CN1266317A - 用于干扰消除的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数据传输系统中的干扰消除方法和接收机,该接收机包括检测和信道译码(210)造成对于想要的信号和组的干扰的信号的装置(208),对于信号执行错误检测的装置(304,306),对于至少某些干扰信号进行重新产生的装置(310),以及从想要的信号中减去重新产生的信号的装置(312)。本发明的接收机包括根据对于信号的错误检测来控制信号的重新产生和减除的装置(306)。

Description

用于干扰消除的方法

本发明涉及在使用多址接入干扰消除方法的数据传输系统中用于干扰消除的方法，其中把干扰信号的估值从想要的信号中减去。

在设计和实现数据传输系统时，重要的问题是同时发送和接收几个同时工作的用户的信号，使得这些信号造成尽可能小的相互干扰。为了此目的和为了可供使用的传输容量，已经创建了几个不同的传输协议和多址接入方法，其中最通用的方法，特别是在移动电话中，是FDMA和TDMA方法，以及最近的CDMA方法。

CDMA是基于扩频技术的多址接入方法，近来已开始在蜂窝无线系统中应用这种方法，连同FDMA和TDMA方法。CDMA比起早先的方法给出几个优点，例如，频率规划的简明性和频谱效率。

在CDMA方法中，用户的窄带数据信号通过具有宽得多的带宽的扩频码被复接成相对较宽的频带。在已知的实验系统中所使用的带宽包括1.25MHz，10MHz，和25MHz。在复接过程中，数据信号扩展到所使用的整个频带。所有的用户通过使用相同的频带同时发送。在基站与移动台之间的每个连接使用其自己的扩频码，用户的信号可以在接收机中根据每个用户的扩频码被互相区分开。目标是选择扩频码，以使得它们互相正交，即它们是互相不相关的。

在以传统方式实现的CDMA接收机中所提供的相关器或自适应滤波器被想要的信号同步，该想要的信号是根据扩频码来识别的。数据信号在接收机中通过与发送阶段时相同的扩频码相乘而被返回到原先的频带。已经与每个其它的扩频码相乘的信号在理想情况下，既不相关也不返回到窄带。这样，从想要的信号看来，它们呈现为噪声。因此，目标是在几个干扰信号中间检测出信号。实际上，扩频码并不是非相关的，其它用户的信号由于破坏接收信号而使得检测想要的信号变得复杂化了。由用户相互造成的这种干扰被称为多址接入干扰。

利用TDMA多址接入方法的数据传输系统具有几个在使用的频率，每个被划分成时隙，而各个用户的信号就放置在这些时隙中。这样，每个用户具有他自己的一个时隙。由于系统所保留的频率范围通常是有限的，相同的频率必须在相隔一定的距离的小区中被使用。如果希望高的频率效率，则整个距离应当保持得尽可能小。这导致了在相互干扰的相同的频率上的不同的传输。因之，在接收机中在每个时隙上除了想要的信号以外听到干扰信号，该干扰信号来源于使用相同频率的某个其它的连接。

以上所述的与CDMA有关的单个用户检测法并不是最佳的，因为在检测方面，它恶化了在其它用户的信号中所包含的信息。此外，传统的检测不能纠正部分由非正交扩频码与无线路径上的信号失真所造成的错误。最佳接收机考虑了在所有的用户的信号中所包含的信息，因此该信号可通过使用，例如，维特比(Viterbi)算法而以最佳方式被检测。例如，在CDMA系统中，这种检测法的优点是，对于所涉及的接收机，其情形相似于单个用户CDMA系统，其中不存在多址接入问题。例如，不出现CDMA系统的典型的远-近问题。术语远-近问题是指其中接近于接收机的发射机用它的发射覆盖了离得远的发射机的情形。维特比算法的最严重的弱点是，它所需要的计算容量随着用户数目增加而指数地增加。例如，十个用户的系统(其中以QPSK调制，比特速率是100kbit/s)需要每秒1.05亿次运算用于计算维特比算法。实际上，这构成了实现最佳接收机的障碍。

然而，有可能通过各种不同的方法近似实现最佳接收机。现有的技术获知不同种类的用于多用户检测(MUD)的方法。最熟知的方法包括线性多用户检测、去相关检测器、和多级检测器。这些方法在以下参考文献中更详细地说明，Varanasi，Aazhang：Multistagedetection for asynchronous code division multiple accesscommunications(用于异步码分多址通信的多级检测)，IEEETransactions on communications，vol.38，pp.509-519，Apr 1990，Lupas，Verdu：Linear Multiuser detectors for synchronouscode-division multiple access channels(用于同步码分多址信道的线性多用户检测器)，IEEE Transactions on InformationTheory，vol.35，no.1，pp.123-136，Jan 1989，Lupas，Verdu：Near-far resistance of multiuser detectors in asynchronouschannels(异步信道中多用户检测器的远-近阻力)，IEEETransactions on communications，vol.38，Apr 1990。然而，这些方法也与运算有关，例如，矩阵求逆运算，需要大量的计算容量。

解决多址接入干扰引起的问题的第二种方法是使用干扰消除(IC)方法。在相继的IC类型解决办法中，目的是逐个检测用户，通常以幅度为次序，这样，已经被检测的用户的信号的影响在检测以后的用户之前从接收信号中被消除。作为这样一个解决办法的例子，可参考欧洲专利491668，把以上所描述的方法应用于CDMA蜂窝无线系统。干扰消除方法在计算上比起MUD型算法是更有效的，但它们的性能在很差的接收条件(例如，衰落多径信道，常常具有低的信号电平)期间特别弱。

类似于上述方法的多址接入干扰消除方法也能够应用于TDMA系统。然而，万一干扰信号具有很坏的估值时，它们确实具有恶化性能的缺点。在最坏的情况下，如果根据错误的估值来减去干扰信号，多址接入干扰消除处理甚至会增加干扰。

比起上述方法更有效的干扰消除方法考虑了估值的置信度系数。被减去的信号的组是固定的，但对于每个信号计算0和1之间的置信度系数。这改善了干扰消除，但增加了复杂度。置信度系数的使用使得计算容量的需要增加太多。

因此，本发明的一个目的是实现一种提供上述问题的解决办法的方法和实施该方法的设备。这是通过在数据传输系统中的本发明的干扰消除方法达到的，该方法包括从想要的信号中进行的多址接入干扰消除，在该方法中，接收对于想要的信号和组造成干扰的信号，这些信号被检测和信道译码，以及对于该译码的信号执行检错，并重新产生至少某些干扰信号，以及从被重新检测的想要的信号中减去该重新产生的信号。在本发明的方法中，信号的重新产生和减除是根据对信号所执行的检错来实行的。

本发明的另一个目的是数据传输系统中的接收机，该接收机包括检测和信道译码对于想要的信号或组造成干扰的信号的装置，对于信号执行检错的装置，执行重新产生至少某些干扰信号的装置，以及从想要的信号中减去重新产生的信号的装置。本发明的接收机包括根据对于信号执行的检错扩展信号的重新产生和减除的装置。

在附属的专利权利要求中阐述了本发明的最佳实施例。

本发明的方法和接收机提供了几个优点。本发明是基于这样的概念，即，通过在干扰消除时考虑检错，可以改善干扰消除的精确性，而不增加计算容量。为了减小由传输路径造成的干扰的影响，把数字信号进行编码，以改善传输链路的可靠度。典型地，使用纠错码和检错码(例如，CRC)。然后，在要被传输的信号中由干扰造成的错误通常可被纠正，以及未纠正的错误可被检测。使用于数字电信的惯用的编码方法包括块编码和卷积编码以及各种链接的编码方法(例如，Turbo(涡轮)编码)。在本发明的解决办法中，在进行有关干扰消除的判决时，除了纠错编码以外，利用了检测编码。

本发明也可被使用于通过已知技术计算初始置信度系数的接收机中，通过本发明的方法改进了这些接收机。

下面将参照附图结合优选实施例更详细地描述本发明，其中：

图1显示了可以应用本发明解决办法的数据传输系统的实例，

图2显示了本发明的接收机的第一实例，

图3和4显示了本发明的接收机的第二和第三实例。

图1显示了可以应用本发明解决办法的数据传输系统的实例。系统包括基站100，它与在其服务区域内的几个终端110到116进行无线电联系102到108。基站也被连接到无线网控制器118，它控制一个或多个基站的运行，并把基站的业务转发到系统的任何地方。让我们对于这个例子假定，这是一个CDMA系统。然而，这并不是以任何方式限制本发明，正如本领域技术人员所明白的。每个终端同时与基站通信。每个终端把其它的终端的信号看作为干扰信号。这样，例如对于终端110，想要的信号是102，以及干扰信号是104到108。同样的步骤应用于由基站接收的信号。对于每个连接，由基站接收的其它的信号连接是干扰信号。

一般地，由接收机接收的低通滤波的信号由下式表示： $r_{m,n}\left(t\right)=S_n\underset{k=-\∞}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{n,k}{q}_{m,n}(t-\mathrm{kT})+n_{m,n}\left(t\right)----\left(1\right)$

其中，T是信号持续时间，

S是用户的扩频码矩阵，

X_n，k是在时刻k时第n个用户的源符号，以及

q_m，n(t)＝c_T(t-t_n)h_m，nc_R(t)

                                       (2)

包括发射机滤波器c_T的冲击响应、多径h、和在来自用户n的信号的分集支路上的接收机滤波器c_R的卷积。

由分集支路m接收的总的信号因此是 $r_m=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{m,n}\left(t\right)+n_m\left(t\right),----\left(3\right)$

其中n_m(t)表示噪声。N表示信号的总数。在最简单的情况下，不使用分集，即，m＝1。

不失一般性，让我们假定，该想要的用户的下标是零，即，n＝0。该方法相应地被应用于其它用户(下标)。干扰信号分量被划分成两部分，占优势的分量Nd和噪声分量Nn，因此信号的总的数目N＝Nd+Nn。在接收机中，试图去除占优势的噪声分量Nd的影响。噪声分量包括这样的干扰信号分量，其强度是很弱的、以及在干扰消除时通过把它们看作为像噪声那样的干扰而可忽略它们的影响。通过这些标记和假定，在以上的式(3)中所显示的总的信号现在可以用以下形式给出： $r_m\left(t\right)=r_{m,0}\left(t\right)+\underset{n=1}{\overset{\mathrm{Nd}}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{m,n}\left(t\right)+\underset{n=\mathrm{Nd}+1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{m,n}\left(t\right)+n_m\left(t\right)$

                    ＝r_m，0(t)+I_Nd+I_Nn+n_m(t)

                                             (4)

其中I_Nd包括占优势的干扰信号分量的总的信号，以及

I_Nn包括被归类为噪声分量的干扰信号分量的总的信号。

接收机需要检测来自接收信号的发送的符号X_n，k，该接收信号由以上的公式表示。如果干扰分量I_Nd和I_Nn是小的，则可通过传统的单个用户接收方法实行接收，例如，正如在GSM系统中所做的。当共信道干扰增加时，例如是由于减小频率复用距离，将需要更有效的方法。

在本发明的解决办法中，通过对于接收信号执行检错实现干扰消除，以及根据检错控制干扰消除。通过使用硬判决，已经无错误地接收到的干扰信号被重新产生和从想要的信号中被减去。不值得尝试重新产生和抵消其接收包含错误的信号，因为不能得到想要的最终结果，重新产生有错误的信号有可能使得情况更坏。没有能通过错误检测的信号可通过使用得到很好证明的技术，例如，通过用置信度系数进行加权的减法而被减去。检错码和用它执行的检错，使得有可能证明信号的可靠性，这样，使能进行重新产生和减除。

用于估值干扰信号的计算可以用下式表示： ${\hat{I}}_{\mathrm{Nd}}={\hat{S}}_n\mathrm{\Σ}{\hat{x}}_{n,k}{\hat{q}}_{m,n}(t-\mathrm{kT})g_{\mathrm{CRC}},$

其中g_CRC是对于干扰信号计算的检错，它可以得到1或0的数值，取决于信号是否包含错误。

更一般地，某个检错码也可表示信号中的错误数以及它们在信号中的粗略位置。这个信息然后可被使用于干扰消除。使用信号可靠度的方法在信令期间计算BPSK， ${\hat{I}}_{\mathrm{Nd}}={\hat{S}}_n\mathrm{\Σ}(\mathrm{Pr}\left(x_{n,k}\right|r)-\mathrm{Pr}(-1^{*}{x}_{n,k}|r){\hat{q}}_{n,k}(t-\mathrm{kT}),$

其中Pr(x|r)是对于符号x计算的后验或然率。这可以以已知的对于每个符号的最大后验或最大或然率信道译码器来计算。如果信号的可靠度很高，则Pr(x＝1|r)～1和Pr(x＝1|r)～0使得从其它信号中减除所讨论的用户的信号非常有效。然而，有可能在信道译码器中上述的或然率是很低的，即使已经无错误地译码该信号。在这样的情况下，已经通过错误检测的信号可被重新编码(重新产生)，并用系数1或-1完全被减去。这样，在其中，检错编码使得在多级接收机中其它用户的干扰消除和信号译码更有效。

另一方面，干扰消除的可靠度不单取决于符号的质量，也取决于与符号有关的信道估值。在本发明的接收机中，已经通过检测的信号的信道可通过使用重新产生的符号(例如，导引、参考、和教导符号，即，已经通过信道的符号，以及其数值是提前知道的)而被重新估值。这产生了对于信道估值的附加能量。这导致更精确的信道估值和完全的符号判决，以及干扰消除的可靠度可进一步得以改进。

例如，通过检测和译码所有的占优势的干扰信号的符号以及通过使用CRC码对于信号执行检测，可以以简单的方式应用该方法。此后，已经无错误地接收的干扰信号被重新产生，并从接收的输出中被减去。如果所有信号的检错表示，没有错误，则可以几乎完全地去除干扰，但如果所有的信号都有错误，则几乎没有一点干扰可被抵消。在后一种情况下，有可能应用使用已知的多级置信度系数的干扰消除方法。上述的软的干扰消除是在第一级执行，此后，执行错误检测，其结果是，如果信号已经通过错误检测，则用重新产生的信号代替软判决。然而，典型地某些信号通过检测，而某些没有通过检测，这意味着，该方法使得能有效地组成通常只是根据接收功率做成的干扰消除组。这样，该方法被用来使得传统的干扰消除方法更有效，例如，接收机需要更少的信号重新产生，这又减少了计算。另一方面，有可能避免其中从想要的信号中减去基于有错误的信号而计算的干扰，导致事实上干扰增加的情形。在本发明的解决办法中，接收机的运行自动地在单个用户接收机和干扰消除接收机(它可能使用置信度系数)的运行之间变化，取决于在每个时刻计算的错误检测。

本发明的方法因此也可被应用于多级接收机结构，其中利用检错的本发明的干扰消除方法被应用在第一级或后一级。在干扰消除时，不同的级可包含不同数目的信号。信号的数目也可在迭代过程中动态地变化。这样，对于干扰消除。信号不是以固定的方式也不是根据信号功率被分类或选择的。

本领域技术人员已知的各种方法可被应用于错误检测。为了减小由传输路径造成的干扰的影响，数字信号被编码，以改进传输链路的可靠度。然后，有可能检测在传输的信号中的干扰造成的错误。已知的和使用的编码方法包括块编码和卷积编码。

在块编码时，要被编码的比特被编组成块，此后加上奇偶校验比特。利用它可以检验在前面的块中比特的正确性。

在蜂窝无线电应用中使用的典型的编码方法是卷积编码，它适合于衰落信道。在卷积编码时，奇偶校验比特是在数据比特中间，以使得编码连续进行。数据比特既不被编组成块，也不是与前面的数据比特有关的奇偶校验比特，但它们被分布在一定长度的比特组内，这个比特数量被称为卷积码的码深度。

对于本发明重要的是，有错误的信号或帧可借助于所使用的编码在接收机中被检测。

图2是显示本发明的接收机的结构的方框图。图上显示的本发明的接收机包括天线200，通过该天线把接收的信号馈送到射频部件202，在射频部件中视频信号被转换成中频。从射频部件，该信号被馈送到模拟/数字转换器204，在该转换器中，接收的模拟信号被转换成数字格式。被转换的206被馈送到检测装置208，在检测装置中，对于接收的符号检测接收信号的估值。检测的符号在译码装置210中被译码。在此同时，进行检错码的译码。检错装置212执行错误检测，即，检验信号帧是否包含错误。在干扰消除装置中，通过重新产生无错误的帧和从想要的信号中减除这些帧，执行干扰消除。这里呈现的接收机结构是本领域技术人员熟知的实际接收机的简化的形式。要被实现的接收机也包括其它部件，例如，滤波器，放大器，和对于不同的信号分量的并行的信号处理路径。本发明的设施在接收机中用处理器和适当的软件或用分开的部件，例如ASIC处理器，以程序形式优选地实施。

图3是显示本发明的第二接收机的结构的方框图。图上显示了CDMA接收机中单个用户/信号的处理支路。数字信号206首先被馈送到自适应于该代码的滤波器300，以所讨论的用户的扩频码si的数据被输入到该滤波器。在滤波器中，把信号分类与已知的扩频码进行相关，然后把宽带信号转换成窄带格式。此后，该信号被馈送到组合器302，信道hi的数据被转发到该组合器，然后信号被馈送到信道译码器304，在译码器中，信道译码与错误检测码被译码。错误数据被馈送到错误检测单元306，它检验接收的帧是否包含错误。错误检测单元控制开关308，它把接收的帧连接到干扰消除。如果该帧是正确的，则它可被使用于干扰消除，以及它被馈送到重新产生装置310，在其中该帧被重新产生以及通过把它与用户的扩频码si相乘而被转换成宽带格式。重新产生的信号被馈送到加法器312，它通过延时部件316接收另一个用户j的接收信号314作为第二输入。在加法器312中，由正确的帧造成的干扰因此从第二用户的信号314中被减去。所清除的信号被馈送到自适应于该代码si的滤波器318、组合器320、和信道译码器322。

本发明可自然地连同其它的干扰消除方法(例如，使用置信度系数的方法)一起被使用。这样，由置信度系数造成的计算可被减小，以及对于根据错误检测已经证明是正确的信号，计算的精度被改进。这在图4上被显示，该图是显示本发明的第三接收机的结构的方框图。在这个替换例中，已经通过错误检测400的信号被直接馈送来重新产生。对于已经通过错误检测的那些信号，在计算装置402中计算置信度系数，该显示在干扰消除时被利用。

为了简明起见，上面仅仅给出了两个信号的情形，但自然地，在实际接收机中有各种不同的要被检验的信号，以及被互相减去。本发明的设施在接收机中用处理器和适当的软件或用分开的部件，例如ASIC处理器，以程序形式优选地实施。

虽然上面按照附图参照实例解释了本发明，但很明显，本发明并不限于这些实例，而是可以在新附权利要求中所揭示的本发明的思路的范围内以许多方式被修改。

Claims (20)

1.在数据传输系统中的一种干扰消除方法，该方法包括从想要的信号中的多址接入干扰消除，在该方法中，接收想要的信号和对该想要信号造成干扰的信号组，并进行检测和信道译码，以及对于该译码的信号执行检错，并重新产生至少某些干扰信号，以及从被重新检测的想要的信号中减去该重新产生的信号，其特征在于，信号的重新产生和减除是根据对于信号的错误检测来实行的。

2.如权利要求1的方法，其特征在于，至少一个无错误地接收的干扰信号从想要的信号中被消除掉。

3.如权利要求1的方法，其特征在于，重新产生和减除被顺序地执行几次。

4.如权利要求1的方法，其特征在于，方法适用于多级接收机。

5.如权利要求1的方法，其特征在于，信号在发射端被编码，以便检测和纠正错误，以及该编码在接收端被译码。

6.如权利要求5的方法，其特征在于，有些信号是通过使用纠错码而重新产生的，以及有些是通过使用纠错码和检错而重新产生的。

7.如权利要求5的方法，其特征在于，在重新产生之前执行硬判决而得到的估值被使用于对于被发现为无错误的信号的重新产生，由信道译码器产生的估值被使用于对于被发现有错的信号的重新产生。

8.如权利要求5的方法，其特征在于，至少对于一个信号，通过使用重新产生的或估值的信号来规定信号的信道估值，以及从接收信号中减去用改进的信道估值加权的信号。

9.如权利要求1的方法，其特征在于，信号是具有帧的格式，以及通过帧执行错误检测。

10.如权利要求5的方法，其特征在于，在信号传输中，使用卷积编码。

11.如权利要求5的方法，其特征在于，在信号传输中，使用块编码。

12.如权利要求5的方法，其特征在于，在信号传输中，使用链接编码。

13.如权利要求5的方法，其特征在于，在信号传输中，使用涡轮编码。

14.在数据传输系统中的一种接收机，该接收机包括：

对想要的信号和对该想要信号造成干扰的信号组进行检测和信道译码(210)的装置(208)，

对于信号执行错误检测的装置(304，306)，

对于至少某些干扰信号进行重新产生的装置(310)，以及

从想要的信号中减去重新产生的信号的装置(312)，

其特征在于，接收机包括根据对于信号的错误检测来控制信号的重新产生和减除的装置(306)。

15.如权利要求14的接收机，其特征在于，接收机包括几个接收机级(304到306)。

16.如权利要求14的接收机，其特征在于，接收机包括通过使用纠错码而重新产生有些信号，以及通过使用纠错码和检错而重新产生有些信号的装置(310)。

17.如权利要求14的接收机，其特征在于，接收机包括通过帧对于以帧的格式的信号执行错误检测的装置(304，306)。

18.如权利要求14的接收机，其特征在于，信道译码装置(304)适用于译码块编码。

19.如权利要求14的接收机，其特征在于，信道译码装置(304)适用于译码卷积编码。

20.如权利要求14的接收机，其特征在于，信道译码装置(304)适用于译码链接编码。