CN1815904A - 一种消除码分多址蜂窝移动通信系统小区间和小区内干扰的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种消除码分多址(CDMA)蜂窝移动通信系统小区间和小区内干扰的方法，主要是对于干扰较大的邻小区接入用户，确定其所用的扰码和信道化码，并估计其信道冲激响应；然后结合期望小区内接入用户分配的扰码和信道化码，以及估计出来的信道冲激响应，进行小区间和小区内的干扰消除，从而达到提高接收性能，增加系统容量的目的。

Description

一种消除码分多址蜂窝移动通信系统小区间和小区内干扰的方法

技术领域

本发明属于通信领域，尤其涉及码分多址(CDMA)蜂窝移动通信系统消除小区间和小区内干扰的方法。

背景技术

CDMA蜂窝移动通信系统是一种干扰受限系统，邻小区干扰(ACI)、多址干扰(MAI)和码间干扰(ISI)是系统干扰的主要来源。对于小区内的MAI和ISI，一般采用多用户检测和均衡技术来消除，而对于ACI，一般都认为其服从高斯分布和噪声一起来抑制。但是，在CDMA蜂窝移动通信系统中，为了克服远近效应，一般都采用了功率控制技术。当邻小区的用户在小区边缘或处于切换状态时，在上行链路中，相对于离基站近的用户，为了满足系统要求需要大的发射功率，大的信号功率对期望小区接收也产生了较大的干扰。在下行链路中，由于用户离邻小区基站距离较近，接收到的邻小区基站的信号也会增大。

在CDMA系统中，扰码用于区分基站，信道化码用于区分用户，扰码和信道化码共同组成了扩频码，在时分双工(TDD)模式下为了便于系统的计算，采用较短的扰码和信道化码，造成了邻小区接入用户的扩频码互相关系数较大，当邻小区用户处于小区边缘或切换状态时，对于本小区的接入用户有较大干扰，严重时即使增加发射功率也不能正常通信。尤其是在大功率情况下，不能简单的将其视为服从高斯分布的变量。因此，有必要将ACI和本小区的MAI、ISI一起进行消除。

发明内容

本发明的目的就是通过确定对本小区干扰较大的邻小区用户的扰码和信道化码以及估计其信道冲激响应，将邻小区干扰用户和本小区接入用户一起进行小区间和小区内的干扰消除处理，从而达到提高接收性能，增加系统容量的目的。本发明适用于时分双工(TDD)模式和频分双工(FDD)模式。

本发明主要是对于干扰较大的邻小区用户，确定其所用的扰码和信道化码，估计其信道冲激响应，结合期望小区接入用户的扰码和信道化码以及估计的信道冲激响应，进行小区间和小区内的干扰消除。具体步骤如下：

1、在网络运营时期望小区和邻近小区分配的扰码已经确定，将邻近小区的扰码及其相关信息存入一个扰码集{s}。

2、在扰码集{s}中，根据扰码及其相关信息确定对期望小区造成较大干扰的邻小区用户的扰码和个数N。

3、对确定的N个干扰用户进行信道估计，得到干扰用户的信道冲激响应。

4、根据确定的干扰用户的扰码和估计得到的信道冲激响应，确定干扰用户分配的信道化码。

5、对期望小区各接入用户进行信道估计，得到各用户的信道冲激响应。

6、根据干扰用户的扰码、信道化码和信道冲激响应，以及期望小区接入用户的扰码、信道化码和信道冲激响应，进行多用户检测，消除小区间干扰和小区内干扰，恢复期望小区各接入用户的数据。

在此步骤中，有三种方案A、B和C可实现。

A：串行干扰消除-联合检测(SIC-JD)方案，对于邻小区的干扰采用串行干扰消除(SIC)，一级串行干扰消除的过程如图8所示。首先对干扰用户进行匹配滤波，然后进行判决，对于判决的信号根据步骤3信道估计得到的幅度和相位响应进行重构，从总的接收信号中减去重构的干扰信号，对步骤2确定的N个干扰用户重复此操作，从总的接收信号中减去N个干扰用户的干扰信号，然后对于小区内的接入用户用联合检测消除MAI、ISI以及剩余的ACI，恢复用户的数据信息。

B：并行干扰消除(PIC)方案，对确定的邻小区的干扰用户和本小区的接入用户一起用PIC方法消除MAI、ISI和ACI，同时恢复干扰用户和期望用户的数据信息。并行干扰消除的步骤如图9所示。首先对邻小区的干扰用户和本小区的期望接入用户进行匹配滤波和判决，然后对于判决的信号根据步骤4信道估计得到的幅度和相位响应进行重构，将除了自身之外的所有用户的重构信号累加，从总的接收信号中减去累加和，然后再进行匹配滤波和判决。并行干扰消除可以进行多级消除，在第i级的判决信号如下所示。

$y_{i,k}=S_k^{T}r-\underset{j\≠k}{\overset{K}{\underset{j=1}{\mathrm{\Σ}}}}{S}_k^T{S}_j{\hat{d}}_{i-1,j}...\left(1\right)$

表示由前一级获得的第j个用户的符号估计值，它可以通过基于判决的非线性过程或基于匹配滤波器的线性过程来获得。在第0级，可以通过匹配滤波器(相关器)来得到。

C：联合检测(JD)方案，根据邻小区干扰用户的扰码、信道化码和信道冲激响应以及期望小区接入用户的扰码、信道化码和信道冲激响应，对邻小区的干扰用户和本小区的接入用户一起进行联合检测，消除MAI、ISI和ACI，恢复干扰用户和期望用户的数据信息。

由于采用上述技术方案，本发明具有以下优点和效果：

本发明对于邻小区的较强的干扰进行小区间干扰消除，提高系统的接收性能。由有无干扰消除的比较可知，将小区间干扰消除和小区内干扰消除结合起来能够显著改善接收性能，从而增加系统容量。

附图说明

图1为两小区接入模型示意图

图2为AWGN信道下的邻小区干扰示意图

图3为AWGN信道下邻小区干扰消除示意图

图4为瑞利衰落信道下邻小区干扰示意图

图5为瑞利衰落信道下邻小区干扰消除示意图

图6为一个突发结构示意图

图7为干扰消除处理流程示意图

图8为串行干扰消除的一级处理示意图

图9为并行干扰消除处理框图

具体实施方式

已知，按照双工方式通信分为频分双工(FDD)系统和时分双工(TDD)系统。两种双工方式各有优缺点，在第三代移动通信标准中FDD和TDD的双工方式都有采用，具体为WCDMA和CDMA2000采用FDD双工方式，TD-SCDMA采用TDD双工方式。本发明可以直接应用于TDD和FDD模式的无线通信系统。本发明中技术方案的详细说明和用图均以TD-SCDMA作为实例进行介绍。

在TD-SCDMA系统中由于采用了TDD模式，所以上下行链路的处理都是以时隙为处理单元，一个时隙由接入用户的突发组成，一个突发的结构如图6所示。包括数据段1和数据段2，两段数据段中间是训练序列，最后是16个chip的保护间隔。

参见图7，为本发明方法的处理流程图，对于基站来说，本小区的扰码、基本训练序列和各接入用户的信道化码已知。

具体的处理步骤如下：

本发明主要是对于干扰较大的邻小区接入用户，确定其所用的扰码和信道化码，结合期望小区的扰码和各接入用户分配的信道化码进行小区间和小区内的干扰消除。具体步骤如下：

1、在网络运营时期望小区和邻近小区分配的扰码已经确定，将邻近小区的扰码存入一个扰码集{s}，根据扰码和基本训练序列一一对应关系，将基本训练序列码也对应存到一个码集{m}。

2、用基本训练序列集{m}中的各个基本训练序列对当前时隙接收到的序列中的训练序列部分进行相关操作，训练序列就是图6中的144chips的midamble码部分。

$r_l\left(\mathrm{\τ}\right)=\frac{1}{T}{\∫}_0^T{m}_r\left(t\right)m_i^{*}(t-\mathrm{\τ})\mathrm{dt},i=\mathrm{1,2},...N...\left(1\right)$

相关计算如式(1)所示，其中m_r(t)是接收到的总的训练序列部分，m_i(t)就是基本训练序列集中的各基本训练序列。

3、求各个相关函数的模方|r_l(τ)|²，并确定其最大值，将基本训练序列按照最大相关功率的大小进行排序，根据判决准则来确定干扰小区的基本训练序列，由基本训练序列和扰码的对应关系可以确定干扰用户的扰码，根据相关功率确定干扰用户的个数N。

判决准则可以是相关功率与期望小区的最大相关功率比较，也可以直接根据经验值确定要消除的干扰用户个数。

4、对确定的N个干扰用户的利用其训练序列进行信道估计，得到干扰用户的信道冲激响应。

各干扰用户的传播模型如式(2)

                         m_r＝m_i*h_i+n                       (2)

根据训练序列循环生成特性，采用FFT变换求信道冲激响应，如式(3)

                       h_i＝IFFT(FFT(m_r)/FFT(m_i))           (3)

5、根据干扰用户的信道冲激响应和干扰用户的扰码，按照最大比合并的原则确定干扰用户分配的信道化码。

6、根据期望小区分配的扰码，找到期望小区使用的基本训练序列码，然后对期望小区各接入用户进行信道估计，得到各用户的信道信息。期望小区用户的信道估计也采用式(3)的方法。

7、根据确定的干扰用户的的扰码、信道化码和信道冲激响应，以及期望小区各接入用户的扰码、信道化码和信道冲激响应，进行多用户检测，消除小区间干扰和小区内干扰，恢复期望小区各接入用户的数据。

在此步骤中，有三种方案A、B和C可实现。

A：串行干扰消除-联合检测(SIC-JD)方案，对于邻小区的干扰采用串行干扰消除(SIC)，一级串行干扰消除的过程如图8所示。首先对干扰用户进行匹配滤波，然后进行判决，对于判决的信号根据步骤4信道估计得到的幅度和相位响应进行重构，从总的接收信号中减去重构的干扰信号，对步骤3确定的N个干扰用户重复此操作，从总的接收信号中减去N个干扰用户的干扰信号，然后对于小区内的接入用户用联合检测消除MAI、ISI和剩余的ACI，恢复用户的数据信息。

B：并行干扰消除(PIC)方案，对邻小区的干扰信号和本小区的各接入用户一起用PIC方法消除MAI、ISI和ACI，同时恢复干扰用户和期望接入用户的数据信息。并行干扰消除的步骤如图9所示。首先对邻小区的干扰用户和本小区的期望接入用户进行匹配滤波和判决，然后对于判决的信号根据步骤4信道估计得到的幅度和相位响应进行重构，将除了自身之外的所有用户的重构信号累加，从总的接收信号中减去累加和，然后再进行匹配滤波和判决。并行干扰消除可以进行多级消除，在第i级的判决信号如下所示。

$y_{i,k}=S_k^{T}r-\underset{j\≠k}{\overset{K}{\underset{j=1}{\mathrm{\Σ}}}}{S}_k^T{S}_j{\hat{d}}_{i-1,j}...\left(4\right)$

表示由前一级获得的第j个用户的符号估计值，它可以通过基于判决的非线性过程或基于匹配滤波器的线性过程来获得。在第0级，可以通过匹配滤波器(相关器)来得到。

C：联合检测(JD)方案，根据邻小区干扰用户的扰码、信道化码和信道冲激响应以及期望小区接入用户的扰码、信道化码和信道冲激响应，对邻小区的干扰用户和本小区的各接入用户一起进行联合检测，消除MAI、ISI和ACI，恢复干扰用户和期望用户的数据信息。

以两小区为例，如图1所示，小区1中的UE10处于小区0和小区1的边缘，其大的发射功率对于小区0中BS0的上行链路的接收造成了较大的干扰，尤其是当UE10与小区0中UE00或UE01的互相关系数较大时，干扰更为严重。

图2-图5是有无干扰消除时的比较，图中横坐标“Ec/N0”是期望用户的信号码片功率与背景噪声的比值，纵坐标“Raw BER”是仿真平台中不加编译码时的误比特率。仿真的条件是：有一个邻小区的干扰用户，干扰用户的达到期望基站的功率是期望用户到达基站功率的0.9倍，也就是假设干扰用户处于两小区边缘的位置。期望小区内有一个接入用户，期望用户和干扰用户的扩频增益都是16，其扩频码(扰码*信道化码)的互相关系数分别为0，0.25，0.5三种情况。

由图2和图4可知，在AWGN和瑞利衰落信道环境下，邻小区接入用户对期望小区接入用户的干扰在干扰功率相同时主要与扩频码的互相关系数有关，相关系数为0时基本可以忽略，随着互相关系数变大，影响也变大，期望小区的接收性能变差，当互相关系数为0.5时，即使功率增加也不能满足通信质量要求。

由图3和图5可知，进行干扰消除之后，对于互相关系数为0的情况性能改善不大，对于互相关系数为0.25和0.5的情况性能改善明显，能满足系统通信需求。

综上所述，由有无干扰消除的比较可知，将小区间干扰消除和小区内干扰消除结合起来能够显著改善接收性能，从而增加系统容量。

Claims (6)

1、一种消除码分多址(CDMA)蜂窝移动通信系统小区间和小区内干扰的方法，主要是对于干扰较大的邻小区接入用户，确定其所用的扰码和信道化码，并估计其信道冲激响应，结合期望小区内接入用户分配的扰码和信道化码以及估计出来的信道冲激响应进行小区间和小区内的干扰消除，其具体步骤如下：

(1)在网络运营时期望小区和其邻近小区分配的扰码已经确定，将邻近小区的扰码及相关信息存入一个扰码集{s}；

(2)在扰码集{s}中，根据扰码及其相关信息确定对期望小区造成较大干扰的邻小区用户的扰码和个数N；

(3)对确定的N个干扰用户进行信道估计，得到干扰用户的信道冲激响应；

(4)根据干扰用户的信道冲激响应和使用的扰码，确定干扰用户的信道化码；

(5)对期望小区接入用户进行信道估计，得到各用户的信道冲激响应；

(6)根据干扰用户的扰码、信道化码和信道冲激响应，以及期望小区接入用户的扰码、信道化码和信道冲激响应，进行多用户检测，消除小区间干扰和小区内干扰，恢复期望小区接入用户的数据。

2、根据权利要求1所述的消除小区间和小区内干扰的方法，其特征在于：根据相关功率的大小判断是否对期望小区造成较大的干扰。

3、根据权利要求1所述的消除小区间和小区内干扰的方法，其特征在于：要消除的干扰用户个数N可以是相关功率大于期望小区接入用户相关功率的干扰用户个数，也可以直接根据经验值确定要消除的干扰用户数。

4、根据权利要求1所述的消除小区间和小区内干扰的方法，其特征在于：对于邻小区的干扰采用串行干扰消除(SIC)，从总的接收信号中依次减去N个干扰用户的干扰信号，然后对于小区内的接入用户采用联合检测消除多址干扰(MAI)和码间干扰(ISI)以及剩余的邻小区干扰(ACI)，恢复期望用户的数据信息。

5、根据权利要求1所述的消除小区间和小区内干扰的方法，其特征在于：对邻小区的干扰用户和本小区的接入用户一起用并行干扰消除(PIC)方法消除MAI和ISI，同时恢复干扰用户和期望用户的数据信息。

6、根据权利要求1所述的消除小区间和小区内干扰的方法，其特征在于：根据邻小区干扰用户的扰码、信道化码和信道冲激响应以及期望小区接入用户的扰码、信道化码和信道冲激响应，对邻小区的干扰用户和期望小区的接入用户一起进行联合检测(JD)，消除MAI、ISI和ACI，恢复干扰用户和期望用户的数据信息。

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