專利名稱：用于無線通信系統(tǒng)中的干擾評估與減少的方法與系統(tǒng)的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明一般涉及無線通信系統(tǒng)，更具體地說，涉及用于減少無線通信系統(tǒng)中的噪聲與干擾的方法與系統(tǒng)。
無線通信系統(tǒng)包括蜂窩結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，諸如基站之類的呼叫控制與管理設(shè)備使用預(yù)定的頻帶與許多移動終端通信。對于每個終端，以它為目的地的信號之外的那些信號被認(rèn)為是來自其它源的噪聲或干擾。這些干擾源可能變化很大。例如，在相同的覆蓋區(qū)域內(nèi)，每個終端都可以代表其它移動終端的潛在干擾源。從無線通信設(shè)備的市場接受來看，在接下來的數(shù)年中，無線通信設(shè)備的數(shù)目只可能會增加。這樣，干擾也可很能隨時間而增加。
為了限制由無線設(shè)備的增加所導(dǎo)致的干擾效果，可以使用具有干擾減少或消除能力的自適應(yīng)天線陣列，這種天線陣列也被稱作智能天線。天線陣列一般包含一個或多個天線元件。在上行和下行通信期間，終端或基站的接收機接收有用信號和從其它源傳輸來的干擾通信信號的組合信號，包括諸如熱噪聲之類的持久噪聲。利用諸如信道化和CDMA解擴(kuò)頻之類的正確預(yù)處理，可以增強有用信號，并且抑制所有干擾和噪聲分量。然而，當(dāng)干擾分量的功率電平明顯高于有用信號的功率電平時，難以獲得足夠高的信號干擾噪聲比來確保正確地檢測出有用信號或者根本的數(shù)字符號。為了減輕信號檢測的難度，已經(jīng)基于諸如有限集、循環(huán)統(tǒng)計量(cyclostationarity)和恒模特性之類的唯一信號屬性，開發(fā)了許多盲算法，不幸的是，由于下述事實，這些算法可能并不有效許多干擾信號是由其它基站或它們對應(yīng)的終端產(chǎn)生的，這些基站或終端使用與傳輸有用信號的頻帶相同的頻帶或者重疊的頻帶，從而不可避免地處理相同的信號屬性。此外，這些算法常常是計算密集性的，并且需要大量的數(shù)據(jù)樣本來達(dá)到滿意的性能。需要一種用于減少或者消除無線通信系統(tǒng)的干擾的改進(jìn)方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種用于評估干擾并減少干擾的方法和系統(tǒng)。本公開內(nèi)容描述一種利用天線陣列準(zhǔn)確檢測來自相關(guān)源的干擾信號特性的方法和系統(tǒng)。該天線陣列使用一個或多個信號信道用于與一個或多個移動終端通信。首先，將至少一個信道分配為空信道，在該空信道中不傳輸有效信號，以便提供所有相關(guān)干擾的表示。由于空信道中的干擾的空域特性與常規(guī)信號信道中的空域特性應(yīng)當(dāng)非常相似，所以基于在空信道上接收到的干擾和在至少一個信號信道上接收到的有效信號，分析信號信道的空域特征。然后用分析出的空域特征來減少所有信號信道上的干擾。
例如，在基于CDMA的無線通信系統(tǒng)中，為了更好地估計干擾信號，基站指定一個編碼信道，其中基站和具體終端之間的預(yù)期通信被抑制，而所有其它通信編碼信道仍舊正常使用。這樣，在指定的編碼信道中，可以將干擾信號充分暴露，并且準(zhǔn)確檢測干擾信號的特性。基于檢測到的干擾信號的特性，基站可以專門設(shè)計波束形成機構(gòu)或者其它裝置，以在正常使用所有編碼信道期間，消除或者最小化這種干擾的影響。


圖1圖示了利用天線陣列的無線通信系統(tǒng)。
圖2-5圖示了根據(jù)本公開內(nèi)容的不同實施方式用于估計并減少干擾的四個流程圖。
具體實施例方式
本公開內(nèi)容為每個天線陣列引入了唯一的待用編碼信道，從而由于缺乏正常數(shù)據(jù)信號，只有由相關(guān)源生成的干擾將被更好地估計。所有干擾信號的特性被如此獲得，并且被用于消除使用其它編碼信道的其它通信中的這種信號。
圖1示出了具有自適應(yīng)天線陣列102的無線通信系統(tǒng)100，天線陣列102用于接收、發(fā)射并且處理無線發(fā)射信號。陣列102包括m個天線元件104，每個天線元件被耦合到諸如基站(BS)106的基站點(base site)的一串分離的信號處理設(shè)備。每串信號處理設(shè)備包括下述組件例如射頻接收機和模數(shù)轉(zhuǎn)換器、子信道解調(diào)器、或者符號同步器。在傳統(tǒng)技術(shù)中，符號同步器控制多個采樣設(shè)備來按照根據(jù)傳統(tǒng)符號速率采樣算法確定的速率對信號進(jìn)行采樣。
當(dāng)陣列102的天線元件104接收到多個信號時，由天線元件104接收到的每個信號構(gòu)成例如由一個移動終端108發(fā)射的原始信號的不同反射的區(qū)別和不同的疊加與總和。在理想的環(huán)境中，接收到的信號會包含沒有被任何表面反射的直接“視線”分量，從而在每個天線元件104處接收到的信號可以包括原始信號。簡而言之，接收到的信號一般是原始信號的多個反射信號的總和，或者原始信號和原始信號的多個反射信號的總和。另外，每個天線元件104接收到的信號還包含來自諸如終端110的其它移動終端或基站點112的干擾和隨機噪聲。在下面的討論中，將天線陣列102試圖接收的來自移動終端108的信號稱作“有效信號”，而將來自其它移動終端和基站點的信號稱作“干擾信號”。如工業(yè)中所了解的那樣，在每個天線元件104接收多個信號之后，由與每個元件相關(guān)聯(lián)的一串信號處理設(shè)備處理該信號。在一個實施例中，某些加權(quán)計算器確定用來限制干擾和噪聲影響的權(quán)重。
當(dāng)移動終端向無線通信系統(tǒng)100的基站發(fā)射信號時，可以將在天線陣列102的不同天線元件104處接收到的信號數(shù)學(xué)建模為被最初發(fā)送的信號相乘的向量。該向量通常由多個因素確定，所述因素包括移動終端的位置、傳播環(huán)境、天線陣列元件的配置、載波頻率等。這些因素一起被稱作移動終端的空域特征(spatial signature)。類似地，可以將空域特征的概念應(yīng)用到任何發(fā)射設(shè)備。在下面的討論中，盡管可以將移動終端用作發(fā)射設(shè)備的一個示例，但是發(fā)射設(shè)備不限于諸如圖1的終端108或110之類的移動終端，而可以是任何信號發(fā)射源。此外，在本公開內(nèi)容的一個示例中，將使用同步CDMA通信系統(tǒng)來說明本發(fā)明，但是本發(fā)明的原理可以應(yīng)用于TDMA、OFDM、FDMA或任何類似的系統(tǒng)。
在同步CDMA系統(tǒng)中，給移動終端分配被稱作編碼信道的正交擴(kuò)頻碼，它在碼域中將信號分開。調(diào)整在這些編碼信道中的信號的發(fā)射時間，以使得從移動終端(例如終端108)發(fā)送的信號可以幾乎同時到達(dá)天線陣列104。應(yīng)當(dāng)理解，如果沒有維持定時精度，則從其它終端發(fā)射的信號將造成干擾。如前所述，在天線處，來自其它小區(qū)和其它系統(tǒng)的發(fā)射也導(dǎo)致對有效終端信號的干擾。
期望天線陣列102和基站106一起提供抑止干擾的解決方案。從天線陣列來看，由于每個移動終端都具有其自己唯一的空域特征，所以位于不同位置的發(fā)射設(shè)備將具有不同的空域特征。
如本領(lǐng)域已知的一樣，CDMA技術(shù)將無線電頻譜劃分為寬帶數(shù)字無線電信號，每個信號波形傳輸數(shù)個不同的編碼信道，而每個編碼信道由唯一的信道碼來標(biāo)識。在天線接收編碼信號時，處理機構(gòu)通過使信號和正確信道碼序列關(guān)聯(lián)或匹配，以及增強相關(guān)信號而不增強其它信號，來將信道分離。大多編碼信道用于語音或數(shù)據(jù)通信，而少量編碼信道用于控制目的，例如導(dǎo)頻(pilot)、同步、尋呼(paging)和訪問信道。
圖2是流程圖200，圖示了用于評估干擾并減少干擾的本公開內(nèi)容的一個示例。為了準(zhǔn)確地評估干擾，保留一個或多個編碼信道僅僅用于信號質(zhì)量控制目的(稱作“空信道”)。不同于其它編碼信道，這些空信道根本不傳輸任何有效信號，從而其上出現(xiàn)的信息僅僅是包括噪聲的無用干擾。然后可以檢測出這些暴露的干擾的特性，并且將其用于消除或者減少其它編碼信道上的干擾。例如，使用空信道，基站和具體終端根本不發(fā)射信號，或者以明顯低于正常功率電平的功率電平來發(fā)射信號以幫助評估干擾，從而能夠更加有效地評估干擾。
為了說明目的，假設(shè)只將一個編碼信道保留為空信道，并為每個移動終端分配一個編碼信道(例如為第k個終端分配第k個編碼信道)。
例如在步驟202中，執(zhí)行諸如解擴(kuò)頻過程的處預(yù)理以從寬帶信號中抽取每個編碼信道符號。類似地，如果多址方案使用正交頻分多址(OFDM)技術(shù)，則執(zhí)行快速傅立葉變換(FFT)來將信號分成多個音調(diào)(tone)。對于頻分多址(FDMA)信號，使用過濾機制來將寬帶信號分解為窄帶信號。對于時分多址(TDMA)信號，預(yù)處理僅僅意味著基于它們占用的時隙將信號分離為不同的組。在步驟204中，估計空信道的協(xié)方差矩陣Rin。然后在步驟206中，使用獲得的數(shù)據(jù)向量來計算傳輸信號的編碼信道的樣本協(xié)方差矩陣Rx，Rx＝[X(1)X*(1)+X(2)X*(2+…X(N)X*(N)]/N，其中X(n)是在時間下標(biāo)n處的預(yù)處理之后的數(shù)據(jù)向量，并且N是使用的數(shù)據(jù)向量樣本數(shù)。應(yīng)當(dāng)理解X(n)＝as(n)+(n)，其中s(n)表示在編碼信道中傳輸?shù)挠行盘?，并且i(n)表示噪聲、a表示空域特征。在步驟208中，基于Rx和Rin估計信號空域特征。一種方法是應(yīng)用Rx和Rin的歸一化特征分解。為了說明的目的，假設(shè)[λi，ei]是矩陣束(matrix pencil){Rx，Rin}的第i大歸一化特征值和它對應(yīng)的歸一化特征向量，從而Rxei＝λiRinei(在本例中，a＝ei)。
在估計了空域特征之后，在步驟210中，基于a來估計接收/上行波束形成向量wnull。一種尋找wnull的方法是讓wnull＝Rin-1a。如果Rin是條件差的(例如，條件數(shù)大于某個閾值)，則用Rin的偽逆矩陣(即Rin#)來替換Rin-1。利用波束形成向量wnull，在步驟212中用下述公式y(tǒng)(n)＝wnull*x(n)來相應(yīng)地執(zhí)行接收波束形成，其中y(n)是信號信道中波束形成結(jié)果的第n個樣本，并且x(n)是信號信道中數(shù)據(jù)向量的第n個樣本，其中*表示向量wnull的復(fù)數(shù)共扼。然后基于y(n)對接收到的通信信號適當(dāng)?shù)亟庹{(diào)。類似地，可以基于接收波束形成向量和校準(zhǔn)向量來估計發(fā)射/下行波束形成向量。
圖3是流程圖300，圖示了用于估計并減少干擾的另一個實施方式。流程圖300與圖2的流程圖200相似，除了現(xiàn)在用步驟306替換步驟206和208外，在步驟306中，通過編碼信道中的訓(xùn)練序列s(n)的幫助來估計空域特征。步驟302、304、308和310與圖2的步驟202、204、210和212一樣。由于無線通信系統(tǒng)完全知道訓(xùn)練序列中的內(nèi)容，所以應(yīng)當(dāng)更容易檢測空域特征和評估其它干擾。
圖4是流程圖400，圖示了本公開內(nèi)容的另一個實施方式。步驟402-412分別與步驟202-212相同，然后在步驟414中，從y(n)導(dǎo)出編碼信道的信號s(n)。一旦導(dǎo)出s(n)，則在步驟416中，將它插回公式a=Σn=1Ns*(n)X(n)/Σn=1N|s(n)|2]]>來得到要用于其它信道的更優(yōu)空域特征。
圖5是另一個流程圖500，圖示了本公開內(nèi)容的另一個實施方式。圖500與圖300相似，除了在獲得y(n)之后，在步驟512中從y(n)導(dǎo)出信號信道的信號s(n)。然后將s(n)反饋回步驟506，在該步驟中使用訓(xùn)練序列更好地估計空域特征a。在另一個示例中，在步驟512之后可以暫時緩存s(n)，以使得在下一推導(dǎo)循環(huán)中，可以將新s(n)與存儲的s(n)相比較?？梢越⑦@兩個s(n)值之間的容限，以決定是否需要將新的s(n)反饋回步驟506。因此，在不同估計循環(huán)中的s(n)值的收斂有助于獲得用于減少干擾的最優(yōu)空域特征。也可以由操作者將由步驟506-512形成的反饋環(huán)的重復(fù)過程設(shè)置為預(yù)定數(shù)目。
此外，在使用上述方法最終獲得空域特征的估計之后，可以根據(jù)某些預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)將當(dāng)前幀的空域特征與在先前幀中獲得的空域特征相比較，以保持其是最新的和準(zhǔn)確的干擾環(huán)境。
如上所述，可以通過基站和終端兩者來實現(xiàn)利用空信道減少干擾。通信的這兩終端可以合作來更有效地來分配信道和減少干擾。傳統(tǒng)上，由于與終端相比，基站具有更強的處理能力，所以可以在基站中執(zhí)行對干擾特性的估計。然而，隨著終端變得更加智能，也可以在終端上執(zhí)行許多分析。于是，也可以在終端一側(cè)實現(xiàn)改進(jìn)的波束形成機制。
上面的公開內(nèi)容提供了數(shù)種不同的實施方式或?qū)嵤├?，用于實現(xiàn)該公開內(nèi)容的不同特征。另外，描述了組件的特定示例和過程來幫助闡明該公開內(nèi)容。當(dāng)然，這些僅僅是示例，而不是要限制權(quán)利要求中描述的公開內(nèi)容。例如，上面給出的示例將CDMA技術(shù)用作例子，其中空信道是預(yù)定的編碼信道。如果無線通信系統(tǒng)使用時分多址技術(shù)，則空信道可以是時隙。類似地，對于基于OFDM技術(shù)的系統(tǒng)，空信道可以是頻段(frequencybin)，而對于基于FDMA技術(shù)的系統(tǒng)，空信道可以是副載波。
盡管已經(jīng)參考本公開內(nèi)容的優(yōu)選實施方式具體圖示并描述了本公開內(nèi)容，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對其作出各種形式改變和細(xì)節(jié)改變，而不脫離本公開內(nèi)容的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種利用天線陣列來減少無線通信系統(tǒng)中的干擾的方法，所述天線陣列使用至少一個或多個信道來與一個或多個移動終端通信，所述方法包括將至少一個信道分配為空信道，在所述空信道中不傳輸任何有效信號，以便提供所有相關(guān)干擾的表示；基于在所述空信道上接收到的干擾和在至少一個信號信道上接收到的有效信號，分析所述信道的空域特征；以及通過利用分析出的空域特征和所有相關(guān)干擾的所述表示，減少所述信號信道上的干擾。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所分配的空信道和信號信道都是編碼信道。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所分配的空信道和信號信道都是時隙。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所分配的空信道和信號信道都是頻段。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所分配的空信道和信號信道在基于頻分多址技術(shù)的通信中都是副載波。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述分析還包括估計數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣Rx和Rin，其中Rin是所述空信道的協(xié)方差矩陣，并且Rx是所述信號信道的協(xié)方差矩陣；通過尋找矩陣{Rx，Rin}的歸一化主特征向量來估計所述信號信道的空域特征；基于所述空域特征和Rin，為所述信號信道獲得零權(quán)重向量。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，還包括基于所述零權(quán)重向量確定波束形成向量；從所述波束形成向量檢測所述有效信號；進(jìn)一步確定所述空域特征；以及重復(fù)上述步驟，直到滿足預(yù)定條件。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述預(yù)定條件是檢測到的有效信號的收斂。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述預(yù)定條件是預(yù)定的迭代次數(shù)。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，獲得所述空域特征的步驟還包括在所述信號信道中使用訓(xùn)練序列來獲得所述空域特征，用于更好地估計所述空域特征。
11.一種利用天線陣列來減少干擾的無線通信系統(tǒng)，所述天線陣列使用一個或多個信號信道來與一個或多個移動終端通信，所述系統(tǒng)包括用于實現(xiàn)下述操作的裝置將至少一個信道分配為空信道，在所述空信道中不傳輸任何有效信號，以便提供所有相關(guān)干擾的表示；基于在所述空信道上接收到的干擾和在至少一個信號信道上接收到的有效信號，分析所述信號信道的空域特征；以及通過利用分析出的空域特征和所有相關(guān)干擾的所述表示，減少所述信號信道上的干擾。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，如果所述無線通信系統(tǒng)使用碼分多址技術(shù)，則所分配的空信道和信號信道都是編碼信道。
13.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，如果所述無線通信系統(tǒng)使用時分多址技術(shù)，則所分配的空信道和信號信道都是時隙。
14.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，如果所述無線通信系統(tǒng)使用正交頻分多址技術(shù)，則所分配的空信道和信號信道都是頻段。
15.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，如果所述無線通信系統(tǒng)使用頻分多址技術(shù)，則所分配的空信道和信號信道都是副載波。
16.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述分析還包括估計數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣Rx和Rin，其中Rin是所述空信道的協(xié)方差矩陣，并且Rx是所述信號信道的協(xié)方差矩陣；通過尋找矩陣束{Rx，Rin}的歸一化主特征向量來估計所述信號信道的空域特征；基于所述空域特征和Rin，為所述信號信道獲得零權(quán)重向量。
17.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，還包括基于所述零權(quán)重向量確定波束形成向量；從所述波束形成向量檢測所述有效信號；進(jìn)一步確定所述空域特征；以及重復(fù)上述步驟，直到滿足預(yù)定條件。
18.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述預(yù)定條件是檢測到的有效信號的收斂。
19.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述預(yù)定條件是預(yù)定的迭代次數(shù)。
20.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，獲得所述空域特征的步驟還包括在所述信號信道中使用訓(xùn)練序列，用于更好地估計所述空域特征。
21.一種利用天線陣列來減少無線通信系統(tǒng)中的干擾的方法，所述天線陣列使用一個或多個信道來與一個或多個移動終端通信，所述方法包括將至少一個信道分配為空信道，在所述空信道中不傳輸任何有效信號，以便提供所有相關(guān)干擾的表示；基于在所述空信道上接收到的干擾和在至少一個信號信道上接收到的訓(xùn)練序列信號，分析所述信道的空域特征；以及通過利用分析出的空域特征和所有相關(guān)干擾的所述表示，減少所述信號信道上的干擾。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述分析包括估計數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣Rx和Rin，其中Rin是所述空信道的協(xié)方差矩陣，并且Rx是所述信號信道的協(xié)方差矩陣。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述分析還包括通過尋找矩陣束{Rx，Rin}的歸一化主特征向量來估計所述信號信道的空域特征；基于所述信號信道的協(xié)方差矩陣和所述空域特征，為所述信號信道獲得零權(quán)重向量；基于所述零權(quán)重向量確定波束形成向量；從所述波束形成向量檢測所述訓(xùn)練序列信號；以及重復(fù)上述四個步驟，直到滿足預(yù)定條件。
24.如權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述預(yù)定條件是檢測到的所述訓(xùn)練序列信號的收斂。
25.如權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述預(yù)定條件是預(yù)定的迭代次數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種方法和系統(tǒng)，用于利用天線陣列來減少無線通信系統(tǒng)中的干擾。該天線陣列使用一個或多個信號信道用于與一個或多個移動終端通信。首先，將至少一個信道分配為空信道，在該空信道中不傳輸任何有效信號，以便提供所有相關(guān)干擾的表示。由于空信道的空域特性與常規(guī)信號信道的空域特性應(yīng)當(dāng)非常相似，所以基于在空信道上接收到的干擾和在至少一個信號信道上接收到的有效信號，分析信號信道的空域特征。然后用分析出的空域特征來減少所有信號信道上的干擾。
文檔編號H04B7/08GK1703854SQ03824055
公開日2005年11月30日 申請日期2003年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月11日
發(fā)明者揚維東, 徐廣涵 申請人:納維尼網(wǎng)絡(luò)公司