CN102907007B - 用于通过路径选择来改善干扰消除的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了改善无线通信系统中的干扰消除性能的方法和系统。所述方法包括：估计包含在接收信号中的干扰信号的功率；估计被添加到干扰信号中的附加的估计误差信号的功率；以及如果附加的估计误差信号的估计功率比干扰信号的估计功率低，则从接收信号中消除干扰信号。同时公开了包含所述系统的蜂窝移动终端和蜂窝基站。

Description

用于通过路径选择来改善干扰消除的方法和系统

技术领域

本发明涉及通信技术，以及尤其涉及用于改善通信系统的干扰消除的性能的方法和系统。

背景

在目前的蜂窝系统，可以通过干扰消除改善用户的性能。干扰消除意味着从接收的信号中去除或抑制自干扰或来自其他用户的干扰。从不同天线的多路径传播和传输使接收机中的信号不正交。所述非正交信号将互相干扰。然而，通过估计所有的信号或信号的子集，并去除接收信号中的所述干扰，可实现减少期望信号中的干扰。此过程可迭代进行以提高性能。

通常所做的事情是，估计每个用户的传输信号符号和信道系数。信道系数由决定接收的用户信号的多路径信号参量的振幅，相位，和延迟的参数组成。然后，传输信号被重新生成并使用估计的信道系数、信道估计值被过滤通过估计的信道，以便为每个用户的接收信号创建副本。然后，对每个期望信号，这些干扰信号的副本可以被减去，因此能减少干扰。

消除性能的关键是每个多路径的信道估计值都有足够高的质量。即使通过传输信号的符号被正确地估计，信道估计也总是受到干扰和热噪声的影响。尤其是当低数据率的用户信号被从接收信号中消除，系统性能的改善被认为低。这是因为低数据率的用户信号可能具有低阶调制，为实现传输数据的正确解调，低阶调制对信道估计质量的需求比高阶调制对信道估计质量的需求低。因此，信道估计质量对于解调可能足够好，但是对于干扰的重建可能还不够好。

有人提议通过在每次干扰消除迭代之后重新估计它们，来改善估计的信道系数的质量。信道估计将同样受到干扰消除的影响，并能在接下来的干扰消除迭代中被再次使用来改善干扰消除的性能。

无论信道估计被多大程度的改善，总是会存在一个问题，信道估计的质量是否足够的好。因此，期望用于确定干扰消除的信道估计质量的方法。

发明的公开内容

本发明的目的是，通过路径选择改善干扰消除的性能，即，从干扰用户的多路径信号中有效地选择应从接收的用户信号中消除的重建的路径。

本发明的一个目的是，提供改善无线通信系统中的干扰消除性能的方法，所述方法包含以下步骤：估计包含在接收信号中的干扰信号的功率；估计被添加到干扰信号中的附加的估计误差信号的功率；以及如果附加的估计误差信号的估计功率比干扰信号的估计功率低，则从接收信号中消除干扰信号。

依据本发明的某种实施方案，估计包含在接收信号中的干扰信号的功率的步骤包括：对参考符号进行相干积分；以及计算被相干积分的参考符号的功率。

依据本发明的另一个实施方案，估计被添加到干扰信号中的附加的估计误差信号的功率的步骤包括：解调参考符号；以及计算被解调的参考符号的方差。

依据本发明的另一个实施方案，从接收信号中消除干扰信号的步骤包括：估计干扰信号的信道系数；通过使用估计的信道系数和对传输符号实行的硬判决来重建干扰信号；以及从接收信号中消除重建的干扰信号。

依据本发明的另一个实施方案，通过使用参考符号的加权平均来估计信道系数。

依据本发明的另一个实施方案，将干扰信号的功率和附加的估计误差信号的功率缩放一比例因子。

依据本发明的另一个实施方案，参考符号是以下项中的一种：接收的导频符号、解码的控制符号和解码的数据信号。

依据本发明的另一个实施方案，解码的控制符号是以下项中的一种：非导频DPCCH符号、E-DPCCH符号和HS-DPCCH。

依据本发明的另一个实施方案，解码的数据符号是DPDCH符号或E-DPDCH符号。

本发明的一个目的是，提供用于改善无线通信系统中的干扰消除性能的系统，所述系统包括：第一估计器，其被配置为估计包含在接收信号中的干扰信号的功率；第二估计器，其被配置为估计被添加到干扰信号中的附加的估计误差信号的功率；以及干扰消除设备，其被配置为，如果附加的估计误差信号的估计功率比干扰信号的估计功率低，则从接收信号中消除干扰信号。

依据本发明的某种实施方案，第一估计器包括：被配置为对参考符号进行相干积分的设备；以及被配置为计算相干积分的参考符号的功率的第一计算器。

依据本发明的另一个实施方案，第二估计器包括：被配置为解调参考符号的解调器；以及被配置为计算解调的参考符号的方差的第二计算器。

依据本发明的另一个实施方案，被配置为从接收信号中消除干扰信号的设备包括：被配置为估计干扰信号的信道系数的第三估计器；被配置为通过使用估计的信道系数和对传输符号实行的硬判决来重建干扰信号设备；以及被配置为从接收信号中消除重建的干扰信号的设备。

依据本发明的另一个实施方案，第三估计器被进一步配置为通过使用参考符号的加权平均来估计干扰信号的信道系数。

依据本发明的另一个实施方案，所述系统进一步包括：被配置为将干扰信号的功率和附加的估计误差信号的功率缩放一比例因子的设备。

依据本发明的另一个实施方案，参考符号是下列项中的一种：接收的导频符号、解码的控制符号和解码的数据符号。

依据本发明的另一个实施方案，解调的控制符号是下列项中的一种：非导频DPCCH符号、E-DPCCH符号和HS-DPCCH。

依据本发明的另一个实施方案，解码的数据符号是DPDCH符号或E-DPDCH符号。

本发明的一个目的是提供蜂窝移动终端，所述蜂窝移动终端包含用于改善无线通信系统中的干扰消除性能的系统。

本发明的一个目的是提供蜂窝基站，所述蜂窝基站包含改善无线通信系统中的干扰消除性能的系统。

本发明的方法和系统将降低基站与移动电话之间的每个无线通信链路经历的干扰。因此，无线通信系统将支持更多的用户。

附图说明

图1示出了依据本发明的仿真的干扰消除结果，其中所述仿真的干扰消除实施在3GPP无线电波传播信道案例1中。

发明详述

在示例性实施方案中，本发明在无线网络中实施。所述网络包括无线基站，短波基站（shortbasestations），以及移动终端，短波移动电话（shortmobiles）。本发明能在基站的接收部分或移动电话的接收部分中实施。

在本实施方案中，接收部分接收了信号r。被接收的信号r是通过接收天线中的一个接收的被离散时间采样的基带信号。接收信号r源于受到干扰的期望信号s。期望信号可以对应于从一个特定的期望用户传输的信号的一个特定的接收的多路径分量，或者其可以对应于从一个特定的期望用户传输的所有接收信号。

除了期望信号，接收到的信号还包括干扰信号v_k和w_l，以及噪声e，如在下述等式（1）中所示的。干扰信号的一个子集v_k，可以是由于多路径或多天线传输而来自其他用户的信号或者期望信号的自干扰信号。以及干扰信号的另一子集是w_l，其包含干扰信号的剩余部分。本发明将专注于v_k的消除。对于w_l的消除将不在本发明中讨论。因此，以下，讨论将专注于怎样消除v_k。由上述内容，接收信号为：

$r\left(t\right)=s\left(t\right)+\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{v}_k\left(t\right)+\underset{l=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{w}_l\left(t\right)+e\left(t\right),---\left(1\right)$

其中t对应于采样时刻。

为了从接收信号r中去除干扰信号的子集v_k而执行干扰消除，需要得到信号v_k的估计值所述估计值可以通过解调接收信号和对传输符号实行硬判决以及估计这些干扰信号的信道系数来得到。值得注意的是，所述硬判决是在接收机端进行，但是实际上被预测的是在受到传输-和接收滤波器、多路径、干扰和噪声影响之前在发射机端的离散时间数字信号。硬判决之后，来自传播信道的干扰被添加，例如多路径等，并可以画出在接收机中的信号的图形。产生硬判决以及估计信道系数的典型步骤对本领域的技术人员是已知的。这些硬符号判决可在解码之前或者之后执行。信道系数的估计可通过关联接收的参考信号符号与被时移和频移的已知的传输的参考信号符号序列来执行。通过时移所述参考符号序列以及通过频移所述参考符号序列，相关峰值显示出接收信号的时间偏移和频率偏移。所述参考符号应通过与干扰信号v_k同样的信道。通过使用硬符号判决和信道估计以及关于发射机滤波器和接收机滤波器的初始信息，可以重建干扰信号v_k，形成如等式（2）所示。

${\hat{v}}_k\left(t\right)=v_k\left(t\right)+n_k\left(t\right),---\left(2\right)$

其中n_k是附加的估计误差信号。n_k可由信号振幅、信号相位、信号多普勒（signalDoppler）、信号的时间偏移以及信号的符号值的估计过程中的误差导致。n_k可以是复数或实数，其可以具有负号和正号。假设P_k是信号v_k的功率以及I_k是附加的估计误差n_k的功率。如果被从r中去除，则可得到如等式（3）：

$\tilde{r}\left(t\right)=r\left(t\right)-{\hat{v}}_k\left(t\right).---\left(3\right)$

通过这种方法，v_k的功率将从接收信号r中去除，但是附加的估计误差信号n_k将被添加到接收信号r中，形成新的接收信号如在等式（3）中所述的。添加到接收信号r的净干扰功率将是C，其中

C=I_k-P_k。(4)

如果C比零小，与没有进行上述干扰消除对比，估计的干扰信号的消除将导致在接收信号中减少干扰。然而，如果C比零大，估计的干扰信号的消除将导致在接收信号中增加干扰。因此，可推导出，如果C大于零，估计的干扰信号的消除不应该被执行，因为在这种情况下接收信号中的干扰将会增加。也就是说，估计的干扰信号的消除是否会进行将会依据C的符号来确定。这是本发明的主要思想。具体地，使和分别为P_k和I_k的估计，如果则能依据本发明的实施方案消除就是说，如果附加的估计误差的估计功率比干扰信号的估计功率小，重建的干扰信号能被消除。经过干扰消除的信号通过使用传统技术进一步被解调。

依据上述的实施方案，改善干扰消除性能的方法包括下述的步骤：

估计接收信号中包含的干扰信号的功率；

估计被添加到干扰信号中的附加的估计误差信号的功率；以及

如果附加的估计误差信号的估计功率比干扰信号的估计功率小，则从接收信号中消除干扰信号。

在另一个示例性的实施方案中，假定可以使针对信号多普勒、信号时间偏移和信号符号值的信道系数的估计误差较小。那么只有信号振幅和相位的估计值将有助于附加的估计误差信号。附加的估计误差信号的振幅和相位以及相应的功率的估计值能通过使用参考符号以及通过使用众所周知的技术来获得。例如，在WCDMA中，参考符号能为导频符号。通过众所周知的技术，依据干扰信号的特定的多路径分量，对应于采样定时，对在雷克耙指（Rakefinger）上的若干接收到的导频符号执行相干积分，得到导频参考信号的振幅和相位的估计值。被相干积分的接收到的导频符号的功率能被用作要被消除的干扰信号的功率的估计值。同时，同样接收到的导频位模式解调的符号（pilotbitpatterndemodulatedsymbols）能被用作估计接收到的导频位模式解调的导频符号的方差的样本，所述方差能被用作附加的估计误差信号的功率估计值。

此外，参考信号和产生干扰信号v_k的传输信号可能被以不同的功率来传输。因此，应当指出的是，干扰信号的功率和附加的估计误差信号的功率可能都被缩放相同的因子，以得到重建的干扰信号v_k的相应的功率值。然而，比例因子能被忽略，因为其对于是否实行如上所述的干扰消除没有影响。这能由下述的公式示出。假设和是干扰信号的信道估值的估计功率和信道估计误差的估计功率，被标记为索引k。假设信道估计需要被缩放系数a_k以得到与干扰信号v_k相同的振幅。则被缩放的信道估值为：

${\hat{P}}_k=a_k^2\·{\tilde{P}}_k.---\left(5\right)$

将信道估值缩放该因子也将缩放附加的估计误差，以及被缩放的信道估计误差为：

${\hat{I}}_k=a_k^2\·{\tilde{I}}_k.---\left(6\right)$

干扰消除判定准则为

${\hat{I}}_k-{\hat{P}}_k<0\&DoubleLeftRightArrow;a_k^2\&CenterDot;{\tilde{I}}_k-a_k^2\&CenterDot;{\tilde{P}}_k<0\&DoubleLeftRightArrow;a_k^2\&CenterDot;({\tilde{I}}_k-{\tilde{P}}_k)<0\&DoubleLeftRightArrow;{\tilde{I}}_k-{\tilde{P}}_k<0.$

因此，由于干扰消除的判定准则，缩放能被忽略。

本发明实施的特定的实施方案描述如下。假设本发明在WCDMA无线网络中实现。同样假设从特定的干扰用户得到的特定的多路径分量，表示为索引k，被期望从接收信号中消除。在示例性的实施方案中，对应于这个路径延迟的从所述用户接收的N_P个DPCCH导频符号在用于信道估计时具有相等的权重，即信道估计通过N_P个导频位模式解调的导频符号的加权平均值而形成。值得注意的是，使用的加权数能为“1”。在另外的实施方案中，所述方法能被扩展到包括来自任意的物理通道的具有任意类型的权重的任意组的参考符号。一般地说，参考符号可为导频符号、解码的控制符号、以及解码的数据符号。在一些实施方案中，解码的控制符号可为非导频DPCCH符号、E-DPCCH符号或HS-DPCCH。此外，在一些实施方案中，解码的数据符号可为DPDCH符号或E-DPDCH符号。在符号解码之后，它们是已知的，因此，它们可被用作信道估计的参考符号。假定，例如，N_M导频位模式解调的DPCCH导频符号x(m,k)，m=1,…,N_M,可用于进行功率估计。

干扰信号的被缩放的估计功率按等式（7）和（8）计算：

$\stackrel{\&OverBar;}{x}\left(k\right)=\frac{1}{N_M}\&CenterDot;\underset{m=1}{\overset{N_M}{\mathrm{\&Sigma;}}}x(m,k),---\left(7\right)$

${\hat{P}}_k={\left|\stackrel{\&OverBar;}{x}\left(k\right)\right|}^2,---\left(8\right)$

其中“被缩放的估计功率”表示参考信号和干扰信号v_k之间的功率差，为简单起见，其被忽略。

用于信道估计的导频符号I上的干扰的估计值，可以由

$I\left(k\right)=\frac{1}{N_M-1}\&CenterDot;\underset{m=1}{\overset{N_M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{|x(m,k)-\stackrel{\&OverBar;}{x}\left(k\right)|}^2,---\left(9\right)$

给出，其中系数被用来得到方差估计值的正确的预期值，这只是数学方法。然后由于噪声信道估计值产生的附加的缩放的干扰功率为：

${\hat{I}}_k=\frac{1}{N_P}\&CenterDot;I\left(k\right).---\left(10\right)$

从上面的实施方案可以看出，使用的权重为“1”。

为了针对这个特定的干扰信号，在干扰消除后产生减少的干扰，必须符合下述的要求：

${\hat{I}}_k-{\hat{P}}_k<0.---\left(11\right)$

相反，如果不符合要求，不应执行这个特定路径的干扰消除。

依据本发明的仿真被执行。上传链路的干扰消除之后，在净去除的干扰上执行所述仿真。在图1中，使用依据本发明的路径选择的方法的性能与所有的路径总是被用于干扰消除的方法的性能相比较。路径选择可在一帧中的每个时隙执行。在仿真中，假设理想的符号功率和符号方差估计值对每个路径都是可得到的。3GPP无线电波传播信道案例1被仿真。用于信道估计的被积分的DPCCH符号的数量在10和20之间变化，包括导频符号和完美解码的非导频符号。这对应于单时隙或双时隙相干积分，其通过N_S＝1和N_S＝2在图1中标识。信道被假设为在两个时隙内固定。在仿真中，使用了最优路径搜索功能。

仿真的测试结果在图1中示出。可注意到，在信噪比较低的区域，性能的改善是巨大的。在信噪比较高的区域，性能的改善很小。在图1中，E_cp/N₀是噪声谱密度的每个DPCCH码片的能量。

可相应地提供依据本发明的用来改善噪声消除性能的系统，所述系统包括：

第一估计器，其被配置为估计包含在接收信号中的干扰信号的功率；

第二估计器，其被配置为估计添加在干扰信号中的附加的估计误差信号的功率；和

干扰消除设备，其被配置为，如果附加的估计误差信号的估计功率比干扰信号的估计功率低，则从接收信号中消除干扰信号。

具体地，第一估计器可包含用来对参考符号进行相干积分的设备；和用来计算被相干积分的参考符号的功率的计算器。以及第二估计器可包含解调参考符号的解调器；和计算被解调的参考符号的方差的计算器。此外，被配置为消除干扰信号的设备可包含估计干扰信号的信道系数的第三估计器；及使用估计的信道系数和在传输符号上实行的硬判决来重建干扰信号的设备；以及从接收信号中消除重建的干扰信号的设备。

具体地，第三估计器通过使用参考信号的加权平均值来估计干扰信号的信道系数。

具体地，所述系统进一步包括将干扰信号的功率和附加的估计误差信号的功率缩放一比例因子的设备，如上所述。

具体地，参考符号为下述项中的一种：接收的导频符号，解码的控制符号，诸如例如非导频DPCCH符号、E-DPCCH符号或HS-DPCCH,以及解码的数据符号,诸如例如DPDCH符号或E-DPDCH符号。

依据本发明的方法可实施在蜂窝移动终端和蜂窝基站，以改善干扰消除的性能。以及相应的，蜂窝移动终端和蜂窝基站可包含依据本发明的系统，以改善干扰消除的性能。

工业实用性

本发明的方法将减少基站和移动电话之间的每个无线通信链路经历的干扰。因此，在到达适当的工作点之前，存在更多干扰的空间，这通过在系统中添加更多使用者来实现，这对无线网络运营者将是有益的，因为更多的使用者可产生更多的收入。

虽然本发明的实施方案已经被示出和描述，但并不意味着这些实施方案示出和描述了本发明的所有可能的形式。相反，在说明书中所使用的语言是说明性的语言，而不是限制。并且应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可做各种变化和修改。

Claims (20)

1.一种改善无线通信系统中的干扰消除性能的方法，所述方法包含以下步骤：

估计包含在接收信号中的干扰信号的功率；

估计被添加在所述干扰信号中的附加的估计误差信号的功率；以及

如果所述附加的估计误差信号的估计功率比所述干扰信号的估计功率低，则从所述接收信号中消除所述干扰信号；其中，

所述干扰信号是由多径或多天线传输或自干扰引起的；所述附加的估计误差信号是通过解调接收信号、对传输符号实行硬判决和估计所述干扰信号的信道系数重建的干扰信号和所述干扰信号之间的误差，或者是通过使用硬符号判决、信道估计以及关于发射机滤波器和接收机滤波器的初始信息重建的干扰信号和所述干扰信号之间的误差。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述估计包含在接收信号中的干扰信号的功率的步骤包括：

对参考符号进行相干积分；以及

计算被相干积分的参考符号的功率。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述估计被添加到所述干扰信号中的附加的估计误差信号的功率的步骤包括：

解调所述参考符号；以及

计算被解调的参考符号的方差。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其中所述从所述接收信号中消除所述干扰信号的步骤包括：

估计所述干扰信号的信道系数；

通过使用所估计的信道系数、对传输的符号实行的硬判决以及解调接收信号或关于发射机滤波器和接收机滤波器的初始信息来重建所述干扰信号；以及

从所述接收信号中消除所重建的干扰信号。

5.根据权利要求4所述的方法，其中通过使用所述参考符号的加权平均值来估计所述信道系数。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述干扰信号的功率和所述附加的估计误差信号的功率被按一比例因子缩放。

7.根据权利要求2或3所述的方法，其中所述参考符号是下述项中的一种：接收的导频符号、解码的控制符号以及解码的数据符号。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述解码的控制符号是下述项中的一种：非导频DPCCH符号、E-DPCCH符号和HS-DPCCH。

9.根据权利要求7所述的方法，其中所述解码的数据符号为DPDCH符号或E-DPDCH符号。

10.一种用来改善无线通信系统中的干扰消除性能的系统，包括：

第一估计器，其被配置为估计包含在接收信号中的干扰信号的功率；

第二估计器，其被配置为估计被添加到所述干扰信号中的附加的估计误差信号的功率；以及

被配置为如果所述附加的估计误差信号的估计功率比所述干扰信号的估计功率低则从所述接收信号中消除所述干扰信号的设备；其中，

所述干扰信号是由多径或多天线传输或自干扰引起的，所述附加的估计误差信号是通过解调接收信号、对传输符号实行硬判决和估计所述干扰信号的信道系数重建的干扰信号和所述干扰信号之间的误差，或者是通过使用硬符号判决、信道估计以及关于发射机滤波器和接收机滤波器的初始信息重建的干扰信号和所述干扰信号之间的误差。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述第一估计器包括：

被配置为对参考符号进行相干积分的设备；以及

被配置为计算被相干积分的参考符号的功率的第一计算器。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述第二估计器包括：

被配置为解调所述参考符号的解调器；以及

被配置为计算被解调的参考符号的方差的第二计算器。

13.根据权利要求11或12所述的系统，其中被配置为从所述接收信号中消除所述干扰信号的所述设备包括：

被配置为估计所述干扰信号的信道系数的第三估计器；

被配置为通过使用所估计的信道系数、对传输的符号实行的硬判决以及解调接收信号或关于发射机滤波器和接收机滤波器的初始信息来重建所述干扰信号的设备；以及

被配置为从所述接收信号中消除所重建的干扰信号的设备。

14.根据权利要求13所述的系统，其中所述第三估计器被进一步配置为通过使用所述参考符号的加权平均值来估计所述干扰信号的信道系数。

15.根据权利要求10-12中任一项所述的系统，进一步包括：

被配置为将所述干扰信号的功率和所述附加的估计误差信号的功率按一比例因子缩放的设备。

16.根据权利要求11或12所述的系统，其中所述参考符号为下述项中的一种：接收的导频符号、解码的控制符号以及解码的数据符号。

17.根据权利要求16所述的系统，其中所述解码的控制符号是下述项中的一种：非导频DPCCH符号、E-DPCCH符号和HS-DPCCH。

18.根据权利要求16所述的系统，其中所述解码的数据符号是DPDCH符号或E-DPDCH符号。

19.一种蜂窝移动终端，包括根据权利要求10-18中任一项所述的系统。

20.一种蜂窝基站，包括根据权利要求10-18中任一项所述的系统。