一种实现上行接收检测的方法和设备
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域,特别涉及一种实现上行接收检测的方法和设备。
背景技术
目前4G基站都是同频组网,同频组网为不同基站使用相同频点组成的网络。
由于不同基站使用相同频点,所以同频干扰比较严重。如何能够抑制同频干扰,成为同频组网性能提升比较重要的问题。
通过IRC(Interference Rejection Combining,干扰抑制合并)技术抑制同频干扰是目前是比较常用的一种手段。
目前利用IRC技术抑制同频干扰时,需要对矩阵求逆,该矩阵的阶数一般就是基站的接收天线数。
在第四代移动通信技术LTE系统中,上行每个时隙中间是导频符号,在频域上占用连续的子载波和业务信道PUSCH占用的带宽一致。
一般LTE中IRC检测方案是根据导频上测量的干扰相关矩阵,对邻区干扰进行白化,达到抑制同频干扰的效果,这里的干扰相关矩阵阶数是基站天线数。通常干扰白化和有用信号检测同时实现。
建模一个多小区接收信道模型:
其中Y是基站接收信号,i表示有用信号的流数,j表示邻区干扰的流数,N表示噪声。
H表示信道,S表示发送信号。
干扰相关矩阵定义Hi=[h1,h2,...hi]。
则IRC检测公式为
或者采用
其中公式(1)和公式(2)等价,
最终估计发送信号
实际接收端,基站信道估计只能得到有用信号信道hi,邻区干扰信道hj是无法知道的,
每个子载波上只知道一个总的干扰信息
因此可以用累加的方法,逐渐逼近期望的相关矩阵R。
构造干扰相关矩阵,当N足够大时,一般工程上采用N取12个子载波或者24个子载波为一个粒度,求R矩阵。
随着大规模天线技术的引入,基站的天线个数越来越多,比如基站配置128根,如果对于大规模天线利用IRC技术抑制同频干扰时,干扰相关矩阵的阶数为128,这时需要实现128×128矩阵的逆。这对于设备的硬件处理能力要求非常高。
综上所述,目前在大规模天线场景下IRC干扰抑制方案的低复杂度比较高。
发明内容
本发明提供一种实现上行接收检测的方法和设备,用以解决现有技术中存在的目前在大规模天线场景下IRC干扰抑制方案的低复杂度比较高的问题。
本发明实施例一种实现上行接收检测的方法,该方法包括:
获取N个子载波上的接收干扰总信号,其中N为正整数;
确定所述N个子载波的接收干扰总信号对应的干扰信道矩阵的相关矩阵;
对所述相关矩阵进行特征向量分解,并根据分解结果确定新的干扰信道矩阵和噪声值;
根据所述新的干扰信道矩阵和噪声值确定均衡矩阵;
根据所述均衡矩阵对接收到的信号进行均衡检测,估计出发送的信号。
可选的,根据下列公式确定所述相关矩阵:
其中,R1为相关矩阵;HI为干扰信道矩阵;HIH为干扰信道矩阵的矩阵共轭转置。
可选的,根据分解结果确定新的干扰信道矩阵,包括:
根据分解结果中干扰空间特征矩阵以及所述干扰信道矩阵确定新的干扰信道矩阵;
其中,所述干扰空间特征矩阵是根据特征值分解后前M个最大特征值对应的特征向量组确定的。
可选的,根据下列公式确定新的干扰信道矩阵:
HI_new=HI*V(:,1:M);
其中,HI_new为新的干扰信道矩阵;HI为干扰信道矩阵,V是干扰空间特征矩阵;M为正整数。
可选的,根据分解结果确定噪声值,包括:
根据分解结果中特征值的对角矩阵的前M个最大的特征值和所述相关矩阵确定噪声值。
可选的,根据下列公式确定噪声值:
其中,noise为噪声值;
trace(R1)表示相关矩阵的迹,diag(D(1:M,1:M))表示特征值的对角矩阵的前M个最大的特征值;L是正整数。
可选的,所述分解结果中前M个最大的特征值之和与总的特征值之和的比例不大于设定阈值。
可选的,根据所述新的干扰信道矩阵和噪声值确定均衡矩阵,包括:
将有用信号信道矩阵和所述新的干扰信道矩阵组合,其中所述有用信号信道矩阵是根据有用信号信道确定的;
根据组合后的矩阵和噪声值确定均衡矩阵。
本发明实施例提供的一种实现上行接收检测的设备,该设备包括:
获取模块,用于获取N个子载波上的接收干扰总信号,其中N为正整数;
矩阵确定模块,用于确定所述N个子载波的接收干扰总信号对应的干扰信道矩阵的相关矩阵;
分解模块,用于对所述相关矩阵进行特征向量分解,并根据分解结果确定新的干扰信道矩阵和噪声值;
处理模块,用于根据所述新的干扰信道矩阵和噪声值确定均衡矩阵;
估计模块,用于根据所述均衡矩阵对接收到的信号进行均衡检测,估计出发送的信号。
可选的,所述矩阵确定模块具体用于,根据下列公式确定所述相关矩阵:
其中,R1为相关矩阵;HI为干扰信道矩阵;HIH为干扰信道矩阵的矩阵共轭转置。
可选的,所述分解模块具体用于:
根据分解结果中干扰空间特征矩阵以及所述干扰信道矩阵确定新的干扰信道矩阵;
其中,所述干扰空间特征矩阵是根据特征值分解后前M个最大特征值对应的特征向量组确定的。
可选的,所述分解模块具体用于,根据下列公式确定新的干扰信道矩阵:
HI_new=HI*V(:,1:M);
其中,HI_new为新的干扰信道矩阵;HI为干扰信道矩阵,V是干扰空间特征矩阵;M为正整数。
可选的,所述分解模块具体用于:
根据分解结果中特征值的对角矩阵的前M个最大的特征值和所述相关矩阵确定噪声值。
可选的,所述分解模块具体用于,根据下列公式确定噪声值:
其中,noise为噪声值;
trace(R1)表示相关矩阵的迹,diag(D(1:M,1:M))表示特征值的对角矩阵的前M个最大的特征值;L是正整数。
可选的,所述分解结果中前M个最大的特征值之和与总的特征值之和的比例不大于设定阈值。
可选的,所述处理模块具体用于:
将有用信号信道矩阵和所述新的干扰信道矩阵组合,其中所述有用信号信道矩阵是根据有用信号信道确定的;
根据组合后的矩阵和噪声值确定均衡矩阵。
本发明实施例根据N个子载波上的接收干扰总信号对应的干扰信道矩阵的相关矩阵确定均衡矩阵;根据所述均衡矩阵对接收到的信号进行均衡检测,估计出发送的信号。由于只需要确定主干扰特征信道矩阵(即新的干扰信道矩阵)就可以抑制同频干扰,避免了传统IRC检测算法中高阶矩阵求逆的运算,从而在大规模天线场景下,采用较低的复杂度就可以抑制同频干扰。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域的普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例实现上行接收检测的方法流程示意图;
图2为本发明实施例实现上行接收检测的完整方法流程示意图;
图3为本发明实施例第一种实现上行接收检测的设备结构示意图;
图4为本发明实施例第二种实现上行接收检测的设备结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例根据N个子载波上的接收干扰总信号对应的干扰信道矩阵的相关矩阵确定均衡矩阵;根据所述均衡矩阵对接收到的信号进行均衡检测,估计出发送的信号。由于只需要确定主干扰特征信道矩阵(即新的干扰信道矩阵)就可以抑制同频干扰,避免了传统IRC检测算法中高阶矩阵求逆的运算,从而在大规模天线场景下,采用较低的复杂度就可以抑制同频干扰。
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部份实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1所示,本发明实施例实现上行接收检测的方法包括:
步骤100、获取N个子载波上的接收干扰总信号,其中N为正整数;
步骤101、确定所述N个子载波的接收干扰总信号对应的干扰信道矩阵的相关矩阵;
步骤102、对所述相关矩阵进行特征向量分解,并根据分解结果确定新的干扰信道矩阵和噪声值;
步骤103、根据所述新的干扰信道矩阵和噪声值确定均衡矩阵;
步骤104、根据所述均衡矩阵对接收到的信号进行均衡检测,估计出发送的信号。
这里发送的信号为Si,其中i表示有用信号的流数,S表示发送信号。
本发明实施例将N个子载波上的接收干扰总信号组合成干扰信道矩阵HI。其中,HI=[Z1,Z2,...ZN],假设基站接收天线是128天线,则HI维度是128×N。
其中,j表示邻区干扰的流数;hj为邻区干扰信道;Sj为邻区干扰信号;k是IRC粒度上子载波index,1<=k<=N。通常N取一个PRB上的粒度,N=12。
在确定干扰信道矩阵后,根据干扰信道矩阵确定干扰信道矩阵对应的相关矩阵。
可选的,根据下列公式确定所述相关矩阵:
其中,R1为相关矩阵;HI为干扰信道矩阵;HIH为干扰信道矩阵的矩阵共轭转置。
R1是一个N×N的相关矩阵。
对所述相关矩阵进行特征向量分解,即[D V]=eig(R1),其中eig表示特征向量分解。其中,V、D和R1满足如下公式:V*D*VH=R1。
VH表示V的矩阵共轭转置。
D是特征值的对角矩阵(特征值从大到小依次排列),V是干扰空间特征矩阵,干扰空间特征矩阵是根据特征值分解后前M个最大特征值对应的特征向量组确定的。其中1≤=M≤N。
可选的,根据分解结果确定新的干扰信道矩阵时,根据分解结果中干扰空间特征矩阵以及所述干扰信道矩阵确定新的干扰信道矩阵。
可选的,根据下列公式确定新的干扰信道矩阵:
HI_new=HI*V(:,1:M)。
其中,HI_new为新的干扰信道矩阵;HI为干扰信道矩阵,V是干扰空间特征矩阵;M为正整数。
可选的,根据分解结果确定噪声值时,根据分解结果中特征值的对角矩阵的前M个最大的特征值和所述相关矩阵确定噪声值。
在实施中,可以根据下列公式确定噪声值:
其中,noise为噪声值;
trace(R1)表示相关矩阵的迹,diag(D(1:M,1:M))表示特征值的对角矩阵的前M个最大的特征值;L是正整数。
如果M=N,则noise为0。
可选的,本发明实施例M的选取可以从最大特征值开始,逐个往后选取,主要目的是尽可能保留干扰信道矩阵的特征信息,减少失真,同时抑制干扰相关矩阵中,噪声对干扰估计精度的影响。比如可以考虑前M个最大特征值之和占总的特征值之和的百分比与阈值进行比较进行选取。
即本发明实施例所述分解结果中前M个最大的特征值之和与总的特征值之和的比例不大于设定阈值。如果这种方式有多个符合要求的取值,可以从中选择一个作为M值。
可选的,还可以保证前M+1个最大的特征值之和与总的特征值之和的比例大于设定阈值。
阈值可以根据仿真、需求、复杂度、精度平衡等情况进行设置,只要保证选取的特征向量空间信息尽量不丢失即可。比如可以设置80%。
可选的,根据所述新的干扰信道矩阵和噪声值确定均衡矩阵时,将有用信号信道矩阵和所述新的干扰信道矩阵组合,其中所述有用信号信道矩阵是根据有用信号信道确定的;
根据组合后的矩阵和噪声值确定均衡矩阵。
其中,可以根据下列公式将有用信号信道矩阵和所述新的干扰信道矩阵组合:
H_all=[Hi,HI_new];
其中,H_all为组合后的矩阵;Hi为有用信号信道矩阵;HI_new为新的干扰信道矩阵;i表示有用信号的流数。
可选的,根据组合后的矩阵和噪声值确定均衡矩阵时可以通过下列公式确定:
其中,w为均衡矩阵;H_allH为组合后的矩阵的相关矩阵;H_all为组合后的矩阵;noise为噪声值;Hi H为有用信号信道矩阵的相关矩阵;I为单位阵。
如图2所述,本发明实施例实现上行接收检测的完整方法包括:
步骤201、获取N个子载波上的接收干扰总信号
步骤202、将N个子载波上的接收干扰总信号,组合成干扰信道矩阵HI。
其中,HI=[Z1,Z2,...ZN]。
假设基站接收天线是64天线,则HI维度是64×N。
步骤203、确定干扰信道矩阵的相关矩阵。
其中,
R1是一个N×N的相关矩阵
在实施中,通常LTE里按照一个PRB粒度计算干扰信道矩阵,即N=12。
步骤204、对干扰信道矩阵的相关矩阵R1做特性向量分解。
[D V]=eig(R1)。
其中eig表示特征向量分解。
D是特征值的对角矩阵(特征值从大到小依次排列);V是特征值对应的特征向量。
取D中前面M个最大的特征值,其中1≤M≤N,并对应的取V中对应的M列。
步骤205、根据分解结果中特征值对应的特征向量的前M列以及所述干扰信道矩阵确定新的干扰信道矩阵。
可选的,针对上面的处理方式,可以去掉一部分噪声空间,即M取值<N,
步骤206、根据分解结果中特征值的对角矩阵的前M个最大的特征值和所述相关矩阵确定噪声值。
关于noise表示的是残留噪声的功率,因为在前面取特征值个数的时候,一般M会小于N,没有取到的,都认为是残留噪声空间。则noise的估计可以用下面式子预估。
其中trace表示矩阵的迹,等于所有特征值之和,diag是对矩阵取对角元素。
L是一个经验值,等效对噪声缩放,例如L=2。
步骤207、将有用信号信道矩阵和所述新的干扰信道矩阵组合。
其中H_all=[Hi,HI_new]。
Hi=[h1,h2,...hi]
i表示有用信号的流数,hi为有用信号信道。
步骤208、根据组合后的矩阵和噪声值确定均衡矩阵。
本发明实施例通过MMSE计算公式确定均衡矩阵。
步骤209、根据均衡矩阵,在每个子载波上进行均衡检测。
本发明实施例通过MMSE计算公式确定均衡矩阵时,需要进行矩阵求逆。
因为在N个子载波粒度上,每个子载波组合的信道H_all=[Hi,HI_new],都有一个共同的结构,即后几列都是相同的HI_new,并且根据前面步骤推导,从矩阵论知识很容易知道HI_new是一个正交矩阵,矩阵内每一列都是互相不相关。这里可以采用现有矩阵分块求逆的算法。其中分块的方法如下
令T=H_allH*H_all+noise*I
把矩阵T分块:
其中A=Hi H*Hi+noise*I
B和C是Hi与HI_new互共轭相差矩阵,只需计算出B即可。D=HI_newH*HI_new+noise*I
之后可以按照分块求逆法计算均衡矩阵W,并对接收信号均衡检测W*Y。
基于同一发明构思,本发明实施例中还提供了实现上行接收检测的设备,由于该设备解决问题的原理与本发明实施例实现上行接收检测的方法相似,因此该设备的实施可以参见方法的实施,重复之处不再赘述。
如图3所示,本发明实施例第一种实现上行接收检测的设备包括:
获取模块300,用于获取N个子载波上的接收干扰总信号,其中N为正整数;
矩阵确定模块301,用于确定所述N个子载波的接收干扰总信号对应的干扰信道矩阵的相关矩阵;
分解模块302,用于对所述相关矩阵进行特征向量分解,并根据分解结果确定新的干扰信道矩阵和噪声值;
处理模块303,用于根据所述新的干扰信道矩阵和噪声值确定均衡矩阵;
估计模块304,用于根据所述均衡矩阵对接收到的信号进行均衡检测,估计出发送的信号。
可选的,所述矩阵确定模块301具体用于,根据下列公式确定所述相关矩阵:
其中,R1为相关矩阵;HI为干扰信道矩阵;HIH为干扰信道矩阵的矩阵共轭转置。
可选的,所述分解模块302具体用于:
根据分解结果中干扰空间特征矩阵以及所述干扰信道矩阵确定新的干扰信道矩阵;
其中,所述干扰空间特征矩阵是根据特征值分解后前M个最大特征值对应的特征向量组确定的。
可选的,所述分解模块302具体用于,根据下列公式确定新的干扰信道矩阵:
HI_new=HI*V(:,1:M);
其中,HI_new为新的干扰信道矩阵;HI为干扰信道矩阵,V是干扰空间特征矩阵;M为正整数。
可选的,所述分解模块302具体用于:
根据分解结果中特征值的对角矩阵的前M个最大的特征值和所述相关矩阵确定噪声值。
可选的,所述分解模块302具体用于,根据下列公式确定噪声值:
其中,noise为噪声值;
trace(R1)表示相关矩阵的迹,diag(D(1:M,1:M))表示特征值的对角矩阵的前M个最大的特征值;L是正整数。
如果M=N,则noise为0。
可选的,所述分解结果中前M个最大的特征值之和与总的特征值之和的比例不大于设定阈值。
可选的,所述处理模块303具体用于:
将有用信号信道矩阵和所述新的干扰信道矩阵组合,其中所述有用信号信道矩阵是根据有用信号信道确定的;
根据组合后的矩阵和噪声值确定均衡矩阵。
如图4所示,本发明实施例第二种实现上行接收检测的设备包括:
处理器401,用于读取存储器404中的程序,执行下列过程:
通过收发机402获取N个子载波上的接收干扰总信号,其中N为正整数;确定所述N个子载波的接收干扰总信号对应的干扰信道矩阵的相关矩阵;对所述相关矩阵进行特征向量分解,并根据分解结果确定新的干扰信道矩阵和噪声值;根据所述新的干扰信道矩阵和噪声值确定均衡矩阵;根据所述均衡矩阵对接收到的信号进行均衡检测,估计出需要通过收发机402发送的信号。
收发机402,用于在处理器401的控制下接收和发送数据。
可选的,所述处理器401具体用于,根据下列公式确定所述相关矩阵:
其中,R1为相关矩阵;HI为干扰信道矩阵;HIH为干扰信道矩阵的矩阵共轭转置。
可选的,所述处理器401具体用于:
根据分解结果中干扰空间特征矩阵以及所述干扰信道矩阵确定新的干扰信道矩阵;
其中,所述干扰空间特征矩阵是根据特征值分解后前M个最大特征值对应的特征向量组确定的。
可选的,所述处理器401具体用于,根据下列公式确定新的干扰信道矩阵:
HI_new=HI*V(:,1:M);
其中,HI_new为新的干扰信道矩阵;HI为干扰信道矩阵,V是干扰空间特征矩阵;M为正整数。
可选的,所述处理器401具体用于:
根据分解结果中特征值的对角矩阵的前M个最大的特征值和所述相关矩阵确定噪声值。
可选的,所述处理器401具体用于,根据下列公式确定噪声值:
其中,noise为噪声值;
trace(R1)表示相关矩阵的迹,diag(D(1:M,1:M))表示特征值的对角矩阵的前M个最大的特征值;L是正整数。
可选的,所述分解结果中前M个最大的特征值之和与总的特征值之和的比例不大于设定阈值。
可选的,所述处理器401具体用于:
将有用信号信道矩阵和所述新的干扰信道矩阵组合,其中所述有用信号信道矩阵是根据有用信号信道确定的;
根据组合后的矩阵和噪声值确定均衡矩阵。
在图4中,总线架构(用总线400来代表),总线400可以包括任意数量的互联的总线和桥,总线400将包括由处理器401代表的一个或多个处理器和存储器404代表的存储器的各种电路链接在一起。总线400还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路链接在一起,这些都是本领域所公知的,因此,本文不再对其进行进一步描述。总线接口403在总线400和收发机402之间提供接口。收发机402可以是一个元件,也可以是多个元件,比如多个接收器和发送器,提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。经处理器401处理的数据通过天线405在无线介质上进行传输,进一步,天线405还接收数据并将数据传送给处理器401。
处理器401负责管理总线400和通常的处理,还可以提供各种功能,包括定时,外围接口,电压调节、电源管理以及其他控制功能。而存储器404可以被用于存储处理器401在执行操作时所使用的数据。
可选的,处理器401可以是CPU(中央处埋器)、ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit,专用集成电路)、FPGA(Field-Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)或CPLD(Complex Programmable Logic Device,复杂可编程逻辑器件)。
从上述内容可以看出:本发明实施例根据N个子载波上的接收干扰总信号对应的干扰信道矩阵的相关矩阵确定均衡矩阵;根据所述均衡矩阵对接收到的信号进行均衡检测,估计出发送的信号。由于只需要确定主干扰特征信道矩阵就可以抑制同频干扰,避免了传统IRC检测算法中高阶矩阵求逆的运算,从而在大规模天线场景下,采用较低的复杂度就可以抑制同频干扰。
以上参照示出根据本申请实施例的方法、装置(系统)和/或计算机程序产品的框图和/或流程图描述本申请。应理解,可以通过计算机程序指令来实现框图和/或流程图示图的一个块以及框图和/或流程图示图的块的组合。可以将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专用计算机的处理器和/或其它可编程数据处理装置,以产生机器,使得经由计算机处理器和/或其它可编程数据处理装置执行的指令创建用于实现框图和/或流程图块中所指定的功能/动作的方法。
相应地,还可以用硬件和/或软件(包括固件、驻留软件、微码等)来实施本申请。更进一步地,本申请可以采取计算机可使用或计算机可读存储介质上的计算机程序产品的形式,其具有在介质中实现的计算机可使用或计算机可读程序代码,以由指令执行系统来使用或结合指令执行系统而使用。在本申请上下文中,计算机可使用或计算机可读介质可以是任意介质,其可以包含、存储、通信、传输、或传送程序,以由指令执行系统、装置或设备使用,或结合指令执行系统、装置或设备使用。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。