CN101043502B - 使用连续干扰注销的上行链路信号接收方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种在基于OFDMA的无线传输系统中使用连续的干扰注销的上行链路信号接收方法和装置。该方法包括在暂时存储器中存储经由基站的天线接收并被模数转换的每个上行链路IF信号；分析存储在暂时存储器中的上行链路IF信号，确定要被恢复的终端；将要被恢复的终端的数据码元从时域转换到频域；对所转换的数据码元执行信道/相位校正；解调所述被校正的数据码元；确定是否存在要被恢复的终端；当存在要被恢复的终端时，从暂时存储的上行链路IF信号除去要恢复的所述终端的被解调的数据码元，接着更新上行链路IF信号；从而减少由在基于OFDMA的无线传输系统中构成上行链路信号的副载波的中心频率的偏差引起的终端的副载波的干扰。

Description

使用连续干扰注销的上行链路信号接收方法和装置

技术领域

本发明涉及一种在基于正交频分多址(OFDMA)的无线传输系统中使用连续干扰注销(SIC)的上行链路信号接收方法和装置。

背景技术

一般来说，正交频分复用(OFDM)是一种使用在相互正交的副载波上发送的载流信息的技术。

OFDM类似于频分复用(ODM)之处在于，它使用了许多的副载波。而且，OFDM考虑了由于它们的相互正交性而在副载波之间交叠的频谱，并且与FDM相比，具有高的带宽效率。

而且，OFDM传输系统使用OFDM码元，其长度比信道的脉冲响应显著地更长，使得它能抗多径衰落。此外，OFDM传输系统与单个载波系统相比，具有长的码元，使得它对于高速传输有优势。

基于OFDM的传统的传输系统一般来说包括OFDM发射机和OFDM接收机。

OFDM发射机将要发送的原始数据转换为OFDM码元，并且在射频载波上运载OFDM码元。OFDM接收机接收由终端的OFDM发射机发射的OFDM码元，并且恢复在发射阶段发射的原始数据。

在基于OFDM的商业化传输系统中，实现接收机比发射机更难，并且接收机的性能比发射机的性能对整个系统的传输性能施加更大的影响。这是因为发射机对信号失真没留有余地，因此产生具有高信噪(S/N)比的OFDM码元，同时接收机需要使用复杂的信号处理算法，以恢复由具有多径属性和不良的模拟分量的无线信道造成失真的信号。而且，信号处理算法需要依赖于每个系统来变化。

一般来说，接收机的性能随着其信号处理方案的复杂性增加而提高。然而，具有复杂性信号处理方案的接收机难以实现，并且它们的半导体组件的大小和功耗增加。

在产生OFDM信号时，因为期望的数据可以在每个副载波上运载，OFDM系统可以被用作多接入系统。多接入系统被称作为正交频分多址(OFDMA)系统。

在其中应用传统OFDMA的无线网络中，仅仅由基站的发射机产生下行链路信号，并且接收所产生的下行链路信号的每个终端解码所接收的信号，并且仅仅提取它自己的信息。

由基站接收的上行链路信号是由终端产生的信号的和，每个终端被分配了不同的副载波和不同的码元间隔。由于这个原因，基站的接收性能会被降低。

更具体来说，存在由不同终端用来产生OFDM信号的参考时钟频率的差，由此容易破坏构成上行链路信号的副载波之间的正交性。

由终端之间的参考时钟频率差引起的典型问题是在终端的传输载波频率之间失配。

假定上行链路被分配给两个或多个终端，交替地安置被分配给第一和第二终端的副载波，并且由每个终端产生的码元的长度固定其用T表示。

当在相邻的副载波之间的副载波间隔由式(1)表示时，正交性被维持。

Δf＝1/T    ......(1)

其中T是传输载波频率信号的码元长度。

可以发现，尽管每个副载波在每个终端中具有完全的正交性，但是所述终端的传输载波频率信号不匹配，因此在上行链路的信号中即终端的信号的和中的载波之间不维持Δf。

当构成上行链路信号的终端的传输载波频率信号之间的偏移产生时，构成上行链路信号的副载波之间的正交性被失真，因此在副载波之间的干扰产生，这直接降低了接收性能。

发明内容

本发明的一个方面提供了一种在基于正交频分多址(OFDMA)的无线传输系统中使用连续的干扰注销(SIC)的上行链路信号接收方法和装置，其能够改善由在基于正交频分多址(OFDMA)的无线传输系统中的不同终端之间的传输载波频率的偏移而使其正交性的传输载波频率信号的接收性能下降。

根据本发明的一个方面，提供了一种在基于正交频分多址(OFDMA)的无线传输系统中使用连续的干扰注销(SIC)的上行链路信号接收装置，所述上行链路信号接收装置包括：暂时存储器，用于暂时存储经由基站的天线接收并被进行模-数转换的每个上行链路中频(IF)信号；终端选择器，用于从被存储在暂时存储器的上行链路IF信号选择具有要被解调的数据码元的终端；数字信号处理器(DSP)，用于将所选择的终端的数据码元从时域转换到频域，校正被转换到频域的数据码元，解调该被校正的数据码元为原始数据，并输出该解调的原始数据；以及码元恢复器，用于从所述解调的原始数据恢复该数据码元，从被存储在暂时存储器的该上行链路IF信号除去被恢复的数据码元，并接着在暂时存储器更新上行链路IF信号。

按照本发明的一个方面，提供了一种在基于正交频分多址(OFDMA)的无线传输系统中使用连续的干扰注销(SIC)的上行链路信号接收方法，所述上行链路信号接收方法包括下列步骤：在暂时存储器中存储经由基站的天线接收并被执行模数转换的每个上行链路中频(IF)信号；分析被存储在暂时存储器中的上行链路IF信号，并确定要被恢复的终端；将要被恢复的终端的数据码元从时域转换到频域；对所转换的数据码元执行信道/相位校正；解调所述被校正的数据码元；确定是否存在另一个要被恢复的终端；以及当存在要被恢复的终端时，从暂时存储的上行链路IF信号除去要被恢复的所述终端的所述解调的数据码元，接着更新上行链路IF信号。

附图说明

结合附图参照下面的详细描述，对本发明的更透彻的理解、其伴随的许多优点将会明显并且会更好理解，在附图中：

图1图示了按照本发明基于正交频分多址(OFDMA)的无线传输系统中使用连续的干扰注销(SIC)的上行链路信号接收装置的结构；

图2图示了在基于OFDMA的无线传输系统中使用SIC的上行链路信号接收装置的码元处理器的处理步骤；

图3A图示了从第一和第二终端发射的上行链路中频(IF)信号；

图3B图示了第一终端的数据码元；

图3C图示了第二终端的数据码元；

图3D图示了从其中消除了第一终端的数据码元的上行链路IF信号；

图4是图示按照本发明在基于OFDMA的无线传输系统中使用SIC的上行链路信号接收方法的流程图；

图5是图示在图4中所示的基于OFDMA的无线传输系统中使用SIC的上行链路信号接收方法的处理的流程图；

图6A图示了在传统的基于OFDMA无线传输系统中使用SIC的上行链路信号接收方法和装置中均具有2345.005MHz的中心频率的第一和第二终端的被解调的数据码元；

图6B图示了在图4和图1中所示的基于OFDMA无线传输系统中使用SIC的上行链路信号接收方法和装置中均具有2345.005MHz的中心频率的第一和第二终端的被解调的数据码元；

图6C图示了在传统的基于OFDMA无线传输系统中使用SIC的上行链路信号接收方法和装置中分别具有2344.995MHz和2345.005MHz的中心频率的第一和第二终端的被解调的数据码元；

图6D图示了在图4和图1中所示的基于OFDMA无线传输系统中使用SIC的上行链路信号接收方法和装置中分别具有2344.995MHz和2345.005MHz的中心频率的第一和第二终端的被解调的数据码元。

具体实施方式

在下文中，将参照附图充分详细地描述按照本发明基于正交频分多址(OFDMA)的无线传输系统中使用连续的干扰注销(SIC)的上行链路信号接收方法和装置。下面描述的系统结构仅仅是落入本发明的范围内的一个例子。本领域技术人员应该理解，本发明决不局限于下面的公开。

图1图示了按照本发明的示范性实施例在基于正交频分多址(OFDMA)的无线传输系统中使用SIC的上行链路信号接收装置的结构。所述上行链路信号接收装置包括：暂时存储器100、终端选择器200、数字信号处理器(DSP)300和码元恢复器400。

暂时存储器100暂时地存储上行链路中频(IF)信号，每个中频信号通过基站的天线接收，并且在IF信号处理器10中进行模数转换。

终端选择器200根据存储于暂时存储器100的上行链路IF信号选择具有要解调的数据信号的终端。

而且，当将选择的终端的数据码元从时域转换为频域时，DSP 300校正对应终端被转换为频域的数据码元，将该被校正的数据码元解调为原始数据，并且输出该被解调的原始数据。

DSP 300包括快速傅立叶变换(FFT)部分310、信道/相位校正器320和解调器330。

FFT部分310将数据码元从时域转换为频域。

信道/相位校正器320校正在发送用于恢复的正交幅度调制(QAM)信号的终端和基站之间由无线信道的影响引起的相位失真，以及其他的物理缺陷。

解调器330确定所述QAM码元，以便使用硬件或软件补偿无线信道和其他物理缺陷的影响，解调该被确定的QAM码元，并且将其发送到诸如信道解码器这样的组件。

DSP 300将有关作为基站和终端的中心频率之间的差的偏差估计频率的信息提供给码元恢复器400。该偏差估计频率由式(2)给定。

$\widehat{f_C}=-\mathrm{angle}\left(\frac{P_{k,i}\×{P_{k,j}}^{*}}{2\mathrm{\π\Δn}{T}_S}\right)......\left(2\right)$

其中，

是在基站和终端之间的偏差值，P_k，i是位于第i个码元的副载波索引k的导频码元，Δn是在第i个码元和第j个码元之间的采样索引差，而T_S是采样周期。

DSP 300提供信道/相位校正信息到码元恢复器400。所述信道/相位校正信息由式(3)给定，

$\widehat{H_{k,i}}=\left(\frac{R_{k,i}}{P_{k,i}}\right)......\left(3\right)$

其中

是第i个码元的副载波索引k的信道估计值，而R_k，i是在输入的EFT值之间对应于第i个码元的副载波索引k的值。

当从解调的原始数据恢复数据码元时，所述码元恢复器400从存储在暂时存储器100中的上行链路信号IF信号中除去相应终端的被恢复的数据码元，接着在暂时存储器100更新上行链路IF信号。此时，所述码元恢复器400在频域按照式(4)使所述原始数据失真，如图2所示。

$\exp (-j2\mathrm{\π\Δ}{\hat{f}}_C{n}_i{T}_S)......\left(4\right)$

其中n_i是在第i个码元开始时的时间点处的采样索引。

所述码元恢复器400在时域按照等式(5)使所述原始数据失真：

$\exp (-j2\mathrm{\π\Δ}{\hat{f}}_{C}n{T}_S)......\left(5\right)$

其中n是采样索引(n＝0，1，2，…m)。

将不描述如上所述的每个组件的一般功能和详细的操作，而将关注点放在本发明的每个组件的操作上。

首先，当经由天线接收具有作为从第一终端1-1发射的发射载波的中心的频率的2345.005MHz和作为从第二个终端1-2发射的发射载波的中心频率的2345.005MHz的上行链路射频(RF)信号时，IF信号处理器10的低噪声放大器10对所述上行链路RF信号进行低噪声放大，以便恢复信号强度。

上行链路RF信号被乘以从第一局部振荡器提供的IF信号，并且由此被下变频到上行链路IF信号。

为了将上行链路IF信号分成I和Q信号，上行链路IF信号被乘以从第二本地振荡器提供的cos(2πfIFt)和-sin(2πfIFt)信号中的每个，并且对每个I&Q信号通过模数转换器(ADC)(未示出)。接着，将上行链路IF信号分割成基带的I信号和Q信号。

暂时存储器100暂时存储分成基带的I和Q信号的上行链路IF信号。此时，被存储在暂时存储器100的被划分的上行链路IF信号如图3A所示。

终端选择器200根据被存储在暂时存储器100的上行链路IF信号选择具有要被解调的数据码元的终端。此时终端选择器200根据第一到第n终端1-1到1-n的数据码元选择对应于具有最强信号强度的数据码元的终端。

假定第一终端1-1的数据码元从第一和第二终端1-1和1-2的数据码元选择，如图3B所示。

当将经由终端选择器200选择的第一终端1-1的数据码元从时域转换到频域时，DSP 300校正被转换为频域的第一终端的1-1的数据码元，解调该被校正的数据码元为原始数据，并输出该解调的原始数据。此时，DSP 300将有关偏移估计频率的信息提供给码元恢复器400，其中偏移估计频率信息是基站和第一终端的中心频率之间的差值。该偏移估计频率由等式(2)给定，第一终端用P_k，i表示。

DSP 300将信道/相位校正信息提供给码元恢复器400。所述信道/相位校正信息由等式(3)给定。

而且，当从第一终端的所述解调的原始数据恢复所述第一终端的所述数据码元时，码元恢复器400从存储在暂时存储器100中的上行链路信号IF信号除去第一终端的被恢复的数据码元，并在暂时存储器100更新除去第一终端的被恢复的数据码元后的上行链路IF信号。此时码元恢复器400在频域按照等式(4)使原始数据失真。

因此，在暂时存储器100中，第一终端1-1的数据码元被除去，同时第二终端1-2的数据码元被留下，如图3D所示。换句话说，第二终端1-2的最初的数据码元如图3C所示。然而，其中在第一和第二终端1-1和1-2之间发生干扰的部分从在暂时存储器100被更新的上行链路IF信号中被除去。

终端选择器200从暂时存储器100接收被除去第一终端1-1的数据码元的上行链路IF信号。

接着，终端选择器200选择第二终端1-2剩下的数据码元。如果存在其他终端的数据码元，则选择具有最强信号强度的数据码元。

当将经由终端选择器200选择的第二终端1-2的数据码元从时域转换到频域时，DSP 300校正被转换为频域的第二终端1-2的数据码元，将该被校正的数据码元解调为原始数据，并输出所述解调的原始数据。此时，所述DSP 300将有关偏移估计频率的信息提供给码元恢复器400，其中所述偏移估计频率信息是所述基站与所述第二终端的中心频率之间的差值。该偏移估计频率由等式(2)给定，其中P_K，L现在表示所述第二终端。

当从所述第二终端的所述解调的原始数据恢复所述第二终端的所述数据码元时，所述码元恢复器400从存储在暂时存储器100中的上行链路IF信号除去所述第二终端的被恢复的数据码元，并在所述暂时存储器100更新所述上行链路IF信号。此时，所述码元恢复器400在频域按照等式(4)使所述数据码元失真。

当每个终端的数据码元经由上述方法被恢复时，与使用传统的基于OFDMA的系统恢复的图6A的情形相比，能够得到如图6B所示的改善的SIC的结果。

另外，当所述第一终端1-1的数据码元的中心频率是2344.955MHz，并且第二终端1-2的数据码元的所述中心频率是2345.005MHz时，与使用传统的基于OFDMA的系统恢复的图6C的情形相比，能够得到如图6D所示的改善的SIC的结果。

按照本发明将参照图4描述在具有如上所述结构的基于OFDMA的无线传输系统中使用SIC的上行链路信号接收方法。

首先，当经由天线接收其中从第一终端1-1发射的发射载波的中心频率是2345.005MHz和从第二终端1-2发射的发射载波的中心频率是2345.005MHz的上行链路RF信号时，IF信号处理器10的低噪声放大器对所述上行链路RF信号进行低噪声放大，以便恢复信号强度。

接着，上行链路RF信号被乘以从第一本地振荡器提供的IF信号，由此被下变换为上行链路IF信号。

随后，为了将所述上行链路IF信号分为I和Q信号，所述上行链路IF信号被乘以从第二本地振荡器提供的cos(2πfIFt)和-sin(2πfIFt)信号中的每个，并通过每个ADC。接着，将上行链路IF信号的每个分成基带的I和Q信号。

为此，当经由基站的天线输入上行链路RF信号，并且接着输入通过每个ADC的每个上行链路IF信号I(n)+j1(n)时，上行链路IF信号被存储在暂时存储器(S1)。分析被存储在暂时存储器的上行链路IF信号，并确定要被恢复的终端(S2)。将所确定的终端的数据码元从时域转换为频域(S3)。对被转换为频域的终端的数据码元进行信道/相位校正(S4)。接着，解调被校正的数据码元(S5)。确定是否存在要被恢复的另一个终端(S6)。此时，在步骤S6，如果存在要被恢复的终端，则从暂时存储的上行链路IF信号除去所述终端的解调的数据码元，并接着更新所述上行链路IF信号(S7)。

现在参照图5详细地描述从暂时存储的上行链路IF信号除去所述终端的解调的数据码元，并接着更新上行链路IF信号的步骤(S7)。

首先，接收所述终端的原始数据码元输出(S71)。按对应于被恢复终端的信道/相位校正信息和偏移估计频率的数量在频域使原始数据失真(S72)。此时，该偏移估计频率由等式(2)给定。

所述被恢复终端的信道/相位校正信息由等式(3)给定。

接着，将在频域被失真的原始数据转换到时域(S73)。按对应于偏移估计频率的数量使被转换为时域的原始数据失真，并由此恢复所述终端的被解调的数据码元(S74)。在按照与被恢复终端的估计信道/相位校正信息和偏移估计频率相对应的数量在频域使原始数据失真的步骤中，按照等式(4)在频域使原始数据失真。

在按照对应于偏移估计频率的数量将转换到时域的原始数据码元失真并接着恢复该终端的解调的数据码元的步骤中，按照等式(5)在时域使原始数据码元失真。

接着，从上行链路IF信号除去所述终端的被恢复的数据码元，并在暂时存储器更新上行链路IF信号(S75)。

图6B示出了通过重复上述步骤恢复的所述终端的数据码元，而图6A示出了使用所述传统的基于OFDMA的系统恢复的所述终端的数据码元。明显地，与传统的技术相比，本发明产生了更好的SIC。

此外，图6B示出了通过重复上述步骤被恢复所述终端的数据码元，而图6A示出了使用传统的基于OFDMA的系统被恢复的终端的数据码元，此时第一终端1-1的数据码元的中心频率是2344.995MHz，并且第二终端1-2的数据码元的中心频率是2345.005MHz，明显地，在这种情况下，同样地，与传统的技术相比，本发明能够使SIC更好。

如上所述，根据在本发明的基于OFDMA的无线传输系统中使用SIC的上行链路信号接收方法和装置，可能减少由终端之间的在构成上行链路信号的副载波的中心频率的偏差引起的终端的副载波之间的干扰。因此与传统的技术相比，能够改善基站的接收性能，能够使通信更可靠。

尽管已经参照本发明的示范性实施例描述了本发明，但是，本领域技术人员将会懂得在本发明的精神和范围内，对所描述的实施例可以进行各种修改，本发明的范围由权利要求定义。

Claims (8)

1.一种在基于正交频分多址的无线传输系统中使用连续的干扰注销的上行链路信号接收方法，所述上行链路信号接收方法包括下列步骤：

在暂时存储器中存储经由基站的天线接收并被执行模数转换的每个上行链路中频信号；

分析存储在暂时存储器中的上行链路中频信号，并确定要恢复的终端；

将要恢复的终端的数据码元从时域转换到频域；

对所转换的数据码元执行信道或相位校正；

提供恢复的终端的偏移估计频率；

解调所述被校正的数据码元；

确定是否存在另一个要被恢复的终端；以及

当存在要被恢复的终端时，从暂时存储的上行链路中频信号除去要被恢复的所述终端的所述解调的数据码元，接着更新上行链路中频信号，

其中所述偏移估计频率如下式表达：

$\widehat{f_C}=-\mathrm{angle}\left(\frac{P_{k,i}\×{P_{k,j}}^{*}}{2\mathrm{\π\Δn}{T}_S}\right)$

其中是在基站和所述终端之间的偏移值，P_k，i是位于第i个码元的副载波索引k的导频码元，Δn是在第i个码元和第j个码元之间的采样索引，而T_s是采样周期，以及

其中被恢复终端的信道或相位校正信息由下式给定

$\widehat{H_{k,i}}=\left(\frac{R_{k,i}}{P_{k,i}}\right)$

其中

是第i码元的副载波索引k的信道估计值，而R_k，i是在输入的快速傅立叶变换值中对应于第i个码元的副载波索引k的值。

2.如权利要求1所述的上行链路信号接收方法，其中除去解调数据码元的步骤包括：

接收所述终端的输出原始数据码元；

在频域按照对应于被恢复终端的估计信道或相位校正信息和偏移估计频率的数量使原始数据失真；

将在频域被失真的原始数据转换到时域；

按照对应于终端的偏移估计频率的数量在时域使原始数据码元失真，并且恢复所述终端的解调的数据码元；以及

从被存储在暂时存储器的上行链路中频信号除去所述终端的被恢复的解调的数据码元，并且在所述暂时存储器更新上行链路中频信号。

3.如权利要求2所述的上行链路信号接收方法，其中按下式在频域使原始数据失真：

$\exp (-j2\mathrm{\π\Δ}\widehat{f_C}{n}_i{T}_S)$

其中n_i是在当第i个码元开始时的时间点处的采样索引。

4.如权利要求2所述的上行链路信号接收方法，其中按照下式在时域使数据码元失真：

$\exp (-j2\mathrm{\π\Δ}\widehat{f_C}n{T}_S)$

其中n是采样索引(n＝0，1，2，...m)。

5.一种在基于正交频分多址的无线传输系统中使用连续的干扰注销的上行链路信号接收装置，所述上行链路信号接收装置包括：

暂时存储器，用于暂时存储经由基站的天线接收并被进行模-数转换的每个上行链路中频信号；

终端选择器，用于从被存储在暂时存储器的上行链路中频信号选择具有要被解调的数据码元的终端；

数字信号处理器，用于将所选择的终端的数据码元从时域转换到频域，校正被转换到频域的数据码元，提供恢复的终端的偏移估计频率，解调该被校正的数据码元为原始数据，并输出该解调的原始数据；以及

码元恢复器，用于从所述解调的原始数据恢复该数据码元，从被存储在暂时存储器的该上行链路中频信号除去被恢复的数据码元，并接着在暂时存储器更新上行链路中频信号，

其中所述偏移估计频率如下式表达：

$\widehat{f_C}=-\mathrm{angle}\left(\frac{P_{k,i}\×{P_{k,j}}^{*}}{2\mathrm{\π\Δn}{T}_S}\right)$

其中

是在基站和所述终端之间的偏移值，P_k，i是位于第i个码元的副载波索引k的导频码元，Δn是在第i个码元和第j个码元之间的采样索引，而T_s是采样周期，以及

其中被恢复终端的信道或相位校正信息由下式给定

$\widehat{H_{k,i}}=\left(\frac{R_{k,i}}{P_{k,i}}\right)$

其中

是第i码元的副载波索引k的信道估计值，而R_k，i是在输入的快速傅立叶变换值中对应于第i个码元的副载波索引k的值。

6.如权利要求5所述的上行链路信号接收装置，其中该数字信号处理器提供信道/相位校正信息到码元恢复器。

7.如权利要求5所述的上行链路信号接收装置，其中所述码元恢复器根据下式在频域使原始数据失真：

$\exp (-j2\mathrm{\π\Δ}\widehat{f_C}{n}_i{T}_S)$

其中n_i是在当第i个码元开始时的时间点处的采样索引。

8.如权利要求5所述的上行链路信号接收装置，其中该码元恢复器按下式在时域使原始数据码元失真：

$\exp (-j2\mathrm{\π\Δ}\widehat{f_C}n{T}_S)$

其中n是采样索引(n＝0，1，2，...m)。

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