Патент на изобретение №2200365

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОРТОГОНАЛИЗАЦИИ СИГНАЛОВ МНОЖЕСТВЕННОГО ДОСТУПА С КОДОВЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ

(57) Реферат:

Изобретение относится к системам радиосвязи, более конкретно к системе связи множественного доступа с кодовым разделением каналов с непосредственной модуляцией последовательностью. При этом предложено использовать процедуры предварительной ортогонализации, например, для улучшения вычитания сигналов множественного доступа с кодовым разделением (МДКР) из составного сигнала с расширенным спектром или для улучшения обнаружения сигналов МДКР в составном сигнале с расширенным спектром. В соответствии с вариантами осуществления изобретения используется процедура ортогонализации Грэма – Шмидта для модифицирования сигнатурных последовательностей. Каждая связана с конкретным МДКР сигналом в составном сигнале с расширенным спектром. Эти модифицированные сигнатурные последовательности затем могут быть использованы для расширения корреляций исходных сигнатурных последовательностей в процедуре вычитания или в процессе обнаружения для улучшения характеристик обнаружения. Технический эффект состоит в том, что предварительная ортогонализация исключает или уменьшает формирование взаимных помех в режиме множественного доступа. 5 с. и 11 з.п.ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к системам радиосвязи и, более конкретно, к снижению влияния взаимных помех в режиме множественного доступа в системе связи множественного доступа с кодовым разделением каналов с непосредственной модуляцией последовательностью.

Методы множественного доступа с кодовым разделением каналов (МДКР) с непосредственной модуляцией последовательностью используются в сотовых системах радиосвязи и в системах персональной радиосвязи. При таком методе все сигналы совместно используют один и тот же спектр частот в одно и то же время. Например, предположим, что i-й пользователь пересылает информационный символ b_i путем передачи значения b_is_i(k), представляющего собой произведение информационного символа b_i и кода или сигнатурной последовательности s_i(k). Путем использования различных сигнатурных последовательностей для разных пользователей информационный символ конкретного пользователя может быть определен путем корреляционной обработки принятого сигнала с известной сигнатурной последовательностью пользователя. Поскольку эти коды редко являются ортогональными, разделение их оказывается несовершенным, в результате чего сигналы создают взаимные помехи один другому, снижая эффективность системы.

Один из способов, направленных на решение проблемы взаимных помех в системах МДКР, состоит в осуществлении некоторой формы субтрактивной (вычитательной) демодуляции, при которой каждый сигнал, начиная с самого сильного, демодулируется и затем вычитается из составного принятого сигнала. Если корректная амплитуда и фаза каждого сигнала известны, как и значение информационного символа, то вычитание является совершенным и вычитается только сигнал, представляющий интерес. Такой подход описан в работе A.J. Viterby, “Very low rate convolutional codes for maximum theoretical performance of spread-spectrum multiple-access channels”, IEEE J. Select. Areas Commun., vol.8, pp.641-649, May 1990.

На практике значения амплитуды, фазы и символа либо неизвестны, либо должны оцениваться, что приводит к увеличению ошибок оценки и, в конечном счете, к ошибкам вычитания. Возможным путем оценки этих значений является коррелирование принятых данных с известной сигнатурной последовательностью. При осуществлении вычитания в таком способе эффективно обнуляются все компоненты принимаемого сигнала, которые совпадают с исключаемым сигналом, в том числе малая доля всех других сигналов. Данная форма субтрактивной модуляции описана в патенте США 5151919. Возможно осуществление как параллельного, так и последовательного вычитания.

Так как оценки амплитуды, фазы и символа зашумлены, то возникают ошибки вычитания, которые могут накапливаться и приводить к снижению эффективности. В частности, замечено, что, когда исключается второй сигнал, в результирующем сигнале проявляется шум, который был совмещен с первым сигналом, который был исключен. Аналогичным образом, когда исключается третий сигнал, то проявляется шум, который был совмещен с первыми двумя сигналами. Таким образом, существует потребность в способе, позволяющем исключить или свести до минимума шум, обусловленный процессом вычитания.

Вышеуказанные и иные недостатки и ограничения обычных способов демодуляции сигналов МДКР преодолеваются в настоящем изобретении за счет использования процедуры предварительной ортогонализации. Эта процедура может быть использована, например, для улучшения вычитания сигналов МДКР из составного сигнала с расширенным спектром или для улучшения обнаружения сигналов МДКР в составном сигнале с расширенньм спектром.

В соответствии с вариантами осуществления изобретения используется процедура ортогонализации Грэма – Шмидта для модифицирования сигнатурных последовательностей, каждая из которых связана с конкретным МДКР сигналом в составном сигнале с расширенным спектром. Эти модифицированные сигнатурные последовательности затем могут быть использованы для расширения корреляций исходных сигнатурных последовательностей с принятым составным сигналом (т.е. для улучшения вычитания каждого МДКР сигнала) или в процессе корреляционной обработки для улучшения обнаружения. Предварительная ортогонализация в соответствии с изобретением исключает или уменьшает формирование шумов, которые могут возникать при использовании обычных способов демодуляции сигналов МДКР.

Вышеуказанные и иные задачи, признаки и преимущества изобретения поясняются в нижеследующем детальном описании, иллюстрируемом чертежами, на которых показано следующее:
Фиг.1 – геометрическое представление процесса вычитания;
Фиг. 2 – блок-схема, иллюстрирующая обработку сигнала в соответствии с возможным вариантом осуществления изобретения;
Фиг. 3 – блок-схема примера выполнения каскадного процессора согласно настоящему изобретению;
Фиг.4 – блок-схема другого примера выполнения каскадного процессора;
Фиг. 5 – блок-схема другого возможного варианта осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 6 – блок-схема еще одного возможного варианта осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 7 – блок-схема возможного варианта передатчика, соответствующего изобретению;
Фиг. 8 – блок-схема другого возможного варианта передатчика, соответствующего изобретению;
Фиг. 9 – диаграмма, иллюстрирующая синхронизацию символов в соответствии с возможными вариантами осуществления изобретения.

В соответствии с возможными вариантами осуществления настоящего изобретения используется метод предварительной ортогонализации, который основывается частично на процедуре Грэма – Шмидта ортогонализации последовательностей. Процедура Грэма – Шмидта описана детально ниже. Методы предварительной ортогонализации, в соответствии с настоящим изобретением, могут быть использованы двумя путями. Во-первых, эти методы могут улучшить вычитание за счет уменьшения ошибки вычитания в приемнике субтрактивной демодуляции. Во-вторых, эти методы могут быть использованы для улучшения обнаружения за счет исключения взаимных помех в процессе обнаружения путем корреляционной обработки принятого сигнала с использованием модифицированных сигнатурных последовательностей, которые ортогональны по отношению друг к другу.

Усовершенствованный метод вычитания описан ниже на примере, в котором принимаемый сигнал r(n) в течение заданного символьного периода состоит из трех сигналов:
r(n)=c₁b₁s₁(n)+c₂b₂s₂(n)+c₃b₃s₃(n), (1)
где c_i – комплексное усиление канала, которое моделирует амплитуду и фазу сигнала. Для простоты обсуждения предположим, что сигнал 1 является максимальным, сигнал 2 – вторым по величине и т.д.

При обычной субтрактивной демодуляции первый (максимальный) сигнал должен обнаруживаться и затем исключаться. Обнаружение осуществляется путем коррелирования принятого сигнала с комплексно сопряженным значением s_i(n) (сопряжение не требуется, если последовательность состоит из действительных значений, таких как 1). В результате получается статистика обнаружения z₁, которая может быть представлена в следующем виде:

хотя деление на N будет обычно опускаться при реализации с учетом уменьшения сложности системы. Символ * обозначает комплексное сопряжение. Эта статистика обнаружения может быть проанализирована путем подстановки уравнения (1) в уравнение (2), в результате чего получаем
z₁=c₁b₁+c₂b₂R₂₁+c₃b₃R₃₁, (3)

представляет взаимную корреляцию сигнатурных последовательностей а и b, а символ * обозначает комплексное сопряжение. Заметим, что первый член в уравнении (3), т.е. c₁b₁, представляет полезный сигнал, в то время как все остальные члены представляют взаимные помехи.

Демодуляция использует статистику обнаружения z₁ для определения информации, подлежащей передаче. Например, если c₁ известно или для него получена оценка, a b₁ есть 1, то z₁ может быть умножено на c₁* и знак реальной части произведения взят как обнаруженное значение b₁. Если используется дифференциальная модуляция, то z₁ может быть умножено на сопряженную величину предыдущего значения z₁ для определения переданной информации. В принципе, способ, которым используется статистика z₁ для определения информации, зависит от типа используемой модуляции и от возможностей приемника, как это очевидно для специалистов в данной области техники.

Для исключения сигнала 1 принятый сигнал коррелируется с s₁(n) для получения оценки амплитуды, фазы и значения символа вместе. Это статистика обнаружения z₁. Тогда принятый сигнал с исключенным из него сигналом 1, т.е. результирующий сигнал r₁, определяется следующим образом:
r₁(n)=r(n)-z₁s₁(n). (5)
Заметим, что все компоненты принятого сигнала, которые были выровнены с первым сигналом, удаляются, поскольку коррелирование r₁(n) с s₁(n) дает

Затем демодулируется и исключается сигнал 2. Статистика обнаружения для сигнала 2 получается путем коррелирования r₂(n) с s₂(n), так что

Эта статистика обнаружения может быть проанализирована путем подстановки уравнений (5), (3) и (1) в уравнение (7), в результате чего получим

где использовано свойство R_ba= R_ab*. Из уравнения (8) можно сделать следующие два вывода. Во-первых, сигнал 1 не интерферирует с сигналом 2, так как член c₁ отсутствует в окончательном выражении. Во-вторых, часть сигнала 2 была исключена, когда был исключен сигнал 1, что подтверждается вычитанием |R₂₁|² из сигнальной составляющей с₂b₂.

Затем из составного сигнала с расширенным спектром исключается второй сигнал, в результате чего формируется второй результирующий сигнал r₂(n) в следующем виде:
r₂(n)=r₁(n)-z₂s₂(n), (9)
Этот второй остаточный сигнал не содержит составляющих, совпадающих с сигнатурной последовательностью второго сигнала. Однако при формировании второго остаточного сигнала была введена энергия, совпадающая с сигнатурной последовательностью первого сигнала. Это можно видеть путем коррелирования второго остаточного сигнала с первой сигнатурной последовательностью, в результате чего получаем

Эта корреляция может быть проанализирована путем подстановки уравнений (9), (8), (5), (3) и (1) в уравнение (10), в результате чего получим

Заметим, что х не обязательно равно нулю, что указывает на то, что была введена энергия, совпадающая с первым сигналом. Таким образом, энергия, совпадающая с первым сигналом, больше не обнуляется, как это имело место после первоначального исключения первого сигнала в уравнении (5). Эта вновь введенная энергия не зависит от уровня первого сигнала, а зависит от уровней второго и третьего сигналов. Соответственно, при обнаружении третьего сигнала будет присутствовать интерференция, обусловленная вторым сигналом. Это можно видеть из статистики обнаружения третьего сигнала:

Эту статистику можно проанализировать путем подстановки уравнений (9), (8), (5), (3) и (1) в уравнение (12), в результате чего может быть получено

Заметим, что имеется интерференционный член, пропорциональный с₂ в уравнении (13), указывающий на то, что второй сигнал интерферирует с третьим, даже если вся энергия была обнулена соответственно сигнатурной последовательности второго сигнала путем формирования r₂(n) в уравнении (9).

Эту проблему можно представить геометрически, например, путем представления сигналов векторами. На фиг. 1 первые два сигнала (т.е. наиболее мощные два сигнала в составном сигнале с расширенным спектром) показаны в виде векторов v₁ и v₂. Второй сигнал v₂ также показан как сумма двух векторов-компонентов, один из которых (т.е. вектор 10) совмещен с первым сигналом v₁, a другой (т.е. вектор 12) ортогонален первому сигналу. Если первый сигнал исключается, то исключается также и составляющая второго сигнала, совпадающая с первым сигналом. Таким образом, вектор 10 исключается, а вектор 12 сохраняется. Вектор 12 также может быть выражен как сумма двух векторов-компонентов, например вектора 14, совмещенного с вторым сигналом v₂, и вектора 16, ортогонального второму сигналу v₂. Второй сигнал исключается путем исключения всех компонентов, которые совмещены с вектором v₂. Таким образом, вектор 16 исключается, но вектор 14 сохраняется, оставляя часть второго сигнала в остаточном сигнале. Заметим, что вектор 16 имеет ненулевую проекцию на вектор v₁, так что часть остаточной энергии второго сигнала совмещена с первой сигнальной осью.

С учетом этого векторного представления было бы предпочтительным, если бы при исключении второго сигнала исключалась вся энергия, совпадающая с вектором 12, а не вся энергия, совпадающая с вектором v₂. Это позволило бы исключить остаточную энергию второго сигнала, которая впоследствии обуславливает взаимные помехи. Заметим, что вектор 12 является частью вектора v₂, который ортогонален вектору v₁. Для определения этого компонента может быть использована процедура Грэма – Шмидта.

Процедура Грэма – Шмидта описана в разделе 4.7 монографии W.L. Brogan, Modem Control Theory, Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1982. Последовательности Грэма – Шмидта u_i(n) формируются из исходных сигнатурных последовательностей _i(n) в соответствии со следующей процедурой:
u₁(n)=t₁(n)=s₁(n); (14а)



Заметим, что
C(s_a,s_b)=N R_ab (16)
При вычитании сигнала может быть использована последовательность Грэма – Шмидта, так что процедура вычитания в соответствии с возможными вариантами осуществления настоящего изобретения определяется следующим образом:
r’_o(n)=r(n); (17a)
r’_i(n)=r’_i(n-1) – C(r’_i-1,u_i)u_i(n). (17b)
Возможный способ упрощения уравнения (17b) исходит из того, что член, содержащий корень квадратный из уравнения (14c), появляется дважды, поскольку u_i появляется дважды, поэтому уравнение (17b) можно записать в виде

что позволяет избежать функции, содержащей корень квадратный, которая может оказаться затруднительной для реализации. Второй подход к упрощению уравнения (17b) исходит из того, что коррелирование r’_i-1 с t_i есть то же самое, что и коррелированиe r’_i-1 с s_i. Это объясняется тем, что, как следует из уравнения (14b), _i можно выразить как s_i плюс компоненты по s_k, где ki-1 имеет нулевые компоненты по предыдущим сигналам, то корреляция с этими компонентами даст нуль. Таким образом, вычитание может быть представлено следующим образом:



Заметим, что z’_i может быть использовано как статистика обнаружения. Использование исходных сигнатурных последовательностей при формировании z’_i является предпочтительным, поскольку эти последовательности имеют в типовом случае значения 1, так что определение корреляции может быть осуществлено с использованием операций сложения и вычитания. Последовательность t_i(n) и ее автокорреляционная функция могут быть предварительно вычислены и запомнены в приемнике, как и последовательность t’_i(n).

Таким образом, в соответствии с возможными вариантами осуществления настоящего изобретения вычитание выполняется с использованием статистики обнаружения и модифицированных сигнатурных последовательностей, в которых модифицированные последовательности ортогональны одна другой. Ниже дана иллюстрация осуществления изобретения с использованием предыдущего примера. Первый сигнал демодулируется и исключается тем же самым путем, как описано выше, поскольку _i(n)=s₁(n). Однако второй сигнал исключается другим путем. Вместо использования уравнения (9) второй остаточный сигнал формируется следующим образом:

Из процедуры Грэма – Шмидта, описанной выше,

и
C(t₂, t₂) = N(1-|R₂₁|²). (24)
Таким образом, уравнение (22) можно проанализировать, подставляя уравнения (24), (23), (8) и (5) в уравнение (22), в результате чего получим

Анализ продолжается подстановкой уравнений (3) и (1) в уравнение (25) следующим образом:

Теперь будет показано, что r’₂(n) не имеет компонентов как по сигналу 1, так и по сигналу 2. Вычислим корреляцию r’₂(n) с сигналом 1, используя уравнение (26):

Вычислим корреляцию r’₂(n) с сигналом 2, используя уравнение (26):

Таким образом, новый остаточный сигнал r’2, полученный путем обработки сигнала в соответствии с данным вариантом осуществления настоящего изобретения, не имеет компонентов, совпадающих с сигналами 1 и 2. Кроме того, комплексные усиления c₁ и c₂ отсутствуют в окончательном выражении для r’₂ в уравнении (26). Следовательно, при обнаружении сигнала 3 отсутствуют взаимные помехи со стороны сигналов 1 и 2.

Пример осуществления системы, реализующей вышеописанную обработку сигнала, обеспечивающую улучшенное вычитание в процедуре предварительной ортогонализации, показан на фиг.2. Антенна 202 принимает радиосигнал, который обрабатывается процессором радиосигнала 204 для обеспечения комплексных значений выборок элементов кода в полосе модулирующих частот. Обработка радиосигнала, как показано блоком 204, хорошо известна в технике и включает фильтрацию, усиление, смешивание и дискретизацию. Полученный в результате сигнал полосы модулирующих частот подается на каскад 1 процессора 206, который формирует статистику обнаружения для сигнала 1, являющегося максимальным, т. е. z’₁, и остаточный сигнал r’₁, который представляет принятый сигнал, из которого исключен сигнал 1. Этот остаточный сигнал подается на каскад 2 процессора 208, который аналогичен каскаду 1 процессора 206, за исключением того, что он осуществляет аналогичные операции относительно сигнала 2. Специалистам в данной области техники должно быть ясно, что в приемнике, показанном на фиг. 2, может быть предусмотрено любое число каскадов обработки в зависимости от числа полезных сигналов, которые необходимо получить.

Блок-схема каскадного процессора показана на фиг. 3. Входной сигнал каскадного процессора коррелируется в корреляторе 302 с сигнатурной последовательностью, обеспечиваемой генератором последовательности 304. Поскольку эти последовательности в типовом случае содержат 1, то коррелятор 302 может быть реализован с использованием логических операций сложения и вычитания. Выходной сигнал коррелятора 302 представляет собой статистику обнаружения z’, которая используется в остальных блоках приемника для определения информации, передаваемой в соответствующем сигнале, и которая подается на блок расширения 306, где она расширяется с использованием модифицированной последовательности, обеспечиваемой генератором 308 модифицированной последовательности. Модифицированные последовательности t_i(n) могут генерироваться, как описано выше.

Поскольку статистика обнаружения и модифицированная последовательность являются небинарными, т.е. могут иметь значения 1, 2, 3 и т.д., то блок расширения 306 потребует выполнения операций умножения. Выходной сигнал блока расширения 306 подается на сумматор 310, который вычитает выходной сигнал блока расширения 306 из входного сигнала каскадного процессора, задержанного с помощью блока задержки 312. Выходной сигнал сумматора 310 представляет собой остаточный сигнал r'(n).

Другой вариант осуществления возможен в случае, когда сигнал полосы модулирующих частот запоминается в буфере. Когда остаточный сигнал сформирован, он используется для перезаписи принятого сигнала в буфере. Может использоваться двойная буферизация так, чтобы часть данных могла обрабатываться, в то время как другие данные принимаются.

Одним из факторов, которые следует учитывать при реализации, является то, что модифицированные последовательности t’_i(n) являются небинарными. Поэтому блок расширения 306 перемножает небинарные значения элементов кода на небинарную статистику обнаружения N раз, т.е. однократно на каждую выборку элементов кода. Количество перемножений может быть уменьшено за счет выражения t’_i(n) через коэффициенты a_ik и исходные последовательности в виде
t’_i(n)=a_iis_i(n)+a_i,i-1s_i-1(n)+…+a_i,1s₁(n). (29)
Тогда сигнал, который вычитается, будет представлен в виде
z’_it’_i(n)=z’_ia_iis_i(n)+z’_ia_i,i-1s_i-1(n)+…+z’_ia_i,1s₁(n). (30)
Таким образом, вычитание может быть выполнено путем формирования сначала только i произведений a_ikz’_i для k от 1 до i и затем выполнения вычитания путем суммирования или вычитания этих произведений из каждого принятого значения элемента кода, в зависимости от знака значений исходной сигнатурной последовательности. Эта форма вычитания, при которой вычитание i-го сигнала выполняется с использованием i вычитаний, может быть реализована последовательно или параллельно.

Последовательная форма этого выполнения каскадного процессора представлена на фиг. 4, на которой элементы, совпадающие с элементами на фиг.3, обозначены теми же ссылочными позициями. Входной сигнал коррелируется в корреляторе 302 с сигнатурной последовательностью, обеспечиваемой генератором последовательности 304. Результат представляет собой статистику обнаружения z’, которая запоминается в буфере 402. Затем для одной или более итераций выходной результат буфера 402 перемножается в умножителе 404 с коэффициентом, обеспечиваемым генератором 406 коэффициентов, для получения произведения, которое суммируется или вычитается в каждом элементе в управляемом накопителе 408 в зависимости от информации управления, обеспечиваемой генератором последовательности. В управляемом накопителе 408 имеется N элементов, по одному на каждую выборку элемента кода, которые первоначально загружаются принимаемыми выборками элементов кода. Выполняется итерация для каждого члена в правой части уравнения (30). После того как итерации завершены, накопленный результат с управляемого накопителя 408 выдается в качестве выходного сигнала.

Второй способ использования предварительной ортогонализации в соответствии с настоящим изобретением предназначается для улучшения обнаружения, так что вычитание сигналов может быть опущено. Основная идея состоит в том, чтобы обнаруживать сигналы с использованием модифицированных сигнатурных последовательностей, используя либо t_i, t’_i, либо u_i. Например, статистика обнаружения, согласно этому варианту осуществления, может быть записана в виде

Поскольку вторая модифицированная сигнатурная последовательность ортогональна первой последовательности, то тем самым исключаются взаимные помехи вследствие наличия первого сигнала. Аналогичным образом, третья модифицированная последовательность ортогональна первым двум.

Возможный вариант осуществления такого устройства обнаружения с использованием описанной предварительной ортогонализации показан на фиг.5. Антенна 202 принимает радиосигнал, который обрабатывается процессором 204 радиосигналов для получения комплексных значений выборок элементов кода в полосе модулирующих частот. Полученный сигнал полосы модулирующих частот подается на коррелятор 502, который осуществляет его корреляцию с модифицированной последовательностью, обеспечиваемой генератором 504 модифицированной последовательности. Полученный результат дает статистику обнаружения Z’ для конкретного сигнала. Поскольку выборки принятых данных являются небинарными и модифицированные последовательности также небинарны, то коррелятор 502 должен в типовом случае включать в себя умножители. Если обнаруживается более одного сигнала, то может использоваться множество корреляторов либо последовательно, либо параллельно. Как вариант, выходной сигнал процессора 204 радиосигнала может буферизироваться, так чтобы один и тот же коррелятор мог использоваться повторно с различными модифицированными последовательностями, соответствующими различным сигналам.

Одним из факторов, которые следует учитывать при реализации, является то, что модифицированные последовательности t’_i, t_i или u_i являются небинарными. Поэтому коррелятор 502 перемножает небинарные значения элементов кода на небинарные выборки принятых данных N раз, т.е. однократно на каждую выборку элементов кода. Количество перемножений может быть уменьшено за счет выражения модифицированной последовательности, например t’_i, через коэффициенты b_ik и исходные последовательности s(n) в виде
t’_i(n)=s_i(n)+b_i,i-1s_i-1(n)+…+b_i,1s₁(n), (32)
Подставляя уравнение (32) в уравнение (31), получим статистику обнаружения в виде
Z_i=y_i+b_i,i-1y_i-1+…+b_i,1y₁, (33)
где
Таким образом, статистика обнаружения может быть получена путем коррелирования данных с исходными последовательностями, что может быть реализовано с использованием операций сложения и вычитания, поскольку s_i(n) в типовом случае имеют значения 1. Затем окончательная статистика обнаружения получается путем суммирования у_i только с (i-1) произведениями b_iky_k для k от 1 до i-1. Таким путем можно уменьшить количество перемножений. Такой вариант обнаружения, при котором обнаружение i-гo сигнала выполняется с использованием (i-1) суммирований, может быть осуществлен либо последовательно, либо параллельно.

Заметим, что значения у_k не зависят от i, т.е. от обнаруживаемого сигнала. В действительности, y₁ есть статистика обнаружения для первого сигнала. Таким образом, при вычислении Z₂ необходимо значение у₂. Следовательно, значения y_k могут быть вычислены однократно, последовательно или параллельно, и запомнены в памяти (не показана) в приемнике. Кроме того, значения b_i,k зависят только от сигнатурных последовательностей, так что они могут предварительно вычисляться или вычисляться относительно редко. Следовательно, i-ая статистика обнаружения может формироваться путем коррелирования принимаемого сигнала с исходной i-й сигнатурной последовательностью и затем суммирования корреляционных членов с предшествующими статистиками обнаружения, которые были запомнены.

Другой возможный вариант осуществления улучшенного обнаружения с использованием предварительной ортогонализации в соответствии с изобретением, основанный на параллельной корреляционной обработке, но последовательном обнаружении, показан на фиг.6. Антенна 202 принимает радиосигнал, который обрабатывается процессором 204 радиосигнала для получения комплексных значений выборок элементов кода в полосе модулирующих частот. Полученный сигнал полосы модулирующих частот подается на набор корреляторов 302, которые коррелируют принятый сигнал с сигнатурными последовательностями, формируемьми генератором 304 последовательностей. В результате формируются значения корреляций y_k, которые запоминаются в буфере 602. Для обнаружения конкретного сигнала формируется набор произведений путем перемножения выходных результатов буфера 602 на параметры, обеспечиваемые генератором параметров 604 в умножителе 404. Эти произведения накапливаются в накопителе 606, который инициализирован в нулевом состоянии. Для обнаружения другого сигнала накопитель сбрасывается в нулевое состояние, и операции умножения и накопления повторяются в соответствии с другим сигналом.

В принципе схемы вычитания для МДКР сигналов могут быть реализованы в последовательной или в параллельной форме. Настоящее изобретение использует обе такие формы. Рассмотрим пример, в котором группа из К сигналов демодулируется параллельно. С использованием усовершенствованного метода обнаружения с предварительной ортогонализацией каждая сигнатурная последовательность будет предварительно ортогонализована по отношению к другим сигнатурным последовательностям в группе. Таким образом, будут использованы К процедур Грэма – Шмидта, каждая с различной последовательностью. Для специалистов в данной области техники должно быть очевидно, что настоящее изобретение может быть использовано и в других формах параллельного вычитания. Также на первом этапе рекурсивной схемы демодуляции может быть использован способ, описанный в работе V.K. Varanasi, B. Aazhang, “Multistate detection in asynchronous code-division multiple-access communications”, IEEE Trans. Commun. , vol.38, pp.509-519, Apr. 1990.

В то время как приведенные примеры соответствуют одной из форм МДКР с непосредственной модуляцией последовательностью, однако ясно, что настоящее изобретение применимо и к другим формам этого метода. В общем случае М-ичный символ для i-го пользователя, обозначенный b_i, может быть передан путем передачи одной из М возможных сигнатурных последовательностей, связанных с i-м пользователем, обозначенной s_i,k(n). Заметим, что вышеприведенные примеры представляли собой специальный случай, когда s_i,k(n) = b_is_i(n). В этих примерах, когда компоненты, совмещенные с s_i(n), обнуляются, эффективным образом обнуляются все компоненты по всем s_i,k(n), поскольку все s_i,k(n) пропорциональны s_i(n). Таким образом, обнуление не зависит от того, какой символ обнаруживается, исключая любой вид ошибки, обусловленной обратной связью для принятого решения.

Однако для общего случая указанное выше не обязательно имеет место. Имеются два подхода. В первом подходе обнуляется только обнаруживаемый сигнал, так что обнуление производится только по обнаруживаемым s_i,k(n), но не по всем другим последовательностям. Это минимизирует количество операций вычитания, но допускает возможность того, что будет обнулена ложная последовательность при обнаружении ложного символа. Данная характеристика может быть улучшена за счет задержки вычитания, пока дальнейшая обработка, такая как декодирование каналов, не будет применена для улучшения обнаружения. Имеется специальный случай, когда сигнал представляет собой известный пилот-сигнал, так что может вычитаться известная последовательность s_i,k(n), а не соответствующая обнаруживаемому сигналу.

При втором подходе обнуление производится по всем s_i,k(n) независимо от того, какая последовательность обнаруживалась. Преимущество данного подхода состоит в том, что такое решение исключает ошибочную обратную связь. Недостаток заключается в том, что на каждый сигнал должно быть осуществлено М вычитаний. Поскольку каждое вычитание также исключает малую часть остающихся сигналов, то это приводит к большим потерям в энергии остающегося сигнала. Гибридный подход может состоять в обнулении подмножества последовательностей s_i,k(n), такого как подмножество, соответствующее первой, второй и т.д. наилучшим статистикам обнаружения.

Другой специальный случай МДКР с непосредственной модуляцией последовательностью описан в вышеупомянутом патенте США 5151919. В этом способе для расширения спектра сигнала используется кодирование Уолша-Адамара (УА), и пользователи различаются за счет применения специфической для пользователя маски скремблирования для кодового слова УА. Настоящее изобретение может быть применено в этой системе с использованием ряда операций дескремблирования и преобразований Уолша. Поскольку М возможных кодовых слов УА занимают N-мерное пространство последовательности, то второй метод выполнения М вычитаний не возможен, поскольку не обеспечит обнуление всего принимаемого сигнала. Однако первый подход применим, при котором обнуление может выполняться либо в области кодов Уолша, либо во временной области.

Хотя была описана предварительная ортогонализация в приемнике, однако специалистам в данной области техники должно быть ясно, что предварительная ортогонализация может быть использована и в передатчике, так чтобы передаваемые сигналы были ортогональны, но не обязательно имели значения 1. Интересным случаем является использование пилот-сигнала, передаваемого вместе с одним или более пользовательских сигналов. Путем предварительной ортогонализации пользовательских сигналов по отношению к пилот-сигналу исключаются взаимные помехи от сигналов пользователей, так что приемник может принять более качественный пилот-сигнал и, следовательно, лучше оценить канал и синхронизацию. На приемном конце для целей обнаружения по-прежнему могут использоваться исходные сигнатурные последовательности.

Другое применение предварительной ортогонализации в передатчике обеспечивается на устранение взаимных помех между ячейками в сотовой системе. Последовательности, используемые в одной ячейке, которые могут быть ортогональными или модифицироваться для обеспечения их ортогональности, и могут быть сделаны ортогональными по отношению к последовательностям, используемым в одной или более соседних ячеек. Таким образом, модифицированные сигнатурные последовательности, используемые в соседних ячейках, не будут создавать взаимные помехи друг с другом или будут создавать такие помехи в существенно меньшей степени.

Пример выполнения передатчика с использованием предварительной ортогонализации показан на фиг.7. Источник информации 702 обеспечивает информацию, в типовом случае в виде двоичных информационных символов, которые должны передаваться. Эти символы расширяются по спектру в блоке расширения 704, использующем модифицированные сигнатурные последовательности, вырабатываемые генератором 706. Расширенный по спектру сигнал модулируется в модуляторе 708 и затем вводится в передающую среду с использованием передающей антенны 710. В типовом случае будет передаваться множество сигналов, как показано на фиг.8, где элементы, совпадающие с элементами, показанными на фиг.7, обозначены теми же самыми ссылочными позициями. Множество расширенных по спектру сигналов суммируются в сумматоре 807 перед их модуляцией и передачей.

До сих пор были приведены примеры, соответствующие случаю, когда все пользовательские сигналы синхронизированы. Однако встречаются ситуации, когда пользовательские сигналы не сихронизированы. Такой случай иллюстрируется на фиг. 9. В этом примере первый и второй символы пользователя А перекрываются с первым символом пользователя В. Возможный способ обеспечения улучшенной предварительной ортогонализации с использованием вычитания в случае асинхронных передач состоит в следующем. Во-первых, как первый, так и второй символы пользователя А будут обнаруживаться и исключаться из составного сигнала. Затем первый символ пользователя В будет обнаруживаться и исключаться. При исключении первого символа пользователя В предварительная ортогонализация будет выполняться по отношению к гибридной последовательности пользователя А, где гибридная последовательность получается с использованием последней части первого обнаруженного символа пользователя А и примыкающей к нему первой части второго обнаруживаемого символа пользователя А. С использованием улучшенной схемы обнаружения будет осуществляться аналогичная предварительная ортогонализация по отношению к гибридной последовательности.

Выше были приведены примеры для не избирательного по частоте канала, в котором отсутствуют эхо-сигналы вследствие временной дисперсии. На практике многие системы МДКР испытывают временную дисперсию. Способ предварительной ортогонализации легко может быть распространен на такой случай. Во-первых, должны формироваться статистики обнаружения для каждого отображения максимального сигнала, т.е. сигнала А, причем каждое отображение представляет собой лучевой сигнал или эхо-сигнал. Эти статистики затем будут комбинироваться с использованием, например, Rake-объединения (по методу “многоотводного приемника”) для формирования общей статистики для пользователя. Затем все или некоторые из лучей сигнала А будут исключены. Затем обнаруживается сигнал В. При исключении сигнала В предварительная ортогонализация осуществляться несколькими путями. Во-первых, каждый луч сигнала В может подвергаться предварительной ортогонализации по отношению ко всем лучам сигнала А и, возможно, по отношению к другим лучам сигнала В. Для уменьшения сложности может оказаться желательным выполнить предварительную ортогонализацию каждого луча сигнала В лишь с подмножеством других лучей, возможно, даже только с лучом сигнала А, который совмещен с лучом сигнала В, если он существует. Процедура продолжается затем для последующих сигналов. В то время как данный пример базируется на способе вычитания согласно изобретению, можно привести аналогичные примеры, базирующиеся на способе обнаружения.

В случае временной дисперсии предварительная ортогонализация может быть использована и другими способами. Во-первых, при формировании статистик обнаружения для каждого отображения или луча сигнала предварительная ортогонализация для обнаружения, согласно данному изобретению, может быть применена к различным сдвигам сигнатурной последовательности, препятствуя межлучевым или собственным помехам при формировании статистик. Во-вторых, при вычитании лучей из сигнала предварительная ортогонализация, улучшающая вычитание, может быть применена к различным сдвигам сигнатурной последовательности для исключения ошибки вычитания в последовательности вычитаний для одного сигнала. Предварительная ортогонализация может также быть полезной при обнаружении независимо от того, присутствует луч или нет. Например, сначала могут быть исключены известные лучи, а для обнаружения возможных лучей может быть использована модифицированная последовательность.

Настоящее изобретение может быть применено в различных системах, например в сотовых системах связи, в системах персональной связи. Оно также может быть использовано в системах пакетной радиосвязи, например системах, основанных на способе случайного доступа (системы ALOHA), так что когда возникают конфликтные ситуации при пакетной передаче, может обеспечиваться демодуляция более одного пакета. В то время как в вариантах осуществления изобретения были использованы методы обработки широкополосного сигнала, специалистам в данной области техники должно быть ясно, что настоящее изобретение может быть использовано и в методах обработки на промежуточной частоте, включая использование аналоговых устройств. Например, функция коррелятора может быть реализована на промежуточной частоте с использованием перемножителя и фильтра.

В то время как для пояснения изобретения выше были описаны возможные варианты его осуществления, следует иметь в виду, что изобретение не ограничивается этими вариантами и что специалистами в данной области техники могут быть внесены различные модификации. Настоящее изобретение охватывает все такие модификации, находящиеся в пределах сущности и объема изобретения, в том виде, как оно раскрыто и охарактеризовано в формуле изобретения.

Формула изобретения

1. Приемник, содержащий средство для приема составного сигнала, средство для обработки составного сигнала для формирования обработанного составного сигнала, средство для коррелирования обработанного составного сигнала с множеством сигнатурных последовательностей для формирования по меньшей мере одного значения корреляции, средство для обнаружения конкретного сигнала в составном сигнале с использованием упомянутого по меньшей мере одного значения корреляции, средство для модифицирования упомянутых сигнатурных последовательностей для формирования модифицированных сигнатурных последовательностей и средство для исключения упомянутого конкретного сигнала из обработанного составного сигнала с использованием модифицированных сигнатурных последовательностей.

2. Приемник по п. 1, отличающийся тем, что средство для модифицирования сигнатурных последовательностей содержит средство для ортогонализации упомянутого множества сигнатурных последовательностей по отношению к другим из упомянутого множества сигнатурных последовательностей.

3. Приемник по п. 2, отличающийся тем, что средство для ортогонализации использует процедуру Грэма – Шмидта для ортогонализации каждой из множества сигнатурных последовательностей.

4. Приемник по п. 1, отличающийся тем, что составной сигнал модулирован как сигнал множественного доступа с кодовым разделением (МДКР) с использованием непосредственной модуляции последовательностью.

5. Приемник, содержащий средство для приема составного сигнала, средство для обработки составного сигнала для формирования обработанного составного сигнала, средство для коррелирования обработанного составного сигнала с множеством сигнатурных последовательностей для формирования по меньшей мере одного значения корреляции, средство для обнаружения конкретного сигнала в составном сигнале с использованием упомянутого по меньшей мере одного значения корреляции и средство для исключения упомянутого конкретного сигнала из обработанного составного сигнала посредством последовательности вычитаний, причем указанная последовательность вычитаний выполняется с использованием коэффициентов, относящихся к модифицированной сигнатурной последовательности, связанной с упомянутым конкретным сигналом.

6. Приемник по п. 5, отличающийся тем, что содержит средство для генерирования упомянутой модифицированной сигнатурной последовательности путем ортогонализации сигнатурной последовательности, связанной с упомянутым конкретным сигналом, по отношению к другим из упомянутого множества сигнатурных последовательностей.

7. Приемник по п. 6, отличающийся тем, что средство для генерирования использует процедуру Грэма – Шмидта для ортогонализации упомянутой сигнатурной последовательности.

8. Приемник по п. 5, отличающийся тем, что составной сигнал модулирован как сигнал МДКР с использованием непосредственной модуляции последовательностью.

9. Приемник, содержащий средство для приема составного сигнала, средство для обработки составного сигнала для формирования обработанного составного сигнала, средство для аддитивного модифицирования сигнатурных последовательностей, связанных с сигналами, которые были объединены для формирования составного сигнала, средство для коррелирования обработанного составного сигнала с упомянутыми модифицированными сигнатурными последовательностями для формирования по меньшей мере одного значения корреляции и средство для обнаружения конкретного сигнала в упомянутом составном сигнале с использованием упомянутого по меньшей мере одного значения корреляции.

10. Приемник по п. 9, отличающийся тем, что средство для модифицирования содержит средство для генерирования упомянутых модифицированных сигнатурных последовательностей путем ортогонализации исходных сигнатурных последовательностей, связанных с упомянутыми сигналами, по отношению к другим из упомянутых исходных сигнатурных последовательностей.

11. Приемник по п. 10, отличающийся тем, что средство для генерирования использует процедуру Грэма – Шмидта для ортогонализации упомянутых сигнатурных последовательностей.

12. Приемник, содержащий средство для приема составного сигнала, средство для обработки составного сигнала для формирования обработанного составного сигнала, средство для коррелирования обработанного составного сигнала с сигнатурными последовательностями для формирования множества значений корреляции, средство для объединения упомянутых значений корреляции, соответствующих множеству сигнатурных последовательностей, для формирования по меньшей мере одной статистики, связанной с конкретным сигналом, и средство для обнаружения конкретного сигнала с использованием упомянутой по меньшей мере одной статистики.

13. Приемник по п. 12, отличающийся тем, что средство для объединения содержит средство для генерирования модифицированных сигнатурных последовательностей путем ортогонализации каждой из исходных сигнатурных последовательностей, связанных с упомянутыми сигналами, по отношению к другим из упомянутых исходных сигнатурных последовательностей.

14. Приемник по п. 13, отличающийся тем, что средство для генерирования использует процедуру Грэма – Шмидта для ортогонализации упомянутых сигнатурных последовательностей.

15. Передатчик, содержащий средство для модифицирования множества сигнатурных последовательностей для формирования модифицированных сигнатурных последовательностей, средство для расширения по спектру информации, использующее одну или более модифицированных сигнатурных последовательностей для формирования множества расширенных по спектру сигналов, средство для объединения расширенных по спектру сигналов для формирования составного расширенного по спектру сигнала и средство для модуляции и передачи составного расширенного по спектру сигнала.

16. Передатчик по п. 15, отличающийся тем, что средство для модифицирования сигнатурных последовательностей содержит средство для ортогонализации упомянутого множества сигнатурных последовательностей по отношению к другим из указанного множества сигнатурных последовательностей.

РИСУНКИ