CN102075466B - 接收干扰功率估计方法及接收装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种接收干扰功率估计方法和接收装置。该方法包括以下步骤:根据导频信息获取导频信道估计作为原始信道估计;根据原始信道估计获取用户设备的频域信道估计作为处理后信道估计;根据原始信道估计和处理后信道估计获取接收干扰功率的估计值。本发明所提出的接收干扰功率估计方法及接收装置具有估计精度高、适用范围广、可扩展性强等优点。

Description

接收干扰功率估计方法及接收装置
技术领域
本发明一般地涉及通信技术领域,更具体地涉及接收干扰功率估计技术。
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,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,因此精确的估计出该干扰对系统的检测性能、测量如SINR、CQI估计等)以及干扰协调与干扰控制机制至关重要,这里定义接收干扰功率为同道干扰功率与噪声功率的和值。
在LTE的早期研究中,曾经考虑过如下几种接收干扰功率估计方案:
方案1:空窗法
空窗法是指在某些时频资源上不发送任何信号,这样从接收端来看,这些资源位置就是干扰信号和噪声的和,统计这些时频资源上接收信号的功率,即为接收干扰功率。
方案2:变换域法
变换域法估计接收干扰功率的思想如下:首先根据导频估计出频域的信道响应,然后通过IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform,离散傅立叶反变换)或者IDCT(Inverse Discrete Cosine Transformation,负离散余弦转换)变换变换到时域,由于期望小区的信道能量主要集中在低频段,那么高频段主要就是干扰和噪声,通过加窗等方法能够有效地区分出有用信号和干扰部分,进而统计出接收干扰功率。
方案3:频域相关法
频域相关法利用导频的频域相关性来估计接收干扰功率,假定导频之间的相关性较大,那么相邻导频之间做相关就能比较准确地估计出期望信号功率,将期望信号功率从总的接收信号功率中减去,即可获得接收干扰功率。
对于宽带干扰,方案1能够准确的估计接收干扰功率,但是在窄带干扰情况下由于预留资源的位置未必能够匹配窄带干扰,因此估计精度会有所下降。此外,由于需要预留部分时频资源用于接收干扰功率估计,该方案会造成资源浪费,实际可操作性不大。
方案2假定了有用信号集中在低频段,但是干扰和噪声是分布在整个系统带宽上的,这样本方案估计得到的接收干扰功率会存在较大误差,并且,当需要对系统带宽上的部分频段进行接收干扰功率估计时,本方案可实现性差。
方案3适用范围小,当存在多个用户占用相同时频资源时,此方案将不再适用,并且使用本方案估计得到的接收干扰功率偏低,因为相关的结果中含有部分干扰信息。
因此,目前需要一种估计精度较高且使用范围较广的接收干扰功率估计方案。
发明内容
为了解决上述问题之一,本发明提出了一种接收干扰功率估计方法,包括以下步骤:根据导频信息获取导频信道估计作为原始信道估计;根据所述原始信道估计获取用户设备的频域信道估计作为处理后信道估计;根据所述原始信道估计和所述处理后信道估计获取接收干扰功率的估计值。
本发明还提出了一种接收装置,包括原始信道估计模块、处理后信道估计模块和干扰功率估计模块。其中,所述原始信道估计模块用于根据导频信息获取导频信道估计作为原始信道估计;所述处理后信道估计模块用于根据所述原始信道估计获取用户设备的频域信道估计作为处理后信道估计;所述干扰功率估计模块用于根据所述原始信道估计和所述处理后信道估计获取接收干扰功率的估计值。
本发明所提出的接收干扰功率估计方法及接收装置具有估计精度高、适用范围广、可扩展性强等优点。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1为根据本发明的一个实施例的接收干扰功率估计方法的流程图;
图2为根据本发明的一个实施例的接收干扰功率估计方法的流程图;
图3为根据本发明的一个实施例的接收装置的功能结构图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能解释为对本发明的限制。
如图1所示为根据本发明的一个实施例的接收干扰功率估计方法100,包括以下步骤:
S101:根据导频信息获取导频信道估计作为原始信道估计。
S102:根据原始信道估计获取UE(User Equipment,用户设备)的频域信道估计作为处理后信道估计。
S103:根据原始信道估计和处理后信道估计获取接收干扰功率的估计值。
下面以LTE系统上行为例对本发明的实施例所提出的接收干扰功率估计方法进行示例性的描述。作为本发明的一个实施例,假定eNodeB(Evolved NodeB,演进基站)接收到占用相同时频资源K个UE的信号,且CP(Cyclic Prefix,循环前缀)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=H1s1+H2s2+…+HKsK+N+I
=Hs+N+I
其中,r表示接收信号,Hi表示占用相同时频资源的第i个UE的处理后信道估计矩阵,i=1,2,…,K,K表示占用相同时频资源的UE的数目。H=[H1,H2,…,HK],s=[s1,s2,…,sK]T,其中si表示占用相同时频资源的第i个UE的发送信号,i=1,2,…,K,(·)T表示转置操作。N表示噪声,服从均值为0方差为δN 2的复高斯分布。I表示邻小区干扰,其功率值记为δI 2。这里所说的接收干扰功率估计即为δN 2I 2
作为本发明的一个实施例,接收信号可以表示为期望信号、邻小区干扰以及噪声的和,因此,如果将期望信号从总的接收信号中减去,那么剩下的将主要是干扰和噪声,需要注意的是,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,理想信道估计时不需要考虑该问题,即:
( δ N 2 + δ I 2 ) = E [ | | r - Hs | | 2 2 ] ,
其中,δN 2I 2为接收干扰功率估计,H表示处理后信道估计矩阵,s表示发送信号,‖·‖2表示二阶范数,E(·)表示求数学期望。
如图2所示为图1的实施例所述的接收干扰功率估计方法一个具体示例的流程图,如图所示,该示例包括以下步骤:
作为本发明的一个实施例,图1所示的S101可以包括S201,其中,在接收端,使用导频信息获得导频信道估计,记为原始信道估计。作为本发明的一个实施例,考虑到LTE导频信号的形式,原始信道估计可以表示为:
H all = H 1 e j α 1 n + H 2 e j α 2 n + . . . + H K e j α K n + N ′ + I ′ ,
其中αi表示第i个UE的循环移位因子,N′=N/s,I′=I/s,若发送信号s的功率为1,则N′和I′的功率值仍为δN 2和δI 2
作为本发明的一个实施例,图1所示的S102可以包括S202、203、204,其中:
S202:对S201中得到的原始信道估计进行IDFT(Inverse DiscreteFourier Transform,离散傅立叶反变换)变换,得到导频信道估计的时域抽头特性;
S203:对S202中得到的时域抽头响应进行加窗抑噪处理,获取各个UE的时域抽头响应;
S204:对S203中得到的各个UE的时域抽头响应进行DFT(DiscreteFourier Transform,离散傅立叶变换)变换,得到各个UE的频域信道估计,记为处理后信道估计,其中,第i个UE的处理后信道估计可以表示为Hi
作为本发明的一个实施例,图1所示的S103可以包括:
S205:使用原始信道估计和处理后信道估计,并利用占用相同时频资源UE之间的正交性,可以获得接收干扰功率的估计值,例如可以表示为:
( δ N 2 + δ I 2 ) = E ( | | H all | | 2 2 ) - Σ i = 1 K E ( | | H i | | 2 2 ) ,
其中,δN 2I 2为所述接收干扰功率的估计值,Hall为原始信道估计矩阵,Hi为占用相同时频资源的第i个用户设备的处理后信道估计矩阵,‖·‖2表示二阶范数,E(·)表示求数学期望。
作为本发明的一个实施例,考虑到实际的取窗策略会保留一部分冗余误差,在获取取窗后的信道估计时,要考虑冗余的误差对估计精度的影响,以对接收干扰功率估计值进行适当的补偿,可以采用补偿方案,例如,将上述S205可以替换为:使用原始信道估计和处理后信道估计,并利用占用相同时频资源UE之间的正交性,可以获得接收干扰功率的估计值为:
( δ N 2 + δ I 2 ) = E ( | | H all | | 2 2 ) - Σ i = 1 K β · E ( | | H i | | 2 2 ) ,
其中,δN 2I 2为所述接收干扰功率的估计值,Hall为原始信道估计矩阵,Hi为占用相同时频资源的第i个用户设备的处理后信道估计矩阵,‖·‖2表示二阶范数,E(·)表示求数学期望,β为补偿因子,且β≤1。
作为本发明的一个实施例,该方法还包括:
S208:检测,即接收端根据上述接收干扰功率估计值估计发送端发送的数据;
S209:上报,即将估计得到的接收干扰功率上报给高层。
本发明的实施例提出的接收干扰功率的估计方法通过对频域信道估计进行IDFT变换、加窗抑噪、DFT变换等处理获取有用信号部分,进一步通过处理前的频域信道估计和抑噪后的频域信道估计,获取接收信号的总功率和各个用户的有用信号接收功率,从而得到接收干扰功率的估计值,以提升系统的检测性能、提高测量如SINR(Signal toInterference plus Noise Ratio,信号与干扰加噪声比)或CQI(ChannelQuality Indicator,信道质量指示)估计等的精度,并为干扰协调与干扰控制机制提供精确的参考量。
需要指出的是,本发明的实施例可以依照接收端检测策略的不同需求进行相应的变换,当为多用户联合检测时,可以使用此方法进行接收干扰功率估计(δN 2I 2),当为单用户检测时,可以使用此方法获得接收干扰功率和其他用户对目标用户的干扰功率估计。
本发明的实施例所提出的接收干扰功率估计方法的适用范围很广,可以方便地用于LTE的上行PUSCH(Physical Uplink SharedChannel,物理上行共享信道)、PUCCH(Physical Uplink Control Channel,物理上行控制信道)信道,同样也适用于下行的业务、控制信道等。
下面以36.214标准中定义的测量量上行接收干扰功率的估计为例,说明本发明的实施例的具体操作流程。对于36.214中定义的上行接收干扰功率,需要在系统带宽上按PRB(Physical Resource Block,物理资源块)给出接收干扰功率的估计,考虑到一般情况下,会存在PUSCH占用的PRB和PUCCH占用的PRB,对于PUSCH占用的PRB,又存在是单用户占用和虚拟MU-MIMO用户占用的情况,对于PUCCH占用的PRB,需要按照相同的时频资源上分布多个用户的情况考虑,下面针对各种情况分别进行示例说明。
对于PUSCH单用户占用的PRB,接收信号可以表示为r=H1s1+N′+I′,那么 ( δ N 2 + δ I 2 ) = E [ | | r - H 1 s 1 | | 2 2 ] , 示例性的估计方法包括:
获取原始信道估计 H all = H 1 e j α 1 n + N ′ + I ′ ;
对上述步骤中得到的原始信道估计进行IDFT变换,得到导频信道估计的时域抽头特性;
对上述步骤中得到的时域抽头响应进行加窗抑噪处理,获取各个UE的时域抽头响应;
获取处理后信道估计H1
使用前面获得的原始信道估计和处理后信道估计可以计算得到此时的接收干扰功率为 ( δ N 2 + δ I 2 ) = E ( | | H all | | 2 2 ) - E ( | | H 1 | | 2 2 ) .
对于PUSCH虚拟MU-MIMO(Multi-User Multiple-InputMultiple-Output,多用户多输入多输出)用户占用的PRB(以两个用户为虚拟MU-MIMO用户为例),接收信号可以表示为r=H1s1+H2s2+N′+I′,那么 ( δ N 2 + δ I 2 ) = E [ | | r - H 1 s 1 - H 2 s 2 | | 2 2 ] , 示例性的估计方法包括:
获取原始信道估计 H all = H 1 e j α 1 n + H 2 e j α 2 n + N ′ + I ′ ;
对上述步骤中得到的原始信道估计进行IDFT变换,得到导频信道估计的时域抽头特性;
对上述步骤中得到的时域抽头响应进行加窗抑噪处理,获取各个UE的时域抽头响应;
获取取窗后的导频信道估计H1和H2
使用前面获得的原始信道估计和处理后信道估计可以计算得到此时的接收干扰功率为 ( δ N 2 + δ I 2 ) = E ( | | H all | | 2 2 ) - E ( | | H 1 | | 2 2 ) - E ( | | H 2 | | 2 2 ) .
对于PUCCH占用的PRB,考虑到LTE系统中PUCCH信道的特性,在该PRB上可能存在若干个UE,接收信号可以表示为r=H1s1+H2s2+…+HKsK+N′+I′,那么 ( δ N 2 + δ I 2 ) = E [ | | r - Hs | | 2 2 ] , 示例性的估计方法包括:
获取原始信道估计 H all = H 1 e j α 1 n + H 2 e j α 2 n + . . . + H K e j α K n + N ′ + I ′ ;
对上述步骤中得到的原始信道估计进行IDFT变换,得到导频信道估计的时域抽头特性;
对上述步骤中得到的时域抽头响应进行加窗抑噪处理,获取各个UE的时域抽头响应;
获取处理后信道估计Hi,i=1,2,…,K;
使用前面获得的原始信道估计和处理后信道估计可以计算得到此时的接收干扰功率为 ( δ N 2 + δ I 2 ) = E ( | | H all | | 2 2 ) - Σ i = 1 K E ( | | H i | | 2 2 ) .
由此,完成了上行接收干扰功率估计的流程,考虑到上述示例中前四个步骤是LTE上行信道估计必须有的处理过程,所以本发明的实施例对于LTE上行系统来说,实现非常简单。
对于LTE的下行系统,本发明的实施例的处理流程同样适用,以PDSCH(Physical Downlink Shared Channel,物理下行共享信道)信道为例,我们可以利用小区专用导频获取原始信道估计,然后类似于上行系统,进行图2中的步骤S202-S205的处理即可。
如图3所示为本发明的接收装置的一个实施例的功能结构图,如图所示,该接收装置包括原始信道估计模块31、处理后信道估计模块32和干扰功率估计模块33。其中,原始信道估计模块31用于根据导频信息获取导频信道估计作为原始信道估计;处理后信道估计模块32用于根据原始信道估计获取用户设备的频域信道估计作为处理后信道估计;干扰功率估计模块33用于根据原始信道估计和处理后信道估计获取接收干扰功率的估计值。
作为本发明的一个实施例,处理后信道估计模块32可以包括时域抽头特性获取子模块321、用户时域抽头响应获取子模块322和用户频域信道估计获取子模块323。其中,时域抽头特性获取子模块321用于根据原始信道估计获得导频信道估计的时域抽头特性;用户时域抽头响应获取子模块322用于根据时域抽头特性获取各个用户设备的时域抽头响应;用户频域信道估计获取子模块323用于根据用户设备的时域抽头响应获取用户设备的频域信道估计作为处理后信道估计。
作为本发明的一个实施例,时域抽头特性获取子模块321还用于对原始信道估计进行离散傅立叶反变换,得到导频信道估计的时域抽头特性。
作为本发明的一个实施例,用户时域抽头响应获取子模块322还用于对时域抽头特性进行加窗抑噪处理,以获取各个用户设备的时域抽头响应。
作为本发明的一个实施例,用户频域信道估计获取子模块323还用于对用户设备的时域抽头响应进行离散傅立叶变换,以获取用户设备的频域信道估计作为处理后信道估计。
作为本发明的一个实施例,干扰功率估计模块33包括估计子模块331,其用于根据原始信道估计和处理后信道估计,利用占用相同时域资源的用户设备之间的正交性,获取接收干扰功率的估计值。
作为本发明的一个实施例,干扰功率估计模块33还包括补偿子模块332,其用于根据获取处理后信道估计步骤的冗余误差对接收干扰功率的估计值进行补偿。
本发明的实施例所提出的接收干扰功率估计方法和接收装置针对相同时频资源上存在多个用户时,接收干扰功率估计的难题,提出一种通过原始信道估计和处理后信道估计计算接收干扰功率的方案,并给出非理想因素下的补偿方案。相比现有方案,本发明的实施例具有估计精度高、适用范围广、可扩展性强等优点。
本发明的实施例所提出的接收干扰功率估计方法和接收装置可以精确的估计出接收干扰功率,使检测性能得到提升,并为干扰控制机制提供合理的参考量;解决了当相同时频资源上存在多个用户时,现有算法无法正确估计接收干扰功率的难题;对于上行系统,实现复杂度低,相比于现有算法复杂的变换,本发明的实施例直接利用信道估计的中间变量进行接收干扰功率估计;适用范围广,能够方便地用于上下行控制信道、共享信道等;可变换性强,可以使用此方法的扩展,获得同道干扰的估计、有用信号接收功率估计。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (17)

1.一种接收干扰功率估计方法,其特征在于,包括以下步骤:
根据导频信息获取导频信道估计作为原始信道估计;
根据所述原始信道估计获取用户设备的频域信道估计作为处理后信道估计;
根据所述原始信道估计和所述处理后信道估计获取接收干扰功率的估计值,
其中,根据所述原始信道估计获取用户设备的频域信道估计作为处理后信道估计的步骤包括:
根据所述原始信道估计获得导频信道估计的时域抽头特性;
根据所述时域抽头特性获取各个用户设备的时域抽头响应;
根据所述用户设备的时域抽头响应获取所述用户设备的频域信道估计作为所述处理后信道估计。
2.根据权利要求1所述的接收干扰功率估计方法,其特征在于,根据所述原始信道估计获得导频信道估计的时域抽头特性的步骤包括:
对所述原始信道估计进行离散傅立叶反变换,得到所述导频信道估计的时域抽头特性。
3.根据权利要求2所述的接收干扰功率估计方法,其特征在于,根据所述时域抽头特性获取各个用户设备的时域抽头响应的步骤包括:
对所述时域抽头特性进行加窗抑噪处理,以获取各个用户设备的时域抽头响应。
4.根据权利要求2所述的接收干扰功率估计方法,其特征在于,根据所述用户设备的时域抽头响应获取所述用户设备的频域信道估计作为所述处理后信道估计的步骤包括:
对所述用户设备的时域抽头响应进行离散傅立叶变换,以获取所述用户设备的频域信道估计作为所述处理后信道估计。
5.根据权利要求1所述的接收干扰功率估计方法,其特征在于,根据所述原始信道估计和所述处理后信道估计获取接收干扰功率的估计值的步骤包括:
根据所述原始信道估计和所述处理后信道估计,利用占用相同时域资源的用户设备之间的正交性,获取所述接收干扰功率的估计值。
6.根据权利要求5所述的接收干扰功率估计方法,其特征在于,所述接收干扰功率的估计值根据以下公式获得:
( δ N 2 + δ I 2 ) = E ( | | H all | | 2 2 ) - Σ i = 1 K E ( | | H i | | 2 2 ) ,
其中,
Figure FSB00001109753300022
为所述接收干扰功率的估计值,Hall为原始信道估计矩阵,Hi为占用相同时频资源的第i个用户设备的处理后信道估计矩阵,||·||2表示二阶范数,E(·)表示求数学期望。
7.根据权利要求5所述的接收干扰功率估计方法,其特征在于,获取所述接收干扰功率的估计值的步骤包括:
根据所述获取处理后信道估计步骤的冗余误差对所述接收干扰功率的估计值进行补偿。
8.根据权利要求7所述的接收干扰功率估计方法,其特征在于,所述接收干扰功率的估计值根据以下公式获得:
( δ N 2 + δ I 2 ) = E ( | | H all | | 2 2 ) - Σ i = 1 K β · E ( | | H i | | 2 2 ) ,
其中,
Figure FSB00001109753300024
为所述接收干扰功率的估计值,Hall为原始信道估计矩阵,Hi为占用相同时频资源的第i个用户设备的处理后信道估计矩阵,||·||2表示二阶范数,E(·)表示求数学期望,β为补偿因子,且β≤1。
9.根据权利要求1所述的接收干扰功率估计方法,其特征在于,所述接收干扰功率包括上行接收干扰功率和下行接收干扰功率。
10.根据权利要求9所述的接收干扰功率估计方法,其特征在于,所述上行接收干扰功率的估计方法包括:
通过物理上行共享信道PUSCH或物理上行控制信道PUCCH的导频信息获取所述导频信道估计作为所述原始信道估计。
11.根据权利要求9所述的接收干扰功率估计方法,其特征在于,所述下行接收干扰功率的估计方法包括:
通过物理下行小区专用导频CRS信息获取所述导频信道估计作为所述原始信道估计。
12.一种接收装置,其特征在于,包括原始信道估计模块、处理后信道估计模块和干扰功率估计模块,其中,
所述原始信道估计模块用于根据导频信息获取导频信道估计作为原始信道估计;
所述处理后信道估计模块用于根据所述原始信道估计获取用户设备的频域信道估计作为处理后信道估计;
所述干扰功率估计模块用于根据所述原始信道估计和所述处理后信道估计获取接收干扰功率的估计值,
其中,所述处理后信道估计模块包括时域抽头特性获取子模块、用户时域抽头响应获取子模块和用户频域信道估计获取子模块,其中,
所述时域抽头特性获取子模块用于根据所述原始信道估计获得导频信道估计的时域抽头特性;
所述用户时域抽头响应获取子模块用于根据所述时域抽头特性获取各个用户设备的时域抽头响应;
所述用户频域信道估计获取子模块用于根据所述用户设备的时域抽头响应获取所述用户设备的频域信道估计作为所述处理后信道估计。
13.根据权利要求12所述的接收装置,其特征在于,所述时域抽头特性获取子模块还用于对所述原始信道估计进行离散傅立叶反变换,得到所述导频信道估计的时域抽头特性。
14.根据权利要求12所述的接收装置,其特征在于,所述用户时域抽头响应获取子模块还用于对所述时域抽头特性进行加窗抑噪处理,以获取各个用户设备的时域抽头响应。
15.根据权利要求12所述的接收装置,其特征在于,所述用户频域信道估计获取子模块还用于对所述用户设备的时域抽头响应进行离散傅立叶变换,以获取所述用户设备的频域信道估计作为所述处理后信道估计。
16.根据权利要求12所述的接收装置,其特征在于,所述干扰功率估计模块包括估计子模块,其用于根据所述原始信道估计和所述处理后信道估计,利用占用相同时域资源的用户设备之间的正交性,获取所述接收干扰功率的估计值。
17.根据权利要求16所述的接收装置,其特征在于,所述干扰功率估计模块还包括补偿子模块,其用于根据所述获取处理后信道估计步骤的冗余误差对所述接收干扰功率的估计值进行补偿。
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