CN102025392A - 干扰消除方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种干扰消除方法和装置，其中，该方法包括：接收机在承载接收信号的所有码道中确定出强干扰码道，并将强干扰码道对应的信号确定为强干扰信号，其中，接收信号为经过匹配滤波的信号；接收机根据系统矩阵对确定出的强干扰信号进行重构，得到重构后的强干扰信号；接收机利用重构后的强干扰信号对接收信号进行干扰消除，得到干扰消除后的信号。本发明通过利用系统矩阵对强干扰信号进行重构，并利用重构后的强干扰信号对接收信号进行干扰消除，通过降低矩阵的阶数，能够降低矩阵求逆的运算复杂度，提升装置的性能，从而提高干扰消除的处理效率。

Description

干扰消除方法和装置

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种干扰消除方法和装置。

背景技术

在直接扩频码分多址(Direct Sequence-Code Division Multiple Access，简称为DS-CDMA)系统中，主要采用码分多址技术。由于不同信号的传播时延不同，以及扰码的存在，会导致各个信号所采用的扩频码集并非完全正交，这种由非零互相关系数引起的干扰常被称为多址干扰(Multiple Access Interference，简称为MAI)。

码分多址(Code Division Multiple Access，简称为CDMA)系统中通常采用匹配滤波器(Matched Filter，简称为MF)(传统的Rake接收机采用MF原理)或者多用户检测装置(Multi-User Detector，简称为MUD)恢复扩频和加扰前的数据，但是，传统的MF装置无法有效抑制多址干扰，而MUD装置可以较好的消除MAI带来的影响。

在时分同步码分多址(Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，简称为TD-SCDMA)系统中，MUD装置采用的是联合检测(Joint Detector，简称为JD)装置，是一种线性MUD装置。由于需要完成系统矩阵求逆的操作，如果CDMA系统采用的扩频因子(spread Factor，简称为SF)较大、扰码长度较长或者干扰用户的数量太多时，系统矩阵的维数将会增加，导致矩阵求逆的运算复杂度较高，会降低装置的性能，导致干扰消除的处理效率较低。同时，系统中出现的大量强干扰信号会影响整个均衡器的输出性能。

针对相关技术中如果采用的SF较大、扰码长度较长或者干扰用户的数量太多时，导致干扰消除处理的效率较低的问题；同时，针对大量强干扰信号，造成系统解调性能降低的问题，目前均尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中如果采用的SF较大、扰码长度较长或者干扰用户的数量太多时，导致干扰消除处理的效率较低，以及系统中出现的大量强干扰信号会影响整个均衡器的输出性能两方面的问题，本发明提出了一种干扰消除方法和装置，能够降低矩阵求逆的运算复杂度，提升装置的性能。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种干扰消除方法，包括：

接收机在承载接收信号的所有码道中确定出强干扰码道，并将所述强干扰码道对应的信号确定为强干扰信号，其中，所述接收信号为经过匹配滤波的信号；

所述接收机根据系统矩阵对确定出的所述强干扰信号进行重构，得到重构后的强干扰信号；

所述接收机利用重构后的所述强干扰信号对所述接收信号进行干扰消除，得到干扰消除后的信号。

进一步地，所述接收机利用重构后的所述强干扰信号对所述接收信号进行干扰消除，得到干扰消除后的信号之后，所述方法还包括：

所述接收机将所述系统矩阵中所述强干扰码道的序号对应的列置为0，得到裁剪矩阵；

所述接收机利用所述裁剪矩阵对所述干扰消除后的信号执行均衡操作。

其中，接收机在承载接收信号的所有码道中确定出强干扰码道的操作包括：

所述接收机确定每个码道的功率值，将所述功率值与本地用户码道的功率值进行比较，如果所述功率值与所述本地用户码道的功率值的比值大于或等于预设值，则将该码道作为强干扰码道。

具体地，利用下述公式确定出第k个码道的功率值P^(k)：

$P^{\left(k\right)}=\underset{i=1}{\overset{X}{\mathrm{\Σ}}}{\left|e_{\mathrm{mf},i}^{\left(k\right)}\right|}^2$

其中，

为匹配滤波输出的第k个码道的第i个符号，X是每个码道的符号数。

具体地，利用下述公式确定出重构后的强干扰信号：

${\hat{d}}_{\mathrm{SI}}=\stackrel{\‾}{\mathrm{diag}}\left(A^{H}A\right)e_{\mathrm{mf},\mathrm{SI}}$

其中，e_mf，SI为强干扰信号，A为系统矩阵，为将对角线元素置0后生成的矩阵；

其中，

Kvru指总码道数，

指第i个强干扰信号码道中的第j个元素，n是强干扰码道的个数。

具体地，利用下述公式确定干扰消除后的信号：

${\hat{d}}_{\mathrm{MFIC}}={\left(\mathrm{diag}\left(A^{H}A\right)\right)}^{-1}{e}_{\mathrm{mf},\mathrm{PS}}-{\left(\mathrm{diag}\left(A^{H}A\right)\right)}^{-1}{\hat{d}}_{\mathrm{SI}}$

其中(.)^-1为矩阵求逆，diag(.)为将非对角线元素置0后生成的矩阵，e_mf，SI为强干扰信号，e_mf，PS为将所有码道的功率按照从小到大的顺序进行排列后的信号。

一种干扰消除装置，包括：

干扰检测模块，用于在承载接收信号的所有码道中确定出强干扰码道，并将所述强干扰码道对应的信号确定为强干扰信号，其中，所述接收信号为经过匹配滤波的信号；

重构模块，用于根据系统矩阵对确定出的所述强干扰信号进行重构，得到重构后的强干扰信号；

干扰消除模块，用于利用重构后的所述强干扰信号对所述接收信号进行干扰消除，得到干扰消除后的信号。

进一步地，上述装置还包括：

干扰码道确定模块，用于确定每个码道的功率值，将所述功率值与本地用户码道的功率值进行比较，如果所述功率值与所述本地用户码道的功率值的比值大于或等于预设值，则将该码道作为强干扰码道。

进一步地，上述装置还包括：

矩阵裁剪模块，用于将所述系统矩阵中所述强干扰码道的序号对应的列置为0，得到裁剪矩阵；

进一步地，上述装置还包括：

均衡处理模块，用于利用所述裁剪矩阵对所述干扰消除后的信号执行均衡操作。

借助于本发明的上述技术方案，本发明通过利用系统矩阵对强干扰信号进行重构，并利用重构后的强干扰信号对接收信号进行干扰消除，通过降低矩阵的阶数，能够降低矩阵求逆的运算复杂度，提升装置的性能，从而提高干扰消除的处理效率。

附图说明

图1是根据本发明实施例的干扰消除方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的干扰消除装置的结构框图；

图3是根据本发明实施例的干扰消除装置在联合检测系统中的位置示意图；

图4是本发明的干扰消除装置的示意图。

具体实施方式

本发明提出的TD-SCDMA干扰消除装置，在联合检测中的位置为匹配滤波器之后，均衡器之前。具体地，在联合检测中，利用匹配滤波器的输出检测出强干扰信号，并且重构出其他用户的干扰信号，然后在联合检测中，将匹配滤波器的输出与重构的干扰信号进行干扰消除。

下面结合附图对本发明进行详细说明。

图1是根据本发明实施例的干扰消除方法的流程图，如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤S101，接收机在承载接收信号的所有码道中确定出强干扰码道，并将强干扰码道对应的信号确定为强干扰信号，其中，接收信号为经过匹配滤波的信号，具体地，接收机可以确定每个码道的功率值，将功率值与本地用户码道的功率值进行比较，如果功率值与本地用户码道的功率值的比值大于或等于预设值，则将该码道作为干扰码道；

步骤S103，接收机根据系统矩阵对确定出的强干扰信号进行重构，得到重构后的强干扰信号；

步骤S105，接收机利用重构后的强干扰信号对接收信号进行干扰消除，得到干扰消除后的信号。

其中，接收机利用重构后的强干扰信号对接收信号进行干扰消除，得到干扰消除后的信号之后，接收机可以将系统矩阵中强干扰码道的序号对应的列置为0，得到裁剪矩阵，并利用裁剪矩阵对多个码道的输出信号执行均衡操作。

本发明利用系统矩阵对强干扰信号进行重构，并利用重构后的强干扰信号对接收信号进行干扰消除，通过降低矩阵的阶数，能够降低矩阵求逆的运算复杂度，提升装置的性能，从而提高干扰消除的处理效率。

图2是根据本发明实施例的干扰消除装置的结构框图，该装置可以位于接收机中，如图2所示，包括：

干扰检测模块1，用于在承载接收信号的所有码道中确定出强干扰码道，并将强干扰码道对应的信号确定为强干扰信号，其中，接收信号为经过匹配滤波的信号；

重构模块2，用于根据系统矩阵对确定出的强干扰信号进行重构，得到重构后的强干扰信号；

干扰消除模块3，用于利用重构后的强干扰信号对接收信号进行干扰消除，得到干扰消除后的信号。

干扰码道确定模块(图中未示出)，用于确定每个码道的功率值，将功率值与本地用户码道的功率值进行比较，如果功率值与本地用户码道的功率值的比值大于或等于预设值，则将该码道作为强干扰码道；

矩阵裁剪模块(图中未示出)，用于将系统矩阵中强干扰码道的序号对应的列置为0，得到裁剪矩阵；

均衡处理模块(图中未示出)，用于利用裁剪矩阵对干扰消除后的信号执行均衡操作。

图3是根据本发明实施例的干扰消除装置在联合检测系统中的位置示意图，如图3所示，联合检测系统包括：信道估计器、系统矩阵生成模块、R矩阵生成器、Cholesky分解、匹配滤波器、解调、均衡器、码道功率排序、强干扰检测器、匹配滤波干扰消除器、系统矩阵裁剪器，其中，信道估计器、系统矩阵生成模块、R矩阵生成器、Cholesky分解和匹配滤波器的功能与现有技术相同，本发明增加了码道功率排序、强干扰检测器和匹配滤波干扰消除器、并对系统矩阵裁剪器和均衡器的功能进行了升级，图4是本发明的干扰消除装置的示意图，下面结合图3和图4所示的装置，对本发明执行干扰消除的方法进行详细说明，具体步骤如下：

步骤1，利用匹配滤波器的输出e_mf，对所有码道的功率进行排序，检测出强干扰信号e_mf，SI，具体地，检测出强干扰信号e_mf，SI的方式如下：

假设匹配滤波器的输出为e_mf，则码道k的功率值为：

$P^{\left(k\right)}=\underset{i=1}{\overset{44}{\mathrm{\Σ}}}{\left|e_{\mathrm{mf},i}^{\left(k\right)}\right|}^2$

其中，

为匹配滤波输出的第k个码道的第i个符号，其中，44为每个码道的符号数。

根据码道的功率从小到大，对e_mf的码道进行重排，生成e_mf，PS，具体地，如果k码道P^(k)与本地用户码道P^(LocalUser)的功率比大于某个门限θ，就认为k码道为强干扰信号。即如果P^(k)/P^(LooalUser)＞θ，就认为k码道为强干扰信号。假设强干扰码道有n个，那么从码道功率重排后的匹配滤波器输出信号抽取强干扰信号所构成的信号为：

其中，Kvru指总码道数，

指第i个强干扰信号码道中的第j个元素

步骤2，利用系统系统和强干扰信号e_mf，SI得到重构后的干扰信号

具体的重构方式如下：

假设强干扰信号为e_mf，SI，则重构后的干扰信号

为：

${\hat{d}}_{\mathrm{SI}}=\stackrel{\‾}{\mathrm{diag}}\left(A^{H}A\right)e_{\mathrm{mf},\mathrm{SI}}$

其中，A为系统矩阵，

为将对角线元素置0后生成的矩阵。

所以，

其中，R0，R1均为Kvru×Kvru阶矩阵。

步骤3，利用

对匹配滤波器的输出e_mf进行干扰消除，得到干扰消除后的信号

输送到联合检测中的均衡器，具体地干扰消除方法如下：

如果码道功率重排后的匹配滤波器的输出为e_mf，PS，则

${\hat{d}}_{\mathrm{MFIC}}={\left(\mathrm{diag}\left(A^{H}A\right)\right)}^{-1}{e}_{\mathrm{mf},\mathrm{PS}}-{\left(\mathrm{diag}\left(A^{H}A\right)\right)}^{-1}{\hat{d}}_{\mathrm{SI}}$

或者

${\hat{d}}_{\mathrm{MFIC}}={\left(\mathrm{diag}\left(A^{H}A\right)\right)}^{-1}(e_{\mathrm{mf},\mathrm{PS}}-{\hat{d}}_{\mathrm{SI}})$

其中，(.)^-1为矩阵求逆，diag(.)为将非对角线元素置0后生成的矩阵。在上述的方法与装置中，假设R′_0i，i＝1/R_0i，i，那么

${\hat{d}}_{\mathrm{MFIC}}\left(i\right)=R_{0(i\%16,i\%16)}^{\′}\×e_{\mathrm{mf},\mathrm{PS}}\left(i\right)-R_{0(i\%16,i\%16)}^{\′}\×{\hat{d}}_{\mathrm{SI}}\left(i\right)$

或者

${\hat{d}}_{\mathrm{MFIC}}\left(i\right)=R_{0(i\%16,i\%16)}^{\′}\×(e_{\mathrm{mf},\mathrm{PS}}\left(i\right)-{\hat{d}}_{\mathrm{SI}}\left(i\right)$

其中，％为求余。

步骤4，将已消除的干扰码道信息传递给系统矩阵裁剪器，通过系统矩阵裁剪器将已进行干扰消除的码道对应的系统矩阵信息删除，并将结果输入至后级模块，具体地，得到裁剪矩阵的方法如下：

将

所对应的序列号{SI1，...SIn}对应系统矩阵A中的序列号为{k+1，...，Kvru}，将其输入系统矩阵裁剪模块，对原有系统矩阵A行列进行裁剪，可得裁剪后矩阵。

利用其所对应的删除

结果的匹配滤波输出进行联合检测获得最终的联检结果。

如果不对系统矩阵进行矩阵裁剪，则利用系统矩阵对干扰消除后的信号进行联合检测，获得最终的联检结果。

其中，步骤4为可选步骤，其目的在于进一步降低联合检测算法的复杂度。

本发明所述的方法和装置可以设置于通信系统中，例如TD-SCDMA系统、DS-CDMA系统。下面结合具体实例，对本发明进行说明，表1为具体的实施参数。

表1

通信系统	TD-SCDMA
		小区数	1
Midamble号	1

调制方式	QPSK
		发送天线个数	1
接收天线个数	1
		码道数	16
码道号	1～16
		时隙数	1

首先，利用匹配滤波器的输出e_mf，对所有码道的功率进行排序，检测出强干扰信号e_mf，SI，具体地，检测出强干扰信号e_mf，SI的方式如下：

假设匹配滤波器的输出为e_mf，那么码道k的功率值为：

$P^{\left(k\right)}=\underset{i=1}{\overset{44}{\mathrm{\Σ}}}{\left|e_{\mathrm{mf},i}^{\left(k\right)}\right|}^2,k=\mathrm{1,2},...,16$

其中

为匹配滤波输出的第k个码道的第i个符号。

根据码道的功率从小到大对e_mf的码道进行进行重排，生成e_mf，PS具体地，如果k码道P^(k)与本地用户码道P^(LocalUser)的功率比大于某个门限θ，就认为k码道为强干扰信号。即如果P^(k)/P^(LooalUser)＞θ，就认为k码道为强干扰信号。假设强干扰码道有n个，那么从码道功率重排后的匹配滤波器输出信号抽取强干扰信号所构成的信号为：

其中，Kvru＝16指的是总码道数

指的是第i个强干扰信号码道中的第j个元素。

然后，利用系统矩阵和强干扰信号e_mf，SI得到重构后的强干扰信号

，具体的重构方式如下：

假设强干扰信号为e_mf，SI，那么重构后的强干扰信号的为：

${\hat{d}}_{\mathrm{SI}}=\stackrel{\‾}{\mathrm{diag}}\left(A^{H}A\right)e_{\mathrm{mf},\mathrm{SI}}$

其中，A为系统矩阵，为将对角线元素置0后生成的矩阵。

其中，R0，R1均为Kvru×Kvru阶矩阵。

接着，利用

对匹配滤波器的输出e_mf进行干扰消除，得到干扰消除后的信号输送到联合检测中的均衡器，具体地干扰消除方法如下：

如果码道功率重排后的匹配滤波器的输出为e_mf，PS，那么干扰消除的处理方法为：

${\hat{d}}_{\mathrm{MFIC}}={\left(\mathrm{diag}\left(A^{H}A\right)\right)}^{-1}{e}_{\mathrm{mf},\mathrm{PS}}-{\left(\mathrm{diag}\left(A^{H}A\right)\right)}^{-1}{\hat{d}}_{\mathrm{SI}}$

或者

${\hat{d}}_{\mathrm{MFIC}}={\left(\mathrm{diag}\left(A^{H}A\right)\right)}^{-1}(e_{\mathrm{mf},\mathrm{PS}}-{\hat{d}}_{\mathrm{SI}})$

其中(.)^-1为矩阵求逆，diag(.)为将非对角线元素置0后生成的矩阵。在上述的方法与装置中，假设R′_0i，i＝1/R_0i，i，那么

$\begin{array}{c}{\hat{d}}_{\mathrm{MFIC}}\left(i\right)=R_{0(i\%16,i\%16)}^{\′}\×e_{\mathrm{mf},\mathrm{PS}}\left(i\right)-R_{0(i\%16,i\%16)}^{\′}\×{\hat{d}}_{\mathrm{SI}}\left(i\right),\\ i=\mathrm{1,2},...,704\end{array}$

或者

$\begin{array}{c}{\hat{d}}_{\mathrm{MFIC}}\left(i\right)=R_{0(i\%16,i\%16)}^{\′}\×(e_{\mathrm{mf},\mathrm{PS}}\left(i\right)-{\hat{d}}_{\mathrm{SI}}\left(i\right)),\\ i=\mathrm{1,2},...,704\end{array}$

其中，％为求余。

最后，将已消除的干扰码道信息传递给系统矩阵裁剪器，通过系统矩阵裁剪器将已进行干扰消除的码道对应的系统矩阵信息删除，并将结果输入至后级模块，具体地，得到裁剪矩阵的方法如下：

将

所对应的序列号{SI1，...SIn}对应{k+1，...，Kvru}输入系统矩阵裁剪模块，对原有系统矩阵A行列进行裁剪，

本发明的干扰消除方法是一种改进的线性多用户检测方法，该方法在没有大幅度增加原有联合检测方法的复杂度基础上，能偶很好的抑制强干扰信号对有用信号的影响以提高接收机性能，以较小的实现复杂度，特别是干扰信号功率比较大的恶劣条件下，消除干扰信号的影响，提高有用信号的接收性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种干扰消除方法，其特征在于，包括：

接收机在承载接收信号的所有码道中确定出强干扰码道，并将所述强干扰码道对应的信号确定为强干扰信号，其中，所述接收信号为经过匹配滤波的信号；

所述接收机根据系统矩阵对确定出的所述强干扰信号进行重构，得到重构后的强干扰信号；

所述接收机利用重构后的所述强干扰信号对所述接收信号进行干扰消除，得到干扰消除后的信号。

2.根据权利要求1所述的干扰消除方法，其特征在于，所述接收机利用重构后的所述强干扰信号对所述接收信号进行干扰消除，得到干扰消除后的信号之后，所述方法还包括：

所述接收机将所述系统矩阵中所述强干扰码道的序号对应的列置为0，得到裁剪矩阵；

所述接收机利用所述裁剪矩阵对所述干扰消除后的信号执行均衡操作。

3.根据权利要求1所述的干扰消除方法，其特征在于，接收机在承载接收信号的所有码道中确定出强干扰码道的操作包括：

所述接收机确定每个码道的功率值，将所述功率值与本地用户码道的功率值进行比较，如果所述功率值与所述本地用户码道的功率值的比值大于或等于预设值，则将该码道作为强干扰码道。

4.根据权利要求3所述的干扰消除方法，其特征在于，利用下述公式确定出第k个码道的功率值P^(k)：

其中， 

为匹配滤波输出的第k个码道的第i个符号，X是每个码道的符号数。 

5.根据权利要求1所述的干扰消除方法，其特征在于，利用下述公式确定出重构后的强干扰信号：

其中，e_mf，SI为强干扰信号，A为系统矩阵， 

为将对角线元素置0后生成的矩阵；

其中， 

Kvru指总码道数， 

指第i个强干扰信号码道中的第j个元素，n是强干扰码道的个数。

6.根据权利要求5所述的干扰消除方法，其特征在于，利用下述公式确定干扰消除后的信号：

其中(.)^-1为矩阵求逆，diag(.)为将非对角线元素置0后生成的矩阵，e_mf，SI为强干扰信号，e_mf，PS为将所有码道的功率按照从小到大的顺序进行排列后的信号。

7.一种干扰消除装置，包括：

干扰检测模块，用于在承载接收信号的所有码道中确定出强干扰码道，并将所述强干扰码道对应的信号确定为强干扰信号，其中，所述接收信号为经过匹配滤波的信号；

重构模块，用于根据系统矩阵对确定出的所述强干扰信号进行重构，得到重构后的强干扰信号；

干扰消除模块，用于利用重构后的所述强干扰信号对所述接收信号进行干扰消除，得到干扰消除后的信号。

8.根据权利要求7所述的干扰消除装置，其特征在于，还包括：

干扰码道确定模块，用于确定每个码道的功率值，将所述功率值与本地用户码道的功率值进行比较，如果所述功率值与所述本地用户码道的功率值的比值大于或等于预设值，则将该码道作为强干扰码道。

9.根据权利要求7或8所述的干扰消除装置，其特征在于，还包括：

矩阵裁剪模块，用于将所述系统矩阵中所述强干扰码道的序号对应的列置 为0，得到裁剪矩阵。

10.根据权利要求9所述的干扰消除装置，其特征在于，还包括：

均衡处理模块，用于利用所述裁剪矩阵对所述干扰消除后的信号执行均衡操作。 

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