CN102281225B - Lte基带接收器及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及LTE基带接收器并且涉及用于操作这种接收器的方法。本发明的接收器包括频率选择性干扰估计器、干扰等级平均装置以及用于控制频率选择性干扰估计器或者干扰等级平均装置的哪个输出将被提供给软度量计算装置的干扰评估装置。干扰的频率选择性被评估，并且选择干扰估计的最佳方式以提高负载网络中的LTE接收器性能而不影响空载网络中的接收器性能。

Description

LTE基带接收器及其操作方法

技术领域

本发明涉及一种LTE合规基带接收器，具体地涉及一种OFMD基带接收器。本发明还涉及用于操作这样的基带接收器的方法。

背景技术

3GPP的LTE标准使用正交频分多址作为用于下行链路的主要多址方案。为了最优性能，在接收器处需要考虑噪声和干扰等级。由于蜂窝网络由用户来加载，因此来自其它小区（cell）的干扰变为干扰的最主要来源。因为其它小区采用相同的标准，因此，这种干扰很可能是高度频率选择性的。因此，频率选择性干扰估计以及在用于前向纠错的软度量中包括这样的估计能够提高接收器性能。但由于不能精确估计频率选择性干扰，因此，与仅考虑平均干扰等级的接收器相比，这种接收器在噪声限制方案方面表现得很差。

最大似然解码是通过从所接收的使用最大似然（ML）方法发送的信号中识别可能被发送信息的序列来实现最佳的可能性能。该理论是公知的（例如，参见J. G. Proakis, Digital Communications,第二版, McGraw-Hill, 1989）。Turbo和Viterbi解码器分别提供了对于接收的turbo编码的代码块和卷积编码的代码块的ML估计，假设编码的序列包括正确的软度量。软度量（soft-metrics）表示所接收的比特为正确的似然性。软度量可相关于该比特的信噪比。

在无线通信中，在移动信道的特征为时间和频率选择性衰落的情况下，信号强度能够基本上随时间和频率而变化。由于热噪声添加到在接收器的天线处接收的信号并且热噪声通常是宽带，因此，可认为对于每个接收的码元，热噪声等级是常量。

由于蜂窝通信系统由多用户来加载，因此，蜂窝通信系统是干扰限制的而不是噪声限制的。干扰限制是指电话接收器的性能不受限于关于热噪声等级的信号强度，而是受限于源自网络中以同一频率操作的其它用户或者基站的干扰。噪声限制仅与所谓的网络边缘、即电话须以最大灵敏等级操作的小区边缘有关。

被称为长期演进（LTE）的第三代合作伙伴计划（3GPP）所开发新的蜂窝标准提供了前所未有的数据速率和到最终用户的前所未有的最短延迟，同时为网络运营商保证了高频谱效率。这允许网络运营商最优地利用可用频谱。

LTE标准将信道划分成时间和频率块，在下行链路中，即在从基站到终端的传输中，这些时间和频率块能够分配给特定移动终端。时间粒度是具有0.5ms固定持续时间的一个时隙。正交频分多址（OFDMA）用于将可用下行链路带宽分布到多个用户。利用OFDMA，在每个用户被分配有不同子载波集的情况下，使用正交频分多路复用（OFDM）来调制所有的用户信息。

图1示出OFDMA如何工作。这里，下行链路信号的可用子载波被给予三个不同的用户。LTE通过在时间-频率平面上重叠网格来对不同用户做分配。这种网格被称为时间-频率网格。系统可寻址的最小块被称为资源块（RB）。它由一个时隙上的12个OFDM子载波构成。RB总是以两个相继的RB成对地分配给用户。图2示出用于其中仅使用72个子载波的信道的时间-频率网格和RB的概念。这样的信道适于1.6MHz信道并且使用LTE中最小定义带宽。

RB总是由12个子载波构成并且具有取决于基站使用的模式为6或7个OFDM码元的0.5ms的持续时间。

随着网络被加载，如上所述，与暴露于热噪声相比，用户更多地暴露于从以相同频率（同信道co-channel）操作的相邻小区接收的信号。图3示出同信道干扰的说明性示例。终端UE1（UE－用户设备）不仅从基站1（BS1）服务的左边的小区接收信号，而且还暴露到BS2服务的右边的小区。因此，UE1接收到意在用于UE2的BS2的信号作为干扰。

由于干扰的来源也是LTE基站发射器，因此，其特征与想要的信号类似：

(1) 干扰基站（BS2）将不同的RB分配给不同的用户，同时不同的波束形成图案和功率等级。从一个子帧到下一个，RB分配不同。

(2) UE1从BS2接收的干扰是经由移动通信信道接收的。因此，该干扰是高度时间和频率选择性的。

在真实的系统中，通信信道和噪声以及干扰等级永远都是不知道的，但是需要进行估计。

假设同信道干扰能够被处理为随机噪声，那么最优接收器不仅需要估计所关注信号的信道，而且需要分别地估计每个资源元素的干扰等级。虽然能够使用被多路复用到OFDMA信号中的基准码元比较可靠地估计信道，但是干扰等级估计得不那么精确，尤其是期望干扰等级的高时间-频率解析度的情况下。

然而，分析表明，当接收器被暴露在高等级的频率选择性干扰时，估计频率选择性干扰并且在软度量计算中考虑这些估计的接收器，较之把干扰对整个频率看作常量的传统接收器，性能要好若干分贝。

然而，在不存在同信道干扰的情况下，例如，在热噪声限制接收情况下，接收器性能受制于估计误差。

标准机构（3GPP）建议的并且全球认证论坛（GCF）所采用的特殊性能测试执行那些没有频率选择性干扰的性能相关测试中的大部分。尽管期望在该领域中超越传统的接收器，但是利用频率选择性干扰软度量计算技术的接收器在测试环境中表现出较差的性能。

本发明的一般性目标是提高负载网络中的LTE接收器性能，而没有影响空载网络中的接收器性能。

发明内容

本发明提供了一种如本申请权利要求1中所记载的LTE合规的正交频分多路复用（OFMD）基带接收器。根据本发明的基带接收器的特征在于其包括频率选择性干扰估计器；干扰等级平均装置；以及干扰评估装置，用于控制频率选择性干扰估计器或者干扰等级平均装置的哪个输出被提供到软度量计算装置。

频率选择性估计器用来基于每个子载波或者对于若干个子载波组来估计频率选择性干扰。

根据本发明的优选实施例，干扰等级平均装置包括噪声等级估计器，其用于提供对于所有子载波平均的干扰等级估计，并且干扰评估装置包括用于评估所接收干扰的频率选择性的装置；以及选择器装置，其响应于频率选择性评估装置以根据所确定的频率选择性将噪声等级估计器或者频率选择性干扰估计器的输出提供到软度量计算装置。

根据本发明的另一优选实施例，干扰等级平均装置包括移动平均装置，其在不做平均和对所有子载波做平均的极端情况之间连续地可调节；并且平均控制装置包括用于评估所接收干扰的频率选择性的装置以及用来根据确定的频率选择性来设置移动平均长度的平均适应装置。

本发明还提供了一种用于操作上述接收器的方法。该方法包括下述步骤：估计每个子载波或者子载波组的频率选择性干扰等级；计算对至少一部分子载波做平均的至少一个平均干扰等级估计；评估通过基带接收器接收的干扰的频率选择性；并且根据频率选择性评估步骤的结果，基于频率选择性干扰等级估计或者平均干扰等级估计来执行软比特计算。

根据本发明的方法的一个实施例，计算至少一个平均干扰等级的步骤包括对所有子载波计算平均干扰等级；评估的步骤包括基于从接收的信号获得的观察判据评估频率选择性并且将其与预定义的阈值进行比较；并且执行软比特计算的步骤包括基于对所有子载波做平均的干扰等级或者基于每个子载波或者子载波组的频率选择性干扰等级估计来执行软比特计算。

根据本发明的方法的另一实施例，计算至少一个平均干扰等级的步骤包括根据至少两个移动平均参数计算至少两个平均干扰等级估计，并且基于移动平均干扰等级中的一个来执行软比特计算。

可以用于决定频率选择性的一个观察判据是源于相邻小区的接收信号强度和来自服务基站的信号的接收信号强度之间的比率，如从基带接收器的小区搜索器得到的那样。

可以用于决定频率选择性的另一个观察判据是频率选择性干扰等级估计的方差。

所述阈值可被设置为频率选择性软度量计算的期望性能增益补偿估计误差所导致损失的交叉点。

有利地，本发明克服了频率无关的干扰情况下的频率选择性干扰软度量计算技术的性能损失。

本发明通过为正确的环境选择正确的方法来组合两种已知技术的优点。

附图说明

从以下仅借助于示例给出的优选实施例的详细描述，本发明的另外的特征和优点将更加明显，并且在详细描述中将参考附图，其中：

图1示出OFDMA的基本原理；

图2示出了LTE时间-频率网格；

图3示出了同信道干扰；

图4示出了传统的LTE接收器架构的框图；

图5示出了使用频率选择性干扰等级估计的LTE接收器架构的框图；

图6示出了根据本发明的LTE接收器的第一实施例的框图；

图7示出了根据本发明的LTE接收器的第二实施例的框图；以及

图8示出了根据本发明的LTE接收器的第三实施例的框图。

具体实施方式

图4示出LTE基带接收器的简化框图。接收的数字化基带信号提供给小区搜索器41以及实际的接收器链，接收器链以在42的保护间隔（GI）的移除开始。小区搜索器41用于信号的初始获取。它以常规间隔使用用于多路复用成OFDMA信号的主要和次要搜索码元的相关技术来搜索所接收的信号。一旦关联到基站，小区搜索器使用同一技术搜索其它基站信号并且监视相邻小区的接收功率等级。这种功率等级监视在当用户从一个小区移动到另一个小区时需要的越区切换（handover）的准备中是很重要的。

没有保护间隔的采样被提供给用来把接收的采样的矢量从时域变换到频域的FFT块43。基于基站发送器在时间频率域中的特定位置处、即在用于特定OFDM码元的特定载波位置处插入的基准码元，信道估计器44估计信道的传输功能。而且，利用噪声估计器46基于这些基准码元来估计噪声等级。估计的信道传输功能被转发给均衡器45，均衡器45均衡OFDM多路复用的子载波并且估计发送的码元。在之后的处理块47中，似然性信息被添加到均衡器45所输出的估计的发送码元以确定要被提供给前向纠错（FEC）解码器48的真软度量。根据对每个子载波接收的信号强度并且根据在块46中获得的噪声等级估计来计算软度量。比特相应地被加权以形成所谓的软比特。基于包括度量的软比特，FEC解码器然后估计发送的序列。应该注意的是，图4中示出的接收器图是概念图。均衡器功能和软度量计算可以组合在一个功能实体中。噪声等级估计可以是信道估计器块的一部分。码元解映射可以是软度量计算块的一部分。

图5示出更复杂的接收器体系结构，在干扰限制的环境中，与图4中的接收器相比，可获得更好的性能。在图5中，用相同的附图标记表示与图4中相同或等价的处理块。如上所述，在负载蜂窝系统中，同信道干扰成为干扰的主要来源。由于同信道干扰源于那些使用相同的蜂窝通信标准的相邻小区站点，因此干扰的特征与发送期望信号的服务基站的特征相同。在LTE中，由于基站使用OFDMA作为主要多址方案，因此，同信道干扰是高度时间和频率选择性的，这是出于以下原因：在LTE中，不是所有的子载波都是需要被使用的。如果基站在特定的时刻没有很多要发送的，则一些子载波就未被使用。干扰基站可以进行下行链路控制并且把不同的功率等级分配给不同的用户。LTE允许使用波束形成技术。根据小区中接收装置的位置，可以按不同的功率等级接收不同的载波。接收的干扰也已经通过了以其时间和频率选择性衰落为特征的移动信道。

图5中示出的接收器在56对每个子载波或者子载波组单独地估计干扰等级。相应地，对每个子载波估计的干扰等级在57处的软度量计算中被考虑。即使接收的信号能量是恒定的，较之从暴露给较少干扰的载波获得的比特，从被暴露给高干扰等级的载波获得的比特被不同地加权。

ML解码器58利用这种附加的信息。因此，在干扰是频率选择性的接受环境中，其表现出比图4所示接收器更好的性能。

然而，图5中所示的接收器的主要缺点在于频率选择性干扰估计倾向于不如组合噪声等级估计那么精确。其主要原因在于与整体相比，对单个载波或者小的载波组，可用的采样较少。这样，在非频率选择性环境中，与仅对每个OFDM码元估计平均干扰等级的接收器相比，频率选择性干扰等级估计器56的较高的估计误差降低了采用频率选择性干扰估计的接收器的性能。

图6至图8示出了根据本发明的接收器的实施例，其组合了图4和图5的接收器架构的优点。在图6至图8中，相同的附图标记用于表示与图4和图5中相同或等价的处理块，为了简单起见，这里将不重复其描述。

图6和图7示出了新颖的接收器的实施例，其包括用于基于子载波或者子载波组估计干扰等级的装置56，该装置56类似于参考图5描述的频率选择性干扰等级估计器。而且，图6和图7的接收器包括用于考虑在所有子载波中存在的平均干扰而估计噪声等级的装置46。此外，图6和图7的接收器包括用于判定接收的干扰等级是频率选择性的还是频率无关的。

如果判定干扰是频率选择性的，则在软度量计算中使用来自估计器56的频率选择性估计，并且如果判定干扰等级是近似恒定的，并且是频率无关的，则在软度量计算中使用来自估计器46的噪声等级估计。

已经找到了下述的提供用于判定关于干扰的频率选择性的判据的两个主要方法。

图6示出了根据本发明的接收器的第一实施例的框图，该接收器评估由小区搜索器41提供的主要和次要同步信道的被接收信号功率。如果搜索器在同一信道上检测到一个或多个相邻的小区，则把所接收信号强度与来自当前服务用户终端的基站的信号的信号功率做比较，如在61处所示。在一个实施例中，计算累加的由小区搜索器检测到的所有相邻小区的信号强度与来自服务基站的信号强度的比率。在另一实施例中，计算由小区搜索器检测到的每个相邻的小区的信号强度与来自服务基站的信号的比率。如果相邻小区的接收的信号强度与来自服务基站的信号的接收的信号强度的比率超过特定阈值，那么选择器62将在块56中获得的频率选择性干扰等级估计提供给软度量计算块63。否则，认为干扰的来源是频率无关的，并且来自块46的噪声等级干扰被转发给软度量计算块63。

根据图7示出的第二实施例，通过频率选择性干扰等级估计器56估计频率选择性干扰，并且接收器还另外包括方差检测器71，用来计算在估计器56中获得的估计的方差。获得的方差被用作关于干扰的频率选择性的判定判据。通过选择器72，如果频率选择性干扰估计的方差超过预定义的阈值，则判定把频率选择性干扰等级估计用于在63处的软度量计算，否则，认为干扰的来源是频率无关的，并且将来自估计器46的噪声等级估计转发给软度量计算块63。

因此，图6和图7的接收器包括用于频率选择性干扰和用于根据要求、例如对于热噪声限制的接受情况提供平均干扰等级估计的估计器。接收器还具有装置把干扰估计的因素用于ML解码的软度量中。接收器本身具有两种模式：（1）在传统的接受模式中，接收器认为干扰是非频率选择性的，并且将干扰等级看作不随频率改变。（2）在干扰限制的接受模式中，接收器将频率选择性干扰估计包括在软度量中。

为了最优性能，应该把用于从噪声等级估计软度量加权向频率选择性软度量加权切换的阈值设置成选择性软度量加权的期望性能增益补偿估计误差所导致损失的交叉点。

在本发明的第三实施例中，在频率选择性干扰等级估计器56之后是移动平均块82，如图8中所示，用于计算频带上的移动平均。这种移动平均在不做平均和在整个频带上做平均的两个极端情况之间连续地可调节，不做平均对应于频率选择性干扰等级估计器56的输出，在整个频带上做平均对应于如参考图6和图7描述的噪声等级估计器46的功能，即移动平均在“全频率选择性”与“非频率选择性”之间连续可调节。移动平均由平均适应块81控制，其设置移动平均82的长度，移动平均82的输出被转发给软度量计算63。

在本实施例的修改中，平均适应在“很少平均”与“很多平均”之间切换，而不是在“不平均”和“完全平均”之间切换，这对应于小的与较大的移动平均参数，而不是移动平均参数1和整个频带上的频率选择估计的整个数目。

在本发明的又一实施例中，平均的适应不是通过在两个规定的平均量之间切换而执行的，而是基于诸如估计的频率选择性干扰的方差这样的连续观察变量，在平均量的规定范围内连续地切换来执行的。

在图8中，使用如参考图7在上面描述的第二实施例的方差判据，基于观察的频率选择性干扰估计来执行平均适应。

替代图8，可以使用如参考图6在上面描述的第一实施例的“检测到的小区的信号强度”判据来执行LTE接收器中的平均适应。

Claims (1)

1.一种LTE合规的正交频分复用（OFDM）基带接收器，包括：

小区搜索器（41），用于搜索被多路复用到OFDM信号中的主要和次要搜索码元，并且一旦连接到基站，则搜索其它基站的信号；

保护间隔移除器（42）；

FFT装置（43），用于把接收的采样的矢量从时域转换到频域；

信道估计器（44），用于估计传输信道的传送功能；

均衡器（45），用于均衡OFDM子载波并且估计发送的码元；

干扰估计装置；

软度量计算装置，用于把似然性信息添加到反映射的比特；以及

前向纠错（FEC）解码器（48），用于根据软度量来估计发送的比特序列，

所述接收器的特征在于：

所述干扰估计装置包括用于每个子载波或子载波组的频率选择性干扰等级估计器（56）；

并且所述接收器进一步包括：

干扰等级平均装置；以及

干扰评估装置，用于控制所述频率选择性干扰等级估计器或者所述干扰等级平均装置的哪个输出将被提供给所述软度量计算装置。

2. 根据权利要求1的接收器，其中所述频率选择性干扰等级估计器（56）对每个子载波估计频率选择性干扰。

3. 根据权利要求1的接收器，其中所述频率选择性干扰等级估计器（56）对多个子载波组中的每一组估计频率选择性干扰。

4. 根据前述权利要求中的任一项的接收器，

其中所述干扰等级平均装置包括噪声等级估计器（46），用于提供对所有子载波平均的干扰等级估计，并且

其中所述干扰评估装置包括：

用于评估接收的干扰的频率选择性的装置；以及

选择器装置，其响应于用于评估接收的干扰的频率选择性的装置，根据确定的频率选择性把噪声等级估计器（46）或者频率选择性干扰等级估计器（56）的输出提供给软度量计算装置。

5. 根据权利要求4的接收器，其中所述用于评估频率选择性的装置包括信号强度比较器（61），用于计算小区搜索器提供的源于相邻小区的接收信号强度和来自服务基站的信号的接收信号强度之间的比率，并且把所述比率与预定义阈值做比较，并且其中选择器装置（62）响应于信号强度比较器（61），当所述比率超过所述阈值时把频率选择性干扰等级估计器（56）的输出提供给软度量计算装置（63），否则把噪声等级估计器（46）的输出提供给软度量计算装置（63）。

6. 根据权利要求5的接收器，其中所述用于评估频率选择性的装置包括方差检测器（71），用于计算由频率选择性干扰等级估计器（56）确定的频率选择性干扰估计的方差，并且把所述方差与预定义的阈值进行比较，并且其中选择器装置响应于方差检测器（71），当所述比率超过所述阈值时把频率选择性干扰等级估计器（56）的输出提供给软度量计算装置（63），否则把噪声等级估计器（46）的输出提供给软度量计算装置（63）。

7. 根据权利要求1至3中的任一项的接收器，其中

所述干扰等级平均装置包括移动平均装置（82），在对所有子载波不做平均和做平均的极端情况之间连续地可调节；并且其中

由平均适应装置设置移动平均的长度。

8. 一种用于操作根据前述权利要求中的任一项的LTE合规正交频分复用（OFDM）基带接收器的方法，包括下述步骤：

估计每个子载波或者子载波组的频率选择性干扰等级；

计算对至少一部分子载波平均的至少一个平均干扰等级估计；

评估基带接收器所接收的干扰的频率选择性，以及

根据所述频率选择性评估步骤的结果，基于所述频率选择性干扰等级估计或者所述平均干扰等级估计执行软比特计算。

9. 根据权利要求8的方法，其中

计算至少一个平均干扰等级的步骤包括对所有子载波计算平均干扰等级；

评估的步骤包括基于从接收的信号获得的观察判据评估频率选择性，并且把它与预定义的阈值做比较；以及

执行软比特计算的步骤包括基于对所有子载波平均的所述干扰等级或者对每个子载波或者子载波组的所述频率选择性干扰等级估计执行软比特计算。

10. 根据权利要求8的方法，其中计算至少一个平均干扰等级的步骤包括根据至少两个移动平均参数计算至少两个平均干扰等级估计，并且其中基于所述移动平均干扰等级估计执行软比特计算。

11. 根据权利要求9的方法，其中所述观察判据是源于相邻小区的接收信号强度和来自服务基站的信号的接收信号强度之间的比率。

12. 根据权利要求9的方法，其中所述观察判据是所述频率选择性干扰估计的方差。

13. 根据权利要求9的方法，其中所述阈值被设置成频率选择性软度量计算的期望性能增益补偿其估计误差所导致损失的交叉点。