CN101009508A - 蜂窝多载波电信系统中分离信号的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的各方面涉及蜂窝多载波电信系统，例如蜂窝OFDM系统。本发明的实施例目标是提供一种方法、计算机程序、计算机程序产品、终端设备和基站，通过它们能将这种多载波系统中的信号彼此分离开，即使其它信号或者甚至多个这种信号占据相同频带，也是如此。在一个实施例中，建议电信系统的小区使用彼此不同的导频系统，从而可在存储于终端设备内的导频系统的帮助下分离信号。

Description

蜂窝多载波电信系统中分离信号的方法

技术领域

本发明涉及蜂窝多载波电信系统，例如蜂窝OFDM系统。

背景技术

使用多载波传输的电信系统是众所周知的。它们使用多个电磁载波来传输信息，这些电磁载波也被称作子载波。例子有数字用户线(DSL)调制解调器或根据数字音频广播标准(DAB)来操作的系统。在这些例子中，传输是基于正交频分复用(OFDM)的。

近来，人们已讨论将多载波电信系统用于蜂窝移动无线通信。如同在所有蜂窝电信系统中一样，这将关注的焦点引向干扰问题。因为在蜂窝系统中，在某一距离内重用像频率或码字这样的资源，因此干扰可能会使信号接收失真。

发明内容

本发明的实施例的目的是提供一种使用多载波传输的蜂窝电信系统，其能分离不同的多载波信号。

由各独立权利要求的特征实现了这个目的。通过各从属权利要求的特征描述了所要求保护的发明的其它实施例。

本发明的一个方面涉及一种在蜂窝电信系统中分离电磁信号的方法。该信号包括多个不同频率的子载波。换言之，该电信系统是蜂窝多载波传输系统，例如OFDM系统。

该电信系统可包括适于通过所述信号与终端设备进行通信的基站或接入点。可以通过线缆交换信号或者通过空中接口以无线方式交换信号。在后一种情况下，该终端设备可以是诸如移动电话、膝上型计算机、笔记本计算机、个人数字助理(PDA)之类的移动终端设备或者是其它适于通过空中接口接收此信号的合适的电子设备。每个所述类型的设备可以使用在本说明书中所描述的实施例。

在本发明的这个方面的第一步中，接收混合信号，其包括第一信号S1和至少第二信号S2。虽然为了清晰起见下面只描述接收到两个信号的情况，但是对于本领域的普通技术人员而言很明显，本实施例也适用于接收到3、4、...、n个信号的情况，其中n是整数。

可以同时接收或者相差某个时间偏移量来接收两个信号S1和S2。在第一种情况下，两个信号的源(例如两个基站)可能是彼此同步的，在第二种情况下，可能是非同步的。这两个信号S1和S2与两个导频系统P1和P2相关联，这两个导频系统彼此不相同。

在本公开中，应当将信号理解为包括多个多载波符号，例如OFDM符号。每个多载波符号包括数据符号和导频符号。数据符号代表诸如语音数据、文本数据等用户信息，而导频符号由多载波接收设备用于信道估计。在物理层上，每个多载波符号的数据符号和导频符号由多个子载波来传送。在这个多载波符号内承载导频符号的子载波被称作导频并且具有称作导频频率的频率。术语“导频系统”描述了将导频符号分布在信号中的模式。

利用与第一信号S1相关联的导频系统P1上的信息解调混合信号S1+S2，并且利用与第二信号S2相关联的导频系统P2上的信息解调混合信号S1+S2，藉此这两个信号被彼此分开。这意味着，将导频系统用作特性特征以分离信号S1和S2。由于这两个信号S1和S2在时间和频率上占据相同的空间，因此它们的分离是基于除时间或频率外的差异，即导频系统。这被称作多用户检测。

上述实施例使得甚至能够分离强干扰信号，使导致产生重传或大范围前向纠错措施需求的错误概率最小化，并由此提高频谱效率。

在另一实施例中，S1和S2的导频系统定义不同子载波以承载导频符号。在这种情况下，由具有不同频率的导频来承载这两个信号的导频符号。第一信号S1具有至少一个该第一信号S1用来承载导频符号而第二信号S2没有使用的导频频率。

在另一个涉及同步的基站的实施例中，导频系统被临时去耦合(de-couple)，即导频系统的上述定义随时间发生变化。这包括两个导频系统的变化发生在不同时刻的可能性。

在另一个实施例中，导频系统彼此不相同，因为它们的导频符号是用码字集合中的不同码字推导出来的。在这种情况下，两个信号可能使用相同的导频频率来承载导频符号，但是导频符号彼此不相同。可以根据特定的码字系统来选择导频符号。每个小区可使用不同的码字，其使得能够分离从每个小区传输的不同多载波信号。

在另一实施例中，将信号的多个导频频率或其表示设置成矢量(导频矢量)，并且第一信号的导频矢量和第二信号的导频矢量是线性无关的。这个实施例利用了这样一个事实，即原则上，导频系统相互之间相差单个可以用某种方式或别的方式检测出来的特征就足够了。每个信号使用多个导频，并且可将它们的(导频)频率(或其表示)的集合以预定方式设置成矢量。这个矢量被称作导频矢量。一般说来，如果两个信号的导频矢量线性无关，则可通过所使用的导频系统将它们彼此分离。

如果导频矢量又彼此正交，则与分离具有非正交导频矢量的信号相比，信号分离变得更容易。

本发明的另一方面建议第一信号和第二信号源自两个不同的小区。在这种情况下，不同的小区使用不同的导频系统，并且上述实施例使得区别第一小区的第一信号和第二小区的第二信号成为可能。因此，可以实现蜂窝电信系统(可能是无线电信系统)中的信号分离。在第一小区中使用的子载波可以接着在第二小区中重用于同样的目的。换言之，可以实现值为1的频率重用。

如果电信系统的不同小区使用不同的导频系统，则该小区可使用不同的子载波来承载导频符号。在电信系统中，这可以通过使用一组为小区定义导频系统频率的规则来完成。由于可以实现值为1的频率重用，因此导频系统的数目远小于小区的数目。

在另一实施例中，第一信号和第二信号源自彼此比邻的两个小区。由于可以通过不同的导频系统将第一小区的第一信号与第二小区的第二信号彼此区别开，因此这一般可被用于能够接收到蜂窝电信系统的超过一个小区的信号的情况中。在实际条件中，对于源自两个相邻小区的信号，并且特别是当第一信号和第二信号源自彼此比邻的两个小区时，这种情况最有可能发生。

作为一个实际例子，第一信号S1可源自服务基站，从而第二信号S2可被看成干扰信号。由于可基于两个信号的导频系统将两个信号彼此分离，因此可以确定混合信号S1+S2中的干扰成份S2。作为结果，可以高质量地接收信号S1，且没有来自S2的扰乱噪声。作为事实，可以将这种情形推广至具有源自别的小区的其它信号S3、S4、...、Sn的情况，其中n为整数。在这种情况下，可以将其它干扰成份S3、S4、...、Sn与想要的信号S1分离开。

在一个示例性实施例中，该方法包括接收关于导频系统的信息的步骤。如可以从上面的解释中推导出来的那样，该方法可由设备(例如移动终端设备)来应用，其分离它所接收的例如来自不同小区的信号。当设备通过某种方式或别的途径知晓与它所接收的信号相关联的基本的导频系统时，这就可以实现。

为了该目的，可以将关于导频系统的信息永久地存储于设备的存储器单元中，例如存储在FPGA或ASIC中。当客户购买设备时，该设备(例如移动电话)可装备有这种存储器单元。另一种可能性是，该设备从电信系统接收这种信息。如果它是无线电信系统，则可以通过空中接口下载该信息。接着，可以将它存储在存储器单元中供未来使用，并且如果该无线设备在该电信系统内移动则可从基站对它进行更新。在后一种情况下，由于只需要知道来自邻近小区的关于导频系统的信息，因此只需要存储较少的信息。还可能使用这样一种方案，其中蜂窝通信系统的每个基站广播它自己的导频系统，例如使用通过广播信道的传输。接着，终端设备对该组基站进行估计，并且因此导频系统实际上可见了。

在另一实施例中，关于导频系统的信息将不同的导频系统归于电信系统的不同小区。在蜂窝电信系统中可以是这种情况，其中不同的小区具有不同的导频系统。

在又一实施例中，使用关于导频系统S1和S2的信息来估计第一信号和第二信号的多个信道的转移函数/单个信道的转移函数。这个过程被称作信道估计。信道是信道冲击响应的傅里叶变换。这个傅里叶变换被称作信道转移函数。当导频矢量是线性无关时，这总是可能的。接着，使用所有计算出的信道转移函数Hi(f,t)(索引i表示设备接收的混合信号中的信号，在当前的例子中i＝1，2)来解调混合信号，由此识别构成该混合信号的各个信号，并且由此分离出各个信号。

当设备接收混合信号S1+S2时，它可以使用至少两种方法来解调信号。

一种可能性是使用AWGN解调，其假设只有一个有用的信号S1存在并且除信道影响(impact)之外所有干扰S2、...、Sn可被建模为加性高斯白噪声。可以以引入某些统计标准，例如噪声S2、...、Sn的二阶瞬时建模，的方式来扩展这种解调方案，由此改进解调过程。

另一种可能性是执行多用户检测，其中整个解调过程基于将所接收的信号建模为由若干用户信号组成，其中每个用户信道都由其自己的传输信道造成失真。

在另一个实施例中，多用户检测是最大似然(ML)检测或者最大后验概率(MAP)检测。

在另一实施例中，信道估计的输出用作解调的输入。

另一个实施例在单个步骤中执行信道估计和解调。在这种情况下，执行联合的数据和信道估计，并且将对信道的估计内嵌到解调中。于是，不仅对用于数据的各种假设进行估计，而且还对用于信道的各种假设进行估计。

根据本发明的另一实施例，多用户检测方案基于最大似然检测或最大后验概率检测。在第一种情况下，可以使用维特比、软维特比和简化的维特比算法。在后一种情况下，可以执行完整的最大后验概率(MAP)或者缩减状态的MAP。

另一实施例使用迭代信道估计。迭代信道估计的概念特别适用于诸如OFDM系统之类的系统。信道估计从存储在设备中的已知导频系统开始。这允许完成第一解调步骤。基于针对数据符号的第一步估计，因为已知数据的范围已被扩大，所以可以改进信道估计。该所改进的信道估计允许完成第二改进的数据检测。更多迭代可接着进行。

根据另一实施例，执行基于Turbo概念的解调。在这种情况下，可以以迭代的方式将在解调过程中得到的信息与来自解码过程的反映了所使用的编码和交织方案的信息合并起来。

在另一实施例中，信号是OFDM信号。

应当强调，如上面在多个实施例中公开的信号分离不局限于信号的同步，例如信号源自的基站的信号的同步。尽管上述分离信号的方式在完全同步的情况中效果最佳，但是同步并不是先决条件。如果已知或者可以用合适的算法估计出时间和频率上的相关性，那么至少可以推导出次最优算法。结果导致增加的复杂度。在这种方式中，分离不局限于同步的基站。

如已经可以从上面的解释中推导出来的那样，该方法至少部分地通过驻留在设备中的计算机程序来执行，该设备例如是终端设备，其可以是移动终端设备。

根据本发明的实施例，导频系统定义不同的子载波以承载导频符号。特别地，导频系统可定义不同的子载波以承载导频符号，并且其中该定义随时间变化。另外，可从码字集合的不同码字推导出不同导频系统的导频符号。

根据本发明的实施例，将信号的多个导频频率或其表示设置成矢量(导频矢量)，并且第一信号的导频矢量和第二信号的导频矢量是线性无关的。

根据本发明的实施例，第一信号第二信号源自两个不同小区。特别地，第一信号和第二信号可源自两个彼此比邻的小区。

根据本发明的实施例，接收关于导频系统的信息，其中关于导频系统的信息可将不同的导频系统归于电信系统的不同小区。

可以用硬件、软件或者硬件和软件的组合来实现上述实施例。任何类型的计算机系统-或其它适于执行这里所描述的方法的设备都是合适的。一种典型的硬件和软件的组合可以是带有计算机程序的DSP(数字信号处理器)，当装载并执行该计算机程序时，该计算机程序控制该DSP使得其执行这里所描述的方法。本发明的各实施例还可内嵌于计算机程序产品，其包括使得能够实现这里所描述的方法的所有特征，并且当其被装载进计算机系统中时，其能够执行这些方法。

在本上下文中的计算机程序装置或计算机程序意指用任何语言、代码或符号表示法写出的一组指令的任何表达式，该表达式旨在使具有信息处理能力的系统直接地完成特定的功能，或者在下面两个动作中的任意一个之后或在下面两个动作之后完成特定的功能：a)转换到另一种语言、代码或符号表示法；b)以不同的材料形式再现。

本发明的其它实施例涉及基站和终端设备，它们中的每一个属于适于使用上述实施例的蜂窝电信系统，例如蜂窝OFDM系统。在操作中，基站和/或终端设备可包括用于运行上述计算机程序的计算机系统，例如DSP。

所要求保护的发明的这些和其它方面将参考此后描述的实施例进行阐明，并且这些和其他方面将据此变得很明显。应当注意，不应该将参考标记解释为限制本发明的范围。

附图说明

图1示出一个蜂窝通信网；

图2示出该蜂窝通信网中的多信号接收；

图3示出说明使用该方法来分离由终端设备接收的信号的流程图。

具体实施方式

图1示出了蜂窝多载波通信网1。网络1具有设置为六边形结构的小区2。中央小区具有导频系统P₀并且与六个小区2比邻，这六个小区2具有导频系统P₁至P₆。所有这些导频系统彼此不相同。如果移动终端位于两个小区间的边界线区域中的某个地方，则它除了接收服务小区的信号外还接收至少一个来自邻近小区的干扰信号。

图2更详细地示出这种干扰情况。基站3覆盖着第一小区2’并且使用导频系统P₁来发送信号S1。基站4覆盖着第二小区2”并使用导频系统P₂来发送信号S2。两个信号都是由基站3、4传输的OFDM信号，它们一般是不同步的。移动终端5，例如笔记本电脑、膝上型计算机、移动电话、PDA或任何其它适于接收和处理无线OFDM信号的电子设备，位于这两个基站3、4之间的重叠区域8。相应地，该移动终端5接收混合信号S1+S2。

每个信号S1和S2被接收为多个分量，该分量沿着物理上不同的传输路径行进。每个传输路径引起不同的信号失真。在图2中这由两个图示来指示，其示出对应于信号S1的信道转移函数H₁(f，t)，以及对应于信号S2的信道转移函数H₂(f，t)。因此，对于S1，i＝1，以及对于S2，i＝2。相对于频率f和时间t，绘出了每个信道的转移函数。如果H_i(f，t)是已知的，则可推导出原始信号，因为H_i(f，t)表示了信号沿着传输路径的失真。

移动终端5提供有与信号S1和S2相关联的导频系统。该导频系统被存储在终端设备5的存储器单元6内。可以通过空中接口从服务基站3接收它们。如果移动终端5在该蜂窝电信系统1内移动，则关于该导频系统的信息可被自动更新。在可能更新这种信息的情况下，只有少数导频系统需要被存储在存储器单元6内。作为一个例子，可能只存储与移动终端5所位于的小区相比邻的小区的导频系统。

终端设备5使用每个导频系统从混合信号S1+S2中估计出(也即计算)信道转移函数H_i(f，t)。这是通过DSP(未示出)来完成的。使用因此获得的H_i(f，t)，可以执行对信号S1和S2的分离。

在图3的流程图中说明了将信号S1与S2彼此分离的方式。

在步骤2中，由移动终端5接收混合信号S1+S2。该移动终端5在存储器单元6内具有关于导频系统P₁和P₂的信息。存储器单元6可以是FPGA。

在步骤4中，将关于信号S1的信息装载进例如RAM(随机访问存储器)这样的存储器7中。当解调开始时，关于S1的这个信息涉及导频系统P₁。

在步骤6中，导频系统P₁被用于从混合信号S1+S2中推导出第一信道转移函数H₁(f，t)。

在步骤8中，将关于第二信号S2的信息装载进RAM7中。当解调开始时，这个信息涉及导频系统P₂。

在步骤10中，从混合信号S1+S2中推导出第二信道转移函数H₂(f，t)。H₂(f，t)涉及S2，并且是通过使用P₂推导出的。该逐步处理意味着H₂(f，t)是在H₁(f，t)之后推导出的。然而，也可在单个组合步骤中来完成对H_i(f，t)的估计。

随着H_i(f，t)被计算出来，包含在混合信号内的所有信号可以被解调而且也可被分离开。基于有关原始信号的假设，参见步骤12，并且使用信道知识，可以对混合信号建模并且可选择最佳假设，参见步骤14。该处理的结果是被建模的信号S1和S2，参见步骤16。

在最后一幅图中概略给出的技术为大家所公知的并且存在于许多变体中。这样，可以使用基于最大似然(ML)检测或最大后验概略(MAP)检测的任何方法。随着根据所用算法的度量来选择最佳假设，所有信号被解调并由此被分离。

当开始解调时，如上所述来执行步骤2至16。可以以迭代的方式来执行处理。在这种情况下，解调的信号可被用于改进的信道估计。因此，在步骤16完成后，可以设想从步骤4开始重新迭代，然而这次使用整个信号而不只是导频作为步骤16的结果。若干次重新迭代是可能的。可以设想各种各样的标准用于决定进一步迭代，例如如果在两次迭代间信号S1和S2的改变小于阀值，则方法以步骤18结束。

也可用集成的形式来执行信道估计和解调步骤。这样，可以将步骤4和8集成到一个步骤。类似地，可以将步骤6、10和12合并到单个组合步骤中。

Claims (10)

1.一种在蜂窝电信系统中分离多个电磁信号的方法，所述多个电磁信号中的每个信号包括多个子载波，所述方法包括下面的步骤：

a)接收混合信号，所述混合信号包括所述多个电磁信号中的至少第一信号和至少第二信号，所述第一信号和所述第二信号与不同的导频系统相关联；

b)使用以下信息来解调所述混合信号：

b1)关于所述第一信号的导频系统的信息，以及

b2)关于所述第二信号的导频系统的信息；

藉此分离所述信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其中使用所述关于所述导频系统的信息来估计所述第一信号和所述第二信号的信道转移函数(信道估计)，并且其中基于所述信道转移函数来执行解调。

3.根据权利要求1所述的方法，其中基于AWGN解调或者基于多用户检测方法来解调所述混合信号。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述多用户检测是最大似然检测或最大后验概率检测。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述信道估计的输出用作解调的输入，或者在单个步骤中执行信道估计和解调。

6.根据权利要求1所述的方法，其中根据Turbo概念来合并信道估计、解调和解码功能。

7.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述第一信号和所述第二信号是OFDM信号。

8.一种存储在计算机可用介质上的计算机程序产品，其包括计算机可读程序装置，用于当所述程序在所述计算机上运行时使所述计算机执行根据权利要求1至7中任何一项所述的方法。

9.一种蜂窝电信系统中的终端设备，其适于执行根据权利要求1至7中任何一项所述的方法。

10.一种蜂窝电信系统中的基站，其适于执行根据权利要求1至7中任何一项所述的方法。

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