CN103427873B - 干扰的消除方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种干扰的消除方法及装置，在上述方法中，获取多个用户占用的子载波中与每个用户相关的子载波；根据信道估计确定每个用户的性能参数值；按照性能参数值由大到小的顺序依次获取与当前处理的用户相关的子载波对与除该当前处理的用户之外的其他用户相关的子载波的干扰值，并采用干扰值消除与当前处理的用户相关的子载波对与除该当前处理的用户之外其他用户相关的子载波的干扰。根据本发明提供的技术方案，提高了均衡解调的准确性，优化了移动通信系统的性能。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种干扰的消除方法及装置。
背景技术
随着用户和业务的不断增长，人们对移动通信系统的数据传输速率和性能提出了更高的要求。2004年底，第三代合作伙伴计划（3rd Generation Partnership Project，简称为3GPP）开始了通用移动通信系统（Universal Mobile Telecommunications System，简称为UMTS）技术的长期演进（Long Term Evolution，简称为LTE）项目。在LTE物理层中，下行链路主要采用正交频分多址（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，简称为OFDMA）技术，由于正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，简称为OFDM）采用正交的多个子载波，可以抵抗通信中的码间干扰又提高了频谱利用率。但是，OFDM系统存在对定时误差、载频同步误差比较敏感和大的峰均功率比（PAPR）等不足，直接影响了OFDM技术的更大规模应用。2005年的TSG RAN#30会议上基本确定了LTE的上行物理层主要集中在对单载波频分多址（Single-Carrier Frequency-Division MultipleAccess，简称为SC-FDMA）的研究上。在上行链路采用SC-FDMA，可以降低发射终端的峰均功率比，减小终端的体积和成本；另一方面也是为了摆脱自3G以来高通公司独掌CDMA核心专利的制约。
SC-FDMA是相对于OFDMA提出的一种多址方案，其特点在于可以降低上行发射信号的PAPR。SC-FDMA与OFDMA具有相似的结构，但主要的区别在于SC-FDMA比OFDMA多一个离散傅里叶变换（DFT）处理的过程。在发射机中，编码后的数据块经过DFT变换到频域，子载波映射模块在频域进行映射，映射后的数据块长度将大于映射前的数据块长度，映射的过程同时也是扩频的过程，零符号在映射时被插入数据中。映射后的数据经过快速傅里叶反变换（IFFT）变换到时域，在添加了循环前缀之后就送入信道，其中，子载波映射模块决定了用户数据所占用的频谱资源。无线信道的时变性、信号传输过程中的频率偏移、系统发射机与接收机本振之间的频率误差都会破坏数据块之间的正交性，从而造成用户之间的多址干扰（Multiple Access Interference，简称为MAI）的产生，造成系统性能严重恶化。
发明内容
本发明提供了一种干扰的消除方法及装置，以至少解决相关技术中因存在多用户之间的多址干扰造成移动通信系统性能严重恶化的问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种干扰的消除方法。
根据本发明的干扰的消除方法包括：获取多个用户占用的子载波中与每个用户相关的子载波；根据信道估计确定每个用户的性能参数值；按照性能参数值由大到小的顺序依次获取与当前处理的用户相关的子载波对与除该当前处理的用户之外的其他用户相关的子载波的干扰值，并采用干扰值消除与当前处理的用户相关的子载波对与除该当前处理的用户之外其他用户相关的子载波的干扰。
优选地，获取多个用户占用的子载波中与每个用户相关的子载波包括：去除每个用户当前接收到的正交频分复用符号的循环前缀CP，获取上行发射数据；对上行发射数据进行离散傅里叶变换DFT处理；对处理后的上行发射数据按照预设的映射规则进行解映射处理，获取与每个用户相关的子载波。
优选地，根据信道估计确定每个用户的性能参数值包括：根据信道估计建立等效信道频域特性矩阵其中，为时域脉冲响应矩阵，F为DFT矩阵，FH为DFT矩阵的共轭转置；根据建立的等效信道频域特性矩阵计算出各个用户的性能参数值。
优选地，按照性能参数值由大到小的顺序依次获取与当前处理的用户相关的子载波对与除该当前处理的用户之外的其他用户相关的子载波的干扰值包括：对与当前处理的用户相关的子载波进行均衡处理；对经过均衡处理后的与当前处理的用户相关的子载波进行解调处理；对经过解调处理后的与当前处理的用户相关的子载波进行重新调制处理，获取干扰值，直至对各个用户中的最后一个用户进行均衡处理。
优选地，采用干扰值消除与当前处理的用户相关的子载波对与除该当前处理的用户之外其他用户相关的子载波的干扰包括：将除当前处理的用户之外其他用户的上行发射数据分别与干扰值执行相减操作，获取干扰消除后的除当前处理的用户之外其他用户的上行发射数据。
根据本发明的另一方面，提供了一种干扰的消除装置。
根据本发明的干扰的消除装置包括：获取模块，用于获取多个用户占用的子载波中与每个用户相关的子载波；确定模块，用于根据信道估计确定每个用户的性能参数值；干扰消除模块，用于按照性能参数值由大到小的顺序依次获取与当前处理的用户相关的子载波对与除该当前处理的用户之外的其他用户相关的子载波的干扰值，并采用干扰值消除与当前处理的用户相关的子载波对与除该当前处理的用户之外其他用户相关的子载波的干扰。
优选地，获取模块包括：第一获取单元，用于去除每个用户当前接收到的正交频分复用符号的循环前缀CP，获取上行发射数据；第一处理单元，用于对上行发射数据进行离散傅里叶变换DFT处理；第二获取单元，用于对处理后的上行发射数据按照预设的映射规则进行解映射处理，获取与每个用户相关的子载波。
优选地，确定模块包括：建立单元，用于根据信道估计建立等效信道频域特性矩阵其中，为时域脉冲响应矩阵，F为DFT矩阵，FH为DFT矩阵的共轭转置；计算单元，用于根据建立的等效信道频域特性矩阵计算出各个用户的性能参数值。
优选地，干扰消除模块包括：第二处理单元，用于对与当前处理的用户相关的子载波进行均衡处理；第三处理单元，用于对经过均衡处理后的与当前处理的用户相关的子载波进行解调处理；第三获取单元，用于对经过解调处理后的与当前处理的用户相关的子载波进行重新调制处理，获取干扰值，直至对各个用户中的最后一个用户进行均衡处理。
优选地，干扰消除模块还包括：第四获取单元，用于将除当前处理的用户之外其他用户的上行发射数据分别与干扰值执行相减操作，获取干扰消除后的除当前处理的用户之外其他用户的上行发射数据。
通过本发明，采用信道估计确定当前每个用户的性能参数值，根据获取到的性能参数值按照由大到小的顺序依次求出与当前处理的用户相关的子载波对与除该当前处理的用户之外的其他用户相关的子载波的干扰值，进一步根据获取到的干扰值消除与当前处理的用户相关的子载波对与除该当前处理的用户之外其他用户相关的子载波的干扰，解决了相关技术中因存在多用户之间的多址干扰造成移动通信系统性能严重恶化的问题，进而提高了均衡解调的准确性，优化了移动通信系统的性能。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的干扰的消除方法的流程图；
图2是根据本发明优选实施例的在SC-FDMA系统下消除干扰的示意图；
图3是根据本发明优选实施例的多用户上行载波映射的示意图；
图4是根据本发明优选实施例的干扰的消除方法的流程图；
图5是根据本发明优选实施例的两用户各占用32个子载波，用户1性能的示意图；
图6是根据本发明优选实施例的两用户各占用16个子载波，用户1性能的示意图；
图7是根据本发明实施例的干扰的消除装置的结构框图；以及
图8是根据本发明优选实施例的干扰的消除装置的结构框图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
图1是根据本发明实施例的干扰的消除方法的流程图。如图1所示，该方法可以包括以下处理步骤：
步骤S102：获取多个用户占用的子载波中与每个用户相关的子载波；
步骤S104：根据信道估计确定每个用户的性能参数值；
步骤S106：按照性能参数值由大到小的顺序依次获取与当前处理的用户相关的子载波对与除该当前处理的用户之外的其他用户相关的子载波的干扰值，并采用干扰值消除与当前处理的用户相关的子载波对与除该当前处理的用户之外其他用户相关的子载波的干扰。
相关技术中，存在因多用户之间的多址干扰造成移动通信系统性能的严重恶化。采用如图1所示的方法，采用信道估计确定当前每个用户的性能参数值，根据获取到的性能参数值（如：信噪比）按照由大到小的顺序依次求出与当前处理的用户相关的子载波对与除该当前处理的用户之外的其他用户相关的子载波的干扰值，进一步根据获取到的干扰值消除与当前处理的用户相关的子载波对与除该当前处理的用户之外其他用户相关的子载波的干扰，即在获取信道特性的条件下，先将可靠性高的用户数据解调出来，采用反馈消除的方法，消除对其他用户的干扰，有效提高系统性能。
优选地，在步骤S102中，获取多个用户占用的子载波中与每个用户相关的子载波可以包括以下操作：
步骤S1：去除每个用户当前接收到的正交频分复用符号的循环前缀CP，获取上行发射数据；
步骤S2：对上行发射数据进行离散傅里叶变换DFT处理；
步骤S3：对处理后的上行发射数据按照预设的映射规则进行解映射处理，获取与每个用户相关的子载波。
在优选实施例中，如图2所示，在发送端，时域的信号通过N点的DFT运算变换到频域，第u个用户经过DFT后的数据的表达式如（1）所示：
Xu=FNxu……（1）
其中，为用户u的数据，FN为N点的DFT矩阵。将u个用户的数据采用集中式映射到不同的子载波上，如图3所示，并变换为时域，因此，第u个用户的传送信号的表达式如（2）所示：
其中，为M点IFFT矩阵，(·)H表示转置共轭，为第u个用户M×N的载波映射矩阵，采用集中式时的表达式如（3）所示：
其中，IN为N×N的单位阵。为避免多径带来符号间干扰（ISI），每个符号前添加循环前缀（CP），且CP长度大于信道冲击响应长度L，将符号进行并串变换后经过数模转换（D/A）发送。
在接收端，假设系统获得准确同步，去除每个符号CP后，得到的信号的表达式如（4）所示：
表示信道时域冲激响应矩阵，表达式如（5）所示，其中h(l)表示路径l的抽头系数。w为加性高斯白噪声（AWGN）。
接收到的信号通过M点DFT变换到了频域的表达式如（6）所示：
其中，在非时变信道下，是循环右移的Toeplitz矩阵，Λu为一对角阵。而在时变条件下，不再是循环右移的Toeplitz矩阵，行向量hn的每个抽头随时间变化，Λu成带状分布，表达式如（7）所示：
采用归一化多普勒fM来描述信道的时变情况，定义为fM=Tsys·fd，其中，fd为最大多普勒，Tsys为SC-FDMA的符号周期，Tsys=MTs，Ts为系统采样时间。W是高斯白噪声w的FFT变换。
解映射后，接收到的第k个用户数据的表达式如（8）所示：
其中，为第k个用户的解映射矩阵，第k个用户受到的其他用户的干扰的表达式如（9）所示：
优选地，在步骤S104中，根据信道估计确定每个用户的性能参数值可以包括以下步骤：
步骤S1：根据信道估计建立等效信道频域特性矩阵其中，为时域脉冲响应矩阵，F为DFT矩阵，FH为DFT矩阵的共轭转置；
步骤S2：根据建立的等效信道频域特性矩阵计算出各个用户的性能参数值。
优选地，在步骤S106中，按照性能参数值由大到小的顺序依次获取与当前处理的用户相关的子载波对与除该当前处理的用户之外的其他用户相关的子载波的干扰值可以包括以下操作：
步骤S1：对与当前处理的用户相关的子载波进行均衡处理；
步骤S2：对经过均衡处理后的与当前处理的用户相关的子载波进行解调处理；
步骤S3：对经过解调处理后的与当前处理的用户相关的子载波进行重新调制处理，获取干扰值，直至对各个用户中的最后一个用户进行均衡处理。
在优选实施例中，如图2所示，通过先解调性能可靠的用户数据，然后消除该用户对其他用户的影响。需要说明的是，可以采用信噪比作为判断用户性能可靠性的依据，当然也可以采用其他的参考标准，如：信干噪比。
在接收端，经过子载波解映射，然后进行N点离散傅里叶逆变换（IDFT），得到最后的数据进行均衡，选择信噪比较高的信号解调判决后重新调制，并根据上述公式（6）得到第u个用户（u≠k）用户对第k个用户的影响表达式如（10）所示：
利用上述原理，在接收端，假设准确同步接收并能获得信道估计的信息，采用本发明提出的消除MAI的方法，能部分消除子载波之间的干扰，提高系统的性能。
优选地，在步骤S106中，采用干扰值消除与当前处理的用户相关的子载波对与除该当前处理的用户之外其他用户相关的子载波的干扰可以包括以下处理：
步骤S4：将除当前处理的用户之外其他用户的上行发射数据分别与干扰值执行相减操作，获取干扰消除后的除当前处理的用户之外其他用户的上行发射数据。
下面结合图4对上述优选实施过程做进一步的描述。
图4是根据本发明优选实施例的干扰的消除方法的流程图。如图4所示，该方法可以包括以下处理步骤：
步骤S402：去除每个用户当前接收到的正交频分复用符号的循环前缀CP；
步骤S404：对上行发射数据进行M点的DFT运算；
步骤S406：对处理后的上行发射数据按照预设的映射规则进行解映射处理，获取与每个用户相关的子载波，其中，对应接收端的映射方法可以包括：集中式和分布式；
步骤S408：由信道估计得到时域脉冲响应矩阵
步骤S410：利用时域脉冲响应矩阵建立等效信道频域特性矩阵
步骤S412：计算所有用户的信噪比，查找信噪比最高的用户u；
步骤S414：对用户u的各子载波进行均衡得到然后，将zu解调得到
步骤S416：解调得到的用户数据按照SC-FDMA系统的要求进行重新调制从而获取上述解调得到的用户数据对其他用户的干扰
步骤S418：接收到的第j个用户数据减去上述步骤S416得到的通过上述解调处理获取的用户数据对该用户的影响然后重复步骤S408，在除用户u以外的其他用户中继续寻找信噪比最高的用户，直到所有用户解调完毕；
步骤S420：对最后一个用户数据进行均衡解调将zi解调得到
下面结合图4所示的优选实施例对本发明的有益效果做进一步的分析。在优选实施例中，采用的计算机仿真参数如下表1所示：
表1
| 参数名称 | 参数值 |
| 系统带宽 | 3MHz |
| 中心频率 | 2.4GHz |
| 用户 | 用户1，用户2 |
| FFT/IFFT点数 | N=16/32M=64 |
| 采样率 | 1/3000000s |
| CP长度 | 8 |
| 导频/数据调制方式 | QPSK |
| 均衡方式 | LS |
| 信道模型 | 2径模型，归一化多普勒为0.064 |
图5是根据本发明优选实施例的两用户各占用32个子载波，用户1性能的示意图。如图5所示，点线“BER offset 3000”表示上行链路只存在用户1，信道频偏为3000Hz（对应归一化多普勒为0.064）时的性能。圈线“BER offset 30002users”表示上行链路存在用户1和用户2，信道频偏均为3000Hz（对应归一化多普勒为0.064）时用户1的性能。三角线“BERoffset3000C”表示上行链路存在用户1和用户2，信道频偏均为3000Hz（对应归一化多普勒为0.064）时，消除用户2对用户1的干扰后，用户1的性能。由图4可知，在相同信道条件下，采用本专利消除干扰后的三角线与相关技术中的圈线相比，消除干扰后的三角线更接近于点线，从而降低了用户间的干扰。
图6是根据本发明优选实施例的两用户各占用16个子载波，用户1性能的示意图。如图6所示，点线“BER offset 3000”表示上行链路只存在用户1，信道频偏为3000Hz（对应归一化多普勒为0.064）时的性能。圈线“BER offset 30002users”表示上行链路存在用户1和用户2，信道频偏均为3000Hz（对应归一化多普勒为0.064）时用户1的性能。三角线“BERoffset3000C”表示上行链路存在用户1和用户2，信道频偏均为3000Hz（对应归一化多普勒为0.064）时，消除用户2对用户1的干扰后，用户1的性能。由图5可知，与图4相比，当用户所占子载波减少时，用户间的干扰也会随之降低，但是用户间的干扰消除仍能提高系统性能。
图7是根据本发明实施例的干扰的消除装置的结构框图。如图7所示，该干扰的消除装置可以包括：获取模块10，用于获取多个用户占用的子载波中与每个用户相关的子载波；确定模块20，用于根据信道估计确定每个用户的性能参数值；干扰消除模块30，用于按照性能参数值由大到小的顺序依次获取与当前处理的用户相关的子载波对与除该当前处理的用户之外的其他用户相关的子载波的干扰值，并采用干扰值消除与当前处理的用户相关的子载波对与除该当前处理的用户之外其他用户相关的子载波的干扰。
采用如图7所示的装置，解决了相关技术中因存在多用户之间的多址干扰造成移动通信系统性能严重恶化的问题，进而提高了均衡解调的准确性，优化了移动通信系统的性能。
优选地，如图8所示，上述获取模块10可以包括：第一获取单元100，用于去除每个用户当前接收到的正交频分复用符号的循环前缀CP，获取上行发射数据；第一处理单元102，用于对上行发射数据进行离散傅里叶变换DFT处理；第二获取单元104，用于对处理后的上行发射数据按照预设的映射规则进行解映射处理，获取与每个用户相关的子载波。
优选地，如图8所示，上述确定模块20可以包括：建立单元200，用于根据信道估计建立等效信道频域特性矩阵其中，为时域脉冲响应矩阵，F为DFT矩阵，FH为DFT矩阵的共轭转置；计算单元202，用于根据建立的等效信道频域特性矩阵计算出各个用户的性能参数值。
优选地，如图8所示，上述干扰消除模块30可以包括：第二处理单元300，用于对与当前处理的用户相关的子载波进行均衡处理；第三处理单元302，用于对经过均衡处理后的与当前处理的用户相关的子载波进行解调处理；第三获取单元304，用于对经过解调处理后的与当前处理的用户相关的子载波进行重新调制处理，获取干扰值，直至对各个用户中的最后一个用户进行均衡处理。
优选地，如图8所示，上述干扰消除模块30还可以包括：第四获取单元306，用于将除当前处理的用户之外其他用户的上行发射数据分别与干扰值执行相减操作，获取干扰消除后的除当前处理的用户之外其他用户的上行发射数据。
需要说明的是，图7至图8中所示的各个模块以及各个单元之间相互作用的优选工作方式可以参见图1至图6所示的实施例，此处不再赘述。
从以上的描述中，可以看出，上述实施例实现了如下技术效果（需要说明的是这些效果是某些优选实施例可以达到的效果）：在获得信道信息的条件下，采用信道估计确定当前每个用户的性能参数值，根据获取到的性能参数值（如：信噪比）按照由大到小的顺序依次求出与当前处理的用户相关的子载波对与除该当前处理的用户之外的其他用户相关的子载波的干扰值，同时根据获取到的干扰值消除与当前处理的用户相关的子载波对与除该当前处理的用户之外其他用户相关的子载波的干扰，从而提高了均衡解调的准确性，优化了系统性能。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种干扰的消除方法，其特征在于，包括：
获取多个用户占用的子载波中与每个用户相关的子载波；
根据信道估计确定所述每个用户的性能参数值；
按照所述性能参数值由大到小的顺序依次获取与当前处理的用户相关的子载波对与除该当前处理的用户之外的其他用户相关的子载波的干扰值，并采用所述干扰值消除与所述当前处理的用户相关的子载波对与除该当前处理的用户之外其他用户相关的子载波的干扰。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取所述多个用户占用的子载波中与所述每个用户相关的子载波包括：
去除所述每个用户当前接收到的正交频分复用符号的循环前缀CP，获取上行发射数据；
对所述上行发射数据进行离散傅里叶变换DFT处理；
对处理后的上行发射数据按照预设的映射规则进行解映射处理，获取与所述每个用户相关的子载波。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据信道估计确定所述每个用户的性能参数值包括：
根据信道估计建立等效信道频域特性矩阵其中，为时域脉冲响应矩阵，F为DFT矩阵，FH为DFT矩阵的共轭转置；
根据建立的所述等效信道频域特性矩阵计算出各个所述用户的性能参数值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照所述性能参数值由大到小的顺序依次获取与所述当前处理的用户相关的子载波对与除该当前处理的用户之外的其他用户相关的子载波的干扰值包括：
对与所述当前处理的用户相关的子载波进行均衡处理；
对经过所述均衡处理后的与所述当前处理的用户相关的子载波进行解调处理；
对经过所述解调处理后的与所述当前处理的用户相关的子载波进行重新调制处理，获取所述干扰值，直至对各个所述用户中的最后一个用户进行均衡处理。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，采用所述干扰值消除与所述当前处理的用户相关的子载波对与除该当前处理的用户之外其他用户相关的子载波的干扰包括：
将除所述当前处理的用户之外其他用户的上行发射数据分别与所述干扰值执行相减操作，获取干扰消除后的除所述当前处理的用户之外其他用户的上行发射数据。
6.一种干扰的消除装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取多个用户占用的子载波中与每个用户相关的子载波；
确定模块，用于根据信道估计确定所述每个用户的性能参数值；
干扰消除模块，用于按照所述性能参数值由大到小的顺序依次获取与当前处理的用户相关的子载波对与除该当前处理的用户之外的其他用户相关的子载波的干扰值，并采用所述干扰值消除与所述当前处理的用户相关的子载波对与除该当前处理的用户之外其他用户相关的子载波的干扰。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述获取模块包括：
第一获取单元，用于去除所述每个用户当前接收到的正交频分复用符号的循环前缀CP，获取上行发射数据；
第一处理单元，用于对所述上行发射数据进行离散傅里叶变换DFT处理；
第二获取单元，用于对处理后的上行发射数据按照预设的映射规则进行解映射处理，获取与所述每个用户相关的子载波。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述确定模块包括：
建立单元，用于根据信道估计建立等效信道频域特性矩阵其中，为时域脉冲响应矩阵，F为DFT矩阵，FH为DFT矩阵的共轭转置；
计算单元，用于根据建立的所述等效信道频域特性矩阵计算出各个所述用户的性能参数值。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述干扰消除模块包括：
第二处理单元，用于对与所述当前处理的用户相关的子载波进行均衡处理；
第三处理单元，用于对经过所述均衡处理后的与所述当前处理的用户相关的子载波进行解调处理；
第三获取单元，用于对经过所述解调处理后的与所述当前处理的用户相关的子载波进行重新调制处理，获取所述干扰值，直至对各个所述用户中的最后一个用户进行均衡处理。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述干扰消除模块还包括：
第四获取单元，用于将除所述当前处理的用户之外其他用户的上行发射数据分别与所述干扰值执行相减操作，获取干扰消除后的除所述当前处理的用户之外其他用户的上行发射数据。
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