CN102647214A - 多天线空间复用干扰抵消方法和通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多天线空间复用干扰抵消方法和通信系统。本发明实施例提供的多天线空间复用干扰抵消方法包括：获取接收端相对于所有发送天线所接收到的原始信号；利用接收算法对所述原始信号进行解码，检测出每个发送天线的发送信号并得到该发送信号的初步估计量；利用所述初步估计量、原始信号和信道转移矩阵，同时去除检测出的各发送信号中的干扰量；对去除了干扰量的所述发送信号进行信道均衡处理，得到检测出的各发送信号的信号估计值。

Description

多天线空间复用干扰抵消方法和通信系统

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种多天线空间复用干扰抵消方法和通信系统。

背景技术

多天线技术，是指在发送端或接收端采用多根天线的无线通信技术，是近期发展较快的热点研究技术之一。采用多天线技术可以在不显著增加无线通信系统成本的同时，提高系统的覆盖范围、链路的稳定性和系统传输速率，因而多天线技术广泛应用于现代无线通信技术，尤其是长期演进(Long TermEvolution，LTE)系统中。

多天线技术有多种不同的技术模式，其中的空间复用技术模式更是提高频谱效率最重要的多天线技术之一。空间复用时在接收端主要有线性算法和非线性算法两类接收算法，采用串行干扰抵消的方式去除天线之间的干扰。

串行干扰抵消采用了逐级消除干扰策略，接收端在接收到的信号中，按照一定的顺序依次检测各个发送信号，在检测出每个发送信号后，将该发送信号对其它发送信号的干扰消除掉，然后在消除干扰后的信号中继续检测下一个发送信号，依此循环迭代，直到检测出所有的发送信号。

然而，上述现有的干扰抵消方案至少存在如下缺陷：

现有的干扰抵消方案每次迭代只能比前次多抵消一个干扰信号，信号检测的次序不同，则在迭代中对相应信号所抵消的干扰也不同，导致越早检测的发送信号的信号干扰比越差，对检测到的不同发送信号的干扰抵消不均衡，干扰抵消的效果较差。

发明内容

本发明提供了一种多天线空间复用干扰抵消方法和通信系统，以解决现有方案对检测到的不同的发送信号的干扰抵消不均衡、干扰抵消的效果较差的问题。

为达到上述目的，本发明实施例采用了如下技术方案：

本发明实施例提供了一种多天线空间复用干扰抵消方法，所述方法包括：

获取接收端相对于所有发送天线所接收到的原始信号；

利用接收算法对所述原始信号进行解码，检测出每个发送天线的发送信号并得到该发送信号的初步估计量；

利用所述初步估计量、原始信号和信道转移矩阵，同时去除检测出的各发送信号中的干扰量；

对去除了干扰量的所述发送信号进行信道均衡处理，得到检测出的各发送信号的信号估计值。

本发明实施例还提供了一种多天线空间复用通信系统，所述系统包括发送端和接收端，所述接收端包括并行干扰抵消设备，

所述并行干扰抵消设备包括：

原始信号获取单元，用于获取接收端相对于所有发送天线所接收到的原始信号；

初步估计量获取单元，用于利用接收算法对所述原始信号进行解码，检测出每个发送天线的发送信号并得到该发送信号的初步估计量；

干扰量去除单元，用于利用所述初步估计量、原始信号和信道转移矩阵，同时去除检测出的各发送信号中的干扰量；

均衡处理单元，用于对去除了干扰量的所述发送信号进行信道均衡处理，得到检测出的各发送信号的信号估计值。

本发明实施例的有益效果是：

本发明实施例提供了一种新型的并行干扰抵消方案，同时抵消检测到的所有发送信号中的干扰量，解决了现有方案中干扰抵消不均衡的问题。并且，本方案所设计的干扰抵消方案，不但操作简单、成本较小，且经实验证明能够获得较好的干扰抵消结果。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种多天线空间复用干扰抵消方法流程图；

图2为一种可应用本方案的多天线空间复用发送接收示意图；

图3为本发明实施例二提供的一种多天线空间复用的多迭代干扰抵消方法流程图；

图4为本发明实施例二提供的一种多天线空间复用的多迭代干扰抵消原理图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

参见图1，为本发明实施例一提供的一种多天线空间复用干扰抵消方法，所述方法包括如下步骤：

11：获取接收端相对于所有发送天线所接收到的原始信号。

参见图2，显示了一种可应用本方案的多天线空间复用发送接收示意图。发送端有N个发送天线，每个发送天线(如发送天线tx₁、发送天线tx₂至发送天线tx_N)发送独立的信号(或数据流)，如发送信号x₁、发送信号x₂至发送信号x_N，接收端有M个接收天线(如接收天线rx₁、接收天线rx₂至接收天线rx_M)，M≥N。

接收端相对于所有发送天线所接收到的原始信号r_M×1(或简单表示为r)可以表示为下式所示：

r_M×1＝H_M×N·X_N×1+A_M×1，

其中，A_M×1表示多接收天线的加性高斯白噪声， $H_{M\×N}=\left[\begin{array}{cccc}{h}_{11}& h_{12}& ...& h_{1N}\\ h_{21}& h_{22}& ...& h_{2N}\\ ...& ...& ...& ...\\ h_{M1}& h_{M2}& ...& h_{\mathrm{MN}}\end{array}\right]$ 表示信道转移矩阵，X_N×1为发送端所发送的信号。

H_M×N简单表示为H，H＝[H₁ H₂ ... H_N]，H₁、H₂和H_N表示H的列向量。

12：利用接收算法对所述原始信号进行解码，检测出每个发送天线的发送信号并得到该发送信号的初步估计量。

上述接收算法可以采用线性算法，如迫零(ZF)算法、最小均方误差(MMSE)算法，或者，上述接收算法也可以采用非线性算法，如V-BLAST算法。

若对原始信号解码后得到 $\hat{X}=\left[\begin{array}{c}{\hat{x}}_1\\ {\hat{x}}_2\\ ...\\ {\hat{x}}_N\end{array}\right],$ 则检测出的第1个发送天线的发送信号的初步估计量为检测出的第2个发送天线的发送信号的初步估计量为

以此类推，检测出的第N个发送天线的发送信号的初步估计量为

13：利用所述初步估计量、原始信号和信道转移矩阵，同时去除检测出的各发送信号中的干扰量。

通过如下公式，利用初步估计量和信道转移矩阵计算每个发送天线对接收端的干扰量：

其中，为第n个发送天线对接收端的干扰量的估计值，H_n为信道转移矩阵的第n列向量，

为检测出的第n个发送天线的发送信号的初步估计量。

通过如下公式，利用原始信号和计算得到的干扰量的估计值同时去除检测出的各发送信号中的干扰量：

$y_n=r-\underset{i\≠n}{\overset{N}{\underset{i=1}{\mathrm{\Σ}}}}{\hat{r}}_i,$

其中，r表示原始信号，y_n表示检测出的第n个发送天线的发送信号在去除了干扰量后的数值，i为标号，N表示发送天线的总数目。

本实施例在接收端恢复第n个发送天线的发送信号时，从原始信号中去除检测出的除第n个发送天线的发送信号之外的其他发送信号，即去除了除第n个发送天线之外的发送天线(发送天线1、发送天线2、发送天线n-1、发送天线n+1、......、发送天线N)在接收端对检测第n个发送天线的发送信号时的干扰量。

注：本发明实施例中的“同时”表示本方案采用了一种并行的干扰抵消方式，采用对检测到的不同的发送信号的干扰采用在同一级步骤消除的策略，以避免现有逐级消除干扰所带来的问题，该“同时”并不对执行的具体时刻点进行严格限定。

14：对去除了干扰量的所述发送信号进行信道均衡处理，得到检测出的各发送信号的信号估计值。

通过如下公式，对去除了干扰量的所述发送信号进行信道均衡处理得到检测出的各发送信号的信号估计值：

${\hat{x}}_n^{\mathrm{Final}}=H_n^{-1}\·y_n,$

$H_n^{-1}=\frac{1}{M}\·\left[\begin{array}{cccc}{h}_{1n}^{-1}& h_{2n}^{-1}& ...& h_{\mathrm{Mn}}^{-1}\end{array}\right]$

其中，表示信道均衡处理后得到的第n个发送天线的发送信号的信号估计值，M为接收端天线的数目，

由于H的元素的模都大于0，所以必然存在。

本实施例采用上述步骤11至14的处理方案得到

并将该

的数值作为最终得到的处理结果(信号估计值)。

本发明实施例二提供了一种多次迭代的并行干扰抵消方法，而本发明实施例一中的内容主要描述了一次迭代中的处理方式，采用多次迭代的方案与实施例一中的方案的不同点主要在于，如图3所示，将上一次迭代处理得到的信号估计值作为下一迭代中所使用的新的初步估计量，然后基于更新后的初步估计量再次执行上述步骤13(如下步骤13a所示)至14(如下步骤14a所示)。即将一次迭代后所得到的信号估计值作为下一迭代中使用的新的初步估计量；在下一次迭代中，利用所述新的初步估计量、所述原始信号和信道转移矩阵，同时去除检测出的各发送信号中的干扰量；以及，对去除了干扰量的所述发送信号进行信道均衡处理，得到检测出的各发送信号的新的信号估计值。

参见图4，以k表示迭代次数，上一次迭代为第k次迭代，当前执行的迭代为第k+1次迭代，本方案提供的多次迭代的处理方案具体如下：

13a：第k+1次迭代中利用所述新的初步估计量、所述原始信号和信道转移矩阵，同时去除检测出的各发送信号中的干扰量。

通过如下公式，在第k+1次迭代中利用新的初步估计量和信道转移矩阵计算每个发送天线对接收端的干扰量的估计值：

其中，

为第k+1次迭代中第n个发送天线对接收端的干扰量的估计值，H_n为信道转移矩阵的第n列向量，

为第k次迭代中检测出的第n个发送天线的发送信号的信号估计值。

如图4中虚线的箭头所示，显示了本方案的迭代处理方式，第k次迭代的信号估计值被用作第k+1次迭代的初步估计量。

通过如下公式，利用原始信号和计算得到的干扰量的估计值同时去除检测出的各发送信号中的干扰量：

$y_n^{k+1}=r-\underset{i\≠n}{\overset{N}{\underset{i=1}{\mathrm{\Σ}}}}{\hat{r}}_i^{k+1},$

其中，r表示原始信号，

表示检测出的第n个发送天线的发送信号在第k+1次迭代中去除了干扰量后的数值，i为标号，N表示发送天线的总数目。

14a：第k+1次迭代中通过如下公式，对去除了干扰量的所述发送信号进行信道均衡处理得到检测出的各发送信号的新的信号估计值。

${\hat{x}}_n^{k+1}=H_n^{-1}\·y_n^{k+1},$

$H_n^{-1}=\frac{1}{M}\·\left[\begin{array}{cccc}{h}_{1n}^{-1}& h_{2n}^{-1}& ...& h_{\mathrm{Mn}}^{-1}\end{array}\right]$

其中，

表示第k+1次迭代中信道均衡处理后得到的第n个发送天线的发送信号的信号估计值，M为接收端天线的数目，

本实施例中在上一次迭代得到信号估计值之后，可以将输出值再次送入检测流程，进行新的迭代进一步提高检测性能，然而迭代次数过多时，会增大时延，同时性能增益也会随着迭代次数增加而下降，需要选取合适的迭代次数。经过实验，本方案中选取的迭代次数的范围为1至3，即k＝1或2。

本发明实施例三还提供了一种多天线空间复用通信系统，所述系统包括发送端和接收端，所述接收端包括并行干扰抵消设备，

所述并行干扰抵消设备包括：

原始信号获取单元，用于获取接收端相对于所有发送天线所接收到的原始信号；

初步估计量获取单元，用于利用接收算法对所述原始信号进行解码，检测出每个发送天线的发送信号并得到该发送信号的初步估计量；

干扰量去除单元，用于利用所述初步估计量、原始信号和信道转移矩阵，同时去除检测出的各发送信号中的干扰量；

均衡处理单元，用于对去除了干扰量的所述发送信号进行信道均衡处理，得到检测出的各发送信号的信号估计值。

进一步的，所述干扰量去除单元包括干扰量计算模块和干扰量去除模块，

所述干扰量计算模块，用于通过如下公式，利用初步估计量和信道转移矩阵计算每个发送天线对接收端的干扰量的估计值：

其中，

为第n个发送天线对接收端的干扰量的估计值，H_n为信道转移矩阵的第n列向量，

为检测出的第n个发送天线的发送信号的初步估计量；

所述干扰量去除模块，用于通过如下公式，利用原始信号和计算得到的干扰量的估计值同时去除检测出的各发送信号中的干扰量：

$y_n=r-\underset{i\≠n}{\overset{N}{\underset{i=1}{\mathrm{\Σ}}}}{\hat{r}}_i,$

其中，r表示原始信号，y_n表示检测出的第n个发送天线的发送信号在去除了干扰量后的数值，i为标号，N表示发送天线的总数目。

进一步的，所述均衡处理单元通过如下公式，对去除了干扰量的所述发送信号进行信道均衡处理得到检测出的各发送信号的信号估计值：

${\hat{x}}_n^{\mathrm{Final}}=H_n^{-1}\·y_n,$

$H_n^{-1}=\frac{1}{M}\·\left[\begin{array}{cccc}{h}_{1n}^{-1}& h_{2n}^{-1}& ...& h_{\mathrm{Mn}}^{-1}\end{array}\right]$

其中，表示信道均衡处理后得到的第n个发送天线的发送信号的信号估计值，M为接收端天线的数目，

上述仅对并行干扰抵消设备采用一次迭代获得信号估计量的方案进行了描述，可以理解，并行干扰抵消设备也可以采用多次迭代的方式获得信号估计量，这时，并行干扰抵消设备可以包含一个更新单元，用于将上一次迭代得到的信号估计值作为下一迭代中使用的新的初步估计量。然后，利用干扰量去除单元和均衡处理单元执行如实施例二中的步骤，执行多次迭代。

本发明系统实施例中各设备或单元的具体工作方式可以参见本发明的方法实施例。

由上所述，本发明实施例提供了一种新型的并行干扰抵消方案，同时抵消检测到的所有发送信号中的干扰量，解决了现有方案中干扰抵消不均衡的问题。并且，本方案所设计的干扰抵消方案，不但操作简单、成本较小，且经实验证明能够获得较好的干扰抵消结果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种多天线空间复用干扰抵消方法，其特征在于，所述方法包括：

获取接收端相对于所有发送天线所接收到的原始信号；

利用接收算法对所述原始信号进行解码，检测出每个发送天线的发送信号并得到该发送信号的初步估计量；

利用所述初步估计量、原始信号和信道转移矩阵，同时去除检测出的各发送信号中的干扰量；

对去除了干扰量的所述发送信号进行信道均衡处理，得到检测出的各发送信号的信号估计值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述初步估计量、原始信号和信道转移矩阵，同时去除检测出的各发送信号中的干扰量包括：

通过如下公式，利用初步估计量和信道转移矩阵计算每个发送天线对接收端的干扰量的估计值：

其中，

为第n个发送天线对接收端的干扰量的估计值，H_n为信道转移矩阵的第n列向量，

为检测出的第n个发送天线的发送信号的初步估计量；

通过如下公式，利用原始信号和计算得到的干扰量的估计值同时去除检测出的各发送信号中的干扰量：

$y_n=r-\underset{i\≠n}{\overset{N}{\underset{i=1}{\mathrm{\Σ}}}}{\hat{r}}_i,$

其中，r表示原始信号，y_n表示检测出的第n个发送天线的发送信号在去除了干扰量后的数值，i为标号，N表示发送天线的总数目。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过如下公式，对去除了干扰量的所述发送信号进行信道均衡处理得到检测出的各发送信号的信号估计值：

${\hat{x}}_n^{\mathrm{Final}}=H_n^{-1}\·y_n,$

$H_n^{-1}=\frac{1}{M}\·\left[\begin{array}{cccc}{h}_{1n}^{-1}& h_{2n}^{-1}& ...& h_{\mathrm{Mn}}^{-1}\end{array}\right]$

其中，

表示信道均衡处理后得到的第n个发送天线的发送信号的信号估计值，M为接收端天线的数目，

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在得到检测出的各发送信号的信号估计值之后，所述方法还包括：

将信号估计值作为下一迭代中使用的新的初步估计量；

在下一次迭代中，利用所述新的初步估计量、所述原始信号和信道转移矩阵，同时去除检测出的各发送信号中的干扰量；以及，

对去除了干扰量的所述发送信号进行信道均衡处理，得到检测出的各发送信号的新的信号估计值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述利用所述新的初步估计量、所述原始信号和信道转移矩阵，同时去除检测出的各发送信号中的干扰量包括：

通过如下公式，在第k+1次迭代中利用新的初步估计量和信道转移矩阵计算每个发送天线对接收端的干扰量的估计值：

其中，

为第k+1次迭代中第n个发送天线对接收端的干扰量的估计值，H_n为信道转移矩阵的第n列向量，为第k次迭代中检测出的第n个发送天线的发送信号的信号估计值；

通过如下公式，利用原始信号和计算得到的干扰量的估计值同时去除检测出的各发送信号中的干扰量：

$y_n^{k+1}=r-\underset{i\≠n}{\overset{N}{\underset{i=1}{\mathrm{\Σ}}}}{\hat{r}}_i^{k+1},$

其中，r表示原始信号，

表示检测出的第n个发送天线的发送信号在第k+1次迭代中去除了干扰量后的数值，i为标号，N表示发送天线的总数目。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过如下公式，对去除了干扰量的所述发送信号进行信道均衡处理得到检测出的各发送信号的新的信号估计值：

${\hat{x}}_n^{k+1}=H_n^{-1}\·y_n^{k+1},$

$H_n^{-1}=\frac{1}{M}\·\left[\begin{array}{cccc}{h}_{1n}^{-1}& h_{2n}^{-1}& ...& h_{\mathrm{Mn}}^{-1}\end{array}\right]$

其中，

表示第k+1次迭代中信道均衡处理后得到的第n个发送天线的发送信号的信号估计值，M为接收端天线的数目，

7.根据权利要求4至6任一项所述的方法，其特征在于，

所述k的取值为1或2。

8.一种多天线空间复用通信系统，其特征在于，所述系统包括发送端和接收端，所述接收端包括并行干扰抵消设备，

所述并行干扰抵消设备包括：

原始信号获取单元，用于获取接收端相对于所有发送天线所接收到的原始信号；

初步估计量获取单元，用于利用接收算法对所述原始信号进行解码，检测出每个发送天线的发送信号并得到该发送信号的初步估计量；

干扰量去除单元，用于利用所述初步估计量、原始信号和信道转移矩阵，同时去除检测出的各发送信号中的干扰量；

均衡处理单元，用于对去除了干扰量的所述发送信号进行信道均衡处理，得到检测出的各发送信号的信号估计值。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述干扰量去除单元包括干扰量计算模块和干扰量去除模块，

所述干扰量计算模块，用于通过如下公式，利用初步估计量和信道转移矩阵计算每个发送天线对接收端的干扰量的估计值：

其中，

为第n个发送天线对接收端的干扰量的估计值，H_n为信道转移矩阵的第n列向量，为检测出的第n个发送天线的发送信号的初步估计量；

所述干扰量去除模块，用于通过如下公式，利用原始信号和计算得到的干扰量的估计值同时去除检测出的各发送信号中的干扰量：

$y_n=r-\underset{i\≠n}{\overset{N}{\underset{i=1}{\mathrm{\Σ}}}}{\hat{r}}_i,$

其中，r表示原始信号，y_n表示检测出的第n个发送天线的发送信号在去除了干扰量后的数值，i为标号，N表示发送天线的总数目。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述均衡处理单元通过如下公式，对去除了干扰量的所述发送信号进行信道均衡处理得到检测出的各发送信号的信号估计值：

${\hat{x}}_n^{\mathrm{Final}}=H_n^{-1}\·y_n,$

$H_n^{-1}=\frac{1}{M}\·\left[\begin{array}{cccc}{h}_{1n}^{-1}& h_{2n}^{-1}& ...& h_{\mathrm{Mn}}^{-1}\end{array}\right]$

其中，

表示信道均衡处理后得到的第n个发送天线的发送信号的信号估计值，M为接收端天线的数目，

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