TWI455512B

TWI455512B - 用於判定符號估計之裝置、電腦程式、與方法

Info

Publication number: TWI455512B
Application number: TW097146592A
Authority: TW
Inventors: Markku Heikkila
Original assignee: Nokia Corp
Priority date: 2007-11-30
Filing date: 2008-12-01
Publication date: 2014-10-01
Also published as: US8213549B2; CN101878609A; CN101878609B; HK1141636A1; EP2215758A1; TW200943796A; EP2215758B1; KR101204264B1; WO2009068750A1; EP2215758A4; KR20100091233A; US20090141820A1; FI20075864A0

Description

用於判定符號估計之裝置、電腦程式、與方法

發明領域

本發明關於用於判定符號估計之裝置、電腦程式、與方法。

發明背景

以下對背景技藝之描述可包括洞悉、發現、理解或揭露內容，或在本發明之前未被熟知但藉由本發明提供的相關技術之聯想以及揭露內容。以下可特別指出本發明的一些這樣的貢獻，而從它們的脈絡裏將會清楚本發明之其他這樣的貢獻。

分碼多重接取(CDMA)系統之受限於干擾的本質起因於接收器的設計：接收典型地基於一展頻碼匹配濾波器(MF)或一相關器。因為接收到的展頻碼通常不是完全正交的，所以多重接取干擾(MAI)出現在接收器中。

次最佳化的多使用者接收器已被開發來克服多重接取干擾。多使用者接收器可按幾種方式分類，其中一種是把接收器分成兩大主類：線性等化器及減去性干擾消除(IC)接收器。線性等化器，例如迫零(ZF)、去相關檢測器或最小均方誤差(MMSE)檢測器是抑制多重接取干擾的線性濾波器。IC接收器的原理是估計多重接取干擾成分，然後從接收到的信號中減去該多重接取干擾成分以使判定較可靠。多重接取干擾消除可透過使用串列干擾消除(SIC)檢測器來完成。

多輸入及多輸出(MIMO)指的是系統在發射器和接收器都使用多重天線以提高無線電通訊系統的性能。

一習知的通道解碼器輔助SIC檢測器連續地檢測MIMO資料流。因為一通道解碼延遲，SIC檢測器緩衝已接收到的信號樣本，相對應於需要大容量信號緩衝器的通道及雜訊方差或雜訊協方差估計。

發明概要

本發明之一些層面在後附申請專利範圍獨立項中揭露，而本發明之各種實施例在申請專利範圍附屬項中揭露。以下之概要企圖對於本發明而言是示範性的而非限制性的。

根據本發明之一示範性層面，一種裝置包括包含至少一個檢測器之一檢測單元、一資訊儲存器、一通道解碼器，及一估計器。該檢測單元的該一個或多個檢測器遭組配以檢測一第一資料流，且該檢測單元的該等相同檢測器之一個或多個檢測器或者該檢測單元的一個或多個其他的檢測器遭組配以當干擾消除被執行的時候和無干擾消除被執行的時候並行於該第一資料流之該檢測來檢測一第二資料流以獲得檢測結果。該資訊儲存器遭組配以儲存該第二資料流的該等檢測結果。該通道解碼器遭組配以通道解碼該已檢測的第一資料流，及該估計器遭組配以透過使用該等已儲存的該第二資料流的檢測結果及基於該第一資料流的該成功通道解碼來判定一符號估計。

本發明的另一示範性層面是針對一種方法。該方法包括以下步驟：檢測一第一資料流及檢測一第二資料流。當干擾消除被執行的時候及無干擾消除被執行的時候並行於該第一資料流的該檢測該第二資料流被檢測以獲得檢測結果。該方法進一步包括儲存該第二資料流的該等檢測結果及通道解碼該已檢測的第一資料流。一符號估計使用該等已儲存的該第二資料流的檢測結果及基於該第一資料流的該成功通道解碼來判定。

本發明的另一示範性層面是針對一種裝置。該裝置包括用以檢測一第一資料流的裝置及用以當干擾消除被執行的時候和無干擾被執行的時候並行於該第一資料流的該檢測來檢測一第二資料流以獲得檢測結果的裝置。該裝置還包括用以儲存該第二資料流的該等檢測結果的裝置及用以通道解碼該已檢測的第一資料流的裝置。還有，該裝置具有用以透過使用該等已儲存的該第二資料流的檢測結果及基於該第一資料流的該成功通道解碼來判定一符號估計的裝置。

圖式簡單說明

本發明的實施例下面只以結合附圖參考範例的方式來描述說明，其中

第1圖說明通訊系統的一範例；

第2圖是一流程圖；

第3圖說明通訊裝置的一範例；及

第4圖說明通訊系統之一節點的一範例。

較佳實施例之詳細說明

以下實施例是示範性的。儘管說明書中可能在多個位置提及“一”、“一個”或“某些”實施例，但這並不一定意味著每個這樣的參考是指同一個(些)實施例，或該特徵僅僅應用於單個實施例。不同實施例的單個特徵也可被組合以提供其他的實施例。

本發明可應用於任何使用者終端機、伺服器、相對應元件，及/或任何通訊系統或支援所需功能的不同通訊系統之任何組合。所使用的協定、通訊系統之規格、伺服器、及使用者終端機，特別是在無線通訊中，發展很快。這樣的發展可能需要對實施例做額外變動。因此，所有言詞及表達都應廣泛地被解譯且它們想被用來說明而不是限制實施例。

以下所述中，不同實施例將使用基於演進UMTS地面無線電接取(E-UTRA，UMTS=通用行動電訊系統)的一架構來描述，該架構作為該等實施例可被應用於其中之一系統架構的一範例，然而不把實施例限定於這樣的一架構。

現在存在多個不同的無線電協定應用在通訊系統中。不同通訊系統的一些範例如下：通用行動電訊系統(UMTS)無線電接取網路(UTRAN或E-UTRAN)、長期演進(LTE，與E-UTRA相同)、無線區域網路(WLAN)、微波接取全球互通(WiMAX)、Bluetooth、個人通訊服務(PCS)及使用超寬頻(UWB)技術的系統。

第1圖是一簡化了的系統架構，僅表示一些元件和功能實體，所有這些是它們的具體實施可能不同於此圖所示之邏輯單元。在第1圖中所示的連接是邏輯連接；實際的實體連接可能有所不同。對該技藝中具有通常知識者來說，系統還包含其他功能和結構是顯而易見的。應該理解，在群組通訊中或者為群組通訊使用的功能、結構、元件及協定與實際發明並不相關。所以，在這裏，沒必要對它們進行更詳細的討論。

第1圖顯示E-UTRA之一無線電接取網路的一部分。

該通訊系統是一蜂巢式無線電系統，該系統包含與使用者裝置106及108具有雙向無線電鏈接102及104的一基地台(或節點B)100。使用者裝置可被固定、車載、或為便攜式的。使用者裝置106與108可指便攜式計算裝置。這樣的計算裝置包括使用或者無需一使用者識別模組(SIM)操作的無線行動通訊裝置，包括以下類型的裝置但不限於此：行動電話、多媒體裝置、個人數位助理(PDA)、手持話機。

舉例來說，基地台包括收發器。來自基地台之該等收發器的一連接被提供到一天線單元，該天線單元建立與使用者裝置之雙向無線電鏈接。基地台進一步連接到一控制器110(一無線電網路控制器(RNC))，該控制器110傳送該等裝置的該等連接到網路的其他部分。該無線電網路控制器以一集中方式控制連接到它的幾個基地台。該無線電網路控制器進一步連接到一核心網路112(CN)。視這個系統而定，核心網路側上的相對應部分可以是一行動服務交換中心(MSC)、一媒體閘道器(MGW)，或一服務GPRS(通用封包無線電服務)支援節點(SGSN)等。

應當指出的是，將來無線電網路、RNC的功能可在基地台(可能是基地台之一子集)之間分配。

然而，該等實施例並不限定於作為範例所給出的這個系統，該技藝中具有通常知識者可應用該解決方法到提供了必要屬性的其他通訊系統。不同的無線電協定可被應用於本發明之實施例可適用的通訊系統中。使用的無線電協定就本發明的實施例而言是不相關的。

該通訊系統還能夠與其他網路通訊，例如公共交換電話網路或網際網路。

MIMO傳輸典型地應用從不同傳輸天線或傳輸波束傳輸而來的兩個並行資料流(這有時稱為預編碼MIMO)。這些串流相互干擾，導致需要先進的MIMO檢測器。兩個以上MIMO層也可被提供。一習知的通道解碼器輔助SIC檢測器連續檢測MIMO資料流，如下：一第一MIMO資料流被檢測且被通道解碼。解碼器輸出被用於該第一資料流所導致的對一第二資料流的干擾之再生。干擾消除(IC)後，該第二資料流被檢測。典型地，干擾消除只在該第一資料流解碼成功的條件下才被執行，以避免錯誤傳播。

可選擇地，一軟體干擾消除可透過依據用於干擾信號元素之再生的位元或符號的可靠性來加權該等位元或符號來執行。典型地，一習知的SIC檢測器依據MIMO串流的可靠性來排列MIMO串流，在這種情況下SIC檢測器先檢測具有最高可靠性的MIMO串流。剩餘的MIMO串流的檢測按照可靠性遞減的順序被執行。可靠性可依據例如一信號對雜訊比的一後檢測、接收到的信號功率，或者通道解碼器輸出處的一訊框或區塊錯誤率之估計來量測。

然而，改進的SIC檢測器之實施例預先判定對於一第二MIMO資料串流之檢測器濾波器(諸如線性最小均方誤差(LMMSE))、相對應的LMMSE輸出，以及並行於一第一MIMO串流的LMMSE檢測之一些所需信號振幅。第二MIMO資料流的LMMSE濾波器輸出被儲存，而不儲存原始信號樣本及MIMO通道係數及雜訊方差估計值。這樣節省了記憶體空間，因為LMMSE濾波器輸出是單個複值。

在一實施例中，對第二MIMO資料流的干擾消除僅在第一MIMO資料流被成功解碼之後執行。因為在第一MIMO資料流的檢測期間，並不知曉干擾消除是否將被執行或不執行，對第二MIMO資料流而言，兩個LMMSE濾波器版本是必需的：一個用在第一MIMO資料流被消除的情況下而另一個用在第一MIMO資料流未被消除的情況下。

在成功解碼之後，典型地透過使用加速解碼，SIC檢測器從記憶體中讀取假定干擾消除將被執行的LMMSE濾波器版本之一輸出樣本。然後干擾消除被執行以便從該LMMSE輸出(並非像習知的一樣從原始信號樣本)中減去再生干擾。

在解碼不成功的情況下，SIC檢測器讀出相應於假定無干擾消除將被執行的該LMMSE濾波器版本的一LMMSE輸出樣本。干擾消除不被執行且該已讀出的LMMSE輸出樣本被用於解調。

應當注意的是，專用名詞第一MIMO資料流指的是在一SIC檢測器中首先選定來被檢測的一MIMO串流。當兩個MIMO層(串流)被使用的時候，它可以是一MIMO信號的層1或層2中的任一個。

再者，以第2圖的方式進一步詳細解釋一實施例。已提出的原理可被實施於幾種通訊系統，比如基於正交分頻多工(OFDM)、正交分頻多工接取(OFDMA)的通訊系統，或基於分碼多重接取(CDMA)空中介面的系統。在基於CDMA或者WCDMA的系統中，檢測及干擾消除可使用片碼級(寬頻)信號來執行，以使檢測器及干擾消除器輸出片碼的估計，而不是符號的估計。使用一展頻碼相關器，一連串的片碼可被解展頻來獲得符號估計。

實施例始於方塊200。

在方塊202中，一第一資料流被檢測。在通訊系統中，檢測，典型的意思是從一載波信號中提取資料。

一SIC檢測器的輸入信號向量典型地包括來自每一接收天線的複合信號樣本且運載兩個未知符號(在兩個MIMO資料流的情況下。如果有更多的資料流存在，信號向量包括更多的符號)：

r(k) =h ₁ (k)s ₁ (k) +h ₂ (k)s ₂ (k) +雜訊　(1)

其中h ₁ (k) 表示一第一符號的一通道向量，s ₁ (k) 表示一第一符號，h ₂ (k) 表示一第二符號的一通道向量，s ₂ (k) 表示一第二符號，及k 表示子載波索引。

一通道向量應該從廣義上理解：該向量可包括類比及數位發射及接收濾波器的影響，波束形成、預編碼及發射分集等的影響，除此之外還有正在討論中的這個MIMO無線電通道的影響。

一LMMSE或干擾拒絕組合器(IRC)或其他合適的用於第一MIMO串流檢測的濾波器透過w ₁ (k) 表示。該SIC檢測器對所有被選中的子載波實施這個濾波器來檢測串流1的一碼字(典型的是加速碼)：

其中 (k) 表示該第一MIMO串流的一共軛轉置濾波器，H 表示一向量的共軛轉置，r(k) 表示一SIC檢測器輸入信號，及k 表示一子載波索引，k =0,1,...,K ,當K 是整數值且K <∞時。

在檢測中，該等符號針對於子載波k而被檢測。

干擾的再生包括一種透過發射器原始被發射的位元的再生的方法。典型地，這需要再編碼、速率匹配及交錯在一通道解碼器的輸出中的該等位元。

在方塊204中，第二資料流在干擾消除被執行的情況下及在無干擾消除被執行的情況下並行於第一資料流之檢測被檢測來獲得檢測結果。也就是說，第一資料流的檢測和第二資料流的檢測是典型地相互並行地被執行。

符號估計 (k) 包括以天線組合的方式被抑制的第二MIMO資料流所引起的殘餘干擾。並行於第一MIMO資料流檢測的第二串流按以下被檢測：

1)第一MIMO資料流的通道解碼未成功，無干擾消除將被執行情況下之第二MIMO資料流檢測的結果：

其中 (k) 示第二MIMO串流的共軛轉置濾波器(無干擾消除)，H 表示一向量的共軛轉置，r(k) 表示一SIC檢測器輸入信號，h ₂ (k) 表示一第二符號的一通道向量s ₂ (k) 表示一第二信號，A _2, _nolc (k) 表示在無干擾消除被執行時第二MIMO資料流的符號振幅，及k 表示一子載波索引，k =0,1,...,K ,當K 是整數值且K <∞。

2)第一MIMO資料流成功通道解碼，干擾消除將被執行情況下第二MIMO資料流檢測的結果：

其中 (k) 示第二MIMO串流的共軛轉置濾波器(干擾消除被執行)，H 表示一向量的共軛轉置，r(k) 表示一SIC檢測器輸入信號，h ₂ (k) 表示一第二符號的一通道向量，h ₁ (k) 表示一第一符號的一通道向量，s ₂ (k) 表示一第二信號，s ₁ (k) 表示一第一信號，A _21, _IC (k) 表示由第一MIMO資料流引起的且干擾消除將被執行時的第一MIMO資料流模型化干擾之符號振幅，A _2, _IC (k) 表示在干擾消除被執行時第二MIMO資料流的符號振幅，及k 表示一子載波索引，k =0,1,...,K ,當K 是整數值且K <∞。

在檢測中，該等符號針對於子載波k而被檢測。除了A _21, _IC 所有其他的振幅值均為實值。

當第一MIMO串流的解碼未成功且因此干擾消除將不被執行時，第二MIMO串流的檢測器濾波器以如下所述的一種方式被判定：該濾波器本身抑制來自第一MIMO串流的干擾。當第一MIMO串流的解碼成功允許可靠的干擾消除時，第二MIMO串流的檢測器濾波器不需要把來自第一MIMO串流的干擾考慮在內。

在方塊206中，第二資料流的檢測結果被儲存。

被儲存的結果是 (k) 、 (k) 、A _2, _noIC (k) 、A _2, _IC (k) 及A _21, _IC (k)。

該等結果針對於子載波k而被判定及儲存。該等結果典型地被儲存在記憶體緩衝器裏。

在方塊208中，該等符號被通道解碼。該已通道解碼之資料被用來再生被引入到第二MIMO資料流之符號的干擾。

通道編碼通常指的是在發射器中的前向糾錯編碼及位元交錯。通道編碼被典型地用來保護存在有雜訊及干擾之無線電路徑中的資料。通道解碼在接收器中消除通道編碼。因此，執行通道解碼的方法依賴於被選用的通道編碼。實施例不限制通道編碼方法的選擇。

在方塊210中，符號估計透過使用已儲存的第二資料流的檢測結果及基於第一資料流的成功通道解碼來判定。

如果第一MIMO資料流的通道解碼是成功的，干擾被從其中減去的符號估計可按以下判定：

其中 (k) 、 (k) 從記憶體中獲得， (k) 是基於第一MIMO資料流的已解碼資料而再生的第一MIMO串流的符號，及k 表示一子載波索引，k =0,1,...,K ,當K 是整數值且K <∞。

如果通道解碼失敗，第一MIMO資料流的符號估計不會被提供而無干擾消除的符號估計可按如下判定：

其中 (k) 可從記憶體中獲得。

實施例結束於方塊212。箭頭214描述了重複該實施例的一可能性。這個重複將包含自第二MIMO串流對接著再一次被檢測的第一MIMO串流的干擾之消除。

應當注意的是，典型地，方塊204的輸出(被檢測的第二資料流)被用於干擾消除，在此之後第二MIMO串流被解碼。

以上結合第2圖描述的步驟/要點、發信訊息及相關功能並不是絕對的依時間先後排列的，有些步驟/要點可能是被同時執行的或按一種不同於所給出的順序執行的。其他的功能也可在該等步驟/要點之間或該等步驟/要點之內來執行，且其他發信訊息也可在該等已說明的資訊之間被發送。一些步驟/要點或部分步驟/要點還可被省去或被一相對應的步驟/要點或該步驟/要點之部分取代。

在這描述的該等技術可透過各種方式被實施。例如，這些技術可被實施於硬體(一個或多個裝置)、韌體(一個或多個裝置)、軟體(一個或多個模組)，或其等之組合。對硬體實施來說，這個裝置可在以下硬體中實施：一或多個特定應用積體電路(ASIC)、數位信號處理器(DSP)、數位信號處理裝置(DSPD)、可規劃邏輯裝置(PLD)、可現場規劃閘陣列(FPGA)、處理器、控制器、微控制器、微處理器、其他被設計來執行這裏所描述功能之電路單元，或其等之組合。對韌體或軟體實施來說，具體實施可透過執行在此所描述功能的至少一晶片組(例如，程序、函數等)之模組來完成。軟體程式碼可被儲存於記憶體單元及被處理器執行。

第3圖是依據本發明實施例的一裝置之方塊圖。儘管該裝置被描述成一個整體，但不同的模組及記憶體可被實施於一個或多個物理或者邏輯實體。該裝置是一個給多個不同無線電協定提供支援的通訊裝置。然而，實施例並不限定於作為範例給出的這個裝置，該技藝中具有通常知識者可應用該解決方法到已提供必要屬性的其他裝置上。在第3圖以一種簡化了的方式描述該通訊裝置。

該通訊裝置可以是一使用者終端機，該使用者終端機是將或被配置以將該使用者終端機及它的使用者與一預訂相關聯之一件設備或一裝置且該使用者終端機允許使用者與通訊系統互動。使用者終端機把資訊呈現給使用者且允許使用者輸入資訊。換言之，該使用者終端機可以是任何滿足以下條件的終端機：可無線連接到網路或可透過一固定連接連接到網路，能夠從網路接收資訊及/或向網路發送資訊。使用者終端機之範例包括個人電腦、遊戲主控台、膝上型電腦(筆記型電腦)、個人數位助理、行動站(行動電話)，及有線電話。值得注意的是，該通訊裝置還可包括幾個裝置的特徵，例如能夠提供無線資料或語音傳輸服務的電腦。

該範例之通訊裝置包括多個通訊介面312到316以提供無線的無線電連接308、310到其他裝置，例如基地台。該等通訊介面典型地包括至少一個收發器。該等通訊介面312到316通常使用不同的無線電接取技術來提供連接。很明顯，對該技藝中具有通常知識者來說，通訊介面的數量可隨不同的具體實施而改變。

該範例之通訊裝置進一步包括一控制單元302以控制裝置300的功能。該控制單元302包含用以在通訊裝置300與其他通訊裝置或網路之間產生無線電連接的裝置。控制單元302還包含用以控制該通訊裝置中一些同步無線電連接的裝置。該控制單元可遭組配以至少部分地執行本發明之實施例，諸如檢測一第一資料流，在干擾消除被執行及無干擾消除被執行情況下並行於該第一資料流之檢測來檢測一第二資料流以獲得檢測結果，儲存該第二資料流的檢測結果，通道解碼該已檢測的第一資料流及利用該等已儲存的該第二資料流的檢測結果判定一符號估計，該判定基於該第一資料流之該成功通道解碼。

控制單元302可包含一個或多個特定應用積體電路(ASIC)、數位信號處理器(DSP)、數位信號處理裝置(DSPD)、可規劃邏輯裝置(PLD)、可現場規劃閘陣列(FPGA)、處理器、控制器、微控制器、微處理器、其他被設計以執行在此描述之功能的電子單元，或如所述其等之組合。

該控制單元被耦接到一記憶體單元318，比如說檢測結果可被儲存到其內。在這個實施例中，該記憶體單元充當資訊儲存器。該記憶體單元可被實施在一處理器之中或處理器之外，在這種情況下，可透過本領域所習知的各種方式通訊性地耦接到該處理器。此外，在此描述的系統之元件可被再配置及/或透過額外的元件來補充以便促使實現就其等所描述的那幾個層面等，且不限定於在給定圖式中提出的該等明確的組態，這些可被該技藝中具有通常知識者理解領會。

該通訊裝置典型地包含一電池304以供電。

該通訊裝置300進一步包含被連接到該控制單元的一使用者介面306。該使用者介面306可包含一鍵盤、一麥克風、一揚聲器、一顯示器，及/或一照相機。

很明顯，對該技藝中具有通常知識者來說，該通訊裝置可包括未在第3圖中描述的部分。

該裝置還可以是任一節點或一通訊網路的一主機。參考第4圖，簡化了的圖式說明一個通訊系統節點邏輯結構之一範例。

該節點可以是SAE/LET(長期演進(LTE)、系統架構演進(SAE))或者其他無線電接取網路的交換及控制元件。

交換400處理核心網路和使用者裝置之間的連接。該節點透過介面單元402、404連接到網路的其他部分。

該節點的功能可以被歸類到無線電資源管理406及控制功能410。操作和管理介面功能408作為用以將資訊傳送到管理功能或自該等管理功能傳送資訊的媒體。

無線電資源管理是一組用來共用及管理一無線電路徑連接以使該連接之品質和容量適當的演算法。該無線電資源管理還執行發射及接收無線電信號所需要的功能，諸如無線電頻率和基頻功能。

該等控制功能處理與無線電網路元件和使用者裝置之間的無線電連接之建立、維護及釋放相關的功能。

以上所描述的該方法的實施例可藉由無線電資源管理功能執行。

該節點之明確的具體實施依賴於供應商。

實施例提供一被實施在分佈媒體的電腦程式，它包含當被載入一裝置時如上所解釋的那樣構成該裝置的程式指令。

電腦程式可以採用源程式碼形式、目標程式碼形式，或某種中間形式，且可被儲存在某種載體中，這種載體可以是能夠攜帶該程式的任何實體或裝置。舉例來說，這樣的載體包括記錄媒體、電腦記憶體、唯讀記憶體、電氣載波信號、電訊信號，及軟體分佈封包。依據所需的處理能力，電腦程式可在單個電子數位電腦中被執行或被分配到一些電腦上。

很明顯，對該技藝中具有通常知識者來說，隨著科技進步，該創造性的概念可用各種方法實施。本發明和它的實施例並不限定於以上所描述的這些範例而可在申請專利範圍的範圍內改變。

100．．．基地台(或節點)

102、104．．．雙向無線電連接

106、108．．．使用者裝置

110．．．控制器

112．．．核心網路

200~212．．．方塊

214．．．箭頭

300．．．通訊裝置

302．．．控制單元

304．．．電池

306．．．使用者介面

308、310．．．無線電連接

312、314、316．．．通訊介面

318．．．記憶體單元

400．．．交換

402、404．．．介面單元

406．．．無線電資源管理

408．．．操作及管理介面

410．．．控制功能