CN1992555B - 时隙cdma系统下行时隙干扰信号空间特征参数的提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种时隙CDMA系统下行时隙干扰信号空间特征参数的提取方法，包括：a、根据多天线上干扰用户的信道估计计算所有上行时隙干扰用户的空间协方差矩阵；b、确定上行干扰用户所处的下行时隙的时隙序号；c、根据干扰用户的下行时隙序号统计各下行时隙的干扰信号的空间协方差矩阵，将计算结果作为下行时隙干扰信号的空间特征参数。干扰信号空间特征参数用于在智能天线波束赋形时进行干扰抑制。

Description

时隙CDMA系统下行时隙干扰信号空间特征参数的提取方法

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，特别涉及一种时隙CDMA系统下行时隙干扰信号空间特征参数的提取方法。

背景技术

CDMA移动通信系统采用智能天线可以极大地改进无线通信系统的性能。一个完整的智能天线系统的相关技术包含多方面内容：天线阵列的空间几何分布、来波方向(DOA，即用户手机信号到达基站天线阵列的入射角度和方向)、波束变换的优化准则、上行链路和下行链路数字波束的形成(DBF)。这几方面不是相互独立的，而是相互联系的。CDMA系统是干扰受限系统，也就是干扰量的大小直接影响到系统的用户容量和信道的速率容量。智能天线技术能够有效地增益有用信号、抵消干扰信号，所以把智能天线技术应用到CDMA移动通信中可以大大增强系统的性能。智能天线的关键技术之一是波束形成，就是如何让天线阵列形成的数字波束在有用信号方向上形成增益而在干扰信号方向上形成零陷。对于基站安装阵列天线的移动通信系统来说，上行信号(终端发射信号，基站接收信号)可以通过在多天线上对信号的估计获得干扰信号的空间信息并直接应用于波束赋形权系数的计算。对于频分双工(FDD)系统，上、下行链路工作在不同的载频，因此通过上行干扰信号估计获得下行发射波束赋形权系数的方法会带来一定误差。而对于时分双工(TDD)系统，上、下行链路工作在相同的载频，因此需要通过对干扰信号的上行估计获得其空间相关参数。

对于时隙码分多址系统来说，干扰信号和期望信号都是在某个(些)时隙存在的，而且上行时隙和下行时隙未有确定的对应关系。因此对干扰用户的空间特性估计和对干扰用户空间特性的应用要分别考虑。基站可以知道本基站用户对应的上、下行时隙序号，但无法获得其他基站用户的上、下行时隙序号或者对应关系。这样，即使获知了其他基站用户的空间特征参数也无法在发射波束赋形的时候应用，因为对于本基站的某个下行时隙来说，无法知道该下行时隙分配给哪些干扰用户，进而亦无法进行时隙CDMA系统干扰信号在下行时隙的空间特征参数的提取。

发明内容

因此，本发明的目的是提出一种时隙码分多址CDMA系统下行时隙干扰信号空间特征参数的提取方法，该方法能够有效地进行时隙CDMA系统干扰信号在下行时隙的空间特征参数的提取。

为达到上述目的，本发明提供了一种时隙CDMA系统下行时隙干扰信号空间特征参数的提取方法，包括下列步骤：

a、根据多天线上干扰用户的信道估计计算所有上行时隙干扰用户的空间协方差矩阵；

b、确定上行干扰用户所处的下行时隙的时隙序号；

c、根据干扰用户的下行时隙序号以及下行时隙对应的上行时隙的干扰信号的空间协方差矩阵求和得到各下行时隙的干扰信号的空间协方差矩阵，将计算结果作为下行时隙干扰信号的空间特征参数。

其中，按照干扰用户所处的上行时隙与下行时隙的固定对应关系确定每个上行干扰用户所分配的下行时隙序号；或按照干扰用户所处的上行时隙与下行时隙的动态对应关系确定每个上行干扰用户所分配的下行时隙序号，其中包括：

在网络控制器内建立干扰用户所处的上行时隙与下行时隙的动态对应关系。如果干扰用户在同一个网络控制器控制的小区，则基站通过其与网络控制器间的接口或操作维护通道进行信令交互向网络控制器申请获知上行干扰用户分配的下行时隙序号。如果干扰用户在不同网络控制器控制的小区，则基站通过其与网络控制器间的接口、两个网络控制器间的接口，或通过操作维护通道进行信令交互向网络控制器申请查询干扰用户的下行时隙分配号。在核心网侧建立干扰用户所处的上行时隙与下行时隙的动态对应关系。基站通过其与网络控制器间的接口、网络控制器与核心网间的接口进行信令交互向核心网申请查询干扰用户的下行时隙分配号。网络控制器通过其与核心网之间的接口定期更新核心网侧的上下行时隙动态对应关系。

在基站内建立所述动态对应关系，若干扰用户在所述基站控制的小区内，则基站通过查询获得干扰用户所处下行时隙的时隙号。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明的时隙CDMA系统干扰信号空间特征参数的提取方法考虑了时隙CDMA系统存在多个上行时隙和多个下行时隙的情况。对于本基站的用户，基站侧可以获知其上、下行时隙的对应关系，对于其它基站的用户，基站可以向RNC申请查询上行干扰用户所处的下行时隙的时隙序号；本发明提供的的方法可以有效地用于时隙CDMA系统中基站对外小区干扰信号在下行时隙的确定，从而获得时隙CDMA系统下行某时隙干扰信号的空间协方差矩阵，将时隙干扰信号的空间协方差矩阵作为空间特征参数，就可以通过干扰抑制的方法进行波束赋形或者通过进一步处理获得干扰信号的其他特征参数，有效地抑制干扰信号。

附图说明

图1为本发明干扰信号空间特征参数的提取方法的流程图；

图2为TD-SCDMA的上、下行时隙具有固定时隙对应关系的示意图；

图3为本发明干扰信号空间特征参数的提取方法针对的干扰用户在同一网络控制器控制下的示意图；

图4为本发明干扰信号空间特征参数的提取方法针对的干扰用户在不同网络控制器控制下，资源表在各网络控制器内，通过Iub、Iur接口进行信令交互的示意图；

图5为本发明干扰信号空间特征参数的提取方法针对的干扰用户在不同网络控制器控制下，资源表在核心网侧统一管理，通过Iub、Iu接口进行信令交互的示意图。

图6为本发明干扰信号空间特征参数的提取方法实施例的TD-SCDMA系统上下行时隙示意图。

具体实施方式

智能天线利用干扰信号空间特征参数的空间处理算法或者空时处理算法以进行干扰抑制。智能天线通过波束赋形可以降低CDMA系统的多址干扰，提高系统的容量。通过在多天线上进行干扰信号的测量，可以获得干扰信号的空间信息，例如来波方向、干扰信号的空间功率谱分布或者干扰信号的空间协方差矩阵等。在计算波束赋形权系数时，对干扰信号进行抑制，而使期望信号得到增强。

图1为本发明干扰信号空间特征参数的提取方法的流程图。如图1所示，本发明的时隙CDMA系统下行时隙干扰信号空间特征参数的提取方法包括根据多天线上干扰用户的信道估计计算所有上行时隙干扰用户的空间协方差矩阵的步骤；获取上行干扰用户所处的下行时隙的时隙序号的步骤；根据干扰用户的下行时隙序号计算各下行时隙的干扰信号的空间协方差矩阵，将计算结果作为下行时隙干扰信号的空间特征参数的步骤。

本发明假设所有上行时隙的干扰用户的空间协方差矩阵为

m＝1，…，M可以测量，干扰用户的空间协方差矩阵的估计基于多天线上干扰用户的信道估计完成。假设干扰用户m，m＝1，…，M的多天线信道估计结果为H^(m)，且

其中，W是信道估计的窗长，K_a是阵列天线的单元数。上述信道估计可以有很多种方法，例如基本的Steiner信道估计器。于是，干扰用户的空间协方差矩阵可以表示为

$R_{\mathrm{xx}}^{\left(m\right)}=E\left\{H^{\left(m\right)}{H}^{\left(m\right)H}\right\}$

其中，E{·}表示对该参数取均值。在获得了所有上行时隙干扰用户的空间协方差矩阵之后，通过下面描述的方法可以获得下行时隙的干扰空间协方差矩阵。

假设干扰用户m，m＝1，…，M的上、下行时隙分别为t_u(m)和t_d(m)。确定干扰用户所处下行时隙的方法包括预先设定的方法、信令传输和查表的方法的方法。预先设定方式为缺省的方式，所有小区用户所处的上行时隙和下行时隙有固定的对应关系。在网络初始化阶段，可以在所有网络控制器(RNC)内部设定上下行时隙的对应关系，如一对一、一对多、多对一等。例如在所有RNC内部设定上行时隙和下行时隙为一一对应关系，上行时隙n和下行时隙m绑定使用。RNC在分配资源的时候如果将一个用户的上行资源分配在时隙n，那么RNC在分配下行资源的时候就会将此用户的下行资源分配在时隙m；同样的情况，如果RNC将一个用户的下行资源分配在时隙m，那么RNC在分配上行资源的时候会将此用户的上行资源分配在时隙n。图2为TD-SCDMA的上、下行时隙的对应关系示意图，如图2所示，如果某一个用户的上行时隙分配的时隙1，那么他的下行时隙对应为时隙4。有

$t_d\left(m\right)=\left\{\begin{array}{c}4,t_u\left(m\right)=1\\ 5,t_u\left(m\right)=2\\ 6,t_u\left(m\right)=3\end{array}\right.$

采用预先设定的方法，使用起来简单方便，适用于建网初期，用户数量较小，系统资源充足，或用户数量和流量相对固定的情况。

信令传输的方式是通过基站向RNC申请通知上行干扰用户所处的下行时隙的时隙号。图3为本发明的时隙CDMA系统干扰信号空间特征参数的提取方法针对的干扰用户在同一网络控制器控制下的示意图。如图3所示，如果干扰用户在一个RNC控制(包括处于同一个基站或不同基站两种情况)的小区，基站可以通过Iub接口的信令或操作维护(OM)通道向RNC申请获知上行干扰用户的下行时隙分配号。获知方式可以有多种，例如在每个RNC内部建立一个资源管理表，根据资源分配情况动态进行维护。RNC收到查询请求后可以根据基站的要求通过查表获知干扰用户所处的下行时隙的时隙号。其中上行干扰用户占用的下行时隙号的请求消息和响应消息可以是单独的消息，也可以是在现有消息基础上扩充得到的。消息可以通过标准的Iub接口进行交互，也可以通过操作维护通道进行交互。请求消息中带有上行干扰用户的标识信息，如UE ID或其它可以区分用户的标识，网络控制器收到来自基站的请求消息后，可以通过内部资源表查询上行干扰用户占用的下行时隙号，在查询时可以以用户标识作为索引。

图4为本发明的时隙CDMA系统干扰信号空间特征参数的提取方法针对的干扰用户在不同网络控制器控制下，资源表在各网络控制器内，通过Iub、Iur接口进行信令交互的示意图；如图4所示，如果干扰用户在另一个RNC控制的小区，基站需要通过Iub接口(基站与网络控制器间的接口)的信令、Iur接口(两个网络控制器间的接口)的信令或操作维护(OM)通道向RNC申请获知干扰用户的下行时隙分配号。其中内部资源表放在各个RNC内。上行干扰用户占用的下行时隙号的请求消息和响应消息可以是单独的消息，也可以是在现有消息基础上扩充得到的。消息可以通过标准的Iub接口、Iur接口进行交互，也可以通过操作维护通道进行交互。请求消息中带有上行干扰用户的标识信息，如UE ID或其它可以区分用户的标识，网络控制器2收到来自网络控制器1的请求消息后，可以通过内部资源表查询上行干扰用户占用的下行时隙号，在查询时可以以用户标识作为索引。从网络控制器1到基站的响应消息，可以是一条，也可以是多条(即如图4中虚线标识的，网络控制器1可以先将本地资源表的响应发给基站，然后再将网络控制器2控制的干扰用户用到的下行资源的响应发给基站)。

图5为本发明的时隙CDMA系统干扰信号空间特征参数的提取方法针对的干扰用户在不同网络控制器控制下，资源表在核心网侧统一管理，通过Iub、Iu接口进行信令交互的示意图。如图5所示，基站需要通过Iub接口(基站与网络控制器间的接口)的信令、Iu接口(网络控制器与核心网间的接口)的信令向核心网申请获知干扰用户的下行时隙分配号。其中内部资源表放在核心网侧集中管理。上行干扰用户占用的下行时隙号的请求消息和响应消息可以是单独的消息，也可以是在现有消息基础上扩充得到的。消息可以通过标准的Iub接口、Iu接口进行交互。请求消息中带有上行干扰用户的标识信息，如UE ID或其它可以区分用户的标识，核心网收到来自网络控制器的请求消息后，可以通过内部资源表查询上行干扰用户占用的下行时隙号，在查询时可以以用户标识作为索引。RNC可以通过Iu接口的信令定期更新核心网侧的资源表。

采用信令传输的方法，可靠性较高，可以实时反映上行干扰用户下行资源的分配情况。

此外，如果干扰用户在同一个基站控制下的小区下，基站可以通过查表获得干扰用户所处下行时隙的时隙号。比如，基站在本地维护一个资源管理表，这样基站就可以通过查表获得干扰用户所处下行时隙分配号。采用基站本地查询的方法，对于干扰用户在一个基站的情况，与信令传输方式相比可以大大减少接口的信令交互，缩短查询时间。

通过上述方法中的任一种或几种方法的组合可以获得所有干扰用户所分配的下行时隙序号，于是，对于某一个特定的下行时隙n，n＝1，…，N，其干扰用户的集合为

$I_n=\{\∀u_m|t_d\left(m\right)=n\}$

于是时隙n，n＝1，…，N的干扰信号的空间协方差矩阵为

$R_{I,n}=\underset{\∀u_m|t_d\left(m\right)=n}{\mathrm{\Σ}}{R}_I^{\left(m\right)}$

图6为说明本发明时隙CDMA系统干扰信号空间特征参数的提取方法实施例的TD-SCDMA系统上下行时隙示意图。如图6所示，在该实施例中，共有6个时隙用于业务时隙(时隙1～时隙6)，其中时隙1、2、3用于上行，时隙4、5、6用于下行。假设有10个干扰用户，其上下行分布如表1所示，根据本发明的方法，通过如下步骤可完成时隙CDMA系统干扰信号空间特征参数的提取：

表1各时隙干扰用户分布情况

时隙序号	时隙分配	测得干扰用户
			时隙1	上行1	1、2、3、4
时隙2	上行2	5、6
			时隙3	上行3	7、8、9、10
时隙4	下行1	1、2、5、6
			时隙5	下行2	3、4、7
时隙6	下行3	8、9、10

步骤1：对所有上行时隙干扰用户进行信道估计，并得到干扰用户的空间协方差矩阵。在本实施例中，在上行时隙1估计干扰用户为1、2、3、4，在上行时隙2估计干扰用户为5、6，在上行时隙3估计干扰用户为7、8、9、10，得到干扰用户的空间协方差矩阵

$R_I^{\left(1\right)},R_I^{\left(2\right)},...,R_I^{\left(10\right)}$

步骤2：确定10个干扰用户所处的下行时隙t_d(m)，m＝1，…，10。本实施例采用信令传输的方法，且10个干扰用户在不同RNC控制下，例如干扰用户1～5在网络控制器1控制下，而6～10在网络控制2控制下。基站通过图2的Iub接口的信令、Iur接口的信令向网络控制器申请获知干扰用户的下行时隙分配号。

其中基站向网络控制器1发起的请求消息中，包含干扰用户1～10的用户标识，网络控制器1收到请求消息后，经查询，发现干扰用户6～10属于网络控制器2控制，则将干扰用户6～10的用户标识通过请求消息发给网络控制器2，网络控制器2查询本地资源表3后，将干扰用户6～10占用的下行资源发送给网络控制器1，网络控制器1查询本地资源表，查到干扰用户1～5占用的下行资源后将所有干扰用户的下行资源占用情况返回给基站。当然网络控制器1也可通过多条消息将本地资源和网络控制器2控制的资源分别进行的响应。

表2和表3为干扰用户在不同网络控制器内的上、下行时隙对应关系表。从表中可以看出，下行时隙4的干扰用户为1、2、5、6；下行时隙5的干扰用户为3、4、7；下行分配到时隙6的干扰用户序号为8、9、10。

表2，网络控制器1内干扰用户上、下行时隙对应表

干扰用户序号	干扰用户上行时隙	干扰用户下行时隙
			1	1	4
2	1	4
			3	1	5
4	1	5
			5	2	4

表3，网络控制器2内干扰用户上、下行时隙对应表

干扰用户序号	干扰用户上行时隙	干扰用户下行时隙
			6	2	4
7	3	5
			8	3	6
9	3	6
			10	3	6

基站通过信令获知干扰用户的下行时隙序号如下

t_d(1)＝4

t_d(2)＝4

t_d(3)＝5

t_d(4)＝5

t_d(5)＝4

t_d(6)＝4

t_d(7)＝5

t_d(8)＝6

t_d(9)＝6

t_d(10)＝6

步骤3：统计各下行时隙的干扰空间相关矩阵。

$R_{I,4}=\underset{\∀u_m|t_d\left(m\right)=4}{\mathrm{\Σ}}{R}_I^{\left(m\right)}=R_I^{\left(1\right)}+R_I^{\left(2\right)}+R_I^{\left(5\right)}+R_I^{\left(6\right)}$

$R_{I,5}=\underset{\∀u_m|t_d\left(m\right)=5}{\mathrm{\Σ}}{R}_I^{\left(m\right)}=R_I^{\left(3\right)}+R_I^{\left(4\right)}+R_I^{\left(7\right)}$

$R_{I,6}=\underset{\∀u_m|t_d\left(m\right)=6}{\mathrm{\Σ}}{R}_I^{\left(m\right)}=R_I^{\left(8\right)}+R_I^{\left(9\right)}+R_I^{\left(10\right)}$

这样，就获得了时隙CDMA系统下行某时隙干扰信号的空间协方差矩阵。知道了时隙干扰信号的空间协方差矩阵，就可以通过干扰抑制的方法进行波束赋形或者通过进一步处理获得干扰信号的其他特征参数，例如空间功率谱密度。干扰抑制的波束赋形方法有很多种，例如基于特征值分解的波束赋形方法或者基于正交设计的波束赋形方法。

虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。

Claims (10)

1.一种时隙码分多址系统下行时隙干扰信号空间特征参数的提取方法，包括：

a、根据多天线上干扰用户的信道估计计算所有上行时隙干扰用户的空间协方差矩阵；

b、确定上行干扰用户所处的下行时隙的时隙序号；

c、根据干扰用户的下行时隙序号以及下行时隙对应的上行时隙的干扰信号的空间协方差矩阵求和得到各下行时隙的干扰信号的空间协方差矩阵，将计算结果作为下行时隙干扰信号的空间特征参数。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：按照干扰用户所处的上行时隙与下行时隙的固定对应关系确定每个上行干扰用户所分配的下行时隙序号。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：按照干扰用户所处的上行时隙与下行时隙的动态对应关系确定每个上行干扰用户所分配的下行时隙序号。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：在网络控制器内建立干扰用户所处的上行时隙与下行时隙的动态对应关系。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：如果干扰用户在同一个网络控制器控制的小区，则基站通过其与网络控制器间的接口或操作维护通道进行信令交互向网络控制器申请获知上行干扰用户分配的下行时隙序号。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于：如果干扰用户在不同网络控制器控制的小区，则基站通过其与网络控制器间的接口、两个网络控制器间的接口，或通过操作维护通道进行信令交互向网络控制器申请查询干扰用户的下行时隙分配号。

7.如权利要求3所述的方法，其特征在于：在核心网侧建立干扰用户所处的上行时隙与下行时隙的动态对应关系。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：基站通过其与网络控制器间的接口、网络控制器与核心网间的接口进行信令交互向核心网申请查询干扰用户的下行时隙分配号。

9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于：网络控制器通过其与核心网之间的接口定期更新核心网侧的上下行时隙动态对应关系。

10.如权利要求3所述的方法，其特征在于：在基站内建立所述动态对应关系，若干扰用户在所述基站控制的小区内，则基站通过查询获得干扰用户所处下行时隙的时隙号。

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