码分多址移动通信系统中的干扰对消方法.pdf

本发明涉及应用于数字移动通信系统中的多用户检测方法，公开了一种码分多址移动通信系统中的干扰对消方法，使得干扰对消可以根据错误概率来控制，提高干扰对消方法的性能和灵活性。这种码分多址移动通信系统中的干扰对消方法包含以下步骤：接收用户解调后的信号；用判决方法对所述用户解调后的信号进行符号判决，由所述用户的符号判决结果再生所述用户的信号；在所述接收信号中用再生的所述用户的信号进行对消处理，所述判决方法根据给定的错误概率门限，决定所述用户信号是否参与所述对消处理。

1.  一种码分多址移动通信系统中的干扰对消方法，包含以下步骤：
接收用户解调后的信号；
用判决方法对所述用户解调后的信号进行符号判决，由所述用户的符号判决结果再生所述用户信号；
在所述接收信号中用再生的所述用户信号进行对消处理；
其特征在于，所述判决方法根据给定的错误概率门限，决定所述用户信号是否参与所述对消处理。

2.  根据权利要求1所述的码分多址移动通信系统中的干扰对消方法，其特征在于，所述判决方法包含以下步骤：
B根据给定的错误概率门限值计算两个判决用门限值；
C判断所述解调输出信号值是否处在两个所述判决用门限值之间，如果是，进入步骤D，否则进入步骤E；
D置判决结果为无效值，不参与对消处理；
E根据所述解调输出信号值分布情况置判决结果为相应的有效值，并参与对消处理。

3.  根据权利要求2所述的码分多址移动通信系统中的干扰对消方法，其特征在于，所述计算两个判决用门限值的方法用公式表示为：
T 1 = σ 2 2 A ( m ) ln ( 1 T - 1 ) ]]>
T 2 = σ 2 2 A ( m ) ln ( 1 T - 1 ) ]]>
其中所述公式的各个符号含义如下，
T₁：门限值一；
T₂：门限值二；
σ：解调后的信号中噪声的方差；
A(m)：传输第m个符号时，信道衰落对所述符号造成的乘性的失真系数；
T：所述错误概率门限值；
ln(·)：自然对数运算。

4.  根据权利要求3所述的码分多址移动通信系统中的干扰对消方法，其特征在于，所述根据判决用门限值置判决结果的方法，包含以下步骤：
如果所述解调输出信号值大于或等于判决用门限值二，则置判决结果为大值；
如果所述解调输出信号值小于或等于判决用门限值一，则置判决结果为小值；
如果所述解调输出信号值大于门限值一且小于门限值二，则置判决结果为零值。

5.  根据权利要求1至4中任意一条所述的码分多址移动通信系统中的干扰对消方法，其特征在于，所述对消处理采用串行干扰对消方法。

6.  根据权利要求1至4中任意一条所述的码分多址移动通信系统中的干扰对消方法，其特征在于，所述对消处理采用并行干扰对消方法。

码分多址移动通信系统中的干扰对消方法
技术领域
本发明涉及应用于数字移动通信系统中的多用户检测方法，特别涉及一种应用于码分多址移动通信系统中的干扰对消多用户检测方法。
背景技术
第三代移动通信系统是能够满足国际电信联盟提出的IMT-2000/FPLMTS系统标准的新一代移动通信系统，要求具有很好的网络兼容性，能够实现全球范围内多个不同系统间的漫游，不仅要为移动用户提供话音及低速率数据业务，而且要提供广泛的多媒体业务。根据这一标准，目前世界上已提出了宽带码分多址(Wideband Code Division Multiple Access，简称“WCDMA”)、码分多址2000版(Code Division Multiple Access2000，简称“CDMA2000”)、时分同步码分多址(Time Division SynchronousCodeDivision Multiple Access SCDMA，简称“TD-SCDMA”)等第三代移动通信系统方案。虽然这些方案不甚相同，但是全世界在第三代移动通信系统中采用码分多址(Code Division Multiple Access，简称“CDMA”)技术已经达成共识。
CDMA移动通信系统具有高容量、高服务质量和保密性好等优点。但是相应的也存在许多缺点，比如多址干扰(Mutiple Access Interference，简称“MAI”)。在实际的CDMA通信系统中，各个用户信号之间存在一定的相关性，这就是多址干扰存在的根源。虽然由个别用户产生的MAI固然很小，可是随着用户数的增加或信号功率的增大，MAI就成为CDMA通信系统的一个主要干扰，直接限制了CDMA系统容量、覆盖范围和性能的提高。
多用户检测技术(Multi-user Detection，简称“MUD”)是CDMA系统中克服干扰的关键技术，是提高CDMA系统容量、覆盖范围和性能的一种增强型技术。传统的检测技术完全按照经典直接序列扩频理论对每个用户的信号分别进行扩频码匹配处理，因而抗MAI干扰能力较差；多用户检测技术在传统检测技术的基础上，充分利用造成MAI干扰的所有用户信号信息对单个用户的信号进行检测，从而具有优良的抗干扰性能，解决了远近效应问题，降低了系统对功率控制精度的要求，因此可以更加有效地利用上行链路频谱资源，显著提高系统容量。
1986年Verdu提出以匹配滤波器加维特比算法来实现最大似然序列检测(Maxinum-Likelihood Sequence Detection，简称“MLS检测”)，适用于受符号间干扰(Inter Symbol Interference，简称“ISI”)影响的信道。不过维特比算法的复杂度仍然是用户数的指数幂级，即2^k，而且MLS检测器需要知道接收信号的幅度和相位，这要通过估计来得到。MLS检测过于复杂，不实用，大家都在寻找易于实现的次优多用户检测技术。次优多用户检测技术分为两类，即线性多用户检测和非线性多用户检测。前者对传统检测器的输出进行解相关或其它的线性变换以利于接收判决，包含解相关检测、最小均方误差检测、子空间斜投影检测和多项式扩展检测等方法；后者区别于前者，包含干扰对消(Interference Cancellation，简称“IC”)检测方法，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。
干扰对消多用户检测方法又分为：串行干扰对消(Serial InterferenceCancellation，简称“SIC”)和并行干扰对消(Parallel Interference Cancellation，简称“PIC”)。SIC由多级组成，一级对一个用户序列信号进行判决、再造、消除，以给下面的各级减轻MAI，各用户的操作顺序是根据信号功率的下降顺序来确定的。以第一级为例，它的输出是信号最强用户的数据判决和去除该用户造成的MAI以后的接收信号。随后的各级同理而为之。最后的结果是信号越弱得益越多。SIC在性能上比传统检测器有较大提高，而且在硬件上改变不大，易于实现，但是SIC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。PIC具有多级结构，区别于SIC的是其每一级并行估计和去除各个用户造成的MAI干扰，然后进行数据判决。PIC的设计思想和SIC基本相同，但由于PIC是并行处理，克服了SIC大延时的缺点，而且无需在情况发生变化时进行重新排序，具有延时小，计算复杂性小的优点，在各种MUD中具有较高的实用价值，是目前实现可能性最大的方法。
如上所述干扰对消方法，在对任一个用户的解调信号进行符号判决以后，都需要由该用户该符号的判决结果再生该用户信号，并且从接收信号中消除该用户的干扰，即减去该用户的再生信号，从而消除该用户信号对其他用户信号检测的影响。
目前的干扰对消方法采用的对用户的解调信号进行符号判决的方法有以下几种，如硬判决方法，该方法直接根据接收端用户的解调信号的符号进行判决；再如在美国专利说明书US5418814中提出的基于固定阈值的判决方法和软判决方法，这两种方法的目地是一致的：尽量减少错误的判决结果造成的噪声功率的增加。
在实际应用中，上述方案存在以下问题：在用户某个符号的判决结果错误的情况下，硬判决方法会造成干扰对消以后的信号中该用户该符号功率不仅没有被对消掉，反而增加为原来的四倍，这对其他用户信号的检测很不利。固定阈值方法和软判决方法都是基于贝叶斯准则提出来的，这两种方法虽然可以尽量减小错误判决造成的噪声功率的增加，但是不能根据给定的可变的错误概率门限来确定是否参加对消。
造成这种情况的一个主要原因在于，现有技术中没有对错误判决情况做区别处理或者虽然做了处理但没有根据错误概率来控制判决结果是否参加对消的方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种码分多址移动通信系统中的干扰对消方法，使得干扰对消可以根据错误概率来控制，提高干扰对消方法的性能和灵活性。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种码分多址移动通信系统中的干扰对消方法，包含以下步骤：
接收用户解调后的信号；
用判决方法对所述用户解调后的信号进行符号判决，由所述用户的符号判决结果再生所述用户的信号；
在所述接收信号中用再生的所述用户的信号进行对消处理，所述判决方法根据给定的错误概率门限，决定所述用户信号是否参与所述对消处理
其中，所述判决方法包含以下步骤：
B根据给定的错误概率门限值计算两个判决用门限值；
C判断所述解调输出信号值是否处在两个所述判决用门限值之间，如果是，进入步骤D，否则进入步骤E；
D置判决结果为无效值，不参与对消处理；
E根据所述解调输出信号值分布情况置判决结果为相应的有效值，并参与对消处理。
所述计算两个判决用门限值的方法用公式表示为：
T 1 = - σ 2 2 A ( m ) ln ( 1 T - 1 ) ]]>
T 2 = σ 2 2 A ( m ) ln ( 1 T - 1 ) ]]>
其中所述公式的各个符号含义如下，
T₁：门限值一；
T₂：门限值二；
σ：解调后的信号中噪声的方差；
A(m)：传输第m个符号时，信道衰落对所述符号造成的乘性的失真系数；
T：所述错误概率门限值；
ln(·)：自然对数运算。
所述根据判决用门限值置判决结果的方法，包含以下步骤：
如果所述解调输出信号值大于或等于判决用门限值二，则置判决结果为大值；
如果所述解调输出信号值小于或等于判决用门限值一，则置判决结果为小值；
如果所述解调输出信号值大于门限值一且小于门限值二，则置判决结果为零值。
所述对消处理可以采用串行干扰对消方法，也可以采用并行干扰对消方法。
通过比较可以发现，本发明的技术方案与现有技术的区别在于，本发明从错误概率出发，根据给定的错误概率门限值，采用理论推导所得的方法，计算判决用门限值，并根据该判决用门限值，判定判决结果是否参与对消处理。具体地说，计算出两个门限值，如果判决结果值在这两个门限值之间，说明判决结果发生错误的可能性较大，则不参与对消处理。
这种技术方案上的区别，带来了较为明显的有益效果，即通过灵活设置错误概率门限值和相应的判决方法，禁止不可靠的判决结果参与干扰对消处理，只有可靠性很高的判决结果才能参与干扰对消，从而可以提高干扰对消方法的性能和灵活性，使得干扰对消后的最终结果更为准确。
图1根据本发明的一个较佳实施例的干扰对消方法的判决方法流程图。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
干扰对消方法是根据当前用户信号的信息来消除它在整个多用户信号中对其他用户信号的影响的一种方法，可以减少多址干扰对多用户信号接收的影响，提高系统性能。
下面详细描述本发明的一个实施例。
先描述本发明的一个较佳实施例的判决方法。
设接收信号为R(t)。该信号由许多用户的信号和信道加性高斯噪声叠加而成。在接收端分别用各个用户的扩频序列对接收信号进行解扩和RAKE合并等处理，得到各个用户的解调后的信号。本发明提出对各个用户的解调后(添加：信号)进行(删除进行两字)进行符号判决的判决方法。以某个用户的解调信号的符号判决过程为例加以推导和说明。从接收端的解调输出的某用户的信号用Y(m)表示，m表示第m个符号的相应解调输出，则Y(m)可以由下式表示：
式一  Y(m)＝A(m)a(m)+n(m)
其中，a(m)为该用户的第m个符号，取值为+1或-1；A(m)是信道衰落对符号造成的失真系数，A(m)＞0；n(m)为加性高斯白噪声，服从正态分布N(0，σ²)，均值为0，σ²为方差。
这里，正态分布的n(m)的概率密度函数为：
式二 f ( x ) = 1 2 π σ exp ( - x 2 2 σ 2 ) ]]>
其中，f为概率密度值，x为取值变量，exp(·)代表自然常数e的指数运算。
式一可以物理解释为：当符号a(m)从发送端发出经过信道到达接收端，信道使得该符号产生信道衰落的乘性失真(第一项)和高斯白噪声的加性失真(第二项)。这是一个公用的信道模型。
从概率的角度出发，在接收端符号a(m)取值为+1和-1的先验概率相等，均为0.5，即P{a(m)＝+1}＝P{a(m)＝-1}＝0.5，其中P{·}代表括号中情况发生的概率值。
当解调输出信号Y(m)经过硬判决后的结果信号为d(m)，则d(m)表示为：
式三
由于信道的失真，显然硬判决会产生错误，这里的错误是指判决结果d(m)与原符号a(m)不相符的情况。根据概率论，在已知硬判决结果的情况下，可以推算出硬判决出现错误的概率表达式，推理过程如下，错误概率表示为Pe：
当判决结果d(m)＝-1，即Y(m)＜0时，错误概率为：
Pe ( m ) = P { a ( m ) = + 1 | d ( m ) = - 1 } ]]>
= P { a ( m ) = + 1 | Y ( m ) < 0 } ]]>
= P { a ( m ) = + 1 , Y ( m ) < 0 } P { Y ( m ) < 0 } ]]>
= P { a ( m ) = + 1 , Y ( m ) < 0 } P { a ( m ) = - 1 , Y ( m ) < 0 } + P { a ( m ) = + 1 , Y ( m ) < 0 } ]]>
= f 1 ( Y ( m ) ) f 1 ( Y ( m ) ) + f - 1 ( Y ( m ) ) ]]>
当判决结果d(m)＝+1，即Y(m)≥0时，错误概率为：
Pe ( m ) = P { a ( m ) = - 1 | d ( m ) = + 1 } ]]>
= P { a ( m ) = - 1 | Y ( m ) &GreaterEqual; 0 } ]]>
= P { a ( m ) = - 1 , Y ( m ) &GreaterEqual; 0 } P { Y ( m ) &GreaterEqual; 0 ]]>
= P { a ( m ) = - 1 , Y ( m ) &GreaterEqual; 0 } P { a ( m ) = + 1 , Y ( m ) &GreaterEqual; 0 } + P { a ( m ) = - 1 , Y ( m ) &GreaterEqual; 0 } ]]>
= f - 1 ( Y ( m ) ) f 1 ( Y ( m ) ) + f - 1 ( Y ( m ) ) ]]>
根据Y(m)值的概率分布可以得到以上式中各项概率的表达式，其中函数f₁(y)和f_-1(y)表达式由式五、式六给出示，于是错误概率Pe(m)可以统一表示为：
式四
式五 f 1 ( y ) = 1 2 π σ exp ( - ( y - A ( m ) ) 2 2 σ 2 ) ]]>
式六 f - 1 ( y ) = 1 2 π σ exp ( - ( y + A ( m ) ) 2 2 σ 2 ) ]]>
根据式四计算所得硬判决结果的错误概率Pe(m)，给定一个错误概率门限值T，T取值0＜T＜1，并约定，当Pe(m)＞T，此时错误概率较大而判决结果不参与对消处理；当Pe(m)≤T，此时判决结果参与对消处理。
对于给定的T值和解调输出信号Y(m)，可以根据式四计算相对于Y(m)的上下两个判决用门限值T₁、T₂，表示为：
式七 T 1 = - σ 2 2 A ( m ) ln ( 1 T - 1 ) ]]>
式八 T 2 = σ 2 2 A ( m ) ln ( 1 T - 1 ) ]]>
其中ln(·)为取自然对数运算。
于是，所述判决条件等价的转换为Y(m)值的判决关系，并用d′(m)表示最终判决结果：
式九
熟悉本领域的技术人员可以理解，所述判决方法中，述及的数学符号及数学公式的形式可以根据判决原理改变，而不影响本发明的实质和范围。
下面根据该判决方法，并参照图1，详细描述对应某用户信号的干扰对消方法的判决方法的步骤。
进入步骤11，接收解调输出信号Y(m)。所述解调输出信号的表达式即式一。
接着进入步骤12，根据给定的错误概率门限值T计算判决用门限值T₁、T₂。所述门限值的计算方法即式七和式八，推理过程见上，这里的错误概率门限值T可以根据实际情况事先设定，也可以根据信道好坏随时调整。
接着进入步骤13，判断Y(m)是否满足关系T₁＜Y(m)＜T₂，如果是，说明错误概率高，则进入步骤14，否则，进入步骤15。根据推理说明当Y(m)处在上下两个门限之间时，判决结果错误概率较高，不参与对消。
在步骤14中，置判决结果d(m)＝0。表示不参加对消处理，即：在信号再生时，按照该用户在该符号对应的符号周期内没有发送任何信息进行处理。
在步骤15中，置判决结果d(m)＝+1(当Y(m)≥T₂)或-1(当Y(m)≤T₁)，该符号的判决结果参加干扰对消处理，即：按照该用户在该符号对应的符号周期内发送的符号为d(m)进行信号再生。所述对消处理的方法因不同的干扰对消方法而不同。
所述判决方法的步骤可以适用于各种不同结构的干扰对消方法，如串行干扰对消方法、并行干扰对消方法等，而对应的包含在干扰对消方法中的其他步骤相同于现有技术方案。
所述干扰对消方法的步骤中，所用到的对消处理方法和机制可以应用现有的技术中存在的可行方案。
熟悉该领域的技术人员可以理解，所述干扰对消方法中，除判决方法以外的步骤，可以根据实际情况增改，而不影响本发明的实质和范围。
虽然通过参照本发明的某些优选实施例，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。