寬帶無線接入系統中的接收裝置和方法

2023-05-03 06:23:11

專利名稱：寬帶無線接入系統中的接收裝置和方法
技術領域：
本發明大體涉及寬帶無線接入(BWA)系統中的接收裝置和方法，特別是，用於增強多小區BWA系統中接收機的解調性能的裝置和方法。

背景技術：
如本領域所公知的，通信系統已主要發展用於語音通信業務，但通信系統也發展用於提供數據業務和各種多媒體業務。然是，對於主要用於提供語音通信業務的傳統的通信系統來講，其仍具有較窄的數據傳輸帶寬，以及需要較高的訂購費。由於這些原因，傳統的通信系統已無法滿足多樣化的用戶的需求。並且，為了適應通信產業的發展以及對網際網路業務持續增長的需求，提供一種能夠高效地提供網際網路業務的通信系統就變得非常重要。這種趨勢的結果就是，提出了這樣一種BWA系統，其具有的帶寬足以滿足增長的用戶需求和提供高效的網際網路業務。
除了提供語音通信業務之外，BWA系統還支持低速和高速的多種數據業務和多媒體應用業務(如，高質量移動圖片)的組合。BWA系統是基於採用2GHz，5GHz，26GHz或60GHz寬帶的無線媒介並能夠在移動的或靜止的環境中接入公共交換電話網絡(PSTN)、公共交換數據網絡(PSDN)、網際網路、國際移動電信-2000(IMT-2000)網絡和異步傳輸模式(ATM)網絡，即，BWA系統是能夠支持至少2Mbps信道傳輸速率的無線通信系統。BWA系統可以根據終端的移動性(靜止或移動)，通信環境(室內或室外)以及信道傳輸速率被歸入寬帶無線本地迴路、寬帶移動接入網絡和高速無線本地網絡(LAN)。
BWA系統的無線接入方案的標準是由電氣和電子工程師協會(IEEE)，特別是由IEEE 802.16標準化組指定的，其是一個國際的標準化組織。
IEEE 802.16通信系統具有比用於語音通信業務的傳統的通信系統大的數據傳輸帶寬。因此，IEEE 802.16通信系統能夠在有限時間內發送更多的數據，以及共享所有用戶的信道(或資源)從而實現有效的信道利用。由於服務質量(QoS)特徵得到了保證，所以可以基於業務特性，為用戶提供多種不同質量的業務。
IEEE 802.16通信系統針對物理信道採用正交頻分復用(OFDM)/正交頻分多址(OFDMA)方案，即，BWA系統採用OFDM/OFDMA方案通過子載波來發送物理信道信號，從而能夠高速的傳輸數據。
BWA系統通過多小區結構以及在所有小區中使用相同的頻率來支持移動站(MS)的移動性從而實現頻率使用效率(頻譜效率)。這種多小區通信系統的性能受小區之間幹擾的影響很大。
圖1是多小區BWA系統的示意圖。
參見圖1，在頻率再用因數為1的多小區環境中，在小區重疊區域內的用戶終端110向相鄰小區120發送幹擾信號。這種幹擾信號對該相鄰小區120中的另一用戶終端的信號產生了影響，降低了解調性能。因此，在多小區系統中必須使用小區間幹擾技術。
圖2在頻率軸上示出了在多小區BWA系統中小區間幹擾的圖示。如圖2所示，小區間幹擾被建模為頻帶中的不連續窄帶信號。
本領域中公知的，當向信道解碼器提供編碼比特的硬判決值而非軟判決值時，就能夠提供較好的解碼性能。輸入的解碼器軟判決值是在信道上傳輸的調製符號的估計值，其可以是對數似然率(LLR)。相應頻帶的噪聲值被用來計算LLR。
在傳統技術中，利用整個頻帶的平均噪聲值來計算LLR，其無法考慮具有圖2中所示的窄帶/不連續特性的小區間幹擾。這就降低了接收機的解調性能。通常，利用相鄰導頻信號(或符號)相減來進行噪聲估計。並且，對整個頻帶取平均，從而增強估計的精度。但是，對整個頻帶的估計噪聲值並不適用於具有窄帶幹擾的基於OFDM的BWA系統。因此最需要的是能夠準確地反映窄帶/不連續噪聲特性的噪聲估計器。
如上所述，為了增強BWA系統中接收機的解調性能，需要消除多小區幹擾和進行準確的噪聲估計。


發明內容
實際上本發明的一個目的是至少解決上述問題和/或缺點，並至少提供以下優點。因此，本發明的目的在於提供一種用於增強BWA系統中接收機的解調性能的裝置和方法。
本發明的另一個目的是提供一種用於消除BWA系統中小區間幹擾的裝置和方法。
本發明的又一個目的是提供一種降低BWA系統中最小均方誤差(MMSE)幹擾消除器的計算複雜度的裝置和方法。
本發明的另一目的是提供一種通過利用從中消除了所希望信號的RX信號的相關矩陣來計算BWA系統中濾波器係數的裝置和方法。
本發明的另一個目的是提供一種估計BWA系統中窄帶噪聲的裝置和方法。
本發明的又一個目的是提供一種增強BWA系統中LLR估計性能的裝置和方法。
本發明的另一個目的是提供一種降低BWA系統中噪聲估計器的計算複雜度的裝置和方法。
本發明的另一個目的是提供一種通過使用由MMSE幹擾消除器所算出的參數來計算BWA系統中的噪聲的裝置和方法。
本發明的另一個目的是提供一種在BWA系統中從上行信號中消除多小區幹擾的裝置和方法。
本發明的另一個目的是提供一種在BWA系統中從下行信號中消除多小區幹擾的裝置和方法。
本發明的另一個目的是提供一種在BWA系統中從接收到的控制信道信號中消除多小區幹擾的裝置和方法。
根據本發明的一個方面，寬帶無線通信系統中的接收裝置包括用於對所希望信號進行估計的估計器；用於對從接收(RX)信號中消除估計的所希望信號後得到的信號進行相關矩陣計算的第一計算器；和利用相關矩陣執行幹擾消除的第二計算器。
根據本發明的另一個方面，寬帶無線通信系統中的接收裝置包括用於對所希望信號進行估計的估計器；用於對從RX信號中消除該估計所希望的信號後所得到的信號進行相關矩陣計算的第一計算器；利用該相關矩陣執行幹擾消除的第二計算器；和採用相關矩陣和幹擾消除濾波器的係數中的至少一個對窄帶噪聲進行估計的噪聲估計器。
根據本發明的又一個方面，寬帶無線通信系統中的接收裝置包括對前序信號的信道係數進行估計的第一信道估計器；對在數據欄位中接收到的導頻信號的信道係數進行估計的第二信道估計器；和通過對從RX信號的預定音中減去前序信號的信道係數或導頻信號的信道係數所獲得的信號進行自相關來計算相關矩陣，並利用算出的相關矩陣對數據音RX信號執行基於MMSE的幹擾消除的幹擾消除器。
根據本發明的另一個方面，寬帶無線通信系統中的接收方法包括估計所希望信號；對從RX信號中消除估計的所希望信號後得到的信號進行相關矩陣計算；和利用相關矩陣執行幹擾消除。
根據本發明的另一個方面，寬帶無線通信系統中的接收方法包括估計所希望信號；對從RX信號中消除該估計所希望的信號後所得到的信號進行相關矩陣計算；利用該相關矩陣執行幹擾消除；和利用相關矩陣和幹擾消除濾波器的係數中的至少一個估計窄帶噪聲。
根據本發明的又一個方面，寬帶無線通信系統中的接收方法包括估計前序信號的信道係數；估計在數據欄位中接收到的導頻信號的信道係數；和通過對從RX信號的預定音中減去前序信號的信道係數或導頻信號的信道係數所獲得的信號進行自相關來計算相關矩陣；以及利用算出的相關矩陣對數據音RX信號執行基於MMSE的幹擾消除。



結合附圖，通過下面的詳細描述，本發明的上述以及另外的目的，特徵和優點將會更加清楚，其中 圖1是多小區BWA系統的示意圖； 圖2是在頻率軸上示出的多小區BWA系統中的小區間幹擾的圖示； 圖3是根據本發明實施例的BWA系統中的接收機的框圖； 圖4是BWA系統中B-AMC子信道結構圖； 圖5是BWA系統中3時隙B-AMC子信道的結構圖； 圖6是根據本發明實施例的MMSE幹擾消除器的框圖； 圖7是根據本發明實施例的BWA系統中接收機的操作流程圖； 圖8是根據本發明施例的BWA系統中DL幀結構圖； 圖9是根據本發明另一個實施例的BWA系統中接收機的框圖； 圖10是前序的頻率特徵圖； 圖11是根據本發明的在BWA系統中PUSC子信道的結構圖； 圖12A是根據本發明的在BMA系統中2時隙PUSC子信道的結構圖； 圖12B是根據本發明的在BMA系統中3時隙PUSC子信道的結構圖； 圖13是根據本發明的另一個實施例的在BWA系統中接收機的操作流程圖；以及 圖14是根據所採用的本發明，當存在窄帶噪聲(載波對幹擾和噪聲比(CINR))時所獲得的性能增益的圖表。

具體實施例方式 在此將結合附圖，在下面對本發明的優選實施例進行詳細描述。在以下描述中，由於對公知的功能和結構進行不必要的詳述會使發明難於理解，因此這裡將不對其進行詳述。另外，根據本發明的功能對這裡使用的術語進行限定。因此，術語可以依據用戶或操作者的意志和習慣而不同。由此，這裡使用的術語必須基於在此的描述進行理解。
本發明提供了一種在BWA系統中消除多小區幹擾的技術。本發明還提供了一種利用由幹擾消除器計算出的參數來估計窄帶噪聲的方案。
儘管在以下描述中列舉了基於正交頻分復用(OFDM)的寬帶無線接入(BWA)系統，但本發明還能夠應用於所有的多小區通信系統。
在描述本發明之前，將對基於普通的最小均方誤差(MMSE)方案的幹擾消除技術進行描述。
該MMSE方案可以被表示為等式(1) W＝(HD)HR-1.....(1) 其中Y代表接收(RX)信號，如果RX天線數是NR則其表示為(NR×1)列向量，W代表MMSE濾波器的係數，如果有一個信號將要被解調，則其表示為(1×NR)行向量，

表示由MMSE濾波器估計出的發送(TX)信號，HD代表將要被解調的信號的無線信道特徵，表示為(NR×1)列向量，R代表RX信號之間的相關性，用(NR×NR)矩陣表示，上標『-1』代表逆矩陣，上標『H』代表Hermitian轉置矩陣。
等式(1)中的相關矩陣R可以用等式(2)表示 R＝E[YYH]＝E[(HX+N)(HX+N)H]＝HHH+σ2I.....(2) 其中X代表所有用戶終端的TX信號，如果所有用戶終端數為NU，則其表示為(NU×1)列向量，H代表RX天線和所有用戶終端之間的無線信道，表示為(NR×NU)矩陣，N代表RX天線的噪聲，表示為(NR×1)列向量，σ2表示偽噪聲(noise poser)，I代表(NR×NR)單位矩陣，上標小H代表Hermitian矩陣。
在上述MMSE方案中，為了構建等式(2)中的信道矩陣H，不僅要對所希望用戶終端的信道響應(或信道係數)進行估計，還要對其他幹擾用戶終端的信道響應進行估計。
因此，本發明的目的在於提供一種MMSE幹擾消除器，其不同於以上的MMSE方案，不需要幹擾用戶終端的信道估計。
圖3是根據本發明實施例的在BWA系統中接收機的框圖。在上行(UL)傳輸時，該接收機可以是基站，在下行(DL)傳輸時，其可以是用戶終端。
參見圖3，接收機包括射頻(RF)處理器300、模數(A/D)轉換器302、快速傅立葉變換(FFT)處理器304、子信道提取器306、信道估計器308、幹擾消除器310、載波對幹擾和噪聲比(載波對幹擾和噪聲比(CINR))估計器312、對數似然率(LLR)計算器314、和信道解碼器315。儘管圖3中沒有示出，但假設該接收機具有多個天線。
RF處理器300包括前端單元和濾波器。RF處理器300將無線信道上接收到的RF信號下變頻為基帶信號。A/D轉換器302將從RF處理器300中接收到的模擬基帶信號轉換成數位訊號(數字採樣數據)。
FFT處理器304對來自於A/D轉換器302的時域採樣數據進行FFT處理以輸出頻域數據。根據所採用的子信道結構，子信道提取器306從FFT處理器304中接收到的頻域數據中有區別地提取數據信號和導頻信號。在圖5所示的子信道結構的情況下，該子信道提取器306對每個給定單元提取18個導頻信號(2倉室×9符號)，並將其提供給信道估計器308。子信號提取器306還有區別地將提取的數據和導頻信號提供給幹擾消除器310。
信道估計器308利用來自於子信道提取器306的導頻信號對所希望信號的信道係數進行估計。信道估計有多種方法。例如，可以通過對導頻音取平均來最小化幹擾影響。在這種情況下，考慮到無線信道的頻率選擇性，可以沿著頻率軸取每倉室(bin)的平均。對於圖5所示的子信道結構，可以用等式(3)來表示每個倉室的估計信道
其中

是(NR×1)列向量。
除了導頻信號之外，也可以採用聲音信號或多種其他方法來進行上述信道估計。
幹擾消除器310利用來自於信道估計器308的信道係數和來自於子信道提取器306的導頻音RX信號計算相關矩陣R，並利用相關矩陣R和信道係數計算幹擾消除濾波器的係數W。該相關矩陣是通過將從RX信號(導頻音RX信號)中減去所希望信號(信道係數)而獲得的信號進行自相關來計算出的。幹擾消除器310設置幹擾消除濾波器中的計算出的係數，並利用幹擾消除濾波器對來自於子信道提取器306的數位訊號進行濾波，從而輸出無幹擾信號。稍後將結合圖6對幹擾消除器310的詳細結構進行描述。
CINR估計器312利用相關矩陣R和從幹擾消除器310中接收到的濾波器係數W計算CINR(或窄帶噪聲)。在另一個實施例中，CINR估計器312利用來自於幹擾消除器310的濾波器係數W和來自於信道估計器308的信道係數H來計算窄帶噪聲。術語「窄帶」用於表示計算出的CINR不與整個帶寬而是與預定的帶寬(如，倉室)相對應。計算出的CINR用作權值，用於代表LLR計算的解調信號的可靠性。稍後將結合下面的等式對CINR估計器312的詳細操作進行描述。
LLR計算器314對來自於幹擾消除器310的無幹擾信號進行解調以生成LLR，並向LLR提供CINR的權值(可靠性)，如利用來自於CINR估計器312的窄帶噪聲，LLR計算器314解調無幹擾信號以生成LLR。信道解碼器315對來自於LLR計算器314的LLR進行軟判決解碼以恢復從發射機發射的信息比特流。
圖4示出了BWA系統中頻帶自適應調製和編碼(B-AMC)子信道結構圖。
參照圖4，一個子信道總共包括54個音(或子載波)(即，18音×3符號)。這54個音由48個數據音和6個導頻音組成。每個導頻音有預定的位置並用於發送在基站和用戶終端之間預定的預定信號(如，導頻信號)。為了方便描述，假設導頻信號的值為『1』。子信道包括頻率軸上上的18個音和時間軸上的3個符號。將頻率軸上的9個音定義為倉室，而將時間軸上的3個符號定義為時隙。
在3時隙幀結構的情況下，如圖5所示子信道佔用了時間軸上的3個時隙，即，在3時隙B-AMC幀的情況下，由子信道提取器提取出的音值被存儲在了圖5所示的二維形式中。在這種情況下，當採用多個RX天線時，針對每個音的RX信號Y是一個(NR×1)列向量。
接下來將對幹擾消除器進行描述，該消除器用於消除採用圖5所示的子信道結構的系統中的信號間幹擾。
圖6是根據本發明實施例的MMSE幹擾消除器310的框圖。
參見圖6，MMSE幹擾消除器310包括相關矩陣計算器600、濾波器係數計算器602和幹擾消除濾波器604。
利用來自於信道估計器308的信道係數

和來自於子信道提取器306的導頻音RX信號Yb，s，p，相關矩陣計算器600利用等式(4)計算相關矩陣R 其中指數b、s和p都是與等式(3)所限定的相同。
不像普通的MMSE方案，在等式(4)中從RX信號中減去所希望的信號。從RX信號中減去所希望的信號可以剩下僅有的噪聲/幹擾信號，即，可以通過計算噪聲/幹擾信號的平均相關來增加濾波器的收斂速度。
濾波器係數計算器602利用來自於相關矩陣計算器600的相關係數R和來自於信道估計器308的信道係數

計算濾波器係數。上述計算發生的次數可以根據所採用的濾波器係數周期而變化。如果濾波器係數被用於圖5中的每個時隙和每個倉室，則要計算出總共6個濾波器係數。同樣，如果濾波器係數用於圖5中的每三個時隙中的一個和每個倉室，則要計算出總共2個濾波器係數。在本發明的實施例中，假設考慮到硬體計算的複雜性、信道的時變速率和頻率選擇性，在後面的方法中計算濾波器係數。因此，濾波器係數Wb可以通過等式(5)算出 其中b是倉室索引，第二個等式表示濾波器係數的歸一化。
利用來自於濾波器係數計算器602的Wb，幹擾消除濾波器604從相應倉室的RX信號中消除幹擾信號，以輸出所產生的無幹擾信號。這個可以用等式(6)表示 現在將詳細描述CINR估計器312。
如上所述，CINR估計器312利用濾波器係數W和從幹擾消除器接收到的相關矩陣R，計算CINR(或噪聲功率)。作為選擇，CINR估計器312利用濾波器係數W和信道係數H估計噪聲功率。該估計出的噪聲功率用於LLR計算。
等式(6)中的無幹擾信號

可以用等式(7)表示 根據等式(7)，信號C的大小可以用等式(8)表示 C＝E[‖WbHdXd‖2]＝‖WbHd‖2＝I......(8) 在等式(8)中，由於等式(5)的歸一化，使得信號的大小為「1」。根據等式(7)，幹擾I和噪聲N的大小可以用等式(9)表示 其中R表示由相關矩陣計算器600算出的相關矩陣，W表示由濾波器係數計算器602算出的濾波器係數。
因此，根據等式(8)和等式(9)，可以簡單地用等式(10)表示CINR 如果在等式(5)中不執行濾波器係數的標準化，可以用等式(11)表示CINR 從等式(10)和等式(11)中可以看出，可以利用信道係數H和由MMSE幹擾消除器計算出的參數W和R來簡單地算出CINR。
並且，在使用普通的MMSE幹擾消除器時，可以利用等式(10)和等式(11)類似地計算出CINR。在這種情況下，除了所希望的RX用戶終端的信道Hd之外，還必須估計出幹擾信號的信道。將估計出的幹擾信號的信道稱作「HI」。當RX天線數是NR，幹擾信號數是NICI時，幹擾信號的信道HI的大小是NR×NICI。
因此，當使用普通的MMSE幹擾消除器時，根據等式(10)可以用等式(12)表示相關矩陣R 其中σ2表示接收機的熱噪聲，I表示(NR×NR)單位矩陣。
如上所述，當在接收機中使用MMSE幹擾消除器時，本發明可以利用由MMSE幹擾消除器計算出的參數來簡單地計算CINR。基於是否執行濾波器係數的標準化，可以利用等式(10)或等式(11)計算出CINR。
圖14是示出了當使用根據本發明的窄帶噪聲(CINR)時獲得性能增益的圖表。在圖14的圖表中，橫坐標軸表示CINR，縱坐標軸表示分組誤差率(PER)。
從圖表中可以看出，在RX強度(即，載波噪聲比(CNR))相同時，根據本發明，利用窄帶噪聲的LLR計算能夠提供比利用平均噪聲的LLR計算更低的PER。
圖7是根據本發明的實施例，示出的在BWA系統中接收機的操作流程圖。在UL傳輸的情況下，該接收機可以是基站，在DL傳輸的情況下，其可以是用戶終端。
結合圖7，在步驟701中，接收機通過至少一個天線接收信號。通過天線接收到的信號為所希望的信號加上幹擾/噪聲信號的形式。
在步驟703中，接收機將接收到的RF信號轉換為基帶信號，並對該基帶信號進行OFDM調製以生成頻域數據。在步驟705中，接收機依照所採用的子信道結構，從頻域數據中有區別地提取數據信號和導頻信號。
在步驟707中，接收機利用提取出的導頻信號(或聲音信號)，估計所希望的信號的信道係數

在步驟709中，接收機從導頻音RX信號中減去信道係數，並自相關所得到的信號以計算出相關矩陣R。在步驟711中，接收機利用相關矩陣R和信道係數

計算幹擾消除濾波器的係數W。在步驟713中，接收機利用計算出的濾波器係數W從接收(RX)信號中消除幹擾信號。
在步驟715中，接收機利用相關矩陣R和濾波器係數W估計窄帶噪聲(CINR)。可以根據是否對濾波器係數進行標準化，利用等式(10)和等式(11)來計算CINR。
在步驟717中，接收機解調所得到的無幹擾信號以生成LLRs，並將與CINR相應的權值(可靠性)應用到LLRs中。在步驟719中，接收機對LLRs進行軟判決解碼以恢復從發射機發送來的信息比特。
通常，在BWA系統中，用於與用戶終端同步的前序(preamble)信號位於DL幀的開始部分，DL/UL MAP跟在前序信號之後。MAP是表示UL/DL資源分配的信息(如，數據脈衝串的位置和調製等級)。當用戶終端由於小區間幹擾等而導致對MAP信息解調失敗時，其與系統的連接可能被中斷。
圖8是根據本發明的實施例，在BWA系統中DL幀結構圖。在圖8中，橫坐標軸表示時域，縱坐標軸表示頻域。
結合圖8，DL幀包括前序、幀控制報頭(FCH)、DL MAP、UL MAP和DL數據欄位。DL前序用於小區搜索和用戶終端的初始同步。FCH包括表示幀基本結構的信息。DL MAP包括表示DL數據脈衝串欄位的信息。UL MAP包括表示UL幀結構的信息。
用戶終端必須對DL幀的前一半中的MAP信息進行解調以檢查承載實際業務量的數據脈衝串的位置(或資源)。因此在多小區幹擾的環境中，所需要的是用於毫無誤差地接收MAP信息的幹擾消除技術。
如上所述，利用信道信息(或信道係數)確定幹擾消除濾波器的係數W。下文中，將對依據針對幹擾消除技術的信息的位置，選擇性地對採用前序信號的信道信息或導頻信號的信道信息的方案進行描述。
圖9是根據本發明另一實施例的在BWA系統中接收機的框圖。這裡，假設該接收機是用戶終端的接收機。
參見圖9，該接收機包括RF處理器900、A/D轉換器902、FFT處理器904、子信道提取器906、前序信道估計器908、導頻信道估計器910、幹擾消除器912、噪聲消除器914、LLR計算器916和信道解碼器918。儘管在圖9中沒有示出，但假設該接收機有多個天線。
RF處理器900包括前端單元和濾波器。RF處理器900將在無線信道上接收到的RF信號下變頻為基帶信號。A/D轉換器902將從RF處理器900中接收到的模擬基帶信號轉換為數位訊號(數字採樣數據)。
FFT處理器904對來自於A/D轉換器902的時域採樣數據進行FFT處理，以輸出頻域數據。在前序接收部分中，子信道提取器906提取映射在正規音(或子載波)時隙上的前序信號，並將提取出的前序信號提供給前序信道估計器908。在數據接收部分中，根據所採用的子信道的結構，子信道提取器906從來自於FFT處理器904的頻域數據中有區別地提取數據信號和導頻信號。在圖11所示的子信道結構中，子信道提取器906每給定單元(14音×2符號)提取4個導頻信號，並將其提供給導頻信道估計器910。子信道提取器906還有區別地向幹擾消除器912提供提取出的數據和導頻信號。
前序信道估計器908利用來自於子信道提取器906的前序信號估計服務基站的信道係數。通常，前序信號由一個OFDM符號構成，在圖10所示的頻率軸上，以3個子載波的間隔映射該信號。在基站和用戶終端之間預先確定以3個子載波的間隔映射的信號，並將該信號用於用戶終端的信道估計中。
有多種利用前序信號的信道估計方法。在本發明實施例中，假設將簡單的線性內插技術用於信道估計。利用等式(13)通過除以預定的信號Pi可以算出與具有前序信號的子載波(i＝...k-9，k-6，k-3，k，k+3，k+6...)相對應的無線信道響應(信道係數) 其中YPA是一個(Nant×1)向量。
利用線性內插技術對針對不具有前序信號的子載波的信道係數進行估計。例如，利用等式(14)可以計算出針對(k+1)th和(k+2)th指數的信道係數 這樣，前序信道估計器908估計所有子載波的信道係數，對估計出的信道係數求平均，並將平均信道係數

提供給幹擾消除器912。
在後續的從MAP信號中消除幹擾信號的過程中，估計出的前序信號的信道係數被用於計算幹擾消除濾波器的係數。由於MAP信息鄰近前序，因此針對無線信道響應不會發生大的改變的假設，採用提供準確信道估計的前序的信道係數來計算幹擾消除濾波器的係數。可選地，可以利用MAP部分中導頻信號的信道係數計算信道係數。
導頻信道估計器910利用來自於子信道提取器906的導頻信號對服務基站的信道係數進行估計。利用導頻信號的信道估計方法有許多種。在本發明的實施例中，假設採用簡單的線性內插技術進行信道估計。用(Nant×1)向量表示導頻音RX信號Yd。在圖11所示的子信道結構的情況下，可以利用等式(15)，通過除以一個預定信道Pi來計算出具有導頻信號的子載波的無線信道響應 其中i表示頻域軸的索引。
另外，利用線性內插技術對不具有導頻信號的子載波的的信道係數進行估計。
這樣，導頻信道估計器910對所有子載波的信道係數進行估計，對時隙單元中的估計出的信道係數取平均，並將平均信道係數

提供給幹擾消除器912。在從相應的數據信號中消除幹擾信號的過程中，估計出的導頻信號的信道係數被用於計算幹擾消除濾波器的係數。
幹擾消除器912利用來自於前序信道估計器908或導頻信道估計器910的信道係數

計算相關矩陣R，接著利用相關矩陣和信道係數計算幹擾消除濾波器的係數W。幹擾消除器912設置幹擾消除濾波器中計算出的係數，並利用幹擾消除濾波器對來自於子信號提取器906的數據信號進行濾波，從而輸出無幹擾信號。幹擾消除器912的詳細結構與圖6所示的相同。
噪聲消除器914利用濾波器係數W和信道係數計算CINR。在另一個實施例中，噪聲消除器914利用濾波器係數W和相關矩陣R計算CINR。計算出的CINR被用作LLR計算的調製信號的可靠性應用的權值。
LLR計算器916對來自於幹擾消除器912的無幹擾信號進行解調以生成LLR，並將CINR的權值(可靠性)應用到LLR中。信道解碼器918對來自於LLR計算器916的LLR進行軟判決解碼，以恢復從發射機發射的信息比特流。
圖11是根據本發明實施例的在BWA系統中局部使用子載波(PUSC)的子信道結構圖。
參見圖11，一個子信道包括總共28個音(或子載波)(即，14音×2符號)。這28個音是由24個數據音和4個導頻音組成的。每個導頻音具有預先確定的位置，用於發送在基站和用戶終端之間預定的預定信號(如，導頻信號)。為了便於描述，假設導頻信號的值是「1」。一個束包括在頻率軸上的14個音和在時間軸上的2個音。將2個符號定義為時隙。
在2個或3個時隙幀結構的情況下，如圖12A和12B所示，一個子信道佔用時間軸上的2個或3個時隙。在2個時隙的B-PUSC幀中，將從子信道提取器中提取出的音值存儲在圖12A所示的二維形式中。這樣，如上所述，每個音的RX信號Y是(Nant×1)列向量。
接下來將利用圖11所示的子信道結構對用於消除小區間幹擾的幹擾消除器(見圖6)進行描述。
參見圖6，相關矩陣計算器600利用來自於前序信道估計器908或導頻信道估計器910的信道係數

和來自於子信道提取器906的導頻音RX信號Y來計算相關矩陣R，如以下等式(16)和(17)所示。在對MAP信號中的幹擾信號進行消除時，信道係數是前序信道係數

在對數據欄位的數據信號中的幹擾信號進行消除時，信道係數是導頻信道係數
其中N表示在MAP信號中導頻音的數量。
其中s表示PUSC時隙索引，p表示束中的導頻索引。
與通常的MMSE方案不同，在等式(16)和等式(17)中從RX信號中減去所希望的信號。從RX信號中減去所希望的信號就僅剩下了噪聲/幹擾信號，即，能夠通過計算噪聲/幹擾信號的平均相關性來提高濾波器的收斂速率。
濾波器係數計算器602利用來自於前序信道估計器908或導頻信道估計器910的信道係數

和來自於相關矩陣計算器600的相關矩陣 R來計算濾波器係數。當採用前序信道係數時，上述計算僅被執行一次。另一方面，當採用數據欄位的導頻信道係數時，上述計算的次數可以根據所用的濾波器係數的周期而改變。如果濾波器係數被用於圖12B中的每個時隙中，則必須計算出總的三個濾波器係數。利用等式(18)計算濾波器係數 幹擾消除器604利用來自於係數計算器602的濾波器係數W消除RX信號中的幹擾信號。這可以表示為等式(19) 圖13是根據本發明的另一個實施例，示出了BWA系統中接收機的操作流程圖。這裡，假設接收機是用戶終端的接收機。
參見圖13，在步驟1301中，接收機檢測接收(RX)信號中的幀的開始。在步驟1303中，如果檢測到了幀的開始，則接收機利用幀的前序信號對信道進行估計。例如，接收機利用前序信號計算針對子載波(導頻音)的無線信道響應，並在頻率軸上執行線性內插以計算出整個頻帶的無線信道響應。接收機對整個頻帶的無線信道響應取平均以獲得前序信道係數
在步驟1305中，接收機從RX信號中提取前序信號後面的MAP信號。即，接收機從頻域數據中提取MAP信號，其中頻域數據是從RX信號中OFDM解調出的。在步驟1307中，接收機利用前序信道係數和預定音(導頻音)RX信號計算相關矩陣R，並利用相關矩陣R和前序信道係數計算MMSE濾波器係數。這樣，可以利用等式(16)計算相關矩陣R，可以利用等式(18)計算MMSE濾波器係數W。
在步驟1309中，接收機利用具有已計算出的濾波器係數的MMSE濾波器消除MAP信號中的幹擾信號。在步驟1311中，接收機對無幹擾MAP信號進行解調和解碼以恢復MAP信息。該MAP信息包括DL/UL資源配置信息。
在步驟1313中，接收機有區別地從RX信號(數據欄位的RX信號)中提取導頻信號和數據信號。提取出的導頻/數據信號是用MAP信息表示的欄位(或資源)的信號。在步驟1315中，接收機利用提取出的導頻信號估計信道。例如，接收機計算提取出的導頻信號的信道響應，並在頻率軸上執行線性內插以計算出子載波(數據音)的信道響應，其中導頻信號不被映射在該子載波上。接收機在預定時間周期(例如，時隙)的單元內對響應求平均以獲得導頻信道係數。
在步驟1317中，接收機利用導頻信道係數和預定音(導頻音)RX信號計算相關矩陣R，並利用相關矩陣R和導頻信道係數計算MMSE濾波器係數W。這樣，可以利用等式(17)計算出相關矩陣R，可以利用等式(18)計算出MMSE濾波器係數W。
在步驟1319中，接收機利用具有計算出的濾波器係數的MMSE濾波器，消除數據信號中的幹擾信號。在步驟1321中，接收機對無幹擾數據信號進行解調和解碼以恢復用戶信息。
如上所述，由於本發明不需要估計幹擾信號的信道，所以利用幹擾消除技術能夠顯著降低計算複雜度。另外，這裡不需要知道其它小區的導頻結構，並且不需要單獨的算法來確定最大幹擾和幹擾數。並且，由於無幹擾的情況與MRC(最大定量組合)方案中的相同，因此不需要根據現有的或無幹擾信號的情況來轉換解調算法。再有，由於在LLR計算中能夠明顯反映出窄帶剩餘幹擾的數量，因此能夠增強解調性能。特別是，由於能夠增強對於重要控制信息(如MAP)的解調性能，因此能夠減少系統的斷開率。因此，由於上述結果使得系統容量得到了增加。
雖然結合其某些特定的實施例示出和描述了本發明，但本領域技術人員應該明白，在不背離由附加權利要求所限定的發明的精神和範圍的情況下，可以進行各種形式上和細節上的改變。例如，本發明同樣可以用於其它子信道結構和B-AMC子信道結構以及PUSC子信道結構。另外，將用信噪比(SNR)和信號對幹擾和噪聲比(SINR)替代CINR。
權利要求
1.一種無線通信系統中的接收裝置，該接收裝置包括
用於對所希望信號進行估計的估計器；
第一計算器，用於對通過消除接收RX信號中的估計出的所希望信號而獲得的信號的相關矩陣進行計算；
利用相關矩陣執行幹擾消除的第二計算器。
2.如權利要求1所述的接收裝置，其中第二計算器基於最小均方誤差MMSE方案，執行幹擾消除。
3.如權利要求1所述的接收裝置，其中估計器估計所希望信號的平均信道係數。
4.如權利要求1所述的接收裝置，其中接收信號是導頻音信號。
5.如權利要求4所述的接收裝置，其中相關矩陣R通過以下等式計算
其中N表示傳輸單元中的導頻音數，Yn表示第n個導頻音的接收信號，上標小H表示Hermitian轉置矩陣，
表示傳輸單元的平均信道係數。
6.如權利要求5所述的接收裝置，其中傳輸單元包括至少一個音和至少一個正交頻分復用OFDM符號。
7.如權利要求1所述的接收裝置，其中第二計算器包括
濾波器係數計算器，用於利用所希望信號的信道係數和相關矩陣來計算濾波器係數；和
幹擾消除濾波器，用於利用濾波器係數消除數據音RX信號中的幹擾信號。
8.如權利要求7所述的接收裝置，其中濾波器係數W是用以下等式計算出的
其中
表示所希望信號的信道係數，上標小H表示Hermitian轉置矩陣，R表示相關矩陣。
9.如權利要求7所述的接收裝置，進一步包括噪聲估計器，用於利用相關矩陣和濾波器係數中的至少一個來估計窄帶噪聲。
10.如權利要求9所述的接收裝置，進一步包括
對數似然率LLR計算器，用於利用窄帶噪聲，通過對來自於第二計算器的無幹擾信號進行解調來生成LLR；和
解碼器，用於通過解碼來自於LLR計算器的LLR來恢復信息比特流。
11.如權利要求9所述的接收裝置，其中窄帶噪聲即載波對幹擾和噪聲比CINR是用以下等式估計出的
其中W表示濾波器係數，R表示相關矩陣，H表示Hermitian轉置矩陣，C表示信號功率，I表示幹擾功率，N表示噪聲功率。
12.如權利要求9所述的接收裝置，其中窄帶噪聲CINR是用以下等式估計出的
其中W表示濾波器係數，H表示所希望信號的信道係數，C表示信號功率，I表示幹擾功率，N表示噪聲功率。
13.如權利要求1所述的接收裝置，進一步包括
前序信道估計器，用於估計前序信號的信道係數；
提取器，用於從接收信號中提取出控制信道信號；
第三計算器，用於對通過從控制信道上的預定接收信號中減去前序信號的信道係數所獲得的信號的相關矩陣進行計算；和
第四計算器，用於採用來自於第三計算器的相關矩陣，對控制信道信號執行基於MMSE的幹擾消除。
14.如權利要求13所述的接收裝置，其中前序信道估計器計算具有前序信號的音的平均信道係數。
15.如權利要求13所述的接收裝置，其中控制信道信號是在前序信號之後接收到的MAP信號。
16.如權利要求13所述的接收裝置，其中預定的接收信號是導頻音信號。
17.如權利要求13所述的接收裝置，其中第四計算器包括
濾波器係數計算器，用於利用前序信號的信道係數和相關矩陣計算濾波器係數；以及
幹擾消除濾波器，用於利用濾波器係數消除控制信道信號中的幹擾信號。
18.如權利要求13所述的接收裝置，其中第三計算器通過以下的等式計算相關矩陣R
其中N表示控制信道信號中的導頻音數，Yn表示控制信道中第n個導頻音的接收信號，上標小H表示Hermitian轉置矩陣，
表示前序信號的信道係數。
19.如權利要求17所述的接收裝置，其中濾波器係數W是通過以下等式計算出的
其中
表示前序信號的信道係數，上標小H表示Hermitian轉置矩陣，R表示相關矩陣。
20.一種無線通信系統中的接收裝置，該接收裝置包括
第一信道估計器，用於估計前序信號的信道係數；
第二信道估計器，用於估計在數據欄位中接收到的導頻信號的信道係數；
幹擾消除器，用於通過將信號進行自相關來計算相關矩陣，該信號是從接收信號的預定音中減去前序信號的信道係數或導頻信號的信道係數而獲得的，並利用計算出的相關矩陣對數據音接收信號執行基於MMSE的幹擾消除。
21.如權利要求20的接收裝置，其中如果數據音接收信號是控制信道信號，則幹擾消除器利用前序信號的信道係數計算相關矩陣；並且如果數據音接收信號是數據欄位信號，則幹擾消除器利用導頻信號的信道係數計算相關矩陣。
22.如權利要求20的接收裝置，其中相關矩陣R是用以下等式計算出的
其中N表示將要被解調的欄位中的導頻音數，Yn表示第n個導頻音的接收信號，上標小H表示Hermitian轉置矩陣，
表示信道係數。
23.如權利要求20的接收裝置，進一步包括
噪聲估計器，用於利用幹擾消除器的濾波器係數來估計窄帶噪聲；和
LLR計算器，用於通過利用窄帶噪聲對來自於幹擾消除器的無幹擾信號進行解調來生成LLR。
24.如權利要求23的接收裝置，其中窄帶噪聲即載波對幹擾和噪聲比CINR是用以下等式估計出的
其中W表示MMSE濾波器的係數，H表示信道係數，C表示信號功率，I表示幹擾功率，N表示噪聲功率。
25.一種無線通信系統中的接收方法，該接收方法包括以下步驟
估計所希望信號；
計算通過消除接收信號中的估計出的所希望信號而獲得的信號的相關矩陣；和
利用相關矩陣執行幹擾消除。
26.如權利要求25所述的接收方法，其中基於MMSE方案執行幹擾消除。
27.如權利要求25所述的接收方法，其中估計步驟對所希望信號的平均信道係數進行估計。
28.如權利要求25所述的接收方法，其中接收信號是導頻音信號。
29.如權利要求25所述的接收方法，其中相關矩陣R是用以下等式計算出的
其中N表示傳輸單元中的導頻音數，Yn表示第n個導頻音的接收信號，上標小H表示Hermitian轉置矩陣，
表示傳輸單元中的平均信道係數。
30.如權利要求29所述的接收方法，其中傳輸單元包括至少一個音和至少一個OFDM符號。
31.如權利要求25所述的接收方法，其中幹擾消除步驟包括
利用所希望信號的信道係數和相關矩陣計算濾波器係數；和
利用濾波器係數消除數據音接收信號中的幹擾信號。
32.如權利要求31所述的接收方法，其中濾波器係數W是通過以下等式計算出的
其中
表示所希望信號的信道係數，上標小H表示Hermitian轉置矩陣，R表示相關矩陣。
33.如權利要求31所述的接收方法，進一步包括利用相關矩陣和濾波器係數中的至少一個來估計窄帶噪聲。
34.如權利要求33所述的接收方法，進一步包括以下步驟
通過利用窄帶噪聲對幹擾消除所獲得的無幹擾信號進行解調來生成LLR；和
通過解碼生成的LLR來恢復信息比特流。
35.如權利要求33所述的接收方法，其中窄帶噪聲即載波對幹擾和噪聲比CINR是用以下等式估計出的
其中W表示濾波器係數，R表示相關矩陣，H表示Hermitian轉置矩陣，C表示信號功率，I表示幹擾功率，N表示噪聲功率。
36.如權利要求33所述的接收方法，其中窄帶噪聲CINR是用以下等式估計出的
其中W表示濾波器係數，H表示所希望信號的信道係數，C表示信號功率，I表示幹擾功率，N表示噪聲功率。
37.如權利要求25所述的接收方法，進一步包括
估計前序信號的信道係數；
從接收信號中提取出控制信道信號；
對通過從控制信道上的預定接收信號中減去前序信號的信道係數所獲得的信號的相關矩陣進行計算；和
利用計算出的相關矩陣，對控制信道信號執行基於MMSE的幹擾消除。
38.如權利要求37所述的接收方法，其中前序信道估計步驟進一步包括對具有前序信號的音的平均信道係數進行計算。
39.如權利要求37所述的接收方法，其中控制信道信號是在前序信號之後接收到的MAP信號。
40.如權利要求37所述的接收方法，其中預定接收信號是導頻音信號。
41.如權利要求37所述的接收方法，其中幹擾消除步驟包括
利用前序信號的信道係數和相關矩陣計算濾波器係數；以及利用濾波器係數消除控制信道信號中的幹擾信號。
42.如權利要求37所述的接收方法，其中相關矩陣R是通過以下的等式計算出的
其中N表示控制信道信號中的導頻音數，Yn表示控制信道中第n個導頻音的接收信號，上標小H表示Hermitian轉置矩陣，
表示前序信號的信道係數。
43.如權利要求41所述的接收方法，其中濾波器係數W是通過以下等式計算出的
其中
表示前序信號的信道係數，上標小H表示Hermitian轉置矩陣，R表示相關矩陣。
44.一種無線通信系統中的接收方法，該接收方法包括步驟
估計前序信號的信道係數；
估計在數據欄位中接收到的導頻信號的信道係數；
通過對信號進行自相關來計算相關矩陣，該信號是從接收信號的預定音中減去前序信號的信道係數或導頻信號的信道係數而獲得的；以及
利用計算出的相關矩陣對數據音接收信號執行基於MMSE的幹擾消除。
45.如權利要求44的接收方法，其中如果數據音接收信號是控制信道信號，則幹擾消除器利用前序信號的信道係數計算相關矩陣；並且如果數據音接收信號是數據欄位信號，則利用導頻信號的信道係數計算相關矩陣。
46.如權利要求44的接收方法，其中相關矩陣R是用以下等式計算出的
其中N表示將要被解調的欄位中的導頻音數，Yn表示第n個導頻音的接收信號，上標小H表示Hermitian轉置矩陣，
表示信道係數。
47.如權利要求44的接收方法，進一步包括
利用基於MMSE的幹擾消除濾波器的係數來估計窄帶噪聲；和
通過利用窄帶噪聲對幹擾消除步驟所獲得的無幹擾信號進行解調來生成LLR。
48.如權利要求47的接收方法，其中窄帶噪聲CINR是用以下等式估計出的
其中W表示MMSE濾波器的係數，H表示信道係數，C表示信號功率，I表示幹擾功率，N表示噪聲功率。
全文摘要
提供了一種在寬帶無線接入(BWA)系統中增強接收機的解調性能的裝置和方法。一種寬帶無線接入系統中的接收裝置包括估計器，第一計算器和第二計算器。估計器估計所希望的信號。第一計算器對通過消除接收(RX)信號中的估計出的所希望信號而獲得的信號的相關矩陣進行計算。第二計算器利用相關矩陣執行幹擾消除。
文檔編號H04L25/02GK101232474SQ200710307760
公開日2008年7月30日 申請日期2007年8月28日 優先權日2006年8月28日
發明者張正烈, 黃瑾喆, 駿 文, 李成鎬, 黃寅碩, 樸聖遇, 梁長薰 申請人:三星電子株式會社