BRPI0110018B1 - Método para processamento de sinal no equipamento do usuário de sistema de comunicação móvel cdma - Google Patents
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Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO PARA PROCESSAMENTO DE SINAL NO EQUIPAMENTO DO USUÁRIO DE SISTEMA DE COMUNICAÇÃO MÓVEL CDMA".
Campo da Tecnologia [001] A presente invenção relaciona-se em geral com a tecnologia de comunicação móvel celular CDMA e mais particularmente com um método para detecção e processamento de sinal do equipamento do usuário (UE) em um sistema de comunicação móvel celular de espectro de difusão CDMA. O método é uma combinação de diversidade de tempo com detecção conjunta.
Fundamento da Invenção [002] Em um sistema de comunicação móvel celular de espectro de difusão CDMA, especial mente um sistema de comunicação móvel com acesso múltiplo por divisão de código Duplex com Divisão de Tempo (TDD), de modo a superar a interferência de múltiplos percursos e de acesso múltiplo, em princípio tanto uma estação transceptora base (BTS) como o equipamento de um usuário podem dispor do método de diversidade de tempo para aumentar a performance do sistema; e dispor do algoritmo de detecção conjunta como um método básico de detecção de sinal para suprimir a Interferência de Múltiplo A-cessos (MAI) e a Interferência Inter-Símbolo (ISI). Especificamente, o lado da BTS pode dispor da tecnologia de antena inteligente. Neste caso, pela utilização das unidades com múltiplas antenas, o ganho de diversidade espacial é obtido e com o correspondente feixe sintetizado, o algoritmo recebendo a sensibilidade é aumentado (pode ser entendido como diminuindo a interferência e suprimindo o ruído branco ao mesmo tempo). Entretanto, no lado do UE, de modo a diminuir custo e tamanho, normal mente somente uma antena é utilizada para recepção, Neste caso, ã medida que a tecnologia de recepção com múltiplas antenas não pode ser utilizada, isto é, a mesma interferência de frequência e ruído direto não podem ser suprimidos pela diversidade espacial, de modo que o ganho de recepção do enlace ascendente e do enlace descendente não correspondem. [003] Especialmente em um sistema de comunicação móvel celular de espectro de difusão CDMA aplicando o algoritmo de detecção conjunta, à medida que o algoritmo de detecção conjunta pode estimar a interferência de múltiplos percursos e de acesso múltiplo proveniente de todos os usuários nesta célula, desse modo na BTS, a interferência de múltiplos percursos e de acesso múltiplo pode ser suprimida em um grau máximo. Entretanto, no UE, apesar da interferência de múltiplos percursos e de acesso múltiplo proveniente do usuário da célula poder ser suprimida em um grau máximo pela utilização do algoritmo de detecção conjunta, para aqueles usuários na borda de célula, o algoritmo de detecção conjunta não pode estimar e suprimir o sinal, o qual provém da célula vizinha com a mesma frequência e adiciona-se ao sistema como um ruído. Este sinal diminui muito o desempenho do sistema e o coeficiente de ruído do receptor limita a sensibilidade de recepção. Neste caso, se não existir um método de processamento de sinal apropriado, a taxa de erro de recepção do sinal será muito aumentada e a comunicação será até interrompida. [004] Apesar do controle de potência e do algoritmo da antena inteligente poder suprimir a interferência proveniente de células vizinhas, sem o método apropriado para aumentar o ganho da recepção do UE, a qualidade da comunicação ser seriamente diminuída e a comunicação será até mesmo interrompida. Para o propósito de multi-plexação da mesma frequência em um sistema de comunicação móvel celular com espectro de difusão CDMA, o único modo é diminuir os canais de trabalho ativados ao mesmo tempo para garantir a qualidade da comunicação do UE na área de sobreposição das células. Entretanto, isto irá diminuir a capacidade do sistema.
Sumário da Invenção [005] De modo a resolver o problema mencionado acima, é necessário propor um método de processamento de banda base, o qual seja apropriado para o UE. [006] O propósito da invenção é proporcionar um método de processamento de sinal para o UE em um sistema de comunicação móvel celular com espectro de difusão CDMA. O método irá aumentar o ganho de diversidade da UE (receptor) e, quando utilizado em um terminal móvel, o método irá resolver o problema de não correspondência do enlace ascendente com o enlace descendente. O método irá alcançar o mesmo propósito de multiplexação de frequência sem aumentar muito a quantidade de cálculos e quando ele é utilizado em uma BTS, o ganho de recepção também é aumentado. [007] A implementação da invenção é como se segue: um método de processamento de sinal do equipamento do usuário em um sistema de comunicação móvel celular com espectro de difusão CDMA é caracterizado pelo fato de que o método é uma combinação de diversidade de tempo com detecção conjunta. [008] O método para combinar a diversidade de tempo com a detecção conjunta compreende as seguintes etapas: amostrar um sinal recebido em M vezes no domínio de tempo, então M dados amostrados e, são obtidos; fazer a estimativa de resposta de impulso de canal espacial para cada dado amostrado et obtido em cada amostragem, então obter M valores estimados da resposta de impulso de canal espacial h,; obter M matrizes A* a partir de cada valor estimado de resposta de impulso de canal espacial hj; constituir uma matriz do sistema A a partir das M matrizes A; executar o algoritmo de detecção conjunta de acordo com a matriz do sistema A e obter um valor estimado de dados de envio originais dest i = 1 ... M. [009] O valor estimado de resposta de impulso de canal espacial h, é obtida por primeiro utilizar a fórmula então a fórmula h, = G'1 emid· Onde emid é uma parte mediana da sequência de treinamento recebido pelo equipamento usuário, G é uma matriz de coeficientes gerada pela parte mediana da sequência de treinamento do equipamento usuário, m, é uma parte mediana da sequência de treinamento enviado pelo i-ésimo equipamento usuário e nm representa a interferência de ruído na parte mediana da sequência de treinamento. [0010] O valor estimado dos dados de envio original dest é estimado de acordo com os dados amostrados e e com a matriz do sistema A, incluindo utilizar as fórmulas: [0011] dest = (diag(A*T A))'1 A*T e, [0012] ou dest = (A*T A)'1 A*T e. [0013] Para constituir uma matriz do sistema A a partir das M matrizes A, utilize as fórmulas: [0014] Asum = (A-|T, A2T... AmT)t e esum = (e/, β2Τ ... OmT)t; [0015] e também utilize a fórmula [0016] [0017] ou quando M sendo maior, utilize a fórmula [0018] [0019] O método da invenção, combinando diversidade de tempo com o algoritmo de detecção conjunta, aplica um algoritmo ótimo, o qual utiliza o ganho de diversidade obtido no domínio do tempo, para aumentar a proporção de sinal para ruído da recepção do sinal do e-quipamento usuário. [0020] Um método de processamento de sinal para o equipamento usuário da invenção é um método combinando a diversidade de tempo com a detecção conjunta. Sem aumentar muito a complexidade do cálculo» o equipamento usuário no sistema de comunicação móvel celular com espectro de difusão CDMA pode obter ganho de diversidade» de modo que a sensibilidade do receptor é aumentada» a capacidade do sistema é aumentada e o problema de não correspondência da performance do enlace ascendente e do enlace descendente ê resolvido. Novamente, como adotando a diversidade de tempo, um algoritmo relativamente simples de detecção conjunta pode ser utilizado, e desse modo, sem aumentar a quantidade total de cálculo, o método possuí uma performance antíinterferência mais forte» comparando com somente utilizar o algoritmo de detecção conjunta. O método da invenção também pode ser utilizado na BTS para aumentar o ganho da recepção.
Breve Descrição dos Desenhos [0021] A Figura 1 é um diagrama de blocos do algoritmo de detecção conjunta, [0022] A Figura 2 é um diagrama de estrutura de dados em rajada em um sistema de comunicação móvel CDMA TDD, [0023] A Figura 3 é um diagrama de blocos do método da invenção combinando a diversidade de tempo com a detecção conjunta. Modalidades da Invenção [0024] A presente invenção será agora descrita mais completamente daqui para frente com referência aos desenhos acompanhantes, nos quais as modalidades preferidas da invenção são apresentadas. Entretanto, esta invenção pode ser incorporada de várias formas diferentes e não deve ser construída como limitada às modalidades expostas aqui dentro; ao invés disso, estas modalidades são proporcionadas de modo que esta revelação seja meticulosa e completa e irá totalmente transmitir o escopo da invenção para os versados na técnica. Números iguais referem-se a elementos iguais por todas as partes. [0025] A modalidade pega o sistema CDMA Sincronizado por Divisão de Tempo (TD-SCDMA) como um exemplo. O sistema TD-SCDMA é proposto pela CWTS e é uma das Tecnologias de Transmissão de Rádio IMT-2000. [0026] A Figura 1 apresenta as etapas de implementação do algoritmo de detecção conjunta em um sistema TD-SCDMA. Suponha que dados originais enviados sejam d, uma matriz do sistema A representa o espectro de difusão, o amontoamento e as funções do canal espacial, n representa a mesma interferência de frequência entre células vizinhas e o ruído direto, então os dados e recebidos pelo equipamento usuário (receptor) podem ser expressos pela seguinte fórmula (1) e = Ad + n (1) [0027] A etapa 1 da Figura 1 representa resolver um valor estimado de resposta de impulso hj a partir dos dados de amostra recebidos e,. Em um sistema TD-SCDMA, a estrutura de dados em rajadas que define a parte mediana da sequência de treinamento para a estimativa de canal é apresentada na Figura 2. A parte mediana da sequência de treinamento está localizado em um largura de fenda de tempo (normalmente, ele é várias centenas de microssegundos e ele é 675as na Figura). Antes de depois da parte mediana da sequência de treinamento (ela tem o comprimento de 144 chips na Figura), existem os Símbolos de Dados (o comprimento é 352 chips na Figura). Quando rrij representa uma parte mediana da sequência de treinamento enviado por um usuário i, emid representa uma parte mediana da sequência de treinamento recebido e nm representa a interferência de ruído na parte mediana da sequência de treinamento, então existe a seguinte fórmula: (2) [0028] onde o símbolo ® representa convolução. [0029] O valor estimado da resposta de impulso de canal hj na extremidade de recepção do UE pode ser resolvido pela fórmula (3): hj = G'1 emid (3) [0030] A matriz G na fórmula (3) é uma matriz de coeficientes gerada por cada parte mediana da sequência de treinamento do usuário. [0031] Na Figura 1, as etapas 1 e 2 representam o procedimento para obter o valor estimado da resposta de impulso hj no lado do UE e o procedimento para gerar a matriz do sistema A, pelo h, obtido e o código de espectro de difusão do usuário UE, respectivamente. (A tecnologia de geração da matriz do sistema Aj está em outra patente de invenção do inventor). [0032] O propósito da detecção conjunta é estimar d de acordo com e e A. A etapa 3 na Figura 1 é uma implementação da detecção conjunta, isto é, estimar o sinal de envio. Existem vários algoritmos para implementar a estimativa de dest, os quais incluem: d„, = (diag(A'T A))'1 AtT e (4) ou dest= (AtT A)'1 A*J e (5) [0033] etc., onde T é um símbolo de matriz inversa, * é um símbolo de resolução de conjugação e diag é um símbolo de matriz diagonal. [0034] Pegando a fórmula (5) como um exemplo específico de algoritmo, descreve-se o método de combinação de diversidade de tempo com detecção conjunta. [0035] Referindo-se à Figura 3, o método da invenção, o qual combina diversidade de tempo com detecção conjunta, compreende as seguintes etapas: [0036] o UE pega a \- amostra do sinal recebido e no domínio de tempo e obtém os dados amostrados e,; [0037] pega a estimativa de resposta de impulso de um canal espacial de acordo com os dados amostrados e-, e obtém o valor estima- do da resposta de impulso de canal espacial hj; [0038] obtém a matriz Aj a parir do valor estimado de resposta de impulso de canal espacial obtido hj; [0039] repete as etapas 1), 2), 3) M vezes no total, isto é, após a amostragem M vezes de um sinal recebido, os dados amostrados podem ser expressos por e,, i = 1, ..., M. No sinal recebido, a parte correspondendo à parte mediana da sequência de treinamento pode ser expressa como emid-i, i = 1, ..., M. De acordo com a fórmula (3), após a amostragem do sinal recebido com M vezes, M valores estimados de resposta de impulso de canal espacial hj, i = 1, ..., M podem ser obtidos. Então, de acordo com os M valores estimados de resposta de impulso de canal espacial hj, M matrizes Aj podem ser obtidas; [0040] constitui uma matriz do sistema A pelas M matrizes A„ [0041] executa o algoritmo de detecção conjunta baseado na matriz do sistema A e obtém o valor estimado dos dados de envio originais. Se simplesmente utilizar a fórmula (4) para o cálculo, os M valores estimados dos dados de envio originais d,, i = 1, ..., M podem ser obtidos. Então, processa este M valores estimados dj com a seguinte fórmula: (6) [0042] Tomando uma decisão de acordo com o sinal de dsum, então um dado de envio original é recuperado. Com a fórmula (6), o ganho de diversidade é aumentado, mas ao mesmo tempo, a quantidade de operação é aumentada por M vezes. De modo a aumentar o ganho de diversidade e sem aumentar a quantidade de operações, a invenção aplica o seguinte método: Suponha: Asum = (A/, A2t, AMT)T (7) ®sum ~ (&1 > i ■■■! &M ) (8) [0043] Então, um valor estimado dos dados de envio originais po- de ser expresso como: (9) [0044] Comparando as Fórmulas (6) e (9), é visto que a fórmula (9) diminui muito o cálculo do inverso da matriz, a qual possui uma quantidade de operação maior. Portanto, a quantidade total de operação da fórmula (9) é mais diminuída comparando-se com a fórmula (6). [0045] Quando os tempos de amostragem M são maiores, a fórmula (4) combinando a diversidade de tempo com o algoritmo de detecção conjunta pode ser utilizada, isto é, (10) [0046] A quantidade de operação da fórmula (10) é menor do que a da fórmula (9). Quando M assume um valor apropriado, a quantidade de operação da fórmula (10) é esta próxima da quantidade de operação da fórmula(5), mas a performance da fórmula (10) é melhor do que da fórmula (5). [0047] A partir da análise acima, é visto que ao utilizar o método proposto pela invenção, para combinar a diversidade de tempo com o algoritmo de detecção conjunta, o problema não correspondido do ganho de recepção do enlace ascendente e do enlace descendente pode ser resolvido e a proporção de sinal para ruído de recepção do UE pode ser aumentada sem aumentar a quantidade de operação. Por consequência, em um sistema de comunicação móvel celular com espectro de difusão CDMA, a mesma multiplexação de frequência de células vizinhas é implementada sem diminuir a qualidade da comunicação. [0048] Apesar da modalidade da invenção ser projetada para um UE baseado em um sistema TD-SCDMA, ela pode ser diretamente utilizada em outros sistemas CDMA com modo TDD, tal como TDD UTRA, outro sistema TDD CDMA na IMT-2000. A invenção também pode ser diretamente utilizada na BTS do sistema TDD CDMA. Após a revisão apropriada, a invenção pode ser totalmente utilizada no UE e na BTS de outro sistema de comunicação móvel CDMA aplicando o algoritmo de detecção conjunta.
Claims (2)
1. Método de processamento de sinal para equipamento de usuário (UE) em um sistema de comunicação móvel com acesso múltiplo por divisão de código, que compreende: A. amostrar um sinal recebido em M vezes no domínio de tempo, então obter M dados amostrados ei; B. estimar a resposta de impulso de canal espacial para cada dado amostrado ej obtido em cada amostragem, então obter M valores estimados da resposta de impulso de canal espacial hj; C. obter M matrizes Aj a partir de cada valor estimado de resposta de impulso de canal espacial h, em que Aj representa o espectro de difusão, o amontoamento e as funções do canal espacial para o i-ésimo dado amostrado; D. constituir uma matriz do sistema A a partir das M matrizes A,; E. executar o algoritmo de detecção conjunta de acordo com a matriz do sistema A e obter um valor estimado de dados de envio originais dest, i = 1 ... M, caracterizado pelo uso das fórmulas: Asum = (Ai1, A2t... Amt)t, esum = (e/, e2T... eMT)T; e então
2. Método de processamento de sinal para equipamento de usuário (UE) em um sistema de comunicação móvel com acesso múltiplo por divisão de código, que compreende: amostrar um sinal recebido em M vezes no domínio de tempo, então obter M dados amostrados e,; estimar a resposta de impulso de canal espacial para cada dado amostrado e, obtido em cada amostragem, então obter M valores estimados da resposta de impulso de canal espacial hi; obter M matrizes A, a partir de cada valor estimado de resposta de impulso de canal espacial h,, em que A, representa o espectro de difusão, o amontoamento e as funções do canal espacial para o i-ésimo dado amostrado; constituir uma matriz do sistema A a partir das M matrizes A,; executar o algoritmo de detecção conjunta de acordo com a matriz do sistema A e obter um valor estimado de dados de envio originais dest, i = 1 ... M, caracterizado pelo uso das fórmulas: Asum = (A/, A2t... Amt)t, esum = (e/, e2T... eMT)T; e então
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