CN1453941A - 无线电系统的接收机内的干扰消除 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种扩频系统内的接收机,其包括用于接收扩频信号的接收装置(500)。所述接收机包括干扰消除装置(502),该干扰消除装置(502)被配置为在一个或多个干扰消除阶段中,从所接收的扩频信号中消除多用户干扰和外部干扰。本发明还涉及一种扩频系统内的干扰消除方法。
Description
技术领域
本发明涉及无线电系统的接收机内的干扰消除。
背景技术
移动通信系统与用户数量与日俱增,移动通信系统必然越来越经常地位于彼此的频带附近,即系统之间的保护频带必然会缩小。不可避免的结果是无线电系统相互引起的干扰将日益增加,这在设计系统时应当考虑。这种情况可由图1示出,其中两个无线电系统在同一地理区域内操作。基站收发器100属于第一无线电系统,并服务于终端设备104。而基站收发器102属于第二无线电系统,并服务于终端设备106。位于基站收发器100的覆盖区110内的终端设备106远离服务其的基站收发器102,这意味着必须使用高传输功率。使用低传输功率的终端104的传输经受属于第二系统的终端设备106的传输所引起的显著干扰。
在宽带接收机内,可通过使用FFT(快速傅里叶变换)、TFD(时频分配)或自适应滤波器来消除外部干扰,比如信号能量从相邻系统渗漏。已知干扰消除技术方案通常要求干扰信号应可易于检测到。如果ISR(干扰-信号比)为20dB数量级,或是SNR(信噪比)为10至20dB数量级,则外部干扰消除算法的性能通常就已足够。但在许多操作情况中,外部干扰微弱,干扰信号比为1dB数量级,在这种情况下,用于消除外部干扰的外部干扰消除算法的性能严重不佳。此外,在许多操作情况中噪音强烈,因而很难从噪音中检测到信号。
发明内容
因此,本发明的目的是公开一种用于在无线电系统内接收扩频信号的改进方法,该方法包括在无线电系统的接收机处接收包括用户信号的扩频信号。该方法包括使所接收的扩频信号经历一个或多个干扰消除阶段,所述干扰消除阶段包括一个或多个多用户干扰消除阶段以及一个或多个外部干扰消除阶段。
本发明还涉及一种扩频系统内的接收机,该接收机包括用于接收扩频信号的接收装置。所述接收机包括被配置为在一个或多个干扰消除阶段内,从所接收的扩频信号中消除多用户干扰和外部干扰的干扰消除装置。
因此,本发明涉及一种用于在无线电系统内接收扩频信号的方法和接收机。该技术方案例如适用于在其地理操作区域内以及相邻或重叠操作频带内具有第二无线电系统的接收机。这种情况例如发生在第二代GSM/1900(全球移动通信系统)系统与基于WCDMA(宽带码分多址)标准的第三代UMTS(通用移动电信系统)系统都在大约1900MHz的频率区域范围内操作时。例如,如果正在检查的通信系统为UMTS,则由该系统的用户相互引起的干扰被称为多用户干扰,所述的多用户干扰的一部分从用户自己的小区始发,一部分从相邻小区始发,而GSM信号被称为外部干扰。由于必须在基站收发器接收机处检测用户自己小区的所有用户,从而使得用户自己小区的用户已知,所以可以消除来自该小区的多用户干扰。
将被检测的信号例如是WCDMA(宽带CDMA)系统的扩频信号,该信号包括由不同用户的若干扩频码所扩频的用户信号。所述系统也可能是混合系统,例如是使用码分多址与时分多址方法的系统。
在本发明的技术方案中,所接收的扩频信号经历多用户干扰和外部干扰消除进程。在一个实施例中,在执行外部干扰消除之前执行多用户干扰消除。这在干扰信号比(ISR)较低的情况下尤为有利,因为在将被检测信号的影响被降低时,用于消除外部干扰的算法具有更佳的性能。在一个实施例中,在消除多用户干扰消除之前消除外部干扰。这在其中信噪比(SNR)较低的所接收信号内包括强干扰的情况下尤为有利,因为在已消除外部干扰之后,用于消除多用户干扰的方法具有更佳的性能。
在扩频系统中,接收机例如是瑞克型接收机,其中可分配唯一支路,即指状元件来接收每一多径分量。本发明的接收机例如被实施在移动通信系统的基站收发器内,其中使用该系统的用户的扩频码已知,因而能够消除多用户干扰。
本发明的技术方案能够实现信号接收内的良好性能,这在经受来自相邻、第二无线电系统的微弱干扰或是强烈噪音的无线电系统内非常重要。
附图说明
以下将结合优选实施例,并参照附图来更为详细地描述本发明,在附图中:
图1示出了上述的涉及两个相邻无线电系统的情况,
图2示出了本发明的优选实施例,
图3示出了并行干扰消除的操作原理,
图4示出了瑞克接收机的实施例,
图5示出了接收机的优选实施例,以及
图6示出了接收机的优选实施例。
具体实施方式
以下将参照附图来描述本发明。图2示出了所述方法的优选实施例。在接收机处接收202到扩频信号。首先,在一个或多个干扰消除阶段内从所接收的扩频信号中消除多用户干扰。用于消除多用户干扰的方法例如可能是并行干扰消除PIC、串行干扰消除SIC或两者的组合,或是相应的已知方法。就性能与复杂性而言,单级PIC有时可能是可用的接收机类型。但实际上,可能会有两个或三个阶段,因为至少直到三个阶段,将从用户信号中生成的信号估计方得到改善。并行干扰消除的一个阶段通常包括以下阶段:解扩频用户信号、生成用户信号估计、重新生成用户信号以及生成残留信号。
原则上,方法步骤206中所描述的PIC方法内的残留信号生成至少可以两种不同的方式来实现:一种方式包括从所有用户的用户信号中生成组合信号,所述组合信号被从所接收的扩频信号中减去。如此生成的残留信号被送至下一干扰消除阶段,其中用户信号被根据所述残留信号重新解扩频。所述重新解扩频后的信号被特定于用户和支路地加入在前一阶段生成的特定于用户和支路的信号。在第二种方式中,所述残留信号被生成,从而使得在特定用户信号的检测中,除了将被检测用户信号之外的用户信号被组合为组合信号,并被从所接收信号中减去,以生成残留信号。所述用户信号被根据所述残留信号检测,且在前一阶段内生成的所述用户信号被加入如此提供的信号。在一个实施例中,该过程并不从多用户干扰消除例行程序移至外部干扰消除例行程序,直至ISR超过预设门限值。就用于外部干扰消除的算法的最优性能而言,将被设置的所述门限值可能是20dB,但所述门限值显然也可能被设置为不同的值,这如取决于接收环境。
通过使用盲干扰消除,并利用FFT、TFD或自适应滤波器从所述残留信号中消除208外部干扰。在一个实施例中,该过程从步骤208返回到步骤204,在这种情况下,步骤204至208构成一个将被重复一次或若干次的迭代过程。
因此,所述方法可被以若干种可选的方式来实施。在一个实施例中,所接收信号经受一个多用户干扰消除阶段,因而可以实现从残留信号中消除外部干扰,换言之,多用户干扰消除与外部干扰消除从而在同一迭代过程内。在另一实施例中,用户信号在一个或多个干扰消除阶段内全部经历多用户干扰消除进程。如此得到的清除了多用户干扰的信号被送至外部干扰消除。结束阶段230描述了退出上述的迭代干扰消除过程,即当用户信号的质量依据已知准则已足够好时,所述过程可能会继续进行其它用户信号处理过程。
在图2中,步骤212至216描述了本方法的实施例。在方法步骤212中,从所接收的扩频信号中消除外部干扰。清除了外部干扰的所述信号被送至步骤214内的多用户干扰消除。外部干扰消除与多用户干扰消除可能在同一迭代过程内。多用户干扰消除本身也可能包括若干干扰消除阶段。在一个实施例中,在信噪比(SNR)被成功地升至预设门限值以上之后,所述过程从外部干扰消除移至多用户干扰消除。信噪比的这种门限值的一个实例比如是10dB,但所述门限值显然可被设置为不同的值,这如取决于接收环境。
以下将描述根据优选实施例的设备技术方案,在此之前先回顾移动通信系统原理的相关部分。在移动通信系统中,移动通信网络和移动站之间的信息是利用数据传送资源来传递的。移动通信网络的数据传送资源可以不同的方式来确定,取决于系统的多址方法。在使用频分多址(FDMA)方法的无线电网络中,基于将被使用的频率而将用户相互分开。在使用时分多址(TDMA)方法的无线电网络中,若干用户可能在同一频带上通信,其中通过使用时分而将用户相互分开,由用户发射或接收的信息被划分为时隙。在使用码分多址(CDMA)方法的无线电系统中,若干发射和接收站同时在同一无线电频谱频带上通信。在将被使用的连接的持续时间内为每一用户保留了扩频,用以扩频用户基带信号内所包括的信息。也可能通过组合多址方法来实施无线电系统,例如在基于TDMA和CDMA多址方法的复合系统内,借助扩频码将在每一时隙内通信的用户相互分开。
上述多址方法都无法保证用户与移动通信网络之间理想的、无干扰的无线电连接。例如,在TDMA系统中,在相邻时隙以及移动通信系统的相邻小区内通信的用户引起相互干扰。而在CDMA系统中,缺点是在同一频带上操作的用户相互引起对于传输的干扰,这归因于扩频码的非正交性以及发射机之间缺乏同步。除了用户引起的相互干扰之外,例如还会由环境地形引起对于无线电路径上的信息传输的干扰。在多路传播装置中,用户信号在传播时被从若干不同对象反射,从而使得接收机接收同一信号的若干被不同延迟的分量。信号的多径分量在信号被从两个相邻对象反射时可能会引起衰落。在相邻频带甚至是同一频带上操作的另一无线电系统也可能引起对于无线电传输的干扰;这是用户数量的增加以及利用频率范围的强度的最终增加所导致的结果。这种技术方案的实例是将第二和第三代移动通信网络置于同一频带上。
将移动通信网络置于同一频带上通常意味着必须在包括干扰的环境内接收所需信号。例如在WCDMA无线电系统中,基站收发器使用基于经过一个或多个天线而发生的接收的瑞克接收机。在所述瑞克接收机中,可以通过接收被组合的若干不同延迟分量来利用多径传播,以实现最佳的用户信号检测。所述瑞克接收机包括被称为支路或指针的相关器。每一支路都被用于使一个多径分量相关,从而提供对应于特定分量的信号分量。最后,从不同支路中得到的信号分量被组合为用户信号。对于瑞克接收而言,通常为无线电信道形成延迟简表,即脉冲响应。例如可使用匹配的滤波器(MF)来形成所述脉冲响应。所述匹配滤波器例如被用在导频信道上或被用于无线电突发的导频内所接收的信息。导频符号是接收机与发射机已知的一组符号,它们使得信息的接收机能够估计所使用无线电信道的质量,因为接收机知道所接收信息应包括的内容。在所述匹配滤波器内,与所接收信号和用户编码的卷积被计算,例如每次半个扩频码码片,且接收功率被测量。这样能够为所接收用户信号的多径分量形成脉冲响应模式,所述脉冲响应模式包括关于信号功率以及多径分量的延迟的信息。最强的多径分量被分配给瑞克支路。
图3示出了并行干扰消除的一般原理。接收机在第一检测阶段中接收宽带组合信号300。该信号被送至相关器304至308,所述相关器借助用户的扩频码将用户信号解扩频。在相关器304内,例如用户1的用户信号被解扩频,与此同时,用户2和3的用户信号相应地被在相关器306至308内解扩频,所述相关器可被认为构成包括若干相关器的相关器组。在第一检测阶段内,根据扩频信号300为每一用户形成了第一符号估计,所述第一符号估计被送至第一干扰消除阶段信号的再生器310至314。在所述再生器310至314内,使用用户的扩频码与用户信号估计来重新生成用户信号,即重新扩频用户信号。例如在再生器310内,使用第一用户的扩频码以及所述检测阶段内形成的符号估计来扩频第一用户的信号。
在所述接收机内使用并行干扰消除而扩频的用户信号在加法器316至320内被组合为多用户干扰信号。例如就用户1而言,用户2和3的信号构成多用户干扰信号,再生器312至314的输出因而被送至加法器316。作为加法器316的输出而得到的干扰信号被送至减法器322,在所述减法器内,所述的多用户干扰信号被从延迟单元302所延迟的组合信号300中减去。得到作为减法器322的输出的残留信号,该残留信号被送至下一解扩频与重新生成阶段。将扩频所述残留信号时提供的残留相关值加入第一检测阶段的相关值能够实现改善的相关值,这被用于指定的用户信号估计的生成。生成残留信号的第二种方法可能是将再生器310至314的输出加入组合信号,它们可能将全部被从所接收的扩频信号中减去。在下一干扰消除阶段中,所述残留信号可能会被用作依据其检测用户信号的输入。在所述第一阶段内生成的用户信号被加入如此检测的信号。
就相关器与用户信号估计的生成而言,图4描述了未涉及干扰消除功能性的瑞克接收机的基本原理。常规WCDMA接收机一般包括若干支路,每一支路都负责监控所接收用户信号的一个多径分量。鉴于移动站的移动性质,基站收发器与移动站之间的传播环境经常变化,且多径传播信号的强度与数量随着移动站的位置而改变。在接收机中,信号由一个或多个天线接收机接收,且在射频部分之后,所述信号被传送至模数转换器,借助该转换器可得到由QPSK调制所调制的信号,所述信号具有相互分离的I和Q支路。
在搜索支路中,为A/D转换器内所取样的信号寻找多径分量,脉冲响应的生成例如已被实施为匹配滤波器400。存在于搜索支路内的相关器400在连接建立阶段中尝试同步由扩频码扩频的导频比特,以形成脉冲响应。在所述搜索支路中,一个相对长的匹配滤波器400用于将被接收的信号,以便能够尽快发现扩频码的正确相位。
所述搜索支路还包括分配装置402,其根据匹配滤波器400内所形成的脉冲响应来确定不同信号分量的延迟,并分配将由接收机的支路404A至404C监控的分量。所述分配装置402根据信道的脉冲响应来识别最强的多径分量,且如果在信道的脉冲响应内发现比旧的多径分量更强的多径分量,则执行支路404A至404C的再分配。也可以每隔一段时间即执行支路404A至404C的再分配。
每一支路404A至404C都包括相关器304和代码生成器408,其用于将用户信号的一个多径分量解扩频。信道估计器410将导频符号用于估计信道状态,其结果是可通过使用相位转子412将信道从所接收符号中消除。信号的延迟由延迟单元414纠正,这使得不同支路内接收的信号能够被校准为相互同相。接收机的合路器416将不同支路404A至404C内接收的信号组合起来,以实现防止信道衰落的多径分集。在典型的瑞克接收机内,发生在码片电平上的处理被实施为ASIC(专用集成电路),例如相关器、代码再生器以及匹配滤波器,而发生在符号电平上的处理则被实施为DSP(数字信号处理),例如信道估计、相位旋转以及组合。
图5描述了根据优选实施例的接收机。所述接收机包括用于接收扩频信号的接收装置500。所述接收装置例如包括一个或多个接收天线、射频部分以及A/D转换器。所取样的信号被从所述接收装置送至干扰消除装置502。所述干扰消除装置502包括用于在一个或多个阶段内重复干扰消除的重复装置516。干扰消除装置内所接收的信号被送至多用户干扰消除装置506,在所述的多用户干扰消除装置内,至少一些所接收信号内所包括的多用户干扰被消除。
从用户信号中生成并被至少部分地清除了多用户干扰的组合信号被送至减法器508,在所述减法器508中,组合信号被从所接收的扩频信号中减去,以形成残留信号。所述残留信号被送至外部干扰消除装置510,所述外部干扰消除装置510从所述残留信号中消除外部干扰,例如由GSM系统所引起的对于WCDMA系统的干扰。外部干扰消除装置510生成作为输出信号第二残留信号,所述第二残留信号被送至组合装置512,延迟装置内所延迟的用户信号也被送至组合装置512。所述组合装置512的输出信号被送至信道解码或是新一轮干扰消除。
图6描述了一个设备技术方案的实施例。在所述实施例中,所接收信号首先被送至实施例如FFT干扰消除的外部干扰消除装置510。包括外部干扰的信号被送至减法器600,在所述减法器内将外部干扰从延迟单元504中延迟的所接收信号中消除。得到作为所述减法器600的输出的残留信号,所述残留信号被送至多用户干扰消除装置506。所述外部干扰消除和多用户干扰消除可能被迭代地实施,在这种情况下,重复装置516可能将干扰消除后的信号送至新一轮干扰消除。
本发明例如可通过提供所需功能的硬件技术方案来实施,或是通过利用独立的逻辑分量来实施,所述的所需功能例如是ASIC(专用集成电路)。也可能借助软件以接收机的通用处理器来实施本发明。
尽管以上已参照实例并根据附图描述了本发明,但本发明显然并不仅限于此,可在所附权利要求书内公开的发明构思的范围内以多种方法对其进行修改。
Claims (16)
1.一种用于在无线电系统内接收扩频信号的方法,包括:
在所述无线电系统的接收机中接收(202)包括用户信号的扩频信号,
其特征在于,
使所接收的扩频信号经历(204至214)一个或多个干扰消除阶段,所述干扰消除阶段包括一个或多个多用户干扰消除阶段以及一个或多个外部干扰消除阶段。
2.如权利要求1的方法,其特征在于,在所述干扰消除阶段中,在执行所述外部干扰消除阶段之前执行所述一个或多个多用户干扰消除阶段。
3.如权利要求2的方法,其特征在于,在所述接收机中执行多用户干扰消除阶段,直至干扰-信号比(ISR)超过预设门限值。
4.如权利要求1的方法,其特征在于,在所述干扰消除阶段中,在执行所述的多用户干扰消除阶段之前执行所述一个或多个外部干扰消除阶段。
5.如权利要求4的方法,其特征在于,在所述接收机中执行外部干扰消除阶段,直至信噪比(SNR)超过预设门限值。
6.如权利要求1的方法,其特征在于,所述的多用户干扰消除阶段包括:
将所述用户信号解扩频,以生成用户信号估计;
借助所述用户信号估计重新生成用户信号;
组合重新生成后的用户信号,以生成组合信号;
从所接收的扩频信号中减去所述组合信号,以生成残留信号。
7.如权利要求1的方法,其特征在于,所述的多用户干扰消除阶段包括:
将所述用户信号解扩频,以生成用户信号估计;
借助所述用户信号估计重新生成用户信号;
就每一用户信号的检测而言,将除了特定用户的信号之外的信号组合为多用户干扰信号;
从所接收的组合信号中减去所述的多用户干扰信号,以生成残留信号。
8.如权利要求6或7的方法,其特征在于,将所述残留信号用于最终用户信号估计的生成,或用于所述外部干扰消除阶段,或是用于下一多用户干扰消除阶段。
9.一种扩频系统内的接收机,包括:
用于接收扩频信号的接收装置(500),
其特征在于,所述接收机包括干扰消除装置(502),所述干扰消除装置(502)被配置为在一个或多个干扰消除阶段中,从所接收的扩频信号中消除多用户干扰和外部干扰。
10.如权利要求9的接收机,其特征在于,所述干扰消除装置被配置为在所述干扰消除阶段中,在消除外部干扰之前消除多用户干扰。
11.如权利要求9的接收机,其特征在于,所述干扰消除装置被配置为在所述干扰消除阶段中,在消除多用户干扰消除之前消除外部干扰。
12.如权利要求10的接收机,其特征在于,所述干扰消除装置被配置为在所述干扰消除阶段中,从所接收的扩频信号中消除多用户干扰,直至干扰-信号比(ISR)超过预设门限值,并被配置为在所述干扰消除阶段中,在所述的预设门限值已被超过之后从所接收信号中消除外部干扰。
13.如权利要求10的接收机,其特征在于,所述干扰消除装置被配置为在所述干扰消除阶段中,从所接收的扩频信号中消除外部干扰,直至信噪比(SNR)超过预设门限值,并被配置为在所述干扰消除阶段中,在所述的预设门限值已被超过之后从所接收信号中消除多用户干扰。
14.如权利要求9的接收机,其特征在于,与多用户干扰消除相关的干扰消除装置被配置为:
将用户信号解扩频,以生成用户信号估计;
借助所述用户信号估计重新生成用户信号;
组合重新生成后的用户信号,以生成组合信号;
从所接收的扩频信号中减去所述组合信号,以生成残留信号,所述残留信号将被用于最终用户信号估计的生成,或被用于下一干扰消除阶段。
15.如权利要求9的接收机,其特征在于,与多用户干扰消除相关的干扰消除装置被配置为:
将用户信号解扩频,以生成用户信号估计;
借助所述用户信号估计重新生成用户信号;
就每一用户信号的检测而言,将除了特定用户的信号之外的信号组合为多用户干扰信号;
从所接收的组合信号中减去所述的多用户干扰信号,以生成残留信号,所述残留信号被用于最终用户信号估计的生成,或被用于下一干扰消除阶段。
16.如权利要求9的接收机,其特征在于,所述接收机是根据WCDMA无线电系统的基站收发器接收机,而所述外部干扰至少部分是由GSM系统所引起的干扰。
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