CN104025472A - 用于极化天线系统的无线电接收器 - Google Patents

用于极化天线系统的无线电接收器 Download PDF

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Abstract

本文中提供了一种在接收器(200)中的混合组合方法，并且方法包括执行宽带组合，例如使用最大比率组合(MRC)或干扰抑制组合(IRC)过程组合在相同极化方向上来自天线(202)的第一多个副载波频率内分布的信号，产生用于在更小数量的副载波频率内分布的每个极化方向的组合信号，随后进行用于两个极化方向的这些宽带组合信号的双端口窄带IRC，产生分集组合信号。

Description

用于极化天线系统的无线电接收器
技术领域
本公开涉及无线电信号接收器中的分集组合。
背景技术
天线分集在基站接收器中广泛用于改进上行链路性能。在不同复杂性的多种干扰抑制技术中能够利用多个天线提供的冗余。
例如，在3GPP标准长期演进(LTE)中，单载波频分多址(SC-FDMA)用作上行链路接入技术，并且频域均衡(FDE)是SC-FDMA中减轻多径传播造成的干扰的必要接收技术。用于此目的的一种类型的接收器是所谓的干扰抑制组合(IRC)接收器。在IRC接收器中，在频域中执行线性最小均方误差(MMSE)天线组合，随后执行频域均衡。
稍微更详细地说，如技术人员将认识到的一样，为执行线性MMSE天线组合，除信道估计外，在每个副载波上估计损害协方差。基本损害协方差估计能够基于用于一般是一个资源块（RB）的多个副载波的信道估计。能够执行多个基本协方差估计的平均以进一步降低噪声的影响。随后，损害协方差的逆矩阵用于每个副载波以计算在MMSE天线组合中使用的权重。
在现有技术中，一般通过在副载波集内，比如在一个RB中的12个副载波内平均基本协方差估计，执行损害协方差估计。它是相对简单的过程，并且它通过双天线接收合理地发挥作用。然而，如果接收天线的数量大，例如，为8，则如下面将进一步详细示出的一样，与理想IRC接收器的性能间隔太大。
此外，现有技术中与许多IRC接收器有关的另一问题是矩阵求逆的复杂性，特别是在涉及许多接收天线并且分配大的带宽时。当然，8×8矩阵求逆比2×2矩阵求逆要更复杂得多。
发明内容
一个目的是减轻至少一些上述缺点并提供改进的分集组合，该分集组合在复杂性与性能之间提供有利的平衡。
根据第一方面，通过提供一种用于在无线电信号接收器中分集组合的方法，实现了此目的，方法包括在至少两个天线上接收传送信号，从而存在至少两个接收信号对。每个接收信号对包括在沿第一方向极化的第一多个副载波频率内分布的接收信号和在沿第二方向极化的第一多个副载波频率内分布的接收信号。
宽带组合沿第一方向极化的接收信号，从而存在在第二多个副载波频率内分布的第一组合接收信号，第二多个小于第一多个。宽带组合沿第二方向极化的接收信号，从而存在在第二多个副载波频率内分布的第二组合接收信号。随后，窄带组合第一和第二组合接收信号，从而存在分集组合信号。
换而言之，提供了混合组合方法，方法先执行宽带组合以组合在相同极化方向上来自天线的第一多个副载波频率内分布的信号，产生用于在比第一多个副载波频率更小的多个副载波频率内分布的每个极化方向的宽带组合信号。随后进行用于两个极化方向的这些宽带组合信号的双端口窄带组合，产生分集组合信号。
宽带组合能够包括最大比率组合MRC过程或第一干扰抑制组合IRC过程。另外，基于在此类MRC与IRC过程之间性能对复杂性比的选择准则能够用于选择是执行MRC过程还是第一IRC过程。
第一和第二组合接收信号的窄带组合能够包括第二干扰抑制组合IRC过程。
实施例包括那些实施例，其中，传送信号是在第三代合作伙伴项目3GPP长期演进LTE移动通信系统中的上行链路单载波频分多址SC-FDMA信号。
此类实施例能够包括那些实施例，其中，沿第一方向极化的接收信号的宽带组合和沿第二方向极化的接收信号的宽带组合包括使用第一多个加权向量，组合在分配到上行链路SC-FDMA信号的所有副载波频率的频率间隔内的信号，其中，所述第一多个加权向量具有用于分配到上行链路SC-FDMA信号的所有副载波频率的第一相同值。
此类实施例也能够包括那些实施例，其中第一和第二组合接收信号的窄带组合包括使用第二多个加权向量，组合在分配到上行链路SC-FDMA信号的所有副载波频率的子集的频率间隔内的信号，其中，所述第二多个加权向量具有用于在分配到SC-FDMA上行链路信号的所有副载波频率的子集中所有副载波频率的第二相同值。
换而言之，提供了能够视为混合IRC接收器的实施例。与具有交叉极化天线系统的接收器的现有技术完全IRC相比，混合IRC接收器在保持/实现良好性能的同时，能够获得降低的实现复杂性。
根据第二方面，通过提供包括接收电路、宽带组合电路和窄带组合电路的无线电信号接收器，也实现了该目的。接收电路包括配置成从至少两个天线接收传送信号，从而存在至少两个接收信号对的电路，每个接收信号对包括沿第一方向极化的第一多个副载波频率内分布的接收信号和沿第二方向极化的第一多个副载波频率内分布的接收信号。宽带组合电路包括电路，该电路配置成宽带组合沿第一方向极化的接收信号，从而存在在第二多个副载波频率内分布的第一组合接收信号，第二多个小于所述第一多个，以及配置成宽带组合沿第二方向极化的接收信号，从而存在在第二多个副载波频率内分布的第二组合接收信号。窄带组合电路包括配置成窄带组合第一和第二组合接收信号，从而存在分集组合信号的电路。
第二方面接收器的效果和优点对应于上面结合第一方面方法概述的那些效果和优点。
附图说明
图1以示意图方式示出移动通信系统， 
图2以示意图方式示出无线电信号接收器， 
图3是分集组合方法的流程图，以及
图4是示出模拟结果的曲线图。
具体实施方式
图1以示意图方式示出移动通信系统100，通信系统中，多个通信终端106a-d经相应无线电接口111a-d与无线电接入网络103中的无线电基站105a-b进行通信。图1中的系统100是3GPP LTE系统，因此，如图所示，通信终端106a-d是所谓的用户设备UE的形式，并且无线电基站105a-b是互连的增强NodeB (eNodeB)的形式。无线电接入网络103连接到核心网络102，核心网络中多个交互实体由单个功能节点107以示意图方式表示。核心网络102连接到数据通信实体110附接到的数据通信网络109。
图1的目的是示出分集组合方法和分集无线电信号接收器能够在其中操作的示范环境。当然，诸如图1中系统100等系统的典型实现包括诸如eNodeB和UE等大量通信单元。此外，关于系统100中实体的一般操作的详细描述不是必需的，技术人员将参阅适当的3GPP标准文档以便实现系统。
图2以示意图方式示出能够形成图1中任何基站105a-b的一部分的无线电信号接收器200。如下面将讨论的一样，接收器200包括相对于彼此在空间上分隔的多个天线202。如索引号间隔(0, ..., A-1 )所示，天线的总数为A。天线202接收来自UE 106的无线电信号，并且天线202经配置，使得它们沿第一和第二极化方向提供在模拟处理单元204中处理后的信号对。对应于所有天线202的信号对从模拟处理单元204提供到最大比率组合MRC单元206以及到第一干扰抑制组合IRC单元208。如下面将详细描述的一样，MRC单元206和第一IRC单元208操作使得它们每个提供对应于沿两个不同极化方向由天线接收的信号的输出信号对。如下面将以一定细节描述的一样，从MRC单元206和第一IRC单元208输出的信号对能够由开关210交换到第二IRC单元212。第二IRC单元212将组合信号输出到解码电路214，在该电路中执行进一步信号处理，其细节取决于涉及的特定信号。解码电路214的操作在本公开的范围外。此外，如技术人员将认识到的一样，无线电信号接收器200中包括的单元的操作由控制电路216控制。如技术人员将认识到的一样，控制电路连接到接收器200中的所有单元204、206、208、210、212、214。然而，为使图示不混杂，从图2中忽略了这些连接器。此外，经图2中未示出的电源连接器和电源单元供应电力到接收器200。
现在转到图3，并且继续参照图1和2，将稍微更详细地描述在诸如图1中NodeB 105a等基站接收的信号的分集组合。如上所概述的一样，初始接收步骤302包括至少两个天线上传送信号的接收，从而存在至少两个接收信号对。每个接收信号对包括在沿第一方向极化的第一多个副载波频率内分布的接收信号和在沿第二方向极化的第一多个副载波频率内分布的接收信号。随后在两个组合步骤304、306之一中宽带组合沿第一和第二方向极化的接收信号，从而存在在第二多个副载波频率内分布的第一和第二组合接收信号，第二多个小于第一多个。随后，在组合步骤308中窄带组合第一和第二组合接收信号，从而存在分集组合信号。
稍微更详细地说，方法从接收步骤302开始，在该步骤中，经多个天线202在NodeB 105a中的接收器200中接收信号。假设在频域中经在接收器200的天线a接收的上行链路信号111为：
其中，a是天线索引，并且有总共A个接收天线202。有J个同时用户，即，UE 106，并且j是UE索引。M是分配到所需UE（即，从其角度执行方法的UE）的副载波的数量，并且X j (m)是在UE j的频域中在副载波m上的传送信号，
N a 是由接收器200中的硬件在来自天线a的接收信号中带来的热噪声：
其中，a和b是天线索引，并且，以及其中是在副载波n上的噪声功率。
 是从UE j到在研究的小区的eNodeB 105的天线a的频域信道。
在J个同时传送UE中，只UE k是研究的小区服务的所需UE，并且所有其它UE是相邻小区服务的干扰UE。例如，参照图1，如果UE 106a被认为是所需UE，则UE 106d将是干扰UE。
天线202通过分数波长的分隔线性间隔，例如在两个相邻天线之间0.5-0.7个波长，并且天线属于极化方向0，以及天线属于垂直于极化方向0的极化方向1。
在开始接收步骤302后，进行宽带组合来自天线202的信号、步骤304、306。在这些步骤中，为每个极化方向计算组合权重，随后为每个极化方向执行信号组合。此计算能够以两种不同方式执行：通过宽带MRC过程或者通过宽带IRC过程。基于用于两个过程的估计性能对复杂性比率，做出要使用MRC和IRC过程的哪个过程的选择。
宽带MRC过程
如果使用宽带MRC过程，则只使用估计的信道计算组合权重。对于每个极化方向，第一天线（即，天线0和A/2）上的信道是计算相关向量的基础，则结果被归一化以获得组合权重。分别对于极化方向0和1：
并且其中，是用于所需UE k的估计频域信道。
随后，通过以下等式计算组合权重：
宽带IRC
如果使用宽带IRC过程，则使用估计的信道和宽带损害协方差矩阵，计算组合权重。
计算用于每个天线的损害样本：
随后，分别为极化方向0和极化方向1计算宽带损害协方差矩阵：
随后，计算分别用于极化方向0和1的组合权重W 0 和W 1 ：
其中，结合宽带MRC过程，如上所述计算V 0 和V 1 。
随后，进行用于每个极化方向的信号组合。通过计算的组合权重，将来自相同极化方向的天线的信号组合在一起：
其中，p=0、1表示极化方向索引。
随后，计算组合估计信道：
随后，通过以下等式计算组合的损害样本：
最后，以产生分集组合信号的双端口IRC过程的形式进行窄带组合308的步骤。
通过以下等式计算作为基于L个资源块(RB)的损害协方差矩阵：
其中，极化方向索引i=0、1，并且j=0、1
 表示协方差索引。每L个RB具有一个相关矩阵，其中，L不小于1，并且不超过系统中RB的总数，以及是一个RB中副载波的数量。
随后，执行双端口IRC和频域均衡FDE，以便获得分集组合信号：
仿真结果
上述过程已执行，并且已产生在图4中曲线图所示的模拟结果。在曲线图中，通过有关信道和损害协方差的可行估计，比较运行上述过程的结果（表示为“混合8IRC”）和理想的8天线IRC接收器（表示为“理想8IRC”）和现有技术完全IRC接收器（表示为“完全8IRC”）。已使用用自适应虚拟过采样的基于离散傅立叶变换DFT的信道估计。对于小于10 dB的SNR，虚拟过采样率为1。现有技术损害协方差估计算法已被采用，它平均在一个RB中12个副载波内的原始协方差估计。
模拟了两个用户(UE)，即，研究的小区服务的所需UE和相邻小区服务的干扰UE。这两个UE具有相同的平均接收信号强度，并且在其相应上行链路接收中相互干扰。下表中显示了详细的模拟条件：
图4示出模拟的结果，并且能够断定的是：
- 与带有完美估计的理想8天线IRC相比，带有可行信道和损害协方差估计的现有技术8天线完全IRC接收器具有大约5.5 dB的性能损耗。
- 使用8天线混合IRC接收器时，性能损耗降低到大约2.5-4.5 dB。
与完全IRC的复杂性相比，即使混合IRC过程降低了与矩阵求逆相关联的复杂性，性能也不会被牺牲。实际上，与用于交叉极化8天线的情况的现有技术完全IRC相比，在模拟情形中，混合IRC过程具有大约1-2.5 dB的性能改进。

Claims (14)

1. 一种用于在无线电信号接收器中分集组合的方法，包括：
-在至少两个天线上接收(302)传送信号，从而存在至少两个接收信号对，每个接收信号对包括沿第一方向极化的第一多个副载波频率内分布的接收信号和沿第二方向极化的第一多个副载波频率内分布的接收信号， 
-宽带组合(304)沿所述第一方向极化的所述接收信号，从而存在在第二多个副载波频率内分布的第一组合接收信号，所述第二多个小于所述第一多个， 
-宽带组合(306)沿所述第二方向极化的所述接收信号，从而存在在所述第二多个副载波频率内分布的第二组合接收信号，以及
-窄带组合(308)所述第一和第二组合接收信号，从而存在分集组合信号。
2. 如权利要求1所述的方法，其中沿所述第一方向极化的所述接收信号的宽带组合和沿所述第二方向极化的所述接收信号的宽带组合包括最大比率组合MRC过程。
3. 如权利要求2所述的方法，包括：
-选择是执行所述MRC过程还是执行第一干扰抑制组合IRC过程，其中所述选择包括基于用于所述MRC过程和所述第一IRC过程的相应性能对复杂性比率的至少一个选择准则。
4. 如权利要求1所述的方法，其中沿所述第一方向极化的所述接收信号的所述宽带组合和沿所述第二方向极化的所述接收信号的所述宽带组合包括第一干扰抑制组合IRC过程。
5. 如权利要求4所述的方法，包括：
-选择是执行所述第一IRC过程还是执行最大比率组合MRC过程，其中所述选择包括基于用于所述第一IRC过程和所述MRC过程的相应性能对复杂性比率的至少一个选择准则。
6. 如权利要求1-5任一项所述的方法，其中所述第一和第二组合接收信号的所述窄带组合包括第二干扰抑制组合IRC过程。
7. 如权利要求1-6任一项所述的方法，其中所述传送信号是在第三代合作伙伴项目3GPP长期演进LTE移动通信系统中的上行链路单载波频分多址SC-FDMA信号。
8. 如权利要求7所述的方法，其中沿所述第一方向极化的所述接收信号的所述宽带组合和沿所述第二方向极化的所述接收信号的所述宽带组合包括使用第一多个加权向量，组合在分配到所述上行链路SC-FDMA信号的所有副载波频率的频率间隔内的信号，其中所述第一多个加权向量具有用于分配到所述上行链路SC-FDMA信号的所有副载波频率的第一相同值。
9. 如权利要求7或8所述的方法，其中所述第一和第二组合接收信号的窄带组合包括使用第二多个加权向量，组合在分配到所述SC-FDMA上行链路信号的所有副载波频率的子集的频率间隔内的信号，其中所述第二多个加权向量具有用于在分配到所述SC-FDMA上行链路信号的所有副载波频率的子集中所有副载波频率的第二相同值。
10. 一种无线电信号接收器(200)，包括：
-接收电路(204)，包括配置成从至少两个天线（202）接收传送信号，从而存在至少两个接收信号对的电路，每个接收信号对包括沿第一方向极化的第一多个副载波频率内分布的接收信号和沿第二方向极化的第一多个副载波频率内分布的接收信号， 
-宽带组合电路（206，208），包括电路，所述电路配置成宽带组合沿所述第一方向极化的接收信号，从而存在在第二多个副载波频率内分布的第一组合接收信号，所述第二多个小于所述第一多个，以及配置成宽带组合沿所述第二方向极化的所述接收信号，从而存在在所述第二多个副载波频率内分布的第二组合接收信号，以及
-窄带组合电路(212)，包括配置成窄带组合所述第一和第二组合接收信号，从而存在分集组合信号的电路。
11. 如权利要求10所述的接收器，其中所述宽带组合电路包括最大比率组合MRC电路(206)。
12. 如权利要求10或11所述的接收器，其中所述宽带组合电路包括第一干扰抑制组合IRC电路(208)。
13. 如权利要求10或12任一项所述的接收器，其中所述窄带组合电路包括第二干扰抑制IRC电路(212)。
14. 如权利要求10到13任一项所述的接收器，其中所述接收电路、所述宽带组合电路和所述窄带组合电路配置成接收和组合在在第三代合作伙伴项目3GPP长期演进LTE移动通信系统(100)中的上行链路单载波频分多址SC-FDMA信号(111)。
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