TW200915747A - Transceiver with hybrid adaptive self-interference canceller for removing transmitter generated noise to prevent modem jamming - Google Patents

Transceiver with hybrid adaptive self-interference canceller for removing transmitter generated noise to prevent modem jamming Download PDF

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TW200915747A
TW200915747A TW097112086A TW97112086A TW200915747A TW 200915747 A TW200915747 A TW 200915747A TW 097112086 A TW097112086 A TW 097112086A TW 97112086 A TW97112086 A TW 97112086A TW 200915747 A TW200915747 A TW 200915747A
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Kurt G Vetter
Leonid Kazakevich
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Interdigital Tech Corp
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Description

200915747 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及無線通信系統。 【先前技術】 當前的移動技術趨向於將多個無線電存取技術(RAT) 集成到單個無線發射/接收單元(WTRU)中，所述WTRU經 由相應的單個天線或經由通過雙工器濾波器共用的公共天 線進行發射和接收。用於RAT空中介面的特定規範基於典 型部署方案被導出。在多個RAT集成到同一 WTRU中的 情況下’導致接收器減感的自干擾可能很顯著。 圖1示出了發生在傳統的收發信機1〇〇中的問題的示 例，傳統的收發信機1〇〇包括發射器1〇5、功率放大器 (PA)110和調製器/解調器(數據機)14〇，由此發射器1〇5和 ΡΑ Π 0產生的雜訊使得數據機14〇發生阻塞。收發信機j 〇〇 還可以包括雙工器115、天線120、低雜訊放大器 (LNA)125、接收器130以及模數轉換器(ADC)135。雙工器 115可以包括發射濾波器ιΐ5Α和接收濾波器Π5Β。發射 器105輸出由PA 110放大並且經由雙工器115的發射濾波 器115A被路由到天線120的信號。天線120所接收的信號 經由雙工器115的接收濾波器115B、LNA 125、接收器130 和ADC 135被路由到數據機140。LNA 125放大所接收的 信號’接收器把所接收的信號下變換成基頻信號，然後ADC 135把該基頻信號轉換成輸入到數據機140的數位信號。 在圖1中所示的示例中，PA 115的輪出雜訊密度是 200915747 -120dBm/Hz(接收頻帶中的@+24dBm輸出），並且雙工器 115可以提供大約40dB的隔離以抑制發射器頻帶雜訊。由 此’來自發射器105的自干擾雜訊功率是_16〇dBm/Hz，其 比接收器的雜訊基底·167άΒπι/Ηζ高7dB(-174dBm/Hz，這 是50 Ohm雜訊密度加上典型接收器雜訊指數的7dB)。 當接收頻帶中的接收器和發射器產生雜訊的總合並雜 訊不會將總雜訊指數(NF)降低超過1肪時，所希望的是將 發射器雜訊抑制到這個準位。在圖丨的示例中，可預期在 -166dBm/Hz處看見合併雜訊’這將把發射器產生的雜訊限 制到： *166 dBm/Hz-(-167 dBm/Hz) =2.5e17 mW/Hz - 2e*17 mW/Hz =0.5e*17 mW/Hz =·173 dBm/Hz· 由此’所希望的是將發射器1〇5產生的雜訊降低 -160dBm/Hz- (-173dBm/Hz)=13dB。 【發明内容】 當收發彳§機中的發射器以高功率準位進行發射時，自 干擾消除器(SIC)被合併到收發信機中以降低或消除數據機 阻塞。SIC被配置成：在第一輸入端處接收包括由發射器 產生的自干擾信號分量的發射器雜訊參考信號；在第二輸 入端處接收包括由發射器產生的所述自干擾信號分量和期 望信號分量的惡化信號；以及輸出類似於所述自干擾信號 分量的校正信號。從惡化信號中減去校正信號以產生處理 後的信號，處理後的信號被輸入到數據機。SIC可以在發 200915747 射器輸出辨處於低於預定的準辦被雜。本發明 可以被應用到多RAT收發信機。 【實施方式】 在下文中，無線發射/接收單元(WTRU)包括但不局限 於使用者設備_、移_、©定或移動使用者單元、傳 呼機或能_作在無線環境巾的任何其他翻的裝置。在 下文中，基地台包括但不局限MN〇de_B、站點控制器、存 取點或無線環境中的任何其他類型的介面裝置。 本發明提供了猶如WTRU或基地纟之議收發信機 中由帶外發射@雜訊漏人接收通帶所引起的自干擾的緩 解。本發明實施參考接收器以對所關心的接收麵帶中的 發射RF b號進行抽樣^數位基頻處理被用來在基頻數據 機處理之前自適應地減去來自接收信號路徑的自干擾信 號。 ° 如果裝置上使用超過一個的天線，則本發明降低了經 由雙工器的有限物理隔離以及寄生路徑或者通過天線空間 漏入收發信機的接收器通帶的自干擾信號。被發射信號的 抽樣被用作對混合型自適應SIC的參考。接收路徑包括期 望乜號分量s(t)和相干的自干擾信號分量〗(t)。SIC自適應 地更新等化器加權向量以降低收發信機的數據機的輸入端 處的干擾準位，以確保最小的接收器減感。 圖2示出了收發信機2〇〇的示例，收發信機2〇〇防止 在收發信機200的發射路徑中由發射器205和PA 210所引 起的數據機240的阻塞。由發射器2〇5和PA210產生的雜 200915747 訊被降低’因此當雜訊接近接收器雜訊基底時不阻塞期望 的低功率信號。收發信機200可以被合併到WTRU或基地 台中。除了發射器205和數據機240之外，收發信機200 還可以包括PA 210、雙工器215、天線220、LNA 225、接 收器230、第一 ADC235、耦合器245、帶通濾波器248、 參考接收器250、第二ADC 255、混合型自適應SIC 260 和加法器265。加法器可以被合併到混合型自適應sic 260 中，或者可以是在混合型自適應SIC260外部的分離元件。 參考圖2 ’發射器205輸出由PA210放大並且經由輕 合器245和雙工器215的發射濾、波器215A被路由到天線 220的信號。由天線120接收的信號被LNA 225放大，經 由接收器230被下變換成基頻信號，經由第一 adc 235被 轉換成數位信號275。等化器輸出信號(即校正信號)285被 此合型自適應SIC 260輸出並且在被輸出到數據機240之 前從數位信號275中被減去。在pa21〇的輸出端處的接收 頻帶中的雜訊被輕合器245抽樣，被帶通濾、波器248滤波， 被參考接收器250下變換成基頻信號，經由第二adc 255 被轉換成數位信號280然後被輸入到混合型自適應SIC 260帶通;慮波益248拒絕(即衣減)發射頻帶中的信號，並 且允許接收頻帶中的信號以最小損耗通過。 圖2的收發信機2〇〇可以用混合型自適應SIC 26〇來 實加此&型最小均方(LMS)相關技術。收發信機200能約把 自=擾信號分量I⑴降到低於接收器23〇的雜訊基底6犯或 更多，從而產生只有ldB的接收器減感而實現了接收器性 200915747 此的改善(例如資料速率的增加)。通過將數位H 28〇的自 干擾信號分量m盘包括被自+二邮戒280的自 信號分量_上==:=期; =IC 260防止由發射器2〇5產生的雜訊阻m二 :=，從數位信號275中減去等化器輪二即 ^_5而從數位信號275中移除自干擾信號分量 ()，專化讀出信號(即校正信號泣85由混合型自適應 SIC260產生以相當近似於自干擾信號分量坳，從而產生 被加法器265輸出到數據機的處理後的數位信號27〇。 由於發射器205產生的雜訊而造成的數據機24〇的阻 塞只發生在高功率準位時。由此，混合型自適應沉26〇 不而要/肖除由發射器205在低準位時產生的雜訊，因為雜 訊基本上低於接收器230的雜訊基底。例如，當發射器205 的輸出功率被降低(例如降低l5dB)時，接收器23〇的靈敏 度降低變得可忽略並且混合型自適應SIC 26〇可以通過發 射功率控制(TPC)信號290而被禁能。 圖3示出了在圖2的收發信機200中使用的混合型自 適應SIC 260的配置示例。混合型自適應sic 260可以包括 第一相關器305、最大(max)LMS演算法單元310、等化器 315、最小(min)LMS演算法單元320、第二相關器325、LMS 演算法選擇單元330和延遲單元335。 如圖3的示例中所示，包括自干擾信號分量I(t)的數位 信號280被延遲單元335延遲以便與數位信號275時間校 準，數位信號275包括被自干擾信號分量I(t)惡化的期望信 200915747 號分量s(t)(即s(t)+i(t))。被延遲單元335輪出的延遲數位雜 訊抽樣#號340被饋送入等化器315、第—相關器、第 二相關器325。 第二相關器325將相關信號345輸出到最小LMS演算 法單元320和LMS演算法選擇單元33〇，相關信號345、= 不處理後數位信號270和延遲數位雜訊抽樣信號34〇之間 的相關值(例如信號干擾比(siRnh LMS 法單元 320基於處理後數位信號27〇以及相關信號3衫的值產生 加權向量350。 、第一相關器305將相關信號355輸出到最大LMS演算 法單元320和LMS演算法選擇單元33〇，相關信號班指 不處理後數位信號270和等化器輪出信號285之間的相關 性。最大LMS ί寅算法單元·基於相關信號355的值產生 加權向量360。 最小LMS演算法單元32〇和最大LMS演算法單元31〇 中的至少-個分別輸出加權向量信號35〇或加權向量信號 36〇，其調整(即動態加權)等化器315產生的輸出信號 以便輸出信號285近似於自干擾信號分量I(t)。然後，從數 位信號275巾減去等化器輸出信號285，其 = 除自干擾信號分量I(t)。 王咱 基於相關信號345和355的值，LMS演算法選擇單元 330丄向等化器315發送加權向量選擇信號撕，加權向量琴 ，號365確定是使用來自最大LMS演算法單元31〇的^ 權向篁信號360還是使用來自最小LMS演算法單元32〇的 11 200915747 加權向量信號350。當IK：信號携指出發射器2〇5的功 率低於預定門檻(例如在_雌到_2_之間)時，這將不會 導致數據機240阻塞，而混合型自適應沉細被禁能。 #干擾信號分量1(_水準趨近期望信號分量s(t)的水 2時，這個方法的性能受到限制。結果，最小⑽演算法 單元320的最小工作點將仍然接近期望信號分^呦的水 準’從而導致收發信機200的性能降低3犯。 } 、混合型自適應弧遍自適應地在不_多個成本函 數準則之間做出選擇，以在高低SIR時都實現最佳消除回 應。圖4示出了混合成本“差錯”魏。最小㈣成本函數 以凸函數來表不，而最大LMS函數以凹函數來表示。混合 演算法通過執行最小和最大LMS成本函數的聯合優 工作。成本函數的優化通過適配等化器加權而被發現以實 現主信號路徑中的加法器輸出端處的最小差錯。等化器抽 頭”Wk”基於差錯信號▽⑼的斜率和常數a *被調整。最小 〇 LMS演算法㈣式⑴來綱，*最大咖演算法由等 (2)說明。 工 WM^Wk-ak.Ve(l) = Wk+ak -Ve(〇 等式（1) 等式（2) 其中，k是說明第k個等化器抽頭的指數。 式(3): 用來最小化每個成本錄的差錯测是基於如下的等 等式（3) ，但是受到動態 e(n) = e(n) - W. (ή) · ^ ,(η_η 最小LMS演算法最初搜索期望工作點 200915747 雜訊的限继朋此可能無法實毅個最小約束。當這個 限制被只現％ ’最小LMS等化器抽頭係數被固定並且最大 LMS廣算:¾•接;^動態調整等化_抽頭以實現所期望的最大 UVtS工作點。、絲是低於魏雜絲底#自干擾雜訊信 號的消除’從而使得系統性能可與無自干擾信號相比。 夕上述的混合型自適應SIC 26〇的特徵可以被擴展到與 多RAT接合。圖5示出了多驗收發信機的說明。 相應_合器605、610、615在每個發射器輸出端處被用 來從每個干擾信號獲得RF抽樣。頻帶選擇信號52G被用來 動態選擇並接收所關心的頻帶並且設置參考接收器仍的 調諧。參考基頻信號53〇被ADC 535數位化並且用如上所 述的方法被自適應地處理。混合型自適應SIC 54()被擴展 到N個一致的實施以支持N個(頻帶)的干擾消除。在 所提議的結構巾，單個干擾RAT可以被分別地處理，或者 多RAT可以經由均衡更新的動態旋轉而被處理。 例如，此處的實施例可以在WTRU、基地台、無線網 路控制器中，在貫體層處，以特定功能積體電路(Asi)、 硬體或數位信號處理器(DSP)的形式，在正交分頻多工 (OFDM)/多入多出（μίμο)、寬頻分碼多重存取 (WCDMA)、全球數位移動電話系統（GSM)或基於 正EE802.1的系統中被實施。本發明適用於包括高逮下行鏈 路封包存取、智慧天線、行動電話、智慧型電話、特色電 話、膝上型電腦或任何其他個人通信裝置的資料卡。 實施例 13 200915747 L一種無線發射/接收單元(WTRU)，包括： (a)數據機； ㊉)發射器，非有意地產生包括自干擾信號分 信號分量的惡化信號；
〇 (c)自干擾消除器(SIC)，被配置成產生類似於自干擾 號分量的校正信號；以及 D
(d)加法器，被配置成從惡化信號中減去校正 生被輪入數據機的處理後的信號。 〜 、2,根據實施例1所述的WTRU，其中，SIC消除器還 被配置成接收包括自干擾健分量的發射^雜絲考作號 並且接收包括自干擾信號分量和期望信號分量的惡/匕信 3.根據實施例2所述的WTRU，其中，SIC包括. 。（cl)延遲單tl，被配置成接收觀遲發射器雜訊參考信 號； °
量和期望 (c2)第-相關器’被配置成將延遲的發射器雜訊參 號與處理後的信號相關以產生第一相關信號； 〆° (c3)等化器，被配置成接收延遲的發射器雜訊參 並且產生校正信號； °〜 ㈣最小最小均方(LMS)演算法單元，被配置成基 理後的滅和第-相關信號來向等化器輪出第—加權向田 信號； °置 號與校正信號相關 (c5)第二相關器’被配置成將惡化信 以產生第二相關信號； 14 200915747 ㈣最大最小均方(LMS)演算法單元，被配置成基於第 二相關彳§號來向等化器輸出第二加權向量信號；以及 (c7)LMS演算法選擇單元，被配置成基於第一和第二 相關信號來向等化器輸入加#選擇向量信號以確定等化器 應該使用第-和第二加權向量信號中的哪—個來產生校^ 信號。 4. 根據實施例3所述的WTRU，其中，如果發射器的 發射功率低於預定門檻，則LMS演算法選擇單元被禁能。 5. —種無線發射/接收單元(WTRU)，包括： (a)多個數據機，與不同的無線電存取技術(rat)相關 聯； 作)多偭發射器，與不同的RAT相關聯，每個發射器都 產生包括自干擾信號分量和期望信號分量的信號； ⑹自干擾消除器(SIC)，被配置成接收包括相應的自干 擾信號分量的多個發射器雜訊參考信號，接收包括相應的 自干擾彳§號分量和期望信號分量的惡化信號，並且輸出類 忉於相應的自干擾信號分量的多個校正信號；以及 丄(Φ多個加法器，被配置成從相應的惡化信號中減去校 正仏號以產生被輪入相應的數據機的處理後的信號。 6. —種基地台，包括： (a) 數據機； (b) 發射器’產生包括自干擾信號分量和期望信號分量 的惡化信號； (c) 自干擾消除器(SIC) ’被配置成接收包括自干擾信號 15 200915747 射器雜訊參考信號，接收包括自干擾信號分量和 /月望錢分量的惡倾號，並且輸出_於 量的校正信號；以及 虎刀 、（Φ加法器，被配置成從惡化信號中減去校正信號以產 生被輸入到數據機的處理後的信號。 7·根據實施例6所述的基地台，其中，SIC包括.
(cl)延遲單被配置成接收並延遲發射器雜訊來 號； ㈣第-相Μ ’被配置成將輯的發射_訊參考信 號與處理後的信號相關以產生第一相關信號； ⑹等化器’被配置成接收延遲的發射器雜訊參考信號 並且產生校正信號； 〜 ㈣最小最悄方(LMS)演算法私’魏置成基於處 理後的信號和第-棚錢來向等化H輸出第—加權向量 信號； (切第二相㈣’被配置成將惡化信賴校正信號相關 以產生第二相關信號； ㈣最大最小均方(LMS)演算法單元，被配置成基於第 一相關號來向專化蒸輸出第二加權向量^古#·以^及^ (C7)LMS演算法選擇單元，被配置成 相關信號來向等化器輸入加權選擇向量信號以確定等化器 應該使用第一和第二加權向量信號中的哪一個來產生校正 信號。 8.根據實施例7所述的基地台，其中，如果發射器的 16 200915747 定門檀，則⑽演算法選擇單元被禁能。 .種基地台，包括： 聯;(a)多個數據機，與不同的無線電存取技術_相關 產生與聯’每個發射器都 干擾彳5唬分量和期望信號分量的俨號. 擾信32l_(SIC) ’被配置成接收‘應的自干 自干擾^ /贿射11雜訊參考域，接收包括相應的 似於望信號分量的惡化信號，並且輸出類 ，的自干擾信號分量的多個校正信號；以及 正信法③’被配置修_的,€化錢中減去校 70生被輸入相應的數據機的處理後的信號。 擾、、^於從發職產线錢中移_^自干 擾趣IKSIC)’該SIC包括： ^ 詈H遲早70 ’被配置成接收並延遲包括自干擾信號分 里的發射ϋ雜訊參考信號； 〇>)加法器，被配置成接收由發射器產生的惡化信號並 k從該惡化&號巾減去校正信號*輸&處理後的信 0 (c)第一相關器，被配置成將延遲的發射器雜訊參考信 號與處理後的信號相關以產生第-相關信號； ° 、（d)等化器，被配置成接收延遲的發射器雜訊參考信號 並且產生校正信號； σ儿 ⑹最小最小均方(LMS)演算法單元，被配置成基於處 17 200915747 器輸出第一加權向量 理後的信號和第-相號來向等化 信號； 以產被配置成將惡化信號與校正信號相關 (g)取大最小均方(LMS)演算法私，被配置成基於第 二相關信號來向等化輯出第二加權向量信號；以及
⑻LMS演算法選擇單元，基於第一和第二相關信號來 向4化器輸场權選擇向量健以確定等化ϋ應該使用第 -和第二加權向量信號中㈣—個來產生校正。 U.根據實施例1〇所述的SIC，其中，如祕射器的發 射功率低於敎ΠΜ，則LMS演算法_單元被禁能。 12.-種用於從由發射器產生的惡化信號中移除自干 擾信號分量的方法，該方法包括：
接收並延遲包括自干擾信號分量的發射祕訊參考信
基於延遲的魏歸醇相絲產纽正信號； 接收包括自干擾信號分量和期望信號分量的惡化信 從惡化信號中減去校正信號以產生處理後的信號。 13.根據實施例12所述的方法，還包括： 將延遲的發射器雜訊參考信號與處理後的信號相 產生第一相關信號； ^ 基於處理後的信號和第一相關信號來產生第一加權 量信號； ° 200915747 ==校正信號相關以產生第二相關信號; 確疋應該使用第一和第—如描 乂及 產生校正信號。 第—加權W信射的哪-個來 ^本發明的特徵和元件在較佳的實施方式中以特 =口 述，但每個特徵或元件可以在沒有所^
的其他特徵和元件的情況下單獨使用有= ::與=發明的其他特徵和元件結合的各種情況下使用？ 柄明提供的方輯流賴可以在由姻賴或處理器執 :的電腦程式、軟體_體中實施，其中所述電腦程式、 軟體或_是財形的方式包含在電腦可讀儲存媒體中 的’關於電腦可讀儲存媒體的實例包括唯讀記憶體 、(顧）、隨機存取記憶體（議）、暫存器、緩衝記憶體、 半導體德體裝置、㈣㈣和可移細狀類的磁媒 體、磁光舰以及CD-RQM糾和触乡功能綱(DVD) 之類的光媒體。 舉例來s兒，恰當的處理器包括：通用處理器、專用處 理器、傳統處理器、數位信號處理器（Dsp)、多個微處理 器、與DSP核心相關聯的一個或多個微處理器、控制器、 微控制器、特定功能積體電路（ASIC)、現場可編程閘陣 列（FPGA)電路、任何一種積體電路㈤）和/或狀態機。 與軟體相關聯的處理器可以用於實現射頻收發信機， 以在無線發射接收單元（WTRU)、使用者設備、終端、基 地台、無線電網路控制器或是任何一種主機電腦中加以使 19 200915747 用。WTRU可以與採用硬體和/或軟體形式實施的模組結合 使用，例如相機、視訊攝影機模組、視訊電話、揚聲器電 話、振動設備、揚聲器、麥克風、電視收發信機、免提耳 機、鍵盤、藍牙®模組、調頻（FM)無線電單元、液晶顯 示器（LCD)顯示單元、有機發光二極體（〇led)顯示單 元、數位音樂播放器、媒體播放器、電動遊戲機模組、網 際網路瀏覽器和/或任何一種無線區域網路（WL·)模組。 〇 20 200915747 【圖式簡單說明】 上述内容以及以下的本發明詳細說明在參考附圖進行 閱讀時將被更好地理解，在附圖中： 圖1示出了由於發射器產生雜訊而經受接收器阻塞的 傳統收發信機的示例； 圖2示出了包括防止數據機阻塞的混合型自適應SIC 的收發信機的示例； 圖3示出了在圖2的收發信機中使用的混合型自適應 SIC的配置示例； 圖4是示出混合成本差錯函數的圖表；以及 圖5示出了使用自適應多模式混合型自適應SIC的多 RAT收發信機的示例。 【主要元件符號說明】 100、200收發信機 110、210、PA功率放大器 115A、115B、215A、215B 發射濾波器 120天線 125、225、LNA低雜訊放大器 135、235、255、535、ADC 模數轉換器 115、215雙工器 248帶通滤波器 265加法器 270、275、280數位信號 21 200915747 285等化器輸出信號 290、TPC發射功率控制信號 340延遲數位雜訊抽樣信號 345、355相關信號 365加權向量選擇信號 LMS 最小最小均方 500收發信機 520頻帶選擇信號 530參考基頻信號 WLAN 無線區域網路 GSM全球數位移動電話系統
22

Claims (1)

  1. 200915747 十、申請專利範圍： 自干擾消除方法(SIC)，該方法包括； 第一輸入埠，被配置成接收包括一自干擾信號分量 的一發射器雜訊參考信號； 一第二輪入埠，被配置成接收包括該自干擾信號分量 和一期望信號分量的-惡化信號；以及 —輸出埠，被配置成輸出類似於該自干擾信號分量的 一校正信號。 .如申^專利乾圓第1項所述的sic，其中該sic更包 括： 一延遲單元，被配置成接收並延遲該發射器雜 信號。 可 3.如申請專利範圍第2項所述的sic，其中該sic更包 括： 第相關器，被配置成將延遲的發射器雜訊參考信 號與-處理後的信號相關以產生一第一相關信號，其中該 ^理後的k號藉由從該惡化信射減去該校正信號而被產 4·如申請專利範圍第3項所述的SIC，其中該SIC更包 括： 一等化器，被配置成接收該延遲的發射器雜訊參考信 就並且產生該校正信號。 5.如申請專利範圍第4項所述的SIC，其中該SIC更包 括： t 23 200915747 一最小最小均方(LMS)演算法單元，被配置成基於該處 理後的信號和該第一相關信號來向該等化器輸出一第一加 權向量信號。 6.如申請專利範圍第5項所述的SIC，其中該SIC更包 括： 一第一相關器，被配置成將該惡化信號與該校正信號 相關以產生一第二相關信號。
    7. 如申請專利範圍第6項所述的SIC，其中該sjc更包 括： 一最大最小均方(LMS)演算法單元，被配置成基於該第 二相關信號來向該等化器輪出一第二加權向量信號。 8. 如申請專利範圍第7項所述的SIC，其中該更包 括： - LMS演算法獅單元，被配置絲_第—和第二 相關L號來向該等化器輸入一加權選擇向量信號，以確定 ，等化器應該使用該第-和第二加權向量信號中的哪-個 來產生該校正信號。 t申请專利範圍第8項所述的SIC，其中如果該發射 曾:^考^號的發射功率低於一預定門襤，則該LMS演 鼻法選擇單元被禁能。 24
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