CN101056285B - 无线移动通信系统中的并行干扰消除信道估计方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种无线移动通信系统中的并行干扰消除信道估计方法与信道估计装置。在做无线信道估计时，首先根据接收信号，分别针对一个小区中的活动用户和其相邻小区中的活动用户进行信道估计；利用所得的信道估计值，可针对所述小区和其相邻小区中的每一个小区，在所述接收信号中消除来自于其它所述小区的邻小区干扰信号，然后，根据相应的消除干扰后的信号，再次分别针对所述小区中的活动用户和其相邻小区中的活动用户进行信道估计；如此迭代多次，每一次消除干扰后的信号都得到了进一步的修正，从而可使信道估计的精度在多次迭代的过程中逐渐提高，最终获得一个较为理想的信道估计性能，进而提高接收机的数据接收性能。

Description

无线移动通信系统中的并行干扰消除信道估计方法与装置

技术领域

本发明涉及一种无线通信技术，更具体的说涉及一种无线移动通信系统中的并行干扰消除信道估计方法与实现所述方法的信道估计装置。

背景技术

无线移动通信的性能主要受到无线信道的制约。在无线传播环境中，发射机与接收机之间的传播路径非常复杂，从简单的视距传播，到遭遇各种复杂的地貌和地物。无线信道不象有线信道那样固定并可预见，而是具有高度的随机性，为一种随机时变信道。

无线信号通过无线信道时会遭受来自于如下三方面的衰减损害：

1.路径损耗(Pathloss)，这是由于传播介质对无线电波所造成的传播损耗与弥散；

2.阴影衰落(Shadow fading)，这是由于传播环境中的地形起伏、建筑物及其他障碍物对电波遮蔽所引起的大尺度衰落(Large scale fading)。这种衰落速率较慢，又称为慢衰落；

3.多径衰落(Multipath fading)，这是由于移动传播环境的多径传播(Multipathtransmission)和多普勒频移(Doppler shift)效应而引起的小尺度衰落(Small scale fading)。由于其衰落速率较快，又可称为快衰落。多径衰落是无线信道特性中最具特色的部分。

从无线系统工程的角度看，路径损耗和阴影衰落主要影响到无线区域的覆盖，合理的设计总可以消除这种不利的影响。而多径衰落严重影响无线信号传输质量，并且是不可避免的。用户设备的天线一般比较低，无线信号在传输过程中会受到建筑群或地形的阻挡，发射信号要经过直射、反射、散射等多条传播路径才能到达接收端；而且，随着用户设备的移动，各条传播路径上的信号幅度、相位及时延随时随地发生变化。接收机天线将这样的多径信号合成后，形成了一个幅度和相位都急剧变化的接收信号。接收机在根据这样的接收信号对发射信号进行检测时，如果不能针对无线信道的多径衰落进行合理补偿，在对检测信号进行判决时势必产生错误，从而影响无线信号的接收性能。

同时，由于无线信道的多径传播和多普勒频移效应，无线信号经无线信道传输后将产生时延扩展和多普勒展宽，具体表现为时域中信号的持续时间变长以及频域中信号所占用的带宽变大。这将引起信号中的符号间干扰(ISI：Inter-symbol interference)，并且，在一个多用户的无线移动通信系统中，还将因此造成一个小区内的不同用户信号之间的多址干扰(MAI：Multiple access interference)和相邻小区内的不同用户信号之间的邻小区干扰(ACI：Adjacentcell interference)。这些干扰都将影响接收机对发射信号的正确检测和判决，致使无线信号的接收性能下降，从而使无线移动通信系统的性能受损。

上述无线信号通过无线信道时受到的衰减损害可以通过无线信道的信道冲激响应(Channel impulse response)进行描述。在目前提出的第三代无线移动通信系统中，一般采用发射导频序列(Pilot)或训练序列(Midamble)的方法来使无线信号的接收端根据所述的导频序列或训练序列对无线信道的信道冲激响应进行估计，从而在对发射信号进行检测的过程中，使用所述的信道估计值针对无线信道的信道特性进行补偿，降低发射信号检测和判决中的错误概率。同时，在无线信号的发射端使用直接序列扩频(DS-SS：Direct sequence-spreadspectrum)技术对信号频谱进行扩展，并在无线信号的接收端使用瑞克接收(Rake receive)技术对接收信号进行解扩，利用所述扩频信号经过多径传播后所产生的多径时延分量获得分集增益，使得无线信道的多径传播效应变害为利，减小符号间干扰对信号检测和判决过程的不利影响，从而改善无线信号的接收性能。更为重要的是，针对小区内的不同用户信号之间的多址干扰和相邻小区内的不同用户信号之间的邻小区干扰，在无线信号接收机中使用多用户检测(Multiuser Detection)技术对不同用户的发射信号进行联合检测(Joint Detection)，从而提高接收机抵抗多址干扰和邻小区干扰的能力，改善多用户无线信号的接收性能。

在上述的瑞克接收技术和多用户检测技术中，及时、准确地获得无线信道的估计值是这些技术发挥其优势的基础，否则，其技术效果将大打折扣。目前，现有技术中已经存在大量的信道估计算法，但这些算法普遍基于单用户的无线信号传输进行设计，当无线信号的传输过程中存在多址干扰和邻小区干扰时，只针对单用户的信道估计算法的性能会显著降低。还有一些信道估计算法中提出了针对一个小区内的多个用户同时进行信道估计，这种信道估计算法考虑了一个小区内的不同用户信号之间的多址干扰，因而可在一定程度上改善多用户无线移动通信系统中的信道估计性能。但是，当相邻小区内的不同用户信号之间存在较强的邻小区干扰时，所述针对一个小区内的多用户的信道估计算法只能将来自邻小区的干扰作为噪声来处理，依然不具有十分理想的性能。

因而，如何在一个多小区、多用户的无线移动通信系统中，当无线信号的传输过程中存在多址干扰和邻小区干扰时，及时、准确地获得针对每个用户的信道估计值是现有技术中需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的上述问题，提出一种无线移动通信系统中的并行干扰消除信道估计方法，可以在一个多小区、多用户的无线移动通信系统中，当无线信号的传输过程中存在多址干扰和邻小区干扰时，根据本发明的信道估计方法具有较为理想的信道估计性能，从而提高多用户无线信号的接收性能。

本发明的目的还在于提出一种无线移动通信系统中的并行干扰消除信道估计装置，用于实施根据本发明的信道估计方法。

上述的发明目的通过以下的技术方案加以实现：无线移动通信系统中的并行干扰消除信道估计方法，包括步骤如下：

(1)根据接收信号，分别针对一个被考察小区中的活动用户和所述被考察小区的至少一个相邻小区中的活动用户进行信道估计；

(2)分别根据相应的信道估计值，构造所述被考察小区和所述相邻小区的参考接收信号；

(3)针对所述被考察小区和所述相邻小区中的每一个小区，在所述接收信号中减去其余所述小区的参考接收信号，并将所述操作的输出信号作为所述小区的信道估计基准信号；

(4)分别根据相应的信道估计基准信号，针对所述被考察小区中的活动用户和所述相邻小区中的活动用户进行信道估计；

(5)重复执行步骤(2)、步骤(3)和步骤(4)，直至一个预设条件得以满足。

根据本发明的方法，在所述步骤(1)之前，首先在与所述被考察小区相邻的小区中选取至少一个距离所述被考察小区基站最近的活动用户，并将所述活动用户所在的小区作为所述的相邻小区。

根据本发明的方法，在所述步骤(1)之后，还包括步骤如下：

(1a)将所述各信道估计值进行比较，并且只选取至少一个对应于最强信道冲激响应功率的所述相邻小区作为参与后续步骤的相邻小区。

根据本发明的方法，针对所述被考察小区或所述相邻小区中的一个小区中的活动用户进行多用户信道估计。

根据本发明的方法，针对所述被考察小区或所述相邻小区中的一个小区中的活动用户分别进行单用户信道估计。

根据本发明的方法，基于所述活动用户的训练序列码进行信道估计。

根据本发明的方法，在所述步骤(5)中，所述的预设条件为预设的并行干扰消除最大迭代次数。

根据本发明的方法，还包括步骤如下：

(6)对针对所述被考察小区的信道估计值进行滤波。

无线移动通信系统中的并行干扰消除信道估计装置，包括：

信道估计单元，用于针对一个被考察小区中的活动用户或所述被考察小区的至少一个相邻小区中的活动用户进行信道估计；

参考接收信号构造单元，用于分别根据相应所述信号估计单元输出的信道估计值，构造所述被考察小区或所述相邻小区的参考接收信号；

干扰消除单元，用于针对所述被考察小区或所述相邻小区中的一个小区，在接收信号中减去其余所述小区的参考接收信号，并将所述操作结果输出以作为相应所述信道估计单元的信道估计基准信号。

根据本发明的装置，还包括：

滤波单元，用于对所述信道估计单元输出的信道估计值进行滤波。

附图说明

以下将通过具体实施例结合附图对本发明的目的及特性进行详细描述，这些具体实施例是说明性的，不具有限制性。

图1为根据本发明的信道估计装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心思想在于：考虑到无线移动通信系统中，一个小区中的不同用户信号之间存在的多址干扰，以及其相邻小区中的用户信号对所述小区内的用户信号所产生的邻小区干扰，在做无线信道估计时，首先根据接收信号，分别针对所述小区中的活动用户和其相邻小区中的活动用户进行信道估计；利用所得的信道估计值，可针对所述小区和其相邻小区中的每一个小区，在所述接收信号中消除来自于其它所述小区的邻小区干扰信号，然后，根据相应的消除干扰后的信号，再次分别针对所述小区中的活动用户和其相邻小区中的活动用户进行信道估计；如此迭代多次，每一次消除干扰后的信号都得到了进一步的修正，从而可使信道估计的精度在多次迭代的过程中逐渐提高，最终获得一个较为理想的信道估计性能。

在本发明中，所述的活动用户指与基站正在进行通信的用户，例如，进行语音通信或数据通信的用户。

在下述根据本发明的一个具体实施例中，将以时分-同步码分多址接入(TD-SCDMA)系统中的上行链路(用户设备至基站方向)信道估计过程为例，描述根据本发明的并行干扰信道估计方法的实施方式。

以一个小区作为被考察小区，则根据本发明的方法，所述被考察小区基站首先需要根据其接收到的上行链路信号，分别针对所述被考察小区中的活动用户和所述被考察小区的至少一个相邻小区中的活动用户进行信道估计。在执行这一步骤时，所述基站可以根据其接收设备的计算能力，在所述被考察小区的相邻小区中顺序或随机确定一个或一个以上的相邻小区。也可优选的，所述基站在执行所述步骤之前，首先借助于现有的全球定位系统(GPS)或者使用其它的定位方法来获知所述活动用户的位置，并进而计算出所述活动用户与其之间的距离；然后在所述步骤中，所述基站根据其接收设备的计算能力，在与所述被考察小区相邻的小区中选取至少一个距离其最近的活动用户，并将所述活动用户所在的小区作为所述的相邻小区。更进一步的，所述基站还可在执行所述步骤之后，将针对所述相邻小区的各信道估计值进行比较，再次对所选取的相邻小区进行筛选，只在其中选取至少一个对应于最强信道冲激响应功率的所述相邻小区作为参与后续步骤的相邻小区。通过所述的优选实施方式，优先针对可能对所述被考察小区的用户信号产生较强邻小区干扰的所述相邻小区的用户信号进行干扰消除，不仅可以使根据本发明的信道估计方法具有较为理想的信道估计性能，同时还可保证根据本发明的信道估计方法具有合理的计算复杂度。

在所述基站针对所述被考察小区中的活动用户或所述相邻小区中的活动用户进行信道估计时，可以使用任何现有的信道估计方法，针对一个所述小区中的活动用户进行多用户信道估计，或者针对一个所述小区中的各个活动用户分别进行信道估计。例如，使用基于傅立叶变换的快速信道估计方法针对一个所述小区中的活动用户进行多用户信道估计：由于在TD-SCDMA系统中使用了训练序列，且一个小区内的不同用户的训练序列码分别为一个基本训练序列码(Basic midambles)的不同循环移位(Cyclic shift)；同时，基于时域中的卷积运算与频域中的乘积运算之间的对应关系，因此，可以基于一个小区中各活动用户的训练序列码，通过以下表达式1快速获得针对所述各活动用户的信道冲激响应估计值，

$\hat{h}=\mathrm{IDFT}({\mathrm{\Λ}}^{-1}\·\mathrm{DFT}\left(e\right))$ 表达式1

其中，为了矩阵计算上的简便， $\hat{h}={[{\left({\hat{h}}^{\left(1\right)}\right)}^T,{\left({\hat{h}}^{\left(2\right)}\right)}^T,\·\·\·,{\left({\hat{h}}^{\left(K_m\right)}\right)}^T]}^T,$ K_m表示TD-SCDMA系统中一个时隙内最大可能的用户数；Λ表示一个对角矩阵，其对角线元素分别为基本训练序列码M _P经傅立叶变换后的各位，即λ^(l)＝(DFT(M _P))^(l)， ${\underset{\‾}{M}}_P=({\underset{\‾}{M}}_P^{\left(1\right)},{\underset{\‾}{M}}_P^{\left(2\right)},...,{\underset{\‾}{M}}_P^{\left(L\right)});$ e表示所述基站收到的用于信道估计的训练序列码信号向量。为了抑制噪声对信道估计值的不良影响，还可以对

进行门限滤波，即将

中的各元素分别与一个预设的门限值进行比较，低于所述预设门限值的元素被将被作为噪声，其值被设置为0；高于所述预设门限值的元素不发生变化，被作为所述活动用户的信道冲激响应估计值。

为了减轻所述基站接收设备的计算量负荷，对所述相邻小区的选取可以根据系统中的通信业务统计特征或用户移动的统计规律等条件，每隔一个预设的时间T进行一次，在每个预设的时间T内，可以认为对所述被考察小区产生较强邻小区干扰的所述相邻小区不发生变化。则相应的，在每个预设的时间T内，对矩阵Λ和对其求逆的计算可只进行一次；

然后，根据本发明的方法，分别根据相应的信道估计值，所述基站需构造所述被考察小区和所述相邻小区的参考接收信号。在本具体实施例中，即指将所述被考察小区中各活动用户和所述相邻小区中各活动用户的训练序列码分别与相应的所述信道冲激响应估计值相卷积。在得出所述被考察小区和所述相邻小区的参考接收信号后，所述基站将针对所述被考察小区和所述相邻小区中的每一个小区，在所述的上行链路接收信号中减去其余所述小区的参考接收信号，并将所述操作的输出信号作为所述小区的信道估计基准信号。

接下来，分别根据相应的信道估计基准信号，所述基站将针对所述被考察小区中的活动用户和所述相邻小区中的活动用户再次进行信道估计。在此步骤中，由于各所述的信道估计基准信号分别为进行了相应邻小区干扰消除后的接收信号，因此在此步骤中获得的信道估计值的精度相比于第一次所获得的信道估计值的精度将会有所提高。

根据上述步骤所更新的信道估计值，所述基站将再次构造所述被考察小区和所述相邻小区的参考接收信号，并根据更新后的各所述参考接收信号，再次针对所述被考察小区和所述相邻小区中的每一个小区进行邻小区干扰消除，以更新所述小区的信道估计基准信号。分别根据相应的更新后的信道估计基准信号，所述基站将针对所述被考察小区中的活动用户和所述相邻小区中的活动用户又一次进行信道估计。此次获得的信道估计值的精度相比于上一次所获得的信道估计值的精度又会有所提高。如此迭代执行，可使信道估计值的精度在多次迭代的过程中逐渐提高，由此，根据本发明的信道估计方法最终可获得一个较为理想的信道估计性能。

所述迭代执行的次数可根据信道估计性能的要求或所述基站接收设备的计算能力等，通过一个预设条件加以设定。当所述迭代执行的次数达到所述预设条件设定的一个并行干扰消除最大迭代次数时，所述迭代执行过程结束。根据最终获得的信道估计值，所述基站可使用多用户检测等接收技术对所述被考察小区中活动用户的数据进行接收。由于根据本发明的信道估计方法具有较为理想的信道估计性能，因而为所述用户数据的接收过程奠定了一个良好的基础。

图1中显示了用于实施根据本发明方法的信道估计装置的结构示意图。其中包括：信道估计单元，用于针对所述被考察小区中的活动用户或所述相邻小区中的活动用户进行信道估计；参考接收信号构造单元，用于分别根据相应所述信号估计单元输出的信道估计值，构造所述被考察小区或所述相邻小区的参考接收信号；以及干扰消除单元，用于针对所述被考察小区或所述相邻小区中的一个小区，在接收信号中减去其余所述小区的参考接收信号，并将所述操作结果输出以作为相应所述信道估计单元的信道估计基准信号。在上述根据本发明方法的具体实施方式中，在得出最终的信道估计值后，还可以使用现有的滤波方法对其进行滤波，以进一步提高所述信道估计值的精度。相应的，上述根据本发明的信道估计装置则可进一步包括滤波单元，用于对所述信道估计单元输出的信道估计值进行滤波。

由于受限于现有用户设备的计算能力，根据本发明的并行干扰消除信道估计方法可由基站设备在上行链路信道估计中进行实施。但是，随着技术的发展，当用户设备具有足够的计算能力时，基于相同的技术构思，根据本发明的并行干扰消除信道估计方法同样可由用户设备在下行链路信道估计中进行实施。同时，根据本发明的并行干扰消除信道估计方法并不只限于基于训练序列码进行，在一个不使用训练序列码序列或导频序列的移动通信系统中，根据本发明的思想，在本发明的具体实施过程中进行简单变化，即可基于发送数据的判决反馈信息完成信道估计过程。所述根据本发明的并行干扰消除信道估计方法中相邻小区的相关用户信息可以通过基站控制器获得。并且，本领域的技术人员应该不难看出，根据本发明的并行干扰消除信道估计方法和信道估计装置在使用多天线技术或多载波技术的无线移动通信系统中同样适用。

Claims (10)

1.无线移动通信系统中的并行干扰消除信道估计方法，其特征在于包括步骤如下：

(1)根据接收信号，分别针对一个被考察小区中的活动用户和所述被考察小区的至少一个相邻小区中的活动用户进行信道估计；所述的活动用户为与基站正在进行通信的用户；

(2)分别根据相应的信道估计值，构造所述被考察小区和所述相邻小区的参考接收信号；

(3)针对所述被考察小区和所述相邻小区中的每一个小区，在所述接收信号中减去其余所述小区的参考接收信号，并将所述操作的输出信号作为所述小区的信道估计基准信号；

(4)分别根据相应的信道估计基准信号，针对所述被考察小区中的活动用户和所述相邻小区中的活动用户进行信道估计；

(5)重复执行步骤(2)、步骤(3)和步骤(4)，直至一个预设条件得以满足。

2.根据权利要求1所述的信道估计方法，其特征在于在所述步骤(1)之前，首先在与所述被考察小区相邻的小区中选取至少一个距离所述被考察小区基站最近的活动用户，并将所述活动用户所在的小区作为所述的相邻小区。

3.根据权利要求1或2所述的信道估计方法，其特征在于在所述步骤(1)之后、步骤(2)之前，还包括步骤如下：

(1a)将所述各信道估计值进行比较，并且只选取至少一个对应于最强信道冲激响应功率的所述相邻小区作为参与后续步骤的相邻小区。

4.根据权利要求1所述的信道估计方法，其特征在于针对所述被考察小区或所述相邻小区中的一个小区中的活动用户进行多用户信道估计。

5.根据权利要求1所述的信道估计方法，其特征在于针对所述被考察小区或所述相邻小区中的一个小区中的活动用户分别进行单用户信道估计。

6.根据权利要求4或5所述的信道估计方法，其特征在于基于所述活动用户的训练序列码进行信道估计。

7.根据权利要求1所述的信道估计方法，其特征在于在所述步骤(5)中，所述的预设条件为预设的并行干扰消除最大迭代次数。

8.根据权利要求1所述的信道估计方法，其特征在于还包括步骤如下：

(6)对针对所述被考察小区的信道估计值进行滤波。

9.无线移动通信系统中的并行干扰消除信道估计装置，其特征在于包括： 

信道估计单元，用于针对一个被考察小区中的活动用户或所述被考察小区的至少一个相邻小区中的活动用户进行信道估计；所述的活动用户为与基站正在进行通信的用户；

参考接收信号构造单元，用于分别根据相应所述信号估计单元输出的信道估计值，构造所述被考察小区或所述相邻小区的参考接收信号；

干扰消除单元，用于针对所述被考察小区或所述相邻小区中的一个小区，在接收信号中减去其余所述小区的参考接收信号，并将所述操作结果输出以作为相应所述信道估计单元的信道估计基准信号。

10.根据权利要求9所述的信道估计装置，其特征在于还包括：

滤波单元，用于对所述信道估计单元输出的信道估计值进行滤波。 

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