专利名称：基于斜投影盲自适应cdma接收机及其接收方法
技术领域：
本发明涉及移动通信接收机及其接收方法，特别是涉及在传统CDMA通信系统中利用斜投影技术在不需要知道干扰用户信息的情况下实现目标用户和干扰用户相分离的基于斜投影盲自适应CDMA接收机及其接收方法。
背景技术：
由于直接序列码分多址技术(DS-CDMA)被广泛应用于蜂窝通信，室内无线通信和个人通信网等通信系统中。但在传统的CDMA系统中，自身有个很大的缺陷就是多址干扰(MAI)，产生多址干扰的原因主要有两个 (1)、由于各用户使用的通信频率相同，在不同用户之间扩频序列不能进行完全正交，即互相关系数不为零； (2)、即使扩频序列能正交，实际信道中的异步传输也会引入相关性。
在传统CDMA系统中信号检测将多址干扰视为高斯噪声来处理，因而忽略多址干扰的存在，这样会带来以下两个方面的影响 (1)系统容量受到限制当系统中用户数较少时，多址干扰因伪随机码良好的互相关性而不会太严重。但随着同时接入系统用户数目的增加，多址干扰的影响会逐渐严重起来，导致系统误码率的上升，使得系统的容量受到影响。尤其是3G系统中大容量的要求和多天线发射分集的采用，都将导致CDMA系统容量受多址干扰的严重影响。
(2)严重影响了系统的性能如果干扰用户比目标用户距离基站近得多，即使忽略衰落的影响，信号的路径损耗也与用户距离基站距离的三次方成正比，这时干扰信号在基站的接收功率会比目标用户信号的接收功率大得多，在传统接收机输出中的多址干扰份量会很重，以至目标用户的信号淹没，而出现远近效应。
为了克服多址干扰的影响，传统方法有以下几种 (1)扩频码的设计多址干扰产生的根源是扩频码间的不完全正交性，如果扩频码集能在任何时刻完全正交，那么多址干扰就不会存在。但在实际信道中都存在不同程度的异步性，要设计出在任何时延上都能保持正交性的码集几乎是不可能的。
(2)功率控制功率控制可以有效的减小远近效应，但功率控制不能从根本上消除多址干扰，因为会受到各用户接收功率相等时接收性能的限制，而且也存在以下一些缺点，如占用信道传送功率控制信息，存在算法收敛速度问题，且性能与用户移动速度有关，系统较为复杂。
(3)前向纠错编码利用编码的附加冗余度纠正因信道畸变而产生的错误比特判决，已成为提高通信质量的一个重要手段，对于纠正多址干扰引发的错误也同样有效。但采用前向纠错编码的代价是在相同信道传输速率下有用信息的传输速度会有所下降。
(4)空间滤波技术用智能天线对接收信号进行空域处理可以减小多址干扰对信号的影响，同时采用具有一定方向性的扇形天线也可以抑制除某一角度内的其他干扰，而提高系统性能。但智能天线复杂度高，能量消耗大。
(5)多用户检测技术多用户检测理论和技术的基本思想是利用多址干扰中包含的用户间的互相关信息来估计干扰和降低、消除干扰的影响，但是它需要知道所有干扰用户的参数和信息，而这些信息大部分是不知道的，如果干扰用户的信息能够知道，为了消除多址干扰，其中的计算量与计算复杂度都是相当的高的，不易于实现。
在传统的CDMA系统中，一个蜂窝小区中存在多个用户，如果这些用户同时通信，他们之间将相互干扰，在用户的移动终端不可能知道所有干扰用户扩频码的信息，因此抑制干扰不可能在移动终端完成，而只能在基站中完成。基站可以知道所有用户的扩频码信息，但是利用所有干扰用户扩频码信息抑制干扰需要大量计算，而且计算复杂度高，十分不方便，并且系统的功耗大，使用寿命降低。相邻小区基站与基站之间也会产生类似于用户与用户之间产生的多址干扰，一个基站不可能知道周围所用基站的信息，抑制周围基站对它的干扰将是十分复杂的事情。
发明内容
为了解决现有CDMA接收机抑制多址干扰的功耗大、使用寿命降低、以及抑制干扰计算复杂的技术问题，本发明提供了一种基于斜投影盲自适应CDMA接收机。
为了解决现有CDMA接收机抑制多址干扰的功耗大、使用寿命降低、以及抑制干扰计算复杂的技术问题，本发明还提供了一种基于斜投影盲自适应CDMA接收机的接收方法。
本发明解决现有技术问题，所采用的技术方案为提供了一种基于斜投影盲自适应CDMA接收机，包括信号接收端，所述基于斜投影盲自适应CDMA接收机还包括滤波单元、PN码同步单元和噪声方差估计单元；其中，所述信号接收端用于接收外部信号，并与所述滤波单元连接，所述PN码同步单元和所述噪声方差估计单元设置在所述信号接收端与所述滤波单元之间，用于接收所述信号接收端送入的干扰信号，输出消除干扰信号后的目标信号。
根据本发明的一优选技术方案所述滤波单元为多址干扰滤波器。
本发明还提供了一种基于斜投影盲自适应CDMA接收机的接收方法，所述基于斜投影盲自适应CDMA接收机的接收方法包括步骤第一步、确定目标信号的扩频码信息；第二步、确定噪声的方差，由所述第一步中目标信号的数据信息建立目标信号子空间；第三步、确定所述第二步中建立的目标信号子空间和噪声方差所对应的斜投影算子；第四步、由所述第三步中得到的斜投影算子，提取目标信号，滤除干扰信号。
根据本发明的一优选技术方案所述第一步包括子步骤首先、通过信号接收端接收外部信号；其次、通过PN码同步单元在信号中确定目标信号的扩频码信息。
根据本发明的一优选技术方案所述目标信号的参数值为PN码序列； 目标信号表示为S目标＝A1c1(t)a1(t)； 其中，a1(t)表示目标信号在传统基站扩频之前的比特流，c1(t)表示目标信号在传统基站扩频之前的扩频码序列； A1表示目标用户信号的幅度； a1(t)＝a1ga(t-Ta)，c1(t)＝c1gc(t-Tc)，a1∈{±1}是期望用户数据； c1∈{±1}是目标用户扩频码。
根据本发明的一优选技术方案所述第二步具体为通过噪声方差估计单元在基站信号中估计出噪声的方差，再由所述第一步中目标信号的数据参数建立目标信号子空间。
根据本发明的一优选技术方案所述第二步中噪声方差为高斯白噪声方差，接收到的混合信号的自相关矩阵为 Rrr＝E{rH(t)r(t)}＝CHRAAC+σ2I＝Rxx+σ2I 目标加干扰的相关矩阵的伪逆为 其中，x表示目标信号和干扰信号的混合，
表示矩阵的伪逆，H表示矩阵的哈密特转置，I为单位阵，R表示接收信号的自相关矩阵。
根据本发明的一优选技术方案所述第三步中目标信号扩频码子空间所对应的斜投影算子为 其中，∑表示其他干扰用户的信息。
根据本发明的一优选技术方案所述第四步中通过下式提取目标信号A1c1(t)a1(t) 根据本发明的一优选技术方案所述第四步具体包括子步骤一、对提取出的目标信号进行解扩；二、对解扩后的目标信号进行判决；三、输出滤除干扰信号的目标信号。
本发明的有益效果在于 一、可以在无需知道干扰用户扩频码信息的情况下，只利用目标信号扩频码信息和估计噪声方差抑制干扰用户得到目标信号，在抑制多址干扰(MAI)的同时，可以无损失的得到目标信号，该接收机不需要估计干扰用户的扩频码的信息也能对干扰信号进行抑制，同时不对目标信号产生影响。
二、不需要估计干扰用户的扩频码信息，只要估计目标信号的扩频码信息和噪声方差σ2。
三、利用接收信号的自相关信息和对噪声方差的估计替代干扰用户的扩频码信息，可以实现目标信号的准确恢复，并具有计算量小、复杂度低、简单方便。
四、在多用户检测时运算的复杂度与用户数无关，适用范围较广。
五、可将抑制用户之间多址干扰拿到用户终端实现，降低了基站的负担和简化了复杂度，并且抑制多址干扰的效果会更好。
图1.本发明基于斜投影盲自适应CDMA接收机及其接收方法中基于斜投影盲自适应CDMA接收机模块结构示意图； 图2.本发明基于斜投影盲自适应CDMA接收机及其接收方法中基于斜投影盲自适应CDMA接收机的接收方法流程图； 图3.本发明基于斜投影和传统CDMA多用户扩频码不正交时BER曲线的比较示意图； 图4.本发明基于斜投影和单用户BER曲线的比较示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明技术方案做进一步说明 请参阅图1本发明基于斜投影盲自适应CDMA接收机及其接收方法中基于斜投影盲自适应CDMA接收机模块结构示意图。如图1所示，本发明技术方案提供了一种基于斜投影盲自适应CDMA接收机，具有从信号单元得到的基站信号的滤波单元，所述信号单元与滤波单元之间还设置有PN码同步单元和噪声方差估计单元；所述PN码同步单元和所述噪声方差估计单元用于接收所述基站信号送入的干扰信号，输出消除干扰信号后的目标信号。
在本发明的优选技术方案中所述滤波单元为多址干扰滤波器。
请参阅图2本发明基于斜投影盲自适应CDMA接收机及其接收方法中基于斜投影盲自适应CDMA接收机的接收方法流程图；如图2所示，本发明还提供了一种基于斜投影盲自适应CDMA接收机的接收方法，所述基于斜投影盲自适应CDMA接收机的接收方法包括步骤第一步、确定目标信号的扩频码信息；第二步、确定噪声的方差，由所述第一步中目标信号的数据信息建立目标信号子空间；第三步、确定所述第二步中建立的目标信号子空间和噪声方差所对应的斜投影算子；第四步、由所述第三步中得到的斜投影算子，提取目标信号，滤除干扰信号。
在传统同步CDMA系统中有k个用户同时传输在高斯白噪声信道上，基站接收到的信号r(t)可以表示为这里ak(t)和ck(t)分别表示传统基站扩频之前的比特流和第k个用户的扩频码序列，Ak表示第k个用户信号的幅度，n(t)为零均值，方差为σ2的高斯白噪声；其中an∈{±1}是用户数据，cn∈{±1}是扩频码，扩频码的码长为N。ga和gc是矩形脉冲，周期为Ta和Tc，其中Ta》Tc。将1用户表示为目标信号，则系统模型可以表示为目标信号加干扰信号加噪声的形式，即相应的空间模型如下其中T表示矩阵的转置，上式可以简写为r＝C·A+n，其中C＝[c1|∑]，A＝[A1a1|v]T。
在本发明的优选技术方案中所述第一步包括子步骤首先、从信号单元中输出基站信号；其次、通过PN码同步单元在基站信号中确定目标信号的扩频码信息，其中，所述目标信号的参数值为PN码序列； 目标信号表示为S目标＝A1c1(t)a1(t)； 其中，a1(t)表示目标信号在传统基站扩频之前的比特流，c1(t)表示目标信号在传统基站扩频之前的扩频码序列； A1表示目标用户信号的幅度； a1(t)＝a1ga(t-Ta)，c1(t)＝c1gc(t-Tc)，a1∈{±1}是期望用户数据； c1∈{±1}是目标用户扩频码。
在本发明的优选技术方案所述第二步具体为通过噪声方差估计单元在基站信号中估计出噪声的方差，再由所述第一步中目标信号的数据参数建立目标信号子空间，其中，所述第二步中噪声方差为高斯白噪声方差，接收到的混合信号的自相关矩阵为 Rrr＝E{rH(t)r(t)}＝CHRAAC+σ2I＝Rxx+σ2I 目标加干扰的相关矩阵的伪逆为 其中，x表示目标信号和干扰信号的混合，
表示矩阵的伪逆，H表示矩阵的哈密特转置，I为单位阵，R表示接收信号的自相关矩阵。
在本发明的优选技术方案所述第三步中目标信号扩频码子空间所对应的斜投影算子为 其中，∑表示其他干扰用户的信息。
所述第四步中设定接收信号表示为r(t)，通过下式提取出目标信号A1c1(t)a1(t) 在本发明的优选技术方案所述第四步具体包括子步骤一、对提取出的目标信号进行解扩；二、对解扩后的目标信号进行判决；三、输出滤除干扰信号的目标信号。
请参阅图3本发明基于斜投影和传统CDMA多用户扩频码不正交时BER曲线的比较示意图。
从本图可以看出，传统CDMA接收机随着比特信噪比的升高误码率没有明显下降，这是由于传统CDMA接收机不能保证地址码的正交性从而导致干扰不能完全抑制，因此误码率很大；而利用斜投影的方法的接收机却可以在地址码不正交的情况下很好的抑制干扰，图中显示利用斜投影的方法接收机，当比特信噪比增大时误码率冥想下降，表明干扰被明显抑制。
请参阅图4本发明基于斜投影和单用户BER曲线的比较示意图。
从图中可以看出，随着用户数的提升，利用本方法的接收机随着用户数的提升，性能没有明显下降，表明本接收机与用户数的多少关系不大，体现了盲自适应的优势。
采用本发明技术方案后，可以在无需知道干扰用户扩频码信息的情况下，只利用目标信号扩频码信息和估计噪声方差抑制干扰用户得到目标信号，在抑制多址干扰(MAI)的同时，可以无损失的得到目标信号，该接收机不需要估计干扰用户的扩频码的信息也能对干扰信号进行抑制，同时不对目标信号产生影响，不需要估计干扰用户的扩频码信息，只要估计目标信号的扩频码信息和噪声方差σ2；利用接收信号的自相关信息和对噪声方差的估计替代干扰用户的扩频码信息，可以实现目标信号的准确恢复，并具有计算量小、复杂度低、简单方便；在多用户检测时运算的复杂度与用户数无关，适用范围较广；可将抑制用户之间多址干扰拿到用户终端实现，降低了基站的负担和简化了复杂度，并且抑制多址干扰的效果会更好。
以上内容是结合具体的优选技术方案对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种基于斜投影盲自适应CDMA接收机，包括信号接收端(1)，其特征在于所述基于斜投影盲自适应CDMA接收机还包括滤波单元(2)、PN码同步单元(3)和噪声方差估计单元(4)；其中，所述信号接收端(1)用于接收外部信号，并与所述滤波单元(2)连接，所述PN码同步单元(3)和所述噪声方差估计单元(4)设置在所述信号接收端(1)与所述滤波单元(2)之间，用于接收所述信号接收端(1)送入的干扰信号，输出消除干扰信号后的目标信号。
2.根据权利要求1所述基于斜投影盲自适应CDMA接收机，其特征在于所述滤波单元(2)为多址干扰滤波器。
3.一种基于斜投影盲自适应CDMA接收机的接收方法，其特征在于所述基于斜投影盲自适应CDMA接收机的接收方法包括步骤
A确定目标信号的扩频码信息；
B确定噪声方差，由所述步骤A中目标信号的数据信息建立目标信号子空间；
C确定所述步骤B中建立的目标信号子空间和噪声方差所对应的斜投影算子；
D由所述步骤C得到的斜投影算子，提取目标信号，滤除干扰信号。
4.根据权利要求3所述基于斜投影盲自适应CDMA接收机的接收方法，其特征在于所述步骤A包括子步骤
A1通过信号接收端(1)接收外部信号；
A2通过PN码同步单元(3)在信号中确定目标信号的扩频码信息。
5.根据权利要求3或4所述基于斜投影盲自适应CDMA接收机的接收方法，其特征在于所述目标信号的参数值为PN码序列；
目标信号表示为S目标＝A1c1(t)a1(t)；
其中，a1(t)表示目标信号在传统基站扩频之前的比特流，c1(t)表示目标信号在传统基站扩频之前的扩频码序列；
A1表示目标用户信号的幅度；
a1(t)＝a1ga(t-Ta)，c1(t)＝c1gc(t-Tc)，a1∈{±1}是期望用户数据；c1∈{±1}是目标用户扩频码。
6.根据权利要求3所述基于斜投影盲自适应CDMA接收机的接收方法，其特征在于所述步骤B具体为通过噪声方差估计单元(4)在基站信号中估计出噪声的方差，再由所述步骤A中目标信号的数据参数建立目标信号子空间。
7.根据权利要求3或6所述基于斜投影盲自适应CDMA接收机的接收方法，其特征在于所述步骤B中噪声方差为高斯白噪声方差，接收到的混合信号的自相关矩阵为
Rrr＝E{rH(t)r(t)}＝CHRAAC+σ2I＝Rxx+σ2I
目标加干扰的相关矩阵的伪逆为
其中，x表示目标信号和干扰信号的混合，
表示矩阵的伪逆，H表示矩阵的哈密特转置，I为单位阵，R表示接收信号的自相关矩阵。
8.根据权利要求3所述基于斜投影盲自适应CDMA接收机的接收方法，其特征在于所述步骤C中目标信号扩频码子空间所对应的斜投影算子为
其中，∑表示其他干扰用户的信息。
9.根据权利要求3所述基于斜投影盲自适应CDMA接收机的接收方法，其特征在于所述步骤D中通过下式提取目标信号A1c1(t)a1(t)
10.根据权利要求3所述基于斜投影盲自适应CDMA接收机的接收方法，其特征在于所述步骤D具体包括子步骤
D1对提取出的目标信号进行解扩；
D2对解扩后的目标信号进行判决；
D3输出滤除干扰信号的目标信号。
全文摘要
本发明涉及基于斜投影盲自适应CDMA接收机及其接收方法。基于斜投影盲自适应CDMA接收机，包括信号接收端、滤波单元、PN码同步单元和噪声方差估计单元；其中，信号接收端用于接收外部信号，并与滤波单元连接，PN码同步单元和噪声方差估计单元设置在信号接收端与滤波单元之间。基于斜投影盲自适应CDMA接收机的接收方法包括步骤一、确定目标信号的扩频码信息；二、确定噪声的方差，由一步中目标信号的数据信息建立目标信号子空间；三、确定二中建立的目标信号子空间和噪声方差所对应的斜投影算子；四、由三步中得到的斜投影算子，提取目标信号，滤除干扰信号。本发明具有计算量小，复杂度低，以及简单方便等优点。
文档编号H04L25/03GK101616106SQ200910108839
公开日2009年12月30日 申请日期2009年7月24日 优先权日2009年7月24日
发明者张钦宇, 斌 曹, 文首明, 栋 梁, 琳 金, 张乃通 申请人:哈尔滨工业大学深圳研究生院