；(2)利用數(shù)據(jù)符號擴頻波形的多徑-多普勒分支信號，對接收信號做時間-頻率的TF(Time-Frequency)匹配濾波，并輸出每個用戶的每一徑各個TF分支的匹配濾波結果；(3)對每個用戶的所有TF匹配濾波結果進行TF RAKE最大比合并，然后對合并操作結果進行符號硬判決；(4)在TF RAKE接收的基礎上，進一步采用并行干擾消除(PIC)的多用戶檢測增強技術，以便進一步改善檢測性能。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于時間-頻率分集的接收方法，其特征在于所述的第(3)步驟進行的TF RAKE最大比合并操作，是利用各個TF分支信號匹配濾波的結果，以及對應分支的多徑-多普勒信道參數(shù)，進行最大比合并的操作。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于時間-頻率分集的接收方法，其特征在于所述的第(4)步驟進行并行干擾消除(PIC)的多用戶檢測增強技術操作，其具體步驟如下(a)設置多級并行干擾消除的級數(shù)G，級數(shù)計數(shù)指標為g，g＝1，...，G，并設初始指標g＝1；(b)利用TF RAKE接收得到的符號硬判決和信道參數(shù)，進行各個TF分支信號的再生操作，即干擾再生操作，得到各個TF分支的再生信號；(c)對每個用戶的各TF分支信號，進行干擾對消操作；(d)對每個較純凈的TF分支信號重新進行TF匹配，得到該分支的TF匹配濾波結果；該TF匹配濾波的操作與所述的步驟(2)相同；(e)對每個用戶的各TF分支信號的TF匹配濾波結果，進行TF RAKE合并，并進行本級PIC的符號硬判決；該TF RAKE合并的操作與所述的步驟(3)相同；(f)將g的值增加1，(g)利用上一級的符號硬判決結果，重復步驟(b)～(f)的操作，直到完成第g＝G級并行干擾消除的操作為止，最后還要將進行最后一級g＝G級并行干擾消除操作后得到的符號硬判決的值輸出，作為最終的數(shù)據(jù)符號檢測結果。
4.根據(jù)權利要求3所述的基于時間-頻率分集的接收方法，其特征在于所述的第(b)步驟中各個TF分支信號的再生操作，是將每個用戶的擴頻波形信號的各個TF分支信號，乘以該用戶的本級符號硬判決的值；而每個用戶的擴頻波形的各個TF分支信號，則是利用TF信道估計得到的多徑-多普勒信道參數(shù)和已知的該用戶擴頻波形得到的。
5.根據(jù)權利要求4所述的基于時間-頻率分集的接收方法，其特征在于所述的利用TF信道估計得到的多徑-多普勒信道參數(shù)，可以是每一級PIC相同的，即用同一個TF信道估計值，也可以逐級重新估計更新使用。
6.根據(jù)權利要求3所述的基于時間-頻率分集的接收方法，其特征在于所述的第(c)步驟中的干擾對消操作是對于每個用戶的各個TF分支信號，從基帶接收信號中減去該分支的TF干擾信號，得到較純凈的該分支信號，該分支的TF干擾信號是指除了該TF分支信號之外的所有TF分支信號的再生信號。
7.根據(jù)權利要求1所述的基于時間-頻率分集的接收方法，其特征在于所述的第(4)步驟中，也可以采用迭代SISO軟干擾消除算法的多用戶檢測增強技術，以便進一步改善檢測性能。
8.一種基于時間-頻率分集的接收方法，其特征在于該接收方法至少包括有下列步驟(1)在信號的擴頻調制中，將數(shù)據(jù)符號擴頻波形持續(xù)時間Ts設置為大于數(shù)據(jù)符號的周期T，即Ts＞T，并設I＝Ts/T是正整數(shù)；(2)利用數(shù)據(jù)符號擴頻波形的多徑-多普勒分支信號，對接收信號做時間-頻率的TF匹配濾波，并輸出每個用戶的每一徑各個TF分支的匹配濾波結果；此處的TF匹配濾波，可以設置符號檢測窗口大小，以便后面的TF RAKE合并操作更有效地克服符號間干擾(ISI)；(3)對每個用戶的所有TF匹配濾波結果進行TF RAKE最大比合并，然后對合并操作結果進行符號硬判決；這里的每個用戶的TF RAKE最大比合并操作，是先分別對該用戶每一徑的檢測窗內所有符號進行去除符號間干擾的操作，然后利用TF信道估計得到的TF信道參數(shù)，對所有各徑進行最大比合并操作，最后得到該用戶檢測窗內所有符號的最大比合并后的值。
9.根據(jù)權利要求8所述的基于時間-頻率分集的接收方法，其特征在于所述的第(3)步驟中的去除每一徑符號間干擾的操作，是指對該徑的向量形式的TF匹配濾波結果乘以TF相關矩陣的逆矩陣，而該TF相關矩陣是通過單徑的相關運算而得到的結果，該矩陣的維數(shù)大大降低，可顯著減少運算量。
10.根據(jù)權利要求8所述的基于時間-頻率分集的接收方法，其特征在于在第(3)步驟之后，可以選擇性地增加下列操作在TF RAKE接收的基礎上，進一步采用并行干擾消除(PIC)或迭代SISO軟干擾消除算法的多用戶檢測增強技術，以便進一步改善檢測性能。
11.根據(jù)權利要求10所述的基于時間-頻率分集的接收方法，其特征在于所述的并行干擾消除(PIC)的多用戶檢測增強技術操作，其具體步驟如下(a)設置多級并行干擾消除的級數(shù)G，級數(shù)計數(shù)指標為g，g＝1，...，G，并設初始指標g＝1；(b)利用TF RAKE接收得到的符號硬判決和信道參數(shù)，進行各個TF分支信號的再生操作，即干擾再生操作，得到各個TF分支的再生信號，且該干擾再生操作是針對檢測窗內的所有符號進行的；(c)對每個用戶的各TF分支信號，進行干擾對消操作；(d)對每個較純凈的TF分支信號重新進行TF匹配，得到該分支的TF匹配濾波結果；該TF匹配濾波的操作與所述的步驟(2)相同；(e)對每個用戶的各TF分支信號的TF匹配濾波結果，進行TF RAKE合并，并進行本級PIC的符號硬判決；該TF RAKE合并的操作與所述的步驟(3)相同；(f)將g的值增加1，(g)利用上一級的符號硬判決結果，重復步驟(b)～(f)的操作，直到完成第g＝G級并行干擾消除的操作為止；最后還要將進行最后一級g＝G級并行干擾消除操作后得到的符號硬判決的值輸出，作為最終的數(shù)據(jù)符號檢測結果。
12.根據(jù)權利要求11所述的基于時間-頻率分集的接收方法，其特征在于所述的第(b)步驟中的各個TF分支信號的再生操作，是將每個用戶的擴頻波形信號的各個TF分支信號乘以該用戶的本級符號硬判決的值，最后對檢測窗內所有符號求和；而每個用戶的擴頻波形的各個TF分支信號，是利用TF信道估計得到的多徑-多普勒信道參數(shù)和已知的該用戶擴頻波形得到的。
13.根據(jù)權利要求11所述的基于時間-頻率分集的接收方法，其特征在于所述的第(c)步驟中的干擾對消操作是對于每個用戶的各個TF分支信號，從基帶接收信號中減去該分支的TF干擾信號，得到較純凈的該分支信號，該操作以整個檢測窗為操作區(qū)間；該分支信號的TF干擾信號是指除了該TF分支信號之外的所有TF分支信號的再生信號。
全文摘要
一種基于時間－頻率分集的接收方法，是一種在較低運算復雜度下接收機端的實現(xiàn)多徑－多普勒分集的接收方法。在擴頻通信系統(tǒng)中，當信號傳輸?shù)男诺捞幱诳焖偎ヂ涞那闆r下，傳統(tǒng)的RAKE接收機性能會明顯下降，本發(fā)明的方法是基于時間和頻率分集的思想，最大程度地利用多徑－多普勒聯(lián)合處理，提出的一種具有較低復雜度的新的接收方法，并提供了基于該方法的兩種多用戶檢測方案。該方法能夠克服衰落信道尤其是快速衰落信道對信號接收造成的影響，顯著改善在快速衰落信道下的接收機檢測性能，從而顯著提高多用戶接收機的檢測性能；并在進一步結合多用戶檢測增強技術的條件下，實現(xiàn)更好的接收效果。
文檔編號H04B1/707GK1416233SQ01134428
公開日2003年5月7日 申請日期2001年11月1日 優(yōu)先權日2001年11月1日
發(fā)明者王小東, 位繼偉, 曲秉玉 申請人:華為技術有限公司