CN101416414A - 接收机和接收方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种电信***的接收方法和接收机。接收机包括一个或多个天线(600、602)，连接到天线(600、602)的射频单元(604、606)，用于接收使用多个信道的一个或多个发射机所发射的信号，以及估计器。将所述估计器配置为选择一个或多个信道对，每个信道对的每个信道彼此具有给定的距离；确定针对所述信道对的信道信号(618、620)的符号估计；从来自所述信道对的信道信号中移除数据调制的效果；通过所述信道对的信道信号彼此相减来获得噪声估计，以及基于所获得的噪声估计确定所期望信道的噪声协方差矩阵。

Description

接收机和接收方法

技术领域

本发明涉及接收机和接收方法，其中接收机接收由一个或多个发射机使用多个信道所发射的信号，以及其中在接收机中计算信号的协方差矩阵。

背景技术

在无线电信***中，对数据传输的设计是有挑战性的任务。数据传输可为诸如快衰落和慢衰落、多径传播、来自其它***的干扰以及来自相同***内的其他用户的干扰等诸多因素所削弱。

通常，为了同时传递多个用户的信号，需要若干信道。在向用户提供大带宽的***中，可向单一用户提供若干信道。该信道可以使用多个频率(频分多址)、多个时隙(时分多址)、多个编码(码分多址)以及它们的不同组合来实现。后面所研究的一种接入方法的示例是正交频分多址，OFDMA。

已经为无线电信***设计了若干接收机算法。接收机必须能够尽可能有效地捕获并解调所传输的信号。最大比值合并(MRC)、最大似然接收机和最大后验概率接收机(MAP)是已知的接收机算法的示例。

对于存在干扰的环境，已经开发出抑制干扰的方法。此种方法的一个示例是抗干扰合并器(Interference Rejection Combiner)，在接收机中使用了多个天线的应用中，其为一种有效的方法。

在上面提到的所有算法和方法中，需要计算信号协方差矩阵。可使用多种方法构成或估计协方差矩阵。在一些情况中，使用对所接收的信号的输入采样来计算协方差矩阵。在其他情况下，计算噪声协方差矩阵。第一种方法无法产生同计算噪声协方差矩阵同样可靠的结果。然而，当前的确定噪声协方差矩阵的方法依赖于信道估计。因而，在确定噪声协方差矩阵之前，必须确定信道的传输函数。由于对信道传输函数的计算是消耗时间的过程，因而引起附加的延迟。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种用于接收信号的改进的方案，其中在确定噪声协方差矩阵时无需信道估计。根据本发明的一方面，提供了一种在电信***中接收信号的方法，所述方法包括：用一个或多个天线接收由使用多个信道的一个或多个发射机发射的信号，选择一个或多个信道对，每个信道对的每个信道彼此具有给定的距离，确定针对所述信道对的信道的信号的符号估计，从来自所述信道对的信道的信号中移除数据调制的效果，通过所述信道对的每个信道的信号彼此相减来获得噪声估计，以及基于所获得的噪声估计确定所期望信道的噪声协方差矩阵。

根据本发明的另一方面，提供了电信***的接收机，包括：一个或多个天线，连接到所述天线的射频单元，用于接收由使用多个信道的一个或多个发射机发射的信号，估计器，被配置为选择一个或多个信道对，每个信道对的每个信道彼此具有给定的距离，确定针对所述信道对的所述信道的信号的符号估计，从来自所述信道对的所述信道的信号中移除数据调制的效果，所述信道对的每个信道的信号彼此相减来获得噪声估计，以及基于所获得的噪声估计确定所期望信道的噪声协方差矩阵。

根据本发明的另一方面，提供了电信***的接收机，包括：一个或多个天线，用于接收由使用多个信道的一个或多个发射机发射的信号的装置，用于选择一个或多个信道对的装置，每个信道对的每个信道彼此具有给定的距离，用于确定针对所述信道对的信道的信号的符号估计的装置，用于从来自所述信道对的信道的信号中移除数据调制的效果的装置，用于通过所述信道对的每个信道的信号彼此相减来获得噪声估计的装置，以及用于基于所获得的噪声估计确定所期望信道的噪声协方差矩阵的装置。

根据本发明的依然另一方面，提供了一种计算机可读的计算机程序分发介质，所述计算机程序分发介质编码了用于执行计算机过程的指令的计算机程序，所述计算机过程用于用一个或多个天线接收信号，所述信号为使用多个信道的一个或多个发射机所发射，所述过程包括：选择一个或多个信道对，每个信道对的每个信道在信号中彼此具有给定的距离；确定用于所述信道对的所述信道的信号的符号估计；从来自所述信道对的所述信道的信号中移除数据调制的效果；通过所述信道对的每个信道的信号彼此相减来获得噪声估计，以及基于所获得的噪声估计确定所期望信道的噪声协方差矩阵。

本发明提供了若干优点。所提出的方案提供了对协方差矩阵的快速计算，以及其无需关于信道估计的知识。因而，可能的信道估计误差对所期望协方差矩阵的估计没有影响。在数据解调和干扰消除中，可有效地利用所计算的协方差矩阵。

在本发明的实施方式中，将此方案应用于OFDMA***。当估计了用于给定的子载波的协方差矩阵，在从子载波中移除了不同的数据调制的效果之后，两个或多个临近的子载波的信号彼此相减。减法消除了所期望信号分量，并且仅留下噪声。在一个实施方式中，在估计中利用包括导频信道的子载波。在这种最近的情况中，在减法中使用携带导频信号的子载波。可使用多次减法的平均值来降低估计误差。

附图说明

下面，将通过参考实施方式及附图，更详细地描述本发明，其中：

图1示出了电信***的示例，

图2示出了利用抗干扰合并的接收机的示例，

图3示出了所接收信号的子载波，

图4是示出了本发明的一个实施方式的流程图，

图5示出了利用权重因子的示例，

图6示出了利用抗干扰合并的接收机的示例，以及

图7示出了使用包括导频符号的子载波的示例。

具体实施方式

参看图1，分析数据传输***的一个示例，其中能应用本发明的实施方式。本发明可在能使用不同的多址方法的多种电信***中应用。可分配给用户的信道可以是例如频率、时隙或子载波。其中能应用本发明的***的典型的示例是基于GSM和GSM/EDGE的***，以及诸如EUTRAN(有时被称为3.9G)的第三代***的演进。过去，是使用TDMA和FDMA的组合。在3.9G中，则利用OFDMA。下面，使用利用了OFDMA的示例性***来描述本发明的实施方式。

图1示出两个基站100、102和五个移动台104、106、108、110和112。移动台104、106和108正在同基站100通信。在移动台和不同的基站的多个连接中使用相邻甚至交叠的信道。因而，这些连接可能互相干扰。例如，在移动台110和基站102之间的通信中所使用的信道可能干扰在移动台106和基站100之间的连接。而且，其他扰乱通信的干扰源也可能存在(图1中未示出)。因此，需要有效的干扰抑制。

下面，使用通常称为抗干扰合并(Interference RejectionCombining，IRC)的干扰抑制算法，作为可利用本发明的实施方式的应用的示例。典型地，在3.9G***中，抗干扰合并需要在接收中使用至少两个天线，以使得干扰抑制有效。

在OFDMA中，待发射的信号分为若干子信号，在各个数量的子载波上并行地传送子信号。子载波的数量可以是几十或几百。子载波的带宽的和等于为发射信号而分配的所有带宽。在子载波中，可周期性地发射导频信号，来帮助在接收机中的信道估计。

图2示出了在OFDMA接收机中的抗干扰合并。图2的接收机包括两个天线200、202。在实际的接收机中，天线的数量自然可以更大。天线接收由一个或多个发射机发射的信号。将所接收的信号施加到射频单元204、206，其过滤和放大信号，以及将其转换到基带频率。将射频单元的输出信号施加到转换器208、210，其将信号转换为数字形式。

进一步地，将信号送至变换器212、214，在那里对信号执行快速傅立叶变换(FFT)。将信号转换到频率域。变换器的输出中的信号的数量等于所使用的子载波的数量。可将在第一变换器212的输出中的针对第i个子载波的信号216写成如下形式：

r_i，1＝h_i，1b_i+n_i，1

以及可将在第二变换器214的输出中的针对第i个子载波的信号218写成如下形式：

r_i，2＝h_i，2b_i+n_i，2

其中，h代表信道，b是所接收的符号，而n代表噪声。可将用于子载波i的所有信号以向量形式写作：

$\stackrel{\‾}{r_i}=\stackrel{\‾}{h_i}{b}_i+\stackrel{\‾}{n_i}.$

在乘法器220和224中，将变换器的输出中的信号同IRC权重因子

相乘， $\stackrel{\‾}{w_j}={\stackrel{\‾}{C_i}}^1{h}_i,$ 其中

是噪声的协方差矩阵，在两个天线的情况下，其为2 x 2矩阵

$\stackrel{\‾}{C_i}=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\σ}}_{n,1}^2& E\left[n_{i,1}{n}_{i,2}^{*}\right]\\ E\left[n_{i,2}{n}_{i,1}^{*}\right]& {\mathrm{\σ}}_{n,2}^2\end{array}\right\}$

其中， ${\mathrm{\σ}}_{n,1}^2=E\left[n_{i,1}{n}_{i,1}^{*}\right],$ ${\mathrm{\σ}}_{n,2}^2=E\left[n_{i,2}{n}_{i,2}^{*}\right],$ *指示复数的共轭，而E[]代表期望。在具有一个天线的接收机的情况下，信号的协方差矩阵是包括元素

的1 x 1矩阵。

在本发明的一个实施方式中，使用差分方法通过在移除了数据调制的效果之后，两个或多个临近的子载波的信号彼此相减来计算协方差矩阵在不同的子载波信号中其可能不同。减法消除了信号中的数据，而仅留下噪声项。下面的公式示出了对协方差矩阵的计算：

${\stackrel{\‾}{C}}_i=\frac{1}{2N}\underset{j\∈\left\{J\right\}}{\mathrm{\Σ}}{a}_j({\stackrel{\‾}{r}}_j-\left(\frac{b_j}{b_{j+M_j}}\right){\stackrel{\‾}{r}}_{j+M_j}){({\stackrel{\‾}{r}}_j-\left(\frac{b_j}{b_{j+M_j}}\right){\stackrel{\‾}{r}}_{j+M_j})}^H$

其中，

和

是两个临近的子载波，J是所使用的子载波的集合，b_j和_bj+Mj是子载波的数据符号，a_j是载波对特定系数，以及N是在计算中使用的子载波对的数量。M_j是子载波的距离。当距离M_j＝1时，子载波是相邻的。上面的方程仅是对协方差矩阵的计算的举例。作为举例，也可以用

乘以项

，在此情况下，项无需任何乘数。在不同的时间点接收在每个子载波对中的子载波也是可能的，即，它们可属于不同的OFDM符号间隔。对在每个子载波对中的子载波的主要需求在于信道在两次信号采样之间是充分稳定的。如果满足此需求，所施加的信号采样可以在频率或时间，或者频率与时间二者上不同。

图3和图4示出了本发明的一个实施方式。图3示出了子载波组。让我们假设要确定以i表示的子载波300的协方差矩阵。

在步骤400，用一个或多个天线接收由使用多个子载波的一个或多个发射机发射的信号。

在步骤402，选择一个或多个子载波对302、304。每个子载波对302、304的每个子载波彼此具有给定的距离M_j。在此情况下，在对302、304二者中，子载波彼此的距离M_j是1。对302包括子载波j1和j1+1。对304包括子载波j2和j2+1。

在步骤404，确定用于子载波对的子载波的信号的符号估计b_j1，bj₁₊₂，b_j2和b_j2+1。在本发明的一个实施方式中，选择包括导频符号的子载波。接收机知晓导频符号的值。如果导频符号不可用，例如通过利用判决反馈算法来确定用于数据符号的估计。在一个实施方式中，选择包括导频符号的最接近于所期望子载波的那些子载波作为子载波对的子载波。

在步骤406，将数据调制的效果从子载波对的子载波的信号中移除。例如，如果将从

中减去

那么用

的信号乘以b_j1/b_j1+1。

在步骤408，通过子载波对302、304的子载波的信号彼此相减来获得噪声估计。在此情况下，从

的信号中减去的信号，以及从

的信号中减去

的信号。

在步骤410，基于所获得的噪声估计，确定用于所期望子载波300的噪声协方差矩阵。在一个实施方式中，将减法的结果加和，以及将和除以子载波对的数量。因而，对所期望信道的噪声协方差矩阵的确定包括计算所获得的噪声估计的平均。

在本发明的一个实施方式中，在加和之前，用权重因子αj为每个噪声估计加权。权重因子可以基于子载波或者子载波对相距所希望的信道的距离，或者一些其他度量。度量可以基于例如频率(或时间-频率)相关函数，通常其不是频率中距离的线性函数。在图3的示例中，子载波对302比子载波对304距离子载波300更远。因而，可通过为α_j1选择比α_j2的值更大的值来加强对304的噪声估计。如果不需加强，则对于所有的对，α_j等于1。

图5示出了利用权重因子的实施方式。用500指示所期望的子载波。将使用三个子载波对502、504、506来计算协方差矩阵。子载波对相距期望子载波的距离是d₁、d₂和d₃，其中d₁<d₂<d₃。当计算子载波500的协方差矩阵时，基于在频率域中的载波距离，用权重因子α₁、α₂和α₃对子载波对的噪声估计加权，其中α₁>α₂>α₃。

在本发明的一个实施方式中，利用子载波对的相同集合来确定若干不同子载波的协方差矩阵。通过改变权重因子，可以考虑在载波之间的距离的差别。例如，当通过调节权重因子α₁>α₂>α₃来确定用于子载波508的协方差矩阵时，可使用三个子载波对502、504和506。

再次参考图2，在计算IRC权重时，利用所得到的协方差矩阵。对于第i个子载波，在乘法器220和224中，用共轭的IRC权重因子 $\stackrel{\&OverBar;}{w_j}={\stackrel{\&OverBar;}{C_i}}^{-1}{h}_i$ 乘变换器212、214的输出中的信号。在加法器228中加和乘法器的输出。子载波i的符号的符号估计b_i在加法器228的输出232中。

对于其他子载波，在乘法器222和226中，以及在具有输出234的加法器230中执行各自的操作。

可在电信***的基站或移动终端二者中实现本发明的实施方式。图5示出了OFDMA接收机，其中利用本发明的一个实施方式。图6的接收机包括两个天线600、602。在实际的接收机中，天线的数量自然可以更大。天线接收由一个或多个发射机发射的信号。将所接收的信号施加到射频单元604、606，其过滤和放大信号，以及将其转换到基带频率。将射频单元的输出信号施加到转换器608、610，其将信号转换为数字形式。

进一步地，将信号施加于变换器612、614，在那里对信号执行快速傅立叶变换(FFT)。将信号转换到频率域。变换器的输出中的信号的数量等于所使用的子载波的数量。

将变换器612、614的输出信号618、620施加到抗干扰合并器616，其执行结合图2而描述的抗干扰。进一步地将变换器的输出信号618、620施加到协方差矩阵计算器622，其被配置为确定每个子载波的协方差矩阵。进一步地将变换器的输出信号施加到计算器624到630，其确定用于子载波的信道估计。将所计算的矩阵和信道估计送到抗干扰合并器616。

图7示出了一个实施方式，其中在对协方差矩阵的计算中，利用包括导频符号的子载波。图7示出了载波700、702、704、706、708和710。图7展示了每个子载波的五个连续的时隙712、714、716、718、720。在此示例中，子载波702、706和710包括在时隙712和718中的导频符号。当确定用于若干子载波的协方差矩阵时，可利用这些包括导频符号的子载波。

在一个实施方式中，使用在子载波702、706、710中的导频符号，为在时隙712中的符号确定噪声估计和协方差矩阵。由于在此示例中，并非在每个时隙中发射导频符号，而是周期性地在每三个时隙中发射导频符号，可使用内插法来确定协方差矩阵。因而，首先使用在时隙712中的导频符号，以及接下来使用在时隙718中的导频符号来估计噪声估计。可以通过从由时隙712和718提供的数据内插用于时隙714和716的噪声估计，来计算时隙714和716的协方差矩阵。内插可以是线性的或非线性的。

上面，已经结合OFDMA接收机描述了本发明的实施方式。在此情况下，在信号传输中使用的信道对应于子载波。OFDMA是多载波***的典型示例。可将本发明的实施方式应用于诸如例如TDMA的其它多址***。在此情况下，在信号传输中使用的信道对应于时隙。

可将本发明的实施方式实现为计算机可读的计算机程序分发介质，所述计算机程序分发介质对用于执行计算机过程的指令的计算机程序进行了编码，所述计算机过程用于以一个或多个天线接收信号，所述信号由使用多个信道的一个或多个发射机所发射。所编码的过程包括，选择一个或多个信道对，每个信道对的每个信道在信号中彼此具有给定的距离；确定用于所述信道对的信道的信号的符号估计；从来自所述信道对的信道的信号中移除数据调制的效果；通过所述信道对的每个信道的信号彼此相减来获得噪声估计，以及基于所获得的噪声估计确定用于所期望信道的噪声协方差矩阵。

可将计算机存储在计算机或处理器可读的计算机程序分发介质上。计算机程序介质可以是，例如，但不限于，电、磁、光、红外或半导体***、设备或传输介质。计算机程序介质可包括下列介质的至少一种：计算机可读介质，程序存储介质，记录介质，计算机可读存储器，随机访问存储器，可擦除可编程只读存储器，计算机可读软件分发包，计算机可读信号，计算机可读电信信号，计算机可读印刷品，以及计算机可读压缩软件包。

尽管上面已经根据附图地参考示例而描述了本发明，清楚的是本发明不限于此，可在所附的权利要求书的范围内以多种方式对其进行调整。

Claims (24)

1.一种在电信***中接收信号的方法，所述方法包括：

用一个或多个天线接收由使用多个信道的一个或多个发射机发射的信号；

选择一个或多个信道对，每个信道对的每个信道彼此具有给定的距离；

确定针对所述信道对的所述信道的信号的符号估计；

从所述信道对的所述信道的信号中移除数据调制的效果；

通过所述信道对的所述信道的信号彼此相减获得噪声估计；以及

基于所获得的噪声估计确定所期望信道的噪声协方差矩阵。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所选择的信道包括导频信号。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述信道对包括第一信道和第二信道，以及从所述信道的信号中移除数据调制的效果包括所述第一信道的信号的所述符号估计除以所述第二信道的信号的所述符号估计，以及从所述第一信道的信号中减去乘以商值的所述第二信道的信号。

4.根据权利要求1所述的方法，其中对所期望信道的所述噪声协方差矩阵的确定包括计算所获得的噪声估计的平均。

5.根据权利要求4所述的方法，其中基于各个信道对的信道相距所期望信道的距离，而对每个噪声估计进行加权。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述信道是OFDMA或OFDM传输的子载波。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述信道是TDMA传输的时隙。

8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

选择包括导频信号的最近的信道作为所述信道对的所述信道。

9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

在抗干扰合并中利用所述噪声协方差矩阵。

10.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

在最大后验概率接收机中利用所述噪声协方差矩阵。

11.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

在最大似然接收机中利用所述噪声协方差矩阵。

12.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

在最大比值合并接收机中利用所述噪声协方差矩阵。

13.一种电信***的接收机，包括：

一个或多个天线；

射频单元，被连接到所述天线，以及被配置为接收由使用多个信道的一个或多个发射机发射的信号；以及

估计器，被配置为

选择一个或多个信道对，每个信道对的每个信道彼此具有给定的距离；

确定针对所述信道对的所述信道的信号的符号估计；

从所述信道对的所述信道的信号中移除数据调制的效果；

通过所述信道对的所述信道的信号彼此相减，来获得噪声估计，以及

基于所获得的噪声估计确定所期望信道的噪声协方差矩阵。

14.根据权利要求13所述的接收机，其中所述信道对包括第一信道和第二信道，以及将所述估计器进一步配置为所述第一信道的信号的所述符号估计除以所述第二信道的信号的所述符号估计，以及从所述第一信道的信号中减去乘以商值的所述第二信道的信号。

15.根据权利要求13所述的接收机，其中将所述估计器进一步配置为当确定所期望信道的所述噪声协方差矩阵时，计算所获得的噪声估计的平均。

16.根据权利要求15所述的接收机，其中将所述估计器进一步配置为基于各个信道对的所述信道相距所期望信道的距离，而对每个噪声估计进行加权。

17.根据权利要求13所述的接收机，其中将所述估计器进一步配置为选择包括导频信号的最近的信道作为所述信道对的信道。

18.根据权利要求13所述的接收机，其中将所述接收机配置为接收OFDMA传输，其中所述信道是所述OFDMA传输的子载波。

19.根据权利要求13所述的接收机，其中将所述接收机配置为接收TDMA传输，其中所述信道是所述TDMA传输的时隙。

20.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：

抗干扰合并器，被配置为在抗干扰中利用所述噪声协方差矩阵。

21.一种电信***的接收机，包括：

一个或多个天线；

用于接收由使用多个信道的一个或多个发射机所发射的信号的装置；

用于选择一个或多个信道对的装置，每个信道对的每个信道彼此具有给定的距离；

用于确定针对所述信道对的所述信道的信号的符号估计的装置；

用于从所述信道对的所述信道的信号中移除数据调制的效果的装置；

用于通过所述信道对的所述信道的信号彼此相减来获得噪声估计的装置；以及

用于基于所获得的噪声估计确定所期望信道的噪声协方差矩阵的装置。

22.根据权利要求21所述的接收机，其中所选择的信道对包括第一信道和第二信道，以及所述接收机包括装置，其用于使所述第一信道的信号的所述符号估计除以所述第二信道的信号的所述符号估计，以及从所述第一信道的信号中减去乘以商值的所述第二信道的信号。

23.一种计算机可读的计算机程序分发介质，并且所述计算机程序分发介质对用于执行计算机过程的指令的计算机程序进行了编码，所述计算机过程用于以一个或多个天线接收信号，所述信号由使用多个信道的一个或多个发射机所发射，所述过程包括：

选择一个或多个信道对，每个信道对的每个信道彼此具有给定的距离；

对所述信道对的所述信道的信号确定符号估计；

从所述信道对的所述信道的信号中移除数据调制的效果；

通过所述信道对的所述信道的信号彼此相减来获得噪声估计，以及

基于所获得的噪声估计确定所期望信道的噪声协方差矩阵。

24.根据权利要求23所述的计算机程序分发介质，所述分发介质包括下列介质的至少一种：计算机可读介质、程序存储介质、记录介质、计算机可读存储器、计算机可读软件分发包、计算机可读信号、计算机可读电信信号和计算机可读压缩软件包。

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