CN1321016A - 码分多址移动无线通信系统接收器 - Google Patents

Abstract

一个CDMA移动无线通信系统接收器,该接收器接收由对应于一个发送信号的不同传播路径的不同信号或路径信号叠加而成的信号,而上述发送信号是由对应于传送不同发送信息的不同信道的不同信号或信道信号叠加而成的信号,在利用上述不同传播路径恢复一个指定信道传送的发送信息之前上述接收器包括:估测至少一个接收信道信号或干扰信号的装置,以及从上述接收信号中减去上述至少一个估测干扰信号的装置(10)。

Description

码分多址移动无线通信系统接收器

本发明涉及移动无线通信系统。

在移动无线通信系统中，一般均要求有较高的性能，其中包含较高的的服务质量和/或较高的容量。同时，还普遍要求有体积较小，价格较便宜并且功耗较低的设备，尤其是用户设备(或移动站)。

通过为不同用户分配不同信道，移动无线通信系统通常使用多址技术允许多个用户共享一个指定带宽。

根据扩展频谱技术的已知原理，在CDMA(码分多址)系统中，不同信道对应于不同扩展码，各个扩展码能够扩展从基本速率到较高速率(或码片速率)的信号。

众所周知，CDMA系统是受干扰限制的系统。这意味着，如果干扰电平增加过多，则性能(质量和/或容量)会减少到不可接受的程度。所以需要减少这种系统中的干扰以改进性能。

通常，使用尽可能彼此正交的扩展码可以减少干扰。然而，当一个接收器接收一个由对应于相同发送信号的不同传播路径的不同信号(此后称作路径信号)重叠而成的接收信号时，即使选择正交扩展码也会产生干扰。环境中各种单元的反射会无意产生这种不同路径信号，而通过使用分集传输技术，即通过从不同网络设备或基站向一个相同移动站同时发送信号则会有意产生这种不同路径信号。

在CDMA系统中，与诸如TDMA(时分多址)系统的其他多址系统相反，在接收器中可以利用这种多路径传播改进检测信号的质量。

例如，在一个所谓的瑞克接收器中，提供不同的分支或路径，每个分支被用来处理一个指定路径信号，在一个最优路径中混合不同分支提供的结果以优化检测信号质量。

然而，提供给各个分支的信号是对应于不同传播路径的不同路径信号的叠加，因而对一个指定路径信号的处理仍然会受到所有其他路径信号的干扰。

因为下列原因，对于移动站中的接收器，即对于从网络到移动站的下行链路传输方向这个问题会更加严重。

除了在用户之间发送的用户信息之外，为了使系统正常工作，移动无线通信系统通常要求网络向所有移动站广播某些公共信息以便允许移动站与网络同步。所以在下行链路上发送的信号是对应于不同信道(或物理信道)的不同信号(此后称作信道信号)的叠加，其中上述不同信道传送这些不同类型的信息并且通常分别被称作下行链路物理专用信道和下行链路物理公共信道。

例如，在类似UMTS(“通用移动电信系统”)的宽带CDMA系统中，这种下行链路公共物理信道可以包含：

-为移动站执行频率和/或时间同步的物理同步信道(PSCH)。在UMTS中有两种同步信道：执行时隙同步的主要SCH和执行帧同步并且识别小区的下行链路扰频码的扰频码组的辅助SCH。

-传送提供系统信息(小区数量，随机访问信道(RACH)扰频码，…)的广播信道(BCH)的主要公共控制物理信道(P-CCPCH)。

-传送寻呼信道(PCH)和前向访问信道(FACH)的辅助公共控制物理信道(S-CCPCH)。

-用于若干类似信道估测或切换的目的的主要和辅助公共导频信道(P-CPICH和S-CPICH)。

由于一个小区内的所有移动站(或MS)必须接收下行链路公共信道，其发送功率必须相当大，例如是基地收发器站(或BTS)的总发送功率的10％，并且它们不受功率控制(即其发送功率是固定的)。

所以，当一个MS接近一个BTS时，对于一个指定路径，所有其他路径的下行链路公共信道信号在这个MS的下行链路专用信道信号上产生的干扰是显著的。因而，为了保持相同的质量，即保证下行链路信噪比(SIR)接近一个指定的目标SIR，MS会通过通常在这些系统中提供的功率控制环路机制请求BTS增加其专用信道信号的发送功率。这会导致额外增加其他MS的干扰，而这些MS接着会通过这个功率控制环路机制要求增加BTS发送功率。对于一个指定的总发送功率，这会导致损失下行链路系统容量。因而，应当尽可能避免或至少减少下行链路公共信道信号导致的这种干扰以改进系统性能。

为此已经建议了也被称作干扰消除技术的特殊处理技术。

WO 97/08846公开了一个负多址干扰消除方法，其中一个无线用户单元接收多个前向链路信号并且估计通过各个前向链路信号发送的数据。根据这些估计针对接收的各个前向链路信号产生一个相关的理想波形。针对处理的各个前向链路信号，在确定被传送的数据之前从被处理的前向链路信号的信号电平中减去其它前向链路信号的理想波形。在一个可选实施例中，至少根据与一个被估计的导频信道相关的信号电平在前向链路信号传送的一个单独信道或信道子集上进行数据估测。

EP 0 876 002公开了一个接收和解调相干CDMA信号的CDMA接收器，上述CDMA信号包含通过L个路径接收的至少一个用户数据信道和一个分离导频信道，其中一个指定路径的期望数据信道与导频信道正交。CDMA接收器包括L个路径解调器，各个解调器根据通过L个路径中的一个路径接收的CDMA信号估计一个数据信道和一个导频信道并且产生L-1个消除信号，其中各个消除信号被L个减法器装置中的特定一个减法器装置使用。L个减法器装置均被用来从与减法器装置相关的CDMA信号中减去由其它L-1个路径解调器中的不同解调器产生的L-1个消除信号。在一个实施例中，L-1个消除信号重构导频信号，并且各个减法器装置在其相关解调器之前从输入到其解调器的信号中减去重构的导频信号。

所以这两个参考方案对应于一个相同的解决方案，其中在瑞克接收器的各个分支中，在所有这些其他分支进行处理之前估计导频信号的对应路径信号(或者在第一个参考方案中，总接收信号的对应路径信号)，并且从各个其它分支内的各个其它路径信号中减去估计的对应路径信号。

图1图解了这个解决方案，在一个接收器通常包含：一个天线1，一个瑞克接收器2，和天线1与瑞克接收器2之间的某些中间处理3(包含RF处理，自动增益控制，接收滤波，…等等)。瑞克接收器2通常包括L个分支4₁,4₂,..4_L和一个混合器5，通过估计传输信道的信道脉冲响应的装置6以已知方式控制各个分支，其中装置6确定不同传播路径的振幅，相位和延迟。

在这个解决方案中，干扰消除需要L个执行上述估测的估测器7₁,7₂,..7_L和L(L-1)个执行上述减法的减法器8₁₂,…8_1L,8₂₁,…8_2L,…8_L1,8_L2,…。

这个解决方案的一个缺点是需要很多信号处理和计算，因而显著增加了设备的复杂性和功耗，这是不期望的，尤其是对于用户设备(或移动站)。

所以需要避免这种缺点并且仍然提供一个有效的干扰消除手段。

此外，在上述第一个参考方案中，总是进行这种干扰消除，即使在导频信号不显著干扰有用信号时(在移动站不接近基站的情况下)也要如此。这样做的缺点是在这种情况下不必要地执行了干扰消除，从而不必要地增加了设备功耗。

在上述第二个参考方案中，根据一个最小均方差准则可以打开和关闭导频信号消除以便提供最小均方差瑞克输出。然而这种准则的缺点是导致大量的极复杂处理和计算。

所以需要避免这种缺点并且仍然提供一个执行或不执行这种干扰消除的有效准则。

本发明的一个目标是提供一个CDMA移动无线通信系统接收器，该接收器接收由对应于一个发送信号的不同传播路径的不同信号或路径信号叠加而成的信号，而上述发送信号是由对应于传送不同发送信息的不同信道的不同信号或信道信号叠加而成的信号，在利用上述不同传播路径恢复一个指定信道传送的发送信息之前上述接收器包括：

-估计至少一个接收信道信号或干扰信号的装置，上述信号由对应于一个发送信道信号的不同传播路径的不同路径信号叠加而成，而上述发送信道信号对应于至少一个不同于上述指定信道的信道，

-从上述接收信号中减去上述至少一个估测干扰信号的装置。

根据本发明的另一个目标，上述指定信道是一个下行链路专用信道并且上述至少一个不同于上述指定信道的信道是一个下行链路公共信道。

根据本发明的另一个目标，估测上述至少一个干扰信号的上述装置包含：

-估测传输信道的信道脉冲响应h(t)的装置，上述装置提供一个估测

-计算 的装置，其中c(t)是对应于上述至少一个不同于上述指定信道的信道的发送信道信号，而*是卷积操作符，上述装置提供上述干扰信号的一个估测

。

根据本发明的另一个目标，估测上述至少一个干扰信号的上述装置包含：

-估测传输信道的信道脉冲响应h(t)的装置，上述装置提供一个估测

-估测对应于上述至少一个不同于上述指定信道的信道的发送信道信号c(t)的装置，上述装置提供一个估测

-计算

的装置，其中*是卷积操作符，上述装置提供上述干扰信号的一个估测

。

根据另一个目标，上述接收器还包括：

-根据一个关于上述估测干扰信号的功率的函数控制上述装置执行减法操作的装置。

根据另一个目标，上述控制装置包括：

-确定上述至少一个估测干扰信号的功率P的装置，

-在下列准则成立的情况下允许进行上述减法操作的装置：

P＞α.I

其中α是一个预定参数而I是一个基准功率。

本发明的另一个目标是提供一个CDMA移动无线通信系统设备，该设备包含一个上述类型的接收器。

本发明的另一个目标是提供一个CDMA移动无线通信系统用户设备，该设备包含一个上述类型的接收器。

通过下面结合附图进行的描述可以更加理解本发明的这些和其它目标：

-图1是被用来图解一个基于上述现有技术的接收器的图例，

-图2是被用来图解基于本发明第一实施例的接收器的一个例子的图例，

-图3是被用来图解基于本发明第二实施例的接收器的一个例子的图例。

在这些图例中，以相同方式标注不同图例共有的单元。

根据本发明，一个CDMA移动无线通信系统接收器接收由对应于一个发送信号的不同传播路径的不同信号或路径信号叠加而成的信号，而上述发送信号是由对应于传送不同发送信息的不同信道的不同信号或信道信号叠加而成的信号，在利用上述不同传播路径恢复一个指定信道传送的发送信息之前上述接收器基本上包括：

-估测至少一个接收信道信号或干扰信号的装置，上述信号由对应于一个发送信道信号的不同传播路径的不同路径信号叠加而成，而上述发送信道信号对应于至少一个不同于上述指定信道的信道，

-从上述接收信号中减去上述至少一个估测干扰信号的装置。

还可以通过下面方式描述本发明。

在接收滤波之后在一个接收器上接收的信号通常可以被写成：

r(t)=s(t)*h(t)+c(t)*h(t)+b(t)

其中：

-s(t)是对应于上述传送要恢复的发送信息的指定信道(在所讨论的例子中，是一个下行链路专用物理信道)的有用信号或发送信道信号，

-c(t)是对应于上述至少一个不同于上述指定信道(在所讨论的例子中，是一个下行链路公共物理信道)的信道的发送信道信号，

-*是卷积操作符，

-h(t)是传输信道的信道脉冲响应，其中包含传输和接收滤波器的成分，

-c(t)*h(t)是对应于发送信道信号c(t)的接收信道信号，或干扰信号，

-b(t)表示噪声及其他干扰信号。

在一个第一实施例中，上述至少一个干扰信号对应于至少一个传送接收器已知的信息的下行链路公共信道，例如在UMTS中的主要同步信道(P-SCH)或导频信道(CPICH)。

在这个第一实施例中，并且如图2的例子所示，本发明使用：

-估测传输信道的信道脉冲响应h(t)的装置6，上述装置提供一个估测

-计算 的装置9，其中c(t)是对应于上述至少一个不同于上述指定信道的信道的发送信道信号，而*是卷积操作符，上述装置提供上述干扰信号的一个估测

-计算 $r^{\′}\left(t\right)=r\left(t\right)-c{\left(t\right)}^{*}\hat{h}\left(t\right)$ 的装置10。

应当注意，估测信道脉冲响应的装置6是控制瑞克接收器2的分支4₁,4₂,…4_L已经需要的装置；所以不会增加接收器的复杂度。

例如在UMTS中，由于以较大的功率接收对应的信道信号，所以最好使用CPICH进行这种信道脉冲响应估测(然而也可以使用诸如DPCCH(专用物理控制信道)的其他信道进行信道估测)。接着根据公式 $\hat{h}\left(t\right)=\underset{p=0}{\overset{N_p-1}{\mathrm{\Σ}}}\widehat{{\mathrm{\α}}_p}p(t-\widehat{{\mathrm{\τ}}_p})$ 估测信道脉冲响应，其中p(t)包含所有传输和接收滤波器的成分并且被规格化以便其能量为1，

是第p个路径的复振幅，而

是第p个路径的延迟。

如果所涉及的干扰信号功率较大，当移动站接近基站时会出现这种情况，信道脉冲响应估测 几乎等于信道脉冲响应h(t)，因而信号r′(t)可以被写成：

r′(t)≈s(t)*h(t)+b(t)

接着通过在瑞克接收器2或任何其他处理装置中以常规方式处理信号r′(t)可以根据该信号估测有用信号s(t)。

例如在诸如UMTS、用时隙构造帧并且用帧构造发送信号的系统中，最好以逐个时隙的方式进行上述操作。实际上，需要以逐个时隙的方式(并且不占较长的周期)恢复某些诸如功率控制位、允许进行功率控制的信息。

在这个第一实施例中，认为接收器已知信号c(t)。对于CPICH,c(t)包含扩展和扰频并且在各个时隙中可以被表示成： $c\left(t\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{d}_n\underset{q}{\overset{Q}{\mathrm{\Σ}}}{c}_q^{\left(\mathrm{ch}\right)}{c}_{q+\mathrm{nQ}}^{\left(\mathrm{scramb}\right)}\mathrm{\δ}(t-(q+\mathrm{nQ})\mathrm{Tc})$

其中N为每个时隙中的符号数量,(d_0,…,d_N-1)是这个时隙的N个符号,c^(ch)是长度为Q(Q是扩展系数)的信道化代码，c^(scramb)是这个时隙中使用的复扰频码，T_c是码片周期，而δ(t)是狄拉克函数(如果t=0则δ(t)=1，否则δ(t)=0)。

在一个第二实施例中，上述至少一个干扰信号是对应于传送接收器未知的信息的至少一个下行链路公共信道。

在这个第二实施例中，并且如图3的例子所示，本发明使用：

-估测传输信道的信道脉冲响应h(t)的装置6，上述装置提供一个估测

-估测对应于上述至少一个不同于上述指定信道的信道的发送信道信号c(t)的装置11，上述装置提供一个估测

-计算

的装置9′，其中*是卷积操作符，上述装置提供上述干扰信号的一个估测

-计算 $r^{\′}\left(t\right)=r\left(t\right)-\hat{c}{\left(t\right)}^{*}\hat{h}\left(t\right)$ 的装置10′。

因而与图2的差别在于必须估测接收器未知的信号c(t)。

估测信号c(t)的装置11可以使用任何诸如瑞克接收器技术的常规处理技术或任何其他处理技术从接收信号r(t)中恢复出上述至少下行链路公共信道下行链路公共信道传送的信息，并且可以使用任何常规技术根据恢复的信息重构信号c(t)。

基于本发明的解决方案可用于消除接收信号的一个或若干个下行链路公共信道产生的干扰。如果要消除若干下行链路公共信道产生的干扰，可以在一个单独的步骤中针对这些不同的下行链路公共信道(并且不是每个下行链路公共信道一个步骤)执行信道脉冲响应估测操作和估测信道脉冲响应卷积操作。因而只增加了微小的复杂度，即消除所有已知下行链路公共信道而不是只消除一个。

总是可以使用基于本发明的干扰消除，即使没有很好接收上述至少一个干扰信号(并且不显著干扰有用信号)的情况下也是如此：在这种情况下，不会改进性能，但也不会降低性能。

然而为了减少接收器功耗(尤其是MS接收器)可以只在确实需要时才进行干扰消除操作。

此外，为了减少接收器的复杂度(尤其是MS接收器)，最好根据上述至少一个估测干扰信号的功率P确定是否执行上述干扰消除操作。

例如，只在下列准则成立时才执行干扰消除操作：

P＞α.I

其中α是一个预定参数，并且I是一个基准功率，例如接收信号的估测总干扰功率或总功率(可以根据任何已知技术确定)。

也可以根据任何已知技术确定估测干扰信号的功率P。

例如，在UMTS中，在干扰信号对应于下行链路公共物理信道CPICH的情况下，可以根据估测信道脉冲响应

把功率P_CPICH计算成： $P_{\mathrm{CPICH}}={\∫\left|\hat{h}\left(t\right)\right|}^2\mathrm{dt}$

实际中，用一个离散累加和来代替积分。

在UMTS中，通常根据公式 $\hat{h}\left(t\right)=\underset{p=0}{\overset{N_p-1}{\mathrm{\Σ}}}\widehat{{\mathrm{\α}}_p}p(t-\widehat{{\mathrm{\τ}}_p})$ 估测信道脉冲响应，其中p(t)包含所有传输和接收滤波器的成分并且被规格化以便其能量为1，

是第p个路径的复振幅，而 是第p个路径的延迟。在这种情况下， $P_{\mathrm{CPICH}}=\underset{P=0}{\overset{N_p-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left|{\mathrm{\α}}_p\right|}^2$ 。

所以如图2或3的例子所示，一个接收器还可以包括：

-根据一个关于上述估测干扰信号的功率的函数控制上述执行减法操作的装置(10或10′)的装置12或12′。

此外，在图解的例子中，装置12，或12′包括：

-确定上述至少一个估测干扰信号的功率P的装置13或13′，

-在下列准则成立的情况下允许进行上述减法操作的装置14或14′：

P＞α.I

其中α是一个预定参数，并且I是一个基准功率，例如接收信号的估测总干扰功率或总功率。

应当注意，不仅是基于本发明的干扰消除，这种准则可以适用于任何类型的干扰消除。

还应当注意，在所公开的例子中，h(t)不只包含传输信道的信道脉冲响应，而且包含传输和接收滤波器的成分，以及信号c(t)的发送功率(如果发送若干个信号，针对一个发送信号的功率对h(t)进行规格化处理，在所讨论的例子中该信号是CPICH)。实际上，在这个例子中，c(t)表示在传输滤波器和功率放大器之前的发送信号。更一般地，c(t)可以乘以任何指定系数并且同时h(t)除以相同的系数，只要保持c(t)*h(t)不变。

此外，通常以数字方式，即通过一个采样信号(并且不是一个连续信号)计算c(t)*h(t)。所以针对发送信号的样本进行计算，通常每隔T_c/e对信号进行一次采样，其中T_c是码片周期而e是过采样系数(e是一个整数)。

Claims (8)

1．一个CDMA移动无线通信系统接收器，该接收器接收由对应于一个发送信号的不同传播路径的不同信号或路径信号叠加而成的信号，而上述发送信号是由对应于传送不同发送信息的不同信道的不同信号或信道信号叠加而成的信号，在利用上述不同传播路径恢复一个指定信道传送的发送信息之前上述接收器包括：

-估测至少一个接收信道信号或干扰信号的装置(6,9,11,9′)，上述信号由对应于一个发送信道信号的不同传播路径的不同路径信号叠加而成，而上述发送信道信号对应于至少一个不同于上述指定信道的信道，

-从上述接收信号中减去上述至少一个估测干扰信号的装置(10,10′)。

2．如权利要求1所述的接收器，其中上述指定信道是一个下行链路专用信道并且上述至少一个不同于上述指定信道的信道是一个下行链路公共信道。

3．如权利要求1或2中任何一个所述的接收器，其中估测上述至少一个干扰信号的上述装置包含：

-估测传输信道的信道脉冲响应h(t)的装置(6)，上述装置提供一个估测

-计算

的装置(9)，其中c(t)是对应于上述至少一个不同于上述指定信道的信道的发送信道信号，而*是卷积操作符，上述装置提供上述干扰信号的一个估测

。

4．如权利要求1所述的接收器，其中估测上述至少一个接收信道信号的上述装置包含：

-估测传输信道的信道脉冲响应h(t)的装置(6)，上述装置提供一个估测

-估测对应于上述至少一个不同于上述指定信道的信道的发送信道信号c(t)的装置(11)，上述装置提供一个估测

-计算

的装置(9′)，其中*是卷积操作符，上述装置提供上述干扰信号的一个估测

。

5．如权利要求1至4中任何一个所述的接收器，其中还包括：

-根据一个关于上述估测干扰信号的功率的函数控制上述执行减法操作的装置(10或10′)的装置(12或12′)。

6．如权利要求5所述的接收器，其中上述装置(12,12′)包括：

-确定上述至少一个估测干扰信号的功率P的装置(13或13′)，

-在下列准则成立的情况下允许进行上述减法操作的装置(14或14′)：

P＞α.I

其中α是一个预定参数而I是一个基准功率。

7．一个CDMA移动无线通信系统设备，其中包含一个如权利要求1至6中任何一个所述的接收器。

8．一个CDMA移动无线通信系统用户设备，其中包含一个如权利要求1至6中任何一个所述的接收器。