专利名称：码分多址系统中导频和不必要业务信号的消除的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及数字通信。本发明具体涉及一种系统和方法，用于从所接收的码分多址信号中消除全局导频信号和不必要业务信号，从而在解码前将这些信号作为干扰信号去除。
当今的先进通信技术所使用的通信方式是，通过利用伪噪声(pn)信号调制所要发送的数据来以展宽的频带发送数据。该技术被称为数字扩展频谱或码分多址(CDMA)。通过以远高于信号带宽的带宽发送信号，CDMA可以不受信号失真或传输路径中干扰频率影响地发送数据。
图1显示了简化的单信道CDMA通信系统。将给定带宽的数据信号与一个扩展码混频，该扩展码由一个用于产生数字扩展频谱信号的pn序列发生器产生。承载有特定信道数据的信号被称为业务信号。在接收时，通过将信号与用于发送数据的相同pn序列相关来再现该数据。在传输带宽中的任何其它信号对于正在解扩展的信号都表现为噪声。
为了与接收机的定时同步，每个发射机都需要一个称为导频信号的未调制业务信号。该导频信号允许各个接收机与给定发射机同步，允许在接收机处对业务信号解扩展。
在典型的通信系统中，基站与多个固定或移动的个人用户通信。发送出很多信号的基站以较高的功率电平发送一个公用于由该特定基站服务的多个用户的全局导频信号。全局导频用于单个用户的初始捕获，还用于用户获得相干接收的信号估计，以及在接收期间多径分量的组合。类似地，在相反方向中，每个用户发送一个唯一分配的导频以便与基站通信。
只有通过得到匹配pn序列才能对信号解码，但是所有信号都表现为噪声和干扰。全局导频和业务信号对于正在解扩展的业务信号表现为噪声。如果在解扩展一个有用信号前除去全局导频和所有不必要业务信号，将减小大量总噪声，降低误码率，并因此改善解扩展信号的信躁比(SNR)。
已经进行了某些尝试来根据接收机处导频信号的相对强度从所接收信号中除去导频信号。但是，对于计算由多个具有不同时间延迟(其中时间延迟是由地形反射造成)的接收信号造成的干扰，强度值并不是一个精确的特性。多径传播会使得功率电平的估计不可靠。
需要通过在解码前从信号中除去多个噪声组分来改善总系统性能。
本发明降低在扩频通信系统中传送的导频信号和不必要的业务信号所贡献的噪声影响。本发明在解码之前有效地在接收机处从有用的业务信号中消除该全局导频和不必要的业务信号。所得到的信号具有增加的信噪比。
相应地，本发明的目的在于提供一种码分多址通信系统接收机，其减少导频和活跃的不必要的业务信号所贡献的噪声影响。
本发明的另一个目的在于通过消除全局导频和活跃的业务信号的噪声影响来改进有用业务信号的SNR。
阅读优选实施例的详细描述之后，对于电信领域的技术人员来说本系统和方法的其它目的和优点将变得更加明显。
图1是现有技术的CDMA通信系统的简化方框图。
图2A是B-CDMATM通信系统的详细方框图。
图2B是复数乘法器的详细系统图。
图3A是同相比特流的曲线。
图3B是正交相比特流的曲线。
图3C是伪噪声(pn)比特序列的曲线。
图4是根据本发明的全局导频信号消除系统的方框图。
图5是根据本发明的不必要业务信号消除系统的方框图。
图6是表示硬判决的QPSK构象上所收到码元p0的图。
图7是根据本发明的组合的导频和不必要业务信号消除系统的方框图。
将参照附图描述优选实施例，其中类似的数字表示类似的元件。
图2所示的B-CDMATM通信系统17包括发射机19和接收机21，该接收机21位于基站或移动用户接收机。发射机19包括以各种位速率将话音和非话音信号25编码成数据的信号处理器23。
背景技术：
中，生成多址环境中的传送信号涉及两个步骤。第一步，利用前向纠错编码(FEC)27来编码输入数据，认为该输入数据是一种双相已调制信号。一个信号表示同相信道I 33x。另一个信号表示正交信道Q 33y。双相调制的I和Q信号通常称为正交移相键控(QPSK)。
在第二步，利用复数乘法器39用复数伪噪声(pn)序列35I、35Q扩展两个双相已调数据或码元33x、33y。复数乘法器39的操作在图2B中表示，并为本领域技术人员所熟知。扩展操作可以表示为(x+jy)×(I+jQ)=(xI-yQ)+j(xQ+yI)=a+jb公式(1)复数是a+jb的形式，其中a和b是实数，j2=-1。回到图2a，得到的I 37a和Q 37b扩展信号与具有不同扩展码的其它扩展信号(信道)组合45a，45b，乘以(混频)载波信号43，并被发射47。发射47可以包含多个单个的信号。
接收机21包括解调器49a、49b，其将所传送的宽带信号47与发射载波43下混频成中频载波51a、51b。第二下变频将该信号降到基带。该QPSK信号55a、55b然后被滤波53和与本地生成的复数pn序列35I、35Q混频56,35I、35Q与所传送复数码的共轭匹配。只解扩展由同一代码扩展的原始信号。所有其它的信号将作为噪声出现在接收机21中。数据57x、57y耦合到对卷积编码的数据执行FEC解码的信号处理机59。
如图3A和3B所示，QPSK码元由来自同相(I)和正交(Q)信号的一个比特组成。这些比特表示量化版本的模拟抽样或数字数据。可以看出码元持续时间ts等于比特持续时间。
使QPSK码元流乘以复数pn序列来扩展所传送的码元。I和Q pn序列都包括以高得多的频率生成的比特流，通常是码元率的100到200倍。图3C中表示了这样一种pn序列。复数pn序列与码元比特流混频生成数字扩展信号(如上所述)。扩展信号的成分称作具有小得多持续时间tc的码片。
当接收和解调信号时，基带信号在码片级。当利用扩展期间使用的pn序列的共轭解扩展信号的I和Q分量时，信号返回到码元级。
在图4、5和7中表示本发明的实施例。图4表示全局导频信号消除系统61的实施例。接收信号r表示为r=αcp+βct+n 公式(2)其中接收信号r是复数，包括导频强度α与导频码cp的乘积，加上业务强度β与业务码cr的乘积，加上随机噪声n。噪声n包括所有收到的噪声和包含所有其它业务信号的干扰。为了从所收到信号r中消除全局导频信号，系统61必须得出导频码α的信号强度，其中α≠β 公式(3)因为全局导频以高于业务信号的功率电平传送。
当在时间上对收到的信号r求和时，公式(2)变成∑r=α∑cp+β∑ct+∑n 公式(4)参见图4，收到的基带信号r被输入63到导频信号消除系统61和从接收信号r解扩展导频信号的导频解扩展器65。第一混频器67通过乘以扩展期间使用的导频pn码的复共轭cp*69来解扩展收到的信号r，得出∑rcp*=α∑cpcp*+β∑ctcp*+∑ncp*公式(5)复共轭是一对实部完全相同虚部只是码元不同的复数之一。
解扩的导频信号71耦合到在时间上对其求和的第一求和转储处理器73。第一求和转储73的输出Osd1是Osd1=αL+β∑ctcp*+∑ncp*公式(6)其中L是在L个时间片期间对导频扩展码cp和该导频扩展码的复共轭Cp*的乘积求和。
求和转储73的输出Osd1耦合到低通滤波器75。低通滤波器75确定每个信号分量的平均值。导频业务互相关的平均值为零，噪声n的平均值也为零。因此，滤波75之后，公式(6)中的第二和第三项为零。低通滤波器75随着时间的输出Olpf为Olpf=αL 公式(7)低通滤波器75的输出Olpf耦合到处理装置77以得出导频码强度α。处理装置77通过将低通滤波器79输出Olpf除以L计算α。因此，处理装置77的输出Opm为Opm=α公式(8)导频扩展码cp*复共轭发生器69连接到生成导频扩展码cp的复共轭处理器79。导频扩展码cp被输入到第二混频器81并与业务扩展码ct*复共轭发生器83的输出混频。从第二混频器81输出的乘积耦合到第二求和转储处理器85。第二求和转储处理器85的输出Osd2为∑cpct*并在第三混频器87与α组合。第三混频器87的输出89为α∑cpct*。
还由业务解扩展器91解扩展收到的信号r。业务解扩展器91通过利用第四混频器93使收到的信号r与业务码ct*复共轭发生器83混频来解扩展收到的信号r。
∑rct*=α∑cpct*+β∑ctct*+∑nct*公式(9)业务解扩展器91的输出95耦合到第三求和转储97。第三求和转储97随着时间的输出Osd3为Osd3=∑rct*=βL+α∑cpct*+∑nct*公式(10)其中L是在L个时间片期间对业务扩展码ct和该业务扩展码的复共轭ct*的乘积求和。
第三求和转储97的输出Osd3耦合到减去第三混频器87输出89的加法器99。加法器99的输出Oadd是Oadd=βL+α∑cpct*+∑nct*-α∑cpct*公式(11)因此，导频消除器61的输出Oadd等于收到的信号r减去导频信号，简化如下Oadd=βL+∑nct*公式(12)
本发明利用类似的方法从有用的业务信号中消除不必要的业务信号。虽然业务信号正如全局导频信号一样干扰其它的业务信号，但不必要业务信号的消除不同于全局导频信号的消除，因为业务信号是由数据调制并因此本质上是动态的。全局导频信号具有恒定的相位，而业务信号由于数据调制而不断地改变相位。
图5表示业务信号消除系统101的实施例。如上所述，收到的信号r被输入103到该系统r=ψdcd+βct+n 公式(13)其中收到的信号r为复数并包括业务码信号强度ψ与业务信号数据d和要消除的不必要业务信号的业务码cd的乘积，加上有用业务码强度β与有用业务码ct的乘积，加上噪声n。噪声n包括所有收到的噪声和包含所有其它业务信号和全局导频信号的干扰。为了从收到的信号r中消除不必要的业务信号，系统101必须导出要除去的不必要业务码的信号强度ψ并估计数据d，其中ψ≠d≠β 公式(14)当在时间上对收到的信号r求和时，公式(13)可以表示成∑r=ψd∑cd+β∑ct+∑n 公式(15)参见图5，收到的基带信号r被输入103到有用业务信号解扩展器91，该解扩展器从收到的信号r解扩展有用的业务信号。有用业务信号混频器93使收到的信号r与扩展期间使用的有用业务pn码的复共轭ct*混频。解扩的业务信号耦合到求和转储处理器97并在时间上求和。求和转储97的输出Osd3为Osd3=∑rct*=βL+ψd∑cdct*+∑nct*公式(16)图5所示的业务信号消除系统101包括n个不必要业务信号消除器1151-115n。一可示范性的实施例包括10(其中n=10)个不必要业务信号消除器1151-11510。
每个不必要业务信号消除器1151-115n包括包括第一混频器1171-117n和不必要的业务信号代码发生器1191-119n的不必要业务信号解扩展器1391-139n，第二1331-133n混频器，第一1211-121n和第二1231-123n求和转储处理器，硬判决处理器1251-125n，低通滤波器1271-127n，处理装置1291-129n，第三混频器1311-131n，共轭处理器1351-135n，可调放大器1371-137n，和有用业务信号代码发生器83。
如上所述，收到的信号r被输入103到每个不必要业务消除器1151-115n。不必要业务信号解扩展器1391-139n连接到该输入103，在此收到的信号r与用于各自不必要信号的业务pn序列的复共轭cd1*-cdn*混频1171-117n。解扩1391-139n的业务信号耦合到在时间上求和的第一求和转储处理器1211-121n。第一求和转储1211-121n输出Osd1n为Osd1n=∑rcdn*=ψdL+β∑ctcdn*+∑ncdn*公式(17)其中L是不必要业务信号扩展码cdn和cdn*的乘积，cdn*是不必要业务信号扩展码的复共轭。
第一求和转储1211-121n的输出Osd1n耦合到硬判决处理器1251-125n。硬判决处理器1251-125n确定数据由于调制的相移φ。硬判决处理器1251-125n也确定最接近于解扩展码元值的QPSK的构象位置d。
如图6所示，硬判决处理器1251-125n比较收到的信号码元p0与四个QPSK构象点x1,1、x-1,1、x-1,-1、x1,-1。必须检查每个收到的码元p0由于传输47期间噪声和失真引起的恶化，不管是多径还是射频。硬判决处理器计算从收到的码元p0到每个象限的四个距离d1、d2、d3、d4并选择最短距离d2，分配该码元d位置x-1,1。硬判决处理器还反向旋转原始信号坐标p0一相位量φ，该相位量等于对应于选定码元位置x-1,1的相位。放弃原始的码元坐标p0。
硬判决处理器1251-125n的相位输出φ耦合到低通滤波器1271-127n。在时间上，低通滤波器1271-127n确定每个信号分量的平均值。业务到业务互相关的平均值和噪声n的平均值为零。因此，低通滤波器1271-127n随着时间的输出Olpfn是Olpfn=ψL 公式(18)低通滤波器1271-127n的输出Olpfn耦合到处理装置1291-129n以得出不必要业务信号码强度ψ。处理装置1291-129n通过将滤波器1271-127n的输出Olpfn除以L估计φ。
硬判决处理器1251-125n的另一个输出是数据d。这是相应于图6所示距离d1、d2、d3或d4中最短距离的数据点d。第三混频器1311-131n使不必要的业务信号强度ψ与每个数据值d混频。
不必要业务信号扩展码复共轭发生器cd1*-cdn*连接到生成不必要业务信号扩展码cd1-cdn的复共轭处理器1351-135n并输入到第二混频器1331-133n并与有用业务信号扩展码复共轭发生器ct*的输出混频。该乘积耦合到第二求和转储处理器1231-123n。第二求和转储处理器1231-123n的输出Osd2n是∑cdnct*并耦合到可变放大器1371-137n。该可变放大器1371-137n根据第三混频器1311-131n的具有确定增益的输出放大第二求和转储处理器1231-123n的输出Osd2n。
可变放大器1371-137n的输出1411-141n耦合到加法器143，该加法器143从有用业务信号解扩展器105的输出中减去每个可变放大器1371-137n的输出。该输出O是O=βL+ψd∑cdct*+∑nct*-ψd∑cdct*公式(19)加法器143的输出O(也是不必要业务消除器系统101的输出)等于收到的信号r减去不必要的业务信号，简化如下O=βL+∑nct*公式(20)其中噪声n根据从接收信号减去的业务信号量而改变。
图7表示消除全局导频信号和不必要的业务信号的另一个实施例145。如上所述，不必要的业务消除系统101包括有用的业务信号解扩展器91和多个不必要的业务信号消除器1151-115n。该业务消除系统平行连接于如上所述的导频消除系统61，但没有有用业务信号解扩展器。公共输入147耦合到两个系统101、61，这两个系统101、61具有连接到两个系统101、61的输出O、Oadd的公共加法器149。从有用业务信号中减去导频和不必要的业务信号生成一输出151，该输出没有导频和多个所传送业务信号贡献的干扰。
虽然已经表示和描述了本发明的特定实施例，本领域技术人员可进行多种修改和变化而不偏离本发明的精神和范围。上面的描述只用于说明而不是以任何方式将本发明限制为特定的形式。
权利要求
1．一种在接收机中使用的、在解码之前从有用的业务信号中消除选择信号的消除系统，该接收机通过CDMA空中接口接收来自发射机的通信信号，该系统包括用于接收通信信号的输入；所述输入耦合到具有一输出的有用业务信号解扩展器；所述输入耦合到具有一输出的选择信号消除器；从所述有用业务信号的输出减去所述选择信号消除器的输出作为消除系统的输出；和所述输出是没有选择信号的有用业务信号。
2．根据权利要求1的消除系统，其中所述选择信号消除器进一步包括至少一个选择信号消除器。
3．根据权利要求2的消除系统，其中所述选择信号消除器是一种不必要业务信号消除器。
4．根据权利要求3的消除系统，其中所述不必要业务信号消除器进一步包括一不必要业务信号解扩展器，具有耦合到所述输入的输入和求和输出；所述不必要业务信号消除器的输出耦合到硬判决处理器，该硬判决处理器具有一相位输出和一数据输出；所述硬判决处理器相位输出耦合到一低通滤波器，所述低通滤波器具有一输出；所述低通滤波器的输出耦合到一处理器的输入，该处理器滤波和消除不必要业务信号与有用业务信号互相关的乘积，输出不必要业务信号强度；利用具有一输出的乘法器使所述处理器的输出乘以所述硬判决数据输出；所述不必要业务代码发生器的输出耦合到具有一输出的复共轭处理器的输入；所述复共轭的输出与有用业务信号码的复共轭混频，所述第一混频器具有一输出；所述第一混频器的输出耦合到具有一输出的第一求和转储处理器的输入；所述第一求和转储处理器耦合到一放大器的输入，该放大器具有受所述第一乘法器输出控制的可调增益；和所述放大器的所述输出是不必要业务信号的强度。
5．根据权利要求4的消除系统，其中所述选择信号消除器进一步包括全局导频信号消除器。
6．根据权利要求5的消除系统，其中所述全局导频信号消除器包括具有一求和输出的耦合到所述输入的全局导频解扩展器；一有用业务信号和全局导频互相关装置；所述全局导频解扩展器的输出耦合到一导频强度确定装置，所述确定装置具有一输出；所述导频强度确定装置的输出乘以所述互相关装置的输出；和所述乘积是所述选择信号消除器的输出。
7．根据权利要求6的消除系统，其中所述互相关装置包括全局导频信号代码发生器；有用业务信号复共轭代码发生器；第二混频器，用于互相关所述全局导频信号码和所述有用业务信号复共轭码；和第二求和转储处理器，用于在时间上对所述互相关积求和。
8．根据权利要求7的消除系统，其中所述导出所述全局导频信号强度的装置进一步包括具有一输出的低通滤波器；和耦合到所述低通滤波器的处理器，用于导出和输出全局导频信号强度。
9．根据权利要求1的消除系统，其中所述选择信号消除器是一全局导频信号消除器。
10．根据权利要求9的消除系统，其中所述全局导频信号消除器包括具有一求和输出耦合到所述输入的全局导频解扩展器；一有用业务信号和全局导频互相关装置；所述全局导频解扩展器的输出耦合到一导频强度确定装置，所述确定装置具有一输出；所述导频强度确定装置的输出乘以所述互相关装置的输出；和所述乘积是所述选择信号消除器的输出。
11．根据权利要求10的消除系统，其中所述互相关装置包括全局导频信号代码发生器；有用业务信号复共轭代码发生器；混频器，用于互相关所述全局导频信号码和所述有用业务信号复共轭码；和一求和转储处理器，用于在时间上对所述互相关积求和。
12．根据权利要求11的消除系统，其中所述导出所述全局导频信号强度的装置进一步包括具有一输出的低通滤波器；和耦合到所述低通滤波器的处理器，用于导出和输出全局导频信号强度。
13．一种在接收机中使用的、在解码之前从有用的业务信号中消除全局导频信号的全局导频信号消除系统，该接收机通过CDMA空中接口接收来自发射机的通信信号，该系统包括一用于接收通信信号和一系统输出的输入；所述输入耦合到一全局导频解扩展器和一有用业务信号解扩展器，两者都具有一求和输出；有用业务信号和全局导频互相关装置；所述全局导频解扩展器的输出耦合到一导频强度确定装置，所述确定装置具有一输出；所述导频强度确定装置的输出乘以所述互相关装置的输出；和从所述有用业务信号解扩展器的输出减去所述乘积，以输出没有全局导频信号的有用业务信号。
14．根据权利要求13的全局导频信号消除系统，其中所述互相关装置包括全局导频信号代码发生器；有用业务信号复共轭代码发生器；一混频器，用于互相关所述全局导频信号码和所述有用业务信号复共轭码；和一求和转储处理器，用于在时间上对所述互相关积求和。
15．根据权利要求14的全局导频信号消除系统，其中所述导出所述全局导频信号强度的装置进一步包括具有一输出的低通滤波器；和耦合到所述低通滤波器的处理器，用于导出和输出全局导频信号强度。
16．一种在接收机中使用的、在解码之前从有用的业务信号中消除至少一种不必要业务信号的业务信号消除系统，该接收机通过CDMA空中接口接收来自发射机的通信信号，该系统包括一用于接收通信信号和一系统输出的输入；所述输入耦合到具有一求和输出的有用业务信号解扩展器；至少一个不必要业务信号处理器，该处理器具有耦合到所述输入的一输入，并且每个处理器具有一输出；和从所述有用业务信号解扩展器的输出减去所述多个不必要业务信号处理器的每个输出，以输出没有多个不必要业务信号的所述有用业务信号。
17．根据权利要求16的业务信号消除系统，其中所述不必要业务信号消除处理器进一步包括一不必要业务信号解扩展器，具有耦合到所述输入的输入和求和输出；所述不必要业务信号消除器的输出耦合到硬判决处理器，该硬判决处理器具有一相位输出和一数据输出；所述硬判决处理器相位输出耦合到一低通滤波器，所述低通滤波器具有一输出；所述低通滤波器的输出耦合到一处理器的输入，该处理器滤波和消除不必要业务信号与有用业务信号互相关的积，输出不必要业务信号强度；利用具有一输出的乘法器使所述处理器的输出乘以所述硬判决数据输出；所述不必要业务代码发生器的输出耦合到具有一输出的复共轭处理器的输入；所述复共轭的输出与有用业务信号码的复共轭混频，所述混频器具有一输出；所述混频器的输出耦合到具有一输出的第二求和转储处理器的输入；所述求和转储处理器耦合到一放大器的输入，该放大器具有受所述乘法器输出控制的可调增益；和所述放大器的所述输出是不必要业务信号强度。
全文摘要
一种用于扩频通信系统接收机的全局导频和不必要业务信号消除器,用于减少这些信号贡献的噪声影响。本发明在接收机解码有用业务信号之前有效地消除该全局导频和不必要的活跃业务信号。该系统和方法减少误码率(BER)以得到增加的信噪比。
文档编号H04J13/04GK1324521SQ99812401
公开日2001年11月28日 申请日期1999年1月27日 优先权日1998年10月20日
发明者费思·M·奥兹卢特克 申请人:交互数字技术公司