CN104067585B - 用于自干扰消除的方法及设备 - Google Patents

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Abstract

所主张标的物的实施例提供用于干扰消除的方法及设备。方法的一个实施例包含针对包含多个天线的天线阵列中的一天线使用在所述天线处在多个副载波中的每一者上接收的模拟信号来估计干扰参数。每一干扰参数与在所述多个副载波中的一者上发射到多个用户中的一者的多个符号中的一者相关联。此实施例还包含使用所述所估计干扰参数来消除来自由所述天线在所述多个副载波上接收的模拟信号的干扰。

Description

用于自干扰消除的方法及设备
相关申请案的交叉参考
本申请案与2011年9月19日提出申请的第13/236,467号美国专利申请案相关。
背景技术
本申请案一般来说涉及通信系统，且更明确地说，涉及无线通信系统。
无线通信系统通常部署用于给用户装备(例如移动单元或其它启用无线的装置)提供无线连接的众多基站(或其它类型的无线接入点，例如eNodeB)。每一基站负责给位于由所述基站服务的特定小区或扇区中的移动单元提供无线连接。基站与移动单元之间的空中接口支持用于将信息从基站载运到移动单元的下行链路(或前向链路)信道及用于将信息从移动单元载运到基站的上行链路(或反向链路)信道。上行链路及/或下行链路信道通常包含用于载运数据业务(例如语音信息)的数据信道及用于载运控制信号(例如导频信号、同步信号、应答信号等等)的控制信道。
当基站及任选地用户终端包括多个天线时可采用多输入多输出(MIMO)技术。举例来说，包含多个天线的基站可同时且在同一频带上向多个用户发射多个独立且不同信号。MIMO技术能够粗略地与在基站处可用的天线的数目成比例地增加无线通信系统的频谱效率(例如，位/秒/赫兹的数目)。然而，基站还需要关于下行链路信道到用户中的每一者的状态的信息以选择具有大约正交下行链路信道的用户以供同时发射。在反向链路上可由用户提供信道反馈，但此增加与MIMO发射相关联的额外负担，此减小无线通信系统的频谱效率。
信道状态中的随机波动可形成大约正交的下行链路信道的集合。因此，如果与基站相关联的用户的数目较大，那么这些随机波动自然地往往形成具有大约正交下行链路信道的用户的群组。机会性MIMO方案识别用户的这些群组，使得从基站到选定群组中的用户的同时发射之间的干扰在可接受容许水平内。举例来说，使nT表示基站处的发射天线的数目且使K指示连接到基站的用户的数目。在常规系统中，基站处的发射天线的数目nT小于连接到基站的用户的数目K。每一用户配备有nR个接收天线。每一发射天线与用户处的每一接收天线之间的信道系数k可会集成nR×nT矩阵Hk(k＝1、...、K)。
在采用线性酉预译码矩阵的多用户MIMO系统中，基站可同时向可选自K个用户的群体的多达nT个用户进行发射。发射信号与接收信号之间的关系可表示为：
y＝HUs+n (1)
其中s为含有发射信号的nT维度向量，y为所接收信号的nR维度向量，n为nR维度噪声向量，且U为nT×nT酉预译码矩阵，即，满足UUH＝I的矩阵。注意，如果基站选择向少于nT个用户进行发射(此有时称作“秩自适应”)，那么s的条目中的一些条目可为零。每一基站通常存储由L个预译码矩阵Ui(i＝1、...、L)组成的代码本。总起来说，L个预译码矩阵总共nT·L个列向量，其中每一列向量具有nT个条目。
预译码矩阵将信号映射到可用信道上。基站可变化此映射以通过基于矩阵Hk(k＝1、...、K)的基站的知识而选择不同预译码矩阵来适合于信道条件。可使用来自移动单元的反馈而将关于矩阵Hk的信息报告给基站。举例来说，当基站实施机会性方案时，每一用户将代码本中的列向量的优选子集经由反向链路周期性地报告给基站。用户还报告对应于与每一优选列相关联的假想发射的质量指示符。可由每一用户选择及报告的列的子集的大小为可在1与nT·L之间的任何地方的参数。对于代码本中的每一预译码矩阵Ui，基站识别已表达对所述矩阵Ui的列向量的偏好的那些用户且使那些用户与所述矩阵Ui相关联。由于仅一个用户可与每一列相关联，因此如果几个用户已表达对所述矩阵Ui的同一列向量的偏好，那么仅将那些用户中的一者保留在关联关系中(此可随机地或基于优先级而进行)。因此，存在与每一矩阵Ui相关联的至多nT个用户。注意，每一用户可与多个预译码矩阵Ui相关联。
基站(例如)在与矩阵Ui相关联的用户的优先级的基础上选择预译码矩阵中的一者。所述优先级可通过基站中的调度程序而确定。一旦识别矩阵及相关联用户，那么基站便可使用对应预译码矩阵Ui来开始到选定用户的同时发射。
常规MIMO系统中的基站使用相对小数目个天线(例如，通常2到4个天线)来发射及接收信号。天线的数目还通常显著小于由基站服务的用户的数目。因此，空间信道可使用适当量的额外负担来确定以将反馈从用户装备发射到基站。此外，通过考虑用户的所有可能组合，可使用强力技术来调度经由信道的包发射。
发明内容
所揭示标的物针对于解决上文所陈述的问题中的一者或一者以上的效应。下文呈现所揭示标的物的简化概述以便提供对所揭示标的物的一些方面的基本理解。此概述并非所揭示标的物的穷尽性综述。其不打算识别所揭示标的物的关键或重要因素或叙述所揭示标的物的范围。其唯一目的是以简化形式呈现一些概念来作为稍后所论述的较详细说明的前序。
在一个实施例中，提供一种用于干扰消除的方法。所述方法的一个实施例包含针对包括多个天线的天线阵列中的一天线使用在所述天线处在多个副载波中的每一者上接收的模拟信号来估计干扰参数。每一干扰参数与在所述多个副载波中的一者上发射到多个用户中的一者的多个符号中的一者相关联。此实施例还包含使用所述所估计干扰参数来消除来自由所述天线在所述多个副载波上接收的模拟信号的干扰。
在所述方法的进一步实施例中，针对所述天线的干扰参数的数目独立于所述天线阵列中的其它天线的数目。
在所述方法的进一步实施例中，估计所述干扰参数包含估计用以使在所述天线处接收的所述模拟信号与所述干扰参数及对应符号的乘积之间的差最小化的所述干扰参数。
在所述方法的进一步实施例中，消除来自由所述天线接收的所述模拟信号的干扰包含消除来自由所述天线接收的基带信号的干扰。
在所述方法的进一步实施例中，消除来自由所述天线接收的所述模拟信号的干扰包含消除来自由所述天线接收的射频信号的干扰。
在所述方法的进一步实施例中，所述方法包含在消除来自所述模拟信号的所述干扰之后将所述模拟信号转换为数字信号。
在所述方法的进一步实施例中，估计所述干扰参数包含基于所述数字信号而估计所述干扰参数。
在进一步实施例中，所述方法包含与消除来自由所述天线在所述多个副载波上接收的所述模拟信号的干扰同时地对所述多个符号进行预译码以用于经由空中接口发射。
在进一步实施例中，所述方法包含以全双工模式发射所述多个符号且同时接收来自以全双工模式进行发射的所述多个用户的上行链路信号。
在进一步实施例中，所述方法包含以全双工模式发射所述多个符号且同时接收来自以半双工模式进行发射的所述多个用户的子集的上行链路信号。
在进一步实施例中，所述方法包含基于对用户间干扰的估计或所述用户的位置中的至少一者而调度用户的所述子集来以半双工模式进行接收或发射。
在进一步实施例中，所述方法包含针对所述天线阵列中的每一天线估计干扰参数且使用所述所估计干扰参数来消除来自由所述天线阵列中的所述多个天线接收的模拟信号的干扰。
在另一实施例中，提供一种用于干扰消除的收发器。所述收发器的一个实施例经配置以通信地耦合到包括多个天线的天线阵列中的一天线。所述收发器的一个实施例包含经配置以使用在所述天线处在多个副载波中的每一者上接收的模拟信号来估计干扰参数的自适应干扰逻辑。每一干扰参数与在所述多个副载波中的一者上发射到多个用户中的一者的多个符号中的一者相关联。所述收发器的此实施例还包含经配置以使用所述所估计干扰参数来消除来自由所述天线在所述多个副载波上接收的模拟信号的干扰的电路。
在所述收发器的进一步实施例中，针对所述天线的干扰参数的数目独立于所述天线阵列中的其它天线的数目。
在所述收发器的进一步实施例中，所述自适应干扰逻辑经配置以估计用以使在所述天线处接收的所述模拟信号与所述干扰参数及对应符号的乘积之间的差最小化的所述干扰参数。
在所述收发器的进一步实施例中，所述电路经配置以消除来自由所述天线接收的基带信号或由所述天线接收的射频信号中的至少一者的干扰。
在进一步实施例中，所述收发器包含经配置以在消除来自所述模拟信号的所述干扰之后将所述模拟信号转换为数字信号的接收电路。
在所述收发器的进一步实施例中，所述接收电路经配置以基于所述数字信号而将反馈提供到所述自适应干扰逻辑且所述自适应干扰逻辑经配置以基于所述反馈而估计所述干扰参数。
在进一步实施例中，所述收发器包含经配置以与所述自适应干扰逻辑消除来自由所述天线在所述多个副载波上接收的所述模拟信号的干扰同时地对所述多个符号进行预译码以用于经由空中接口发射的发射电路。
在所述收发器的进一步实施例中，所述发射电路经配置而以全双工模式发射所述多个符号且其中所述接收电路经配置以同时接收来自以全双工模式进行发射的所述多个用户的上行链路信号。
在所述收发器的进一步实施例中，所述发射电路经配置而以全双工模式发射所述多个符号且其中所述接收电路经配置以同时接收来自以半双工模式进行发射的所述多个用户的子集的上行链路信号。
在所述收发器的进一步实施例中，所述收发器经配置以基于对用户间干扰或所述用户的位置中的至少一者的估计而调度用户的所述子集来以半双工模式进行接收或发射。
在又一实施例中，提供一种用于干扰消除的系统。所述系统的一个实施例包含多个收发器。所述多个收发器中的每一者经配置以通信地耦合到天线阵列中的多个天线中的一者。每一收发器包含经配置以使用在所述天线处在多个副载波中的每一者上接收的模拟信号来估计干扰参数的自适应干扰逻辑。每一干扰参数与在所述多个副载波中的一者上发射到多个用户中的一者的多个符号中的一者相关联。所述系统还包含经配置以使用所述所估计干扰参数来消除来自由所述天线在所述多个副载波上接收的模拟信号的干扰的电路。
在又一实施例中，提供一种用于干扰消除的设备。所述设备的一个实施例包含用于针对包括多个天线的天线阵列中的一天线使用在所述天线处在多个副载波中的每一者上接收的模拟信号来估计干扰参数的构件。每一干扰参数与在所述多个副载波中的一者上发射到多个用户中的一者的多个符号中的一者相关联。所述设备的此实施例包含用于使用所述所估计干扰参数来消除来自由所述天线在所述多个副载波上接收的模拟信号的干扰的构件。
附图说明
结合附图一起参考以下说明可理解所揭示标的物，其中相似元件符号识别相似元件，且其中：
图1概念性地图解说明无线通信系统的示范性实施例；
图2A概念性地图解说明全双工收发器元件的第一示范性实施例；
图2B概念性地图解说明全双工收发器元件的第二示范性实施例；
图3图解说明随反向链路导频功率(Pr)及MPf而变的总信噪比，其中Pf是前向链路天线发射功率且M是天线的数目；且
图4描绘图解说明相对能量效率与频谱效率之间的折衷的模拟的结果。
虽然易于对所揭示标的物做出各种修改及替代形式，但在图式中已以实例方式展示且在本文中详细描述其特定实施例。然而，应理解，本文中对特定实施例的描述并不打算将所揭示标的物限制于所揭示的特定形式，而是相反，打算涵盖属于所附权利要求书的范围内的所有修改、等效物及替代形式。
具体实施方式
下文描述说明性实施例。为清晰起见，此说明书中描述实际实施方案的并非所有特征。当然，将了解，在任何此实际实施例的发展中，应做出众多实施方案特定的决策以实现(例如)符合系统相关约束及行业相关约束的开发者的特定目标，此将从一个实施方案到另一实施方案变化。此外，将了解，此种开发努力可能是复杂且耗时的，但其对于受益于本发明的所属领域的技术人员仍将是例行事业。
现在将参考附图描述所揭示标的物。各种结构、系统及装置仅出于阐释的目的而在图式中示意性地描绘且以便不使具有所属领域的技术人员众所周知的细节的说明模糊。然而，附图经包含以描述及阐释所揭示标的物的说明性实例。本文中所使用的词及短语应理解及解释为具有与所属领域的技术人员对那些词及短语的理解一致的含义。术语或短语的特殊定义(即，不同于如所属领域的技术人员理解的一般及习惯含义的定义)并不打算暗示本文中的术语或短语的一致使用。在一定程度上，术语或短语打算具有特殊含义(即，不同于所属领域的技术人员理解的含义的含义)，说明书将以直接且明确地提供术语或短语的特殊定义的定义方式清楚地陈述此特殊定义。
通常，本申请案描述可用于消除或至少减小基站的发射天线之间的干扰以改进这些基站同时发射及接收信号的能力的技术。基站以比移动单元显著高的功率进行发射。因此，基站天线处的信号强度可受天线所辐射的能量支配。此能量可产生可称为自干扰或天线间干扰的干扰。因此，在移动单元发射上行链路信号同时基站发射下行链路信号时，基站可不能检测由所述移动单元发射的能量。此外，即使基站可检测上行链路发射，能量估计的准确性也可能因将模拟信号转换为数字信号而降级。举例来说，常规收发器使用12位来以数字形式表示所接收信号。在天线间干扰电平比上行链路信号强度高得多时，可使用可用位中的大部分(如果不是全部)来表示干扰。因此，减小可用于表示上行链路信号的位的数目，此产生上行链路信号强度的表示的准确性的对应减小。此可使与下行链路信号同时地检测上行链路信号变得困难或不可能，进而迫使系统设计者实施半双工(例如，时分双工)通信方案。
干扰消除可用于移除天线间干扰且借此实现全双工通信。举例来说，可针对附接到基站的M个天线中的一者通过使由其它天线接收的M-1个射频模拟信号反相而执行干扰消除。必须确定且施加适当延迟及衰减以准确地表示其它天线的M-1个信道与当前天线之间的信道。总的来说，这些计算需要估计每一天线的大约2M-2个参数。此干扰消除技术并非是分散式的，因为每一天线需要收集来自其它天线的信息。此外，此干扰消除技术并不很好地随增加天线的数目(M)而按比例调整，因为操作的数目是按M2的比例进行调整。
因此，本申请案描述至少部分地因为在每一天线处执行的计算的数目可独立于天线阵列中的其它天线的数目而具有较好按比例调整性质的干扰消除技术的替代实施例。在一个实施例中，可使用在每一天线处在每一副载波上接收的信号的所接收上行链路信号强度来估计与表示天线阵列中的其余天线与所关注的天线之间的经组合信道效应的副载波相关联的干扰参数。所估计干扰参数可接着施加到经调制符号以产生表示所关注的天线处的天线间干扰的模拟校正信号。天线间干扰可包含来自阵列中的其它天线中的每一者的组分以及来自所关注的天线的自干扰。还可对经调制符号进行预译码，使得其可经由空中接口同时发射。可接着使用模拟校正信号来移除来自在所关注的天线处接收的模拟上行链路信号的干扰。在不同实施例中，模拟校正信号可为基带信号或射频信号。本文中所描述的技术的实施例可在其中天线阵列包含用于给小得多的数目个无线终端提供无线连接的大数目个天线的系统中是特别有用的。
图1概念性地图解说明无线通信系统100的示范性实施例。无线通信系统100可根据约定标准及/或协议(包含但不限于由第三代合作伙伴计划(3GPP、3GPP2)建立的标准及/或协议)而操作。在所图解说明实施例中，无线通信系统100包含使用多个天线110(1-M)来经由空中接口115与多个启用无线的终端120(1-K)通信的一个或一个以上基站105。启用无线的终端可包含移动装置(例如移动电话、智能电话、平板计算机及膝上型计算机)以及较少移动或不移动装置(例如桌上型计算机)。启用无线的终端还可包含其它装置，例如用于发射测量结果的监视器或传感器、射频识别标签等等。天线110的数目可大于启用无线的终端120的数目，使得M＞＞K。无线通信系统100的不同实施例可实施不同类型的波束成形以支持与启用无线的终端120的通信。此外，在替代实施例中，无线通信系统100可包含其它无线接入装置，例如基站路由器、接入点、大型小区、小型小区、超微型小区、微型小区等等。这些替代装置还可包含多个天线且可在其它实施例中连同基站105一起或代替基站105而使用。
在一个实施例中，无线通信系统100实施多用户波束成形技术，例如迫零波束成形。多用户波束成形是多用户MIMO技术的次最优简化版本。在上行链路上，不同自动终端120可以相同时隙/频隙发射数据且基站105可利用其信道知识来提取个别数据流。在下行链路上，基站105可基于天线110与终端120之间的信道状态信息(CSI)的其知识而对数据流进行预译码，使得每一终端120可正确地解码其自身数据流。多用户波束成形视为在计算上比可实施相对复杂的预译码方法(例如脏纸译码)的容量最优多用户MIMO解决方案更易处理。然而，多用户波束成形不是容量最优的。迫零波束成形采用线性预译码来通过将数据承载符号的K×1向量q乘以M×K矩阵A而形成发射向量s，s＝Aq。在迫零波束成形中，矩阵A定义为：
A＝c·G*(GTG*)-1， (2)
其中G为M×K信道矩阵，c为经选择以满足功率约束的常数，且上标“*”表示矩阵的复共轭。如果K≤M，那么迫零波束成形可使终端间干扰保持接近于零。
迫零波束成形在其中M/K→∞、GTG*～IK(单位矩阵)的实施例中可近似于共轭波束成形。在共轭波束成形中，矩阵A简化为：
A＝c·G* (3)
换句话说，当基站天线的数目比终端的数目大得多时，可相当地简化计算矩阵A的问题。共轭波束成形的成功取决于传播矩阵G的列针对M/K＞＞1而变成渐近地正交。如果存在视线传播且终端120围绕基站105随机地以角度分散，那么可实现渐近正交性。如果终端120部署于密集散射环境中，那么也可实现渐近正交性。如果传播矩阵是固有地低秩的，那么预译码器也可能失败。伪逆可较难以计算，但在一些情况下，其可比共轭波束成形更好地执行。
基站105可利用天线阵列110(例如)通过在单个时隙或多个顺序、非顺序、交错或连续时隙内同时地将符号发射到不同终端120来提供到K个终端120的同时服务。可界定每一时隙的持续时间，使得没有一个时隙或没有任何时隙在所述时隙的持续时间内移动超过四分之一波长。在一个实施例中，K个终端120可为由基站105服务的终端的较大群组的子集。终端120的不同子集可在常规单用户通信方案中由基站105服务。在一些实施例中，与终端120的一个子集的通信可正交于与终端120的另一子集的通信。
每一终端120可经由上行链路发射导频信号且通过服务阵列110的导频序列的接收使得无线通信系统100能够估计上行链路信道。此外，借助于时分双工(TDD)互易性，下行链路信道还可使用在天线110处从终端120接收的导频序列来估计。信道状态信息(CSI)可使得基站105能够区分上行链路上的个别经正交振幅调制(QAM)序列且执行下行链路上的预译码，使得终端120仅接收其相应QAM序列。在一个实施例中，可周期性地调度用于有源终端120的上行链路导频。
无线通信系统包含执行天线间干扰消除的功能性，使得在天线110进行发射时所形成的干扰可移除。在一个实施例中，干扰消除可允许基站105检测由终端120中的一者或一者以上发射的上行链路信号。因此，无线通信系统可支持全双工通信。举例来说，基站105及终端120可能够同时发射及接收上行链路及下行链路信号。在本文中所论述的替代实施例中，基站105可以全双工模式操作，使得基站105同时发射下行链路信号及接收上行链路信号，而终端120中的一些或全部终端以半双工模式操作，使得半双工终端120以互斥时间间隔发射上行链路信号及接收下行链路信号。在一个实施例中，在各自连接到对应天线110的收发器(TX/RX)125(1-M)中执行干扰消除。
在全双工收发器的示范性实施例中，全双工收发器包含多个全双工收发器元件，所述多个全双工收发器元件各自包含使用循环器连接到收发器电路的天线。替代实施例可使用其它元件(例如滤波器或其它双工器)来将收发器电路耦合到天线。全双工收发器可用于经由上行链路及下行链路提供到K个用户装备或启用无线的终端的无线连接。举例来说，在一个发射间隔期间，全双工收发器可经配置以将符号(Q1、...、QK)发射到对应K个终端。因此可将符号(Q1、...、QK)提供到收发器元件以用于编码、调制、预译码及经由空中接口发射到终端。在一个实施例中，天线的数目大于终端的数目，使得M＞＞K。然而，受益于本发明的所属领域的技术人员应了解，可存在任何数目个天线及/或终端。
针对收发器元件而较详细地说明收发器电路。为清晰起见，此细节从其它收发器省略。在实施例中，将表示符号(Q1、...、QK)的数字信号提供到收发器元件的不同部分。将符号(Q1、...、QK)的一个副本或版本提供到在收发器元件的发射支路中的编码器。编码器可对所接收数字符号进行编码且接着将经编码符号转送到数/模转换器(DAC)以用于转换为模拟基带信号。模拟基带信号可接着由适当转换器转换为射频信号且所述射频信号可提供到循环器及天线以用于经由空中接口发射。
数字符号(Q1、...、QK)的另一副本或版本可提供到自适应干扰消除器。自适应干扰消除器可使用由天线接收的信号能量来估计表示由天线接收的天线间干扰的校正因子。在实施例中，由天线用于干扰消除的校正因子的数目与终端的数目(K)按比例调整且独立于其它天线的数目。此外，在实施例中，用于估计干扰参数的信息可用于收发器元件中且因此自适应干扰消除器可不需要收集来自其它收发器元件的信息。由自适应干扰消除器产生的校正因子可接着提供到收发器元件的干扰消除支路。
符号(Q1、...、QK)的第三副本或版本可提供到在收发器元件的干扰消除支路中的编码器。编码器可使用所提供校正因子来修改符号(Q1、...、QK)的数字表示，使得在符号由天线发射时，经修改符号近似天线处产生的天线间干扰。在已通过施加校正因子而修改数字符号(Q1、...、QK)之后，编码器可编码经修改数字符号且接着将经编码符号转送到数/模转换器(DAC)以用于转换为模拟基带信号。模拟基带信号可接着由适当转换器转换为射频信号。
在收发器元件的干扰消除支路中产生的射频信号可提供到收发器元件的接收支路且用于消除通过从天线进行发射所产生的天线间干扰。在实施例中，将射频信号提供到加法器，所述加法器还接收由天线接收的射频信号。因此，加法器可用于通过组合所接收射频信号与在干扰消除支路中产生的射频信号而消除来自所接收射频信号的干扰。举例来说，所接收射频信号可与射频信号的经求反或经反相版本进行组合或求和以减去从天线接收的射频信号的所估计版本。因此，在实施例中，在数字域中估计校正因子且在模拟域中执行消除。然而，替代实施例可使用其它电路来在模拟域中估计校正因子。
在干扰消除之后，可将其余所接收射频信号提供到转换器以用于将所述射频信号转换为基带信号。接着将模拟基带信号提供到模/数转换器(ADC)以产生基带信号的数字表示，此接着提供到用于解码所接收信号的解码器。在一个实施例中，可将来自解码器的反馈提供到自适应干扰消除器，使得自适应干扰消除器可将对校正因子的估计进一步精细化。
图2A概念性地图解说明全双工收发器元件300的第一示范性实施例。在所图解说明实施例中，全双工收发器元件300根据正交频分多路复用(OFDM)而操作且因此可用于在多个正交副载波上发射信号。收发器元件300包含使用循环器302连接到收发器电路的天线301。收发器元件300可为实施于基站(例如图1中所展示的基站105)或全双工收发器(例如收发器)中的多个收发器元件中的一者。在所图解说明实施例中，收发器元件300用于将符号305(1-K)发射到对应数目(K)个用户装备或启用无线的终端。在所图解说明实施例中，收发器元件300是可用于发射到K个启用无线的终端的M个基站天线中的一者。启用无线的终端中的每一者假设为具有单个天线，但受益于本发明的所属领域的技术人员应了解，替代实施例可提供到具有一个以上天线的启用无线的终端的无线连接。
在操作中，符号中的每一者的数字表示提供到串行/并行转换器310且接着提供到调制器315以使用适当方案来调制符号并将经调制符号(qkf)映射到副载波f＝1、2、...、F。在一个实施例中，每一符号qkf可为映射到副载波f的终端k(其中1≤k≤K)的QAM符号。经调制符号qkf的数字表示可提供到自适应干扰消除器320。由M-1个天线形成的干扰及从收发器元件300的发射链到收发器元件300的接收链的信号泄漏可由发射到K个终端的符号qkf的线性组合表示。用于终端1-K的符号的序列在所图解说明实施例中是Q1到QK。对于给定副载波f及天线m，干扰信号可经写出如下。
其中在方程式(4)中，q1f到qKf是分别发射到终端1、2、...、K的符号。将符号q1f到qKf中的每一者映射到副载波f。在特定天线ymf处在副载波f上的所接收信号是来自上行链路中的L个终端的所接收信号yu，mf与自干扰yI，mf的和。因此，
在所图解说明实施例中，可通过估计参数amkf的集合而估计yu，mf的值。举例来说，可通过使以下式子最小化而估计参数amkf的集合的值：
此最小化可用于产生参数amkf的集合的值，这是因为所发射信号与所接收信号不相关。举例来说，方程式(6)可使用最小平方估计方法来求解。如本文中所论述，在一些实施例中，自适应过程可用于基于从接收链接收的反馈使用反馈控制机制来微调精确度。
在所图解说明实施例中，自适应干扰消除器320估计针对每一副载波f的K个干扰参数amkf。自适应干扰消除器320可在对所接收信号进行消除之后基于来自残余信号的反馈而适应性地执行计算。针对每一副载波的干扰参数amkf可接着(例如)使用乘法器325(仅由图2中的编号指示的一者)与经调制符号q1f、q2f、...、qKf组合以产生针对每一副载波(f)及用户(k)的经修改经调制符号。针对每一副载波的经修改经调制符号可(例如)使用加法器330(仅由图2中的编号指示的一者)而组合。经组合符号可提供到逆快速傅里叶变换元件(IFFT)335且接着提供到数/模转换器340以用于转换为模拟域。所得模拟基带信号可使用基带/射频转换器345转换为射频信号。
由转换器345产生的射频信号可近似由天线301接收的天线间干扰信号。因此，所述信号可用于消除来自由天线301接收的信号的天线间干扰。在所图解说明实施例中，将射频信号提供到加法器350，所述加法器还接收由天线301接收的射频信号。因此，加法器350可用于通过组合所接收射频信号与干扰消除支路中产生的射频信号而消除来自所接收射频信号的干扰。举例来说，所接收射频信号可与射频信号的经求反或经反相版本进行组合或求和以减去从天线301及天线阵列中的其它天线接收的射频信号的所估计版本。因此，在所图解说明实施例中，在数字域中估计校正因子且在模拟域中执行干扰消除。然而，替代实施例可使用其它电路来在模拟域中估计校正因子。
在干扰消除之后，可将其余所接收射频信号提供到转换器355以用于将所述射频信号转换为基带信号。接着将模拟基带信号提供到模/数转换器(ADC)360以产生基带信号的数字表示，此接着提供到快速傅里叶变换元件(FFT)365。在一个实施例中，可将来自FFT365的反馈提供到自适应干扰消除器320，使得自适应干扰消除器320可将对校正因子的估计进一步精细化。举例来说，所述反馈可包含表示导频信号或其它信号的信号且因此所述反馈可由自适应干扰消除器320用于估计及/或计及(例如)由天线301与启用无线的终端中的一者或一者以上之间的环境中的散射所致的多路径效应。
在所图解说明实施例中，还可将经调制符号qkf的数字表示提供到收发器300的发射支路。所述发射支路包含用于产生可用于对经调制符号qkf进行预译码的预译码矩阵的预译码器370。针对每一副载波的预译码矩阵hmkf可接着(例如)使用乘法器325(仅由图2中的编号指示的一者)与经调制符号q1f到qKf组合以产生针对每一副载波(f)及用户(k)的经修改经调制符号。针对每一副载波的经修改经调制符号可(例如)使用加法器330(仅由图2中的编号指示的一者)而组合。经组合符号可提供到逆快速傅里叶变换元件(IFFT)335且接着提供到数/模转换器340以用于转换为模拟域。所得模拟基带信号可使用基带/射频转换器345转换为射频信号且所述射频信号可经由循环器302输送到天线301。在所图解说明实施例中，收发器300可因此以全双工模式使用，使得可与从一个或一个以上用户接收上行链路信号同时地使用发射链将下行链路符号发射到一个或一个以上用户。
图2B概念性地图解说明全双工收发器元件375的第二示范性实施例。在所图解说明实施例中，全双工收发器元件375根据正交频分多路复用(OFDM)而操作且因此可用于在多个正交副载波上发射信号。收发器元件375与收发器元件300的第一示范性实施例共享许多相同元件，但收发器元件375的第二示范性实施例使用不同于由收发器元件300的第一示范性实施例使用的干扰消除路径的替代干扰消除路径。为清晰起见，所共享功能元件由相同编号指示且可以与收发器元件300的第一示范性实施例中的对应元件相同的方式起作用。然而，受益于本发明的所属领域的技术人员应了解，替代实施例可使用功能元件的不同组合来实施本文中所描述的技术的不同实施例。
如本文中关于第一示范性实施例所论述，符号305中的每一者的数字表示提供到串行/并行转换器310且接着提供到调制器315以使用适当方案来调制所述符号且将所述经调制符号(qkf)映射到副载波f＝1、2、...、F。数字表示的副本或版本可提供到收发器375的发射支路、接收支路及自适应干扰消除支路。在所图解说明实施例中，自适应干扰消除器320估计针对每一副载波f的K个干扰参数amkf。自适应干扰消除器320可在对所接收信号进行消除之后基于来自残余信号的反馈而适应性地执行计算。针对每一副载波的干扰参数amkf可接着(例如)使用乘法器325与经调制符号q1f到qKf组合以产生针对每一副载波(f)及用户(k)的经修改经调制符号。针对每一副载波的经修改经调制符号可(例如)使用加法器330而组合。经组合符号可提供到逆快速傅里叶变换元件(IFFT)335且接着提供到数/模转换器380以用于转换为模拟域以形成模拟基带信号。DAC 380不同于收发器元件300的第一示范性实施例中所展示的DAC 320，因为来自DAC 380的信号被直接提供到收发器元件375的第二示范性实施例的接收支路。因此，DAC 380的结构可不同于DAC 320的结构。在所图解说明实施例中，干扰消除路径不包含基带/射频转换器。
由DAC 380产生的模拟基带信号可近似由射频/基带转换器355使用由天线301接收的射频信号产生的天线间干扰信号。因此，模拟基带信号可用于消除来自由天线301接收的信号的天线间干扰。在所图解说明实施例中，将模拟基带信号提供到加法器385，所述加法器还接收由射频/基带转换器355产生的模拟基带信号。因此，加法器385可用于通过组合所接收模拟基带信号与干扰消除支路中产生的模拟基带信号而消除来自所接收模拟基带信号的干扰。举例来说，所接收模拟基带信号可与模拟基带信号的经求反或经反相版本进行组合或求和以减去由转换器355产生的模拟基带信号的所估计版本。因此，在所图解说明实施例中，在数字域中估计校正因子且在模拟域中执行干扰消除。然而，替代实施例可使用其它电路来在模拟域中估计校正因子。
在干扰消除之后，可将其余所接收射频信号提供到转换器355以用于将所述射频信号转换为基带信号。接着将模拟基带信号提供到模/数转换器(ADC)360以产生基带信号的数字表示，此接着提供到快速傅里叶变换元件(FFT)365。在一个实施例中，可将来自FFT365的反馈提供到自适应干扰消除器320，使得自适应干扰消除器320可将对校正因子的估计进一步精细化。举例来说，所述反馈可包含表示导频信号或其它信号的信号且因此所述反馈可由自适应干扰消除器320用于估计及/或计及(例如)由天线301与启用无线的终端中的一者或一者以上之间的环境中的散射所致的多路径效应。
在所图解说明实施例中，还可将经调制符号qkf的数字表示提供到收发器375的发射支路。所述发射支路包含用于产生可用于对经调制符号qkf进行预译码的预译码矩阵的预译码器370。针对每一副载波的预译码矩阵hmkf可接着(例如)使用乘法器325与经调制符号q1f到qKf组合以产生针对每一副载波(f)及用户(k)的经修改经调制符号。针对每一副载波的经修改经调制符号可(例如)使用加法器330而组合。经组合符号可提供到逆快速傅里叶变换元件(IFFT)335且接着提供到数/模转换器340以用于转换为模拟域。所得模拟基带信号可使用基带/射频转换器345转换为射频信号且所述射频信号可经由循环器302输送到天线301。在所图解说明实施例中，收发器375可因此以全双工模式使用，使得可与从一个或一个以上用户接收上行链路信号同时地使用发射链将下行链路符号发射到一个或一个以上用户。
图2A到2B中所描绘的设计的实施例可以分散方式实施，因为在给定天线m下，qkf是已知的。因此，图2A到2B中所描绘的设计的实施例在共轭波束成形框架内可良好地工作。在所图解说明实施例中，自适应干扰消除器320在数字域中确定amkf，但在模拟域中进行消除。在替代实施例中，模拟电路可用于在模拟域中估计amkf。此外，在所图解说明实施例中，单个RF模拟信号用于消除所接收链中的干扰。因此，此设计的可缩放性极强。为清晰起见，图2A到2B中未描绘收发器300、375的与所主张标的物无关的元件。举例来说，并行/串行转换器可实施于DAC与IFFT之间。对于另一实例，收发器元件300、375中可包含循环前缀插入组件。
图2A到2B中所描绘的设计的实施例可具有优于常规实践的若干个优点。举例来说，常规干扰消除技术需要将M-1个射频模拟信号反相且接着施加适当延迟及衰减以表示或估计M-1个天线与考虑中的天线之间的信道。为获得所述延迟及衰减，必须估计M-1个天线与考虑中的天线m之间的信道。另外，M-1个射频模拟信号与用于消除的加法器或干扰消除器之间的有线信道必须经估计达良好准确度。注意，天线m还需要知道来自M-1个天线中的每一者的所发射信号。因此，常规方法不是分散式设计。此外，在常规方法中需要估计至少2M-2个参数，其中在本文中所描述的技术的实施例中，仅估计针对每一副载波的K个干扰参数。此外，常规方法需要M-1个模拟信号反相器(例如，平衡-不平衡转换器)。
对于传统蜂窝式发射，所发射信号的最大功率可比所接收信号的最小强度高80dB到120dB。举例来说，热噪声为-174dBm/Hz。对于10MHz信道，热噪声功率为-104dBm。还可存在高达3dB的额外噪声。如果信号必须比噪声高10dB，那么用于解码的最小信号功率将为-91dBm。对于常规基站，所发射功率可为20W。M-1个天线中的每一者与考虑中的天线m之间可存在10dB衰减。因此，所接收信号功率将为大约33dBm且因此消除增益必须大于33+91＝124dB。使Pref为传统基站的参考功率，例如，20W。
相比之下，实施具有大数目个天线的天线阵列的基站的总功率可为Ptt＝Pref/M。在一个实施例中，每一天线的功率为Pant＝Pref/M2。接着，从其它M-1个天线的发射到K个终端的在天线m处的所接收信号可为：
其中hmlf为针对副载波f的基站天线m与l之间的信道，且slf为处于副载波f的天线l的所发射信号。所发射信号可通过以下式子给出：
在这些公式中，hlkf为处于副载波f的基站天线l与终端k之间的信道，且qkf为用于终端k的符号。接着，所接收自干扰信号可通过以下式子给出：
由于对所接收自干扰信号的贡献
不相干地增加，因此自干扰信号与M的平方根成比例地增长。因此，总的所接收自干扰功率为Pref/M。如果天线的数目M＝100，那么天线阵列可提供优于传统基站的20dB增益。所述天线阵列实现的增益随天线的数目而增加，且在一个实施例中，本文中所描述的多个天线系统可实现10logM的额外增益。
本文中所描述的技术的实施例使用自适应干扰消除来在模拟域中消除自干扰。在一些实施例中，干扰消除方案可通过执行额外数字消除而处置多个路径残余自干扰。总起来说，模拟消除及数字消除可实现70dB增益。如果M＝100，那么可存在由使用大数目个天线及天线阵列产生的20dB的额外增益。因此，本文中所描述的系统的实施例可实现90dB的增益。本文中所描述的技术的实施例的优点是所述增益随天线的数目的增加而增加。因此，所需增益可通过实施天线阵列中的充分数目个天线而实现。此外，可存在可使用本文中所描述的技术的替代实施例而实现的额外增益的两个其它来源。首先，如果终端发射功率不相对于天线的数目成比例地按比例调整，那么在模拟消除之后来自与信号有关的终端的所接收信号功率可比在使用具有大数目个天线的天线阵列时高得多。因此，数字消除可提供额外增益。第二，可(例如)通过使用金属来屏蔽天线或通过使用定向天线而实现较好的天线分离。在一个实施例中，来自这些技术的额外增益可弥补30dB的差距。
在所图解说明实施例中，天线阵列使用反向链路导频(例如)用于信道估计。如图3中所展示，总信噪比(SNR)400与MPrPf成比例，其中Pr为反向链路导频功率，Pf为前向链路天线发射功率，且M为天线的数目。由于此功率约束，因此在一些实施例中，可选择操作功率，使得多个天线增益可支持用于基站及启用无线的终端两者的全双工发射。然而，在一些情形中，不可获得支持用于所有发射实体的全双工发射的操作点。如果针对特定实施例不存在最优操作点，那么启用无线的终端中的一些或全部启用无线的终端可必须半双工地操作。举例来说，基站可继续以全双工操作，使得其同时地发射下行链路信号及从启用无线的终端中的至少一些启用无线的终端接收上行链路信号。然而，个别启用无线的终端可必须以半双工模式操作，使得其发射上行链路信号或从基站接收下行链路信号。
如果启用无线的终端中的一些或全部启用无线的终端以半双工操作，那么在任何给定时间，所述终端的一部分将正在发射且所述终端的另一部分将正在接收。基站可通过选择发送器组及接收器组而调度发射以使发送终端与接收终端之间的干扰最小化或减小所述干扰。在一个实施例中，可使用高级信息(例如这些终端的位置及/或来自终端的信号的到达角)来促进半双工启用无线的终端的调度。举例来说，基站可基于指示多个用户或启用无线的终端的位置的信息而调度用于多个用户的包以用于从多个天线进行发射。此信息可使用在多个天线处接收的上行链路信号而获得。在不同天线处从用户接收的信号之间的相对延迟可用于确定信号的到达角。因此，可基于来自不同用户的信号的到达角之间的角度差而调度用于多个用户的包。对于另一实例，在天线处接收的信号的信号强度可用于估计从基站到用户的距离。可基于所述距离之间的差而调度来自多个用户的包。此外，到达角信息、距离信息及其它位置信息的各种功能组合还可用于调度所述包。
返回参考图1，无线通信系统100的实施例可具有优于常规系统的若干个优点。举例来说，单个小区近似可用于分析天线阵列110的聚合小区容量。基站105的所图解说明实施例并入有在包括T个符号的一个时隙内服务K个终端120的M个天线。在所图解说明实施例中，时隙用于上行链路导频发射及下行链路数据发射。正交导频序列的持续时间为t，其中K≤t≤T。传播矩阵包括独立瑞利(Rayleigh)衰落且传播系数不是已知的。所预期上行链路信噪比(SNR)由ρr表示且所预期下行链路SNR由ρf表示。本文中相对于单个天线发射及单个天线接收而定义SNR。瞬时聚合容量(位/符号)C可展示为有如下下界：
方程式(10)中的关系展示增加M或具有较多天线110增加小区的容量。因此，大M可补偿如通过乘积Prτ测量的不良质量信道估计以及如通过ρf测量的减小的总发射功率。另一方面，增加同时服务的终端的数目K可未必增加小区容量，这至少部分地是因为发送上行链路导频信号所需的时间量与K成比例。
方程式(10)中的关系还展示相对于并入有较小数目个天线(例如，M≤4)或单个天线的系统，并入众多天线110或大M允许在较小总发射功率(ρf)的情况下实现相同聚合容量。在极大M的情况下，基站105可在为低于并入有较小数目个天线(例如，M≤4)的常规基站所需的总发射功率的数量级的总发射功率的情况下实现较高聚合容量。此外，传统基站天线采用高输出功率放大器来递送20Watt到40Watt的所需发射功率。高输出功率放大器消耗极高功率且需要不仅消耗额外功率而且占据额外有效面积的冷却装备。根据一些常规估计，所述冷却可贡献传统基站的大约50％的操作成本。相比之下，设想天线阵列(例如天线110)的实施例可具有低得多的功率要求，例如，几瓦特或零点几瓦特。因此，基站105及/或天线110可不需要任何冷却装备且可具有比服务类似或甚至更高容量的传统基站低得多的操作成本。
基站105及天线阵列110的实施例还可支持频谱与能量效率之间的极有用折衷。举例来说，使用下行链路，可通过包含等于发射数据所花费的时间分数(1-t/T)·C的因子而通过净聚合吞吐量来测量频谱效率。下行链路能量效率可测量为C/ρf。因此，通过变化ρf，基站105实现下行链路频谱效率与能量效率之间的灵活折衷。针对上行链路发射存在类似折衷。此灵活性可用于适合于小区的不同加负。举例来说，频谱效率在小区的高度加载周期中是优选的且能量效率在轻度加载周期期间是优选的。
图4描绘图解说明针对M＝100个服务天线、K＝1个终端(曲线510)且K＞1(曲线515)的情形相对能量效率与频谱效率之间的折衷的模拟的结果500。垂直轴指示相对能量效率且水平轴指示频谱效率。结果500将能量效率描绘为相对于包括具有前向导频的常规单天线链路的参考情景的能量效率而计算的相对数量。所述发射发生于由T＝98个符号(对应于500微秒时隙持续时间及4.76微秒的信道延迟扩展)组成的时隙中。上行链路的所预期SNR为0dB(ρr＝1)，且对于参考情景，下行链路的所预期SNR为10dB。星号505对应于具有2.55位/符号的频谱效率及为1的相对能量效率的参考情景。在将频谱效率假设为约束且服从对总下行链路功率ρf的约束的情况下计算曲线510。调整时间周期1≤t≤T中的训练量以使能量效率最大化。
类似优化产生曲线515，其中经由其进行优化的额外参数(K)服从约束K≤t≤T。所述曲线上的点指示总下行链路功率，例如，对应于参考情景中所使用的相同功率的10dB。图4中的曲线图证明M＝100个服务天线与参考情景相比产生所辐射能量效率的100倍改进。对于K＝1个终端，此通过与参考情景相比将功率减小到1/100同时维持相当频谱效率而实现。对于K＞1个终端，此通过将功率减小到1/10且将频谱效率增加8倍而实现。改变操作点(当需求较低时，高能量效率及低频谱效率，且当需求较高时，低能量效率及高频谱效率)的能力应对服务提供者有吸引力。
就软件或算法及对计算机存储器内的数据位的操作的符号表示而呈现所揭示标的物及对应详细说明的部分。这些说明及表示是所属领域的技术人员有效地向所属领域的其它技术人员传达其工作实质的说明及表示。如术语算法在此处所使用且如术语算法通常所使用，将算法设想为能达到所要结果的自相容的步骤序列。所述步骤是需要对物理数量进行物理操纵的步骤。通常但未必，这些数量采取能够存储、转移、组合、比较及以其它方式进行操纵的光学信号、电信号或磁信号的形式。已证明，主要出于常用的原因，将这些信号称作位、值、元素、符号、字符、项、数字或类似物有时较为方便。
然而，应记住，所有这些术语及类似术语将与适当的物理数量相关联，且仅为应用于这些数量的方便标记。除非另有明确所述或依据论述显而易见，否则例如“处理”或“计算”或“运算”或“确定”或“显示”或类似词语的术语是指计算机系统或类似电子计算装置的动作及过程，其将在计算机系统的寄存器及存储器内表示为物理电子数量的数据操纵及变换为在计算机系统存储器或寄存器或其它此类信息存储、发射或显示装置中类似地表示为物理数量的其它数据。
还注意，所揭示标的物的软件所实施方面通常编码于某一形式的程序存储媒体上或经由某一类型的发射媒体而实施。程序存储媒体可为磁性的(例如，软盘或硬驱动机)或光学的(例如，光盘只读存储器或“CD ROM”)且可为只读存取或随机存取的。类似地，发射媒体可为双绞线、同轴电缆、光纤或此项技术内已知的一些其它适合发射媒体。所揭示标的物不限于任何给定实施方案的这些方面。
由于所揭示标的物可以受益于本文中的教示的所属领域的技术人员明了的不同但等效方式进行修改及实践，因此上文所揭示的特定实施例仅是说明性的。此外，除如所附权利要求书中所描述外，不打算限制本文中所展示的构造或设计的细节。因此，应明了，可更改或修改上文所揭示的特定实施例且所有此些变化均视为在所揭示标的物的范围内。因此，本文中所寻求的保护如所附权利要求书中所陈述。

Claims (9)

1.一种方法，其包括：
针对包括多个天线的天线阵列中的一天线使用基于第一模拟基带信号所产生的数字信号来估计干扰参数，其中使用第一模拟射频信号产生所述第一模拟基带信号，其中在所述天线处在多个副载波中的每一者上接收所述第一模拟射频信号，且其中每一干扰参数与多个数字符号中的一者相关联；
使用所估计的干扰参数来修改所述多个数字符号；
编码经修改的多个数字符号；
将所述经修改的多个数字符号转换为第二模拟基带信号；
将所述第二模拟基带信号转换为第二模拟射频信号；
使用所述第二模拟射频信号来消除来自由所述天线在所述多个副载波上接收的所述第一模拟射频信号的干扰；
在消除来自所述第一模拟射频信号的干扰后，将所述第一模拟射频信号转换为所述第一模拟基带信号；及
基于多个用户的位置以及来自所述多个用户的信号的到达角而调度所述多个用户的子集来以半双工模式进行接收或发射。
2.根据权利要求1所述的方法，其中针对所述天线的干扰参数的数目独立于所述天线阵列中的其它天线的数目。
3.根据权利要求1所述的方法，其中估计所述干扰参数包括估计用以使在所述天线处接收的所述第一模拟射频信号与所述干扰参数及所述多个数字符号的乘积之间的差最小化的所述干扰参数。
4.根据权利要求1所述的方法，其包括在消除来自所述第一模拟射频信号的所述干扰之后将所述第一模拟基带信号转换为所述数字信号。
5.根据权利要求1所述的方法，其包括：与消除来自由所述天线在多个副载波上接收的所述第一模拟射频信号的干扰同时地对所述多个数字符号进行预译码以用于经由空中接口发射；及以全双工模式发射所述多个数字符号且同时接收来自以全双工模式进行发射的多个用户的上行链路信号。
6.根据权利要求5所述的方法，其包括：将所述多个数字符号转换为对应的多个模拟信号，以全双工模式发射所述对应的多个模拟信号且同时接收来自以所述半双工模式进行发射的用户的所述子集的上行链路信号；及调度所述多个用户的所述子集来以所述半双工模式进行接收或发射包括基于对用户间干扰的估计而调度所述多个用户的所述子集来以所述半双工模式进行接收或发射。
7.根据权利要求6所述的方法，其包括针对所述天线阵列中的每一天线估计干扰参数及使用所述所估计干扰参数来消除来自由所述天线阵列中的所述多个天线接收的模拟信号的干扰。
8.一种收发器，其经配置以通信地耦合到包括多个天线的天线阵列中的一天线，其中所述收发器可配置以实施根据权利要求1到7中任一权利要求所述的方法。
9.一种系统，其包括：
多个收发器，其中所述多个收发器中的每一者经配置以通信地耦合到天线阵列中的多个天线中的一者，且其中每一收发器可配置以实施根据权利要求1到7中任一权利要求所述的方法。
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