CN101043220B - 从宽带通信***的多个邻近小区中消除干扰的装置和方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种在宽带无线通信***中用于消除干扰信号的装置和方法。无线通信***的接收机包括用于接收服务基站的目标信号和至少一个邻近基站的干扰信号的至少两个接收天线；用于评估经由接收天线接收的信号的信道的信道评估器；和用于使用接收信号的信道评估值来检测目标信号的检测器。因此，有可能减少由干扰信号的不正确的评估和检测所引起的错误传播。此外，不出现对于检测/恢复/删除干扰信号的时间延迟。此外，可以防止额外的缓存器的增加。因此，可以防止硬件复杂度的增加。

Description

从宽带通信***的多个邻近小区中消除干扰的装置和方法

技术领域

本发明通常涉及一种用于从宽带无线通信***的多个邻近小区中消除干扰的装置和方法，尤其是，涉及一种用于从使用多个接收(RX)天线的宽带无线通信***的多个邻近小区中消除干扰的装置和方法。

背景技术

宽带无线通信***使用蜂窝***，其将服务覆盖区划分为多个小的区域(即，小区)，以便克服在服务覆盖区和用户容量方面的限制。在蜂窝***中，两个彼此相距足够空间距离的小区使用相同的频带，从而可以空间地重复使用频率信源。因此，蜂窝***增加了空间分配的信道的数目，借此可以保证足够的用户数量。但是，具有频率重复因子1的无线通信***具有以下的问题，即、RX性能由于在邻近小区之间的干扰而被恶化。

图1示出了常规的宽带无线通信***结构。

参考图1，移动站(MS)104位于服务基站(BS)100的小区覆盖范围中，并且与服务BS 100通信。

如果MS 104移动进入切换区域(即，小区边界区)，其不仅从服务BS 100接收目标信号111，而且还从邻近BS 102接收干扰信号，如在等式(1)中表示的：

y(k)＝h_s(k)·x_s(k)+h₁(k)·x·(k)+n(k)

                                            ...(1)

这里，h_s(k)是对应于在服务BS 100和MS 104之间的第K个子信道的信道，h₁(k)是对应于在邻近BS 102和MS 104之间的第K个子信道的信道，x_s(k)是经第K个子信道从服务BS 100接收的信号，x₁(k)是经第K个子信道从邻近BS 102接收的信号，和n(k)是对应于第K个子信道的加性白高斯噪声(AWGN)。

从邻近BS 102接收的干扰信号导致MS 104的RX性能退化。已经实施研究以提供用于降低由于在宽带无线通信***中的干扰信号而造成的RX性能退化的方法。例如，MS 104不考虑该干扰信号并且检测目标信号。例如，MS104使用连续的干扰消除(SIC)方案或者并行干扰消除(PIC)方案来消除干扰信号。

如果MS 104靠近服务BS 100并且远离邻近BS 102，由MS 104接收的干扰信号的功率比目标信号的功率更小。MS 104不考虑在等式(1)中表示的接收信号中的干扰信号评估和检测如在等式(2)中表示的目标信号：

${\tilde{x}}_s\left(k\right)={{\hat{h}}_s}^{-1}\left(k\right)\·y\left(k\right),$ ${\hat{x}}_s\left(k\right)=Q\left({\tilde{x}}_s\left(k\right)\right)...\left(2\right)$

这里，是经过评估的目标信号分量，h_s(k)是服务BS 100和MS 104的信道分量，y(k)是接收的信号，和是检测到的目标信号分量。

但是，当MS 104位于在服务BS 100和邻近BS 102之间的小区边界区的时候，在MS 104处接收的干扰信号和目标信号在功率方面是相似的。因此，当MS 104不考虑干扰信号评估和检测目标的时候，由于该干扰信号而发生信号性能的退化。

在SIC方案中，MS 104评估该干扰信号，并且从接收的信号中消除该评估的干扰信号以检测目标信号。例如，使用以下的等式(3)，MS 104评估在邻近BS 102和MS 104之间的信道分量以恢复该干扰信号。

${\tilde{x}}_1\left(k\right)={{\hat{h}}_1}^{-1}\left(k\right)\·y\left(k\right),$ ${\hat{x}}_1\left(k\right)=Q\left({\tilde{x}}_1\left(k\right)\right)...\left(3\right)$

这里，

是干扰信号的经过评估的分量，h₁(k)是邻近BS 102和MS 104的信道分量，y(k)是接收信号，和是检测的目标信号分量。

此后，通过将恢复的干扰信号应用到以下的等式(4)中，MS 104从接收的信号中消除干扰信号以恢复目标信号。

$w\left(k\right)=y\left(k\right)-{{\hat{h}}_1}^{-1}\left(k\right)\·{\hat{x}}_1\left(k\right)=h_s\left(k\right)\·x_s\left(k\right)+n^{\′}\left(k\right)...\left(4\right)$

这里，

是检测到的干扰信号，h₁(k)是邻近BS 102和MS 104的信道分量，和y(k)是接收的信号。

如在等式(4)中表示的，MS 104从接收信号中消除邻近信号分量，并且使用服务BS 100的信道分量评估和检测目标信号。

如果存在几个干扰信号，MS 104按照载波对干扰和噪声比(CINRs)安排该干扰信号，顺序地恢复该干扰信号，并且从接收信号中消除该恢复的干扰信号。

该PIC方案以与SIC方案相同的方式恢复一个干扰信号，并且从接收信号中消除恢复的干扰信号以检测目标信号。与SIC方案不同，如果存在几个干扰信号，该PIC方案并行恢复和取消干扰信号。

如上所述，SIC方案和PIC方案是干扰消除方案，其恢复干扰信号，从接收信号中消除恢复的干扰信号，并且检测该目标信号。但是，当该干扰信号被恢复的时候，该SIC方案和PIC方案忽略目标信号分量，提高恢复的干扰信号的错误概率。当MS使用出现误差的干扰信号检测目标信号的时候，导致错误传播，恶化***性能。

此外，该MS必须找到干扰信号分量的调制和编码方案(MCS)水平，以便恢复和取消该干扰信号。因此，该MS必须解调和解码该干扰信号。因此，为了该干扰消除在MS中发生时间延迟。因此，在输入终端中该缓存器的大小增加，导致增加了硬件复杂度。

发明内容

本发明的一个目的是大致解决至少以上所述的问题和/或缺点，并且至少提供下列的优点。因此，本发明的一个目的是提供一种在宽带无线通信***中用于检测与干扰信号分量无关的目标信号分量的装置和方法。

本发明的另一个目的是提供一种在宽带无线通信***中通过使用多个RX天线用于检测与干扰信号分量无关的目标信号分量的装置和方法。

本发明的又一个目的是提供一种在宽带无线通信***中用于检测与干扰信号分量无关的目标信号分量的装置和方法，从而减少时间延迟和额外的缓存器的使用。

按照本发明的一个方面，一种用于无线通信***的接收机，包括：至少两个接收天线，用于接收服务基站的目标信号和至少一个邻近基站的干扰信号；信道评估器，用于评估经由接收天线从服务基站和邻近基站接收的信号的信道；和检测器，用于使用接收信号的信道评估值来检测目标信号，其中，检测器使用多输入多输出信号检测方案，该多输入多输出信号检测方案包括归零线性检测方案、最小均方误差线性检测方案、纵向贝尔实验室层的空时方案和最小均方误差V-BLAST方案中的至少一个，其中，当接收信号的数目等于或小于接收天线的数目时，检测器使用接收信号的信道评估值来使用多输入多输出信号检测方案检测目标信号，并且，当接收信号的数目大于接收天线的数目时，检测器比较干扰信号的功率，从大功率的干扰信号中选择小于接收天线数目的干扰信号，并使用干扰信号的信道评估值来使用多输入多输出信号检测方案检测目标信号.

按照本发明的另一个方面，一种用于在无线通信***的接收机中消除干扰信号的方法，包括步骤：当经由至少两个接收天线接收服务基站的目标信号和至少一个邻近基站的干扰信号的时候，评估接收信号的信道；和使用接收信号的信道评估值检测目标信号，其中，当接收信号的数目等于或小于接收天线的数目时，通过将多输入多输出信号检测方案应用于接收信号的信道评估值来评估和检测目标信号，并且，当接收信号的数目大于接收天线的数目时，接收机比较干扰信号的功率，从大功率的干扰信号中选择小于接收天线数目的干扰信号，并使用多输入多输出信号检测方案检测目标信号，其中，其中所述多输入多输出信号检测方案包括归零线性检测方案、最小均方误差线性检测方案、纵向贝尔实验室层的空时方案和最小均方误差V-BLAST方案中的至少一个。

按照本发明的再一个方面，一种用于消除干扰信号的无线通信***，包括：发送目标信号给接收机的服务基站；发送干扰信号给接收机的至少一个邻近基站；和接收机，该接收机包括：至少两个接收天线，用于接收服务基站的目标信号和至少一个邻近基站的干扰信号；信道评估器，用于评估经由接收天线从服务基站和邻近基站接收的信号的信道；和检测器，用于使用接收信号的信道评估值来检测目标信号，其中，检测器使用多输入多输出信号检测方案，该多输入多输出信号检测方案包括归零线性检测方案、最小均方误差线性检测方案、纵向贝尔实验室层的空时方案和最小均方误差V-BLAST方案中的至少一个，其中，当接收信号的数目等于或小于接收天线的数目时，检测器使用接收信号的信道评估值来使用多输入多输出信号检测方案检测目标信号，并且，当接收信号的数目大于接收天线的数目时，检测器比较干扰信号的功率，从大功率的干扰信号中选择小于接收天线数目的干扰信号，并使用多输入多输出信号检测方案检测目标信号。

附图说明

从下面结合伴随的附图的详细说明中，本发明的上述和其他的目的、特点以及优势将变得更明显，其中：

图1举例说明常规的无线通信***的结构；

图2是按照本发明的无线通信***的方框图；

图3是按照本发明用于消除在邻近小区之间干扰的MS的方框图；

图4是按照本发明用于消除在邻近小区之间干扰的归零线性检测器的方框图；和

图5是举例说明按照本发明用于消除在邻近小区之间干扰的方法的流程图。

具体实施方式

在此处下面将参考伴随的附图描述本发明的优选实施例。在下面的描述中，公知的功能或者结构不做详细描述，因为不必要的细节将使本发明难以理解。

在下文中，将详细描述一种在宽带无线通信***的接收机中使用多个RX天线用于消除干扰信号的装置和方法。

以下将基于正交频分多路复用(OFDM)方案进行描述有关在无线通信***的接收机中使用两个RX天线的干扰消除。但是，本发明还可以应用于使用其他的多个访问方案，并且具有多个RX天线的无线通信***。

图2是按照本发明的无线通信***的方框图。

参考图2，MS 204包括在服务BS 200的小区区域中，并且从服务BS 200中接收目标信号。

当MS 204移动进小区边界区，即，在服务BS 200和邻近BS 202之间的切换区域的时候，其从邻近BS 202接收干扰信号，以及从服务BS 200接收目标信号。

因为MS 204具有多个RX天线，其接收表示为等式(5)的信号：

$y_1\left(k\right)=h_{s^{\left(1\right)}}\left(k\right)\·x_s\left(k\right)+h_{1^{\left(1\right)}}\left(k\right)\·x_1\left(k\right)+n\left(k\right)$

$y_2\left(k\right)=h_{s^{\left(2\right)}}\left(k\right)\·x_s\left(k\right)+h_{1^{\left(2\right)}}\left(k\right)\·x_1\left(k\right)+n\left(k\right)---\left(5\right)$

这里y_i(k)是MS 204的第i个RX天线的RX信号，h_s ⁽ⁱ⁾(k)是在MS 204的第i个RX天线和服务BS 200之间的信道分量，x_s(k)是从服务BS 200传送到MS 204的TX信号，h₁ ⁽ⁱ⁾(k)是在MS 204的第i个RX天线和邻近BS 202之间的信道分量，x₁(k)是从邻近BS 202传送的信号，并且n(k)是对应于第K个子信道的加性高斯白噪声(AWGN)。

MS 204使用如在等式(5)中表示的多个RX天线接收的信号可以表示为等式(6)的矩阵：

$Y=\left[\begin{array}{c}{y}_1\left(k\right)\\ y_2\left(k\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{h}_{s^{\left(1\right)}}\left(k\right)& h_{1^{\left(1\right)}}\left(k\right)\\ h_{s^{\left(2\right)}}\left(k\right)& h_{1^{\left(2\right)}}\left(k\right)\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}{x}_s\left(k\right)\\ x_1\left(k\right)\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{n}_1\left(k\right)\\ n_2\left(k\right)\end{array}\right]=H\·X+N---\left(6\right)$

这里y_i(k)是MS 204的第i个RX天线的RX信号，h_s ⁽ⁱ⁾(k)是在MS 204的第i个RX天线和服务BS 200之间的信道分量，x_s(k)是从服务BS 200传送到MS 204的TX信号，h₁ ⁽ⁱ⁾(k)是在MS 204的第i个RX天线和邻近BS 202之间的信道分量，x₁(k)是从邻近BS 202传送的信号，并且n(k)是对应于第k个子信道的加性高斯白噪声(AWGN)。

等式(6)等于典型的多输入多输出(MIMO)模型。也就是说，当宽带无线通信***的服务BS 200和邻近BS 202分别地具有单个TX天线时，该MS 204使用多个RX天线同时地从服务BS 200和邻近BS 202接收信号。因此，该MS 204具有与MIMO***相同的RX模型。

因此，该MS 204可以通过使用MIMO***的信道分量评估方法来检测与干扰信号无关的目标信号。该信道分量评估方法的例子包括归零(ZF)线性检测方法、最小均方误差线性检测方法、纵向贝尔实验室层的空时(V-BLAST)方法，和最小均方误差V-BLAST方法。

在宽带无线通信***中使用归零线性检测方法来评估目标信号分量将作为一个例子采用。

图3是按照本发明用于消除在邻近小区之间干扰的MS的方框图。

参考图3，该MS包括快速傅里叶变换(FFT)处理器301和302、信道评估器303和304、归零线性检测器305、去映射器307和解码器308。

FFT处理器301和302将经由第一天线和第二天线接收的时域信号FFT处理为频域信号.

信道评估器303和304使用从服务BS和邻近BS接收的前序信号来评估相应的信道h_s ⁽¹⁾(k)、h_s ⁽²⁾(k)、h_I ⁽¹⁾(k)和h_I ⁽²⁾(k)，该前序信号包含在从FFT处理器301和302提供的信号中。该前序信号包含参考信号，诸如用于信道评估的引导信号。

该归零线性检测器305使用由信道评估器303和304评估的信道值产生零位矢量，并且使用从FFT处理器301和302以及零位矢量提供的信号评估和检测目标信号分量。在图4中举例说明归零线性检测器305的结构。

图4是按照本发明用于消除邻近小区的干扰信号的归零线性检测器的方框图。

参考图4，该归零线性检测器305包括零位矢量发生器401、乘法器403、目标信号检测器405。

该零位矢量发生器401使用由信道评估器303和304评估的信道值来产生用于仅仅评估和检测目标信号分量的零位矢量。

该乘法器403通过将从零位矢量发生器401提供的零位矢量乘以从FFT处理器301和302提供的FFT处理的RX信号来评估等式(7)的目标信号。

该目标信号检测器405接收由乘法器403评估的目标信号

并且通过执行等式(7)的信号判定操作来检测目标信号：

${\tilde{x}}_s\left(k\right)={h_{(1.)}}^{-1}\left(k\right)\·Y,$ $\hat{x}\left(k\right)=Q({\tilde{x}}_s\left(k\right)---\left(7\right)$

这里是目标信号的评估的分量，h_(1，：) ^-1(k)是零位矢量，并且是信道矩阵H的反矩阵的第一行，

是目标信号的检测的分量，并且Q(x)是基于信号构象的信号判定操作。

该目标信号可以通过硬判定检测，或者可以通过软判定检测，以便提高解码器的性能。

该去映射器307从归零检测器305提供的输出信号中提取加载真实的数据的副载波(即，副载波)。

该解码器308按照相应的调制和编码方案(MCS)水平通过解调和解码从去映射器307提供的数据来恢复信息数据。

图5是举例说明按照本发明用于消除邻近小区的干扰信号的方法的流程图。

参考图5，在步骤501中，该MS确定是否信号是经由MS的多个RX天线从服务BS和邻近BS接收的。

在步骤503中，当接收该信号的时候，该MS通过对于经由RX天线接收的信号执行FFT处理将时域信号转换为频域信号。

在步骤505中，该MS从FFT处理的信号中评估服务BS和邻近BS的相应的信道h_s ⁽¹⁾(k)、h_s ⁽²⁾(k)、h_I ⁽¹⁾(k)和h_I ⁽²⁾(k)。此时，该MS使用包含参考信号的前同步信号，诸如，从服务BS和邻近BS接收的引导信号来评估相应的信道。

在步骤507中，在评估服务BS和邻近BS的信道之后，该MS使用评估的信道值产生用于评估目标信号分量的零位矢量.因为与干扰信号分量无关的该目标信号分量被通过MIMO***的检测方法如在等式(8)表示的那样检测，该MS实际上不需要评估和检测干扰信号分量.因此，无需计算整个信道H的反矩阵，该MS可以仅仅通过计算对于计算目标信号分量需要的整个信道的反矩阵的第一行来评估和检测目标信号.

$\tilde{X}=\left[\begin{array}{c}{\tilde{x}}_s\left(k\right)\\ {\tilde{x}}_1\left(k\right)\end{array}\right]=H^{-1}\·Y=H^{-1}\·(H\·X+N)=X+H^{-1}\·N=X+N^{\′}=\left[\begin{array}{c}{x}_s\left(k\right)+{n^{\′}}_1\left(k\right)\\ x_1\left(k\right)+{n^{\′}}_2\left(k\right)\end{array}\right]---\left(\text{8}\right)$

这里

是目标信号的评估的值，

是邻近信号的评估的值，H^-1是该信道的反矩阵，Y是RX信号矩阵，并且X是TX信号矩阵。

在步骤509中，当产生零位矢量的时候，该MS通过使用等式(7)线性操作零位矢量和FFT处理的RX信号来评估目标信号分量。

在步骤511中，该MS使用评估的目标信号分量来检测目标信号。此时，该MS可以使用硬判定或者软判定来检测目标信号。

已经描述了在具有多个RX天线的MS中的归零线性检测方法。当施加最小均方误差线性检测方法以便改善目标信号检测的性能的时候，该MS使用等式(9)，而不是使用等式(7)的零位矢量来评估和检测目标信号分量。

${\tilde{x}}_s\left(k\right)={\left[{(H^{H}H+\mathrm{\αI})}^{-1}{H}^H\right]}_{(1.)}\·Y,$ ${\hat{x}}_s\left(k\right)=Q\left({\tilde{x}}_s\left(k\right)\right)---\left(9\right)$

这里H是接收机经由多个RX天线接收的信道的矩阵，I是2x2单位矩阵，Y是接收信号的矩阵，是目标信号的检测分量，和Q(x)是基于信号构象的信号判定操作。

当目标信号被使用等式(9)评估和检测的时候，与归零线性检测方法相比较，可以降低噪声分量的功率放大。

以上已经描述了有关在宽带无线通信***中具有两个BS(服务BS和邻近BS)的MS和两个RX天线。当干扰信号分量的数目是N₁的时候，RX天线的数目N_r被设置为(N₁+1)，并且尽管等式6、7和9的矩阵被扩大为[N_r×(N₁+1)]，该MS可以使用与由等式(10)给出的相同的方法来评估和检测目标信号分量。

这里N_r是RX天线的数目，和N₁是干扰信号分量的数目。

同时，当RX天线的数目N_r不同于RX信号的数目(＝(干扰信号的数目(N₁))+(目标信号的数目(1))的时候，特别地，当RX天线的数目N_r大于RX信号的数目(N_r＞(N₁+1)的时候，该MS按照MIMO***的信号检测方法来评估和检测目标信号。对应于不同于RX天线的残余天线的数目(N_r-(N₁+1))的分集增益被用于检测目标信号的出现。因此，该目标信号可以以较好的性能检测。用于评估目标信号的反矩阵操作被被变成伪逆的操作。

当RX天线的数目N_r小于RX信号的数目(N_r＜(N₁+1)的时候，该MS通过比较干扰信号分量来选择干扰信号的较高的(N-1)数目，并且以以上描述的方式评估和检测目标信号。

如上所述，宽带无线通信***通过使用多个RX天线的MIMO检测方法来检测与干扰信号分量无关的目标信号分量。因此，有可能减少由干扰信号的不正确的评估和检测所引起的错误传播。此外，不出现对于检测/恢复/删除干扰信号的时间延迟。此外，可以防止对额外的缓存器的需要。因此，可以防止硬件复杂度的增加。

虽然参考其的一些优选实施例已经示出和描述了本发明，那些本领域技术人员应理解，不脱离在所附的权利要求中所限定的本发明的精神和范围，可以在其中在形式和细节方面进行各种各样的变化。

Claims (7)

1.一种用于无线通信***的接收机，包括：

至少两个接收天线，用于接收服务基站的目标信号和至少一个邻近基站的干扰信号；

信道评估器，用于评估经由接收天线从服务基站和邻近基站接收的信号的信道；和

检测器，用于使用接收信号的信道评估值来检测目标信号，

其中，检测器使用多输入多输出信号检测方案，该多输入多输出信号检测方案包括归零线性检测方案、最小均方误差线性检测方案、纵向贝尔实验室层的空时方案和最小均方误差V-BLAST方案中的至少一个，

其中，当接收信号的数目等于或小于接收天线的数目时，检测器使用接收信号的信道评估值来使用多输入多输出信号检测方案检测目标信号，并且，当接收信号的数目大于接收天线的数目时，检测器比较干扰信号的功率，并且从大功率的干扰信号中选择小于接收天线数目的干扰信号，并使用多输入多输出信号检测方案检测目标信号。

2.根据权利要求1的接收机，其中，信道评估器使用包含在从服务基站和邻近基站接收的信号中的参考信号评估接收信号的信道。

3.根据权利要求1的接收机，其中，当使用归零线性检测方案时，该检测器包括：

用于使用接收信号的信道评估值产生用于评估目标信号的迫零向量的迫零矢量发生器；

用于通过将所接收的信号乘以迫零矢量评估目标信号的乘法器；和

用于通过对经过评估的目标信号执行信号判定操作检测目标信号的目标信号检测器。

4.一种用于在无线通信***的接收机中消除干扰信号的方法，包括步骤：

当经由至少两个接收天线接收服务基站的目标信号和至少一个邻近基站的干扰信号的时候，评估接收信号的信道；和

使用接收信号的信道评估值检测目标信号，

其中，当接收信号的数目等于或小于接收天线的数目时，通过将多输入多输出信号检测方案应用于接收信号的信道评估值来评估和检测目标信号，并且，当接收信号的数目大于接收天线的数目时，接收机比较干扰信号的功率，从大功率的干扰信号中选择小于接收天线数目的干扰信号，并使用多输入多输出信号检测方案检测目标信号，

其中，所述多输入多输出信号检测方案包括归零线性检测方案、最小均方误差线性检测方案、纵向贝尔实验室层的空时方案和最小均方误差V-BLAST方案中的至少一个。

5.根据权利要求4的方法，其中，使用包含在从服务基站和至少一个邻近基站接收的信号中的参考信号评估接收信号的信道。

6.根据权利要求4的方法，其中，使用硬判定或者软判定检测目标信号。

7.一种用于消除干扰信号的无线通信***，包括：

发送目标信号给接收机的服务基站；

发送干扰信号给接收机的至少一个邻近基站；和

接收机，该接收机包括：

至少两个接收天线，用于接收服务基站的目标信号和至少一个邻近基站的干扰信号；

信道评估器，用于评估经由接收天线从服务基站和邻近基站接收的信号的信道；和

检测器，用于使用接收信号的信道评估值来检测目标信号，

其中，检测器使用多输入多输出信号检测方案，该多输入多输出信号检测方案包括归零线性检测方案、最小均方误差线性检测方案、纵向贝尔实验室层的空时方案和最小均方误差V-BLAST方案中的至少一个，

其中，当接收信号的数目等于或小于接收天线的数目时，检测器使用接收信号的信道评估值来使用多输入多输出信号检测方案检测目标信号，并且，当接收信号的数目大于接收天线的数目时，检测器比较干扰信号的功率，从大功率的干扰信号中选择小于接收天线数目的干扰信号，并使用多输入多输出信号检测方案检测目标信号。

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