用於幹擾消除的方法
2023-07-23 23:11:46 1
專利名稱：用於幹擾消除的方法
技術領域：
本發明涉及在使用多址接入幹擾消除方法的數據傳輸系統中用於幹擾消除的方法，其中把幹擾信號的估值從想要的信號中減去。
在設計和實現數據傳輸系統時，重要的問題是同時發送和接收幾個同時工作的用戶的信號，使得這些信號造成儘可能小的相互幹擾。為了此目的和為了可供使用的傳輸容量，已經創建了幾個不同的傳輸協議和多址接入方法，其中最通用的方法，特別是在行動電話中，是FDMA和TDMA方法，以及最近的CDMA方法。
CDMA是基於擴頻技術的多址接入方法，近來已開始在蜂窩無線系統中應用這種方法，連同FDMA和TDMA方法。CDMA比起早先的方法給出幾個優點，例如，頻率規劃的簡明性和頻譜效率。
在CDMA方法中，用戶的窄帶數據信號通過具有寬得多的帶寬的擴頻碼被復接成相對較寬的頻帶。在已知的實驗系統中所使用的帶寬包括1.25MHz，10MHz，和25MHz。在復接過程中，數據信號擴展到所使用的整個頻帶。所有的用戶通過使用相同的頻帶同時發送。在基站與移動臺之間的每個連接使用其自己的擴頻碼，用戶的信號可以在接收機中根據每個用戶的擴頻碼被互相區分開。目標是選擇擴頻碼，以使得它們互相正交，即它們是互相不相關的。
在以傳統方式實現的CDMA接收機中所提供的相關器或自適應濾波器被想要的信號同步，該想要的信號是根據擴頻碼來識別的。數據信號在接收機中通過與發送階段時相同的擴頻碼相乘而被返回到原先的頻帶。已經與每個其它的擴頻碼相乘的信號在理想情況下，既不相關也不返回到窄帶。這樣，從想要的信號看來，它們呈現為噪聲。因此，目標是在幾個幹擾信號中間檢測出信號。實際上，擴頻碼並不是非相關的，其它用戶的信號由於破壞接收信號而使得檢測想要的信號變得複雜化了。由用戶相互造成的這種幹擾被稱為多址接入幹擾。
利用TDMA多址接入方法的數據傳輸系統具有幾個在使用的頻率，每個被劃分成時隙，而各個用戶的信號就放置在這些時隙中。這樣，每個用戶具有他自己的一個時隙。由於系統所保留的頻率範圍通常是有限的，相同的頻率必須在相隔一定的距離的小區中被使用。如果希望高的頻率效率，則整個距離應當保持得儘可能小。這導致了在相互幹擾的相同的頻率上的不同的傳輸。因之，在接收機中在每個時隙上除了想要的信號以外聽到幹擾信號，該幹擾信號來源於使用相同頻率的某個其它的連接。
以上所述的與CDMA有關的單個用戶檢測法並不是最佳的，因為在檢測方面，它惡化了在其它用戶的信號中所包含的信息。此外，傳統的檢測不能糾正部分由非正交擴頻碼與無線路徑上的信號失真所造成的錯誤。最佳接收機考慮了在所有的用戶的信號中所包含的信息，因此該信號可通過使用，例如，維特比(Viterbi)算法而以最佳方式被檢測。例如，在CDMA系統中，這種檢測法的優點是，對於所涉及的接收機，其情形相似於單個用戶CDMA系統，其中不存在多址接入問題。例如，不出現CDMA系統的典型的遠-近問題。術語遠-近問題是指其中接近於接收機的發射機用它的發射覆蓋了離得遠的發射機的情形。維特比算法的最嚴重的弱點是，它所需要的計算容量隨著用戶數目增加而指數地增加。例如，十個用戶的系統(其中以QPSK調製，比特速率是100kbit/s)需要每秒1.05億次運算用於計算維特比算法。實際上，這構成了實現最佳接收機的障礙。
然而，有可能通過各種不同的方法近似實現最佳接收機。現有的技術獲知不同種類的用於多用戶檢測(MUD)的方法。最熟知的方法包括線性多用戶檢測、去相關檢測器、和多級檢測器。這些方法在以下參考文獻中更詳細地說明，Varanasi，AazhangMultistagedetection for asynchronous code division multiple accesscommunications(用於異步碼分多址通信的多級檢測)，IEEETransactions on communications，vol.38，pp.509-519，Apr 1990，Lupas，VerduLinear Multiuser detectors for synchronouscode-division multiple access channels(用於同步碼分多址信道的線性多用戶檢測器)，IEEE Transactions on InformationTheory，vol.35，no.1，pp.123-136，Jan 1989，Lupas，VerduNear-far resistance of multiuser detectors in asynchronouschannels(異步信道中多用戶檢測器的遠-近阻力)，IEEETransactions on communications，vol.38，Apr 1990。然而，這些方法也與運算有關，例如，矩陣求逆運算，需要大量的計算容量。
解決多址接入幹擾引起的問題的第二種方法是使用幹擾消除(IC)方法。在相繼的IC類型解決辦法中，目的是逐個檢測用戶，通常以幅度為次序，這樣，已經被檢測的用戶的信號的影響在檢測以後的用戶之前從接收信號中被消除。作為這樣一個解決辦法的例子，可參考歐洲專利491668，把以上所描述的方法應用於CDMA蜂窩無線系統。幹擾消除方法在計算上比起MUD型算法是更有效的，但它們的性能在很差的接收條件(例如，衰落多徑信道，常常具有低的信號電平)期間特別弱。
類似於上述方法的多址接入幹擾消除方法也能夠應用於TDMA系統。然而，萬一幹擾信號具有很壞的估值時，它們確實具有惡化性能的缺點。在最壞的情況下，如果根據錯誤的估值來減去幹擾信號，多址接入幹擾消除處理甚至會增加幹擾。
比起上述方法更有效的幹擾消除方法考慮了估值的置信度係數。被減去的信號的組是固定的，但對於每個信號計算0和1之間的置信度係數。這改善了幹擾消除，但增加了複雜度。置信度係數的使用使得計算容量的需要增加太多。
因此，本發明的一個目的是實現一種提供上述問題的解決辦法的方法和實施該方法的設備。這是通過在數據傳輸系統中的本發明的幹擾消除方法達到的，該方法包括從想要的信號中進行的多址接入幹擾消除，在該方法中，接收對於想要的信號和組造成幹擾的信號，這些信號被檢測和信道解碼，以及對於該解碼的信號執行檢錯，並重新產生至少某些幹擾信號，以及從被重新檢測的想要的信號中減去該重新產生的信號。在本發明的方法中，信號的重新產生和減除是根據對信號所執行的檢錯來實行的。
本發明的另一個目的是數據傳輸系統中的接收機，該接收機包括檢測和信道解碼對於想要的信號或組造成幹擾的信號的裝置，對於信號執行檢錯的裝置，執行重新產生至少某些幹擾信號的裝置，以及從想要的信號中減去重新產生的信號的裝置。本發明的接收機包括根據對於信號執行的檢錯擴展信號的重新產生和減除的裝置。
在附屬的專利權利要求中闡述了本發明的最佳實施例。
本發明的方法和接收機提供了幾個優點。本發明是基於這樣的概念，即，通過在幹擾消除時考慮檢錯，可以改善幹擾消除的精確性，而不增加計算容量。為了減小由傳輸路徑造成的幹擾的影響，把數位訊號進行編碼，以改善傳輸鏈路的可靠度。典型地，使用糾錯碼和檢錯碼(例如，CRC)。然後，在要被傳輸的信號中由幹擾造成的錯誤通常可被糾正，以及未糾正的錯誤可被檢測。使用於數字電信的慣用的編碼方法包括塊編碼和卷積編碼以及各種連結的編碼方法(例如，Turbo(渦輪)編碼)。在本發明的解決辦法中，在進行有關幹擾消除的判決時，除了糾錯編碼以外，利用了檢測編碼。
本發明也可被使用於通過已知技術計算初始置信度係數的接收機中，通過本發明的方法改進了這些接收機。
下面將參照附圖結合優選實施例更詳細地描述本發明，其中
圖1顯示了可以應用本發明解決辦法的數據傳輸系統的實例，圖2顯示了本發明的接收機的第一實例，圖3和4顯示了本發明的接收機的第二和第三實例。
圖1顯示了可以應用本發明解決辦法的數據傳輸系統的實例。系統包括基站100，它與在其服務區域內的幾個終端110到116進行無線電聯繫102到108。基站也被連接到無線網控制器118，它控制一個或多個基站的運行，並把基站的業務轉發到系統的任何地方。讓我們對於這個例子假定，這是一個CDMA系統。然而，這並不是以任何方式限制本發明，正如本領域技術人員所明白的。每個終端同時與基站通信。每個終端把其它的終端的信號看作為幹擾信號。這樣，例如對於終端110，想要的信號是102，以及幹擾信號是104到108。同樣的步驟應用於由基站接收的信號。對於每個連接，由基站接收的其它的信號連接是幹擾信號。
一般地，由接收機接收的低通濾波的信號由下式表示rm,n(t)=Snk=-xn,kqm,n(t-kT)+nm,n(t)----(1)]]>其中，T是信號持續時間，S是用戶的擴頻碼矩陣，Xn，k是在時刻k時第n個用戶的源符號，以及qm，n(t)＝cT(t-tn)hm，ncR(t)(2)
包括發射機濾波器cT的衝擊響應、多徑h、和在來自用戶n的信號的分集支路上的接收機濾波器cR的卷積。
由分集支路m接收的總的信號因此是rm=n=0Nrm,n(t)+nm(t),----(3)]]>其中nm(t)表示噪聲。N表示信號的總數。在最簡單的情況下，不使用分集，即，m＝1。
不失一般性，讓我們假定，該想要的用戶的下標是零，即，n＝0。該方法相應地被應用於其它用戶(下標)。幹擾信號分量被劃分成兩部分，佔優勢的分量Nd和噪聲分量Nn，因此信號的總的數目N＝Nd+Nn。在接收機中，試圖去除佔優勢的噪聲分量Nd的影響。噪聲分量包括這樣的幹擾信號分量，其強度是很弱的、以及在幹擾消除時通過把它們看作為像噪聲那樣的幹擾而可忽略它們的影響。通過這些標記和假定，在以上的式(3)中所顯示的總的信號現在可以用以下形式給出rm(t)=rm,0(t)+n=1Ndrm,n(t)+n=Nd+1Nrm,n(t)+nm(t)]]>＝rm，0(t)+INd+INn+nm(t)(4)其中INd包括佔優勢的幹擾信號分量的總的信號，以及INn包括被歸類為噪聲分量的幹擾信號分量的總的信號。
接收機需要檢測來自接收信號的發送的符號Xn，k，該接收信號由以上的公式表示。如果幹擾分量INd和INn是小的，則可通過傳統的單個用戶接收方法實行接收，例如，正如在GSM系統中所做的。當共信道幹擾增加時，例如是由於減小頻率復用距離，將需要更有效的方法。
在本發明的解決辦法中，通過對於接收信號執行檢錯實現幹擾消除，以及根據檢錯控制幹擾消除。通過使用硬判決，已經無錯誤地接收到的幹擾信號被重新產生和從想要的信號中被減去。不值得嘗試重新產生和抵消其接收包含錯誤的信號，因為不能得到想要的最終結果，重新產生有錯誤的信號有可能使得情況更壞。沒有能通過錯誤檢測的信號可通過使用得到很好證明的技術，例如，通過用置信度係數進行加權的減法而被減去。檢錯碼和用它執行的檢錯，使得有可能證明信號的可靠性，這樣，使能進行重新產生和減除。
用於估值幹擾信號的計算可以用下式表示I^Nd=S^nx^n,kq^m,n(t-kT)gCRC,]]>其中gCRC是對於幹擾信號計算的檢錯，它可以得到1或0的數值，取決於信號是否包含錯誤。
更一般地，某個檢錯碼也可表示信號中的錯誤數以及它們在信號中的粗略位置。這個信息然後可被使用於幹擾消除。使用信號可靠度的方法在信令期間計算BPSK，I^Nd=S^n(Pr(xn,k|r)-Pr(-1*xn,k|r)q^n,k(t-kT),]]>其中Pr(x|r)是對於符號x計算的後驗或然率。這可以以已知的對於每個符號的最大後驗或最大或然率信道解碼器來計算。如果信號的可靠度很高，則Pr(x＝1|r)～1和Pr(x＝1|r)～0使得從其它信號中減除所討論的用戶的信號非常有效。然而，有可能在信道解碼器中上述的或然率是很低的，即使已經無錯誤地解碼該信號。在這樣的情況下，已經通過錯誤檢測的信號可被重新編碼(重新產生)，並用係數1或-1完全被減去。這樣，在其中，檢錯編碼使得在多級接收機中其它用戶的幹擾消除和信號解碼更有效。
另一方面，幹擾消除的可靠度不單取決於符號的質量，也取決於與符號有關的信道估值。在本發明的接收機中，已經通過檢測的信號的信道可通過使用重新產生的符號(例如，導引、參考、和教導符號，即，已經通過信道的符號，以及其數值是提前知道的)而被重新估值。這產生了對於信道估值的附加能量。這導致更精確的信道估值和完全的符號判決，以及幹擾消除的可靠度可進一步得以改進。
例如，通過檢測和解碼所有的佔優勢的幹擾信號的符號以及通過使用CRC碼對於信號執行檢測，可以以簡單的方式應用該方法。此後，已經無錯誤地接收的幹擾信號被重新產生，並從接收的輸出中被減去。如果所有信號的檢錯表示，沒有錯誤，則可以幾乎完全地去除幹擾，但如果所有的信號都有錯誤，則幾乎沒有一點幹擾可被抵消。在後一種情況下，有可能應用使用已知的多級置信度係數的幹擾消除方法。上述的軟的幹擾消除是在第一級執行，此後，執行錯誤檢測，其結果是，如果信號已經通過錯誤檢測，則用重新產生的信號代替軟判決。然而，典型地某些信號通過檢測，而某些沒有通過檢測，這意味著，該方法使得能有效地組成通常只是根據接收功率做成的幹擾消除組。這樣，該方法被用來使得傳統的幹擾消除方法更有效，例如，接收機需要更少的信號重新產生，這又減少了計算。另一方面，有可能避免其中從想要的信號中減去基於有錯誤的信號而計算的幹擾，導致事實上幹擾增加的情形。在本發明的解決辦法中，接收機的運行自動地在單個用戶接收機和幹擾消除接收機(它可能使用置信度係數)的運行之間變化，取決於在每個時刻計算的錯誤檢測。
本發明的方法因此也可被應用於多級接收機結構，其中利用檢錯的本發明的幹擾消除方法被應用在第一級或後一級。在幹擾消除時，不同的級可包含不同數目的信號。信號的數目也可在迭代過程中動態地變化。這樣，對於幹擾消除。信號不是以固定的方式也不是根據信號功率被分類或選擇的。
本領域技術人員已知的各種方法可被應用於錯誤檢測。為了減小由傳輸路徑造成的幹擾的影響，數位訊號被編碼，以改進傳輸鏈路的可靠度。然後，有可能檢測在傳輸的信號中的幹擾造成的錯誤。已知的和使用的編碼方法包括塊編碼和卷積編碼。
在塊編碼時，要被編碼的比特被編組成塊，此後加上奇偶校驗比特。利用它可以檢驗在前面的塊中比特的正確性。
在蜂窩無線電應用中使用的典型的編碼方法是卷積編碼，它適合於衰落信道。在卷積編碼時，奇偶校驗比特是在數據比特中間，以使得編碼連續進行。數據比特既不被編組成塊，也不是與前面的數據比特有關的奇偶校驗比特，但它們被分布在一定長度的比特組內，這個比特數量被稱為卷積碼的碼深度。
對於本發明重要的是，有錯誤的信號或幀可藉助於所使用的編碼在接收機中被檢測。
圖2是顯示本發明的接收機的結構的方框圖。圖上顯示的本發明的接收機包括天線200，通過該天線把接收的信號饋送到射頻部件202，在射頻部件中視頻信號被轉換成中頻。從射頻部件，該信號被饋送到模擬/數字轉換器204，在該轉換器中，接收的模擬信號被轉換成數字格式。被轉換的206被饋送到檢測裝置208，在檢測裝置中，對於接收的符號檢測接收信號的估值。檢測的符號在解碼裝置210中被解碼。在此同時，進行檢錯碼的解碼。檢錯裝置212執行錯誤檢測，即，檢驗信號幀是否包含錯誤。在幹擾消除裝置中，通過重新產生無錯誤的幀和從想要的信號中減除這些幀，執行幹擾消除。這裡呈現的接收機結構是本領域技術人員熟知的實際接收機的簡化的形式。要被實現的接收機也包括其它部件，例如，濾波器，放大器，和對於不同的信號分量的並行的信號處理路徑。本發明的設施在接收機中用處理器和適當的軟體或用分開的部件，例如ASIC處理器，以程序形式優選地實施。
圖3是顯示本發明的第二接收機的結構的方框圖。圖上顯示了CDMA接收機中單個用戶/信號的處理支路。數位訊號206首先被饋送到自適應於該代碼的濾波器300，以所討論的用戶的擴頻碼si的數據被輸入到該濾波器。在濾波器中，把信號分類與已知的擴頻碼進行相關，然後把寬帶信號轉換成窄帶格式。此後，該信號被饋送到組合器302，信道hi的數據被轉發到該組合器，然後信號被饋送到信道解碼器304，在解碼器中，信道解碼與錯誤檢測碼被解碼。錯誤數據被饋送到錯誤檢測單元306，它檢驗接收的幀是否包含錯誤。錯誤檢測單元控制開關308，它把接收的幀連接到幹擾消除。如果該幀是正確的，則它可被使用於幹擾消除，以及它被饋送到重新產生裝置310，在其中該幀被重新產生以及通過把它與用戶的擴頻碼si相乘而被轉換成寬帶格式。重新產生的信號被饋送到加法器312，它通過延時部件316接收另一個用戶j的接收信號314作為第二輸入。在加法器312中，由正確的幀造成的幹擾因此從第二用戶的信號314中被減去。所清除的信號被饋送到自適應於該代碼si的濾波器318、組合器320、和信道解碼器322。
本發明可自然地連同其它的幹擾消除方法(例如，使用置信度係數的方法)一起被使用。這樣，由置信度係數造成的計算可被減小，以及對於根據錯誤檢測已經證明是正確的信號，計算的精度被改進。這在圖4上被顯示，該圖是顯示本發明的第三接收機的結構的方框圖。在這個替換例中，已經通過錯誤檢測400的信號被直接饋送來重新產生。對於已經通過錯誤檢測的那些信號，在計算裝置402中計算置信度係數，該顯示在幹擾消除時被利用。
為了簡明起見，上面僅僅給出了兩個信號的情形，但自然地，在實際接收機中有各種不同的要被檢驗的信號，以及被互相減去。本發明的設施在接收機中用處理器和適當的軟體或用分開的部件，例如ASIC處理器，以程序形式優選地實施。
雖然上面按照附圖參照實例解釋了本發明，但很明顯，本發明並不限於這些實例，而是可以在新附權利要求中所揭示的本發明的思路的範圍內以許多方式被修改。
權利要求
1.在數據傳輸系統中的一種幹擾消除方法，該方法包括從想要的信號中的多址接入幹擾消除，在該方法中，接收想要的信號和對該想要信號造成幹擾的信號組，並進行檢測和信道解碼，以及對於該解碼的信號執行檢錯，並重新產生至少某些幹擾信號，以及從被重新檢測的想要的信號中減去該重新產生的信號，其特徵在於，信號的重新產生和減除是根據對於信號的錯誤檢測來實行的。
2.如權利要求1的方法，其特徵在於，至少一個無錯誤地接收的幹擾信號從想要的信號中被消除掉。
3.如權利要求1的方法，其特徵在於，重新產生和減除被順序地執行幾次。
4.如權利要求1的方法，其特徵在於，方法適用於多級接收機。
5.如權利要求1的方法，其特徵在於，信號在發射端被編碼，以便檢測和糾正錯誤，以及該編碼在接收端被解碼。
6.如權利要求5的方法，其特徵在於，有些信號是通過使用糾錯碼而重新產生的，以及有些是通過使用糾錯碼和檢錯而重新產生的。
7.如權利要求5的方法，其特徵在於，在重新產生之前執行硬判決而得到的估值被使用於對於被發現為無錯誤的信號的重新產生，由信道解碼器產生的估值被使用於對於被發現有錯的信號的重新產生。
8.如權利要求5的方法，其特徵在於，至少對於一個信號，通過使用重新產生的或估值的信號來規定信號的信道估值，以及從接收信號中減去用改進的信道估值加權的信號。
9.如權利要求1的方法，其特徵在於，信號是具有幀的格式，以及通過幀執行錯誤檢測。
10.如權利要求5的方法，其特徵在於，在信號傳輸中，使用卷積編碼。
11.如權利要求5的方法，其特徵在於，在信號傳輸中，使用塊編碼。
12.如權利要求5的方法，其特徵在於，在信號傳輸中，使用連結編碼。
13.如權利要求5的方法，其特徵在於，在信號傳輸中，使用渦輪編碼。
14.在數據傳輸系統中的一種接收機，該接收機包括對想要的信號和對該想要信號造成幹擾的信號組進行檢測和信道解碼(210)的裝置(208)，對於信號執行錯誤檢測的裝置(304，306)，對於至少某些幹擾信號進行重新產生的裝置(310)，以及從想要的信號中減去重新產生的信號的裝置(312)，其特徵在於，接收機包括根據對於信號的錯誤檢測來控制信號的重新產生和減除的裝置(306)。
15.如權利要求14的接收機，其特徵在於，接收機包括幾個接收機級(304到306)。
16.如權利要求14的接收機，其特徵在於，接收機包括通過使用糾錯碼而重新產生有些信號，以及通過使用糾錯碼和檢錯而重新產生有些信號的裝置(310)。
17.如權利要求14的接收機，其特徵在於，接收機包括通過幀對於以幀的格式的信號執行錯誤檢測的裝置(304，306)。
18.如權利要求14的接收機，其特徵在於，信道解碼裝置(304)適用於解碼塊編碼。
19.如權利要求14的接收機，其特徵在於，信道解碼裝置(304)適用於解碼卷積編碼。
20.如權利要求14的接收機，其特徵在於，信道解碼裝置(304)適用於解碼連結編碼。
全文摘要
本發明涉及數據傳輸系統中的幹擾消除方法和接收機,該接收機包括檢測和信道解碼(210)造成對於想要的信號和組的幹擾的信號的裝置(208),對於信號執行錯誤檢測的裝置(304,306),對於至少某些幹擾信號進行重新產生的裝置(310),以及從想要的信號中減去重新產生的信號的裝置(312)。本發明的接收機包括根據對於信號的錯誤檢測來控制信號的重新產生和減除的裝置(306)。
文檔編號H03M13/01GK1266317SQ0010377
公開日2000年9月13日 申請日期2000年3月9日 優先權日1999年3月9日
發明者A·霍蒂南 申請人:諾基亞流動電話有限公司