CN1263653A - 选择性分集组合 - Google Patents

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Abstract

一种用于在应用天线分集的接收机中组合信号的方法与系统。如果干扰超过预定的阈值,则采用干扰抑制组合(IRC)。如果干扰并未超过预定的阈值,则采用最大比例组合(MRC)。可在每个脉冲串,半个脉冲串,或其它合适的间隔上组合来选择该分集组合技术。

Description

选择性分集组合
发明领域
本发明一般而言涉及在具有多重天线的接收机上处理数字调制无线电信号。更具体而言，本发明涉及无线电信号的分集组合以减少信号损失。
发明背景
在无线电通信中，信号有时会因各式各样的现象引起丢失或损害，例如像在典型的无线电通信信道中存在的多径衰落，时间漂移，及同波道干扰。多径衰落是由在大约相同时间到达接收机的发送信号及其反射波与回波的相互作用造成的。如果反射波的数量相当大，这种衰落表现为所谓的瑞利分布。当反射波与发送信号之间存在时间延迟时出现时间漂移。干扰是由于存在与发送信号非正交的信号产生的。这样一些非正交信号可来源于工作在相同频率的其它无线电信号(同波道干扰)或者工作在邻近频道的其它无线电信号(邻道干扰)。
图1示出同波道干扰的一个例子，其中移动站M1用小区C1中的基站天线A1通信，而移动站M2用小区C2中的基站天线A2通信。为小区C3服务的基站天线A3可位于小区C1与C2之间。在此例中，移动站M1与M2在相同频道上同时与不同小区的不同天线通信。正如所示，由移动站M1发送到天线A1的信号与移动站M2发送到天线A2的信号干扰，引起信号损伤。
为了减少这种信号损伤的影响，采用分集组合是已知的，其中，一个接收机具有多重分离的天线，将在每个天线上接收到的信号组合。由于天线是分离的，在每个天线中的信号强度是独立的。因此，如果一个天线存在深度衰落下沉，另一个天线可有相当强的信号。有许多类型的分集组合方法。例如，由Willian C.Y.Lee(Wiley，1993)所著的“移动通信设计基础”“Mobile Communication Design Fundamentals”，中第116-132页上描述有大量分集的方案。
在典型的移动通信系统中，通过提供多重天线的基站来应用天线分集。一般情况下将在天线上接收到的信号使用最大比例组合(MRC)的方法组合起来。例如上述的Lee认为MRC是最好的组合技术。在MRC中，是基于假定干扰极近似由高斯噪声将接收到的信号组合起来。一种示范性的MRC方案示于图2中，其中每个信号分支(即，每个接收到的要组合的信号)由一个选定的加权因数(α1，α2)加权，并将这些信号分支组合。MRC并不考虑接收到的信号之间的相关，因此使接收到的信号能够一次地被检测与均衡，然后通过相加进行组合。MRC，因为它假定信号承受的干扰极近似白高斯噪声，当干扰并不极近似白高斯噪声时，有某些性能上的局限性。
此外，对在带有天线分集的系统中接收到的信号的一种改进的组合方法称为干扰抑制组合(IRC)。IRC假定，接收到的信号既包括白高斯噪声，也包括来自其它发射机的信号(例如，在其它小区中的其它移动站)。一般来说，一个加入IRC的接收机为每个天线产生接收到的信号样本(采用，例如，对数极化信号处理)，为每个天线估计信道抽头，估计损伤相关性质(例如，共信道干扰)，从接收到的信号样本。信道抽头估值和损伤相关估值中构成分支量度，并用分支量度估计所发送的信息序列(例如，利用Viterbi算法)。当一个训练序列(如在一个典型的GSM脉冲串中所包含的)被接收到时，接收机通过估计信号分支之间的相关噪声估计损伤相关性质。这种估计的协方差由接收机在解调过程中使用。IRC被非常详细地描述在共同未决，共同转让的申请No.08/284,775中，标题是“在多重天线数字蜂窝通信系统中干扰抑制组合的方法和装置”“Method and Apparatus for InterferenceRejection Combining in Multi-Antenna Diqital CellnlarCommunications Systems”，提交日期1994，8，2，以及共同未决，共同转让的申请No.08/634,719中，标题是“具有不同波束，极化和相位基准的干扰抑制的方法和装置”“Method and Apparatus forInterferance Rejection with Different Beams，Polarizations，andPhase References”，提交日期1996，4，19。这些申请作为整体引入于此作为参考。后一份专利申请公开了，如果损伤相关性质是梯状的损伤相关性质，分支量度是梯状的分支量度，IRC的性能可被改进。
IRC在抑制来自邻近小区的移动站的干扰方面是非常有效的，在这样情况下它在与发送感兴趣信号相同的频率上发送(也就是，同波道干扰)，特别是当干扰脉冲串与载波脉冲串(即发送感兴趣信号)同步的情况下更为有效。IRC也减少邻近信道干扰的影响，很遗憾，IRC很复杂，并需要相当大量的计算机处理资源。而且，在某些情况下IRC未提供最佳性能。
故改进应用天线分集的通信系统的性能是所希望的。更具体而言，希望改进已知的分集组合方法。
发明概述
本发明克服了上述的问题，并提供了附加的优点。通过提供一种组合从既应用IRC又应用MRC(或某些其它分集组合方法)的多重天线接收到的信号的方法与系统来实现的。依据本发明的示范性实施方案，发射机产生并发送代表信息符号序列的信号。具有多重天线的接收机在至少两个天线上接收所发送的信号，这样至少存在两个接收到的信号。该接收机通过选择性地执行干扰抑制组合或最大比例组合将接收到的信号组合起来使接收机性能达到最大限度。可将信号每个脉冲串的，半个脉冲串的，或在某个其它合适的频率上组合。为了选择使用IRC或是MRC，该接收机确定干扰指标，并根据干扰指标选择组合方法。
通过选择性地执行IRC，通常的分集组合方案，或多种方案的组合，本发明使一个通信系统能够在最合适的(即，当干扰主要是同波道干扰)，邻近信道干扰或者在分集分支间相关的情况下获得IRC的好处，在IRC并不合适的时候(即，当同波道干扰相当低，干扰比较接近白高斯噪声)，节省处理资源。这种选择性组合方案大大增强了通信的效率。例如，正如以下将要讨论的那样，本发明有可能在性能上比只用IRC的系统有1dB增益。
附图简述
通过结合附图阅读以下的最佳实施方案的详述，可充分地理解本发明，其中同样的标号用于表明同样的部件，其中：
图1是示出同波道干扰的一个例子的简图；
图2是示出利用MRC的分集组合技术的方框图；
图3是示出实现本发明的一种最佳实施方案的方框图；
图4是描述依据本发明的方法的一种最佳实施方案的流程图；
图5是示出本发明的第二种示范性实施方案的方框图；
图6是图3与图5的实施方案的一种示范性组合的方框图；
图7是本发明另一种实施方案的方框图；
图8是图7的实施方案的变型的方框图；
图9是依据图5的实施方案对于利用IRC和MRC组合的一种接收机性能结果的图形比较；和
图10是图3实施方案性能结果的图形比较。
最佳实施方案详述
图3示出本发明的第一示范性实施方案方框图。天线10和12，在应用天线分集的接收机中多重天线中的二个，接收从移动站或其它发射机(未示出)发送的信号。组合器模块14和16每个被连接以接收从天线10和12接收到的信号。组合器模块14与16能够分别利用MRC和IRC(或某些其它通常的分集组合技术)组合从天线10与12接收到的信号，并输出一个组合信号到解码器或其它信号处理电路(未示出)。合适的组合器模块14或16由干扰分析器18激活，确定是否由接收到的信号承受的干扰超过预定的阈值，并利用开关19选择合适的组合模块。为了确定是否阈值被满足或超过，分析器18可为每个接收到的信号估计两个分支间的相关，并将估计的相关与相关阈值作比较。例如，可以构成一个损伤相关矩阵，损伤相关矩阵的非对角元可用来测量相关与干扰。可由矩阵的对角元导出合适的阈值。损伤相关量度被较详细地讨论在共同未决，共同转让的申请，标题为“在多重天线数字蜂窝通信系统中干扰抑制组合的方法和装置”“Method and Appratus for InterferenceRejection Combining in Multi-Antenna Digital CellularCommunications Systems”并给出序号为08/284,775，将该申请整个引入于此供参考。可采用许多其它的阈值计算与比较方案。如果干扰脉冲串与所发送的感兴趣信号的载波脉冲串是同步的，所估计的相关在一个脉冲串期间将是常数。如果，作为较典型的情况，干扰脉冲串与载波脉冲串不同步，所估计的相关在脉冲串期间将不是常数。如果干扰(或其它合适的损伤特性)满足或超过预定的阈值，那末干扰分析器18选择IRC组合器模块16，如果干扰(或其它合适的损伤特性)并不满足或超过预定的阈值，干扰分析器18选择MRC组合器模块14。所选的模块输出一个组合信号至接收机中的解码器(未示出)供进一步处理。图3的电路可按每个脉冲串，半个脉冲串，或其它合适的间隔上将接收到的信号组合。
图4示出描述依据本发明的方法的步骤的流程图，在步骤100中，接收机接收由移动站或其它多重天线的发射机发送的信号。在步骤102中，接收机(例如，利用分析器18或其它合适的装置)分析接收到的信号确定是否干扰水平满足或超过预定的阈值，如果在步骤102中所用的干扰阈值为接收到的信号满足或超过，接收机在步骤104中利用IRC将多重接收到的信号组合，如果在步骤102中所用的干扰阈值并未为接收到的信号满足或超过，接收机在步骤106中利用MRC(或另一种合适的分集组合技术)将多重接收到的信号组合。不管采用哪一种组合方法，在某个预定间隔以后过程回到步骤100以处理其它接收到的信号。预定的间隔可以是每个脉冲串，半个脉冲串，或其它合适的间隔，作为一个结果，可在每个间隔期间选择适当的分集组合技术。
图5示出本发明第二种示范性实施方案的方框图。在此实施方案中，MRC与IRC均用于组合分支，然后组合器模块14与16的输出在组合器20中被组合，使得从每个组合算法的输出为最佳。组合器20可在每个脉冲串，半个脉冲串，或某个其它合适的周期上将MRC与IRC输出组合。当干扰存在，并且载波脉冲串与干扰脉冲串不同步时，图5的实施方案特别有用。
因此，图3的实施方案在无干扰存在时，比只用IRC性能有改进，而图5的实施方案当干扰存在并且干扰脉冲串与载波脉冲串不同步时性能有改进。图3与图5的实施方案可被组合，使两种实施方案的性能达到最大限度。一种这些实施方案的示范性组合示于图6中，其中分析器18分析到来的信号并根据干扰指标通过开关19选择组合器20的输出或者MRC组合器模块。
图7示出本发明的另一个实施方案，包括用于存贮信号脉冲串的存贮器22a与22b，用于分析所存贮的脉冲串的分析器18，以及组合器20，用来按分析器18的输出组合信号。在此实施方案中，分析器18根据与接收到的脉冲串有关的干扰水平，确定值α。值α是一个加权因数，确定多少权重被分配到不同的分集组合技术。例如，当干扰水平使IRC是一种最优选的组合技术时，分析器18可分配出因数为1。当α因数为1时，组合器20采用IRC。当干扰水平使另一种分集组合技术(例如，MRC)成为最优选时，α因数可分配为0，当α因数为0时，组合器20采用MRC。当干扰水平是这样一种情况，使得50％IRC与50％MRC的一种加权组合是所希望的，可分配α因数为0.5，当α因数为0.5时，IRC与MRC均被执行，结果均等地被组合。当α因数为0.75时，IRC与MRC均被执行。结果被按3/1的比例将IRC结果与MRC结果加权后组合。在此实施方案中，可以实现一种组合技术“软”的或逐渐的推移。在此实施方案中，组合器20由可编程组合器实现。
图8示出图7实施方案的变种。在图8的实施方案中，接收到的脉冲串被存贮在存贮器22a与22b中。分析器18确定干扰水平，并分配一个合适的α值，组合器20按与分析器输出有关的方式将所存贮的脉冲串组合，组合器20的输出被存贮在存贮器22c中。然后分析器18将α复位到，例如，0并执行第二个组合。然后此第二组合的输出与存贮在存贮器22c中的第一组合结果在组合器24中被组合。许多其它的变型对于本领域的技术人员是容易明白的。
图9是比较误码率(BER)的图形表示，该误码率是作为图5实施方案的一个通信信道中干扰延时的函数，在图9的图中，IRC与MRC(IRC-MRC)的组合是通过在每个脉冲串上(即，在一个脉冲串接一个脉冲串基础上)将接收到的信号组合来实现的。而且，信噪比(SNR)假定为25dB，载波对干扰之比(C/I)假定为2dB。从图中可见，IRC与MRC的组合与仅用IRC的接收机的情况相比可提供性能改善。
图10是比较误码率的一种图形表示，该误码率是作为图3实施方案信噪比(SNR)的函数，其中当不存在同波道干扰期间，IRC算法被断开，或未选上，正如所示，与始终使用IRC的情况相比，在灵敏度上可得到大约1dB的好处。
因此，应该明白，本发明比已知的分集组合技术有很大的优越性。特别是，通过选择性地使用IRC和MRC或另一种合适的分集组合技术，接收机性能比仅用一种分集组合技术有改善，将能理解，本发明的原理可以应用到使用两种以上不同组合技术的系统中。
虽然以上的描述包括许多细节和特性，但应该明白这些仅供解释用。许多修改对本领域的技术人员来说是容易理解的，它们很清楚是在由以下的权利要求及其法定的等同物所限定的本发明的精神与范围以内，可以组合两个以上不同分集组合技术。

Claims (26)

1.一种用于在无线电通信系统中分集组合的方法，包括以下步骤：
在至少两个天线上接收所发送的信号，这样就存在至少两个接收到的信号；
通过与另一种分集组合方法一起采用干扰抑制组合将接收到的信号组合。
2.如权利要求1的方法，其中组合的步骤包括以下步骤：
产生干扰指标；
根据干扰指标选择组合方法；和
利用所选的组合方法组合信号。
3.如权利要求2的方法，其中另一种分集组合方法是最大比例组合。
4.如权利要求1的方法，其中组合步骤是这样实施的，分开执行干扰抑制组合及另一种分集组合方法以得到分开的结果，再将该分开的结果组合起来。
5.如权利要求4的方法，其中另一种分集组合方法是最大比例组合。
6.如权利要求2的方法，其中的干扰抑制组合被执行如下：
产生每个天线接收到的信号样本，估计每个天线的信道抽头，估计在天线中的损伤相关性质，从接收到的信号样本，信道抽头估值，和损伤相关估值构成分支量度，并利用分支量度估计该信息序列。
7.如权利要求2的方法，其中接收到的信号包括一个或多个脉冲串，并为每个脉冲串选择分集组合方法。
8.如权利要求2的方法，其中接收到的信号包括一个或多个脉冲串，并为每半个脉冲串选择分集组合方法。
9.如权利要求2的方法，其中产生干扰指标的步骤是通过为每个接收到的信号估计协方差并将估计的协方差与协方差阈值作比较而完成的。
10.如权利要求4的方法，其中分开的结果在组合以前被加权。
11.如权利要求1的方法，其中组合的步骤还包括以下步骤：
产生干扰指标；
根据干扰指标确定加权因数；和
利用干扰抑制组合的加权组合及另一种分集组合技术将接收到的信号组合。
12.一种用于接收通信信号的系统，包括：
多个天线用于接收一个通信信号，这样就存在多个接收到的信号；
多个信号组合器用于组合接收到的信号，每个信号组合器有选择地与多个天线中每一个有关；和
分析装置，用于确定信号损伤水平，将信号损伤水平与阈值水平相比较，根据比较结果有选择地运行所述的信号组合器。
13.如权利要求12的系统，其中多个信号组合器包括采用干扰抑制组合的第一信号组合器和采用最大比例组合的第二组合器。
14.如权利要求13的系统，其中信号损伤的水平是干扰。
15.如权利要求13的系统，其中第一组合器产生每个天线接收到的信号样本，估计每个天线的信道抽头，估计天线中损伤相关性质，从接收到的信号样本，信道抽头估值，和损伤相关估值构成分支量度，并利用分支量度估计信息序列。
16.如权利要求12的系统，其中接收到的信号包括一个或多个脉冲串，每个脉冲串实行组合器的选择。
17.如权利要求12的系统，其中接收到的信号包括一个或多个脉冲串，每半个脉冲串实行组合器的选择。
18.一种用于接收通信信号的系统，包括
多个天线用于接收一个通信信号，这样就存在多个接收到的信号；
多个信号组合器，每个信号组合器利用多种信号组合技术中不同的组合技术将接收到的信号组合；和
一个组合器，用于将信号组合器中至少所选的若干个信号组合器的输出组合。
19.如权利要求18的系统，其中多种信号组合技术中的一种是干扰抑制组合。
20.如权利要求18的系统，还包括：
分析装置，用于确定信号损伤的水平，将信号损伤的水平与阈值水平作比较，选择任何组合的信号组合器输出中的一个或者多个信号组合器中一个的输出作为系统输出。
21.如权利要求20的系统，其中信号损伤的水平是干扰。
22.一种用于接收通信信号的系统，包括：
一组天线，用于接收通信信号，从而有多个接收信号；
一个分析器，用于确定与接收到的信号有关的干扰指标，根据干扰指标选择加权因数；和
第一信号组合器，用于根据加权因数执行至少两种信号组合技术的加权组合。
23.如权利要求22的系统，其中信号组合技术中的一种是干扰抑制组合。
24.如权利要求23的系统，其中另一种信号组合技术是最大比例组合。
25.如权利要求22的系统，还包括一个或多个存贮器，用于存贮接收到的信号供分析器分析。
26.如权利要求25的系统，还包括：
一个组合器输出存贮器，用于存贮第一信号组合器的第一输出；和
一个第二信号组合器，用于将所存贮的第一输出与第一信号组合器的第二输出组合。
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