专利名称：Mpsk调制下的双层加权并行干扰对消方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及移动通信系统中基站的多用户检测技术，尤其涉及在MPSK(M-aryPhase Shift Keying，M进制相移键控)调制下并行干扰对消的方法及其装置。
背景技术：
多用户检测技术是克服多址干扰的影响，提高CDMA系统容量的一种增强型技术。它可以充分利用多个用户的信息，对多个用户信号进行联合检测，从而尽可能地减小多址干扰对接收机性能的影响，提高系统的容量。
Verdu于1986年提出最佳多用户检测器，但是这种检测器复杂度高，难以应用。次最佳的多用户检测方法大致分为两类线性检测方法和干扰对消方法。线性检测方法对单用户检测器的软输出进行线性变换，产生一组能够提高性能的新输出。线性检测方法性能较好，但是计算很复杂。干扰对消方法将期望用户的信号视为有用信号，将其他用户的信号视为干扰信号；先从接收信号中消除其他用户的干扰，得到期望用户的信号，然后对期望用户的信号进行检测，从而提高系统的性能。
干扰对消方法可以分为串行干扰对消和并行干扰对消。串行干扰对消方法的性能优于单用户检测器，但是延时较大，需要进行功率排序，计算量较大，对初始信号估计敏感。并行干扰对消方法从接收信号中并行地为每个用户消除所有其他用户的信号干扰。该方法性能优于单用户检测器，具有延时小，计算复杂性小的优点，是目前最有可能实现的方法。
传统的并行干扰对消接收机的结构如图1所示图中PIC(Parallel InterferenceCancellation，并行干扰对消)结构1和最后一级PIC结构2的内部结构分别如图2和图3所示。该系统的用户总数为K。第一级PIC结构1把接收信号的基带信号作为各用户的输入信号，进行处理，得到的各用户的输出信号是下一级PIC结构中各用户的输入信号；第二级PIC结构对各用户的输入信号进行处理，得到的各用户的输出信号是下一级PIC结构中各用户的输入信号；这样逐级处理，最后一级PIC结构2对各用户的输入信号进行处理，得到的各用户的输出信号是多级PIC结构的最终结果。
如图2所示，RAKE接收机3对输入信号进行多径解扩，由解扩结果进行信道估计，然后进行多径合并，并将RAKE合并结果送给硬判决器4，将信道估计结果送给信号再生器5。硬判决器4对RAKE合并结果进行硬判决，并将判决结果送给信号再生器5。信号再生器5由两个输入信号得到用户的再生信号，并将用户的再生信号送给多址干扰的估计与干扰对消装置6。多址干扰的估计与干扰对消装置6由输入的各用户的再生信号分别计算出各用户的多址干扰，从接收信号的基带信号中消除某个用户的多址干扰得到的信号作为本级PIC结构中该用户的输出信号，下一级PIC结构中该用户的RAKE接收机的输入信号。
图3为最后一级PIC结构的示意图，用户的RAKE接收机对输入信号进行解扩、信道估计和多径合并，得到用户的软输出。用户的软输出就是多级PIC结构的最终结果。在接收机中，用户的软输出被送给用户的译码器进行译码。
中国专利申请号为01132754.5的发明提出了双层加权并行干扰对消方法。该方法是对传统并行干扰对消方法的改进，较大幅度地提高了传统并行干扰对消方法的性能。
BPSK调制下的双层加权并行干扰对消方法的多级结构与传统并行干扰对消方法相同，如图1所示。该方法的PIC结构如图4所示。图中RAKE接收机3对输入信号进行多径解扩，由解扩结果进行信道估计，然后进行多径合并，并将RAKE合并结果同时送给硬判决器4和可靠性系数生成器7，将信道估计结果同时送给可靠性系数生成器7和信号再生器5。硬判决器4对RAKE合并结果进行硬判决，并将判决结果送给信号再生器5。可靠性系数生成器7由两个输入信号，在这里把噪声功率作为已知量处理，计算硬判决器判决结果的可靠性系数，并将可靠性系数送给信号再生器5。信号再生器5由三个输入信号得到用户的再生信号，并将用户的再生信号送给多址干扰的估计与干扰对消装置6。多址干扰的估计与干扰对消装置6由输入的各用户的再生信号分别计算出各用户的多址干扰，从接收信号的基带信号中部分地消除某个用户的多址干扰得到的信号作为下一级PIC结构中该用户的RAKE接收机的输入信号。
该方法的最后一级PIC结构同传统PIC方法，如图3所示。在BPSK调制下，双层加权并行干扰对消方法的原理如下设第k级PIC结构中用户i的Rake接收机的多径合并结果可以表示为Yi(m)(k)=μiai(m)+ni.........(1)]]>Yi(m)(k)表示第k级PIC结构中用户i的第m个符号的多径合并结果，ui是与信道衰落相关的实数，由信道估计得到(信道估计的方法不是双层加权并行干扰对消方法研究的内容)；ni为高斯白噪声，服从正态分布N(0，σi2)；ai(m)在BPSK调制下取值为±1。
由(1)式，可以得到当ai(m)=1]]>时，Yi(m)(k)服从正态分布N(μi，σi2)；当ai(m)=-1]]>时，Yi(m)(k)服从正态分布N(-μi，σi2)。
设硬判决结果a^i(m)(k)=sgn{Yi(m)(k)}]]>的可靠性系数为fi(m)(k)。双层加权并行干扰对消方法从贝叶斯准则出发按照下式计算 的可靠性系数fi(m)(k)=tanh{μi|Yi(m)(k)|σi2}..............(2)]]>在双层加权并行干扰对消方法中，由信道估计结果、硬判决结果 和判决的可靠性系数fi(m)(k)得到用户的再生信号gi(k)(t)。在信号再生过程中，先由 和fi(m)(k)得到ai(m)的软判决fi(m)(k)a^i(m)(k),]]>然后把软判决结果作为用户发送的符号的估计，进行信号再生。这里，软判决结果在信号再生中的作用就相当于硬判决结果在传统并行干扰对消方法的信号再生中的作用。
双层加权并行干扰对消方法采用部分干扰对消，设r(t)表示接收信号的基带信号，ri(k+1)(t)表示第k级PIC结构中用户i的输出信号(该信号也是第(k+1)级PIC结构中用户i的RAKE接收机的输入信号)，则干扰对消过程如下ri(k+1)(t)=r(t)-p(k)I^i(k)..........(3)]]>其中，p(k)为第k级PIC方法的权值p(1)＜p(2)…＜p(S)，s为PIC的级数； 表示在第k级PIC结构中第i个用户受到的多址干扰的估计。
双层加权并行干扰对消方法在保证判决代价最小的同时，通过部分干扰对消弥补了统计意义上对用户信号估计的偏差，较大地提高了性能。
在同样带宽下，与BPSK调制相比，高阶调制可以提高信息传输速率。因此，在信息传输速率较高的场合，为了不增加带宽只能采用高阶调制。MPSK是高阶调制中一种常用的调制方法，所以研究在MPSK调制下多用户检测方法具有重要意义。但是上述双层加权并行干扰对消方法是在BPSK调制下提出的，无法直接应用于MPSK调制。
发明内容
本发明的目的是提出一种双层加权并行干扰对消方法和装置，可以应用于MPSK调制下。该方法和装置可以使MPSK调制下用户发送符号的判决代价最小，并且可以弥补统计意义上对用户信号估计的偏差。
本发明的目的是这样实现的，一种无线通信系统中MPSK调制下的双层加权并行干扰对消方法步骤如下
A.在每级PIC结构中，用户的RAKE接收机对输入信号进行多径解扩、信道估计、多径合并，并将信道估计结果送给用户的软判决生成器和用户的信号再生器，将多径合并结果送给用户的软判决生成器，在MPSK调制下，用户i发送的第m个符号ai(m)∈{Pi=cos(2πiM+θ)+jsin(2πiM+θ),i=0,1,…M-1},]]>θ为初相，第k级PIC结构中用户i的Rake接收机的多径合并结果可以表示为Yi(m)(k)=μiai(m)+ni.............(1)]]>上式中的Yi(m)(k)为复数，ni为复高斯白噪声，设ni的实部和虚部分别服从正态分布N(0，σi2)；B.本级用户的软判决生成器由用户的每个符号的多径合并结果和信道估计结果，生成每个符号的软判决结果，并将软判决结果送给用户的信号再生器；在第k级PIC结构中，用户i的第m个符号的判决结果为a^i(m)(k),a^i(m)(k)]]>的可靠性系数为fi(m)(k)，软判决结果fi(m)(k)a^i(m)(k)]]>根据下述(11)式表示的判决准则， 软判决结果为 其中， 其中，f{k|φi}表示在发送的符号的相角为φi时，多径合并结果的相角为k的概率密度，γ=μi2σi2;]]>C.本级信号再生器由用户的软判决结果和用户的信道估计结果得到用户的再生信号，并将用户的再生信号送给本级多址干扰的估计与干扰对消装置；D.本级多址干扰的估计与干扰对消装置累加其他用户的再生信号得到期望用户受到的多址干扰，从接收信号的基带信号中部分地消除期望用户信号受到的多址干扰，从而得到本级PIC结构中该用户的输出信号，同时该信号做为下一级PIC结构中同一用户的RAKE接收机的输入信号；E.重复步骤A-D，进行下一级并行干扰对消的处理；
F.对于最后一级PIC结构，只进行步骤A中多径解扩、信道估计和多径合并的计算，将多径合并得到的用户i的软输出作为多级PIC结构中用户i的最终结果，在接收机中，该结果被送给用户i的译码器进行译码。
在上述的步骤B中，软判决结果也可以根据下述(15)式表示的判决准则来判决，||μia^i(m)(k)-Yi(m)(k)||=mini=0M-1{||μiPi-Yi(m)(k)||}.......(15)]]>软判决结果为fi(m)(k)a^i(m)(k)=Σi=0M-1Pif{Yi(m)(k)|Pi}Σi=0M-1f{Yi(m)(k)|Pi}..........(18)]]>其中，令Yi(m)(k)=r1+jr2;]]>Pi＝Pi1+jPi2，f{Yi(m)(k)|Pi}=12πσi2e-(r1-μiPi1)2+(r2-μiPi2)22σi2.........(17)]]>实现上述并行干扰对消方法的装置，包括若干级相同的PIC(并行干扰对消)结构和最后一级不同的PIC结构，每一级相同的PIC结构由若干个RAKE接收机、软判决生成器、信号再生器和一个多址干扰的估计与干扰对消装置依次连接组成，最后一级PIC结构包括若干个RAKE接收机，与传统并行干扰对消接收机的最后一级PIC结构相同。
上述MPSK调制下的双层加权并行干扰对消方法和装置，可以使MPSK调制下用户发送符号的判决代价最小，并且可以弥补统计意义上对用户信号估计的偏差。同时，MPSK的PIC结构与BPSK的PIC结构相比有改进，它可以直接计算软判决结果，不必先计算硬判决结果，再计算可靠性系数，从而简化了结构，也减少了计算量。
图1是并行干扰对消接收机的多级结构示意图；图2是PIC结构示意图；图3是最后一级PIC结构示意图；图4是BPSK调制下的双层加权并行干扰对消接收机的PIC结构示意图；图5是MPSK调制下的双层加权并行干扰对消接收机的PIC结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例一实施例一实现MPSK调制下双层加权并行干扰对消方法的装置，即双层加权并行干扰对消接收机，该接收机的多级结构如图1所示，该接收机的最后一级PIC结构如图3所示，该接收机的PIC结构如图5所示。
如图1所示，该接收机由若干级相同的PIC结构和最后一级PIC结构依次连接构成。从性能价格比考虑，一般取级数为3～4级。
如图3所示，在最后一级PIC结构中，装置3是RAKE接收机，该PIC结构中有若干个RAKE接收机，在同一级PIC结构中，每个用户有且仅有一个RAKE接收机。每个用户的RAKE接收机完成相同的功能用户的RAKE接收机对来自前一级同一用户的输入信号进行多径解扩、信道估计，然后进行多径合并，得到用户的多径合并结果，也即用户的软输出。在最后一级PIC结构中，用户的软输出就是多级PIC结构的最终结果。
如图5所示，该PIC结构由若干组RAKE接收机、软判决生成器、信号再生器和一个多址干扰的估计与干扰对消装置依次连接组成。装置3是RAKE接收机，它对输入信号进行多径解扩，由解扩结果进行信道估计，然后进行多径合并，并将RAKE合并结果送给软判决生成器8，将信道估计结果送给软判决生成器和信号再生器5。装置8是软判决生成器，它由RAKE合并结果和信道估计结果得到软判决，并将软判决结果送给信号再生器5。装置5是信号再生器，它由两个输入信号得到用户的再生信号，并将用户的再生信号送给多址干扰的估计与干扰对消装置6。装置6是多址干扰的估计与干扰对消装置，它由输入的各用户的再生信号分别计算出各用户的多址干扰，从接收信号的基带信号中部分地消除某个用户的多址干扰得到的信号作为下一级PIC结构中该用户的RAKE接收机的输入信号。
MPSK调制下的双层加权并行干扰对消方法由如下步骤来具体实现如图1所示，接收信号的基带信号r(t)以并行方式进入图中的第一级PIC结构1。如附图5所示，并行进入PIC结构1的输入信号分别进入各用户的RAKE接收机3。RAKE接收机3先对输入信号进行解扩，然后由解扩结果进行信道估计、多径合并，并将多径合并结果送给软判决生成器8，将信道估计结果送给软判决生成器8和信号再生器5。软判决生成器8由多径合并结果和信道估计结果得到软判决结果。
MPSK调制下软判决结果通过如下计算得到。用户i发送的第m个符号ai(m)∈{Pi=cos(2πiM+θ)+jsin(2πiM+θ),i=0,1,…,M-1},]]>θ为初相。在MPSK调制下，第k级PIC结构中用户i的Rake接收机的多径合并结果依旧可以表示为
Yi(m)(k)=μiai(m)+ni............(1)]]>但是，在MPSK调制下，上式中的Yi(m)(k)为复数，ni为复高斯白噪声。设ni的实部和虚部分别服从正态分布N(0，σi2)。
设按照一定的判决准则，由Yi(m)(k)得到的判决结果为 a^i(m)(k)∈{Pi=cos(2πiM+θ)+jsin(2πiM+θ),i=0,1,…,M-1}.]]>设判决的可靠性系数为fi(m)(k)，设置判决的代价函数为C=[μi(ai(m)-fi(m)(k)a^i(m)(k))][μi(ai(m)-fi(m)(k)a^i(m)(k))]*.........(4)]]>根据贝叶斯规则可以得到判决代价的均值E(C)=μi2Σi=0M-1{Pi-fi(m)(k)a^i(m)(k)}{Pi-fi(m)(k)a^i(m)(k)}*P{Pi|Yi(m)(k)}......(5)]]>其中，P{A|B}表示在已知B的条件下A发生的概率。
令fi(m)(k)=f1+jf2,]]>Pi＝Pi1+jPi2，a^i(m)(k)=dk1+jdk2,]]>并代入公式(5)得到下式E(C)=Σi=0M-1μi2[(Pi1-f1dk1+f2dk2)2+(Pi2-f1dk2-f2dk1)2]P{Pi|Yi(m)(k)}........(6)]]>对上式求偏导数∂E(C)∂f1,∂E(C)∂f2]]>并令两个偏导数分别为0，得到以下两式f1=Σi=0M-1(Pi1dk1+Pi2dk2)P{Pi|Yi(m)(k)}Σi=0M-1P{Pi|Yi(m)(k)}.........(7)]]>f2=Σi=0M-1(Pi2dk1-Pi1dk2)P{Pi|Yi(m)(k)}Σi=0M-1P{Pi|Yi(m)(k)}..........(8)]]>所以，使E(C)最小的fi(m)(k)为fi(m)(k)=a^i*(m)(k)Σi=0M-1PiP{Pi|Yi(m)(k)}Σi=0M-1P{Pi|Yi(m)(k)}..........(.9)]]>其中， 表示 的共轭。
所以，使E(C)最小的fi(m)(k)满足下式fi(m)(k)a^i(m)(k)=Σi=0M-1PiP{Pi|Yi(m)(k)}Σi=0M-1P{Pi|Yi(m)(k)}..........(10)]]>
fi(m)(k)a^i(m)(k)]]>为用户i发送的第m个符号的软判决结果。MPSK调制下信号的再生与BPSK调制下信号的再生过程完全一样。在信号再生时，可靠性系数fi(m)(k)和用户的硬判决结果 先相乘，得到软判决结果fi(m)(k)a^i(m)(k),]]>然后把软判决结果作为用户发送符号的估计，进行用户信号的再生。因此，在MPSK调制下，可以不单独求出fi(m)(k)和 而是求出软判决结果fi(m)(k)a^i(m)(k),]]>由软判决结果和信道估计结果得到用户的再生信号。这样，可以简化结构，并且可以减少了复数乘法次数。
在不同的判决准则下，(10)式中{Pi|Yi(m)(k)}的计算公式不同。
我们可以按照以下的判决准则来计算令Pi=cos(2πiM+θ)+jsin(2πiM+θ)=ej(2πiM+θ)=ejφi,]]> 按照下式得到判决结果a^i(m)(k)=ejλk:]]> 当采用(11)式表示的判决准则时， 其中，f{k|φi}表示在发送的符号的相角为φi时，多径合并结果的相角为k的概率密度， 其中，γ=μi2σi2.]]>所以，在(11)表示的判决准则下 软判决生成器8将上述方法求得的软判决结果送给信号再生器5。信号再生器5由输入的两个信号得到用户的再生信号，并将再生信号送入多址干扰的估计与干扰对消装置6。从图中可以看到，接收信号的基带信号r(t)也进入多址干扰的估计与干扰对消装置6。该装置由并行输入的各用户的再生信号估计各用户受到的多址干扰，从接收信号的基带信号r(t)中部分地消除某个用户受到的多址干扰得到的信号作为本级PIC结构中该用户的输出信号，下一级PIC结构中该用户的RAKE接收机的输入信号。下一级PIC结构对并行输入的信号进行同样的处理。这样逐级处理，当处理到最后一级PIC结构时(如图3所示)，并行输入的信号分别进入各用户的RAKE接收机3。用户的RAKE接收机3对输入信号进行解扩、信道估计和多径合并，得到用户的软输出。用户的软输出就是多级PIC结构的最终结果。在接收机中，用户的软输出被送给用户的译码器进行译码。
实施例二本实施例中，MPSK调制下双层加权并行干扰对消方法及其装置基本与实施例一相同，但是在计算软判决结果时，也可以按照如下的判决准则。
按照以下判决准则得到判决结果 ||μia^i(m)(k)-Yi(m)(k)||=mini=0M-1{||μiPi-Yi(m)(k)||}........(15)]]>当采用以上判决准则时，P{Pi|Yi(m)(k)}=P{Yi(m)(k)|Pi}P{Pi}Σi=0M-1P{Yi(m)(k)|Pi}P{Pi}=f{Yi(m)(k)|Pi}Σi=0M-1f{Yi(m)(k)|Pi}........(16)]]>令Yi(m)(k)=r1+jr2,]]>则f{Yi(m)(k)|Pi}=12πσi2e-(r1-μiPi1)2+(r2-μiPi2)22σi2........(17)]]>在(15)表示的判决准则下，软判决结果为fi(m)(k)a^i(m)(k)=Σi=0M-1Pif{Yi(m)(k)|Pi}Σi=0M-1f{Yi(m)(k)|Pi}.......(18)]]>fi(m)(k)a^i(m)(k)]]>即为用户i发送的第m个符号ai(m)的软判决结果。其它步骤均同实施例一。
需要说明的是，任何对于普通技术人员而言，对发明做出的非实质性改动，或显而易见的替换均属于本发明的保护范畴。
权利要求
1.一种移动通信系统中MPSK调制下的双层加权并行干扰对消方法，其特征在于，所述方法包括如下具体步骤A.在每级并行干扰对消结构中，用户的RAKE接收机对输入信号进行多径解扩、信道估计、多径合并，并将信道估计结果送给用户的软判决生成器和用户的信号再生器，将多径合并结果送给用户的软判决生成器，在MPSK调制下，用户i发送的第m个符号ai(m)∈{Pi=cos(2πiM+θ)+jsin(2πiM+θ),i=0,1,…,M-1},]]>θ为初相，第k级并行干扰对消结构中用户i的Rake接收机的多径合并结果可以表示为Yi(m)(k)=μiai(m)+ni...........(1)]]>上式中的Yi(m)(k)为复数，ni为复高斯白噪声，设ni的实部和虚部分别服从正态分布N(0，σi2)；B.本级用户的软判决生成器由用户的每个符号的多径合并结果和信道估计结果，生成每个符号的软判决结果，并将软判决结果送给用户的信号再生器；在第k级并行干扰对消结构中，用户i的第m个符号的判决结果为a^i(m)(k),a^i(m)(k)]]>的可靠性系数为fi(m)(k)，软判决结果fi(m)(k)a^i(m)(k)]]>根据下述(11)式表示的判决准则， 软判决结果为 其中， 其中，f{k|φi}表示在发送的符号的相角为φi时，多径合并结果的相角为k的概率密度，γ=μi2σi2;]]>C.本级信号再生器由用户的软判决结果和用户的信道估计结果得到用户的再生信号，并将用户的再生信号送给本级多址干扰的估计与干扰对消装置；D.本级多址干扰的估计与干扰对消装置累加其他用户的再生信号得到期望用户受到的多址干扰，从接收信号的基带信号中部分地消除期望用户信号受到的多址干扰，从而得到本级并行干扰对消结构中该用户的输出信号，同时该信号做为下一级并行干扰对消结构中同一用户的RAKE接收机的输入信号；E.重复步骤A-D，进行下一级并行干扰对消的处理；F.对于最后一级并行干扰对消结构，只进行步骤A中多径解扩、信道估计和多径合并的计算，将多径合并得到的用户i的软输出作为多级并行干扰对消结构中用户i的最终结果，在接收机中，该结果被送给用户i的译码器进行译码。
2.如权利要求1所述的并行干扰对消方法，其特征在于，在所述的步骤B中，软判决结果还可以根据下述(15)式表示的判决准则来判决，||μia^i(m)(k)-Yi(m)(k)||=mini=0M-1{||μiPi-Yi(m)(k)||}.........(15)]]>软判决结果为fi(m)(k)a^i(m)(k)=Σi=0M-1Pif{Yi(m)(k)|Pi}Σi=0M-1f{Yi(m)(k)|Pi}..........(18)]]>其中，f{Yi(m)(k)|Pi}=12πσi2e-(r1-μiPi1)2+(r2-μiPi2)22σi2.........(17)]]>其中，Yi(m)(k)=r1+jr2;]]>Pi＝Pi1+jPi2
3.一种实现权利要求1或2所述并行干扰对消方法的装置，所述装置包括若干级相同的并行干扰对消结构和最后一级不同的并行干扰对消结构，所述最后一级并行干扰对消结构包括若干个RAKE接收机，其特征在于，所述每一级相同的并行干扰对消结构由若干个RAKE接收机、软判决生成器、信号再生器与一个多址干扰的估计与干扰对消装置依次连接组成。
全文摘要
本发明提出一种在MPSK调制下的双层加权并行干扰对消方法及其装置。该MPSK调制下的PIC结构与BPSK的PIC结构相比有改进，省去了硬判决器。在MPSK调制下，可以不单独求出可靠性系数f
文档编号H04B1/707GK1482818SQ0213697
公开日2004年3月17日 申请日期2002年9月13日 优先权日2002年9月13日
发明者魏立梅, 马涛 申请人:华为技术有限公司