CN101128056B - 一种协作式小区间干扰消除方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种协作式小区间干扰消除方法，包括：S102、基站协调器获取强干扰用户的特征信息；S104、基站协调器利用所述强干扰用户的特征信息，解调得到强干扰用户的信息；S106、基站协调器与基站基于强干扰用户的信息和强干扰用户的特征信息进行小区间干扰的消除。本发明方法考虑到了相邻小区的干扰信息的消除，因此能够更好的利用干扰信息，提高多用户分集增益，提高系统上行链路的容量。

Description

一种协作式小区间干扰消除方法

技术领域

本发明涉及移动通信领域，具体涉及一种协作式小区间干扰消除方法。

背景技术

目前宽带无线移动通信系统的核心技术包括DS-CDMA(DirectSequence Code Division Multiple Access，直扩码分多址)、MIMO(Multiple input Multiple output，空间复用多输入多输出)以及OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)等。3GPP2(The Third Generation Partnership Project 2，第三代合作伙伴计划2)的空中接口演进技术称为AIE(Air Interface Evolution)是其中之一，该技术利用了上述的几种关键技术，在高速数据传输方面进行了优化，能够很好地支持移动通信网络中各种类型的数据分组应用。其工作分为Phase1和Phase2两个阶段，其中Phase1完成多载波HRPD(High Rate Packet Data，高速分组数据)，主要目标是提高峰值数据速率并保持后向兼容，同时尽可能减小对基础硬件的影响，Phase2阶段的峰值数据速率目标是前向链路依据不同的移动性，可以支持100Mbps～500Mbps；反向链路支持50Mbps～150Mbps，同时降低系统时延。为了达到上述性能要求，系统中接收机的设计仍是提高容量与性能的重要手段。而接收机技术则主要集中在多用户联合检测方法。

MUD(Multi-user detection，多用户检测)是近十年来在相关检测基础上发展起来的一种有效的抗干扰措施，是CDMA通信系统中抗多址干扰的关键技术。同时，在多址技术的发展过程中，它也成为OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access，正交频分多址接入)以及多用户MIMO的检测技术。该技术具有优良的抗干扰性能，解决了远近效应问题，降低了系统对功率控制精度的要求，因此可以更加有效地利用上行链路频谱资源，显著提高系统容量。其中，IC(Interference Cancellation，干扰消除)是实际系统中常用的技术，其基本原理是利用已检测的信号重构期望用户的干扰信号，并从接收信号中删除。图1是蜂窝网络的基本结构，每个小区有K个用户，一般情况下，接收机只处理小区内的K个用户，而将小区间的用户干扰看作噪声处理，这样，不能达到很好的性能指标，因此要考虑小区间的干扰消除方法。在系统的反向链路中，基站只知道小区内(包括和本小区发生切换)的用户的特征信息，但是不知道邻近小区干扰用户(通常这些用户不具备和当前小区软切换的必要)的信息。因此，设计方法采用所有可知用户的信息执行干扰消除方法来抑制小区内用户的干扰，同时采用盲自适应方法来抑制小区间的用户干扰。盲自适应多用户检测器只需知道期望用户的扩频码及定时信息，就以实现对多址干扰的有效抑制，方法包括基于TH(Tank and Hopfield，神经网络)的盲多用户检测器，其通过采用TH神经网络来计算检测器的最优权值，从而了提高了检测器的收敛速度，具有良好的多址干扰抑制能力。另一种方法是基于子空间跟踪的盲线性多用户检测技术，从空间角度来研究线性盲多用户检测，利用子空间跟踪算法，只需知道期望用户特征波形和定时信息，就可以达到较低算法复杂度和较好的性能。还有ICA(Independent Component Analysis，独立分量分析)，将其用于盲多用户检测可以很好地利用CDMA系统中各用户信息间独立性这一特点，从而有效地消除多址干扰，缓解CDMA易受攻击的远近效应问题。CMA(Constant Modulus Algorithm，恒模算法)是一种广泛应用于阵列处理、均衡、多用户检测中的盲算法。这些盲多用户检测方法是目前解决小区间干扰的方法之一。但是，这类方法的复杂度一般都很高，不利于实际系统的实现。

发明内容

鉴于以上技术问题，本发明提供了一种协作式小区间干扰消除方法，在基本的干扰消除方法的基础上，利用一种基站协调器来协作处理小区间的强干扰用户，进行小区间的干扰消除。

为了解决上述技术问题本发明提供了一种协作式小区间干扰消除方法，包括以下步骤：

S102、基站协调器获取强干扰用户的特征信息；

S104、基站协调器利用所述强干扰用户的特征信息，解调得到强干扰用户的信息；

S106、基站协调器与基站基于强干扰用户的信息和强干扰用户的特征信息进行小区间干扰的消除。

进一步地，步骤S102之前还包括，系统初始化，使基站协调器和基站同步。

其中，步骤S102具体包括：

S202、基站协调器检测出强干扰用户，并通知其所在小区的基站将强干扰用户的特征信息传递给基站协调器；

S204、强干扰用户所在小区的基站将强干扰用户的特征信息传递给基站协调器；

S206、基站协调器接收强干扰用户的特征信息。

进一步地，步骤202中，基站协调器监测相邻小区的用户电平，当该用户电平大于预先设定的电平阈值时，则确定该用户为强干扰用户。

进一步地，强干扰用户的特征信息包括但不限于信道化码，扰码，导频信息以及编码调制方式。

进一步地，强干扰用户的特征信息还包括传输用户所占用的载波。

进一步地，强干扰用户的特征信息还包括相应的天线参数。

进一步地，强干扰用户的信息包括但不限于数据信息，语音信息以及信令信息。

其中，步骤S204中，进一步包括：

如果强干扰用户所在小区与基站协调器所在小区属于同一个基站控制设备控制，强干扰用户的特征信息通过基站控制设备传递给基站协调器；

如果强干扰用户所在小区与基站协调器所在小区属于不同的基站控制设备控制，强干扰用户的特征信息通过控制其基站的基站控制设备由核心网传递给基站协调器所在小区的基站控制设备，再传递给基站协调器。

进一步地，基站协调器利用导频集中一一对应的导频信号做信道估计，对强干扰用户的特征信息进行滤波、解调得到强干扰用户的信息。

本发明方法考虑到了相邻小区的干扰信息的消除，因此能够更好的利用干扰信息，提高多用户分集增益，提高系统上行链路的容量。

附图说明

图1为无线蜂窝网络基本结构图；

图2为无线蜂窝网络拓扑结构图；

图3为特征信息传递模式图；

图4为协调器功能与结构图；

图5为本发明方法的一个优选实施例的流程图；

图6为迭代干扰消除方法原理图；

图7为第m级PIC检测器；

图8为协作式接收系统模型。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。

本发明是在原有基站的基础上，设计了一个新的基站设备，称作基站协调器，其网络拓扑结构如图2所示。基站协调器可以监测相邻小区的用户，当其电平高于预先设置的门限(该门限值的设定可在系统规划过程中进行，一般应低于系统设置的软切换门限值：即该用户的干扰对邻近小区作用比较明显，但是还不必要进行切换)时，即标识为对期望小区的强干扰用户。强干扰用户分为A，B两种类型，其中类型A的干扰用户所在的小区与期望小区属于同一基站控制设备控制，而类型B的干扰用户所在的小区与期望小区属于不同的基站控制设备。如图3所示。在类型A的情况下，特征信息由同一基站控制设备传递给基站协调器，而类型B则通过核心网在不同的基站控制设备之间传递用户特征信息给相应的基站协调器，然后通过基站协调器与基站的协作来消除小区间用户的干扰信息，以此实现小区间的干扰消除，提高系统容量。

如图4所示，基站协调器定义为基站中的功能实体单元，其作用与一般接收机相同，通过MSC(Mobile Switching Center，移动交换中心)发送的信令控制其触发开关，并且利用来自MSC发送的强干扰用户特征信息来完成对相邻小区强干扰用户的解调，用以实现小区间干扰消除。

本发明优选实施例的具体流程如图5所示，包括以下步骤：

S501、在期望小区内，初始化系统，使得基站协调器与基站同步。

S502、基站协调器实时监测相邻小区的用户电平，并且与预先设定的电平阈值进行对比，该阈值可以由用户切换电平确定，即可以低于软切换阈值，也可以在网络规划与优化的过程中设定。若存在相邻小区用户电平高于阈值，则进行下一步，否则转到S506。

S503、标识电平高于阈值的用户，并且通知该用户所在的小区基站将其特征信息传递给基站协调器。其特征信息可以包括但不限于信道化码，扰码，导频信息以及编码调制方式等，这取决于系统所采用的无线多址接入方式。若为OFDMA接入，则还需要传输用户所占用的载波；若是MIMO系统，则还需要传输相应的天线参数。

S504、强干扰用户所在小区基站将强干扰用户的特征信息传递给基站协调器。

(1)类型A：该类型的强干扰用户所在的小区与期望小区属于同一个基站控制设备控制，这样，用户的特征信息可以通过基站控制设备传递给期望小区内的基站协调器。

(2)类型B：该类型的求强干扰用户所在的小区与期望小区属于不同的基站控制设备控制，这样，用户的特征信息可以通过控制其基站的基站控制设备1由核心网传递给期望小区的基站控制设备2，再由此传递给期望小区内的基站协调器。

由此，在期望小区的基站协调器中建立强干扰用户的导频集与扰码集(或相应的多址接入信息)，进而实现小区间干扰的解调与恢复。此外，这里的信息传递可以是相互的，即某用户所在小区和期望小区可能正好分别对应其他用户的期望小区和所在小区。

S505、基站协调器中接收到强干扰用户特征信息，利用导频集中一一对应的导频信号做信道估计，用相应的扰码集信息(或相应的多址接入信息)和编码调制方式对用户进行匹配滤波，解调得到强干扰用户的信息。若信道为多径信道，那么匹配滤波器相应的改为MRCRAKE接收机或者均衡器。

S506、基站与协调器协作实现小区间和小区内用户的干扰消除。若S502中判断没有相邻小区干扰，则该小区内用户进行迭代干扰消除；若S502中判断存在相邻小区干扰，则基站协同协调器进行小区间干扰用户与小区内用户联合的迭代干扰消除。干扰消除可以采用基本的串行或并行干扰消除方法。在这里使用基于Turbo解码的迭代干扰消除方法以提高系统性能。

S507、对输出的软信息进行硬判决得到输出数据。

上述优选实施例中的迭代干扰消除方法原理如图6所示，迭代多用户接收机通过交换多用户检测器和信道译码器间的软信息，可以达到接近于单用户的性能。该方法根据信道译码所获得的发送字符的先验信息，对匹配滤波器的输出向量进行软干扰消除。该方法基于PIC(Parallel Interference Cancellaion，平行干扰消除)和Turbo解码器，其中在每一个Turbo解码之后PIC执行迭代的干扰消除操作。在迭代多用户检测过程中，外信息由每一级检测和解码所决定并且将其用为下一次迭代的先验信息。具体的第m级PIC的处理如图7所示：

${\tilde{a}}_k^{\left(m\right)}=Y_k-{\hat{I}}_k^{\left(m\right)}$

${\mathrm{\Λ}}_{k,\mathrm{in}}^{\left(m\right)}={\mathrm{\Λ}}_{k,\mathrm{ex}}^{(m-1)}+{\mathrm{\Λ}}_{k,\mathrm{other}}$

${\mathrm{\Λ}}_{k,\mathrm{ex}}^{\left(m\right)}={\tilde{a}}_k^{\left(m\right)}.2\sqrt{E_{\mathrm{bk}}}/\left({\mathrm{\σ}}^2\right)={\tilde{a}}_k^{\left(m\right)}{\mathrm{\χ}}_k^{\left(m\right)}$

${\hat{a}}_k^{\left(m\right)}=\mathrm{sgn}\left\{{\mathrm{\Λ}}_k^{\left(m\right)}\right\}=\mathrm{sgn}\{{\mathrm{\Λ}}_{k,\mathrm{in}}^{\left(m\right)}+{\mathrm{\Λ}}_{k,\mathrm{ex}}^{\left(m\right)}\}$

其中，表示为用户k在第m级PIC输出的软判决值，Y_k为用户k的匹配滤波器输出。 ${\hat{I}}_k^{\left(m\right)}=\underset{j=1,j\≠k}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{E_{\mathrm{bj}}}{\hat{a}}_j^{(m-1)}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{jk}}$ 表示从其他用户的硬判决值计算得到的多址干扰估计值，ρ_jk是用户j和k的互相关系数。

是第m-1级PIC输出的硬判决值。

Λ_k，in ^(m)表示a的在第m级PIC所获得的先验信息，Λ_k，ex ^(m)表示第m级PIC所获得的外信息，Λ_k，other是从其他接收部分产生的a_k的可靠软信息。L_k(a_k)为a_k的先验信息：

$L_k\left(a_k\right)=\log \frac{p(a_k=+1)}{p(a_k=-1)}$

另外，在迭代的初始阶段，我们设定初始参数为： ${\tilde{a}}_k^{\left(0\right)}=Y_k,$ ${\hat{a}}_k^{\left(0\right)}\mathrm{sgn}\left\{Y_k\right\}$ 和 ${\mathrm{\Λ}}_{k,\mathrm{ex}}^{\left(0\right)}=0.$

小区内的用户包括2部分，一是只与本小区通信的用户，另一类是和本小区发生软切换的用户。对于后者，我们可以采用基于选择性合并的方式，即选择信噪比最高的支路信号作为输出信号。需要两个射频接收机，选择开关有瞬间滞后现象，另外一路的信号被完全放弃了，以此来选择用于小区进行干扰消除的信号，从而提高系统增益。由系统中的信号选择器在与用户通信的多个基站中选择最好的一路信号进行解码，然后将选择器选出的信号的解调信息传给与该用户通信的各个基站，作为该用户迭代干扰消除的信息，并且用该信息在各个通信基站内与其它用户一起进行迭代干扰消除。

本发明方法中的强干扰用户检测，具体可以包括如下步骤：

(1)移动台用户A(相对于目标小区1为干扰用户)按照系统预先设置的模式搜索导频信号并测量他们的强度，当移动台检测到某一个导频信号1(来自目标小区1)具有足够的强度(大于设定的阈值)，但并未与该导频对应的业务信道联系时，即说明移动台用户A对于该导频所标识的小区1是强干扰用户。

(2)移动台用户A向他所在小区的基站2发送导频强度测量消息，在该消息中列举了移动台用户所检测到的导频，标识强导频所对应基站1。

(3)基站2将移动台用户A的报告送往MSC，MSC则触发基站1基站协调器，用以检测相邻小区的强干扰用户A的信号。

(4)基站1利用检测到的强干扰用户信息协作实现干扰消除。

(5)若移动台用户A检测到导频信号1减弱，则说明该用户此时不具备强干扰条件，那么MSC告知基站1关闭基站协调器。

下面以简单的两个小区为例，进一步介绍本发明方法。

假设有两个小区，每个小区有1个用户。方法可以推广到多个小区，每个小区K个用户的情况。设定一个小区为期望小区，标记为小区a，另一个为干扰小区，标记为小区b，其中干扰小区中的用户电平高于设定的阈值，其发送/接收框图如图8所示，具体实施方式如下：

第一步：系统初始化，基站协调器获取基站的GPS(GlobalPositioning System，全球定位系统)，使其与基站同步。

第二步：a小区基站协调器实时监测b小区的用户电平，并且与预先设定的小区间强干扰阈值对比，判断小区b内存在一个强干扰用户。

第三步：标识电平高于阈值的用户，并且告知该用户所在b小区的基站将其特征信息传递给a小区的基站协调器。

第四步：b小区基站将所述强干扰用户的特征信息传递给所述基站协调器。

在这里以CDMA系统为例，其特征信息包括信道化码{PN₂(t)}，扰码{S₂(t)}，导频信息{PN_2，pilot(t)}，{Pilot₂}以及编码调制方式{payloadsize}。其中payloadsize是协议(C.S-0024)中定义的编码调制方式.

(1)类型A：若小区b与小区a属于同一个基站控制设备(如CDMA2000 1X EV-DO中为BSC)控制，用户的特征信息可以通过基站控制设备传递给小区a内的基站协调器。

(2)类型B：若小区b与小区a属于不同的基站控制设备控制，用户的特征信息通过控制其基站的基站控制设备2由核心网传递给基站控制设备1，再传递给小区a内的基站协调器。

由此，在小区a的基站协调器中建立强干扰用户的导频集与扰码集，以及信道化码集，由此实现小区间干扰的解调与恢复。

第五步：a小区的基站协调器接收到b小区的强干扰用户的特征信息，利用导频Pilot₂的导频信号与正交码PN_2，pilot(t)解扩并且做信道估计，得到干扰用户的信道信息h₂₁，而用干扰用户相应的扰码S₂(t)和PN₂(t)信息和编码调制方式对用户进行匹配滤波，解调得到y₂。

第七步：基站与协调器协作实现小区间与小区内用户的干扰消除。为简化模型，忽略扰码作用，并且假设信道为单径。

设等效的基带接收信号为：

r(t)＝h₁₁(t)x₁(t)PN₁(t)+h₂₁(t)x₂(t)PN₂(t)+n₁(t)

其中： $x_k\left(t\right)=\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{a}_k\left(l\right)p(t-l{T}_b),$ h_i，j(t)为信道系数，PN_k(t)为用户的信道化码，n(t)为高斯百噪声。

经过匹配滤波器，得到输出为：

$y_1=\underset{0}{\overset{T_b}{\∫}}r\left(t\right){\mathrm{PN}}_1\left(t\right)\mathrm{dt}=a_1{h}_{11}+a_2{h}_{21}{\mathrm{\ρ}}_{12}+n_1$

经过迭代干扰消除方法处理后的m级输出数据为：

${\tilde{a}}_1^{\left(m\right)}=y_1-{\hat{I}}_1^{\left(m\right)}$

${\mathrm{\Λ}}_{1,\mathrm{in}}^{\left(m\right)}={\mathrm{\Λ}}_{1,\mathrm{ex}}^{(m-1)}+{\mathrm{\Λ}}_{1,\mathrm{other}}$

${\mathrm{\Λ}}_{1,\mathrm{ex}}^{\left(m\right)}={\tilde{a}}_1^{\left(m\right)}.2/\left({\mathrm{\σ}}^2\right)={\tilde{a}}_1^{\left(m\right)}{\mathrm{\χ}}_1^{\left(m\right)}$

${\hat{a}}_1^{\left(m\right)}=\mathrm{sgn}\left\{{\mathrm{\Λ}}_1^{\left(m\right)}\right\}=\mathrm{sgn}\{{\mathrm{\Λ}}_{1,\mathrm{in}}^{\left(m\right)}+{\mathrm{\Λ}}_{1,\mathrm{ex}}^{\left(m\right)}\}$

其中 ${\hat{I}}_1^{\left(m\right)}={\hat{a}}_2^{(m-1)}{h}_{21}{\mathrm{\ρ}}_{12},L_1\left(a_1\right)=\log \frac{p(a_1=+1)}{p(a_1=-1)}$

一般，我们采用3级迭代的PIC，对于每一级迭代的Turbo解码迭代次数为2。

${\hat{a}}_k^{\left(3\right)}=\mathrm{sgn}\left\{{\mathrm{\Λ}}_k^{\left(3\right)}\right\}=\mathrm{sgn}\{{\mathrm{\Λ}}_{k,\mathrm{in}}^{\left(3\right)}+{\mathrm{\Λ}}_{k,\mathrm{ex}}^{\left(3\right)}\}$

经过上面的步骤，即实现了基于基站协调器的迭代式小区间干扰消除方法，由于其考虑到了相邻小区的干扰，并且与小区内的用户做联合的迭代干扰消除，因此能够更好的利用干扰信息，提高多用户分集增益，提高系统上行链路的容量。同时，对于OFDMA和多用户MIMO等多址接入系统，同样可以采用本发明方法实现小区间的干扰消除。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种协作式小区间干扰消除方法，其特征在于，包括以下步骤：

S102、基站协调器获取强干扰用户的特征信息；所述基站协调器为独立于基站控制设备的功能实体单元；

S104、所述基站协调器利用所述强干扰用户的特征信息，解调得到强干扰用户的信息；

S106、所述基站协调器与基站基于所述强干扰用户的信息和所述强干扰用户的特征信息进行小区间干扰的消除；

步骤S102具体包括：

S202、所述基站协调器检测出强干扰用户，并通知其所在小区的基站将强干扰用户的特征信息传递给所述基站协调器；

S204、所述强干扰用户所在小区的基站将所述强干扰用户的特征信息传递给所述基站协调器；

S206、所述基站协调器接收所述强干扰用户的特征信息。

2.如权利要求1所述协作式小区间干扰消除方法，其特征在于，步骤S102之前还包括，系统初始化，使所述基站协调器和所述基站同步。

3.如权利要求1所述协作式小区间干扰消除方法，其特征在于，所述基站协调器监测相邻小区的用户电平，当该用户电平大于预先设定的电平阈值时，则确定该用户为所述强干扰用户。

4.如权利要求3所述协作式小区间干扰消除方法，其特征在于，所述强干扰用户的特征信息包括但不限于信道化码，扰码，导频信息以及编码调制方式。

5.如权利要求4所述协作式小区间干扰消除方法，其特征在于，所述强干扰用户的特征信息还包括传输用户所占用的载波。

6.如权利要求4所述协作式小区间干扰消除方法，其特征在于，所述强干扰用户的特征信息还包括相应的天线参数。

7.如权利要求4所述协作式小区间干扰消除方法，其特征在于，所述强干扰用户的信息包括但不限于数据信息，语音信息以及信令信息。

8.如权利要求4所述协作式小区间干扰消除方法，其特征在于，步骤S204中，进一步包括：

如果所述强干扰用户所在小区与所述基站协调器所在小区属于同一个基站控制设备控制，强干扰用户的特征信息通过所述基站控制设备传递给所述基站协调器；

如果所述强干扰用户所在小区与所述基站协调器所在小区属于不同的基站控制设备控制，强干扰用户的特征信息通过控制其基站的基站控制设备由核心网传递给所述基站协调器所在小区的基站控制设备，再传递给所述基站协调器。

9.如权利要求8所述协作式小区间干扰消除方法，其特征在于，所述基站协调器利用导频集中一一对应的导频信号做信道估计，利用所述强干扰用户的特征信息对用户进行匹配滤波，解调得到所述强干扰用户的信息。

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