CN1344446A - 在消息传输系统的接收机上获得干扰信息的方法 - Google Patents

Abstract

获得关于干扰特性的信息的问题是在具有Ka接收天线的接收装置中这样解决的,在第一个步骤中首先从天线的接收信号中获得关于有用信号的信息。从不仅包括有用信号而且还包括干扰信号的总的被接收的信号中,和在第一个步骤中获得的关于有用信号的信息中然后在第二个步骤可以获得关于干扰信号的信息。

Description

在消息传输系统的接收机 上获得干扰信息的方法

本发明涉及到具有一个或者多个发送机和至少一个接收机进行无绳数据传输的方法和装置，其中在接收机上获得关于消息传输系统的干扰信息。

当消息传输或者数据传输时希望尽可能不加窜改地传输有用信号，在接收机上除了希望的信号之外尽可能压缩同时在同样频带上存在的干扰或者热噪声。为了抗干扰可以采取目标明确的措施，这要求，尽可能多地知道关于干扰的特性。这些特性除了干扰强度之外例如还有干扰的频谱，相关性以及在接收机上干扰信号的入射方向。

在有些情况下，例如在固定安装的无线传输路段中通过其他固定安装的发送机是潜在的干扰影响，这些发送机从被分析的传输路段方面看不发送有用信号。将这种干扰影响可以按照技术标准通过简单措施例如定向发射和接收进行压缩；在定向通信中常用的一种处理方法。在很多情况下，特别是在移动通信的多用户系统中关于干扰特性的这种信息不是推理知道的。因此不可能毫无问题地采取针对干扰相匹配的抗干扰措施。如果人们从干涉邻接的多用户系统出发，在其中干扰原则上是通过自己系统的其他用户引起的，则干扰信号的时间相关等于所希望的信号的时间相关和因此知道，只要干扰信号是由不同方向射入的就是不相关的。将干扰信号的时间相关的知识在接收机上通过干扰的解相关可以充分利用在改善传输质量上。

作为第三代移动通信系统的例子TD-CDMA[1]使用混合的多次存取方法FDMA/TDMA/CDMA(频分多址/时分多址/码分多址)。当数据检测时可以考虑干扰信号的时间相关。没有充分利用关于干扰相关特性的例子是空气接口方案WCDMA(宽带CDMA)[2，3]，这同样被建议作为第三代移动通信系统和是以混合的多次存取方法FDMA/CDMA为基础的。

相当于当代技术水平传输方法中的缺点是它们不能或者只能在很局限的范围内获得关于被接收干扰的信息和因此不能在所期望的程度上使用这些信息去改善传输质量。例如不可能获得干扰的方向信息。如果人们使用多天线接收机，例如可以在使用成组天线时产生方向图，方向图目标明确地对于某些方向有比较少的获益，在这些方向在接收机上出现强干扰信号，使接收方有用功率与干扰功率之比变得最大。然而此外要求知道干扰方向，这在按照当代技术水平的系统中是不可能获得的。

而且在上述考虑下作为推理假设已知的干扰的时间相关，例如在TD-CDMA时，不涉及得到关于干扰的信息。使用关于干扰的推理知识特别是在移动通信中是有问题的，因为由于通常不可预知的移动站空间位置始终随着时间变化瞬间的干扰特性可以与推理假设有非常大的偏差。

而且干扰信号不相关的上述先决条件，这些干扰信号在接收机上不同方向出现的，一般来说不能得到满足。干扰源信号在不同延迟的多个路径上向接收机传播和/或在接收机地点从干扰源来的不同的入射方向，则由于干扰信号在接收机地点的重叠产生的干扰信号之和与单个的干扰信号相比有另外的时间相关和因此也将另外的时间相关作为推理假设的有用信号。

获得关于特性信息的问题是通过按照本发明的方法用权利要求1叙述的方法解决的，其中是从Ka接收天线出发的。在其中在第一个步骤中首先从天线接收信号中获得关于有用信号的信息。从整个被接收的信号中不仅包含有用信号而且包含干扰信号，和在第一个步骤中获得的关于有用信号的信息于是可以在第二个步骤中获得关于干扰信号的信息。

按照本发明方法的扩展按照权利要求2，4和5关于干扰信号的信息例如通过被接收有用信号的一个近似的重建和通过随后从整个接收信号中减去被重建的有用信号获得关于干扰信号的信息。因此这种扩展得出在Ka接收天线上的干扰时间函数 ${\underset{\‾}{\overset{^}{n}}}^{\left(\mathrm{ka}\right)}\left(t\right),\mathrm{ka}=1..\mathrm{Ka}$ 的一个估算。

按照本发明的其他有益的实施形式是叙述在子权利要求8，9和10中。用在上面求出的估算 ${\underset{\‾}{\overset{^}{n}}}^{\left(\mathrm{ka}\right)}\left(t\right)$ 可以得出 ${\underset{\‾}{\overset{^}{R}}}_n^{(l,m)}\left(\mathrm{\τ}\right)=E\{{\underset{\‾}{\overset{^}{n}}}^{\left(l\right)}\left(t\right)\·{\underset{\‾}{\overset{^}{n}}}^{\left(l\right)}*(t+\mathrm{\τ})\}l,m=1..\mathrm{Ka}---\left(1\right)$ 在天线上起作用的干扰信号的时间共变函数。对于Ka接收天线此外可以在考虑干扰功率σ2的情况下，干扰功率是可以由被估算的干扰信号中求出的，求出大小为Ka×Ka的规整的空间共变矩阵。 ${\underset{\‾}{\overset{^}{R}}}_s=\frac{1}{{\mathrm{\σ}}^2}\left[\begin{array}{cc}E\{{\underset{\‾}{\overset{^}{n}}}^{\left(1\right)}\left(t\right)\·{\underset{\‾}{\overset{^}{n}}}^{\left(1\right)}*\left(t\right)\}& E\{{\underset{\‾}{\overset{^}{n}}}^{\left(1\right)}\left(t\right)\·{\underset{\‾}{\overset{^}{n}}}^{\left(\mathrm{Ka}\right)}*\left(t\right)\}\\ E\{{\underset{\‾}{\overset{^}{n}}}^{\left(2\right)}\left(t\right)\·{\underset{\‾}{\overset{^}{n}}}^{\left(1\right)}*\left(t\right)\}& E\{{\underset{\‾}{\overset{^}{n}}}^{\left(2\right)}\left(t\right)\·{\underset{\‾}{\overset{^}{n}}}^{\left(\mathrm{Ka}\right)}*\left(t\right)\}\\ E\{{\underset{\‾}{\overset{^}{n}}}^{\left(\mathrm{Ka}\right)}\left(t\right)\·{\underset{\‾}{\overset{^}{n}}}^{\left(1\right)}*\left(t\right)\}& E\{{\underset{\‾}{\overset{^}{n}}}^{\left(\mathrm{Ka}\right)}\left(t\right)\·{\underset{\‾}{\overset{^}{n}}}^{\left(\mathrm{Ka}\right)}*\left(t\right)\}\end{array}\right]---\left(2\right)$ 当传输脉冲形状的数据时和接收方数字信号处理时作为信号出现时间离散的扫描值，由于无线数据块结构(脉冲结构)将这些信号可以分成为有限的数据块。如果将用户信号用脉冲方式进行检测，这样就足够求出关于干扰的脉冲方式的信息。按照本发明的方法在权利要求2，4和5的扩展中将在单个天线上被估算的干扰信号可以表示为矢量，因为这些干扰信号是时间离散的和时间受限制的， ${\underset{\‾}{\overset{^}{n}}}^{\left(\mathrm{ka}\right)}={({\underset{\‾}{\overset{^}{n}}}_1,{\underset{\‾}{\overset{^}{n}}}_2...{\underset{\‾}{\overset{^}{n}}}_{\mathrm{WB}})}^T,\mathrm{ka}=1..\mathrm{Ka}---\left(3\right)$ ，其中 ${\underset{\‾}{\overset{^}{n}}}_i,i=1..\mathrm{WB},$ WB是一个脉冲上的干扰信号的扫描值。按照权利要求8，9和10的本发明方法的扩展因此导致有限的时间离散的共变函数。

在求出共变函数时代替形成期望值，共变函数关于被估算的干扰的扫描值要求一个无限的平均值，在实际系统上求时间平均值必须是有限的。在预先确定的脉冲数目Z上求时间平均值。在移动无线系统情况Z是视移动站位置的变化速度而定的。如果移动站的位置从脉冲到脉冲变化很大，则Z必须选择等于1。在另外的情况下Z可以大于1。如果人们将Z矢量按照公式(3)在Ka天线上按照 ${\underset{\‾}{\overset{^}{N}}}_t^{\left(\mathrm{ka}\right)}={({\underset{\‾}{\overset{^}{n}}}_1^{\mathrm{Ka}},{\underset{\‾}{\overset{^}{n}}}_2^{\mathrm{Ka}}...{\underset{\‾}{\overset{^}{n}}}_2^{\mathrm{Ka}})}^T,\mathrm{ka}=1..\mathrm{Ka}---\left(4\right)$ 排列成各自为WB×Z-矩阵，则可以依赖于(1) ${\underset{\‾}{\overset{^}{R}}}_n^{(l,m)}=\frac{1}{Z}\·{\underset{\‾}{\overset{^}{N}}}_t^{\left(l\right)}\·{\underset{\‾}{\overset{^}{N}}}_t^{\left(m\right)*T},l,m=1..\mathrm{Ka}----\left(5\right)$ 形成时间共变矩阵的估算。对于整个共变矩阵的估算于是适用将在Ka天线上的实际干扰矢量n ^(ka)(t)，ka＝1..Ka，可以按照(3)从属于被估算的干扰矢量 ${\underset{\‾}{\overset{^}{n}}}^{\left(\mathrm{ka}\right)}\left(t\right),\mathrm{ka}=1..\mathrm{Ka},$ 和综合为总干扰矢量 ${\underset{\‾}{n}}^{\left(\mathrm{ka}\right)}={({\underset{\‾}{n}}^{\left(1\right)T},{\underset{\‾}{n}}^{\left(2\right)T}...\underset{\‾}{n^{\left(\mathrm{Ka}\right)T}})}^T---\left(7\right)$ 因此得出干扰的实际总共变矩阵为 ${\underset{\‾}{R}}_n=E\left\{{\underset{\‾}{\mathrm{nn}}}^{*T}\right\}---\left(8\right)$

当假设在接收地点从不同方向出现的干扰信号没有相关性时，可以将实际的总共变矩阵按照(8)的 Rn分成为一个空间的共变矩阵Rs和一个时间的共变矩阵 Rn，这些对于在Ka接收天线上的所有接收信号是相等的，则得出：

    R _n＝ R _s R _t.               (9)如果只获得空间共变矩阵的估算 时，则人们从Ka×Z WB-矩阵出发 ${\underset{\‾}{\overset{^}{N}}}_s=\left[\begin{array}{cccc}{\underset{\‾}{\overset{^}{n}}}_1^{\left(1\right)T}& {\underset{\‾}{\overset{^}{n}}}_2^{\left(1\right)T}& ..& {\underset{\‾}{\overset{^}{n}}}_Z^{\left(1\right)T}\\ ..& ..& ..& ..\\ {\underset{\‾}{\overset{^}{n}}}_1^{\left(\mathrm{Ka}\right)T}& {\underset{\‾}{\overset{^}{n}}}_2^{\left(\mathrm{Ka}\right)T}& ..& {\underset{\‾}{\overset{^}{n}}}_Z^{\left(\mathrm{Ka}\right)T}\end{array}\right]---\left(10\right)$ 和确定被寻找的估算

按照 ${\underset{\‾}{\overset{^}{R}}}_s=\frac{1}{Z\·\mathrm{WB}}\·{\underset{\‾}{\overset{^}{N}}}_s\·{\underset{\‾}{\overset{^}{N}}}_s^{*T}-----\left(11\right)$

用本发明的方法可达到的重要优点在于，代替关于期待的干扰可能有错误的推理信息将关于干扰的信息从实际的接收信号中得出和因此始终可以现实化。另外的优点在于有可能获得不仅关于干扰的空间的相关特性而且也获得关于干扰的时间的相关特性。

将这些信息可以或者，根据信号处理的算法，直接利用在从接收信号中干扰压缩地估算有用信号上，或者从关于干扰空间相关特性的信息中得出关于干扰入射方向的信息。在多天线接收机时可以将接收机上关于干扰入射方向的信息或者关于干扰空间相关特性的信息使用在生成方向图上，干扰目标明确地在某个方向有比较小的获益，从中在接收机上出现强干扰，这样接收方有用功率与干扰功率之比变得最大。

目前的分析关系到接收机方面。在多工系统中每个接收机与发送机是成对的。如果人们为了接收和发送而使用多天线系统，则可以将按照上述方法获得的关于被接收的干扰信息使用于，在发送情况下用有益的方法控制天线。其中的基本思路是自己信号的一个发送机在强干扰信号入射的那些方向，趋向于在其他的接收机上造成强干扰。一般来说当使用多天线时则与被分析的传输系统无关将接收机方的主干扰方向的知识使用在发送上，将尽可能小的发送信号功率向主干扰方向传播，以便从系统方面来看减少干涉。

作为实施例下面借助于TD-CDMA-移动无线系统上行路段的时间离散模型介绍可能实现按照本发明方法获得关于干扰的信息。此外关于这个显示了，如何将获得的信息可以使用在改善传输质量上。使用在其他传输系统上同样属于本发明范围。

在附图1上表示了相应的接收系统。从这里出发，K移动用户同时在同样的频带和时隙上传输和用户信号通过用户专用的CDMA-编码是分开的。

被发送的脉冲是由两个数据块和安排在两个数据块之间的中间部分组成的，中间部分使接收方的信道评估成为可能。下面当叙述数据检测时只分析脉冲的第一个数据块。相应的分析适合于第二个数据块。按照[4]可以列出一个系统矩阵A，不仅K用户的K*Ka信号脉冲响应与接收天线Ka之比而且发送机方信号产生的方式进入这个系统矩阵。包含K用户数据块的全部数据矢量 d，和全部干扰矢量n共同产生全部的接收信号矢量 e e＝ Ad+ n                      (12)

e包括在所有Ka天线的接收信号的扫描值，这些反馈到被发送脉冲的第一个数据块上。如果首先在第一个步骤中将信道评估器1中的信道评估和将共同检测器2中的用户信号[4]的共同检测借助于被干扰的接收信号 e进行。对于所有用户的数据评估在TD-CDMA-系统中使用算法，人们可以将按照(8)的整个共变矩阵的知识代入这个算法。

这种算法的一个例子是零-力(Forcing)-算法。在系统中按照当代技术水平在一个天线-或者多天线接收机上是从以下情况出发的，时间的共变矩阵 Rt可以直接从发送信号的频谱形式中求出。下面用 Rt代表这个共变矩阵。当数据检测时考虑这个矩阵 Rt，虽然在接收地点干扰信号的实际的时间相关由于干扰源干扰的多路径传播与假设的时间相关可以有差别。

在多天线接收机的按照当代技术水平的系统上在数据检测和/或在信道评估时不考虑干扰的空间相关，也就是说将共变矩阵 Rs用Ka×Ka-单元矩阵I^(ka)代替。因此按照当代技术水平的系统用零-力-算法的意义上不会产生最佳的数据检测。用按照本发明方法数据评估和信道评估可以通过由于在每个天线上被接收干扰估算的干扰的共变矩阵 Rn的前面的估算而得到改善，见附图1。

为了估算干扰首先对或多或少数目的被接收的脉冲进行传统的数据检测，其中人们将按照(8)的共变矩阵 Rn在使用矩阵

况下代替矩阵 ${\underset{\‾}{R}}_n=I^{\left(\mathrm{Ka}\right)}\⊗{\underset{\‾}{\overset{~}{R}}}_t----\left(13\right)$ ，人们获得被发送数据的一个估算， $\underset{\‾}{\overset{^}{d}}={\left({\underset{\‾}{\overset{^}{A}}}^{*T}{{\underset{\‾}{R}}_n}^{-1}\underset{\‾}{\overset{^}{A}}\right)}^{-1}{\underset{\‾}{\overset{^}{A}}}^{*T}{{\underset{\‾}{R}}_n}^{-1}\underset{\‾}{e}----\left(14\right)$ 这借助于将被评估的K*Ka信道脉冲响应的信息代入系统矩阵

中，可以使用在近似地重建反馈到有用信号上的接收信号上。 ${\underset{\‾}{\overset{^}{e}}}_d=\underset{\‾}{\overset{^}{A}}\·\underset{\‾}{\overset{^}{d}}----\left(15\right)$ 在信号重建器5上重建

在单元2和5之间可以安排单元3和4(FEC-解码器和FEC-编码器)。对于当发送方信号处理考虑进行FEC-解码情况时，单元3进行接收方的FEC-解码。在单元4上于是为了准确的信号重建将被评估的数据必须进行相应的FEC-编码。通过将按照(15)的被重建的接收信号 与实际的按照(12)的接收信号 e相减可以求出对于全部干扰系数 n按照(7)的一个估算。 $\underset{\‾}{\overset{^}{n}}=\underset{\‾}{e}-{\underset{\‾}{\overset{^}{e}}}_d------\left(16\right)$

从这样获得的单个天线上干扰信号的估算中可以在评估单元6中不仅可以估算出干扰的空间相关特性见(11)，而且也可以估算出干扰的时间相关见(5)，和因此按照(6)估算出干扰的共变矩阵

考虑到被估算的共变矩阵在第二个步骤中可以将在单个天线上接收的信号，如果要求时，不仅进行信道评估的改善而且进行数据评估的改善，其中按照(13)的 Rn用

代替。

目前叙述的处理方法可以交互地连续进行。当假设，干扰情况和因此还有干扰的相关特性在安排的矩阵估算时间间隔期间和在后面的为了估算新的数据安排的时间间隔中，不变化或者变化不大，可以将被估算的共变矩阵

使用在估算新的数据上，以便已经在第一个步骤中达到数据评估的改善。

文献

[1]A.Klein，P.W.Baier：在移动无线系统中利用CDMA建立在线性的万能基础上的数据。IEEE通信领域选集，11卷，1993年1058至1066页

[2]F.Adachi，K.Ohno，A.Higashi，T.Dohi，Y.Okumura：相关的多编码DS-CDMA移动无线存取DS-CDMA移动无线系统，IEICE通信学报，E79-B卷，第9号，1996，1316至1324页

[3]F.Adachi，M.Sawahashi：下一代移动通信系统的宽带多-数据率DS-CDMA。IEEE无绳通信会议文集(WCC 97)，Bouider，1997，57至62页

[4]R.Schmalenberger，J.J.Blanz：数字蜂窝式移动无线系统在下载时多天线C/I的平衡。IEEE媒体技术会议(VTC 97)会议文集，Phoenix，1997，607至611页

Claims (26)

1.具有一个或者多个发送机和至少一个接收机的无绳数据传输方法，在其中

-接收机使用一个或者多个接收天线，

-将关于被接收的干扰信号的信息可以使用在改善数据传输的传输质量上，

其特征为，

-在第一个步骤中从单个天线的接收信号中通过使用第一个信号处理算法获得关于被接收的有用信号的定量信息，

-在第二个步骤中从天线或者单个天线的接收信号中和从获得的关于被接收的有用信号的定量信息中通过使用第二个信号处理算法获得关于被接收的干扰信号的信息。

2.按照权利要求1的方法，

其特征为，

第一个信号处理算法使被传输的有用数据的估算成为可能。

3.按照权利要求1的方法，

其特征为，

第一个信号处理算法使在发送机和接收机之间起作用的无线信道特性的估算成为可能。

4.按照上述权利要求之一的方法，

其特征为，

第二个信号处理算法包括借助于被获得的关于这些信号的定量信息用于重建由接收天线接收的有用信息的算法。

5.按照权利要求1或3的方法，

其特征为，

第二个信号处理算法包括被重建的被接收的有用信号与总接收信号的加权或者不加权的相减。

6.按照上述权利要求之一的方法，

其特征为，

将有用信号连续发送。

7.按照上述权利要求之一的方法，

其特征为，

将有用信号在无线数据包中发送。

8.按照上述权利要求之一的方法，

其特征为，

第二个信号处理算法包括形成被接收的干扰信号的空间共变矩阵。

9.按照上述权利要求之一的方法，

其特征为，

第二个信号处理算法包括形成在单个天线上被接收干扰信号的时间共变矩阵。

10.按照上述权利要求之一的方法，

其特征为，

第二个信号处理算法包括形成被接收的干扰信号的总共变函数。

11.按照上述权利要求之一的方法，

其特征为，

第二个信号处理算法包括关于被接收干扰信号的有限时间平均值的空间的，时间的和/或总共变函数的估算。

12.按照上述权利要求之一的方法，

其特征为，

第二个信号处理算法包括干扰入射方向的估算。

13.按照上述权利要求之一的方法，

其特征为，

第二个信号处理算法包括干扰功率和/或干扰频谱形式的估算。

14.按照上述权利要求之一的方法，

其特征为，

第一个信号处理算法是时间离散和/或数值离散地工作的。

15.按照上述权利要求之一的方法，

其特征为，

第一个信号处理算法是模拟工作的。

16.按照上述权利要求之一的方法，

其特征为，

第一个信号处理算法包括形成被接收的有用信号的空间共变矩阵。

17.按照上述权利要求之一的方法，

其特征为，

第一个信号处理算法在数据传输情况下是建立在单个信号检测原理(单用户检测)基础上的。

18.按照上述权利要求之一的方法，

其特征为，

第一个信号处理算法在数据传输情况下是建立在多信号检测原理(多用户检测)基础上的。

19.按照上述权利要求之一的方法，

其特征为，

第一个信号处理算法在数据传输情况下是建立在搜索-接收机原理基础上的。

20.按照上述权利要求之一的方法，

其特征为，

第一个信号处理算法在数据传输情况下包括接收方的FEC(前误差修正)-解码。

21.按照上述权利要求之一的方法，

其特征为，

第一个信号处理算法是建立在零-力-算法原理基础上的。

22.按照上述权利要求之一的方法，

其特征为，

第一个信号处理算法是建立在最大-可能-估算或者MMSE(最小均方误差)-估算原理基础上的。

23.按照上述权利要求之一的方法，

其特征为，

第二个信号处理算法是时间离散和/或数值离散地工作的。

24.按照上述权利要求之一的方法，

其特征为，

第二个信号处理算法是模拟工作的。

25.按照上述权利要求之一的方法，

其特征为，

将关于被接收的干扰信号的定量信息使用在生成发送方的方向图上。

26.装置，用于执行按照权利要求1的方法。

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