CN101242626B - 对接收信号进行滤波的设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于接收站(例如移动站或蜂窝通信系统的其它接收机)的接收部分的设备及相关方法。由自适应输入噪声滤波器所呈现的滤波器特性来构成选择。噪声估计器估计噪声序列的噪声分量。自相关估计器估计噪声分量的自相关。确定该自相关是否超出阈值。如果是，选择滤波器特性，用于使得输入噪声白化滤波器操作以将白噪声插入所接收的序列中。

Description

对接收信号进行滤波的设备及方法

技术领域

本发明总体上涉及一种用于接收站(例如蜂窝系统接收机的接收部分)的方法，用于抑制接收信号中包括的干扰。更具体地，本发明涉及一种用于操作接收站的自适应输入噪声白化滤波器的设备及相关方法。该滤波器被启动或被操作用于在接收信号包含显著的干扰分量时进行干扰白化，否则不引入白化。

使用阈值以选择是否操作输入噪声白化滤波器。通过对该阈值的适当设置，使得该滤波器在白化有利于所接收的数据的信息恢复时是可操作的，而在不需要引入白化或者白化的引入无助于信息恢复的时候，是可操作用于不引入白化的。

背景技术

数字蜂窝通信系统及其它无线电通信系统的部署覆盖了全世界的居住地区中的重要部分。对于许多人而言，接入这种通信系统是实际的需要。在蜂窝通信系统中通常提供双向通信，以实现语音通信服务和数据通信服务。

蜂窝通信系统相对有效地使用了该系统的分配的带宽，即分配给该通信系统的电磁频谱部分，用于根据通信服务的实现而使用的网络基础结构与移动站之间的通信。将蜂窝通信系统所包括的地理区域划分为称为小区的部分，每个部分由基站收发机所限定。产生较低功率的信号，以实现基站接收机与位于相关小区内的移动站之间的通信。使用小区重用方案，其中，根据小区重用模式或方案在不同的小区中重用相同的信道。虽然根据小区重用方案所作的信道分配是用于限制不同小区中并发产生的信号之间的干扰，有时仍然会发生干扰。干扰包括信道间干扰和相邻信道干扰。如果干扰严重且未受到抑制(或补偿)，则该干扰会降低接收站的通信性能。

信道间干扰表示在另一小区中发送的并发产生的信号所导致的干扰，该另一小区使用(即“重用”)与检测到该干扰的小区中使用的信道相同的信道。相邻信道干扰典型地表示在使用不同的信道的另一(例如相邻)小区中发送的并发产生的信号所导致的干扰。然而，在这种其它小区中发送的信号的信号强度大得足以引起导致干扰的混叠。

使用了各种机制及其它建议的机制，以补偿在接收站处接收的接收信号中包括的干扰。例如，提出了使用自适应噪声白化滤波器(INWF)以抑制干扰。INWF是与接收滤波器一起使用的。接收滤波器具有足以使得某些相邻信道干扰通过的通带宽度，并且INWF操作以进行干扰白化。虽然窄带接收机滤波器将拒绝更大量的相邻信道干扰，但是该滤波器的窄化损害了接收站处的均衡器操作以补偿信道间干扰。

简而言之，为了抑制或补偿信道间干扰，通过对相邻信道干扰进行抑制的最佳方式而对自适应输入噪声白化滤波器的使用与其它接收站元件的能力之间形成了冲突。因此，需要提供一种在接收站处补偿或抑制接收站处接收的接收信号的干扰形成部分的改进的方法。

根据与可在无线电或其它通信系统中操作的接收站相关的该背景信息，发展了本发明的重要改进。

发明内容

因此，本发明有利地提供了一种用于接收站(例如蜂窝系统收发机的接收部分)的设备及相关方法，用于补偿在接收站处接收的接收信号中包括的干扰。

通过本发明的实施例的操作，提供了一种输入噪声白化滤波器装置，以有利于接收站处的信息恢复。

通过本发明的实施例的操作，提供了一种用于操作接收站的自适应输入噪声白化滤波器(INWF)的方法。

在本发明的一个方面中，当干扰形成接收信号的重要部分时，使得该自适应输入噪声白化滤波器被操作。当相邻信道干扰或信道间干扰的级别较低时，使得该滤波器不被启动或者不引入干扰白化。

在本发明的另一方面中，在接收站处检测接收序列。噪声估计器估计接收序列的噪声分量。例如，利用信道脉冲响应和已知的训练序列来形成噪声分量估计。

在本发明的另一方面中，由所估计的噪声分量来形成自相关估计。自相关的高估计指示接收信号的显著的噪声分量。相反地，具有较低值的自相关的估计指示接收信号具有较小的(或可忽略的)噪声分量。

在本发明的另一方面中，向滤波器特性选择器提供自相关估计。该滤波器特性选择器将该自相关估计与阈值相比较。响应于该比较来选择直插型滤波器要呈现的滤波器特性，以接收接收序列的样本。如果该自相关估计超出阈值，则该滤波器特性选择器选择滤波器要呈现的滤波器特性。否则，滤波器特性选择器不选择滤波器特性，也即选择不进行滤波的特性。

例如，滤波器特性选择器所选择的特性使得该滤波器特性为线性预测误差滤波器(LPF，Liner Prediction Error Filter)。

在本发明的另一方面中，提供了一种自适应的输入噪声白化滤波器，该自适应的输入噪声白化滤波器可选择地导致噪声白化或者具有不导致对应用于该滤波器的接收序列的噪声白化的特性。也就是说，该滤波器自适应地具有对输入干扰及噪声进行白化的特性，并且可选地不对输入序列进行白化。

在本发明的另一方面中，当自适应输入噪声白化滤波器以呈现出非单一的滤波特性的方式来操作时，该自适应输入噪声白化滤波器对接收的序列信号的频谱进行平坦化。当接收的序列信号未呈现出显著的相邻信道或信道间噪声分量时，不需要用于对接收的序列信号的频谱进行平坦化的白化滤波器操作。并且，该输入噪声白化滤波器不可操作为提供对输入信号的白化滤波。

在本发明的另一方面中，接收站的接收部分的接收链路包括与自适应输入噪声白化滤波器相串联的接收机滤波器，并且该滤波器共同与均衡器元件相串联。该自适应输入噪声白化滤波器的使用使得该接收机滤波器具有与不使用该滤波器相比带宽更宽的通带。虽然该接收机滤波器使得更大数量的相邻信道干扰通过，但是如果该干扰是严重的，则导致该INWF可操作用于对该信号进行白化，从而通过对输入干扰及噪声进行白化来抑制该相邻干扰。这种操作有利于用于恢复在接收链路部分接收的接收序列的信息内容的均衡器操作。

因此，在这些及其它方面中，提供了一种用于对接收序列进行接收的接收电路的设备及相关方法。噪声分量特性确定器适用于接收该接收序列的噪声分量的指示。该噪声分量特性确定器被配置用于确定作为该噪声分离的特性的噪声分量特性。滤波器特性选择器适用于接收由该噪声分量特性确定器所确定的噪声分量特性的指示。滤波器特性选择器被配置用于选择响应于该噪声分量特性的滤波器特性。

附图说明

图1示出了可操作本发明的实施例的无线电通信系统的功能框图；

图2示出了本发明的实施例的自适应输入噪声白化滤波器装置的功能框图；

图3示出了表示本发明的实施例的操作过程的过程图。

具体实施方式

因此，首先参照图1，总体上在10处示出的无线电通信系统提供了与移动站(例如移动站12)之间的通信。在本示意性实施方式中，该通信系统形成了蜂窝通信系统(即多址接入移动无线电通信系统)，该蜂窝通信系统具有包括多个空间上分离的空间站的网络基础结构。这里，在14处表示该网络基础结构，并将单个基站收发机(BTS)16表示为该网络基础结构的一部分。更具体地，通信系统10表示由一组通信站(这里是站12和16)形成的各种通信系统中的任意系统，其中所传送的信号易于引入失真。此外，将参照下行链路通信(即从基站收发机至移动站12的数据通信)，来描述对示例性操作的以下说明。对以相反(即上行链路)方向传送的数据的操作的说明是类似的。因此，以下的说明仅仅是示例性的。可以在任意的各种无线电通信系统或其它通信系统中类似地实现本发明的实施例。

箭头24表示从基站收发机至移动站12的数据(这里是数据符号序列)的传送。箭头26和28分别表示在该数据向移动站12的传送期间在该数据上引入的相邻信道干扰和信道间干扰。当在移动站处接收到该数据序列(这里通常称为接收序列)时，该数据序列包括由该数据序列、相邻信道干扰以及信道间干扰形成的分量部分。相邻信道干扰和信道间干扰共同形成了干扰分量。如前所述，该干扰分量干扰了所传送的数据序列的信息内容的恢复。致力于抑制或补充该接收序列中包括的干扰。

在图1中示出了移动站的接收部分(即接收链路)。该接收部分包括RF(射频)元件34，一旦天线36将接收序列转换为电形式，则该RF元件34基于该接收序列的指示进行操作。例如，该RF元件还表示将射频能量下变频到基带电平的下变频电路。该接收链路还包括接收机滤波器38，即宽带带宽滤波器，该滤波器对接收的信号的超出该滤波器的通带的分量部分进行抑制。虽然被示出为单个元件，例如，该滤波器可以由共同限定了该滤波器元件38的工作频带的模拟滤波器和数字滤波器的组合形成。

将接收机滤波器38所传递的信号(这里包括线路42上的I/Q采样)提供给解旋元件44。解旋器执行解旋操作，在线路46上产生解旋的值x(n)。线路46延伸至本发明的实施例的自适应噪声白化滤波器INWF装置48以及信道估计器52。

INWF装置总体上基于接收序列的干扰分量来可选择地操作，以向施加到该INWF装置的信号添加白噪声。下面将更详细地描述INWF的操作。在线路56上产生滤波器输出信号，该线路56延伸至均衡器(例如GMSK(高斯最小频移键控))58。均衡器作出对符号值的软判决。在线路62上产生表示所判定的值的值，并提供给其它接收链路元件(未示出)。

信道估计器52形成信道估计，即响应于线路46上提供的输入值以及线路64上提供的训练序列(TS)的信道脉冲响应(CIR)。这里分别通过线路66和68，将信道脉冲响应值以及定时偏移量值n₀提供给INWF装置。

在操作中，INWF装置可操作用于提供信号白化，以通过对输入的干扰和噪声进行白化来抑制相邻信道干扰。仅仅在这种添加对接收的信号有益时才提供白化。当存在低电平的干扰时，使得INWF不提供白化(例如切断或关闭INWF)，从而使得INWF充当通过施加到该滤波器的信号的所有分量的单一的滤波器。

图2示出了形成了图1所示的移动站12的接收部分的INWF装置48。仍示出了采样的值x(n)，用于通过线路42提供给该装置。这里示出了该装置包括噪声采样估计元件74、自相关估计元件76、滤波器特性选择器78、以及滤波器元件82。在功能上示出了INWF装置的元件，可以以任何期望的方式(例如通过处理电路可执行的算法)来实现该元件。

噪声采样估计元件74还(分别通过线路54、66和68)接收训练序列、信道脉冲响应以及定时偏移量的指示。噪声采样估计运算符形成了接收的序列的噪声估计w(n)。这里通过线路84将该噪声估计提供给自相关估计元件76。元件76执行自相关，并将自相关估计的值r(n)提供给滤波器特性选择器78(这里通过线路86表示)。在一个实施方式中，将自相关估计为采样的绝对值r(1)。

滤波器特性选择器78操作用于选择INWF(这里是滤波器元件82)的特性。响应于该自相关估计与(这里是通过线路88提供的)阈值之间的比较，来选择滤波器特性。所选择的滤波器特性取决于对该自相关估计是大于还是不大于该阈值的确定。

如果该自相关估计小于该阈值，指示接收序列中的干扰的低电平，则滤波器特性选择器选择使得不添加噪声白化(即b＝1)的滤波器特性。相反地，如果该自相关估计大于该阈值，则该选择器所作的滤波器特性选择使得该滤波器元件可操作用于将白噪声插入接收的序列中。也就是说，b＝[1；a]。这里通过线路92来向滤波器元件82提供b的值，并且以与之相关的方式来操作滤波器。该滤波器元件还被耦合用于接收线路42上的接收序列，形成线路94上的输出序列以及线路96上的信道脉冲响应(CIR，channel impulse response)。

元件74-82的数学表示如下。在基于训练序列估计了信道响应之后，可以通过从接收的信号中减去再调制的训练序列来估计噪声采样，也就是说，

$w\left(n\right)=x(n_0+n)-\underset{k=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}h\left(k\right)s(L-1+n-k)---\left(1\right)$

其中w(n)是噪声采样估计，x(n)是接收的采样，h(k)是信道脉冲响应(CIR)估计，s(k)是已知的训练序列(TS)。n₀是该TS部分的接收的采样的定时偏移量。L是CIR的长度。0≤n≤P-L，P是TS的长度。可以通过线性预测误差滤波器(LPF)来对噪声采样进行白化，该LPF的系数是b＝[1；a]，并且a是下列正规方程的解：

Γa＝-γ                           (2)

其中，

γ＝[r(1)，r(2)，…r(M)]^T          (4)

M是LPF的阶，r(m)是对噪声采样的自相关的估计：

$r\left(m\right)=\frac{1}{P-L+1}\underset{k=m}{\overset{P-L}{\mathrm{\Σ}}}{w}^{*}(k-m)w\left(k\right)---\left(5\right)$

图3示出了总体上在112处示出的表示本发明的实施例的操作过程的过程。首先，如方框114所示，在接收站处检测到接收序列。然后，如方框116所示，形成噪声采样估计。该噪声采样指示了接收的序列的噪声分量。然后，如方框118所示，形成对该噪声采样估计的自相关估计。如方框122所示，确定所估计的自相关是否超出阈值。如果是，则采用通向方框124的“是”分支，选择INWF的滤波器特性以将白噪声插入该接收序列中。相反地，如果所估计的自相关电平小于该阈值，则采用通向方框126的“否”分支，选择滤波器特性以使其具有单一的值(即b＝1)。采用从方框124和126至方框128的通路，使得INWF根据所选择的滤波器特性来操作。

以有利于接收序列的信息内容的恢复的最佳方式来选择滤波器特性。当接收序列包括显著的干扰分量时，则导致该滤波器插入白噪声。否则导致该滤波器不可操作，即，用于呈现出单一滤波器响应。该自适应输入噪声白化滤波器与最佳宽带通带接收机滤波器协同使用，用于向均衡器提供接收的序列分量以形成在该序列分量上的均衡操作。

Claims (8)

1.一种用于对具有噪声的接收序列进行接收的接收电路的设备，所述设备包括：

噪声采样估计器，适用于接收接收序列并确定接收序列中出现的噪声的估计值，通过从接收的序列中减去再调制的训练序列来确定所述估计值；

噪声自相关估计器，适用于接收所述估计值，根据所述估计值计算第一自相关函数，以及确定所述第一自相关函数的绝对值作为自相关估计；以及

滤波器特性选择器，适用于接收来自所述自相关估计器的自相关估计，将所述自相关估计与阈值进行比较，以及响应于比较选择用于滤波器的滤波器特性，其中，所述滤波器特性选择器适于当确定所述自相关估计低于所述阈值时，选择其中没有添加白噪声的单一滤波器特性，当确定所述自相关估计高于所述阈值时，选择其中添加了白噪声的非单一滤波器特性。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述噪声采样估计器还被配置用于确定传送所述接收序列的信道的信道脉冲响应，所述噪声的估计使用所述信道脉冲响应。

3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述滤波器适用于接收所述接收序列的样本以及所述滤波器特性选择器所选择的滤波器特性的指示，所述滤波器被配置用于根据所述滤波器特性选择器所选择的滤波器特性对所述接收序列进行滤波。

4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述滤波器包括线性预测误差滤波器。

5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述线性预测误差滤波器包括多抽头滤波器。

6.根据权利要求4所述的设备，其中，形成所述滤波器的所述线性预测误差滤波器是由滤波器系数限定的，所述滤波器特性选择器所选择的滤波器特性决定了所述滤波器系数。

7.根据权利要求4所述的设备，其中，所述滤波器包括自适应输入噪声白化滤波器INWF。

8.一种基于在接收站处接收的接收序列而进行操作的方法，所述接收序列具有噪声，所述方法包括以下操作：

通过从接收的信号中减去再调制的训练序列来估计接收序列中出现的噪声的估计值；

接收在接收序列中出现的噪声的估计值；

根据估计值计算第一自相关函数；

确定所述第一自相关函数的绝对值作为自相关估计；

将自相关估计与阈值进行比较；

响应于比较选择用于滤波器的滤波器特性，其中，当确定所述自相关估计低于所述阈值时，选择其中没有添加白噪声的单一滤波器特性，当确定所述自相关估计高于所述阈值时，选择其中添加了白噪声的非单一滤波器特性。

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