专利名称：一种部分并行式干扰对消的方法
技术领域：
本发明是关于一种消除多址干扰(Multiple Access Interference，MAI)的方法，尤指一种利用部分并行式干扰对消(Partial Parallel InterferenceCancellation，PPIC)多址干扰的简化方法。
背景技术：
随着无线通信科技的进步，手机实现了人类无线通信的愿望，摆脱传统有线电话的束缚，除了让用户更自由，也使人与人间的距离更近。
在未来的第三代移动通信系统中，码分多址(Code Division MultipleAccess，CDMA)扮演重要的角色。然而，此类扩频通信技术却受到严重的多址干扰(Multiple Access Interference，MAI)，以下作简单描述。
假设系统中有K个用户(User)，每个用户发射一组二元数据信号，其信号表示如下bk(t)=Σi=-∞∞bk,iPT(t-iT)]]>其中bk，i∈{±1}，表示第k个用户的第i个数据位，PT(t)表示振幅为1，时间周期为T的方波(Rectangular Pulse)。
每个用户各自有一组扩频码，表示如下ak(t)=Σj=-∞∞ak,jPTc(t-jTc)]]>其中ak，j∈{±1}，表示第k个用户的第j个码片(chip)，PTc(t)表示振幅为1，时间周期为Tc的方波(Rectangular Pulse)，我们定义位时间周期T与码片时间周期Tc的比值称为处理增益(processing gain)N＝T/Tc，又称为扩频因子(Spreading Factor，SF)。
所以第k个用户所发射的BPSK信号可以表示如下sk(t)=2Pkak(t)bk(t)]]>其中Pk表示第k个用户的信号能量。
信号传输经过多径衰落(Multi-path Fading)后，分离多径接收机(RakeReceiver)接收信号表示如下r(t)=Σk=1Kαksk(t-τk)+n(t)]]>=Σk=1Kαk2Pkak(t-τk)bk(t-τk)+n(t)]]>=Σk=1KΣi=-∞∞Σj=0N-1αk2Pkbk,iak,jPTc(t-iT-jTc-τk)+n(t)]]>其中τk表示第k个用户的时间延迟，αk为第k个用户的多路径衰落，n(t)为白色高斯可加性噪声(AWGN)。
目前常用的消除其它用户干扰的方法是利用干扰消除器(InterferenceCancellation)。其中干扰消除器又包含连续式干扰对消(SuccessiveInterference Cancellation，SIC)及并行式干扰对消(ParallelInterference Cancellation，PIC)两种。以下对并行式干扰对消作简单描述。
请参阅图1，图1是K个用户的传统并行式干扰对消检测器(ParallelInterference Cancellation，PIC)结构图。此处先考虑异步的CDMA收发系统，即各用户的信号到达接收机有不同的时间延迟(Delay)，将其时间延迟为由小到大依序排列τ1＜τ2＜τ3＜…＜τk。PIC原理通过同时消除其余用户的干扰，来达到干扰消除的目的。图1中以「STAGE 0」表示传统接收机检测器，而「STAGE 1」表示进行第一阶的PIC干扰消除，依此可继续数阶PIC干扰消除，如第s阶的干扰消除即表示为「STAGE s」。对第k个用户而言，在接收机第零阶(STAGE 0)时，接收信号与第k个用户的扩频码做解扩频计算(Despread)，得到的数值称为决策统计值(Decision Statistic)，定义符号为Zk，i(0)，其中上标表示第零阶，下标k表示第k个用户，i表示第i个数据位，式子表示如下Zk,i(0)=1T∫iT+τk(i+1)T+τkr(t)ak(t-iT-τk)dt]]>在PIC干扰消除第一阶(STAGE 1)，首先重建用户k的估计信号，即前一阶决策统计值Zk，i(0)与第k个用户的扩频码作扩频计算(Respread)，如此我们可以得到第一阶(STAGE 1)第i个数据位信号的估计值如下所示sk^(1)(t-τk)=Σi=-∞∞2TZk,i(0)ak(t-iT-τk)]]>
其中sk^(1)(t-τk)上标1表示第一阶。
同理，我们也可以得到其它用户的信号估计值。
对于第k个用户而言，其它用户皆为干扰，所以将接收信号扣除其它用户的估计信号以达到近似单一用户的接收效果，即无MAI之干扰，可表示成rk(1)(t)=r(t)-Σl=1,l≠kKsl^(1)(t-τl)]]>而第一阶的决策统计值(Decision Statistic)表示如下Zk,i(1)=1T∫T+Tk(i+1)T+τkrk(1)(t)ak(t-iT-τk)dt]]>因此第s阶(STAGE s)PIC干扰消除的公式可表示如下信号估计值sk^(s)(t-τk)=Σi=-∞∞2TZk,i(s-1)ak(t-iT-τk)]]>干扰消除后的信号rk(s)(t)=r(t)-Σl=1l≠k,Ksl^(s)(t-τl)]]>第s阶的决策统计值Zk,i(s)=1T∫T+τk(i+1)T+τkrk(s)(t)ak(t-iT-τk)dt]]>并行式干扰对消检测器将接收信号扣除其它用户的估计信号以达到近似单一用户的接收效果。但是若干扰消除后的信号γk(s)(t)发生误差，则可能导致第s阶的决策统计值Zk，i(s)发生误差，进而影响到下一阶的信号估计值，造成误差传播(Error Propagation)，所以在实际应用上会利用部分干扰对消(Partial Interference Cancellation)方式来改善性能，即扣除一定比例的其它用户的估计信号，其式子表示如下rk(s)(t)=r(t)-PsΣl=1l≠k,Ksl^(s)(t-τl)]]>其中Ps为第s阶的部分因子(Partial Factor)，0＜Ps＜1。此种PIC检测器又称为平行式部分干扰对消检测器(Parallel Partial InterferenceCancellation，PPIC)。
前述传统PPIC需重复扩频-解扩频的工作，因此需要极高的运算量。特别是信号随时在改变，对移动台(mobile station，MS)或是基站(basestation，BS)而言，重复一样且复杂的动作，都是一个很沉重的负担。因此，需要一种方法来改善上述现象。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种可消除多址干扰的方法。
本发明的次要目的是提供一种可利用递归方法以免除复杂且重复计算的消除多址干扰方法。
本发明的又一目的是提供一种可应用在部分并行式干扰对消的简化方法。
为达上述目的，本发明提供一种运用在异步系统直接序列码分多址信号模型的部分并行式干扰对消简化方法，是将接收信号以递归方式，逐次去除多址干扰，包括有以下步骤A接收系统时间延迟参数并给定递归参数；B根据该系统时间延迟参数建立相关矩阵R，其中RK×K＝[ri，j] ρi,j(m)=1T∫0T-|τi-τj|ai(t)aj(t+|τi-τj|)dt]]>ρi,j(v)=1T∫T-|τi-τj|Tai(t)aj(t+|τi-τj|-T)dt]]>K代表系统所有用户总数，i代表第i个用户，j代表第j个用户，ai表示第i个用户的扩频码，aj表示第j个用户的扩频码，τi表示第i个用户的时间延迟，τj表示第j个用户的时间延迟；C计算一输入参数Zi，w(0)Zi,w(0)=1T∫wT+τi(w+1)T+τir(t)ai(t-wT-τi)dt]]>
其中，Zi，w(0)表示第i个用户的第w个位数值，r(t)表示该接收信号；D设定执行参数为1，表示为s＝1E计算结果值，该结果值可表示为Zi,w(s)=Zi,w(0)-Ps{Σl=1k-1[Zl,w(s-1)ρi,l(m)+Zl,w+1(s-1)ρi,l(v)]+Σi=k+1K[Zl,w(s-1)ρi,l(m)+Zl,w-1(s-1)ρi,l(v)]}]]>其中，Ps表示为第s阶的部分因子(partial factor)；F该执行参数是否等于该递归参数？若为是，执行H，否则，执行G；G该执行参数往上递增1，执行E；H结束。
为达上述目的，本发明还提供一种部分并行式干扰对消的方法，是将接收信号以递归方式，逐次去除多址干扰，该系统各用户间无时间延迟，包括有以下步骤A’接收系统时间延迟参数并给定递归参数；B’根据该系统时间延迟参数建立相关矩阵R，其中RK×K＝[ri，j] ρi,j(m)=1T∫0Tai(t)aj(t)dt]]>K代表系统所有用户总数，i代表第i个用户，j代表第j个用户，ai表示第i个用户的扩频码，aj表示第j个用户的扩频码；C’计算输入参数Zi，w(0)Zi,w(0)=1T∫wT(w+1)Tr(t)ai(t-wT)dt]]>其中，
Zi，w(0)表示第i个用户的第m个位数值r(t)表示该接收信号；D’设定执行参数s初始值为1，表示为s＝1；E’计算结果值，该结果值可表示为Zi,w(s)=Zi,w(0)-PsΣl=1l≠kKZl.w(s-1)ρi,l(m)]]>其中，Ps表示为第s阶的部分因子；F’该执行参数是否等于该递归参数？若为是，执行H’，否则，执行G’；G’该执行参数+1，执行E’；H’结束。
上述算法推导化简了传统PPIC重复扩频-解扩频的运算，以递归的运算方式完成PPIC检测器，降低系统复杂度。
图1是k个用户的传统并行式干扰对消检测结构图；图2A是当1＜k时，用户1与用户k的互相关示意图；图2B是当1＞k时，用户1与用户k的互相关示意图；图3是本发明的结构说明图；图4是根据图中推算器的一个具体实施例方块图；图5是本发明方法流程图；图6A是原始接收信号图；图6B是利用本发明的还原图；图7是将互相关运算自PPIC独立后的接收机系统图。
附图标记说明1运算电路11前级第i个位的决策值12原始第i个位的决策值13运算器14本级第i-1个位的决策值15原始第i-1个位的决策值31-38本发明的流程步骤
41-48利用本发明的同步系统流程步骤51接收机延迟估计得到时间延迟信息52分离多径接收机53互相关值54 PPIC干扰消除具体实施方式
为使审查员能对本发明的特征、目的及功能有更进一步的认知与了解，配合附图详细说明前述传统PPIC需重复扩频-解扩频的工作，因此需要极高的运算量，以下继续推导出免除该运算需求的公式Zk,i(s)=1T∫T+τk(i+1)T+τkrk(s)(t)ak(t-iT-τk)dt]]>=1T∫T+τk(i+1)T+τk[r(t)-PsΣl=1l≠kKsl^(s)(t-τl)]ak(t-iT-τk)dt]]>=1T∫T+τk(i+1)T+τkr(t)ak(t-iT-τk)dt-Ps1T∫T+τk(i+1)T+τkΣl=1l≠kKsl^(s)(t-τl)ak(t-iT-τk)dt]]>=Zk,i(0)-Ps1TΣl=1l≠kK∫T+τk(i+1)T+τksl^(s)(t-τl)ak(t-iT-τk)dt]]>=Zk,i(0)-Ps1TΣl=1l≠kK∫T+τk(i+1)T+τk[Σi=-∞∞2TZl,i(s-1)al(t-iT-τl)]ak(t-iT-τk)dt----(1)]]>因为我们考虑异步CDMA收发系统，且假设各用户的时间延迟由小到大依序排列τ1＜τ2＜τ3＜…＜τk，所以上式(1)的干扰消除项(第二项)需依照时间延迟的大小来进一步讨论。首先考虑τl＜τk，即l＜k的情况，请参阅图2A，图2A为用户l与用户k的互相关示意图。由图可以看出用户k的第i位区间与用户l的第i与第(i+1)位区间交迭，所以会有两个不同区间的部分交迭，此处我们定义同一位区间的部分互相关值(Partial Cross-Correlation)为整个互相关值(Cross-Correlation)的主体部分(Main)，简称MCC，另定义不同位区间的部分互相关值(Partial Cross-Correlation)为整个互相关值(Cross-Correlation)的次要部分(Vice)，简称VCC。
其MCC及VCC互相关的公式分别表示如下ρk,l(m)=1T∫0T-|τk-τl|ak(t)al(t+|τk-τl|)dt----(2)]]>ρk,l(v)=1T∫T-|τk-τl|Tak(t)al(t+|τk-τl|-T)dt----(3)]]>同理，请参阅图2B，图2B为当τl＞τk时，用户1与用户k的互相关示意图。当τl＞τk，即l＞k的情况，也是如此定义，为用户l与用户k之互相关示意图，由图可以看到用户k的第i位区间与用户l的第i与第(i-1)位区间交迭。
将(2)、(3)带入(1)可得Zk,i(s)=Zk,i(0)-Ps1TΣl=1l≠kK∫T+τk(i+1)T+τk[Σi=-∞∞2TZl,i(s-1)al(t-iT-τl)]ak(t-iT-τk)dt]]>=Zk,i(0)-Ps{1TΣl=1k-1∫T+τk(i+1)T+τkΣi=-∞∞2TZl,i(s-1)al(t-iT-τl)ak(t-iT-τk)dt]]>+1TΣl=k+1K∫T+τk(i+1)T+τkΣi=-∞∞2TZl,i(s-1)al(t-iT-τl)ak(t-iT-τk)dt}]]>=Zk,i(0)-Ps{Σl=1k-1[Zl,i(s-1)ρk,l(m)+Zl,i+1(s-1)ρk,l(v)]]]>+Σl=k+1K[Zl,i(s-1)ρk,l(m)+Zl,i-1(s-1)ρk,l(v)]},s=1,2...----(4)]]>由(4)式可知第s阶PPIC的输出可递归地从第零阶PPIC的输出计算而得，且不需传统PPIC所需的扩频-解扩频的运算，只要时间延迟信息已知，互相关值即可算出。因此可以利用离线(off line)时计算，就可以事先完成相关计算，并储存以供系统运算时利用。储存形式之一实施例是利用矩阵形式储存。矩阵中的上三角矩阵表示主要部分MCC，下三角矩阵表示次要部分VCC，对角线皆为零，矩阵大小为K×K，表示如下RK×K＝[ri，j] 其中i为矩阵的列向量，j为矩阵的行向量。
请参阅图3，此为本发明的结构说明图。综上所述，本发明利用递归的方式，将上一级输出变为本级的输入，因此只需要同一个运算电路1，就可以完成所要的功能。本实施例的运算电路1包括有两个输入前级第i个位的决策值11与原始第i个位的决策值12。两个输出输出为本级第i-1个位的决策值14及原始第i-1个位的决策值15，以及K个运算器13，每一运算器13皆与两个输入连接，根据两个输入计算本级第i-1个位的决策值14后输出；同时也把原始第i个位的决策值12作单位时间的延迟后，输出原始第i-1个位的决策值15。
请参阅图4，此为根据图中运算器13的一个具体实施例方块图。其中，MCC及VCC互相关值以事先得知，并以矩阵储存，因此可以随时取得相关的互相关值信息。图中，除了用户自己以外的信号先经互相关值的处理，再经由部分因子的调整及加总后，再与用户自己信号相减，所得即是本级第i-1个位的决策值。而原始第i个位的决策值也会经一时间延迟器后输出，所得即是原始第i-1个位的决策值。
请参阅图5，图5是本发明方法流程图。因此本发明提供一种运用在异步系统直接序列码分多址信号模型的部分并行式干扰对消简化方法，是将接收信号以递归方式，逐次除去多址干扰，包括有以下步骤步骤31接收系统时间延迟参数并给定递归参数；步骤32根据该系统时间延迟参数建立相关矩阵R，其中RK×K＝[ri，j] ρi,j(m)=1T∫0T-|τi-τj|ai(t)aj(t+|τi-τj|)dt]]>ρi,j(v)=1T∫T-|τi-τj|Tai(t)aj(t+|τi-τj|-T)dt]]>K代表系统所有用户总数，i代表第i个用户，j代表第j个用户，ai表示第i个用户的扩频码，aj表示第j个用户的扩频码，τi表示第i个用户的时间延迟，
τj表示第j个用户的时间延迟；步骤33计算输入参数Zi，w(0)Zi,w(0)=1T∫wT+τi(w+1)T+τir(t)ai(t-wT-τi)dt]]>其中，Zi，w(0)表示第i个用户的第w个位数值，r(t)表示该接收信号；步骤34设定执行参数为1，表示为s＝1步骤35计算结果值，该结果值可表示为Zi,w(s)=Zi,w(0)-Ps{Σl=1k-1[Zl,w(s-1)ρi,l(m)+Zl,w+1(s-1)ρi,l(v)]+Σl=k+1K[Zl,w(s-1)ρi,l(m)+Zl,w-1(s-1)ρi,l(v)]}]]>其中，Ps表示为第s阶的部分因子(partial factor)；步骤36该执行参数是否等于该递归参数？若为是，执行步骤38，否则，执行步骤37；步骤37该执行参数往上递增1，执行步骤35；步骤38结束。
由实验得知，大概两级或三级的PPIC即可达到满意的结果，因此递归参数可以设定为2或3。并请参阅图6A及图6B。图6A为原始接收信号图，图6B为利用本发明的还原图，可以看出确有明显改进。
本发明也可以简化并行式干扰对消，只要将E中计算时，不乘上部分因子即可，如下表示Zi,w(s)=Zi,w(0)-{Σl=1k-1[Zl,w(s-1)ρi,l(m)+Zl,w+1(s-1)ρi,l(v)]+Σl=k+1K[Zl,w(s-1)ρi,l(m)+Zl,w-1(s-1)ρi,l(v)]}.]]>此外，直接序列码分多址信号模型(DS-CDMA Signal Model)同步系统中，系统时间延迟参数为0，也就是各用户间的时间延迟皆为0。在此实施例中，本发明可包括有以下步骤步骤41接收系统时间延迟参数并给定递归参数；步骤42根据该系统时间延迟参数建立相关矩阵R，其中RK×K＝[ri，j]
ρi,j(m)=1T∫0Tai(t)aj(t)dt]]>K代表系统所有用户总数，i代表第i个用户，j代表第j个用户，ai表示第i个用户的扩频码，aj表示第j个用户的扩频码；步骤43计算输入参数Zi，w(0))Zi,w(0)=1T∫wT(w+1)Tr(t)ai(t-wT)dt]]>其中，Zi，w(0)表示第i个用户的第w个位数值r(t)表示该接收信号；步骤44设定执行参数为1，表示为s＝1；步骤45计算一结果值，该结果值可表示为Zi,w(s)=Zi,w(0)-PsΣl=1l≠kKZl,w(s-1)ρi,l(m)]]>其中，Ps表示为第s阶的部分因子(partial factor)；步骤46该执行参数是否等于该递归参数？若为是，执行步骤48，否则，执行步骤47；步骤47该执行参数往上递增1，执行步骤45；步骤48结束。
上述算法推导化简了传统PPIC重复扩频-解扩频的运算，以递归的运算方式完成PPIC检测器，降低系统复杂度。请参阅图7，图7为将互相关运算自PPIC独立后的接收机系统图，图7中方块51接收机延迟估计(DelayEstimation)得到时间延迟信息后，同时进行方块52分离多径接收机(RakeReceiver)与方块53互相关值(Cross Correlation)运算，而后再进行方块54的PPIC干扰消除。由于接收机可同时进行分离多径接收机与互相关值运算，所以将互相关运算自PPIC检测器独立出来并不会增加接收机的延迟时间，且化简后结构将传统PPIC检测器的操作速率由码片率(Chip Rate)降至码元率(Symbol Rate)，而原本码片率的运算改由互相关运算完成，其操作速率与分离多径接收机相同。
上述仅为本发明的优选实施例，不能以其限制本发明的范围。依本发明申请权利要求所做的相同变化及改进，当不脱离本发明之精神和范围时，都应视为本发明的进一步的实施。
权利要求
1.一种部分并行式干扰对消的方法，是将接收信号以递归方式，逐次去除多址干扰，包括有以下步骤A接收系统时间延迟参数并给定递归参数；B根据该系统时间延迟参数建立相关矩阵 其中 ρi,j(m)=1T∫0T-|τi-τj|ai(t)aj(t+|τi-τj|)dt]]>ρi,j(v)=1T∫T-|τi-τj|Tai(t)aj(t+|τi-τj|-T)dt]]>K代表系统所有用户总数，i代表第i个用户，j代表第j个用户，ai表示第i个用户的扩频码，aj表示第j个用户的扩频码，τi表示第i个用户的时间延迟，τj表示第j个用户的时间延迟；C计算输入参数Zi，w(0)Zi,w(0)=1T∫wT+τi(w+1)T+τir(t)ai(t-wT-τi)dt]]>其中，Zi，w(0)表示第i个用户的第w个位数值，r(t)表示该接收信号；D设定执行参数s初始值为1，表示为s＝1E计算结果值，该结果值可表示为Zi,w(s)=Zi,w(0)-Ps{Σl=1k-1[Zl,w(s-1)ρi,l(m)+Zl,w+1(s-1)ρi,l(v)]+Σl=k+1K[Zl,w(s-1)ρi,l(m)+Zl,w-1(s-1)ρi,l(v)]}]]>其中，Ps表示为第s阶的部分因子；F该执行参数是否等于该递归参数？若为是，执行H，否则，执行G；G该执行参数s往上递增1，执行E；H结束。
2.如权利要求1所述的部分并行式干扰对消的方法，可运用在异步系统直接序列码分多址信号模型。
3.如权利要求1所述的部分并行式干扰对消的方法，其中该A步骤的该系统时间延迟参数为系统内所有用户的时间延迟。
4.如权利要求1所述的部分并行式干扰对消的方法，其中所有用户的时间延迟可由小到大顺序排列。
5.如权利要求1所述的部分并行式干扰对消的方法，其中该A步骤中的该递归参数可为2。
6.如权利要求1所述的部分并行式干扰对消的方法，其中该A步骤中的该递归参数可为3。
7.如权利要求1所述的部分并行式干扰对消的方法，其中该B步骤中的该相关矩阵 对角线可为0。
8.如权利要求1所述的部分并行式干扰对消的方法，可简化并行式干扰对消。
9.如权利要求8所述的部分并行式干扰对消的方法，其中该E步骤为计算结果值Zi,w(s)=Zi,w(0)-Ps{Σl=1k-1[Zl,w(s-1)ρi,l(m)+Zl,w+1(s-1)ρi,l(v)]+Σl=k+1K[Zl,w(s-1)ρi,l(m)+Zl,w-1(s-1)ρi,l(v)]}.]]>
10.如权利要求1所述的并行式干扰对消的方法，可运用在直接序列码分多址信号模型的同步系统。
11.一种部分并行式干扰对消的方法，是将接收信号以递归方式，逐次去除多址干扰，该系统各用户间无时间延迟，包括有以下步骤A’接收系统时间延迟参数并给定递归参数；B’根据该系统时间延迟参数建立相关矩阵 其中 ρi,j(m)=1T∫0Tai(t)aj(t)dt]]>K代表系统所有用户总数，i代表第i个用户，j代表第j个用户，ai表示第i个用户的扩频码，aj表示第j个用户的扩频码；C’计算输入参数Zi，w(0)Zi,w(0)=1T∫wT(w+1)Tr(t)ai(t-wT)dt]]>其中，Zi，w(0)表示第i个用户的第m个位数值r(t)表示该接收信号；D’设定执行参数s初始值为1，表示为s＝1；E’计算结果值，该结果值可表示为Zi,w(s)=Zi,w(0)-PsΣl=1l≠kKZl,w(s-1)ρi,l(m)]]>其中，Ps表示为第s阶的部分因子；F’该执行参数是否等于该递归参数？若为是，执行H’，否则，执行G’；G’该执行参数+1，执行E’；H’结束。
12.如权利要求1所述的部分并行式干扰对消的方法，其中该A’步骤中之该递归参数可为2。
13.如权利要求1所述的部分并行式干扰对消的方法，其中该A’步骤中之该递归参数可为3。
全文摘要
一种部分并行式干扰对消(Partial ParallelInterference Cancellation，PPIC)的方法，是将接收信号以递归方式，逐次去除多址干扰；本发明利用递归的方式，将上一级输出变为本级的输入，因此只需要同一个运算电路，就可以完成去除多址干扰的功能。
文档编号H04B7/26GK1568041SQ0314306
公开日2005年1月19日 申请日期2003年6月18日 优先权日2003年6月18日
发明者陈逸民, 王旭庆, 陈纯政, 郭富彦 申请人:明基电通股份有限公司