CN202721698U - 一种连续干扰消除联合检测装置 - Google Patents

Abstract

一种连续干扰消除联合检测装置，其包含有一连续干扰消除处理器，接收多用户数据及系统矩阵，产生Scell数据及Ncell数据；一信号噪声比和频偏估计电路，接收Scell数据及Ncell数据，分别对Scell数据及Ncell数据进行信号噪声比和频偏估计运算，产生Scell信号噪声比和频偏数据及Ncell信号噪声比和频偏数据；一Ncell自动频率控制回路电路，接收Ncell信号噪声比和频偏数据，计算出Ncell频率控制信号；以及一Scell自动频率控制回路电路，接收Scell信号噪声比和频偏数据，计算出Scell频率控制信号；其中，所述连续干扰消除处理器据根据所述Ncell频率控制信号，调整所述多用户数据后，产生所述Scell数据及所述Ncell数据。

Description

一种连续干扰消除联合检测装置

技术领域

本实用新型涉及联合检测的技术领域，特别涉及一种连续干扰消除(Successive Interference Cancellation,SIC)联合检测装置。

背景技术

对于码分多址（Code Division Multiple Access,CDMA）动通信系统中，多个用户的信号在时域和频域上是混叠的，由于各个用户信号之间存在一定的相关性，这就是多址干扰（Multiple Access Interference,MAI）存在的根源。随着用户数的增加或信号功率的增大，MAI就成为宽带CDMA通信系统的一个主要干扰。传统的CDMA系统信号分离方法是把MAI看作热噪声一样的干扰，导致信噪比严重恶化，系统容量也随之下降。这种将单个用户的信号分离看作是各自独立的过程的信号分离技术称为单用户检测（Single-User Detection）。实际上，由于MAI中包含许多先验的信息，如确知的用户信道码，各用户的信道估计等等，因此MAI不应该被当作噪声处理，它可以被利用起来以提高信号分离方法的准确性。这样充分利用MAI中的先验信息而将所有用户信号的分离看作一个统一的过程的信号分离方法称为多用户联合检测技术（MultipleUser Detection-Joint Detection,MUD-JD）。SIC是一种应用广泛的多用户联合检测技术。为了克服多址干扰，多用户检测技术应运而生。然而优化与次佳化的检测器在硬件实现时的复杂度太高，因此连续干扰消除检测器由于在硬件实现上的简易性，在近年来被广泛的研究。

在SIC联合检测过程中，一般自动频率控制（Automatic FrequencyControl,AFC）只对Scell（Service Cell）的信号进行频偏的跟踪和补偿，但由于用户装置(User Equipment,UE)的高速移动以及NodeB间的频率偏差，使得在Ncell（Neighbour Cell）信号上产生比较大的频偏，频偏会对干扰信号的判决重建产生致命的影响。在传统的SIC迭代算法中，未考虑NCell小区的频偏对解调性能的影响，因此，如何检测及补偿NCell相关的频率偏差，有效高连续干扰消除联合检测性能，实是有待解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的之一在于提供连续干扰消除联合检测装置，在SIC迭代过程中考虑了Ncell小区的频偏的影响，通过相位校准算法对Ncell的信号在干扰信号判决重建过程中进行补偿和恢复，在同频干扰严重的情况下，可提高性能3~6dB，以解决上述问题。

本说明书提供了一种连续干扰消除联合检测装置，其包含有一连续干扰消除处理器，接收多用户数据及系统矩阵，产生Scell数据及Ncell数据；一信号噪声比和频偏估计电路，接收Scell数据及Ncell数据，分别对Scell数据及Ncell数据进行信号噪声比和频偏估计运算，产生Scell信号噪声比和频偏数据及Ncell信号噪声比和频偏数据；一Ncell自动频率控制回路电路，接收Ncell信号噪声比和频偏数据，计算出Ncell频率控制信号；以及一Scell自动频率控制回路电路，接收Scell信号噪声比和频偏数据，计算出Scell频率控制信号；其中，连续干扰消除处理器据根据Ncell频率控制信号，调整多用户数据后，产生Scell数据及Ncell数据。

附图说明

图1为未利用本实用新型连续干扰消除联合检测装置后的仿真性能图；

图2为本实用新型第一实施例的连续干扰消除联合检测装置方块图；

图3为图2中连续干扰消除处理器的运作流程图；

图4为图2中的Ncell自动频率控制回路电路的运作流程图；

图5为利用本实用新型连续干扰消除联合检测装置后的仿真性能图。

具体实施方式

本实用新型的特点在SIC迭代过程中考虑了Ncell小区的频偏的影响，增加对干扰用户码道的激活检测，及时删除不激活的码道，进一步提高干扰消除的准确度，同时，降低功耗和减少处理时间。一般AFC回路只对服务小区进行频偏的跟踪，本实用新型增加了一个类似于Scell的AFC回路的功能对其频偏进行跟踪，输出Ncell码道的信号噪声比（Signal Noise Ratio,SNR）和频偏估计（Frequency Offset Estimation,FOE），利用SNR及其他第一层L1(物理层)配置的业务信息，对Ncell的频偏进行准确跟踪。通过相位校准算法对Ncell的信号在干扰信号判决重建过程中进行补偿和恢复，在同频干扰严重的情况下，可提高性能3~6dB，以解决上述问题。

一般CDMA系统信号的模型如下所示：

r=Sb+n

r为接收信号列向量，b为发送信号列向量，S为系统矩阵，由服务小区用户和同频干扰小区的用户组成，通过各自的扩频码及信道估计卷积得到。假设b中第k個symbol b_k为期望用户信号，上述方程可以重新写为：

$r=b_k{s}_k+\underset{j\≠k}{\mathrm{\Σ}}{b}_j{s}_j+n$

如果已经完全知道干扰用户的信息，则可以通过下式完全消除MAI的干扰，

$r_k=r-\underset{j\≠k}{\mathrm{\Σ}}{\hat{b}}_j{s}_j$

对r_k使用s_k进行匹配滤波，可得到与单用户检测一样的性能，

为对{b_j}_j≠k进行暂时性决策后，进行重建的干扰信号。一般的SIC检测的方法是先对K个用户码道按SNR（信号干扰比）从大到小的排序，从最强的用户开始，对其判决重建后，将其从接受信号中减去，再对下一个用户码道信号进行判决。实际系统中，由于终端的高速移动，会在干扰小区的信号上产生比较大的多普勒频偏，在SIC中，对干扰用户的判决重建影响非常的大，以TD-SCDMA系统为例，服务小区配置CS12.2kbps的业务，期望用户为2个码道，QPSK调制方式，干扰小区配置两个干扰码道，也为QPSK调制，干扰小区分别加100Hz和200Hz的频偏，在AWGN信道下的仿真性能如图1所示。从仿真结果可以知道，在BLER为10^-2处，100Hz的频偏使得解调性能损失大约为4dB，200Hz的频偏使得性能损失约为7.8dB，如果频偏进一步增大，会使得BLER完全错误，对高阶QAM调制，如16QAM及64QAM，星座点排列更加密集，影响会更大。几百Hz的频偏，在实际移动终端中，也是很常见的，可见Ncell的频偏对SIC算法影响非常的大，会使得判决重建后的信号完全错误，这样减去非期望的信号，实际上是进一步增加了干扰。另外K个用户码道中，由于要尽可能的加入干扰用户，干扰用户的激活检测的条件是比较宽的，可能会误加入一些干扰小区，随着迭代过程的进行，对这些干扰小区是否激活会有更加准确的判断，在迭代过程中，也应该及时删除这些不激活的码道，使得SIC的消除更加准确，且节省处理时间和功耗。

请参考图2，其所绘示为本实用新型第一实施例的连续干扰消除联合检测装置10的方块图。连续干扰消除联合检测装置10包含有连续干扰消除处理器(SIC Processor)102、解映射电路(Demapping Ciurcuit)104、译码电路(Decoding Cirsuit)106、信号噪声比(SNR)和频偏估计(FOE)电路108、Ncell自动频率控制回路(AFC Loop)电路110、Scell自动频率控制回路(AFC Loop)电路112以及本地振荡器(Local Crystal Controller)114。连续干扰消除处理器102连接至信号输入端，接收多用户数据(MF data)及系统矩阵S，并依据Ncell自动频率控制回路(AFC Loop)电路110送出的Ncell频率控制信号，调整该多用户数据后，送出Scell数据及Ncell数据。解映像电路104接收Scell数据，对该数据进行解映像运算后，产生Scell解映像数据，送至译码电路106。接着，译码电路106接收Scell解映像数据，对该解映像数据进行译码运算后，产生Scell译码数据。信号噪声比和频偏估计电路108接收Scell数据及Ncell数据，分别对Scell数据及Ncell数据进行信号噪声比和频偏估计运算，再将产生Ncell信号噪声比和频偏数据送至Ncell自动频率控制回路电路110，以及Scell信号噪声比和频偏数据送至Scell自动频率控制回路电路112。最后，Ncell自动频率控制回路电路110计算出Ncell频率控制信号，送至连续干扰消除处理器102；Scell自动频率控制回路电路112计算出Scell频率控制信号，送至本地振荡器114，用以调整本地振荡器的频率。

请参考图3，其所绘示为本实用新型第一实施例中的连续干扰消除处理器(SIC Processor)102的运作流程图。步骤301为SIC的迭代控制器，M为总的迭代次数，根据性能的要求，可以由仿真得到，一般设置为6~8次迭代即可满足性能要求。步骤302为每次迭代的码道控制器，K_m为第m次迭代的总码道数目，按照码道功率从大到小的顺序进行处理，由于在每次迭代完成后，都需要进行码道的激活检测，故K_m≤K_m-1。步骤303为干扰消除模块，将已经判决重建好的码道信号从接收信号中减掉，剩下的数据信号来进行本次码道的检测和重建。步骤304为逻辑码道的类型判断，如果当前处理的码道是服务小区的码道，由于有服务小区AFC的跟踪，Time Slot与Time Slot之间不会出现非常大的频偏，在判决前后无需做相位的补偿和恢复，直接进行步骤308的瞬时判决(tentativedecision);如果是Ncell小区的码道，则根据code index得到相应的频偏，进行后续的相位补偿与恢复。步骤305为相位旋转的纠正模块，频偏会使得星座点的信号发生旋转，导致判决错误。假设Ncell小区的第k个码道上的频偏为△f_k，每个数据symbol上补偿的相位偏差为

其中n为第k个码道上的数据symbol的索引，Ts为采样间隔，相位偏差纠正后的信号可以表示为：

${\hat{r}}_{n,k}=r_{n,k}*e^{j2*\mathrm{pi}*(-{\mathrm{\Δf}}_k)*n*\mathrm{Ts}}$

上式中涉及到复数的相乘，不方便用硬件的实现，可采用CORDIC算法实现相位旋转的纠正，假设实现

CORDIC方法实现相位旋转如下：

d_R，i+1=K_i[d_R，i-d_I,i*s_i*2^-i]

d_I，i+1=K_i[d_I，i+d_R,i*s_i*2^-i]

θ_i+1=θ_i-s_i*tan^-1(2^-i)

$K_i=1/\sqrt{1+2^{-2*i}}$

s_i＝-1,如果θ_i<0,否则s_i=1

其中i为迭代次数，从实现的精度考虑可增加迭代次数，一般选择8~12次迭代，可满足性能要求，从上式子可以看出，反正切函数tan^-1(2^-i)可以使用查表来实现，幅度因子K_i只跟迭代次数有关，是个近似的常数0.6073，定点化后，可以通过加法来实现，因此无需使用乘法器，只需一些移位寄存器和加法器来实现，硬件实现简单。步骤306为瞬时判决(tentative decision)模块，判决的方法有很多，一般分为硬判决和软判决之分，与步骤308的功能一样。步骤307与步骤305功能一样，相位旋转的回复，只是相位相反，实现上可以考虑重用Cordic模块来实现。最后，步骤311为码道的激活检测、删除和重排序，在一次迭代完成，处理完所有的channel code后，对干扰用户的激活判决会更加准确，增加干扰用户码道激活检测模块，对于非激活的码道，及时删除，进一步提升SIC的性能。检测方法如下：如果Power_m(k)≤Power₀(k)*Acd_thr则是非激活的码道，删除，其中Power₀(k)为第k个码道的初始的平均功率，Power_m(k)为第m次迭代消除后的第k个码道的平均功率，Acd_thr为激活检测的因子，通过仿真可以得到。

请参考图4，其所绘示为本实用新型第一实施例中的Ncell自动频率控制回路(AFC Loop)电路110的运作流程图。连续干扰消除处理器(SICProcessor)102将Ncell的信号也输出到信号噪声比(SNR)和频偏估计(FOE)电路108中，将产生Ncell信号噪声比和频偏数据送至Ncell自动频率控制回路电路110。Ncell自动频率控制回路电路110类似于Scell自动频率控制回路电路112，对Ncell小区的信号频偏进行追踪，Ncell_Snr(i,n)表示在第n个时隙邻小区i的SNR测量值，Ncell_Foe(i,n)为第n个时隙邻小区i的频偏估计值，将SNR值先与一个SNR的门限值比较，才使用该小区的频偏估计值，以提高可靠性；对每个小区的FOE值进行一阶的IIR滤波，如下所示：

Ncell_Foe_Adj(i,n)=Forgetting_factor*Ncell_Foe_Adj(i,n-1)+(1-Forgetting_factor)*Ncell_foe(i,n)

L1应该根据同频小区检测的结果及SNR质量情况，维护邻小区列表和更新Forgetting_factor。

请参考图5，其所绘示为本实用新型连续干扰消除(SuccessiveInterference Cancellation,SIC)联合检测装置的仿真性能图。以BLER=10^(-2)处为观察点，可以看出在100Hz的Ncell频偏下，M-SCI相对于SIC提高了近3dB，200Hz的Ncell频偏下，提高了大约6.5dB。

本案实用新型的连续干扰消除(Successive Interference Cancellation,SIC)联合检测的装置，需要对干扰小区的信号进行判决重建，再减除干扰小区的信号，如果存在着频偏，会使得判决重建后的信号错误，减去非期望的信号，实际上是进一步增加了干扰，本实用新型中在判决之前对干扰小区的信号进行频偏补偿，在信号重建之前，再将频偏补偿回来，极大改善判决重建错误信号的概率。每次迭代处理完所有的码道后，增加干扰小区码道激活检测模块，将不激活的码道及时删除，不仅提高了干扰消除的准确度，也节省了处理时间和功耗。将Ncell小区的码道也输出，重用服务小区的SNR和FOE模块，在硬件上不增加成本，也不会增加worst case下的处理时间，利用SNR的测量结果及L1配置的业务信息对Ncell的频偏进行更准确的跟踪。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种连续干扰消除联合检测装置，其包含有：

一连续干扰消除处理器，接收多用户数据及系统矩阵，产生Scell数据及Ncell数据；

一信号噪声比和频偏估计电路，接收所属Scell数据及Ncell数据，分别对所属Scell数据及Ncell数据进行信号噪声比和频偏估计运算，产生Scell信号噪声比和频偏数据及Ncell信号噪声比和频偏数据；

一Ncell自动频率控制回路电路，接收所属Ncell信号噪声比和频偏数据，计算出Ncell频率控制信号；以及

一Scell自动频率控制回路电路，接收所属Scell信号噪声比和频偏数据，计算出Scell频率控制信号；

其中，所述连续干扰消除处理器据根据所述Ncell频率控制信号，调整所述多用户数据后，产生所述Scell数据及所述Ncell数据。

2.根据权利要求1所述的连续干扰消除联合检测装置，其特征在于，所述连续干扰消除联合检测装置另包含有一本地振荡器，用以依据所述Scell频率控制信号调整所述本地振荡器的频率。

3.根据权利要求1所述的连续干扰消除联合检测装置，其特征在于，所述连续干扰消除联合检测装置另包含有

一解映像电路，接收所述Scell数据，进行解映像运算后，产生Scell解映像数据；以及

一译码电路，接收所述Scell解映像数据，进行译码运算后，产生Scell译码数据。

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