专利名称：联合探测方法
技术领域：
本发明涉及要在传输系统的接收器上采用的联合探测方法，例如CDMA(码分多址)类型的传输系统。
许多电信系统在开发的过程中采用了CDMA技术。这些技术使用频带资源的编码共享，这也就是说一定数量的用户同时使用相同的频带并且由他们使用的不同的扩展码区分。通过将接收信号与其扩展码比较，用户通常在全部接收信号中区分发送给他的信号。
然而，接收信号的质量被来自其它用户的被称作MAI(多路干扰)的剩余干扰降低。各种技术，包括联合探测技术，更具体地是在同步扩展码情况下使用的技术，目的是利用别的用户的扩展码的知识来减少来自其他用户的残余干扰。
图1描述了CDMA传输系统的上行链接模型，它使用了联合探测方法。该系统被设计用来接收K个(k=1到K)用户，每一个用户被提供了一个发射器10k。每一个发射器10k被设计用来在N个数据符号的脉冲串中传送用户k的数据dk，这些数据被命名dk={Xk1,…,XkN}，其中Xkn，代表第nth个被用户K发送的符号。在每一个发射器10k中，当要在信道20k上被传送之前，用户k的数据dk受到分配给用户k的Q位长的扩展码Ck的影响。每一个信道20k的脉冲响应随着用hk表示的时间和用Bc=1/Tc表示的带宽的不同而不同。数据在信道20k上被传送。为了估计每一个信道20k的脉冲响应hk，考虑使用时间间隔等于Tc的L次采样。
Klein等显示了被接收器接收的信号可以由(N×Q+L-1)维向量表示，它的分量代表被K个用户中的每一个传送的信号，可能添加的高斯噪音由(N×Q+L-1)维向量表示。于是可得出y=Ax+n其中X=[X11,X12,…,X1k,…,Xn1,Xn2,…,Xnk]是扩展前传送的信号Y=[Y1,…,YN×Q,…,YN×Q+L-1]是被接收器接收的信号，
n=[n1,…,nN×Q,…,nN×Q+L-1]是附加的白高斯噪音，A是(N×Q+L-1)×(K×N)维矩阵每一个矩阵A的元素，被表示为Aij，根据每一个次序k的信道的脉冲响应被估计hk=[h1k,h2k,…,h1k]其中k=1,…,K并根据每一个次序为k的扩展码ck=[c1k,c2k,…,cQk]，其中k=1,…,K如果i=Q×(n-1)+w和j=k+K(n-1)成立CDMA类型传输系统可以被模型化，其中，每一个元素Aij可以被写成以下形式Aij=bwk其中k=1…K,n=1…N并且w=1…Q+L-1否则有Aij=0其中bk=ck*hk=[b1k,b2k,…,bQ+1-1k]，其中k=1…K为了估计被每一个用户k传送的数据，这里可以在接收器30执行如在A.Klein,G.K.Kaleh和P.W.Baier等于1994年在IEEE出版的名为“码分多址移动无线系统的多-用户探测均衡器”的文章中所描述的联合探测。
这些已知的联合探测方法主要包括当已知被检测的信号向量y，系统矩阵A和噪音矩阵n时，通过确定信号x的向量，解前面给出的矩阵方程。
应注意的是本领域的技术人员熟知的估计方法进一步使用关于矩阵y,A和n的知识，这些方法在本文将不作详细的说明。
另一个应注意的是，考虑到每一个信道20k的脉冲响应不同，并且时间矩阵A的元素的值时刻在变化。
符号向量x的确定，用上述方法，通常用到下面的两个标准，它们是一、零强迫(ZF)，二、最小平均方差(MMSE)。这两个标准分别导出下面的方案x＾=(A+A)-1A+y 用于零强制标准x＾=(A+A+σ2I)-1A+y 用于最小平均方差MMSE标准(I是单位矩阵，σ2是噪音矩阵n的元素的变量)。
在本文的其它部分，矩阵上的+幂意味着其复数共轭被考虑。
这些等式也可以被写成
X＾=M-1A+y可能已被注意到，该方程的解因此需要被表示为M的矩阵的逆，它或是等于系统矩阵复数共轭A+和系统矩阵A的积A+×A，或是等于系统矩阵A+复数共轭和系统矩阵A的积A+×A+σ2I，该解还要加上单位矩阵I乘噪音的变量σ2。
当其是Hermitian、有限且为正时，(前面给出的CDMA系统模型总是这种情况)，通过一种算法，被称为Cholesky算法，矩阵M可以被变换成上三角形矩阵U(或根据规定的符号为下三角形矩阵L)这样矩阵M等于共轭的换位上三角形矩阵U+和矩阵U之积M=U+×U或，可能，等于下三角形矩阵L和复数共轭矩阵L+的积M=L×L+然而，矩阵M的逆被大大的简化了，因为的逆矩阵M-1等于逆矩阵U-1和其复数共轭矩阵(U-1)+的积M-1=U-1(U-1)+或者等于逆矩阵的复数共轭矩阵(L-1)+和逆矩阵L-1的积M-1=(L-1)+L-1由于求U的逆所必须的操作很少，用Cholesky变换求M的逆比直接求M的逆所需的操作少了很多。
与传统的直接的逆方法比较，该Cholesky变换方法大约使该计算的复杂度减少了一半(原复杂度的T3/6，T是矩阵的维数)。然而，这样的计算量依然很大。
本发明的目的是提出一种使用Cholesky变换方法的联合探测方法，但同时与前面提到的方法相比，计算量又有所降低。
到此，根据本发明的联合探测方法是这样一类的方法，它包括计算由上述系统的发送器以向量x的格式传送的信号的步骤，该计算依据被上述系统的传送器以向量y的格式接收的一组信号，用矩阵A表示的上述系统的一组系数和可能存在的用矩阵n表示的一组噪音系数；上述计算步骤包括矩阵M的转置步骤，它是矩阵A的函数；将一组接收的信号y施加到由转置矩阵M-1和复数共轭矩阵A的积而产生的矩阵的步骤，上述矩阵M转置步骤包括将其变换为三角形矩阵U或L的Cholesky变换。
该方法的特征在于它包括以迭代方式确定上述三角形矩阵，依据由预定的有利于上述与阈值比较而转化的矩阵的计算过程的改进的标准得出的值，每一次迭代首先包括属于上述矩阵一行的一组块的计算；包括或传送给下次迭代或通过右移一块将当前行复制到所有其它剩余行，如果可行，截去多余块。
根据本发明的另一个特征，上述阈值依据有效资源在计算时被动态地确定。
根据本发明的另一个特征，上述标准的值依据分别取自当前行的一组块的至少一个元素的值和相应元素或在前面的迭代计算的该行的一组块的元素。
根据本发明的另一个特征，上述标准是这样它的值等于分别取自当前行的它的绝对值是最大的一组块元素和前面的行的一组块的相应元素的值的差的绝对值。
根据本发明的另一个特征，上述标准的值等于分别来自当前行的一组块的元素和前面的行的一组块相应元素的值的差的绝对值的最大值。
根据本发明的另一个特征，上述标准的值是迭代数，阈值相应于最大迭代数。
本发明也涉及到被设计用来实现上述探测方法的接收器。
通过阅读下面的结合附图对实施例的描述，上述的和其它的发明特征将更明确，附图是图1是根据本发明被设计用来实现联合探测方法的CDMA系统方框图，图2是实现本发明方法的由Cholesky变换所得出的矩阵图，图3是显示根据本发明第一个实施例的方法实现的步骤图，图4是显示根据本发明第二个实施例的方法实现的步骤图。
本发明基于一个事实矩阵M(在ZF情况可以描述为M=A+A或在MMSE情况为M=A+A+σ2I)代表着CDMA传输系统的行为是在维[KxK]的块中的Toeplitz类型。
这是因为，如果矩阵M在维KxK块中的元素被一同编组，属于一个行和相同的平行于从矩阵M的第一个块到最后一个块的对角线的行的块相互相等。上述事实同样适用属于上述对角线的块。
参考图2，下面考虑矩阵M(U=C(M)=或C(A+A)，或C(A+A+σ2I)的Cholesky变换所产生的矩阵U。
如图2所示，矩阵U是上三角形矩阵。因此，位于对角线左侧的行的每一个部分由与[K,K]维的空方阵相等的块组成。至于索引为I的位于对角线右侧块的行的每一个部分，并包括对角线，这包括至少一个[K,K]维的块Ui,p,(p是块栏的索引)并在P+I最近的[K,K]维的块i组成一组块，后来被表示为Ei超出(P+I)th的块，如果有，则是空矩阵。这可以如图2描述的那样Ei=[Ui,0Ui,1…Ui,p]当i≤N-P+I时，Ei=[Ui,0…Ui,N-i] 当i＞N-P+I且EN=UN,0应该说P是(1+(L-1)/Q)的整数部分。
也应注意到一组块Ei的第一行的元素也可以被看作矩阵U的i.Kth行的i.Kth元素。
应注意的是块Ui的块列索引p，在矩阵U对角线是零的地方使用了符号。接着，在本描述的其它部分中，一组Ei的块Ui元素an,m(nth行，mth列)，将符合上述一组Ei-1的块Ui-1,p的元素an,m(相同的行和列索引)。
所有块彼此不同。然而，JRissanen在刊登于1973年1月的《计算数学》11卷27,n°121的147-157页的一文章中显示维趋向无穷，它是Hermitian、有限的，正的并且具有Toeplitz类型块，这些块包括有限数量的非零块，作为由Cholesky变换而产生的矩阵，其中，在矩阵U中，一组块E有特殊属性。
利用图2的注释，这些属性之一是块行索引i越大，块Ui,p间的差便越小，(p取0和P)且块Ui-1,p，直到当索引N趋向无穷时，它们渐进的趋近相等。
本发明主要基于该属性。本发明同样适用于在一个如图1所示的很大的通信网络情况下(例如在UTS-TDD情况将被处理的矩阵，其中，N等于61和976之间的值，并且K为1和16间的值)。
本发明因此以迭代方式处理矩阵U的计算。每一个迭代，一组块Ei被用Cholesky方法计算出来，然后被写回到矩阵U中的正常位置。
然后，基于取自预定的有利于上述与阈值比较转化的矩阵的计算过程的改进的标准的值，它指示是否进行下次迭代，或通过右移一个块，将索引为i的行复制到其它索引为j的行，j=i+1至N。更精确地说，取自该标准的值被认为如果它小于阈值，通过右移一个块而进行复制的过程被实行，否则实行下一个迭代。
像所理解的那样，在复制和右移一个块时，当被写的块数小于在前面的块行的块数时，有必要截去将被重复的块。
应注意的是阈值可以在处理时依据有效资源动态地改变。
根据第一个实施例，为了突出矩阵U计算过程的改进，该值依据取自至少一个元素a值得到的标准，块的当前行的一组Ei和相应元素或元素an,m，前面的块的行的一组Ei.l。
例如，该标准的值是分别地取自两方面值的差的绝对值，一方面，取块的当前行的集合Ei中和其它所有的元素比绝对值最大的元素an,m，另一方面，取前面的块的行的集合Ei.1中的相应元素an,m。
这可以看成分别取自当前行的集合Ei的元素an,m，和前面的行的集合Ei.1的相应元素的值的差的绝对值的最大值。
在这两个情况下，阈值符合可接受的错误等级。其值的选择使获得联合探测成为可能，其性能最可能地降低(相应于该值的级别)，但具有低的计算复杂度。
图3显示了根据该第一实施例的本发明的方法的过程。
步骤1是初始化步骤，在其间，该过程的不同变量被确定。这情况主要确定阈值Smin和标明迭代顺序号初始化为1的变量i。
在步骤2，块的集合Ei的所有元素值被计算。相应行被存储于在矩阵U中在步骤3考虑的位置。
在步骤4，输出块集合Ei-1的元素，它将用于确定迭代过程是否继续。
在步骤5，迭代号i被加1。
在步骤6，根据上面所描述的计算标准值S。
在步骤7，在步骤1确定了阈值(或依据可行的资源条件再次计算了阈值)和确定了矩阵U计算过程将继续时，该值S与阈值Smin比较。或者，为计算下一行，再次执行步骤2，或者为了复制和右移，再次执行步骤8 。为完成上述过程，使用一个循环，并且当得知矩阵U最后的行已被计算时，该循环在步骤9处停止。
本发明的方法的结果可以参见图2，从jth行，相等于该行的行被复制，然后每次右移一个块，然后当所考虑的半行少于P块时，如果有必要，则进行截取。
根据第二实施例，该标准值是实施的迭代数。阈值然后符合在分配给联合探测过程的最大计算能力没有超出时可接受的最大迭代数。
图4描述了相应于该实施例的图，其中相同的步骤有相同的索引，且步骤4和6没有了。新的步骤7′实行当前迭代号i与在步骤1确定的或根据有效的资源条件确定的允许迭代数号i的比较操作。
应注意的是第一和第二实施例并非互不相容，而是可以结合使用。
同样应注意的是上面描述的是Cholesky变换的结果为上三角形矩阵U，同样，本发明也适用于Cholesky变换的结果为下三角形矩阵L的情况。该方法与上面刚刚表述的方法具有相同的步骤。
权利要求
1．一种在传输系统接收器中实施的联合探测方法，例如码分多址传输系统，上述探测包括计算由上述系统的发送器以向量x的格式传送的信号的步骤，该计算依据由上述系统的发射器以向量y的格式接收的一组信号，用矩阵A表示的上述系统的一组系数和可能存在的用矩阵n表示的一组噪音系数；上述计算步骤包括矩阵M的转置步骤，它是系统矩阵A的函数，将一组接收的信号y施加到由转置矩阵M-1和复数共轭矩阵A的积产生的矩阵上的步骤，上述矩阵M转置步骤包括将其变换成三角形矩阵U或L的Cholesky；其特征在于它包括以迭代方式确定上述三角形矩阵，依据由预定的有利于上述与阈值比较而转化的矩阵的计算过程的改进的标准得出的值，每一次迭代首先包括属于上述矩阵一行的一组块的计算；或者传送给下次迭代，或者通过右移一块而将当前行复制到所有其它剩余行，如果可行，截去多余块。
2．根据权利要求1的方法，其特征在于上述阈值依据有效资源在计算时被动态地确定。
3．根据权利要求1或2的方法，其特征在于上述标准的值依据分别取自当前行的一组块的至少一个元素的值和相应元素或在前面的迭代计算的该行的一组块的元素。
4．根据权利要求3的方法，其特征在于上述标准是这样它的值等于分别取自当前行的其绝对值是最大的一组块元素和前面的行的一组块的相应元素的值的差的绝对值。
5．根据权利要求3的方法，其特征在于上述标准值等于分别来自当前行的一组块的元素和前面的行的一组块相应元素的值的差的绝对值的最大值。
6．根据前面任一个权利要求的方法，其特征在于上述标准的值是迭代数，阈值相应于最大迭代数。
7．一种传输系统的接收机，例如码分多址传输系统的接收器，被设计用来接收和检测由所述传输系统的发射器传送的信号，以便恢复它们，其特征在于为了检测上述信号，它被设计用来实现根据权利要求1到6中的一个探测方法。
全文摘要
本发明涉及联合探测方法,包括:依据由系统的发射器以向量y的格式接收的一组信号,计算以向量x的格式传送的信号,系统的一组系数A和可能存在的一组噪音系数n,包括:M的转置;将一组接收的信号y施加到M
文档编号H04B1/707GK1307414SQ0013763
公开日2001年8月8日 申请日期2000年11月7日 优先权日1999年11月8日
发明者B·杰乔西 申请人:三菱电机株式会社