CN102013902B - 一种小区间干扰抑制方法和通信设备 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例公开了一种小区间干扰抑制方法和通信设备。该方法包括：获取本小区中用户终端的信道响应的估计值和发送信号，根据所述估计值和发送信号获取接收信号的期望值；根据所述期望值与接收信号的实际值获取本小区的干扰和/或噪声的功率；根据所述本小区的干扰和/或噪声的功率进行干扰抑制合并。通过使用本发明的实施例，实现了对小区间干扰的抑制。

Description

一种小区间干扰抑制方法和通信设备

技术领域

本发明涉及通讯领域，尤其涉及一种小区间干扰抑制方法和通信设备。

背景技术

LTE(Long Term Evolution，长期演进)系统中，同一小区内用户之间是正交的，因此干扰主要来源于其他小区的用户以及频率复用引起的同道干扰。在系统建网初期，由于用户和小区都比较少，可以等同为噪声受限系统，此时MRC(Maximum Ratio Combining，最大比合并)技术能够充分捕获各个接收分支的增益，其性能是最优的。但是随着网络规模的扩大以及用户的增加，用户间干扰以及频率复用引起的同道干扰将起主导作用，由于MRC合并仅仅将上述干扰当作噪声来处理，势必引起检测性能急剧恶化，影响小区的覆盖范围、系统容量等。

实际系统中，在上行方向一般采用多天线技术来增强接收信号质量，加大覆盖范围，多天线技术的应用也为干扰抑制带来了可能。理论上说，N_R根接收天线能够抑制至多N_R-N_T个干扰，以LTE上行系统来说，N_R根接收天线能够抑制至多N_R-1个干扰。

在LTE的早期研究中，提出了一些小区间干扰减轻技术，主要包括以下3类：

(1)小区间干扰随机化(Inter-Cell Interference Randomization)：基本思想是将干扰信号转化为随机白噪声，常用的手段包括加扰、交织、跳频等；

(2)小区间干扰消除(Inter-Cell Interference Cancellation)：基本原理是通过接收机的处理增益来抑制干扰；其属于产品实现问题，因此标准中没有针对该方案进行专门讨论；

(3)小区间干扰协调/避免(Inter-Cell Interference Coordination/Avoidance)：基本思想是以相互协调的方法通过对各个小区的资源分配进行限制来达到尽量避免对相邻小区造成强干扰。

现有技术中存在的问题在于：小区间干扰随机化通过加扰、交织、跳频等手段，虽然能够将干扰信号转化为白噪声，但干扰功率并没有被降低，因此该方案不能提升系统的SINR(Signal to Interference Noise Ratio，信干比)，因此不会提升系统容量。而小区间干扰协调/避免技术通过对各个小区的资源分配进行限制来避免或者减轻小区间的干扰，但是随着用户数量的增加，很难保证不同小区间用户资源的正交，小区间的干扰还是不可避免，而且该技术也只能够针对临近的几个小区进行干扰协调，对于较远的同频小区无法进行协调。

发明内容

本发明的实施例提供了一种小区间干扰抑制方法和通信设备，用于抑制小区间的干扰。

本发明的实施例提供了一种小区间干扰抑制方法，包括：

获取本小区中用户终端的信道响应的估计值和发送信号，根据所述估计值和发送信号获取接收信号的期望值；

根据所述期望值与接收信号的实际值获取本小区的干扰和/或噪声的功率；

根据所述本小区的干扰和/或噪声的功率进行干扰抑制合并。

本发明的实施例还提供了一种通信设备，用于小区间干扰抑制，包括：

接收信号获取单元，用于获取本小区中用户终端的信道响应的估计值和发送信号，根据所述估计值和发送信号获取接收信号的期望值；

干扰噪声功率获取单元，用于根据所述接收信号获取单元获取的接收信号的期望值与接收信号的实际值获取本小区的干扰和/或噪声的功率；

干扰抑制合并单元，用于根据所述干扰噪声功率获取单元获取的本小区的干扰和/或噪声的功率，进行干扰抑制合并。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

获取接收信号的期望值，并根据接收信号的期望值与实际值获取本小区的干扰和/或噪声的功率，进而实现对小区间干扰的抑制。通过使用本发明的实施例，实现了对小区间干扰的抑制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的实施例提供的小区间干扰抑制方法流程图；

图2是本发明的实施例提供的一具体场景下小区间干扰抑制方法流程图；

图3是本发明中提供的通信设备的结构示意图；

图4是本发明中提供的通信设备的另一结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的实施例提供了一种小区间干扰抑制方法，如图1所示，包括：

步骤s101、获取本小区中用户终端的信道响应的估计值和发送信号，根据所述估计值和发送信号获取接收信号的期望值；

步骤s102、根据所述期望值与接收信号的实际值获取本小区的干扰和/或噪声的功率；

步骤s103、根据所述本小区的干扰和/或噪声的功率进行干扰抑制合并。

以下结合具体的应用场景，描述本发明实施例中提供的小区间干扰抑制方法的具体实施方式。本发明实施例中提出的小区间干扰抑制的核心思想在于，通过设备的处理增益来抑制小区间干扰，下面以LTE系统上行为例对该方案进行详细阐述。

假定小区半径较小，eNodeB接收到的多小区UE的信号基本同步，且CP(循环前缀，Cyclic Prefix)的长度远大于无线信道的时延扩展，每个子载波近似经历平坦衰落，那么等效的频域数学模型可以表达为：

r＝H^cell_id0s^cell_id0+H^cell_id1s^cell_idl+...+H^cell_id(K-1)s^cell_id(K-1)+N＝Hs+N    (1)

公式(1)中：

H＝[H^cell_id0，H^cell_id1，...，H^cell_id(K-1)]，H^cell_idi表示小区ID为i的UE的信道响应，i＝0，1...K-1，K表示干扰小区的数目；

s＝[s^cell_id0，s^cell_id1，...，s^cell_id(k-1)]^T，s^cell_idi表示小区ID为i的UE的发送信号，i＝0，1...K-1，s^cell_idi∈Ω，Ω表示星座点或者经过一些数学变换后(如DFT变换)的等效星座点的集合，(·)^T表示·的转置；

N表示噪声，服从均值为0方差为δ²的复高斯分布。

定义：

H_isi＝H^cell_idis^cell_idi，其中i＝0，1...K-1。

$I=\underset{j=0,j\≠i}{\overset{K-1}{\mathrm{\Σ}}}{H}_j{s}_j,$ I为邻小区干扰。

则公式(1)可以变换为：

$r=H_i{s}_i+\underset{j=0j\≠i}{\overset{K-1}{\mathrm{\Σ}}}{H}_j{s}_j+N=H_i{s}_i+I+N---\left(2\right)$

假定干扰和/或噪声的二阶统计特性(协方差矩阵)Φ已知，那么修正最小二乘(LS)准则下的解应该满足公式(3)：

${\hat{s}}_i=\arg \min {(r-H_i{s}_i)}^H\mathrm{\Φ}(r-H_i{s}_i)---\left(3\right)$

其中表示本小区中用户终端的发送信号的估计值。

对公式(3)求偏导，可以求得此时的估计值为：

${\hat{s}}_i={\left(H_i^H{\mathrm{\Φ}}^{-1}{H}_i\right)}^{-1}{H}_i^H{\mathrm{\Φ}}^{-1}r,$ (·)H表示·的共轭转置。

当Φ＝R_e时，此时对应的方差最小，因此如果能够获得干扰和/或噪声的协方差矩阵，那么根据LS(Least Square，最小二乘)准则，的估计值为：

${\hat{s}}_i={\left(H_i^H{R}_e^{-1}{H}_i\right)}^{-1}{H}_i^H{R}_e^{-1}r---\left(4\right)$

假定 ${\mathrm{\δ}}_{i,j}=E\left(s_i{s}_j^H\right)=\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\δ}}_i^2,i=j\\ 0,i\≠j\end{array}\right.,$ 那么

$R_e=E\left[(I+N){(I+N)}^H\right]$

$=E\left[(\underset{j=0,j\≠i}{\overset{K-1}{\mathrm{\Σ}}}{H}_j{s}_j+N){(\underset{j=0,j\≠i}{\overset{K-1}{\mathrm{\Σ}}}{H}_j{s}_j+N)}^H\right]$

$=\underset{j=0,j\≠i}{\overset{K-1}{\mathrm{\Σ}}}{H}_j{R}_{s_j{s}_j}{H}_j^H+{\mathrm{\δ}}^{2}I$

$=\underset{j=0,j\≠i}{\overset{K-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\δ}}_j^2{H}_j{H}_j^H+{\mathrm{\δ}}^{2}I$

上述给出了LS准则下的近似解，但是LS准则下的近似解存在噪声放大的问题，因此也可以采用性能更优的MMSE(Minimum Mean Squared Error，最小均方误差)准则来求解。

根据正交原理，可得MMSE准则下的估计值为

${\hat{s}}_i={[H_i^H{R}_e^{-1}{H}_i+1/{\mathrm{\δ}}_i^2]}^{-1}{H}_i^H{R}_e^{-1}r---\left(5\right)$

其中，R_e的定义同上。

具体的，本发明的实施例中，具体的小区间的干扰抑制处理流程，具体如下：

步骤s201、判断是否激活本发明提供的方法，是则进行步骤s202，否则进行步骤s205。

此处的激活指的是用户级的激活，激活的目的是确定当前的配置是否适用本发明方案。如果不需要激活，则按照单小区的信号处理流程进行；如果需要激活，则继续使用本发明提供的方法。本发明中提供的方法的激活可以通过如下两个方案来触发：

(1)高层触发：将本发明与高层ICIC(Inter-cell Interference Co-ordination，小区间干扰协调)相结合，在ICIC无法完全消除小区间用户干扰的时候，判断需要激活本发明提供的方法来抑制干扰；

(2)物理层触发：物理层通过测量一些参量来触发本发明，比如干扰功率、SINR等。当物理层测量得到的干扰功率大于预设的门限值、或SINR小于预设的门限值时，判断需要激活本发明提供的方法来抑制干扰。

如果通过方式(1)触发激活，则可以无需通过方式(2)中测量某些参量即可直接激活使用本发明中提供的方法。或通过方式(1)未触发激活时，通过方式(2)中测量某些参量，确定激活使用本发明中提供的方法。

步骤s202、进行本小区UE的信道响应估计。

具体的，对于本小区i，获取H_i的估计值。信道估计可以采用简单的LS或者比较复杂的维纳滤波算法获得。

步骤s203、进行干扰和/或噪声功率估计。具体的，根据步骤s202的信道估计结果，进行干扰和/或噪声功率R_e的估计，利用接收信号的实际值与本小区估计的接收信号之间的差值来估计干扰和/或噪声功率，具体的估计方案如下：

根据公式(2)，接收信号r可以表示为期望信号H_is_i、临小区干扰I以及噪声N的和r＝H_is_i+I+N，因此如果将期望信号H_is_i从接收信号r中减去，那么剩下的将主要是干扰和/或噪声。另外需要说明的是，在期望信号存在信道估计误差时，要考虑冗余的误差对估计精度的影响，需要考虑对R_e放大一定的倍数进行修正，该倍数的具体值可以根据经验获得，理想信道估计时不需要考虑该问题。则干扰和/或噪声的值为：

$R_e=E\left[{\left|\right|r-H_i{s}_i\left|\right|}_2^2\right]=E\left[{\left|\right|\underset{j=0,j\≠i}{\overset{K-1}{\mathrm{\Σ}}}{H}_j{s}_j+N\left|\right|}_2^2\right]$

$=\underset{j=0,j\≠i}{\overset{K-1}{\mathrm{\Σ}}}E\left({\left|\right|H_j{s}_j\left|\right|}_2^2\right)+E\left[{\left|\right|N\left|\right|}_2^2\right]=\underset{j=0,j\≠i}{\overset{K-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\δ}}_j^{2}E\left({\left|\right|H_j\left|\right|}_2^2\right)+{\mathrm{\δ}}^2$

步骤s204、干扰抑制合并，实现的时候可以采用LS(最小二乘)准则或者MMSE(最小均方误差)准则：

LS准则： ${\hat{s}}_i={\left(H_i^H{R}_e^{-1}{H}_i\right)}^{-1}{H}_i^H{R}_e^{-1}r---\left(4\right)$

MMSE准则： ${\hat{s}}_i={[H_i^H{R}_e^{-1}{H}_i+1/{\mathrm{\δ}}_i^2]}^{-1}{H}_i^H{R}_e^{-1}r---\left(5\right)$

步骤s205、进行本小区UE的信道响应估计。

步骤s206、进行最大比合并。

通过使用本发明的实施例提供的方法，获取接收信号的期望值，并根据接收信号的期望值与实际值获取本小区的干扰和/或噪声的功率，实现了对小区间干扰的抑制。

本发明的实施例还提供了一种通信设备，用于小区间干扰抑制方法，其结构如图3所示，包括：

接收信号获取单元10，用于获取本小区中用户终端的信道响应的估计值和发送信号，根据估计值和发送信号获取接收信号的期望值；

干扰噪声功率获取单元20，用于根据接收信号获取单元10获取的接收信号的期望值与接收信号的实际值获取本小区的干扰和/或噪声的功率；

干扰抑制合并单元30，用于根据干扰噪声功率获取单元20获取的本小区的干扰和/或噪声的功率，进行干扰抑制合并。

其中，接收信号获取单元10，具体用于：根据最小二乘法或者维纳滤波算法，获取本小区中用户终端的信道响应的估计值。

干扰噪声功率获取单元20，具体用于：获取

I+N＝r-H_is_i

其中，I表示邻小区干扰，N表示噪音且服从均值为0方差为δ²的复高斯分布，r表示接收信号的实际值，H_is_i表示接收信号的期望值，i＝0，1...K-1，K表示干扰小区的数目；具体的，H_i表示小区ID为i的用户终端的信道响应的估计值，s_i表示小区ID为i的UE的发送信号；且 $I=\underset{j=0,j\≠i}{\overset{K-1}{\mathrm{\Σ}}}{H}_j{s}_j;$

以R_e表示干扰和/或噪声的功率，则：

$R_e=E\left[(I+N){(I+N)}^H\right]=\underset{j=0,j\≠i}{\overset{K-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\δ}}_j^2{H}_j{H}_j^H+{\mathrm{\δ}}^{2}I;$

干扰抑制合并单元30，具体用于：获取本小区中用户终端的发送信号的估计值并进行干扰抑制合并，具体的，

${\hat{s}}_i={\left(H_i^H{R}_e^{-1}{H}_i\right)}^{-1}{H}_i^H{R}_e^{-1}r,$ 或 ${\hat{s}}_i={[H_i^H{R}_e^{-1}{H}_i+1/{\mathrm{\δ}}_i^2]}^{-1}{H}_i^H{R}_e^{-1}r;$ i＝0，1...K-1；

其中表示本小区中用户终端的发送信号的估计值。

另外，该通信设备还可以包括：

触发单元40，用于根据小区高层调度结果、和/或对物理层参数的测量结果，判断是否启动小区间干扰抑制方法，判断结果为是时通知获取单元10。

干扰噪声功率修正单元50，用于对获取的本小区的干扰和/或噪声的功率进行修正，消除冗余误差的影响。

通过使用本发明的实施例提供的设备，获取接收信号的期望值，并根据接收信号的期望值与实际值获取本小区的干扰和/或噪声的功率，实现了对小区间干扰的抑制。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的单元或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的单元可以按照实施例描述进行分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的单元可以合并为一个单元，也可以进一步拆分成多个子单元。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

Claims (8)

1.一种小区间干扰抑制方法，其特征在于，包括：

获取本小区中用户终端的信道响应的估计值和发送信号，根据所述估计值和发送信号获取接收信号的期望值；

根据所述期望值与接收信号的实际值获取本小区的干扰和/或噪声的功率；所述根据所述期望值与接收信号的实际值获取本小区的干扰和/或噪声的功率，包括：

I＋N＝r－H_is_i

其中，I表示邻小区干扰，N表示噪音且服从均值为0方差为δ²的复高斯分布，r表示接收信号的实际值，H_is_i表示接收信号的期望值，i=0,1…K-1，K表示干扰小区的数目；具体的，H_i表示小区ID为i的用户终端的信道响应的估计值，s_i表示小区ID为i的UE的发送信号；且

以R_e表示干扰和/或噪声的功率，则：

$R_e=E\left[(I+N){(I+N)}^H\right]=\underset{j=0,j\≠i}{\overset{K-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\δ}}_j^2{H}_j{H}_j^H+{\mathrm{\δ}}^{2}I;$

根据所述本小区的干扰和/或噪声的功率进行干扰抑制合并；

根据所述本小区的干扰和/或噪声的功率进行干扰抑制合并，包括：获取本小区中用户终端的发送信号的估计值并进行干扰抑制合并，具体的，

${\hat{s}}_i={\left(H_i^H{R}_e^{-1}{H}_i\right)}^{-1}{H}_i^H{R}_e^{-1}r,$ 或 ${\hat{s}}_i={[H_i^H{R}_e^{-1}{H}_i+1/{\mathrm{\δ}}_i^2]}^{-1}{H}_i^H{R}_e^{-1}r;i=\mathrm{0,1}...K-1;$

其中表示本小区中用户终端的发送信号的估计值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取本小区中用户终端的信道响应的估计值，包括：

根据最小二乘法或者维纳滤波算法，获取本小区中用户终端的信道响应的估计值。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述获取本小区中用户终端的信道响应的估计值和发送信号前，还包括：

根据小区高层调度结果、和/或对物理层参数的测量结果，判断是否启动所述小区间干扰抑制方法，是则继续。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据所述期望值与接收信号的实际值获取本小区的干扰和/或噪声的功率后，还包括：

对所述获取的本小区的干扰和/或噪声的功率进行修正，消除冗余误差的影响。

5.一种通信设备，其特征在于，用于小区间干扰抑制，包括：

接收信号获取单元，用于获取本小区中用户终端的信道响应的估计值和发送信号，根据所述估计值和发送信号获取接收信号的期望值；

干扰噪声功率获取单元，用于根据所述接收信号获取单元获取的接收信号的期望值与接收信号的实际值获取本小区的干扰和/或噪声的功率；所述干扰噪声功率获取单元，具体用于：获取

I＋N＝r－H_is_i

其中，I表示邻小区干扰，N表示噪音且服从均值为0方差为δ²的复高斯分布，r表示接收信号的实际值，H_is_i表示接收信号的期望值，i=0,1…K-1，K表示干扰小区的数目；具体的，H_i表示小区ID为i的用户终端的信道响应的估计值，s_i表示小区ID为i的UE的发送信号；且

以R_e表示干扰和/或噪声的功率，则：

$R_e=E\left[(I+N){(I+N)}^H\right]=\underset{j=0,j\≠i}{\overset{K-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\δ}}_j^2{H}_j{H}_j^H+{\mathrm{\δ}}^{2}I;$

干扰抑制合并单元，用于根据所述干扰噪声功率获取单元获取的本小区的干扰和/或噪声的功率，进行干扰抑制合并；具体用于：获取本小区中用户终端的发送信号的估计值并进行干扰抑制合并，具体的，

${\hat{s}}_i={\left(H_i^H{R}_e^{-1}{H}_i\right)}^{-1}{H}_i^H{R}_e^{-1}r,$ 或 ${\hat{s}}_i={[H_i^H{R}_e^{-1}{H}_i+1/{\mathrm{\δ}}_i^2]}^{-1}{H}_i^H{R}_e^{-1}r;i=\mathrm{0,1}...K-1;$

其中表示本小区中用户终端的发送信号的估计值。

6.如权利要求5所述的通信设备，其特征在于，所述接收信号获取单元，具体用于：根据最小二乘法或者维纳滤波算法，获取本小区中用户终端的信道响应的估计值。

7.如权利要求5或6所述的通信设备，其特征在于，还包括：

触发单元，用于根据小区高层调度结果、和/或对物理层参数的测量结果，判断是否启动所述小区间干扰抑制方法，判断结果为是时通知所述获取单元。

8.如权利要求5或6所述的通信设备，其特征在于，还包括：

干扰噪声功率修正单元，用于对所述获取的本小区的干扰和/或噪声的功率进行修正，消除冗余误差的影响。