CN102983899B - 基于天线协同的蜂窝系统上行链路干扰抑制方法 - Google Patents

Abstract

基于天线协同的蜂窝系统上行链路干扰抑制方法，涉及移动通信领域。它是为了消除蜂窝系统中定向天线旁瓣或后瓣方向的强干扰，实现对蜂窝系统的上行链路的干扰抑制。本发明在蜂窝系统的基站侧接收机中引入全向天线通路，全向天线通路的下变频、模数转换、滤波单元和定向天线通路是一致的，但该通路的增益可根据需要进行调整，并对信号进行G_back/G_omni的增益处理。此外，系统引入信号时延调整单元，对两路信号进行延时调整，保证两路干扰信号在进行相减操作时时序是一致的。其中干扰信号的增益调整值和时延调整值由后端同步判断单元采用基于MMSE的二维搜索方法给出。本发明适用于蜂窝系统上行链路的干扰抑制。

Description

基于天线协同的蜂窝系统上行链路干扰抑制方法

技术领域

本发明涉及移动通信领域，具体涉及一种蜂窝系统上行链路干扰抑制方法。

背景技术

蜂窝无线通信系统存在多种干扰，包括同频干扰、小区间干扰、小区内干扰、多用户干扰以及异构网络干扰等。目前已有很多方法来解决这些干扰，如波束赋形、干扰随机化、干扰消除、干扰协调等。其中干扰消除技术主要是基于干扰重构/减去，通过将干扰信号解调/解码后，对该干扰信号进行重构，然后从接收信号中减去。这是干扰消除的最理想方法，但需要系统在资源分配、信号形式获得、小区间同步、交织器设计、信道估计等提出更高的要求或更多的限制，所以目前不太实用。

并且当终端和基站间的链路较差时，某终端到达基站的上行信号会很弱。这时若在基站附近有一个很强的干扰，定向天线的旁瓣或后瓣可以把这个较大的干扰信号接收进来，放大后的干扰信号可以与有用信号能量相当，对有用信号产生较大影响。如何对这种上行链路干扰进行抑制是亟待解决的问题。

发明内容

本发明是为了消除蜂窝系统中定向天线旁瓣或后瓣方向的强干扰，实现对蜂窝系统的上行链路的干扰抑制，从而提供一种基于天线协同的蜂窝系统上行链路干扰抑制方法。

基于天线协同的蜂窝系统上行链路干扰抑制方法，

在蜂窝系统基站侧接收机中增加全向天线处理通路，所述全向天线通路中的全向天线设置在距定向天线3～5倍的半波长处；

该干扰抑制方法由以下步骤实现：

步骤一、采用定向天线和全向天线同步接收无线信号；将所述定向天线接收到的无线信号采用低噪声放大器进行放大，获得定向天线通路放大信号；

将全向天线接收到的无线信号采用增益可调的低噪声放大器进行放大，获得全向天线通路放大信号；

步骤二、将步骤一中获得的定向天线通路放大信号进行下变频处理，获得定向天线通路下变频信号；

将步骤一中获得的全向天线通路放大信号进行下变频处理，获得全向天线通路下变频信号；

步骤三、将步骤二中获得的定向天线通路下变频信号进行模/数转换，获得定向天线通路数字信号；

将步骤二中获得的全向天线通路下变频信号进行模/数转换，获得全向天线通路数字信号；

步骤四、将步骤三中获得的定向天线通路数字信号进行滤波，获得定向天线通路滤波信号；

将步骤三中获得的全向天线通路数字信号进行滤波，获得全向天线通路滤波信号；

步骤五、判断全向天线通路是否处于工作状态，如果判断结果为是，则执行步骤五一；如果判断结果为否，则执行步骤五二；

步骤五一、将定向天线通路滤波信号采用时延调整模块进行时延调整，获得定向天线通路时延调整信号；

将全向天线通路滤波信号采用时延调整模块进行时延调整，获得全向天线通路时延调整信号；

并执行步骤六；

步骤五二、全向天线通路结束信号传输，将定向天线通路滤波信号进行解调后输出，结束基于天线协同的蜂窝系统干扰抑制；

步骤六、将步骤五一获得的定向天线通路时延调整信号和全向天线通路时延调整信号进行相减，获得相减后的信号；

步骤七、将步骤六获得的相减后的信号进行同步判断，即：判断相减后的信号和本地导频序列的均方误差值是否达到最小；(所述最小值可以由MMSE算法给出)

如果判断结果为是，则执行步骤七一；如果判断结果为否，则执行步骤七二；

步骤七一、将步骤六获得的相减后的信号进行解调，并输出，完成基于天线协同的蜂窝系统干扰抑制；

步骤七二、根据同步判断结果给出增益调整值和时延调整值，并输出增益调整值给增益可调的低噪声放大器，输出时延调整值给时延调整模块，实现对接收信号的时序进行调整直至MSE值收敛至最小，将相减后的信号进行解调，并输出，完成基于天线协同的蜂窝系统干扰抑制。

步骤五一中所述将定向天线通路滤波信号采用时延调整模块进行时延调整的方法是：

将定向天线通路滤波信号采用一号缓存器进行存储，并对一号缓存器进行时序控制，进而输出定向天线通路时延调整信号。

步骤五一中所述将全向天线通路滤波信号采用时延调整模块进行时延调整的方法是：

将全向天线通路滤波信号采用二号缓存器进行存储，并对二号缓存器进行时序控制，进而输出全向天线通路时延调整信号。

步骤七中所述将步骤六获得的相减后的信号进行同步判断，输出增益调整值和时延调整值的方法是：

将相减后的信号进行存储，并将该相减后的信号与本地导频序列采用MSE模块进行MSE估计，获得MSE估计值；并根据所述MSE估计结果，采用基于MMSE的二维搜索方法输出增益和时延调整值。

本发明能够有效消除定向天线旁瓣或后瓣方向的强干扰，实现对蜂窝系统的上行链路进行干扰抑制。

附图说明

图1是本发明的蜂窝系统上行链路干扰抑制方法的信号流程示意图；图2是时延调整单元的信号处理流程示意图；图3是同步判断单元的信号处理流程示意图；图4是全向天线的天线方向示意图；图5是定向天线的天线方向示意图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1至5说明本具体实施方式，基于天线协同的蜂窝系统上行链路干扰抑制方法，

在蜂窝系统基站侧接收机中增加全向天线处理通路，所述全向天线通路中的全向天线设置在距定向天线3～5倍的半波长处；

该干扰抑制方法由以下步骤实现：

步骤一、采用定向天线和全向天线同步接收无线信号；将所述定向天线接收到的无线信号采用低噪声放大器进行放大，获得定向天线通路放大信号；

将全向天线接收到的无线信号采用增益可调的低噪声放大器进行放大，获得全向天线通路放大信号；

步骤二、将步骤一中获得的定向天线通路放大信号进行下变频处理，获得定向天线通路下变频信号；

将步骤一中获得的全向天线通路放大信号进行下变频处理，获得全向天线通路下变频信号；

步骤三、将步骤二中获得的定向天线通路下变频信号进行模/数转换，获得定向天线通路数字信号；

将步骤二中获得的全向天线通路下变频信号进行模/数转换，获得全向天线通路数字信号；

步骤四、将步骤三中获得的定向天线通路数字信号进行滤波，获得定向天线通路滤波信号；

将步骤三中获得的全向天线通路数字信号进行滤波，获得全向天线通路滤波信号；

步骤五、判断全向天线通路是否处于工作状态，如果判断结果为是，则执行步骤五一；如果判断结果为否，则执行步骤五二；

步骤五一、将定向天线通路滤波信号采用时延调整模块进行时延调整，获得定向天线通路时延调整信号；

将全向天线通路滤波信号采用时延调整模块进行时延调整，获得全向天线通路时延调整信号；

并执行步骤六；

步骤五二、全向天线通路结束信号传输，将定向天线通路滤波信号进行解调后输出，结束基于天线协同的蜂窝系统干扰抑制；

步骤六、将步骤五一获得的定向天线通路时延调整信号和全向天线通路时延调整信号进行相减，获得相减后的信号；

步骤七、将步骤六获得的相减后的信号进行同步判断，即：判断相减后的信号和本地导频序列的均方误差值是否达到最小；(所述最小值可以由MMSE算法给出)

如果判断结果为是，则执行步骤七一；如果判断结果为否，则执行步骤七二；

步骤七一、将步骤六获得的相减后的信号进行解调，并输出，完成基于天线协同的蜂窝系统干扰抑制；

步骤七二、根据同步判断结果给出增益调整值和时延调整值，并输出增益调整值给增益可调的低噪声放大器，输出时延调整值给时延调整模块，实现对接收信号的时序进行调整直至MSE值收敛至最小，将相减后的信号进行解调，并输出，完成基于天线协同的蜂窝系统干扰抑制。

步骤五一中所述将定向天线通路滤波信号采用时延调整模块进行时延调整的方法是：

将定向天线通路滤波信号采用一号缓存器进行存储，并对一号缓存器进行时序控制，进而输出定向天线通路时延调整信号。

步骤五一中所述将全向天线通路滤波信号采用时延调整模块进行时延调整的方法是：

将全向天线通路滤波信号采用二号缓存器进行存储，并对二号缓存器进行时序控制，进而输出全向天线通路时延调整信号。

具体为：上述全向天线通路信号和定向天线通路信号都送入时延调整单元，根据后端同步判断单元反馈回的时延调整值对信号进行延时处理，保证两路干扰信号在时序上对齐。具体调整过程如图2所示，将两路信号分别送入一号缓存器和二号缓存器进行缓存，时序控制模块根据时延调整值控制两个缓存器的输出，若无时延调整反馈，则缓存器正常输出；若有时延调整反馈，缓存器关闭若干个时序后，再打开输出。

步骤七二所述输出增益调整值和时延调整值的方法是：

将相减后的信号进行存储，并将该相减后的信号与本地导频序列采用MSE模块进行MSE估计，获得MSE估计值；并根据所述MSE估计结果判断增益和时延调整值。

具体为：相减后的信号送入同步判断单元进行同步判断，具体如图3所示。接收到的导频序列和本地存储的导频序列信号进行MSE估计，并依据估计结果对干扰信号的时延和增益进行调整。调整过程是一个二维搜索过程，其中一维是两路信号的时延，另一维是LNA的增益。搜索原则为先将LNA的增益固定，将两路信号的时延调整值在0～T之间遍历，其中T＝d/c，d是全向天线和定向天线距离，c为电磁波传播速度。若经多次时延调整，MSE值仍达不到最小，则将时延固定，将LNA的增益在合适范围内遍历。得出的增益和时延调整值分别反馈至前端LNA和时延调整模块。如此反复，将干扰信号抵消。

步骤一中增加全向天线干扰信号处理通路，全向天线接收到的信号经过低噪放进行增益处理，增益因子为G_back/G_omni。且低噪放的增益可根据后端同步判断单元反馈的增益调整值进行相应的增益调整。

步骤七二中时延调整值位于0～T之间，所述T＝d/c，d是全向天线和定向天线距离，c为电磁波传播速度。

工作原理：本发明提出了一种基于天线协同的蜂窝系统上行链路干扰抑制方法。本发明在蜂窝基站的定向天线旁安置一个全向天线，当定向天线旁瓣方向或后瓣方向存在强干扰时，可通过全向天线收集这些干扰信号，将定向天线和全向天线捕获到的信号加权相减处理，消除干扰。

以后瓣方向存在干扰为例，对联合干扰抑制方法的原理进行描述如下：如图4和图5所示，假设定向天线主瓣的增益为G_m，后瓣增益为G_back，有用信号和干扰信号在接收天线处的功率分别为P_r(mW)和P_i(mW)，全向天线增益为G_omni。定向天线引入的白噪声功率为N₁(mW)，全向天线引入的白噪声为N₂(mW)。

定向天线接收到的有用信号功率为：P_rd＝G_mP_r；来自后瓣方向的干扰信号为P_id＝G_backP_i；全向天线接收到的有用信号功率为P_ro’＝G_omniP_r；全向天线接收到的干扰信号为P_io’＝G_omniP_i。对全向天线接收到的信号进行增益为G_back/G_omni的处理，全向天线通路得到的有用信号为P_ro＝G_backP_r，干扰信号为P_io＝G_backP_i，全向天线通路引入的白噪声为G_back/G_omniN₂。

原系统不使用全向天线，仅采用定向天线接收时，接收到的有用信号和干扰信号的信干噪比SINR_d为：

${\mathrm{SINR}}_d=\frac{P_{\mathrm{rd}}}{P_{\mathrm{id}}+N_1}=\frac{G_m{P}_r}{G_{\mathrm{back}}{P}_i+N_1}---\left(1\right)$

在本系统中引入全向天线，与定向天线协作抑制干扰，具体做法为将定向天线和全向天线接收到的信号进行加权相减，得到的有用信号部分为：P_r(d-o)＝(G_mP_r-G_backP_r)；得到的干扰信号为：P_i(d-o)＝(G_back-G_back)P_i＝0。接收信号的信干噪比SINR_(d-o)为：

${\mathrm{SINR}}_{(d-o)}=\frac{P_{r(d-o)}}{P_{i(d-o)}+N_1+G_{\mathrm{back}}/G_{\mathrm{omni}}{N}_2}=\frac{G_m{P}_r-G_{\mathrm{back}}{P}_r}{N_1+G_{\mathrm{back}}/G_{\mathrm{omni}}{N}_2}---\left(2\right)$

由式(1)和式(2)比较可知，引入全向天线后，可以消除干扰项G_backP_i，但同时对有用信号削弱G_backP_r，并引入白噪声G_back/G_omniN₂。

举例分析，假定定向天线的主瓣增益G_m为18dBi，后瓣增益G_back为-3dBi，全向天线的增益G_omni为11dBi，到达天线的有用信号P_r为-90dBm(LTE标准规定参考测量信道编号为FRCA1-1时，LTE基站接收机灵敏度为-106.8dBm)，到达天线的干扰信号P_i为-70dBm。原系统接收到的干扰信号G_backP_i为-73dBm，接收到的有用信号G_mP_r为-72dBm，可见干扰信号与有用信号能量相当，影响正确接收。引入本方法后，干扰项被消除，全向天线干扰信号处理通路对有用信号造成的削弱项G_backP_r为-93dBm，而有用信号G_mP_r为-72dBm，削弱部分与有用信号相比差21dB，可以忽略。此时经过增益处理，全向天线引入的白噪声N₂压缩了-14dB(G_back/G_omni)，也可以忽略不计。所以，此方法在消除干扰信号的基础上，对有用信号削弱的影响和引入的白噪声很小，能够有效抑制上行链路干扰。

本方法在原系统的基础上，引入全向天线通路。全向天线通路的下变频、模数转换、滤波单元和定向天线通路是一致的，干扰信号处理通路的增益可根据需要进行调整，并对信号进行G_back/G_omni的增益处理。此外，系统引入信号时延调整单元，对两路信号进行延时调整，保证两路干扰信号在进行相减操作时时序是一致的。其中干扰信号的增益调整值和时延调整值由后端同步判断单元采用基于MMSE的二维搜索方法给出。通过本方法可以有效消除定向天线旁瓣或后瓣方向的强干扰，进行上行链路干扰抑制。

Claims (5)

1.基于天线协同的蜂窝系统上行链路干扰抑制方法，其特征是：

在蜂窝系统基站侧接收机中增加全向天线处理通路，所述全向天线通路中的全向天线设置在距定向天线3～5倍的半波长处；

该干扰抑制方法由以下步骤实现：

步骤一、采用定向天线和全向天线同步接收无线信号；将所述定向天线接收到的无线信号采用低噪声放大器进行放大，获得定向天线通路放大信号；

将全向天线接收到的无线信号采用增益可调的低噪声放大器进行放大，获得全向天线通路放大信号；

步骤二、将步骤一中获得的定向天线通路放大信号进行下变频处理，获得定向天线通路下变频信号；

将步骤一中获得的全向天线通路放大信号进行下变频处理，获得全向天线通路下变频信号；

步骤三、将步骤二中获得的定向天线通路下变频信号进行模/数转换，获得定向天线通路数字信号；

将步骤二中获得的全向天线通路下变频信号进行模/数转换，获得全向天线通路数字信号；

步骤四、将步骤三中获得的定向天线通路数字信号进行滤波，获得定向天线通路滤波信号；

将步骤三中获得的全向天线通路数字信号进行滤波，获得全向天线通路滤波信号；

步骤五、判断全向天线通路是否处于工作状态，如果判断结果为是，则执行步骤五一；如果判断结果为否，则执行步骤五二；

步骤五一、将定向天线通路滤波信号采用时延调整模块进行时延调整，获得定向天线通路时延调整信号；

将全向天线通路滤波信号采用时延调整模块进行时延调整，获得全向天线通路时延调整信号；

并执行步骤六；

步骤五二、全向天线通路结束信号传输，将定向天线通路滤波信号进行解调后输出，结束基于天线协同的蜂窝系统干扰抑制；

步骤六、将步骤五一获得的定向天线通路时延调整信号和全向天线通路时延调整信号进行相减，获得相减后的信号；

步骤七、将步骤六获得的相减后的信号进行同步判断，即：判断相减后的信号和本地导频序列的均方误差值是否达到最小；

如果判断结果为是，则执行步骤七一；如果判断结果为否，则执行步骤七二；

步骤七一、将步骤六获得的相减后的信号进行解调，并输出，完成基于天线协同的蜂窝系统干扰抑制；

步骤七二、根据同步判断结果给出增益调整值和时延调整值，并输出增益调整值给增益可调的低噪声放大器，输出时延调整值给时延调整模块，实现对接收信号的时序进行调整直至MSE值收敛至最小，将相减后的信号进行解调，并输出，完成基于天线协同的蜂窝系统干扰抑制。

2.根据权利要求1所述的基于天线协同的蜂窝系统上行链路干扰抑制方法，其特征在于步骤五一中所述将定向天线通路滤波信号采用时延调整模块进行时延调整的方法是：

将定向天线通路滤波信号采用一号缓存器进行存储，并对一号缓存器进行时序控制，进而输出定向天线通路时延调整信号。

3.根据权利要求1所述的基于天线协同的蜂窝系统上行链路干扰抑制方法，其特征在于步骤五一中所述将全向天线通路滤波信号采用时延调整模块进行时延调整的方法是：

将全向天线通路滤波信号采用二号缓存器进行存储，并对二号缓存器进行时序控制，进而输出全向天线通路时延调整信号。

4.根据权利要求1所述的基于天线协同的蜂窝系统上行链路干扰抑制方法，其特征在于步骤七二所述输出增益调整值和时延调整值的方法是：

将相减后的信号进行存储，并将该相减后的信号与本地导频序列采用MSE模块进行MSE估计，获得MSE估计值；并根据所述MSE估计结果，采用基于MMSE的二维搜索方法输出增益和时延调整值。

5.根据权利要求1所述的基于天线协同的蜂窝系统上行链路干扰抑制方法，其特征在于步骤七二中时延调整值位于0～T之间，所述T＝d/c，d是全向天线和定向天线距离，c为电磁波传播速度。