CN1885984A - 通信装置以及通信方法 - Google Patents

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Abstract

通信装置以及通信方法。本发明的课题是提供在第一通信系统和第二通信系统利用同一频带进行通信的频率共享环境下，即使未知来自第二通信系统的干扰信号的参数，也能够减轻第一系统中的接收特性的恶化的通信装置。作为解决手段，通信装置具有检测来自第二通信系统的干扰信号的单元、以及根据检测结果，确定第一通信系统的预期信号所使用的整形滤波器的传递特性的单元。

Description

通信装置以及通信方法
技术领域
本发明一般地涉及无线通信的技术领域，特别涉及在多个系统共用同一频带的频率共享环境下所使用的通信装置以及通信方法。
背景技术
在现有的无线通信系统中，针对每个无线通信系统互不干扰地分配专用的频带，以维持信号质量。但是，为了更加有效地利用频率资源，也在探讨多个系统共用同一频带的频率共享环境。在这样的频率共享环境中，需要由本系统抑制来自其它系统的干扰信号，维持本系统的信号(预期信号)的信号质量。
图1表示这种通信系统中所使用的发送器和接收器。在图示的例中，存在共用同一频带的2个通信系统，用户1和用户2是不同通信系统的用户，从用户2发出的信号，对于用户1来说成为干扰信号。在现有的无线通信系统中，用户1侧的发送用整形滤波器1与接收用整形滤波器3成对，固定地设置了这些滤波器的传递特性以进行适当的频带限制。
图2分别表示(A1)用户1的调制后的脉冲序列的基带信号(频谱)、(B1)利用发送用整形滤波器(例如，根升余弦滤波器(Root Raised CosineFilter))对用户1的该基带信号进行频带限制后的信号的频谱、以及(C1)从用户1发送的RF发送信号的频谱。这里，由用户1进行通信的预期信号的载波频率为f1。所发送的信号按照码元间隔T1进行发送，因此其奈奎斯特频率(Nyquist frequency)为1/(2T1)。
图3分别表示(A2)用户2的调制后的脉冲序列的基带信号(频谱)、(B2)利用发送用整形滤波器(例如，根升余弦滤波器)对用户2的该基带信号进行频带限制后的信号的频谱、以及(C2)从用户2发送的RF发送信号的频谱。用户2进行通信的非预期信号的载波频率为f2。所发送的信号按照码元间隔T2进行发送，因此其奈奎斯特频率为1/(2T2)。
图4(D)表示由用户1用接收器接收的信号的频谱。图中，示出(1)预期信号、(2)非预期信号(干扰信号)、以及(3)噪声成分，它们的合成波表示接收信号的整体频谱。图4(E)表示在用户1用接收器中，从RF频率转换到基带频率后的频谱。图4(F)表示通过用户1用接收器中的接收整形滤波器3进行频带限制后的频谱。
图5(G)表示在用户1用接收器中，利用自适应滤波器理想地均衡化后的预期信号。通过对图5(G)所示的信号进行码元率采样(SymbolRate Sampling)，图5(G)所示的频谱如图5(H)所示那样以1/T1间隔在频率轴上反复出现。其结果是，这些叠加而成的信号(图5(I))成为还原后的来自用户1的发送信号。
另外，图2至图5中所示的A1、B1、…、I的信号与图1中以相同的标号所示的节点处的信号对应。
作为从接收信号中除去其它系统的干扰信号的方法之一，使用最大似然序列估计或线性信号处理来分别联合地或顺序地处理信号。但是，在该方法中需要在预期系统中事先掌握关于干扰系统的参数(训练码元(training symbol)、调制方式、码元率等)的信息。因此，在其它系统的参数未知的情况下，不能有效地进行处理。
作为从接收信号中除去其它系统的干扰信号的另一种方法，使用分数间隔均衡器(FSE：Fractionally Spaced Equalizer)以及频移滤波器(FRESH：FREquency SHift filter)。FSE和FRESH滤波方法有能力利用频谱冗余来去除干扰，而无需干扰系统信号的参数。图6表示FRESH的概略图。图7表示FSE的概略图。FSE和FRESH能够用作为图1的接收器的自适应滤波器。如图6所示，FRESH包含并列连接的多个FSE，对这些FSE的输出进行合成。从训练信号中减去合成后的输出，生成误差信号。联合地调节所有FSE滤波器的TAP系数，以使该误差信号变小。如图7所示，FSE具有使对此输入的过采样后的信号延迟的一系列的延迟元素组，对各自的输出乘以TAP系数(即，权重)ci而合成。(关于FRESH以及FSE，参照非专利文献1、2。)。
【非专利文献1】W.A.Gardner，“Exploitation of spectral redundancy”in cyclostationary signals”，IEEE Signal Processing Magazine，vol.8 no.2，pp.14-36，Apr.1991
【非专利文献2】W.A.Gardner，“Cyclic Wiener filtering：theory andmethod”，IEEE Trans.Commun.，vol.41，no.1，pp.151-163，Jan.1993
在上述的现有技术中，在系统设计时固定地确定图1的发送整形滤波器1和接收整形滤波器3的特性，使它们成对，在设计系统时使它们的形状和特性固定以形成匹配滤波器。另一方面，诸如信道变动补偿的动态补偿完全依赖于接收侧的自适应滤波器。因此，当预期信号受到干扰时，考虑到特别是在发生显著干扰的情况下以及当非预期信号的信号参数未知时干扰去除能力不足，需要非参数性干扰去除。此外，基于FSE和FRESH自适应滤波器的非参数性干扰去除的性能主要依赖于可用的频谱冗余量和/或预期信号与干扰信号质检的载波频率间隔。
发明内容
本发明是为了处理上述问题中的至少一项而提出的，其课题是提供在第一通信系统和第二通信系统利用同一频带进行通信的频率共享环境中，即使未知来自其它系统的干扰信号的参数，也能够减轻本系统中的接收特性的恶化的通信装置以及通信方法。
在本发明中，使用了在多个通信系统利用同一频带进行通信的频率共享环境下所使用的通信装置。通信装置具有检测来自其它系统的干扰信号的单元、以及根据其检测结果确定本系统的预期信号所使用的滤波器的传递特性的单元。
根据本发明，在多个系统利用同一频带进行通信的频率共享环境中，即使未知来自其它系统的干扰信号的参数，也能够减轻本系统中的接收特性的恶化。并且，能够减轻本系统对其它系统带来的干扰。
附图说明
图1是表示频率共享环境中所使用的发送器以及接收器的图。
图2是表示预期信号的图。
图3是表示非预期信号的图。
图4是表示接收信号的图。
图5是表示理想地均衡化后的预期信号的图。
图6是表示频移滤波器(FRESH)的原理图的图。
图7是表示分数间隔均衡器(FSE)的原理图的图。
图8是表示本发明的一个实施例所使用的发送器的方框图。
图9是表示在本系统和其它系统之间相互取得联络的情况的图。
图10是表示基于本实施例的发送器的动作例的流程图。
图11是表示预期信号的频谱和干扰信号的频谱的图。
图12是表示预期信号的频谱和干扰信号的频谱的图。
图13是表示对于第一系统的信号的平均比特误码率的仿真结果的图。
图14是表示对于第二系统的信号的平均比特误码率的仿真结果的图。
图15是表示仿真中所使用的各种条件的图。
图16是表示频移滤波器的图。
图17是表示频移滤波器的合成前的2个信号的图。
图18是表示频移滤波器的合成前的2个信号的图。
图19是表示使用了矩形滤波器的情况下的频谱的图。
图20是表示根升余弦整形滤波器和矩形整形滤波器的传递特性的图。
图21是表示频移滤波器的合成前的2个信号的图。
图22是表示频移滤波器的合成前的2个信号的图。
图23是表示对于本系统的信号的平均比特误码率的仿真结果的图。
图24是表示对于其它系统的信号的平均比特误码率的仿真结果的图。
具体实施方式
根据本发明的一种方式，根据干扰状况自适应地改变收发整形滤波器，维持较大的接收器的干扰去除能力。在预期信号与非预期信号的中心载波频率的间隔大的情况下，能够通过缩小整形滤波器的传递特性的频率方向上的宽度、或通过降低码元率来减小信号的频谱冗余、缩小信号通带，从而避免干扰。通信中所使用的滤波器可以是具有以奈奎斯特频率为界而奇对称(即，反对称)的传递特性的低通滤波器。滤波器也可以是可以改变滚降率的根升余弦滤波器。通过进一步减小滚降率，能够适当地分离预期信号和非预期信号。
另一方面，在预期和非预期信号的中心载波频率的间隔小的情况下，通过使整形滤波器的超过奈奎斯特频率的频带的传递特性大于滚降滤波器等的传递特性，以便增加频谱冗余，可以高效地抑制干扰信号。
发送和接收整形滤波器可以在超过奈奎斯特频率的频率范围具有比滚降滤波器高的振幅特性。这种整形滤波器可以是低通滤波器，优选是具有奈奎斯特频率两倍以上的通带的矩形滤波器。
为了利用由用于接收侧的非参数性干扰去除的脉冲整形滤波器导致的频谱冗余，可以使用FSE或FRESH滤波器作为自适应滤波器。对于FRESH滤波器，通信装置具有传递特性的中心频率分别不同的多个自适应滤波器、以及基于多个滤波器的输出以及已知信号来自适应地调节1个或1个以上的自适应滤波器的系数的调节器。多个滤波器的传递特性的中心频率也可以相对于作为基准的自适应滤波器(中间分支(mediumbranch))相差奈奎斯特频率的2倍(即，循环频率)。相位相差了循环频率的滤波器的输出之间有很大的相关度。通过自适应地更新滤波系数使得其相关值变大(使得与已知信号之间的差分变小)，能够得到抑制了干扰的接收信号。无论中心载波频率的间隔大还是小，都能良好地维持信号分离特性，在多个系统共用同一频带的环境下能够提高频率利用效率。
【实施例1】
图8是表示本发明的一个实施例所使用的发送器的方框图。发送器具有发送信号生成部81、发送整形滤波器82、D/A转换器83、混频器84、放大器85、天线86、干扰状况检测部87以及判断部88。发送信号生成部81生成如图2(A)所示的基带的发送信号。发送整形滤波器82对发送信号进行频带限制。根据控制信息，适当地设定该滤波器的传递特性。D/A转换器83将基带的数字信号转换为模拟信号。混频器84通过预期信号的传输波(载波频率f1)进行频率转换。放大器85对信号的功率进行放大，使得能够从天线86发送信号。干扰状况检测部87检测来自其它系统的干扰信号(非预期信号)的频率以及功率等的其它系统的参数的内容。关于进行检测的方法，可以通过使用接收信号估计干扰信号的状况来进行检测。此外，在发送器80通过有线网络等与造成干扰的第二系统的发送器连接的情况下，也可通过从干扰信号的发送器接收控制信号来进行检测。判断部88基于检测出的内容确定发送滤波器82应该使用的滤波器传递特性。在本实施例中，共用同一频带的第一系统与第二系统互相联络，因此在系统之间调节它们的整形滤波器以不发生大的干扰。另外，发送侧的发送整形滤波器以及接收侧的接收整形滤波器成对地进行所传输的信号的频带限制。因此，虽然未明显地图示，但与发送滤波器82对应的接收滤波器设置在接收侧，进行关于频带限制的处理。
参照图9、10说明发送器的动作。在图9中示意性示出了通过这样的第一系统和第二系统之间的联络而确定发送整形滤波器的设定内容的情况。图10是表示基于本实施例的发送器的动作例的流程图。
在步骤101中，第二系统向第一系统询问可否进行信号的同时发送。当然，也可以从第一系统向第二系统进行询问。为了方便，把第一系统称为期望系统，把第二系统称为干扰系统。该询问也可以通过在系统间传输的某些控制信道进行。
在步骤102中，由干扰状况检测部87检测干扰状况。例如，干扰状况检测部87停止自己的信号发送，暂时从第二系统进行信号的发送，测量所接收到的第二系统的信号的强度以及频率等。
在步骤103中，判断部88判断是否也可以使第二系统与第一系统在同一时间内发送信号。例如，在接收到的干扰系统的信号的强度不大于预定值的情况下、或期望系统的信号的中心载波频率与干扰系统的信号的中心载波频率之差大于预定值等的情况下，即使从两个系统同时发送信号，也能够期待在系统之间不发生大的干扰。在该情况下，流程进入步骤104，期望系统对干扰系统进行允许同时发送的通知。
另一方面，在接收到的干扰系统的信号的强度大于预定值的情况下、或期望系统的信号的中心载波频率与干扰系统的信号的中心载波频率之差小于预定值等的情况下，如果从两个系统同时发送信号，可能会在系统之间发生大的干扰。在该情况下，流程进入步骤105。
在步骤105中，调节信号通信所使用的整形滤波器的传递特性(例如，滤波形状)，或者选择具有适当的传递特性的整形滤波器。后述具体的滤波形状。
在步骤106中，在步骤105的调节后，依然判断可否允许第二系统同时发送信号。如果允许，则流程进入步骤104，进行使用改变后的滤波器的信号通信。如果依然不允许信号的同时发送，则流程进入步骤107。
在步骤107中，判断部88向干扰系统通知不能允许信号的同时发送。在该情况下，干扰系统放弃同时发送信号。在该情况下，干扰系统也可以利用其它的时隙发送信号。或者，也可以使期望系统放弃发送信号。作为判断是否要放弃信号发送的准则，也可以考虑系统间的优先度。
【实施例2】
第一系统和第二系统利用同一频带同时发送信号时，如果相互之间发生大的干扰，则适当地调节整形滤波器82的传递特性。发送侧的发送整形滤波器以及接收侧的接收整形滤波器成对地进行所传输的信号的频带限制。因此，虽然未明显地图示，但也可以在接收侧设置与发送整形滤波器82对应的接收整形滤波器，可以根据发送滤波器来进行调节该接收整形滤波器的传递特性。
在本发明的第2实施例中，说明调节传递特性的一例。在以下的说明中，在图10的步骤中102中测量期望系统的信号的中心载波频率与干扰系统的信号的中心载波频率之差，使该差大于预定值。发送整形滤波器82和/或接收整形滤波器是能够改变滚降率的根升余弦滤波器。
在图11中示意性地示出通过整形滤波器后的预期信号的频谱和干扰信号的频谱。假设在期望系统以及干扰系统中通信所使用的滤波器的调节前的滚降率均为1.0。即，滤波器具有达到奈奎斯特频率的2倍的频带的传递特性。期望系统中的发送间隔为T1，期望系统的整形滤波器达到2×1/(T1)＝2/T1的带宽。干扰系统中的发送间隔为T2，干扰系统的整形滤波器达到2×1/(T2)＝2/T2的带宽。载波频率间隔为Δf。在该情况下，如果从两个系统同时发送信号，则如图11(A)所示，接收到在频率轴上部分重叠的信号。利用图9的干扰状况检测部87以及判断部88、图10的步骤102、103来掌握这样的状况。
图12表示估计干扰量的原理图。频谱的形状与图11所示的相同。由图12(A)中的频谱的重叠部分附近所示的虚线的三角形(I)的面积的多少来评价干扰量。如果三角形(I)的面积大于预定值，则认为干扰大至不能允许的程度。在本实施例中，在该情况下，减小滤波器的滚降率，在图11、12的例子中滚降率均改变为0.2。在图11(B)中示意性地示出通过具有改变后的滚降率的滤波器后的信号的频谱。在该情况下，第一和第二系统中通信所使用的整形滤波器具有分别为1.2/T1和1.2/T2的传递特性。能够由图12(B)中的(I’)所示的三角形的面积来评价该情况下的干扰量。示出了通过改变整形滤波器的滚降率，使三角形的面积从(I)减少到(I’)，减少干扰量。
图13表示整形滤波器的滚降率的改变前后的第一系统信号的平均比特误码率(BER)的仿真结果，图14表示干扰信号的平均比特误码率(BER)的仿真结果。在图15中示出图13、14中的仿真条件。两图均示出即使平均Eb/No相同，通过减小滤波器的滚降率也能够抑制干扰，得到良好的平均比特误码率。
【实施例3】
第一系统和第二系统利用同一频带同时发送信号时，如果相互之间发生大的干扰，则适当地调节整形滤波器82的传递特性。发送整形滤波器以及接收整形滤波器成对地进行频带限制。也可以根据发送整形滤波器而调节该接收整形滤波器的传递特性。在本发明的第3实施例中说明如下的一例：特别是在仅调节发送整形滤波器以及接收整形滤波器的传递特性则不能实现充分的干扰去除的情况下，使用频移滤波器作为图1的自适应滤波器进行干扰去除。在以下的说明中，在图10的步骤102中测量期望系统的信号的中心载波频率与干扰系统的信号的中心载波频率之差，使该差小于预定值。在图16中示出了在接收侧用作为自适应滤波器的频移滤波器。频移滤波器具有分支为3个系统的路径、合成来自各路径的信号的合成部164以及输出合成部的输出信号以及预期信号(例如，训练信号)之间的差分的误差信号生成部165。在分支后的路径1、2、3中分别设有FSE滤波器161、162、163，在路径2、3中还设有调节相位旋转量的相位调节部167、168。各个FSE滤波器161、162、163具有如图7所示的结构和功能。路径2的相位调节部167将输入信号x(t)的中心频率向正方向移动奈奎斯特频率的2倍(即，+1/T1)。路径3的相位调节部168将输入信号x(t)的中心频率向负方向移动奈奎斯特频率的2倍(即，-1/T1)。
图17表示通过合成部164合成前的路径1以及路径2的信号的频谱。实线的波形表示预期信号，虚线的波形表示干扰信号。在本实施例中，载波频率间隔Δf小于预定值，所以通过实施例2所说明的方法不能充分地抑制干扰。路径2的相位调节部167将输入信号x(t)的中心频率移动(1/T1)。因此，如图17的下侧所示，路径2中的信号的频谱在频率轴方向上相差1/T1。在数字滤波器的性质上，相差了1/T1的这些信号表现出很大的相关度(1/T1是期望信号的循环频率)。因此，对于来自FSE滤波器161和162的信号，没有干扰信号时合成为大的信号。
图18与图17相同，表示路径1和路径3的信号的频谱。如图18的下侧所示，路径3的频谱与路径2的相比在反方向上偏移了1/T1。由于数字信号特性(即循环温度性(cyclostationarity))，这些信号也表现出很大的相关度。因此，来自FSE滤波器161和163的信号，没有干扰信号时也合成为大的信号。
来自合成部164的输出信号输入至误差信号生成部165中。误差信号生成部165输出输出信号与预期信号(训练信号)之间的差分作为误差信号。为了使得该误差信号变小，各FSE滤波器161、162、163的滤波系数分别自适应地调节和更新，重复以下同样的动作。如果能够调节各FSE滤波器的系数，使得来自合成部164的输出信号成为足够大的信号，则能够充分地抑制干扰信号的影响。
【实施例4】
在本发明的第4实施例中，代替根升余弦滤波器，使用如图19的下侧所示的矩形滤波器。图19所示的矩形滤波器为达到奈奎斯特频率的2倍的频带的理想的低通滤波器。在本实施例中，在期望信号的发送/接收整形滤波器中使用这样的矩形滤波器。图20表示载波频率间隔Δf小于奈奎斯特频率1/(2T1)的情况下的预期信号以及干扰信号。图20(A)表示第一系统和第二系统均使用了根升余弦滤波器时的信号的频谱，表示与图17(A)的波形相同的形状。图20(B)表示在第一系统中使用矩形滤波器、在第二系统中使用根升余弦滤波器时的信号的频谱，表示与图19的波形相同的形状。由图可知，在使用矩形滤波器的情况下，即使在超过奈奎斯特频率(1/(2T1))的频带也表现出比较大的振幅特性，与实施例3的情况相比，图16的路径1和路径2之间的相关度以及路径1和路径3之间的相关度变大。因此，这种矩形整形滤波器使得频谱冗余增加，而接收侧的FSE和FRESH自适应滤波器可以利用这种频谱冗余来更有效地去除干扰。
图21表示使用了矩形滤波器时的路径1和路径2的信号，图22表示路径1和路径3的信号。
另外，在本实施例中使用了理想的矩形滤波器，也可以使用其它的滤波器。例如，也可以使用在超过奈奎斯特频率(1/(2T1))的频带中表现出大的振幅特性的滤波器。此外，也可以使用在超过奈奎斯特频率(1/(2T1))的频带中具有大的振幅特性、并且在与接收整形滤波器结合时优选不会产生码元间干扰的发送整形滤波器。
图23表示对收发所使用的整形滤波器进行各种改变时的比特误码率的仿真结果。仿真所使用的各种条件除干扰信号的中心载波频率f2与预期信号的中心载波频率f1相同(Δf＝0)以外，均与图15所示的条件相同。图23表示对于第一(期望)系统的信号的仿真结果。图24表示对于第二(干扰)系统的信号的仿真结果。在各图中表示以下情况下的仿真结果：
(1)预期信号使用滚降率1.0的根升余弦滤波器作为发送整形滤波器，干扰信号也使用滚降率1.0的根升余弦滤波器作为发送整形滤波器，使用FSE作为自适应滤波器的情况(FSE RRC/RRC)，
(2)预期信号使用滚降率1.0的根升余弦滤波器作为发送整形滤波器，干扰信号也使用滚降率1.0的根升余弦滤波器作为发送整形滤波器，使用FRESH作为自适应滤波器的情况(FRESH RRC/RRC)，
(3)预期信号使用具有奈奎斯特频带的2倍的频带的矩形滤波器作为发送整形滤波器，干扰信号使用滚降率1.0的根升余弦滤波器作为发送整形滤波器，使用FSE作为自适应滤波器的情况(FSE Rect/RRC)，
(4)预期信号使用具有奈奎斯特频带的2倍的频带的矩形滤波器作为发送整形滤波器，干扰信号使用滚降率1.0的根升余弦滤波器作为发送整形滤波器，使用FRESE作为自适应滤波器的情况(FRESH Rect/RRC)，
(5)预期信号使用滚降率1.0的根升余弦滤波器作为发送整形滤波器，干扰信号使用具有奈奎斯特频带的2倍的频带的矩形滤波器作为发送整形滤波器，使用FSE作为自适应滤波器的情况(FSE RRC/Rect)，
(6)预期信号使用滚降率1.0的根升余弦滤波器作为发送整形滤波器，干扰信号使用具有奈奎斯特频带的2倍的频带的矩形滤波器作为发送整形滤波器，使用FRESH作为自适应滤波器的情况(FRESHRRC/Rect)，
(7)预期信号和干扰信号均使用具有奈奎斯特频带的2倍的频带的矩形滤波器作为发送整形滤波器，使用FSE作为自适应滤波器的情况(FSE Rect/Rect)，
(8)预期信号和干扰信号均使用具有奈奎斯特频带的2倍的频带的矩形滤波器作为发送整形滤波器，使用FRESH作为自适应滤波器的情况(FRESH Rect/Rect)
如图23、24所示，可知使用矩形滤波器能够达成更加良好的平均比特误码率。

Claims (8)

1.一种通信装置，在第一通信系统和第二通信系统利用同一频带进行通信的频率共享环境下的第一通信系统中使用，其特征在于，具有：
检测来自第二通信系统的干扰信号的检测单元；以及
根据检测结果，确定第一通信系统的预期信号所使用的整形滤波器的传递特性的确定单元。
2.根据权利要求1所述的通信装置，其特征在于，
所述整形滤波器是能够改变信号通带的低通滤波器。
3.根据权利要求2所述的通信装置，其特征在于，
所述整形滤波器是能够改变滚降率的根升余弦滤波器。
4.根据权利要求2所述的通信装置，其特征在于，
所述整形滤波器在超过奈奎斯特频率的频率范围中具有比根升余弦滤波器大的振幅特性。
5.根据权利要求2所述的通信装置，其特征在于，
所述整形滤波器是使大于等于奈奎斯特频率的2倍的频带通过的矩形滤波器。
6.根据权利要求2所述的通信装置，其特征在于，还具有：
传递特性的中心频率不同的多个自适应滤波器；以及
基于所述多个自适应滤波器的输出和预定信号，自适应地调节1个或1个以上的所述滤波器的滤波系数的调节单元。
7.根据权利要求2所述的通信装置，其特征在于，
所述多个自适应滤波器的传递特性的中心频率相差奈奎斯特频率的2倍。
8.一种通信方法，在第一通信系统和第二通信系统利用同一频带进行通信的频率共享环境下的第一通信系统中使用，其特征在于，包括以下步骤：
检测来自第二通信系统的干扰信号，
根据检测结果，确定第一通信系统的预期信号所使用的整形滤波器的传递特性。
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