CN101268628A - 在两种或更多空中接口上并发运行的无线移动站中的干扰消除装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于以两种或更多无线模式并发运行的无线移动站中的干扰消除的装置和方法。

Description

在两种或更多空中接口上并发运行的无线移动站中的干扰消除装置和方法
技术领域
本申请提供用于减少在无线移动站在同一RF频带中不同的载波上以两种不同的空中接口运行时的并发模式运行中出现的阻塞(blocking)信号的装置和方法。
背景技术
全世界的空中接口的大量增加促使期望移动站能够以两种或更多空中接口并发运行，称为并发多模式运行。并发运行通过以下构成：终端在诸如GSM的一个空中接口(或无线通信模式)上以语音或数据呼叫运行，同时扫描来自诸如WCDMA的同一频带中的第二个空中接口的接入控制信号(例如，导频信道信号、接入信道信号、寻呼信道信号等等)，或者反之亦然。这允许移动站基于何种空中接口提供最佳业务质量(QoS)来优化其在可用通信信道上的性能。
并发多模式运行还允许终端在一个空中接口(模式)上存在低信号电平而另一个上不存在的情况下切换到不同的标准。典型地，第一和第二空中接口由不同的基站支持，但是它们也可以在单一基站结构中得到支持。然而，双重模式运行的后果在于，到在对第二空中接口的扫描模式下运行的接收器级的输入可能经历强阻塞信号。例如，GSM的传输等级(level)的范围从+24dBm到+30dBm。对于WCDMA终端，天线输入处的最大期望阻塞等级为-25dBm。由于高阻塞等级，传统多模式移动站常常无法在第一模式为活跃的同时充分地在第二模式下扫描或通信。
因而，本领域中需要用于在两个或更多空中接口上并发运行的无线移动站中的干扰消除(cancellation)的改进的装置和方法。
发明内容
提供一种用于移动站中的干扰消除的方法。该方法包括：利用具有第一极化的第一天线在第一无线通信模式下通信；与在所述第一无线通信模式下通信并发地，利用具有与所述第一极化正交的第二极化的第二天线在第二无线通信模式下通信；以及执行所述第一无线通信模式下的通信与所述第二无线通信模式下的通信之间的干扰消除处理。
还提供一种能够在无线网络中通信的移动站。该移动站包括：具有第一极化的第一天线；具有第二极化的第二天线，其中所述第二极化与所述第一极化正交；以及处理器，其中所述移动站被配置为：利用所述第一天线在第一无线通信模式下通信；与在所述第一无线通信模式下通信并发地，利用所述第二天线在第二无线通信模式下通信；以及执行所述第一无线通信模式下的通信与所述第二无线通信模式下的通信之间的干扰消除处理。
还提供另一种能够在无线网络中通信的移动站。该移动站包括：具有第一极化的第一天线，用于接收第一无线信号；具有第二极化的第二天线，用于接收第二无线信号，其中所述第二极化与所述第一极化正交；以及干扰消除级，连接到所述第一和第二天线，用于接收与所述第一和第二无线信号对应的信号。
在开始下面的具体实施方式之前，阐述本专利文件中通篇使用的某些字词和短语的定义将很有益处：术语“包含”和“包括”以及其派生词意味着非限定的包含；术语“或”是包含性的，意味着和/或；术语“与...相关的”和“与其相关的”及其派生词可以意味着包含、包含在...之内、与...互连、容纳、容纳在...之内、连接到或与...连接、耦接到或与...耦接、与...可通信、与...协作、交织、并列、与...接近、绑定到或与...绑定、具有、具有...的性质等等；而术语“控制器”意味着控制至少一种操作的任何设备、系统或其部分，这样的设备可以用硬件、固件、软件、或其中至少两者的某种组合实现。应当注意，与任何特定控制器相关的功能可以是集中的或分布的，或者在本地或者远程地。本专利文件中通篇提供某些字词和短语的定义，本领域普通技术人员应当理解，在许多(倘若不是大多数)情况下，这样的定义适用于对这样定义的字词和短语的现有的以及未来的使用。
附图说明
为了更全面地理解本公开及其优点，现在结合附图给出以下说明，其中类似的引用数字代表类似的部分：
图1示出示范性无线网络，其中在一个或多个基站中支持多种运行模式；
图2示出根据本公开的示范性实施例的示范性基站的更多细节；
图3示出根据本公开的有利实施例的无线移动站；
图4示出根据本公开的示范性实施例的带干扰消除的RF收发器的参考架构；
图5描绘根据本公开的示范性实施例的交叉极(cross-pole)干扰消除器的框图。
具体实施方式
下面讨论的图1至5、以及本专利文件中用于描述本公开的原理的各种实施例仅作为示例说明，而不应当以任何形式解读为限制本公开的范围。本领域技术人员将会理解，本公开的原理可以在任何适当地配置的无线网络中实现。
这里公开的装置和方法使用天线交叉极化、信号消除、以及数字处理技术来减少或消除在第二无线通信模式下运行的第二空中接口的接收器电路中因由在第一无线通信模式下运行的第一空中接口发送的第一信号导致的干扰。
图1示出示范性无线网络100，其中在一个或多个基站中支持多种运行模式。无线网络100包括多个小区(或小区站点)121-123，每个小区容纳基站BS 101、BS 102、或BS 103其中之一。基站101-103以多种运行模式与多个移动站(MS)111-114通信，所述运行模式可以包括但不限于GSM、TDMA、CDMA、WCDMA、OFDMA、WMAN、以及本领域技术人员所知的其它电信协议。本公开的有利实施例中，移动站111-114能够同时以两种或更多模式接收数据通信量和/或语音通信量，如下面更完整地描述的。移动站111-114可以是能够经由无线链路与基站101-103通信的任何合适的无线设备(例如，传统蜂窝电话、PCS手持机、个人数字助理(PDA)手持机、便携计算机、遥测设备)。
本公开不限于移动设备。本公开还涵盖其它类型的无线接入终端，包括固定无线终端，意图将其全部宽泛地描述为“移动站”。为简洁起见，以下仅展示和讨论移动站。然而，应当理解，权利要求书以及以下描述中对术语“移动站”的使用意图涵盖真实移动设备(例如，蜂窝电话、无线膝上计算机)以及固定无线终端(例如，带无线能力的机器监视器)。例如，这里可以使用术语“移动站”来指代一些标准中已知为或称为“用户站”的实体，所述标准包括例如IEEE-802.16无线城域网(WMAN)标准。
虚线示出基站101-103所处的小区(或小区站点)121-123的近似边界。注意到，术语“小区”和“小区站点”可以在一般实践中互换使用。为简洁起见，下文中将使用术语“小区”。将小区展示为近似圆形仅用于说明和解释的目的。应当清楚地理解，依赖于所选择的小区配置以及自然和人造障碍物，小区也可以具有其它不规则形状。
如本领域所公知的，小区121-123中的每一个包括多个扇区，其中耦接到基站的定向天线辐照每个扇区。图1的实施例示出基站在小区的中央。可选的实施例可以将定向天线置于扇区的角落。本公开的系统不限于任何具体小区配置。
本公开的一个实施例中，BS 101、BS 102、和BS 103中的每一个包括基站控制器(BSC)以及一个或多个基站收发器子系统(BTS)。基站控制器和基站收发器子系统为本领域技术人员所熟知。基站控制器是管理用于无线通信网络中的特定小区的包括基站收发器子系统的无线通信资源的设备。
基站收发器子系统包括RF收发器、天线、以及位于小区内的其它电气设备。该设备可以包括空调单元、加热单元、电源、电话线接口、以及RF发送器和RF接收器。为了在解释本公开的操作时简洁和清楚的目的，将小区121、122、和123中的每一个中的基站收发器子系统、以及与每个基站收发器子系统相关的基站控制器分别共同地表示为BS 101、BS 102、和BS 103。
当然，其它实施例中，基站101-103可以在诸如OFDMA的其它运行模式下运行，其包含或省略这里描述的示范性无线网络、基站、以及移动站的各种元素。这里为了说明的目的，BS 101在例如GSM的第一无线通信模式下运行，而BS 103在例如WCDMA的第二无线通信模式下运行。
本示范性实施例站的BS 101、BS 102、和BS 103经由通信线路131和移动交换中心(MSC)140在彼此以及公共交换电话网(PSTN)(未示出)之间传输语音和数据信号。BS 101、BS 102、和BS 103还经由通信线路131和分组数据服务器节点(PDSN)150与因特网(未示出)传输诸如分组数据的数据信号。分组控制功能(PCF)单元190控制基站101-103与PDSN150之间的数据分组流。可以将PCF单元190实现为PDSN 150的一部分、MSC 140的一部分、或者如图1中所示与PDSN 150通信的独立设备。通信线路131还提供用于在MSC 140与BS 101、BS 102、和BS 103之间发送的控制信号的连接通路，其在MSC 140与BS 101、BS 102、和BS 103之间建立用于语音和数据电路的连接。
通信线路131可以是任何合适的连接装置，包括T1线路、T3线路、光纤链路、网络分组数据主干连接、或任何其它类型的数据连接。可选择地，可以将通信线路131替换为诸如微波收发器的无线回程(backhaul)系统。通信线路131将BSC中的每个声码器(vocoder)与MSC 140中的交换元件链接。通信线路131上的连接可以传输模拟语音信号、或者脉冲编码调制(PCM)格式、因特网协议(IP)格式、异步传输模式(ATM)格式等等格式的数字语音信号。
MSC 140是在无线网络中的移动站与诸如PSTN或因特网的外部网络之间提供服务和协调的交换设备。MSC 140为本领域技术人员所熟知。本公开的一些实施例中，通信线路131可以是几条不同的数据链路，其中每条数据链路将BS 101、BS 102、或BS 103其中之一耦接到MSC 140。
示范性无线网络100中，MS 111位于小区121中而且与BS 101通信。MS 113位于小区122中而且与BS 102通信。MS 114位于小区123中而且与BS 103通信。MS 112也位于靠近小区123的边缘而且正向小区123的方向移动，如接近MS 112的方向箭头所示。随着MS 112移进小区123并移出小区121，在某一点将发生移交(hand-off)。
示范性实施例中，MS 112是多模式移动站，如下面更完整地描述的。如图1中所示，MS 112在第一无线通信模式下与BS 101活跃通信，同时在第二无线通信模式下扫描BS 103。当MS 112为了更好的业务质量(QoS)而优选由BS 103提供的可选择服务、协议、或标准时，MS 112可以切换到在第二无线通信模式下与BS 103活跃通信，并在第一无线通信模式下与BS101进行扫描。
图2示出根据本公开的示范性实施例的示范性基站(BS)101的更多细节。如本领域技术人员所知，基站102和103可以为类似结构，或者可以根据它们支持的无线运行模式而变化。
所示的示例中，基站101包括基站控制器(BSC)210和基站收发器站(BTS)220。基站控制器和基站收发器站已在之前参照图1描述。BSC 210管理小区121中的资源，包括BTS 220。BTS 220包括BTS控制器225、信道控制器235(其包括代表性信道元件240)、收发器接口(IF)245、RF收发器250、以及天线阵列255。
BTS控制器225包括能够执行控制BTS 220的总体操作并与BSC 210通信的操作程序的处理电路和存储器。通常情况下，BTS控制器225指挥信道控制器235的操作，其容纳在前向信道和反向信道中执行双向通信的包括信道元件240在内的多个信道元件。“前向”信道是指从基站到移动站的出站(outbound)信号，而“反向”信道是指从移动站到基站的入站(inbound)信号。收发器IF 245传输信道控制器235与RF收发器250之间的双向信道信号。
天线阵列255向BS 101覆盖区域中的移动站发送从RF收发器250接收的前向信道信号。天线阵列255还向RF收发器250发送从BS 101的覆盖区域中的移动站接收的反向信道信号。本公开的优选实施例中，天线阵列255是多扇区天线，诸如三扇区天线，其中每个天线扇区中的一个或多个天线元件负责在120度弧的覆盖范围内的发送和接收。另外，RF收发器250可以容纳天线选择单元，用于在发送和接收操作二者中在天线阵列255中的不同天线元件之间进行选择。
图3示出能够执行这里所描述的处理的根据本公开的有利实施例的无线移动站(MS)112。无线移动站112包括天线305和天线307、射频(RF)收发器310、发送器(TX)处理电路315、麦克风320、以及接收器(RX)处理电路325。MS 112还包括扬声器330、主处理器340、输入/输出(I/O)接口(IF)345、小键盘350、显示器355、以及存储器360。存储器360进一步包括基本操作系统(OS)程序361。
射频(RF)收发器310从天线305和307接收由无线网络100的一个或多个基站发送的输入RF信号。示范性实施例中，天线305根据第一无线通信模式接收第一RF信号，而天线307根据第二无线通信模式接收第二RF信号。进一步，天线305和307彼此相互正交地极化。符号“//”表示天线305的一个极化而且与第一无线通信模式对应，而符号“\\”表示天线307的正交极化而且与第二无线通信模式对应。天线305和天线307可以各自均为可操作用于发送和接收操作二者的一体天线，或者也可以包括独立的发送和接收天线。
如下面更完整地描述的，射频(RF)收发器310将来自每个天线305、307的输入RF信号下变频以产生中频(IF)或基带信号。将IF或基带信号发送到接收器(RX)处理电路325，其通过滤波、解码、和/或数字化基带或IF信号来产生经处理的基带信号。接收器(RX)处理电路325将经处理的基带信号发送到扬声器330(即，语音数据)用于音频输入、或发送到主处理器340用于进一步处理(例如，网页浏览)。
发送器(TX)处理电路315接收来自麦克风320的模拟或数字语音数据、或来自主处理器340的其它输出基带数据(例如，网页数据、电子邮件、交互视频游戏数据)。发送器(TX)处理电路315编码、复用、和/或数字化输出基带数据以产生经处理的基带或IF信号。射频(RF)收发器310从发送器(TX)处理电路315接收输出的经处理的基带或IF信号。射频(RF)收发器310将基带或IF信号上变频为经由天线305和/或307发送的射频(RF)信号。
本公开的有利实施例中，主处理器340是微处理器或微控制器。将存储器360耦接到主处理器340。根据本公开的有利实施例，存储器360的一部分包括随机存取存储器(RAM)，而存储器360的另一部分包括作为只读存储器(ROM)工作的诸如闪速存储器的非易失性存储器。
主处理器340执行存储在存储器360中的基本操作系统(OS)程序361以控制无线移动站112的总体操作。在一个这样的操作中，主处理器340根据公知原理来控制利用射频(RF)收发器310、接收器(RX)处理电路325、以及发送器(TX)处理电路315对前向信道信号的接收、和对反向信道信号的发送。
主处理器340能够执行驻留在存储器360中的其它进程和程序。根据执行进程的需求，主处理器340将数据传入存储器360或从其中传出。还将主处理器耦接到I/O接口345。I/O接口345为移动站112提供连接到诸如膝上计算机和手持计算机的其它设备的能力。I/O接口345是这些附件与主控制器340之间的通信通路。
还将主处理器340耦接到小键盘350和显示单元355。移动站112的操作者利用小键盘350来向移动站112输入数据。显示器355可以是能够呈现来自网页站点的文本和/或至少有限的图形的液晶显示器。可替换的实施例可以使用其它类型的显示器。
图4示出根据本公开的示范性实施例的带干扰消除的多模式移动站(MS)112的RF收发器310的参考架构。本实施例接连使用两种技术来抑制在发送与接收天线之间耦合的任何干扰信号：(1)如图3中所示将天线305和307正交地极化，以将不同模式的信号之间的发送-接收耦合最小化；以及(2)数字信号处理，包括最小均方(LMS)干扰消除410，用于抑制耦合信号。图4中，符号“\\”表示一个极化，而符号“//”表示正交的极化。
一种配置中，MS 112在第一模式(模式1)中正在进行呼叫，并在第二模式(模式2)中扫描接入控制信号(例如，导频信道信号、接入信道信号、寻呼信道信号等等)。其它配置中，MS 112在模式1和模式2二者中并行地活跃通信，这对例如在一种模式下语音呼叫的同时在另一种模式下使用因特网接入的数据连接特别有利。LMS干扰消除410对发送的模式1信号进行采样以获得发送的信号副本以执行消除。
可以利用本领域技术人员已知的传统技术来实现本框图中示出的架构的其它部分，包括双工器406和408、滤波器409a-409d、模式2调制解调器420、模式2接收器电路422、模式2发送器电路424、模式1调制解调器430、模式1接收器432、以及模式1发送器434。
图5描绘根据本公开的示范性实施例的交叉极干扰消除器的框图，其可以用于实现LMS干扰消除410。包含放大器502、时间调整电路504、幅度调整电路510、以及最小均方(LMS)有限脉冲响应(FIR)处理器508的数字处理级调整由一个天线(例如，模式1天线)发送的干扰信号与来自另一个天线(例如，模式2天线)的接收信号之间的相对幅度和时间延迟。接着利用交叉极合并器506从由该另一个天线接收的信号中减去来自所述一个天线的匹配的干扰信号，从而减少任何干扰项。
LMS FIR 508确定干扰信号的时间延迟(等效滤波抽头(tap))和相对幅度。LMS FIR处理器508提供调整参考信号的时间延迟和幅度值的差错信号以消除一个或多个干扰信号。可以利用幅度调整电路510根据来自LMSFIR处理器508的差错信号来调整模式1发送干扰信号的幅度。对于具有不同的幅度和时间延迟的多个信号，信号处理器使用接收的最强信号的副本并在不同的时隙适配相对幅度，以致消除干扰信号。
所示实施例中，数字处理级从模式2接收信号中消除模式1干扰信号。可以利用第二个类似的数字处理级来从模式1接收信号中消除模式2干扰信号。
本领域技术人员可以采用诸如数字电磁码(NEC)的建模工具来分析由在近场区域中运行的不同的交叉极化天线配置提供的隔离(isolation)。例如，可以评估一种或多种分形天线设计作为天线阵列255的可能实现。已经发现分形天线能提供良好的效率、大带宽(高达15∶1调谐范围(tuning range))、以及良好的前后比率。
公开的实施例特别适用于由在同一频带中运行的多个空中接口提供服务的市场，诸如蜂窝频带(800MHz)、PCS频带(1800/1900MHz)、WCDMA频带(2100MHz)、以及MMDS频带。这包括但不限于CDMA2000、GSM、WCDMA、IEEE-802.16e空中接口模式。
如这里所述，优选实施例的特别优势在于，它们不需要具有高插入损耗的组件。这些实施例提供了无需高成本组件的实现期望的抑制的手段。此外，它们使用能够在硅基处理器上运行的处理技术。
可选择的实施例包括用于适配不同的模式或空中接口的组合的可重新配置滤波器、调制解调器、以及数字接收器。本领域技术人员还将认识到，根据支持的无线通信模式以及其它技术的和商业的目的，组成这里描述的示范性无线网络、基站、移动站、以及其它设备和系统的结构和元件可以有所变化而不背离权利要求书的范围。
虽然已经利用示范性实施例描述了本公开，但是本领域技术人员可以从中领会各种变更和修改。本公开意图涵盖落入所附权利要求书的范围之内的这样的变更和修改。

Claims (17)

1.一种用于移动站中的干扰消除的方法，包括：
利用具有第一极化的第一天线在第一无线通信模式下通信；以及
与在所述第一无线通信模式下通信并发地，利用具有第二极化的第二天线在第二无线通信模式下通信，其中所述第二极化与所述第一极化基本正交。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括执行所述第一无线通信模式下的通信与所述第二无线通信模式下的通信之间的干扰消除处理。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述干扰消除处理包括数字地合并所述第一和第二模式下的通信以去除干扰和阻塞信号。
4.如权利要求2所述的方法，其中所述干扰消除处理是至少部分地利用最小均方有限脉冲响应处理器来执行。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述第一无线通信模式和所述第二无线通信模式均是从由CDMA2000、1X EV/DO、WCDMA、GSM、以及IEEE802.16e组成的组中选择。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述第一无线通信模式和所述第二无线通信模式在同一频带中。
7.一种能够在无线网络中通信的移动站，包括：
具有第一极化的第一天线；
具有第二极化的第二天线，其中所述第二极化与所述第一极化基本正交；以及
处理器，
其中所述移动站被配置为：
利用所述第一天线在第一无线通信模式下通信；以及
与在所述第一无线通信模式下通信并发地，利用所述第二天线在第二无线通信模式下通信。
8.如权利要求7所述的移动站，其中所述移动站进一步被配置为执行所述第一无线通信模式下的通信与所述第二无线通信模式下的通信之间的干扰消除处理。
9.如权利要求8所述的移动站，其中所述干扰消除处理包括数字地合并所述第一和第二模式下的通信以去除干扰和阻塞信号。
10.如权利要求8所述的移动站，其中所述干扰消除处理是至少部分地利用最小均方有限脉冲响应处理器来执行。
11.如权利要求7所述的移动站，其中所述第一无线通信模式和所述第二无线通信模式均是从由CDMA2000、1X EV/DO、WCDMA、GSM、以及IEEE 802.16e组成的组中选择。
12.如权利要求7所述的移动站，其中所述第一无线通信模式和所述第二无线通信模式在同一频带中。
13.一种能够在无线网络中通信的移动站，包括：
具有第一极化的第一天线，用于接收第一无线信号；
具有第二极化的第二天线，用于接收第二无线信号，其中所述第二极化与所述第一极化正交；以及
干扰消除级，连接到所述第一和第二天线，用于接收与所述第一和第二无线信号对应的信号。
14.如权利要求13所述的移动站，其中所述干扰消除级包括最小均方有限脉冲响应处理器。
15.如权利要求13所述的移动站，其中所述干扰消除级包括放大器，用于调整至少一个信号的信号强度。
16.如权利要求13所述的移动站，其中所述干扰消除级包括时间调整电路，用于调整至少一个信号的时间延迟。
17.如权利要求13所述的移动站，其中所述干扰消除级包括交叉极合并器，用于减去与所述第一和第二无线信号对应的信号。
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