WO2012068863A1

WO2012068863A1 - 一种自适应多天线分集合并干扰消除方法及装置

Info

Publication number: WO2012068863A1
Application number: PCT/CN2011/075361
Authority: WO
Inventors: 宁迪浩; 朱登魁; 肖华华; 鲁照华
Original assignee: 中兴通讯股份有限公司
Priority date: 2010-11-23
Filing date: 2011-06-07
Publication date: 2012-05-31
Also published as: CN102480314A

Abstract

本发明公开了一种自适应多天线分集合并干扰消除方法及装置，该方法包括：测量每根接收天线上的噪声功率；判断待检测数据载波的NI矩阵的对角线元素之和与各接收天线上的噪声功率的均值的比值是否大于预定的门限值，若是，则对所述待检测数据载波进行干扰抑制合并检测；否则，对所述待检测数据载波进行非干扰抑制合并检测。本发明从影响IRC合并算法的最根本因素NI估计矩阵入手，通过NI矩阵的特定数值特征判断当前获得的NI矩阵是否包含较多的干扰成份，进而选择使用IRC算法还是MRC算法，使系统获得最优的性能。

Description

一种自适应多天线分集合并干扰消除方法及装置

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，更具体地，涉及一种自适应多天线分集合并干扰消除方法及装置。

背景技术

无线通信系统总是受到各种各样的干扰，对于以 OFDMA ( Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 正交频分多址接入 )技术为基础的第 4代通信 ( 4G )系统,如 Wimax ( Worldwide Interoperability for Microwave Access, 全球微波互联接入）， LTE ( Long Term Evolution, 长期演进）而言，始终受到较严重的 OFDM同道干扰（Co-Channel Interference, 简称为 CCI ) 。在蜂窝网络中，由于频谱复用的关系，此种干扰表现为邻区干扰，由于干扰源通常干扰多个数据载波，因而可以认为是一种宽带的干扰。

目前，邻区干扰控制 /抑制 /消除问题是一个热门的研究问题，也是 4G通信系统同频组网必须要解决的问题。主动式的手段通常表现为功率控制、动态的频率复用、邻区的波束赋形 /调度协作以及正在讨论中的 CoMP ( Coordinated Multipoint transmission/reception , 多点协作传输接收 )中的联合传输，这些技术在标准制定时就需要做较详细的讨论，需要网络结构和信令支持。而在被动式的干扰消除技术则不依赖于信令的交互，通常由接收机完成，可以广泛适用于各种网络中。

通常说来，接收侧的干扰消除往往要依赖于空间、时间和频率三个维度的资源，考虑到第四代通信系统广泛釆用了多天线技术（ΜΙΜΟ ) , 在空间维度上进行对多个天线上的信号响应样本的分集合并接收被 ΜΙΜΟ系统广泛的釆用。传统的多天线分集合并算法有等增益合并，选择性合并以及最大比合并（Maximum Ratio Combining, 简称为 MRC )等，在噪声受限的信道环境下有着非常优秀的性能，但在干扰受限的信道环境下性能并不理想，同时一类以抑制干扰为主要目的的多天线分集合并算法被称为干扰抑制合并技术 ( Interference Rejection Combining, 简称为 IRC ) , 在消除邻区同频干扰上体现出了优异的性能。但 IRC算法的复杂度比 MRC算法高，且在噪声受限的场景下相较于 MRC算法并无优势甚至会出现一定程度的性能恶化。

目前，解决上述问题的办法是进行 IRC算法与 MRC算法的自适应切换，在干扰受限的场景下进行 IRC合并，在噪声受限的场景下进行 MRC合并。

与传统 MRC合并算法相比， IRC算法的核心思想是进行干扰和噪声相关矩阵（ΝΙ矩阵）的估计，使用 ΝΙ矩阵的逆矩阵来处理接收信号，抑制干扰分量，保留信号分量。因而在实际使用 IRC 算法时，能否获得较准确的 ΝΙ 矩阵估计是一个关键因素，也就是说 ΝΙ矩阵中干扰的特性体现的越明显， IRC 合并算法的性能越好。

现有技术中主要存在如下技术问题：一般意义上的干扰抑制合并与非干扰抑制合并的自适应切换技术，是通过接收侧的信号特征来判决接收信号中有无干扰成份，进而选择分集合并算法。但在实际使用时，往往存在着接收信号中存在很大的干扰成份，但 ΝΙ矩阵中包含的干扰分量较少或没有，此时使用 IRC算法反而会使性能恶化。这是因为参与统计计算 ΝΙ矩阵的样本数量不足时（通常为一定资源粒度里的导频数目）， ΝΙ矩阵的计算值无法反应干扰的特性，此时估计获得的 ΝΙ矩阵的主要成分是噪声，无法体现出干扰信道的空间相关特性，在这种情况下，由于无法获得干扰信号的特征，只能选择使用非干扰抑制的合并算法（MRC ) 。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种自适应多天线分集合并干扰消除方法及装置，能够在干扰抑制算法（IRC ) 与非干扰抑制算法（MRC ) 间进行自适应地切换。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种自适应多天线分集合并干扰消除方法，包括：

测量每根接收天线上的噪声功率；

判断待检测数据载波的 ΝΙ矩阵的对角线元素之和与各接收天线上的噪声功率的均值的比值是否大于预定的门限值，若是，则对所述待检测数据载波进行干扰抑制合并检测；若否，则对所述待检测数据载波进行非干扰抑制合并检测。

可选地，所述方法还包括：

通过信道估计得出资源块上每个数据载波的信道响应估计值；

并根据所述信道响应估计值估计每个数据载波的 NI矩阵的估计值。可选地，测量每根接收天线上的噪声功率的步骤包括：通过空载波或者静默帧的方式测量各接收天线上的噪声功率。

可选地，对所述待检测数据载波进行干扰抑制合并检测的步骤包括：计算所述待检测数据载波的 NI矩阵的逆矩阵，并按照如下公式计算合并后符号：

其中，为第 ,个合并后的数据载波符号， ¾为第 I个数据载波的 NI矩阵估计值，为各接收天线上第 ,个数据载波的响应构成的列向量， H 为各接收天线信道响应估计值构成的列向量。

可选地，对所述待检测数据载波进行非干扰抑制合并检测的步骤包括：按照如下公式计算合并后符号： . = H ^. ;

^为第 ,个合并后的数据载波符号，为各接收天线上第 ,个数据载波的响应构成的列向量， H 为各接收天线信道响应估计值构成的列向量。本发明还提供了一种自适应多天线分集合并干扰消除装置，所述装置包括：

天线噪声测量模块，其设置为：测量每根接收天线上的噪声功率；自适应判决模块，其设置为：判断估计的待检测数据载波的 NI矩阵的对角线元素之和与各接收天线上的噪声功率的均值的比值是否大于预定的门限值；以及

合并处理模块，其设置为：根据所述自适应判决模块的判决结果，若判决结果为是，则对所述待检测数据载波进行干扰抑制合并检测；否则，对所述待检测数据载波进行非干扰抑制合并检测。

可选地，所述装置还包括：

信道估计模块，其设置为：通过信道估计得出资源块上每个数据载波的信道响应估计值；以及

NI矩阵估计模块，其设置为：根据所述信道估计模块得出的所述信道响应估计值估计每个数据载波的 NI矩阵的估计值。

可选地，所述天线噪声测量模块是设置为通过空载波或者静默帧的方式测量各接收天线上的噪声功率。

可选地，若所述自适应判决模块的判决结果为是，所述合并处理模块是设置为以如下方式对所述待检测数据载波进行干扰抑制合并检测：

计算所述待检测数据载波的 NI矩阵的逆矩阵，并按照如下公式计算合并后符号：

可选地，若所述自适应判决模块的判决结果为否，所述合并处理模块是设置为以如下方式对所述待检测数据载波进行非干扰抑制合并检测：

按照如下公式计算合并后符号： . = H ^. ;

为第 I个合并后的数据载波符号，为各接收天线上第 I个数据载波的响应构成的列向量， H 为各接收天线信道响应估计值构成的列向量。本发明从影响 IRC合并算法的最根本因素 NI估计矩阵入手，通过 NI矩阵的特定数值特征判断当前获得的 NI矩阵是否包含较多的干扰成份，进而选择使用 IRC算法还是 MRC算法，使系统获得最优的性能。

釆用本发明，在存在严重的邻区同频干扰时，能够显著的抑制这种干扰；同时，在不存在同频干扰或者同频干扰很弱时，依然能够获得稳健的性能，不会出现性能的恶化；并且，在出现 NI矩阵估计不准确时，依然能够获得稳健的性能，且能够降低此种情况下的复杂度和运算量。附图概述

图 1为根据本发明实施例的自适应多天线分集合并方法的流程示意图。本发明的较佳实施方式

本发明的主要构思为：首先，估计每根天线上的噪声功率；其次，将多个接收天线的底噪功率的均值与估计的 ΝΙ矩阵的对角线元素相比较，判决出 ΝΙ矩阵中是否包含较多的干扰成份,进而决定是否进行矩阵求逆和其他运算；最后，进行相应分集合并处理。

基于以上构思，本发明提供一种自适应多天线分集合并干扰消除方法，具体釆用如下技术方案：

测量每根接收天线上的噪声功率；

判断估计的待检测数据载波的 ΝΙ矩阵的对角线元素之和与各接收天线上的噪声功率的均值的比值是否大于预定的门限值，若是，则对所述待检测数据载波进行 IRC检测；否则，对所述待检测数据载波进行 MRC合并检测。

较佳地，所述方法还包括：

并根据所述信道响应估计值估计每个数据载波的干扰噪声协方差矩阵 ( ΝΙ矩阵）。

较佳地，所述接收天线上的噪声功率的测量包括但不限于以下方式： a )空载波的方式，即利用没有发送任何数据的空载波进行所述接收天线上的噪声功率估计；

b )静默帧的方式，即某一帧该基站通知用户不发射任何信号，此时基站侧就可以测量天线底噪功率。

较佳地，对所述待检测数据载波进行 IRC检测，包括：

其中，为第 ,个合并后的数据载波符号， ¾为第 ,个载波上的 NI矩阵，为各个接收天线上第 ,个载波的响应构成的列向量， H 为各天线信道估计结果构成的列向量。

较佳地，对所述待检测数据载波进行 IRC检测，包括：

按照如下公式计算合并后符号： . = H . .。

为了便于阐述本发明，以下将结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。

图 1示出了本发明实施例的自适应多天线分集合并方法的流程示意图，如图 1所示，该流程主要包括以下步骤：

步骤 110 , 空载波天线底噪估计，测量每根接收天线上的噪声功率，其中表示第根接收天线；

步骤 120 , 通过信道估计，得出待检测资源块上 p个数据载波的信道响应估计值其中 i、表示第 _；根接收天线中第 ,个载波；

具体地，可以釆用序列相关信道估计方法，即利用不同基站发出的不同序列之间的相关特性来抑制干扰。

步骤 130 , NI矩阵估计，获得待检测资源块上每个数据载波的干扰噪声协方差矩阵 NI的估计值 R

其中， ¾为第 ,个数据载波上的 NI矩阵估计值，的维度为 [接收天线数 *接收天线数];

其中，估计 NI矩阵的目的是使用 NI矩阵的逆矩阵作为处理权值的一部分，使用该处理权值进行抑制干扰。

步骤 140 , 自适应判决，判断下式是否成立，若成立，则转入步骤 150; 否则转入步骤 160 ,

其中， Trace ( A )表示 A矩阵的迹，即为其对角线元素的和。丄^ ,.表示根接收天线的底噪功率的均值。为预定的判决门限值，为常数。考虑到实际应用时 ΝΙ矩阵的对角线元素的抖动问题，优选的，取《 = 1.5。

步骤 150, 根据 R和信道估计结果进行 IRC检测，选择待处理资源块中的一个载波，计算当前载波 ΝΙ矩阵的逆矩阵并按照如下公式计算合并后符号：

其中，为第 z个合并后的数据载波符号，为 ^矩阵的估计值，为各个接收天线上第 ,个载波的响应构成的列向量， H 为各天线信道估计结果构成的列向量。

步骤 160,进行数据载波 MRC合并检测，按照如下公式计算合并后符号：

完成上述步骤 150或步骤 160后，结束本次算法，重新选择下一待检测载波符号重复进行以上步骤。

以下将结合若干应用示例对本发明技术方案的实施作更进一步详细描述。

应用示例一

本应用示例中，假定某通信系统接收侧具有 w根接收天线，接收时获得了 m个接收信号样本 SH

假定该系统有 n个待检测资源块，每个资源块中有 p个待检测数据载波和 q个导频载波。

首先，使用没有发送任何数据的空载波进行天线底噪的估计，测量获得 w才艮接收天线底噪功率为 — σ_∞。选择一个待检测资源块，估计每根接收天线上的信道响应，利用其上的 q个导频载波进行信道估计，获得 p个数据载波的信道响应估计值 ήί , 其中

" 表示第 _；根接收天线中第 ,个载波。

选择上述待检测资源块，完成；？个数据载波的 ΝΙ矩阵估计值 ·，其中表示第 ζ·个数据载波。

选择一个待检测数据载波，按照下式判决其 ΝΙ矩阵 Ri:

Trace(R,) .

~ - > a ,

其中， Trace ( A )表示 A矩阵的迹，即为对角线元素的和；丄表示 m才艮接收天线的底噪功率的均值。

假定本应用示例中，满足上述不等式，判断矩阵是否可逆，若可逆则计算其逆矩并按照如下公式计算合并后符号：

若 '矩阵不可逆，则可以通过对角加载方式解决。

完成后结束本次算法，重新选择下一待检测载波符号重复上述判决步骤。在完成该资源块所有载波的检测合并后，选择下一待检测资源块，重复上述算法，直至所有待检测资源块全部完成检测。

应用示例二假定某通信系统接收侧具有 m根接收天线，接收时获得了 m个接收信号样本 5^s… 。

首先，使用没有发送任何数据的空载波进行天线底噪的估计，测量获得 w根接收天线底噪功率为 0^2 ... 。

选择一个待检测资源块，估计每根接收天线上的信道响应，利用其上的 q个导频载波进行信道估计，获得 p个数据载波的信道响应估计值 , 其中 " 表示第 _；根接收天线中第 ,个载波。

选择上述待检测资源块，完成 ρ个数据载波的 ΝΙ矩阵估计 Ri , 其中 Ri 表示第 ,个数据载波。

选择一个待检测数据载波，按照下式判决其 NI矩阵 ¾:

Trace(R_t) .

~ - > ,

假定本应用示例中不满足上述不等式，则从当前资源块中选择一个待检测数据载波，使用如下公式获得最终检测合并符号：

根据以上描述，釆用本发明能够自适应的判决当前信道环境是否存在干扰，以及在存在干扰时，当前估计的干扰噪声协方差矩阵中是否体现了干扰的特性，进而在干扰抑制算法（IRC ) 与非干扰抑制算法（MRC ) 间自适应的切换。

相应的，本发明实施例还提供了一种自适应多天线分集合并干扰消除装置，作为完整的分集合并干扰消除装置，需要包括信道估计， NI矩阵估计以及分集合并计算等相关模块作为支持。本实施例中，该装置主要包括以下功能模块：

天线噪声测量模块，其设置为：测量每根接收天线上的噪声功率；自适应判决模块，其设置为：判断估计的待检测数据载波的 NI矩阵的对角线元素之和与各接收天线上的噪声功率的均值的比值是否大于预定的门限值；

较佳地，所述装置还包括：信道估计模块和 NI矩阵估计模块，信道估计模块设置为通过信道估计得出资源块上每个数据载波的信道响应估计值；

NI矩阵估计模块设置为根据所述信道估计模块得出的所述信道响应估计值估计每个数据载波的 NI矩阵的估计值。

较佳地，所述天线噪声测量模块是设置为通过空载波或者静默帧的方式测量各接收天线上的噪声功率。

较佳地，所述合并处理模块是设置为以如下方式对所述待检测数据载波进行干扰抑制合并检测：

较佳地，所述合并处理模块是设置为以如下方式对所述待检测数据载波进行非干扰抑制合并检测：

按照如下公式计算合并后符号：

以上仅为本发明的优选实施案例而已，并不用于限制本发明，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各功能模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路功能模块，或者将它们中的多个功能模块或步骤制作成单个集成电路功能模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

工业实用性釆用本发明，在存在严重的邻区同频干扰时，能够显著的抑制这种干扰；同时，在不存在同频干扰或者同频干扰很弱时，依然能够获得稳健的性能，不会出现性能的恶化；并且，在出现 NI矩阵估计不准确时，依然能够获得稳健的性能，且能够降低此种情况下的复杂度和运算量。

Claims

权利要求书

1、一种自适应多天线分集合并干扰消除方法，包括：

测量每根接收天线上的噪声功率；

判断待检测数据载波的干扰噪声协方差（NI )矩阵的对角线元素之和与各接收天线上的噪声功率的均值的比值是否大于预定的门限值，若是，则对所述待检测数据载波进行干扰抑制合并检测；若否，则对所述待检测数据载波进行非干扰抑制合并检测。

2、如权利要求 1所述的方法，所述方法还包括：

并根据所述信道响应估计值估计每个数据载波的 NI矩阵的估计值。

3、如权利要求 1所述的方法，其中，所述测量每根接收天线上的噪声功率的步骤包括：

通过空载波或者静默帧的方式测量各接收天线上的噪声功率。

4、如权利要求 1、 2或 3所述的方法，其中，对所述待检测数据载波进行干扰抑制合并检测的步骤包括：

5、如权利要求 1、 2或 3所述的方法，其中，对所述待检测数据载波进行非干扰抑制合并检测的步骤包括：按照如下公式计算合并后符号：

^为第 ,个合并后的数据载波符号，为各接收天线上第 ,个数据载波的响应构成的列向量， H 为各接收天线信道响应估计值构成的列向量。

6、一种自适应多天线分集合并干扰消除装置，所述装置包括：天线噪声测量模块，其设置为：测量每根接收天线上的噪声功率；自适应判决模块，其设置为：判断估计的待检测数据载波的干扰噪声协方差（NI )矩阵的对角线元素之和与各接收天线上的噪声功率的均值的比值是否大于预定的门限值；以及

合并处理模块，其设置为：若所述自适应判决模块的判决结果为是，则对所述待检测数据载波进行干扰抑制合并检测；若所述自适应判决模块的判决结果为否，则对所述待检测数据载波进行非干扰抑制合并检测。

7、如权利要求 6所述的装置，所述装置还包括：

8、如权利要求 6所述的装置，其中，

所述天线噪声测量模块是设置为：通过空载波或者静默帧的方式测量各接收天线上的噪声功率。

9、如权利要求 6、 7或 8所述的装置，其中，

若所述自适应判决模块的判决结果为是，所述合并处理模块是设置为以如下方式对所述待检测数据载波进行干扰抑制合并检测：

10、如权利要求 6、 7或 8所述的装置，其中，

若所述自适应判决模块的判决结果为否，所述合并处理模块是设置为以如下方式对所述待检测数据载波进行非干扰抑制合并检测：

按照如下公式计算合并后符号： . =H . .；