СПОСОБ ОБРАБОТКИ СИГНАЛА CDMA-СИСТЕМЫ МОБИЛЬНОЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ Российский патент 2006 года по МПК H04B1/69 

Область техники

Настоящее изобретение относится к CDMA-технологии (множественный доступ с кодовым разделением каналов) сотовой мобильной передачи данных, в частности к способу детектирования и обработки сигнала в сотовой CDMA-системе мобильной связи с расширенным спектром. Данный способ представляет собой комбинацию временного разнесения и совместного детектирования.

Предпосылки изобретения

В сотовой мобильной CDMA-системе связи с расширенным спектром, в особенности в мобильной системе связи с множественным доступом с кодовым разделением и временным дуплексным разделением (TDD), для компенсации интерференции, возникающей из-за многолучевого распространения и многостанционного доступа, в принципе, для повышения характеристик системы на базовой приемопередающей станции (БПС) и в аппаратных средствах пользователя может использоваться способ временного разнесения, а также может применяться алгоритм совместного детектирования в качестве основного способа детектирования сигнала для подавления интерференции, возникающей из-за многостанционного доступа и межсимвольной интерференции. В частности, в БПС может использоваться технология «интеллектуальной» антенны (SMART ANTENNA). В этом случае, благодаря использованию множества антенных блоков, достигается преимущество, благодаря пространственному разнесению, и при использовании соответствующего алгоритма синтезированной диаграммы направленности можно повысить чувствительность приема (это можно понимать, как уменьшение интерференции с одновременным подавлением белого шума). Однако на стороне аппаратных средств пользователя АСП для снижения стоимости и размеров устройства обычно для приема используют только одну антенну. В этом случае невозможно использовать технологию приема на множество антенн, то есть невозможно подавлять интерференцию на одной и той же частоте и тепловой шум с помощью способа пространственного разнесения, при этом коэффициенты усиления при приеме в канале от аппаратных средств пользователя к базовой станции и от базовой станции к аппаратным средствам пользователя не согласуются.

В частности, в сотовой мобильной CDMA-системе связи с расширенным спектром, в которой используется алгоритм совместного детектирования, в связи с тем, что алгоритм совместного детектирования позволяет производить оценку интерференции, возникающей из-за многолучевого распространения и многостанционного доступа в отношении сигналов всех пользователей, присутствующих в данной ячейке, на стороне БПС интерференция, возникающая из-за многолучевого распространения и многостанционного доступа, может быть подавлена в максимальной степени. В то же время, на стороне АСП, хотя интерференция, возникающая из-за многолучевого распространения и многостанционного доступа сигналов, поступающих от всех пользователей, находящихся в данной ячейке, может быть максимально подавлена, благодаря использованию алгоритма совместного детектирования, для пользователей, находящихся на границе ячейки, алгоритм совместного детектирования не позволяет производить оценку и подавление сигнала, поступающего от смежной ячейки на той же частоте, который добавляется в систему в виде шума. Этот сигнал существенно снижает характеристики системы, и коэффициент шума в приемнике ограничивает чувствительность приемника. В этом случае, если отсутствует соответствующий способ обработки сигнала, частота появления ошибки в принимаемом сигнале существенно повышается, что может даже привести к прерыванию связи.

Хотя управление мощностью и алгоритм «интеллектуальной» антенны позволяют максимально подавлять интерференцию, возникающую из-за сигнала, поступающего из смежных ячеек, без использования соответствующего способа повышения чувствительности приема на стороне АСП качество связи также будет серьезно ухудшено, и связь также может прерваться. Для использования в сотовых мобильных CDMA-системах связи с расширенным спектром с многократным использованием на одной частоте, единственный способ устранения этого недостатка состоит в уменьшении количества одновременно активных рабочих каналов, чтобы гарантировать качество связи с АСП в области обслуживания ячейки. Тем не менее, такой способ приводит к снижению возможностей системы.

Краткое описание изобретения

Для решения вышеописанной проблемы необходимо предложить приемлемый для АСП способ обработки группового сигнала.

Настоящее изобретение направлено на способ обработки сигналов в сотовой мобильной CDMA-системе связи с расширенным спектром. Этот способ повышает коэффициент усиления в АСП при разнесенном приеме, и при использовании в мобильном терминале, способ позволяет решить проблему несогласованности канала связи от АСП базовой станции и от базовой станции к АСП. Данный способ позволяет использовать многократного на одной частоте без существенного повышения объема вычислений, и его использование на БПС также позволяет улучшить качество сигнала при приеме.

Воплощение настоящего изобретения состоит в следующем: способ обработки сигналов в аппаратных средствах пользователя в сотовой мобильной CDMA-системе связи с расширенным спектром представляет собой комбинацию временного разнесения и совместного детектирования.

Способ, в котором комбинируется временное разнесение и совместное детектирование, содержит следующие этапы:

производят выборку принятого сигнала в множество моментов во временном домене, в результате чего получают множество данных выборки, и

выполняют процесс совместного детектирования на основе множества данных выборки, в результате чего получают значение оценки сигнала, и в котором выполнение процесса совместного детектирования для множества указанных данных выборки включает:

оценку импульсного отклика пространственного канала для каждых данных e_i выборки множества данных выборки e_i, i=1...M, получение М значений h_i оценок импульсного отклика пространственного канала, где М обозначает количество выборок;

формирование М матриц А_i по каждому полученному значению h_i оценки импульсного отклика пространственного канала;

оценку значений оценок исходных передаваемых данных в соответствии с данными e_i выборки и матриц A_i.

В способе, в соответствии с настоящим изобретением, комбинируют временное разнесение и алгоритм совместного детектирования, применяют оптимальный алгоритм, в котором используется полученный коэффициент усиления за счет разнесения по временному домену для повышения отношения сигнал/шум принимаемого сигнала в аппаратных средствах пользователя.

Способ обработки сигналов, в соответствии с настоящим изобретением, представляет собой способ комбинирования временного разнесения и совместного детектирования. При этом без существенного увеличения сложности вычислений становится возможным обеспечить повышение коэффициента усиления при разнесении в аппаратных средствах пользователя в сотовой мобильной CDMA-системе связи с расширенным спектром, так, что повышается чувствительность приемника, увеличивается емкость системы и решается проблема несогласованности характеристик канала связи от АСП к базовой станции и от базовой станции к АСП. И вновь повторим, что при использовании временного разнесения может применяться относительно простой алгоритм совместного детектирования, так что без увеличения общего объема вычислений способ позволяет получить лучшие характеристики подавления интерференции по сравнению со способом, в котором используется только алгоритм совместного детектирования. Способ, в соответствии с настоящим изобретением, также может использоваться в БПС для повышения коэффициента усиления при приеме.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 изображает блок-схему алгоритма совместного детектирования;

фиг.2 - диаграмму структуры пакета данных в мобильной системе связи TDD CDMA;

фиг.3 - блок-схему способа, в соответствии с настоящим изобретением, в котором комбинируется временное разнесение и совместное детектирование.

Варианты воплощения настоящего изобретения

Настоящее изобретение будет более подробно описано ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых представлены предпочтительные варианты воплощения настоящего изобретения. Однако настоящее изобретение может быть воплощено в множестве различных форм и его не следует рассматривать как ограниченное вариантами воплощения, описанными здесь; скорее эти варианты воплощения приведены для полноты настоящего описания и для полной передачи объема настоящего изобретения для специалистов в данной области техники. Во всем описании и на чертежах одинаковыми позициями обозначены аналогичные элементы.

В вариантах воплощения в качестве примера используется синхронизированная CDMA-система с временным разделением (TD-SCDMA). Система TD-SCDMA предложена CWTS (Стандартизация беспроводной связи Китая) и является одной из технологий радиопередач соответствующих IMT-2000 (Международные мобильные телекоммуникации).

На фиг.1 представлены варианты выполнения алгоритма совместного детектирования в системе TD-SCDMA. Предположим, что переданные исходные данные обозначены буквой d, системная матрица А представляет функции расширения спектра, кодировки и пространственных каналов, n представляет интерференцию на одной и той же частоте между смежными ячейками и тепловой шум, тогда данные е, принимаемые аппаратными средствами пользователя (приемником), могут быть выражены следующей формулой (1):

Этап 1 по фиг.1 представляет получение значения оценки h_i импульсного отклика данных e_i принятой выборки. Для оценки канала в системе TD-SCDMA в структуре данных пакетов формируется настроечная последовательность, добавляемая в середину пакета данных, которая показана на фиг.2. Настроечная последовательность, добавляемая в середину пакета данных, расположена по ширине временного интервала (обычно занимает несколько сотен микросекунд, и на фигуре показана длительностью 675 мкс). До и после настроечной последовательности, добавляемой в середину пакета данных (на фигуре она показана длиной 144 элементарных фрагментов сигнала (чипов)), расположены символы данных (длина их составляет 352 элементарных фрагмента сигнала (чипов) по схеме, представленной на фигуре). Когда m_i представляет настроечную последовательность, добавляемую в середину пакета данных, переданную пользователем i, e_mid представляет принятую настроечную последовательность, добавляемую в середину пакета данных, и n_m представляет шумовую помеху в настроечной последовательности, добавляемой в середину пакета данных, то используется следующая формула:

где символ ⊗ представляет свертку.

Значение h_i оценки отклика импульса на приемном конце АСП может быть получено по формуле (3):

Матрица G в формуле (3) представляет собой матрицу коэффициентов, генерируемую настроечной последовательностью, добавляемой в середину пакета данных каждого пользователя.

На фиг.1 этапы 1 и 2 представляют процедуру получения значений оценок h_i импульсного отклика на стороне АСП и процедуру генерирования системной матрицы Ai по полученным h_i и коду расширения спектра АСП соответственно.

Совместное детектирование предназначено для оценки d в соответствии с е и А. Этап 3 на фиг.1 представляет воплощение совместного детектирования, то есть получения оценки передаваемого сигнала. Существуют различные алгоритмы получения оценки d_est, которые включают:

или

и так далее, где *T сопряжение обратной матрицы и diag представляет символ диагональной матрицы.

С использованием формулы (5) в качестве конкретного примера алгоритма можно описать способ комбинирования временного разнесения и совместного детектирования.

Как показано на фигуре 3, способ, в соответствии с настоящим изобретением, в котором комбинируется временное разнесение и совместное детектирование, содержит следующие этапы:

1) в АСП производят i-ую выборку принимаемого сигнала е во временном домене и получают данные e_i выборки;

2) получают оценку импульсного отклика пространственного канала в соответствии с данными e_i выборки, и получают значение оценки h_i импульсного отклика пространственного канала;

3) получают матрицу А_i по значению h_i оценки импульсного отклика пространственного канала;

4) повторяют этапы 1), 2), 3) всего М раз, то есть после М выборок принятого сигнала данные выборки могут быть выражены в виде e_i, i=1,..., М. В принятом сигнале часть, соответствующая настроечной последовательности, добавляемой в середину пакета данных, может быть выражена как e_mid-i, i=1,..., М. В соответствии с формулой (3), после получения М выборок принятого сигнала может быть получено М значений h_i, i=1..., М, оценок импульсного отклика пространственного канала. Затем в соответствии с М значениями h_i оценок импульсного отклика пространственного канала могут быть получены М матриц А_i;

5) составляют системную матрицу А на основе М матриц А_i;

6) выполняют алгоритм совместного детектирования на основе системной матрицы А и получают значения оценки исходных переданных данных. Если для вычислений просто использовать формулу (5), могут быть получены М значений оценок исходных переданных данных d_i, i=1..., М. Затем производят обработку этих М значений d_i оценок с использованием следующей формулы:

После определения знака d_sum восстанавливают исходные переданные данные. Благодаря использованию формулы (6) становится возможным повысить коэффициент усиления при разнесенном приеме, но одновременно с этим в М раз увеличивается объем выполняемых операций. Для повышения коэффициента усиления при разнесенном приеме без увеличения объема операций в настоящем изобретении используют следующий способ

Предположим, что:

Тогда оценка значений исходных переданных данных может быть выражена следующим образом:

При сравнении формул (6) и (9) можно видеть, что формула (9) существенно уменьшает объем обратных вычислений матрицы, которые представляют собой наибольший объем операций. Поэтому общий объем операций при использовании формулы (9) существенно уменьшается по сравнению с формулой (6).

При большем количестве выборок М может использоваться формула (4), комбинирующая временное разнесение и алгоритм совместного детектирования, то есть

Объем операций по формуле (10) меньше, чем при использовании формулы (9). Когда М принимает соответствующее значение, объем операций с использованием формулы (10) близок к объему операций, используемых для вычисления формулы (5), но выполнение формулы (10) предпочтительнее, чем формулы (5).

Из вышеприведенного анализа можно видеть, что благодаря использованию способа, предложенного в соответствии с настоящим изобретением, для комбинирования временного разнесения и алгоритма совместного детектирования может быть решена проблема несовместимости коэффициентов усиления при приеме в канале от аппаратных средств пользователя к базовой станции и в канале от базовой станции к аппаратным средствам пользователя и может быть повышено отношение сигнал/шум при приеме в аппаратных средствах пользователя без увеличения объема операций. Следовательно, в сотовой мобильной CDMA-системе связи с расширенным спектром может осуществляться мультиплексирование на одной и той же частоте смежных ячеек без ухудшения качества связи.

Хотя вариант воплощения настоящего изобретения был разработан для аппаратных средств пользователя, основанных на системе TD-SCDMA, он может непосредственно использоваться в других CDMA-системах с режимом TDD, таких как UTRA TDD, в другой системе CDMA TDD IMT-2000. Настоящее изобретение также может непосредственно использоваться в БПС системы CDMA TDD. После соответствующих изменений настоящее изобретение также может полностью использоваться в аппаратных средствах пользователя и БПС других мобильных CDMA-систем связи, в которых используется алгоритм совместного детектирования.

Изобретение относится к области связи и может быть использовано в сотовой мобильной МДКР-системе связи. Способ обработки сигналов представляет собой комбинирование временного разнесения и совместного детектирования и обеспечивает повышение уровня сигнала при разнесенном приеме, кроме того, использование данного способа в аппаратных средствах пользователя позволяет решить проблему несогласованности характеристик каналов связи от аппаратных средств пользователя к базовой станции и канала от базовой станции к аппаратным средствам пользователя, что позволяет использовать мультиплексирование на одной частоте. Способ заключается в том, что производят выборки принятого сигнала в множество моментов во временном домене, оценивают импульсный отклик пространственного канала для каждых данных выборки множества данных выборки, получают множество матриц по каждому полученному значению оценки импульсного отклика пространственного канала и оценивают значения оценки исходных переданных данных в соответствии с данными выборки и матриц. Данный способ также может использоваться на базовой станции. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ обработки сигналов в системе мобильной связи с множественным доступом с кодовым разделением каналов (CDMA), заключающийся в том, что производят выборку принятого сигнала в множество моментов во временном домене, в результате чего получают множество данных выборок, оценивают импульсный отклик пространственного канала для каждых данных е_i выборки множества данных выборки e_i, i=1,...М, получают М значений h_i оценок импульсного отклика пространственного канала, где М обозначает количество выборок, формируют М матриц А_i по каждому полученному значению h_i оценки импульсного отклика пространственного канала, оценивают значения оценки исходных передаваемых данных в соответствии с данными e_i выборки и матриц А_i.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что значения h_i оценок импульсного отклика пространственного канала получают вначале с использованием формулы

затем с использованием формулы

h_i=G^-1e_mid,

где ⊗ представляет свертку;

e_mid представляет настроечную последовательность, добавляемую в середину пакета данных, принимаемую аппаратными средствами пользователя;

G - матрица коэффициентов, генерируемая на основе настроечной последовательности, добавляемой в середину пакета данных, в аппаратных средствах пользователя;

m_i представляет настроечную последовательность, добавляемую в середину пакета данных, переданную i-тыми аппаратными средствами пользователя;

n_m представляет шумовую помеху в настроечной последовательности, добавляемой в середину пакета данных.

где ^*Т - сопряжение обратной матрицы.

^*T сопряжение обратной матрицы;

где

^*Т сопряжение обратной матрицы;

diag - символ диагональной матрицы.