CN1694373A - 一种td－scdma***中解决多址干扰的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及移动通信技术领域中信号干扰的处理方法，尤其是指TD－SCDMA***中解决多址干扰的方法。它包括原来生成的正交可变扩频因子码，在原来的正交可变扩频因子码基础上，产生另一组正交可变扩频因子码，简称N－OVSF码；当码资源不足，已无其他码可以分配的时候，以新变化产生N－OVSF码，作为新增用户的扩频码，以缓解码资源的不足。该方法针对码资源不足这一现象，提出在保留按原来生成方式生成的正交可变扩频因子(OVSF)码的前提下，增加另一组新变化得到的码字，通过比较，分组的方式以实现增加码资源不足的情况，避免使用的辅扰码不完全正交导致多址干扰问题。

Description

一种TD-SCDMA***中解决多址干扰的方法

【技术领域】

本发明涉及移动通信技术领域中信号干扰的处理方法，尤其是指TD-SCDMA***中解决多址干扰的方法。

【背景技术】

TD-SCDMA是3G规定的陆地无线技术的主流之一。但由于3G***采用CDMA技术，即采用不同的扩频码字来区分用户，这就要求各用户的扩频码具有强自相关性和弱互相关性。实际上各用户间的互干扰不可能完全消失，所以CDMA***是干扰受限***，***的主要干扰是同频干扰，其中一种是由于CDMA***中无线通信信道的时变性和多径效应，形成小区内部干扰，包括同一个用户数据之间存在符号间干扰(ISI)及同小区内部其他用户信号造成的多址干扰(MAI)。

多址干扰的产生原因是由于所采用的用户码之间非理想的互相关函数所造成的。TD-SCDMA技术所采用的扩频码是一种正交可变扩频因子(OVSF)码，在这里用C_ch，SF，k表示。这可以保证在同步状态下，同一时隙上不同扩频因子的扩频码是正交的，相互间不会产生多址干扰。

从图1上可以看出，属于父子关系的各支之间不具有正交性，比如虚线框当中C_1，0、C_2，0、C_4，0…当其中任意一个码被使用，其他码就不能再被使用了。

由于扩频因子SF越小对应数据速率越高，因此高速数据用户接入数达到一定程度的时候，必然出现码资源不足的情况。但是，由于每个小区除了一个主扰码之外还有15个辅扰码，当资源不足时可以通过使用辅扰码缓解正交码资源不足的情况。因此，从理论上码资源不存在受限。但实际上由于辅扰码不完全正交，容易导致干扰的产生。

TD-SCDMA采用CDMA的多址接入技术，所以扩频是其物理层很重要的一个步骤。扩频调制(见图2)主要分为扩频和加扰两步。首先用扩频码对数据信号扩频，其扩频系数在1-16之间，扩频码是用来区分同一时隙中的不同用户。第二步操作是加扰码，扰码在上行方向用来区分用户，在下行方向用来区分小区。

扩频码的设计是码分多址接入方式的关键技术之一。具有良好的相关特性和随机性的扩频码对码分多址通信***是非常重要的，对***的性能具有决定作用，它直接关系到***的多址能力和抗干扰能力。

理想的扩频码主要应具有以下特性：足够多的地址码，尖锐的自相关特性和处处为零的互相关特性。

TD-SCDMA采用了多种不同的扩频码，每一个数据符号都要经过长度为1/2/4/8/16的扩频码扩频，再用长度为16的扰码对其结果加扰。扩频码和小区特定扰码的组合可以看作是一个用户和小区特有的扩频码。每个扰码对应一个特定的基本的MIDAMBLE码。相同资源的不同信道采用信道码区分，信道码是一个OVSF(正交可变扩频因子)码，扩频因子可以取1/2/4/8/16；不同基站采用下行导频中的PN码和长度为16的扰码来区分，不同的移动终端采用上行导频中的PN码，周期为16码片码和长度为144码片的MIDAMBLE玛(训练序列)序列来区分。

正交可变扩频因子(OVSF)码又可以称为信道化码，主要用于物理层的信道化操作，对物理信道比特进行扩频，以保持不同物理信道之间的正交性。正交可变扩频因子(OVSF)码可以用如图1所示的码树来生成。码树的每一级定义了长度为SF的信道化码，对应于扩频因子SF。

正交可变扩频因子(OVSF)码的生成方式如下：

C_ch，0，1＝1

$\left|\begin{array}{c}{C}_{\mathrm{ch},\mathrm{2,0}}\\ C_{\mathrm{ch},\mathrm{2,1}}\end{array}\right|=\left|\begin{array}{cc}{C}_{\mathrm{ch},\mathrm{1,0}}& C_{\mathrm{ch},\mathrm{1,0}}\\ C_{\mathrm{ch},\mathrm{1,0}}& -C_{\mathrm{ch},\mathrm{1,0}}\end{array}\right|=\left|\begin{array}{cc}1& 1\\ 1& -1\end{array}\right|$

依次类推

从正交可变扩频因子(OVSF)码的生成可以看出，码树的每一级都定义了扩频因子为SFk的码。不是每一个码都能在同一时隙中使用，也就是说，当一码已经在一个时隙中采用，则其父系上的码和下级码树路径上的码就不能在同一时隙中使用。

所以当SF越小，而高速数据用户接入数达到一定程度的时候，必然出现码资源不足的情况。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种TD-SCDMA***中解决多址干扰的方法，针对码资源不足这一现象，提出在保留按原来生成方式生成的正交可变扩频因子(OVSF)码的前提下，增加另一组新变化得到的码字，通过比较，分组的方式以实现增加码资源不足的情况，避免使用的辅扰码不完全正交导致多址干扰问题。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种TD-SCDMA***中解决多址干扰的方法，包括原来生成的正交可变扩频因子码，简称OVSF码，其特征在于：在原来的正交可变扩频因子码基础上，产生另一组正交可变扩频因子码，简称N-OVSF码；当码资源不足，已无其他码可以分配的时候，以新变化产生N-OVSF码，作为新增用户的扩频码，以缓解码资源的不足。

所述的新变化产生N-OVSF码是对正交可变扩频因子码产生矩阵的对角线进行变化。

将生成的新正交码与同一时隙中已经使用的OVSF码进行比较，去除重复的码，剩余的码将作为新用户的扩频码。

为了克服以上情况带来的多址效应，对用户数据进行分组，一组以OVSF码为扩频码的用户数据，而将超过可使用码资源情况下的新增用户分为新的一组，采用N-OVSF码作为扩频码的用户数据。

该用户数据分组步骤为：

(1)对发送端的数据的扩频码进行合理的小波重构，利用小波逆变换将用户数据信息集中在小波参数和尺度参数中；

(2)在接收端对接收到的信号进行小波变换，以提取尺度系数和小波系数中包含的不同用户信号，实现了对接收信号的分组。

在对发送数据的扩频码进行小波逆变换时候，分别对小波逆变换中的两个参数进行调整，对于使用以OVSF码为扩频码的用户数据，使其在扩频码的小波逆变换中的小波参数为零向量，而对于使用以N-OVSF码为扩频码的用户数据，使其在扩频码的小波逆变换中的尺度参数为零向量。

所述小波变换及小波逆变换过程中采用的是Haar小波。

一种TD-SCDMA***中解决多址干扰的方法，其特征在于：对原有的正交可变扩频因子码，简称OVSF码，进行重组，以产生新的一组正交可变扩频因子码，简称N-OVSF码，用于码资源不足时新增用户的括频码，在使用不同正交可变扩频因子码作为用户扩频码时，利用小波变换理论对用户数据进行分组，使得其在对应于使用不同扩频码用户的时候分别设定某一参数为零向量，而将使不同用户的信息分别集中在某一参数上，从而克服多址效应的产生。

【附图说明】

图1是正交可变扩频因子(OVSF)码树。

图2是TD-SCDMA***中扩频与扰码的流程示意图。

【具体实施方式】

本发明提供了一种TD-SCDMA***中解决多址干扰的方法，该方法的基本思想如下：

首先对正交可变扩频因子(OVSF)码的生成方式作如下变化：

$\left|\begin{array}{c}{C}_{\mathrm{ch},\mathrm{2,0}}\\ C_{\mathrm{ch},\mathrm{2,1}}\end{array}\right|=\left|\begin{array}{cc}{C}_{\mathrm{ch},\mathrm{1,0}}& C_{\mathrm{ch},\mathrm{1,0}}\\ C_{\mathrm{ch},\mathrm{1,0}}& -C_{\mathrm{ch},\mathrm{1,0}}\end{array}\right|=\left|\begin{array}{cc}-1& 1\\ 1& 1\end{array}\right|$

可以发现，对矩阵的对角线变化后，正交可变扩频因子(OVSF)码的码树上对应的信道化码变化为：

SF＝1时，C_ch，1，0＝(1)

SF＝2时，C_ch，2，0＝(-1，1)，C_ch，2，1＝(1，1)

SF＝4时，C_ch，4，0＝(1，-1，-1，1)，C_ch，4，1＝(-1，-1，1，1)

         C_ch，4，2＝(-1，1，-1，1)，C_ch，4，3＝(1，1，1，1)

SF＝8时，…

在这里，设此时的正交可变扩频因子码为：N-OVSF码。

为了避免码资源不足的情况出现，在对正交可变扩频因子码的生成过程中，以正交可变扩频因子(OVSF)码为主，N-OVSF码为辅。即在原来的生成方式的基础上，产生一组正交可变扩频因子(OVSF)码。当码资源不足，已无其他码可以分配的时候，以新变化产生N-OVSF码，作为新增用户的扩频码，以缓解码资源的不足。

通过两种码之间的比较，其性质是一样的。只不过，相对原来的正交可变扩频因子(OVSF)码，可以发现改变后的N-OVSF码不过是在码字顺序上发生了部分变动，而且在相同的SF时候，码字出现了重复。

设SF＝N，则重复的码字有N/2，所以将生成的新正交码与同一时隙中已经使用的OVSF码进行比较，去除重复的码。剩余的码将作为新用户的扩频码。

但是通过两种码树之间的比较和正交运算发现，N-OVSF码与OVSF存在部分树枝上的码不正交情况。主要原因是通过改变运算矩阵生成的作为新用户扩频码的N-OVSF码，是OVSF码中与N-OVSF码不重复的树枝码的倒置，所以使得它们之间的码树枝上的码以及后一级的码树枝上的码无法正交。

为了克服以上情况带来的多址效应，采用分组的想法，对用户数据进行分组，将超过可使用码资源情况下的新增用户分为新的一组，采用N-OVSF码作为扩频码。

分组的想法主要基于小波变换的算法。

小波变化是一个时间和频率的局域变换，通过对信号进行多尺度细化分析，从信号中提取所需信息。本文中对信号进行小波变换公式通过dwt( )符号表示，相应的小波逆变换公式通过d_wt ^-1( )符号表示。有两个系数在小波分析中非常重要：尺度系数和小波系数，这两个系数相对的各自函数可以产生一组用于分解和重构信号的函数族。

对接收到的信号e进行小波变换，在小波变换中，近似值是大的缩放因子产生的系数，为尺度系数，这里用c表示，代表了信号的低通分量，而细节值是小的缩放因子产生的系数，为小波系数，用d表示，代表了信号的高频分量。对信号e进行小波变换，使信号e分解成由尺度系数c和小波系数d两方面的表示，即[c，d]＝dwt(e)。式中：dwt( )是小波变换，c为尺度系数，代表了信号的低通分量，d为小波系数，代表了信号的高通分量。而且根据小波变换的理论，c和d的维数均小于e的维数。

为了在接收端实现用户信号的分组检测，即使小波变换中的尺度系数和小波系数分别包含不同的用户信号，必须在发送端对发送数据的扩频码进行合理的小波重构。小波重构利用的是小波逆变换公式，将小波逆变换中关键的两个参数：尺度参数和小波参数，对应于使用不同的扩频码用户的时候分别设为零向量，使不同用户的信息分别集中在某一参数上。这里推荐使用的是Haar小波。

以下将对分组步骤作简单阐述：

首先对发送端的数据的扩频码进行合理的小波重构，利用小波逆变换d_wt ^-1，小波逆变换同样包含了两个参量：尺度参量a和小波参量b。由于需要发送的用户数据包含了两组，一组以OVSF码(C_ch，SF，k)m为扩频码的用户数据，另一组以N-OVSF码(C_ch，SF，k)m’为扩频码的用户数据(即超过可使用码资源情况下的新增用户数据)，所以在对发送数据的扩频码进行小波逆变换时候，分别对小波逆变换中的两个参数分别进行调整，对于使用扩频码为OVSF码的用户数据，使其在扩频码的小波逆变换中的小波参数为零向量，而对于使用扩频码系数为N-OVSF码的用户数据时，使其在扩频码的小波逆变换中的尺度参数为零向量。这样通过小波逆变换后就可以得到重构的扩频码，分别以(C_ch，SF，k)2m和(C_ch，SF，k)2m’表示。

基本公式如下： $\left(C_{\mathrm{ch},\mathrm{SF},k}\right)2m=d_{\mathrm{wt}}^{-1}(\left(C_{\mathrm{ch},\mathrm{SF},k}\right)m,0)$ m为使用OVSF码的用户(1-1) $\left(C_{\mathrm{ch},\mathrm{SF},k}\right){2m}^{\text{'}}=d_{\mathrm{wt}}^{-1}(0,\left(C_{\mathrm{ch},\mathrm{SF},k}\right)m^{\text{'}})$ m’为使用N-OVSF码的用户(1-2)

式中，d_wt ^-1(a，b)是小波逆变换，a是尺度参数，b是小波参数。以上两式代表了对于使用扩频码为OVSF码的用户数据，小波逆变换中的小波参数调整为零向量，尺度参数调整为含有OVSF码的数据。而对于使用扩频码系数为N-OVSF码的用户数据时，小波逆变换中的尺度参数调整为零向量，小波参数调整为含有N-OVSF码的用户数据。

其次在接收端对接收到的信号e进行小波变换，由于在发送端经过小波逆变换后的不同的用户数据信号已经分别将数据信息集中在了小波参数和尺度参数中，所以在接收端通过小波变换，便可以提取尺度系数c和小波系数d中包含的不同用户信号，实现了对接收信号的分组。

假设在接收端接收到的信号为 $e=\underset{q=1}{\overset{Q}{\mathrm{\Σ}}}{\left(C_{\mathrm{ch},\mathrm{SF},k}\right)}_q{A}_q+n,$ A为信号功率，n为白噪声。Q为用户总数，即两组用户数(采用OVSF码的用户和采用N-OVSF码的用户数的总和)，对接收端收到的信号e进行小波变换，小波变换后的信号将通过其尺度系数和小波系数的两者的加权和共同表示，基本公式见(2)

$[c,d]=\mathrm{dwt}\left(e\right)=\mathrm{dwt}\left(\underset{q=1}{\overset{Q}{\mathrm{\Σ}}}{\left(C_{\mathrm{ch},\mathrm{SF},k}\right)}_q{A}_q\right)+\mathrm{dwt}\left(n\right)$

$=\underset{q=1}{\overset{Q}{\mathrm{\Σ}}}{A}_q\mathrm{dwt}{\left(C_{\mathrm{ch},\mathrm{SF},k}\right)}_q+\mathrm{dwt}\left(n\right)---\left(2\right)$

由于在接收到的信号e中存在的白噪声，所以对白噪声进行小波变换后，可表示成白噪声的尺度系数nc和白噪声的小波系数nd。见公式(3)

[nc，nd]＝dwt(n)  (3)

nc表示白噪声的尺度系数，nd表示成白噪声的小波系数。

相对于(1-1)和(1-2)两式的小波逆变换，重构后的扩频码用户数据可以利用相应的小波变换对数据进行还原。见公式(4-1)和(4-2)，即对(C_ch，SF，k)数据进行的小波变换。

dwt((C_ch，SF，k)2m)＝((C_ch，SF，k)m，0)，m为使用OVSF码的用户(4-1)

dwt((C_ch，SF，k)2m’)＝(0，(C_ch，SF，k)m’)，m’为使用N-OVSF码的用户(4-2)

利用小波变换公式可将小波逆变换后的数据进行还原的特点，将式(4-1)，(4-2)以及(3)代入上式(2)，使接收信号分解成不同函数的叠加，根据小波函数和尺度函数的特征和运行算法(小波函数和尺度函数已经分别包含了不同用户的数据)，从对接收到的信号e的小波变换公式(5)中分别提取，计算出相对的小波系数d和尺度系数c，见公式(6)。因为对于使用OVSF码的用户数据，其用户信息集中在尺度系数中，小波系数不含有其信息，而对于使用N-OVSF码的用户数据，其信息集中在小波系数中，尺度系数中不含有其信息。所以求得的尺度系数和小波系数就分别包含了不同用户数据信息，实现了分组功能。

$[c,d]==\underset{q=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{A}_q\mathrm{dwt}\left(d_{\mathrm{wt}}^{-1}(\left(C_{\mathrm{ch},\mathrm{SF},k}\right)m,0)\right)$

计算出尺度系数c和小波系数：

$c=\underset{q=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\left(C_{\mathrm{ch},\mathrm{SF},k}\right)}_m{A}_q+\mathrm{nc}$

从以上看出，用户信号被分为2组尺度系数c和小波系数d，尺度系数c对应扩频码采用OVSF码的用户信号，小波系数d对应扩频码采用N-OVSF码的用户信号。

综上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。

Claims (8)

1、一种TD-SCDMA***中解决多址干扰的方法，包括原来生成的正交可变扩频因子码，简称OVSF码，其特征在于：在原来的正交可变扩频因子码基础上，产生另一组正交可变扩频因子码，简称N-OVSF码；当码资源不足，已无其他码可以分配的时候，以新变化产生N-OVSF码，作为新增用户的扩频码，以缓解码资源的不足。

2、根据权利要求1所述的TD-SCDMA***中解决多址干扰的方法，其特征在于：所述的新变化产生N-OVSF码是对正交可变扩频因子码产生矩阵的对角线进行变化。

3、根据权利要求1或2所述的TD-SCDMA***中解决多址干扰的方法，其特征在于：将生成的新正交码与同一时隙中已经使用的OVSF码进行比较，去除重复的码，剩余的码将作为新用户的扩频码。

4、根据权利要求1或2所述的TD-SCDMA***中解决多址干扰的方法，其特征在于：为了克服以上情况带来的多址效应，对用户数据进行分组，一组以OVSF码为扩频码的用户数据，而将超过可使用码资源情况下的新增用户分为新的一组，采用N-OVSF码作为扩频码的用户数据。

5、根据权利要求4所述的TD-SCDMA***中解决多址干扰的方法，其特征在于：该用户数据分组步骤为：

(1)对发送端的数据的扩频码进行合理的小波重构，利用小波逆变换将用户数据信息集中在小波参数和尺度参数中；

(2)在接收端对接收到的信号进行小波变换，以提取尺度系数和小波系数中包含的不同用户信号，实现了对接收信号的分组。

6、根据权利要求5所述的TD-SCDMA***中解决多址干扰的方法，其特征在于：在对发送数据的扩频码进行小波逆变换时候，分别对小波逆变换中的两个参数进行调整，对于使用以OVSF码为扩频码的用户数据，使其在扩频码的小波逆变换中的小波参数为零向量，而对于使用以N-OVSF码为扩频码的用户数据，使其在扩频码的小波逆变换中的尺度参数为零向量。

7、根据权利要求6所述的TD-SCDMA***中解决多址干扰的方法，其特征在于：所述小波变换及小波逆变换过程中采用的是Haar小波。

8、一种TD-SCDMA***中解决多址干扰的方法，其特征在于：对原有的正交可变扩频因子码，简称OVSF码，进行重组，以产生新的一组正交可变扩频因子码，简称N-OVSF码，用于码资源不足时新增用户的括频码，在使用不同正交可变扩频因子码作为用户扩频码时，利用小波变换理论对用户数据进行分组，使得其在对应于使用不同扩频码用户的时候分别设定某一参数为零向量，而将使不同用户的信息分别集中在某一参数上，从而克服多址效应的产生。

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