СПОСОБ ПОДАВЛЕНИЯ МНОГОПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКИХ ПОМЕХ И БЛОК ДЛЯ ТАКОГО ПОДАВЛЕНИЯ Российский патент 2007 года по МПК H04Q7/32 H04B7/26 

Область техники

Изобретение относится к многопользовательскому детектированию в системах связи множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA). Более конкретно, изобретение относится к способу подавления многопользовательских помех и к блоку для такого подавления.

Уровень техники

Множественный доступ с кодовым разделением каналов (CDMA) - это одна из технологий модуляции при множественном доступе, используемых в системах мобильной связи. Другие технологии модуляции при множественном доступе включают множественный доступ с временным разделением каналов (TDMA) и множественный доступ с частотным разделением каналов (FDMA). Преимущества технологии CDMA над другими технологиями модуляции при множественном доступе заключаются в применении высокочастотного диапазона и в большей пропускной способности системы.

В системе связи CDMA сигналы каждого пользователя перекрываются во временной и в частотной области, причем эти сигналы различаются только кодами растягивания диапазона. Если эти коды растягивания диапазона абсолютно ортогональны друг другу, сигналы каждого пользователя могут быть полностью восстановлены с использованием коррелятора и согласованного фильтра. Однако на практике синхронизация между пользователями отсутствует, и сигналы от различных пользователей поступают в приемник с различными временными задержками, поэтому в реальности трудно найти вид последовательностей кодов расширения, которые могут сделать сигналы всех пользователей ортогональными в пределах всех возможных относительных временных задержек. Поскольку массивы кодов расширения не являются полностью ортогональными, между различными пользователями или между различными лучами одного пользователя возникают помехи, так называемые помехи множественного доступа (или многопользовательские помехи). Традиционный приемник выполняет демодуляцию сигналов, используя коррелятор (или согласованный фильтр), причем во время корреляции нет возможностей для подавления помех, возникающих между пользователями. Для отдельно взятого пользователя все сигналы, поступающие от других пользователей, считаются шумом. Поэтому с увеличением количества пользователей в системе непрерывно растет количество помех, возникающих между пользователями. Когда помехи, складываясь, возрастают до определенной степени и превышают минимальное отношение сигнал-шум (С/Ш), допустимое при модуляции в системе, эта система уже не может обеспечить обслуживание дополнительного числа пользователей. Поэтому система CDMA - это система с ограничением по помехе. Чтобы решить проблему ограничения по помехе в системе CDMA, нужно уменьшить влияние многопользовательских помех. В сущности, в отличие от теплового шума в системе, помехи множественного доступа (ПМД) могут быть теоретически оценены и воспроизведены. Поэтому можно уменьшить ПМД в принимаемых сигналах, интегрируя полезную информацию каждого пользователя и применяя определенные способы обработки сигналов, что и является задачей, реализуемой в технологии многопользовательского детектирования. Эффективная технология многопользовательского детектирования может увеличить пропускную способность системы и ее радиус охвата и частично решить проблему ограничения по помехе в системе CDMA.

В то же время, технология подавления помех (многопользовательское детектирование) может эффективно ослабить влияние эффекта "ближний-дальний" на функционирование системы. Из-за влияния замирания в каналах беспроводной связи и разницы расстояний между базовой станцией и мобильными станциями базовая станция принимает сигналы от разных мобильных станций с различной мощностью. Пользователь с высокой мощностью сигнала будет накладывать сильную помеху на сигналы пользователя с низкой мощностью, поэтому качество обслуживания пользователя с низкой мощностью сигнала снижается и даже возможны сбои обслуживания. Использование технологии управления мощностью может почти полностью сбалансировать мощность всех мобильных станций, сигналы от которых принимает базовая станция, и в некоторой степени ослабить эффект "ближний-дальний". Однако технологии управления мощностью также присущи некоторые недостатки, заключающиеся, например, в необходимости использования канала для передачи данных об управлении мощностью, запаздывании управления, зависимости качества обслуживания от скорости передачи сигналов пользователей мобильной связи и т.п. Кроме того, управление мощностью не решает проблему ограничения пропускной способности системы из-за помех ПМД. Технология управления мощностью направлена лишь на ограничение помех до некоторого приемлемого уровня. В отличие от управления мощностью технология подавления помех используется для максимально возможного исключения помех между пользователями, чтобы радикально устранить причину эффекта "ближний-дальний". Поэтому технология подавления помех может эффективно ослабить воздействие эффекта "ближний-дальний" и снизить требования к характеристикам по управлению мощностью в системе.

Обычно мобильная связь имеет дело с меняющейся во времени многолучевой средой с замиранием сигналов. В этой среде сигналы, передаваемые по различным путям, поступают на базовую станцию с различными временными задержками. Поскольку коды расширения не полностью ортогональны, между сигналами одного и того же пользователя, передаваемыми по различным путям, существуют взаимные помехи, аналогичные помехам ПМД. В традиционном CDMA-приемнике для соответствующей демодуляции сигналов, приходящих по нескольким путям с наибольшей мощностью для каждого пользователя, работает Rake-канал, после чего используется комбинация с максимальным отношением, в результате чего влияние многолучевого замирания устраняется за счет применения способа разнесения приема. Однако при демодуляции сигналов каждого пути сигналы, поступающие по другим путям, по-прежнему считаются шумом, и информацию, содержащуюся в этих сигналах, использовать нельзя. Таким образом, в условиях многолучевого распространения нельзя одновременно решить проблемы помех множественного доступа и многолучевого влияния путем простого разнесения приема и комбинирования. Если в алгоритме многопользовательского детектирования учитывать многолучевое влияние, то очевидно, что можно адекватным образом использовать эффективную информацию и улучшить характеристики системы.

Приемники с многопользовательским детектированием можно разделить на линейные и нелинейные многопользовательские приемники в зависимости от того, имеется ли в их структуре обратная связь.

Линейный многопользовательский детектор приравнивает помехи ПМД в среде многопользовательской связи к матрице отклика на передачу для канала. Матрица передачи связана с последовательностью расширения для каждого пользователя и с относительной временной задержкой между последовательностями расширения для различных пользователей. Если получена матрица, обратная матрице передачи канала, то многопользовательские сигналы могут быть выведены через К согласованных фильтров (где К - количество пользователей), и реализована операция инвертирования с использованием этой матрицы, так что можно эквивалентно подавить корреляцию между пользователями и решить задачу подавления помех ПМД. Однако при использовании этого способа нужно точно знать фазовый сдвиг между кодами расширения и в каждый момент изменения обслуживаемых пользователей или условий работы вычислять матрицу, обратную соответствующей матрице передачи. Поэтому алгоритм использования этого способа сложен, объем расчетов велик, и не так-то просто обеспечить их реализацию в режиме реального времени.

Другой важный вид многопользовательского детектора называется нелинейным многопользовательским детектором (также - детектор с субтрактивным подавлением помех). Согласно принципу, лежащему в основе этого детектора, информация ПМД от каждого пользователя независимо оценивается на принимающей стороне, затем помехи ПМД соответствующего пользователя полностью или частично вычитаются из общего принятого сигнала, чтобы получить сигнал каждого пользователя за вычетом помех, а потом для демодуляции этого сигнала используется традиционный приемник. В сущности, создается детектор на основе обратной связи, работающий в многоступенчатом режиме, и предполагается, что за счет применения многоступенчатой обратной связи помехи подавляются в максимальной степени для обеспечения более высоких характеристик демодуляции. Анализируя линейный многопользовательский детектор, можно видеть, что он использует матричную операцию со сложными расчетами, что не упрощает его аппаратную реализацию. С точки зрения реализации более эффективным является нелинейный многопользовательский детектор.

Нелинейный многопользовательский детектор может быть реализован с последовательной или параллельной структурой. Детектор с последовательной структурой обычно сначала требует ранжировать входные сигналы по мощности, выполняет надлежащее подавление помех для пользователя с высокой мощностью сигнала, принимает сигнал с устраненными помехами в качестве входного, а потом осуществляет эти же процессы для пользователей с меньшей мощностью сигналов. В случае, когда эффект управления мощностью не очевиден или запаздывает, характеристики последовательного процесса выше, чем таковые для параллельного процесса, но при этом возникает задержка времени обработки пропорционально количеству пользователей. Если мощности сигналов пользователей сбалансированы друг относительно друга или если в системе существуют повышенные требования к задержке времени обработки, то обычно применяется параллельная структура. Однако независимо от вида структуры в обеих этих структурах для улучшения подавления помех обычно применяют многоступенчатую обработку.

Независимо от вида используемой структуры, последовательного или параллельного, качество работы многопользовательского детектора определяется блоком подавления помех (БПП). Блок БПП обычно состоит из двух частей - части принятия решения по сигналу и части восстановления сигнала. Задачей принятия решения по сигналу и восстановления сигнала является точная реконструкция данных каждого пользователя на принимающей стороне так, чтобы подавить помехи от других пользователей в процессе подавления помех и одновременно предотвратить внесение дополнительных помех из-за ошибок при реконструкции сигнала в процессе подавления помех. Точность принятия решения по сигналу и восстановления сигнала оказывает непосредственное влияние на способность блока БПП реконструировать сигналы, что определяет общие характеристики детектора. Таким образом, проблема точного принятия решения по сигналу и восстановления сигнала приобретает критическое значение для улучшения характеристик детектора.

В настоящее время исследования многоступенчатого подавления помех обычно классифицируют на принадлежащие к категории подавления помех без процедуры принятия решения и принадлежащие к категории подавления помех с процедурой принятия решения (также называемые как подавление помех с мягким и с жестким принятием решения). При подавлении помех без принятия решения выход корреляционного приемника используется непосредственно для генерации восстановленного сигнала без помех, в процессе которой не требуется оценивать параметры канала. Это относительно простой алгоритм, и он может улучшить подавление помех в канале «белого» шума. Однако если не учитывать эффект многолучевого замирания сигнала в релеевском канале, то сигнал, полученный без сквозного Rake-процесса, не сможет преодолеть воздействие замирания. Кроме того, при восстановлении помех, если многолучевой сигнал, прошедший по каналу, не реконструирован, то восстановленный сигнал, полученный при таком процессе, сильно отличается от действительного принятого сигнала, что, вполне вероятно, внесет искажение после подавления помех и приведет к ухудшению характеристик системы в релеевской среде. Подавление помех с принятием решения предполагает принятие решения при использовании Rake-комбинированного сигнала и восстанавливает многолучевой сигнал в процессе реконструкции так, чтобы эффективно подавлять многопользовательские и многолучевые помехи. Согласно патенту №6081516, выданному компании NEC и озаглавленному как «Multiuser Receiving Device for Use in A CDMA System», сначала выполняют жесткое принятие решения для Rake-комбинированных данных; восстанавливают многолучевой сигнал с применением оценки путей, а потом осуществляют подавление помех, что применимо к среде с релеевским замиранием. Однако поскольку принятие решения производят без соответствующего процесса, основанного на характеристиках принимаемого сигнала, то в случае уменьшения амплитуды принимаемого сигнала от конкретного пользователя или по конкретному пути надежность реализации принятия решения и восстановления с применением этого сигнала становится относительно низкой. В такой ситуации, поскольку восстановленный сигнал без помехи является неточным, в процессе подавления помех вносится искажение.

В документе «Third Generation Mobile Radio Systems Using Wideband CDMA Technology and Interference Canceller for Its Base Station» (см. научно-технический журнал FUJITSU, 34, 1, стр.50-57, сентябрь 1998 г.) описаны некоторые способы повышения точности принятия решения по сигналу и восстановления сигнала. Прежде всего, при принятии решения по сигналу используют смешанное принятие решения. В частности, устанавливают порог в зависимости от оценки мощности пути. Если мощность Rake-комбинированного сигнала превышает этот порог, то принимается значение +1 или -1. Если же мощность Rake-комбинированного сигнала ниже порогового значения, то принимается значение (меньше 1), нормированное к порогу. Понятно, что относительная надежность принятого сигнала будет выше, если мощность сигнала превышает пороговое значение, в этом случае принятие решения можно считать точным; однако если мощность сигнала ниже порогового значения, то надежность принятого сигнала будет хуже и, скорее всего, принятие решения будет ошибочным. При ошибочном принятии решения, помехи в процессе подавления, наоборот, возрастают, даже если результат принятия решения имеет относительно небольшое значение амплитуды. В результате накопления ошибок характеристики в таком многоступенчатом процессе быстро ухудшаются.

В документе «Successive Interference Cancellation for Multiuser Asynchronous DS/CDMA Detectors in Multipath Fading Links» (см. IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATION, том 46, №3, март 1998 г.) описан способ порогового принятия решения. В отличие от предыдущего документа здесь не осуществляют принятие решения, если мощность комбинированного сигнала ниже порога. Кроме того, порог рассчитывается в зависимости от дисперсии мощности сигналов, принимаемых от пользователей для демодуляции, дисперсии мощности сигналов от пользователей, вносящих помехи, и дисперсии мощности шума. Но на практике в системе не так-то просто получить точные значения трех дисперсий мощности. Нужны более сложные расчеты для определения порога, связанного с тремя параметрами в зависимости от изменения среды.

Сущность изобретения

Целью настоящего изобретения является создание способа подавления многопользовательских помех и блока для такого подавления, при помощи которых можно устранить недостатки, вызываемые неточным принятием решений по сигналу и восстановлением сигнала и имеющие место в существующем блоке подавления помех.

Чтобы достичь вышеуказанной цели, настоящее изобретение предусматривает следующие технические решения.

Предложенный способ подавления многопользовательских помех включает в себя следующие этапы:

а) осуществление составного расширения для входного сигнала основного диапазона путем использования блока сжатия;

b) осуществление Уолш-сжатия каналов для сжатого сигнала, чтобы выделить каналы пользователя;

c) умножение потоков битов каждого отдельного канала на сопряженный сигнал выходного оценочного значения с блока А контрольной оценки, чтобы устранить воздействие многолучевого замирания;

d) посылку потоков битов после их умножения в решающее устройство для принятия решения;

e) определение порога для принятия решения при использовании двух других блоков В и С контрольной оценки и на основании данных о количестве пользователей, типах каналов и типах сервисов, предоставляемых системой, а затем принятие решений по входным потокам битов;

f) умножение потоков битов, по которым принято решение, на оценочное выходное значение с блока А контрольной оценки, чтобы реконструировать воздействие многолучевого замирания, и последующую реконструкцию сигнала.

Приведенный выше этап "d" в процессе принятия решения включает в себя:

d1) получение из системы таких параметров, как количество пользователей и типы каналов или типы сервисов;

d2) определение информации о типах каналов или типах сервисов;

d3) изменение коэффициента К2 в уравнении Порог=К1·К2· Е_В с учетом информации, полученной на этапе d2;

d4) определение количества пользователей в системе на данный момент;

d5) изменение коэффициента К1 в уравнении на этапе d3 с учетом количества пользователей.

На этапе d3, при изменении коэффициента К2, чем выше скорость передачи канала, тем большее значение К2 нужно взять. Значение К2, соответствующее каналу сверточного кода, должно превышать значение, соответствующее каналу с кодированием турбо-типа.

При изменении коэффициентов сначала определяют К2, а потом К1. Значение К2 увеличивается примерно линейно с ростом скорости передачи канала и изменением типа кода канала. На практике значение К1 можно предварительно установить в диапазоне 2-3, а потом моделировать оптимальное значение К2 и проверять его для различных скоростей передачи каналов и различных типов кодов.

На этапе "е" во время принятия решения может быть принято решение на основании двух порогов. В частности, если мощность бита, по которому должно быть принято решение, меньше порога 1 (Т1), то принимают значение "0"; если мощность бита, по которому должно быть принято решение, превышает порог 2 (Т2), то также принимают значение "0"; во всех остальных ситуациях принимают значение "1" или "-1".

На этапе d3 изменения можно выполнять также согласно уравнению Порог=К1·К2·К3·Е_В, в котором К3 - это показатель достоверности со значением не менее 1.

При изменении значений сначала получают выходной сигнал блока С контрольной оценки; потом рассчитывают измерительную базу "Bas" для Е_В по уравнению

и уравнению Bas=b·E_C;

оценивают, превышает ли Е_В значение 'Bas'; и, если да, то это показывает, что мощность бита выше и значение К3 нужно уменьшить; затем оценивают, уменьшено ли значение К3 до значения меньше 1 и, если да, то принимают К3=1;

если Е_В меньше, чем 'Bas', то это показывает, что мощность бита меньше и значение К3 нужно оставить без изменения или увеличить;

а потом оценивают, превысило ли значение К3 максимум МАХ_К3, причем МАХ_К3 - целое число больше 1.

Предложенный блок подавления многопользовательских помех включает в себя блок сжатия, три блока А, В и С контрольной оценки, первое множительное устройство, устройство сопряжения, решающее устройство и второе множительное устройство. Блок сжатия сжимает входной сигнал и выделяет полезный сигнал пользователя из полного сигнала. С одной стороны, сжатый сигнал посылается в три блока контрольной оценки, с другой стороны, сжатый поток битов посылается в первое множительное устройство. Устройство сопряжения транспонирует выходной сигнал блока А контрольной оценки. Первое множительное устройство умножает сжатый поток битов на сигнал, транспонированный через устройство сопряжения. Решающее устройство использует выходные сигналы блоков В и С контрольной оценки и информацию, полученную из системы, для принятия решения по потоку битов, по которому должно быть принято решение, выходящему из первого множительного устройства. Второе множительное устройство умножает сигнал, выдаваемый решающим устройством, на сигнал на выходе блока А контрольной оценки. Результат умножения является входным сигналом следующей ступени модуля демодулятора.

Краткое описание чертежей.

Фиг.1 изображает упрощенную схему известного приемника.

Фиг.2 изображает упрощенную структурную схему, иллюстрирующую известный способ параллельного подавления помех для многопользовательского детектирования.

Фиг.3 изображает упрощенную структурную схему предложенного блока подавления помех.

Фиг.4 изображает схему операций предложенного способа подавления помех.

Фиг.5 изображает упрощенную схему предложенного способа подавления помех (изменение порога решения в зависимости от различных ситуаций).

Фиг.6 изображает графическую кривую демодуляции приемника при различных порогах решения согласно предложенному способу.

Фиг.7 изображает упрощенную схему процесса принятия решения (как уменьшить частоту ошибок при принятии решений) согласно предложенному способу подавления помех.

Фиг.8 изображает упрощенную схему принятия решения (как определить достоверность решения) согласно предложенному способу подавления помех.

Описание предпочтительных вариантов выполнения изобретения

Фиг.1 иллюстрирует основной принцип работы приемника. Радиочастотный (РЧ) модуль преобразует принятый радиочастотный сигнал в сигнал основного диапазона и посылает этот сигнал основного диапазона в модуль демодулятора для демодуляции. Поток символов после демодуляции посылается в декодер для расшифровки. По существу, устройство обработки радиочастотных сигналов включает в себя смеситель и гетеродин, которые могут преобразовать радиочастотный сигнал в сигнал промежуточной частоты, а потом в сигнал основного диапазона.

Модуль демодулятора содержит Rake-модуль приема для поиска К частей самых мощных многолучевых сигналов; модуль сжатия использует гибридную PN последовательность расширения, соответствующую каждому пользователю, чтобы сжать сигнал по каждому пути для каждого пользователя; наконец, поток сжатых символов умножается на последовательность Уолш-функции, соответствующую каждому каналу, и после этого поток битов, полученный умножением, посылается в декодер для декодирования.

Декодер выбирает подходящий режим декодирования в зависимости от различного режима кодирования сигналов. Например, основной канал использует режим сверточного кодирования и соответствующий ему режим декодирования - декодирование Витерби; в то же время, дополнительный канал использует режим турбо-кодирования, которому соответствует режим турбо-декодирования.

На фиг.2 показана схема параллельного подавления помех (ППП) для традиционного многопользовательского детектирования. Схема включает в себя процесс многопользовательского детектирования, состоящий из М ступеней (М>1). Каждая ступень содержит N блоков БПП, где N - количество пользователей. N блоков БПП действуют в режиме параллельной обработки и одновременно подавляют помехи, в отличие от подавления помех в последовательном режиме, при котором первым для подавления помех выбирается пользователь с сигналом самой высокой мощности. Длительность задержки у блоков задержки 201-1 - 201-М каждой ступени равна временной задержке обработки на соответствующей ступени, чтобы обеспечить синхронность двух входных сигналов вычитающего устройства 204-n (n=1˜М).

Нужно иметь в виду, что схемы подавления помех первой ступени и последней ступени немного отличаются от аналогичных схем других ступеней. Входной сигнал первой ступени берется с выхода согласованного фильтра 206, а все входные сигналы других ступеней берутся с выхода вычитающего устройства предыдущей ступени, т.е. это сигналы с реализованным подавлением помех. Только блоки БПП 2-М-1 - 2-M-N последней ступени должны реализовать реконструкцию сигнала без помех. После того как многопользовательское детектирование на всех ступенях завершено, результирующий выходной сигнал An является реконструированным из помех сигналом, полученным вычитанием всех остальных пользователей, кроме пользователя n, из полного сигнала (n=1˜N). Теоретически, если можно точно реконструировать сигналы всех пользователей, то характеристики демодуляции даже при условии множества пользователей будут такими же, как если бы пользователь был один.

Фиг.3 изображает структурную схему показанного на фиг.2 блока БПП, а именно предложенную схему БПП. Блок включает в себя блок сжатия, три блока А, В и С контрольной оценки, первое множительное устройство, устройство сопряжения, решающее устройство и второе множительное устройство. Блок сжатия сжимает входной сигнал и выделяет полезный сигнал пользователя из полного сигнала. С одной стороны, сжатый сигнал посылается в три блока контрольной оценки; с другой стороны, сжатый поток битов посылается в первое множительное устройство. Выходной сигнал блока А контрольной оценки транспонируется устройством сопряжения; первое множительное устройство умножает сжатый поток битов на сигнал, транспонированный через устройство сопряжения; решающее устройство использует выходные сигналы блоков В и С контрольной оценки и информацию, полученную из системы, для принятия решения по потоку битов, выходящему из первого множительного устройства. Второе множительное устройство умножает сигнал, выдаваемый устройством принятия решения, на сигнал на выходе блока А контрольной оценки. Результат умножения - это входной сигнал модуля демодулятора следующей ступени.

В традиционной структуре БПП используется только один блок контрольной оценки. Сигнал блока контрольной оценки используется не только для взвешивания сжатого сигнала и реконструкции принятого сигнала, но также в качестве опорного сигнала для решающего устройства. Однако цель взвешивания сжатого сигнала и восстановления принятого сигнала - это подавление и реконструкция воздействия многолучевого замирания в принятом сигнале, для чего требуется, чтобы блок контрольной оценки не имел слишком большую совокупную длительность и временную задержку так, чтобы он мог просуммировать достаточно точно компоненты многолучевого замирания; но такой тип контрольной оценки неприменим к опорному сигналу решающего устройства. Таким образом, в предложенную структуру БПП добавлены специальные блоки В и С контрольной оценки, предназначенные для подачи опорного сигнала решающего устройства, в то время как блок А контрольной оценки используется специально для взвешивания сжатого сигнала и реконструкции принятого сигнала.

Фиг.4 изображает схему последовательности операций предложенного способа. Согласно предложенному способу на первом этапе 401 сжимают входной сигнал с применением гибридной PN последовательности расширения для соответствующего пользователя, полезный сигнал пользователя выделяют из полного сигнала и после этого сжатый сигнал посылают в блоки А˜С контрольной оценки. На втором этапе 402 выполняют Уолш-сжатие для сигнала, сжатого по PN, чтобы разделить сигналы по каждому каналу для каждого пользователя. Этапы 401 и 402 выполняют в блоке сжатия. На этапах 404, 408 и 410 извлекают контрольные оценки А, В и С в зависимости от различных режимов контрольной оценки. На этапе 412 поток битов каждого отдельного канала умножают на сопряженный сигнал выходного сигнала блока А контрольной оценки, чтобы подавить воздействие многолучевого замирания, и этот умноженный поток битов посылают в решающее устройство для принятия решений. На этапе 416 создают порог для принятия решений с помощью двух других блоков В и С контрольной оценки и системной информации, предоставленной на этапе 414, после чего принимается решение по входным потокам битов, по которым должны быть приняты решения. На этапе 418 поток битов, по которому принято решение, умножают на контрольную оценку А, чтобы реконструировать воздействие многолучевого замирания, и выполняют дальнейшие процессы реконструкции сигнала, такие как Уолш-расширение, расширение гибридной последовательностью PN, подробное описание которых в данном тексте не приводится. Согласно предложенному способу системная информация и выходные данные блоков В и С контрольной оценки представляют собой входные сигналы, необходимые для принятия решений в решающем устройстве, функционирование которого подробно описано ниже.

Функция решающего устройства заключается в определении входного потока битов как последовательности значений 1 и -1. Самый простой способ принятия решения состоит в следующем: если амплитуда определенного бита превышает уровень 0, то принимается значение 1, в противном случае принимается значение -1. Такой способ принятия решения очень неточен, если учитывать влияние теплового шума и многолучевого замирания. Чтобы обеспечить более точное принятие решения и в максимально возможной степени предупредить внесение дополнительных помех, нужно задать порог для процесса принятия решения. Новый способ принятия решения состоит в том, что если амплитуда отдельного бита превышает порог, то он считается единицей (1); если амплитуда меньше отрицательного порога, принимается значение -1; во всех остальных случаях принимается значение 0. Согласно этому способу полагается, что достоверность принятия решения для бита ниже, если его амплитуда меньше; в этом случае лучше принять значение 0, а не ненулевое значение, чтобы предупредить возможное внесение дополнительных помех. Кроме того, из-за широчайшего разброса мощности потока битов, обусловленного многолучевым замиранием, очевидно, что применение фиксированного порога принятия решения не дает точный результат для решения. В то же время, мощность бита предсказать сложно, поэтому действительно трудно реализовать фиксированный порог. С учетом перечисленных факторов, пороговое значение согласно настоящему изобретению можно получить из приведенного ниже уравнения:

в котором Е_В - это значение мощности выходного сигнала блока В контрольной оценки, значение К1 зависит от количества пользователей, значение К2 зависит от типа канала или от типа сервиса для соответствующего пользователя, причем К1 и К2 - неотрицательные числа. Например, если пользователь использует дополнительный канал 153,6 кбит/с, то для него значение К2 больше, чем для основного канала со скоростью 9,6 кбит/с. Значения К1 и К2 получают эмуляцией и натурными испытаниями. Фиг.6 изображает рабочую характеристику качества демодуляции, полученную путем эмуляции при различных порогах решения для различного количества пользователей, причем используется основной канал со скоростью 9,6 кбит/с. Из графика видно, что наилучший порог решения зависит от числа пользователей. Это означает, что после изменения количества пользователей изменяется значение К1. Оптимальные значения К1 и К2 могут быть выбраны на основании массива данных эмуляции и данных натурных испытаний.

Фиг.5 изображает упрощенную схему предложенного способа подавления помех (изменение порога решения в зависимости от различных ситуаций).

В этом процессе на первом этапе 502 из системы получают такие параметры, как количество пользователей и тип канала или тип сервиса, причем получить эти параметры довольно просто. На втором этапе 503 определяют тип канала или тип сервиса, например, основной это канал или дополнительный, какова скорость передачи канала и какой тип кодирования используется. На третьем этапе 504 изменяют коэффициент К2 на основании информации, полученной на этапе 503; например, чем выше скорость передачи канала, тем больше значение К2. Значение К2 для канала с кодированием сверточного типа выше, чем для канала с кодированием турбо-типа. В общем случае, для значения К2 характерен примерно линейный рост с увеличением скорости передачи канала и изменением типа кода (изменение сверточного кода на турбо-код). На практике можно установить предварительное значение К1 в диапазоне 2-3, а потом эмулировать и установить оптимальное значение К2 при различных скоростях передачи каналов и различных типах кодов. Поскольку оптимальное значение не сильно связано с числом пользователей, для тестирования можно взять число пользователей от 10 до 40. После того как значение К2 определено, на четвертом этапе 505 определят текущее число пользователей. На пятом этапе 506 изменяют значение К1 в зависимости от числа пользователей. Например (см. фиг.6), когда число пользователей составляет 10-20, оптимальное значение К1 равно 1; для числа пользователей, равного 30, оптимальное значение К1 равно 2; для числа пользователей, равного 40, оптимальное значение К1 равно 4 или 5. Диапазон значений К1 легко определить путем эмуляции, причем это значение не должно быть ни слишком большим, ни слишком маленьким. Фиг.6 - это результат эмуляции только при особых условиях. Нужно провести множество эмуляций и реальных натурных испытаний, чтобы получить оптимальное значение К1, определяемое различными условиями. Хотя оптимальное значение К1 может быть разным при различных условиях связи, колебания этого значения не слишком велики. Значит, можно выбрать точку равновесия из числа оптимальных значений, чтобы в целом выполнить требования, накладываемые различными условиями. Такая точка равновесия - это оптимальное значение К1, выбранное в зависимости от числа пользователей на данный момент. При практической реализации можно составить по данным испытаний таблицу значений К1 и К2, к которой система может обращаться при выборе соответствующих значений К1 и К2 в зависимости от реальных данных в системе (такие параметры, как число пользователей, тип канала, тип кода).

Значение Е_В в приведенном выше уравнении (1) использует значение мощности контрольной оценки В. Традиционный блок БПП содержит только один блок А контрольной оценки. Поскольку блок контрольной оценки должен взвесить поток битов до и после принятия решения, чтобы подавить и реконструировать воздействие многолучевого замирания, временная задержка и совокупная длительность обработки блоком контрольной оценки не должны быть слишком большими. Однако колебания выходного сигнала такого блока контрольной оценки больше, а флюктуация мощности шире, что не подходит для создания порога принятия решения. Поэтому для выполнения этой операции нужно добавить блок В контрольной оценки. Различие между блоками В и А контрольной оценки заключается в том, что совокупная длительность обработки блоком В контрольной оценки больше, поэтому колебания выходного сигнала и флюктуация мощности меньше. Кроме того, огибающая мощности этого блока, в целом, соответствует огибающей мощности потока битов, по которому должно быть принято решение, поэтому блок подходит для создания порога принятия решения. По тестам эмуляции можно видеть при сравнении результата использования одного блока А контрольной оценки с результатом совместного использования блоков А и В контрольной оценки, что результат демодуляции улучшается, если использовать блок В контрольной оценки для создания порога принятия решения.

Если при принятии решения мощность бита ниже, то достоверность принятия решения падает. Согласно этому же принципу, если мощность бита слишком высокая и превышает определенные ограничения, то достоверность принятия решения по биту, очевидно, падает, так как мощность будет сочтена анормальной мощностью, обусловленной воздействием помех. На основании приведенного выше утверждения, в настоящем изобретении принят двойной порог принятия решения, чтобы сильнее уменьшить дополнительные помехи, вносимые в результате неверного решения. Согласно настоящему изобретению, если мощность бита, по которому должно быть принято решение, меньше порога 1 или больше порога 2, значение бита принимается равным 0; в остальных ситуациях принимается значение 1 или -1. Порог 2 можно получить, добавив коэффициент, на основании порога 1, т.е.:

где а - число больше 1, причем оптимальное значение "а" можно получить путем эмуляции и реальных натурных испытаний (если взять значение "а", равное бесконечности, то это эквивалентно использованию только порога 1).

Фиг.7 иллюстрирует алгоритм разрешения при использовании двух порогов. Принцип принятия решения описан выше, т.е. если мощность бита, по которому должно быть принято решение, меньше значения Т1, его значение принимается равным 0; в противном случае, если мощность бита, по которому должно быть принято решение, превышает значение Т2, его значение также принимается равным 0. Во всех остальных случаях принимается значение 1 или -1. Способ двойного порога может эффективно уменьшить количество ошибок в процессе принятия решений, предотвратить накопление ошибок в ходе многоступенчатого процесса и уменьшить внесение дополнительных помех.

В системе CDMA вместе с каналом трафика действует обратный контрольный канал. Эти каналы подвержены одинаковому замиранию сигналов, свойственному каналам беспроводной связи, так что форма огибающей мощности контрольного канала, в целом, аналогична форме огибающей мощности канала трафика. При увеличении мощности канала трафика увеличивается также мощность контрольного канала. Таким образом, можно сделать вывод, что форма огибающей порога принятия решения, в сущности, аналогична форме огибающей канала трафика, поскольку порог принятия решения, согласно описанному выше способу, создается с использованием сигнала блока контрольной оценки. Другими словами, форма огибающей порога принятия решения, в сущности, такая же, как форма огибающей мощности потока битов, по которому должно быть принято решение. Таким образом, чем выше мощность потока битов, тем больше величина порога принятия решения, так что для потока битов больше вероятность принятия значения 0. Согласно приведенному выше описанию, если мощность потока битов, по которому должно быть принято решение, является высокой, то высока и достоверность принятия решения по нему; и наоборот, эта достоверность ниже при низкой мощности потока битов. Поскольку изменение мощности потока битов происходит непрерывно и постепенно, можно высказать идею, что в течение периода с высокой мощностью потока битов нужно уменьшить вероятность принятия нулевого (0) значения для бита, а в течение периода низкой мощности потока битов вероятность принятия нулевого (0) значения для бита нужно оставить без изменения или даже увеличить. Таким образом, обеспечивается дальнейшее повышение точности решения.

Согласно приведенному выше утверждению, к порогу принятия решения можно добавить показатель достоверности. На уровне структуры в блок БПП можно включить блок С контрольной оценки. Выход блока С контрольной оценки представляет собой установившееся среднее значение мощности контрольного канала, которое используется для измерения выходной мощности блока В контрольной оценки. Реализация структуры блока С контрольной оценки отличается от реализации блоков А и В контрольной оценки и выражается как:

Это установившееся среднее значение мощности контрольного канала за период с момента установления канала до настоящего момента. Причина использования установившегося среднего значения состоит в том, что оно относительно стабильно и меньше зависит от многолучевого замирания, флюктуация мощности также умеренная, поэтому такое значение подходит для использования в качестве опорного значения при измерении выходного сигнала блока В контрольной оценки. Опорное значение для измерений получается по приведенному ниже уравнению.

где b - коэффициент меньше 1 и больше 0, причем его оптимальное значение определяют путем эмуляции и реальных натурных испытаний. Е_С - это выходное значение контрольной оценки С.

Тогда уравнение (1) для определения порога можно изменить следующим образом:

где К3 - это показатель достоверности не менее 1, а процесс его изменения проиллюстрирован на фиг.8. Сначала нужно получить выходной сигнал блока С контрольной оценки. Затем рассчитывают измерительную базу "Bas" для Е_В согласно уравнению (5). Затем Е_В сравнивают с "Bas". Если Е_В больше, чем Bas, что показывает высокую мощность потока битов, то значение К3 нужно уменьшить. Уменьшение значения К3 эквивалентно уменьшению порога принятия решения и эквивалентно уменьшению вероятности принятия значения "0" для потока битов. При уменьшении К3 нужно проконтролировать, не уменьшен ли коэффициент К3 до значения меньше 1. Если К3 меньше 1, нужно принять для него значение 1. Если Е_В меньше "Bas", что показывает низкую мощность потока битов, значение К3 нужно оставить без изменения или даже увеличить. Увеличение значения К3 эквивалентно увеличению порога принятия решения и эквивалентно увеличению вероятности принятия значения "0" для потока битов. При увеличении К3 нужно проконтролировать, не превысило ли значение К3 максимального значения МАХ_К3. Если это так, нужно принять значение К3, равное МАХ_К3. Значение МАХ_К3 - это целое число больше 1. Это значение можно определить путем эмуляции и реальных натурных испытаний.

В целом, в технологии подавления помех точная реконструкция полезных сигналов каждого пользователя является ключевым фактором для подавления помех, при котором точное принятие решений по сжатому потоку битов в блоке БПП является основой для точной реконструкции полезных сигналов. Что касается уменьшения частоты ошибок при принятии решений, то настоящее изобретение предусматривает ряд способов. По сравнению с известными решениями предложенные способы более эффективны и просты в реализации. Предложенные способы позволяют просто получать необходимую входную информации и очевидно улучшают характеристики демодуляции в приемнике, что способствует увеличению пропускной способности и радиуса охвата системы.

Предложенные способ подавления помех и блок для такого подавления предназначены, в основном, для приемника с устройством многопользовательского детектирования, в этом случае они улучшают качество демодуляции и увеличивают пропускную способность системы.

Предложенные способ подавления помех и блок для такого подавления можно использовать не только в параллельных структурах подавления помех, но и в последовательных структурах подавления помех без дополнительного изменения. Некоторые варианты настоящего изобретения можно также использовать для других цифровых и аналоговых систем связи, имеющих мобильную станцию с контрольным каналом по стандарту IS-665.

Промышленная применимость

Настоящее изобретение позволяет преодолеть такие недостатки известных технических решений, как ухудшение достоверности принимаемого сигнала при его низкой мощности с возможными ошибками принятия решения или с неправильным решением, а также быстрое ухудшение характеристик при многоступенчатом процессе за счет накапливаемых ошибок. Настоящее изобретение обеспечивает более точное управление и обработку в процессе принятия решений по сигналу и при его восстановлении, повышает точность подавления помех и благодаря этому улучшает характеристики системы. Кроме того, в настоящем изобретении повышена пропускная способность системы и уменьшено воздействие "ближний-дальний" на характеристики системы. Использование приемника с многопользовательским детектированием, обеспечиваемым предложенным блоком БПП, может улучшить характеристики демодуляции на базовой станции и увеличить пропускную способность системы.

Изобретение относится к радиосвязи, в частности к многопользовательскому детектированию в системах связи множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA). Технический результат - повышение точности подавления многопользовательских помех. Данный способ, по существу, включает в себя следующие этапы: входной сигнал основного диапазона демультиплексируют и сжимают с использованием блока сжатия. Затем сжатый сигнал сжимают по Уолш-алгоритму в различных каналах, чтобы разделить сигналы пользователя. Отдельный поток битов каждого канала умножают на сопряженный сигнал выходного оценочного значения с блока А контрольной оценки, чтобы устранить воздействие многолучевого замирания. Поток битов после умножения вводят в решающее устройство для принятия решения. Выполняют этапы определения порога для принятия решения. Используют два других блока В и С контрольной оценки, а также данные о количестве пользователей, типах каналов и типах сервисов, предоставляемых системой. Изобретение может более точно управлять принятием решений по сигналу и восстановлением сигнала, а также обрабатывать эти решения. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ подавления многопользовательских помех, содержащий следующие этапы:

a) осуществление составного расширения для входного сигнала основного диапазона путем использования блока сжатия;

b) осуществление Уолш-сжатия каналов для сжатого сигнала, чтобы выделить каналы пользователя;

c) умножение потоков битов каждого отдельного канала на сопряженный сигнал выходного оценочного значения с блока А контрольной оценки, чтобы устранить воздействие многолучевого замирания;

d) посылку потоков битов после их умножения в решающее устройство для принятия решения;

e) определение порога для принятия решения при использовании двух других блоков В и С контрольной оценки и на основании данных о количестве пользователей, типах каналов и типах сервисов, предоставляемых системой, а затем принятие решений по входным потокам битов, по которым следует принять решение; и

f) умножение потоков битов, по которым принято решение, на оценочное выходное значение с блока А контрольной оценки, чтобы реконструировать воздействие многолучевого замирания, и последующую реконструкцию сигнала.

d1) получение из системы таких параметров, как количество пользователей и типы каналов или типы сервисов;

d2) определение информации о типах каналов или типах сервисов;

d3) изменение коэффициента К2 в уравнении Порог=К1·К2·Е_В с учетом информации, полученной на этапе d2;

d4) определение количества пользователей в системе на данный момент; и

d5) изменение коэффициента К1 в уравнении на этапе d3 с учетом количества пользователей.

потом рассчитывают измерительную базу "Bas" для Е_В по уравнениям

и Bas=b·E_C;

оценивают, превышает ли Е_В значение 'Bas' и, если да, то это показывает, что мощность бита выше и значение К3 нужно уменьшить; затем оценивают, уменьшено ли значение К3 до значения меньше 1 и, если да, то принимают К3=1;

если Е_В меньше, чем 'Bas', то это показывает, что мощность бита меньше и значение К3 нужно оставить без изменения или увеличить;

а потом оценивают, превысило ли значение К3 максимум МАХ_К3, причем MAX_K3 - это целое число больше 1.

решающее устройство использует выходные сигналы блоков В и С контрольной оценки и информацию системы для принятия решения по потоку битов, по которому должно быть принято решение, выходящему из первого множительного устройства; второе множительное устройство умножает сигнал, выдаваемый решающим устройством, на сигнал на выходе блока А контрольной оценки, при этом результат умножения является входным сигналом следующей ступени модуля демодулятора.