專利名稱：具有自干擾抵消的多天線中繼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及無線網(wǎng)絡(luò)，更具體地涉及無線中繼網(wǎng)絡(luò)和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)部件。
背景技術(shù)：
未來無線和/或蜂窩系統(tǒng)除了許多其他方面之外還可以提供增加的覆蓋范圍、更高的數(shù)據(jù)速率或兩者兼而有之，這是很重要的。此外，建設(shè)和維護(hù)系統(tǒng)的成本方面預(yù)計(jì)在未來將變得更加重要。隨著數(shù)據(jù)速率和/或通信距離的增加，增加電池消耗的問題也需要加以解決。
一個(gè)重要方面是反思現(xiàn)有系統(tǒng)中使用的拓樸，因?yàn)樵谌涓C網(wǎng)絡(luò)上拓樸沒有多大變化。在這一方面，引入所謂的中繼網(wǎng)絡(luò)，比如多跳網(wǎng)絡(luò)和兩跳中繼網(wǎng)絡(luò)，已經(jīng)在正確的方向上取得了巨大的飛躍。
舉例來說，眾所周知，所謂的多跳提供了大大降低通信(中繼)實(shí)體之間的路徑損耗的可能性，這可能有利于用戶。當(dāng)路由被應(yīng)用于無線通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)，這種網(wǎng)絡(luò)通常是指多跳網(wǎng)絡(luò)。在多跳網(wǎng)絡(luò)中，相互到達(dá)不了的節(jié)點(diǎn)或站點(diǎn)都能受益于位于中間的節(jié)點(diǎn)，該中間節(jié)點(diǎn)可以將它們的
消息從源節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點(diǎn)。傳統(tǒng)上，多跳網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)與所謂的專有(adhoc)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)聯(lián)，其中節(jié)點(diǎn)多數(shù)是移動(dòng)的，并且不存在中心協(xié)調(diào)基礎(chǔ)設(shè)施。然而，當(dāng)節(jié)點(diǎn)是固定的和/或存在中心協(xié)調(diào)基礎(chǔ)設(shè)施時(shí)也可以應(yīng)用多跳聯(lián)網(wǎng)思想。 一種這種情形目標(biāo)是農(nóng)村地區(qū)互聯(lián)網(wǎng)接入并且使用連接到房子屋頂、燈柱等等的頂部的固定節(jié)點(diǎn)。
在多跳情形中，信息可以通過在信源和目的地之間的多跳來發(fā)送，而不是直接在一個(gè)單跳中發(fā)送。一^:來說，相比直接的一跳方式，多跳方式提供了一些優(yōu)點(diǎn)，比如較低的功耗和較高的信息吞吐量。在多跳網(wǎng)絡(luò)中，相互到達(dá)不了的節(jié)點(diǎn)都能受益于位于中間的節(jié)點(diǎn)，該中間節(jié)點(diǎn)可以將它們的消息從信源向目的地轉(zhuǎn)發(fā)。
提供增強(qiáng)的覆蓋范圍和數(shù)據(jù)速率的相關(guān)方法是利用所謂的兩跳中繼，這可以一見作多跳(只包含兩跳)的一種退化情況，但在同時(shí)推廣到并允許并行路徑(如果需要的話)。存在許多不同變型的兩跳中繼。在一種特定形式的兩跳中繼中，發(fā)射機(jī)發(fā)送信號(hào)給中繼，該中繼接收消息然后或是通過再生中繼(解碼-與-轉(zhuǎn)發(fā))或是通過非再生中繼(放大_與_轉(zhuǎn)發(fā))轉(zhuǎn)發(fā)消息給接收機(jī)。兩跳中繼的主要好處源于將長(zhǎng)的傳輸
距離分成為兩個(gè)大致等距的跳，以允許增加每個(gè)鏈路上的數(shù)據(jù)速率以及
增加端到端(ETE)的總數(shù)據(jù)速率。
在另一種形式的兩跳中繼中，發(fā)射機(jī)發(fā)送信號(hào)給接收機(jī)，而且還發(fā)送給中繼，中繼接收和轉(zhuǎn)發(fā)消息給接收機(jī)。然后接收機(jī)合并第一直接信號(hào)和第二中繼的信號(hào)以提高信號(hào)的質(zhì)量，這意味著增加平均數(shù)據(jù)速率
(由于分集而差異極小)。這種形式的中繼有時(shí)也稱為協(xié)作中繼。
然而，更詳細(xì)形式的協(xié)作中繼，是在幾個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)之間采用各方面的"協(xié)作"。例如，由發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信號(hào)可能會(huì)先由多個(gè)中繼接收，隨后同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)，最后由接收節(jié)點(diǎn)接收。
在協(xié)作中繼中，中繼通常允許執(zhí)行各種信號(hào)處理或編碼任務(wù)，它們以不同方式提高整體通信性能。在協(xié)作中繼中所采用的這些機(jī)制的好處，可以寬泛地劃分為分集增益、波束成形增益、以及空間復(fù)用增益。這里另外，通過合并直接信號(hào)和中繼信號(hào)，接收機(jī)可以提高信號(hào)質(zhì)量。
在最近的研究文獻(xiàn)中，協(xié)作中繼經(jīng)歷了若干名稱，比如協(xié)作分集、協(xié)作編碼、虛擬天線陣列等等。參考文獻(xiàn)[l]中給出了協(xié)作通信方案的一個(gè)很好的綜述。在無線通信中站點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)之間協(xié)作的 一般好處可以概括為更高的數(shù)據(jù)速率、降低的損耗和差異(由于各種形式的分集)、增加的電池壽命和被擴(kuò)展的覆蓋范圍。
傳統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)器的使用也可以視為其最筒單形式的兩跳中繼。轉(zhuǎn)發(fā)器往往是一種相對(duì)簡(jiǎn)單的中繼節(jié)點(diǎn)，其只提供了相當(dāng)基本的功能，比如放大-與-轉(zhuǎn)發(fā)，或許還有功率控制。然而，轉(zhuǎn)發(fā)器和更高級(jí)的中繼之間的界限并不明顯。術(shù)語"中繼"和"轉(zhuǎn)發(fā)器，，往往(這里也將)互換使用。
圖1中示出了傳統(tǒng)的兩跳中繼系統(tǒng)的例子。兩跳中繼系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)基本上包括發(fā)射機(jī)(TX) 10、接收機(jī)(RX) 30、以及一個(gè)或多個(gè)中繼站(RS)20。當(dāng)中繼的數(shù)量V大于1時(shí)，或者可替換地，當(dāng)直接信號(hào)和中繼信號(hào)都被利用時(shí)，這代表協(xié)作中繼的情況。
存在改善中繼網(wǎng)絡(luò)和所包含的中繼部件性能的普遍要求
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備的這些和其他缺點(diǎn)。
本發(fā)明的一個(gè)總的目的是提高無線中繼網(wǎng)絡(luò)和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)部件的性能。
特別是，希望提供改進(jìn)的無線中繼節(jié)點(diǎn)用于增加數(shù)據(jù)速率和/或更有 效地利用現(xiàn)有功率/能量資源。
這些和其他目的是由所附的專利權(quán)利要求所限定的本發(fā)明來實(shí)現(xiàn)。 本發(fā)明的 一個(gè)主要方面涉及無線中繼節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部設(shè)計(jì)，它包括適合 于同時(shí)接收和發(fā)送信息流的接收側(cè)和發(fā)送側(cè)，其中這兩側(cè)中的至少 一側(cè) 具有用于多天線操作的多個(gè)天線。無線中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)一步被配置用于基于
取決于多天線相關(guān)反饋信道的NxM維濾波器矩陣抵消來自從發(fā)送側(cè)到 接收側(cè)的多天線相關(guān)反饋信道的信號(hào)反饋，其中N和M至少有一個(gè)大 于1。
這樣，有效地獲得從無線中繼節(jié)點(diǎn)的輸出到輸入的多天線相關(guān)反饋 信號(hào)的自干擾抵消。
本發(fā)明還涉及用于提供多天線相關(guān)反饋信號(hào)的自干擾抵消的濾波 器和設(shè)計(jì)這種濾波器的方法。
本發(fā)明當(dāng)然也涵蓋了包括根據(jù)本發(fā)明的無線中繼節(jié)點(diǎn)的無線中繼 網(wǎng)絡(luò)。
當(dāng)閱讀本發(fā)明的實(shí)施例的下面描述時(shí)，將了解到由本發(fā)明所提供的 其他優(yōu)點(diǎn)。


本發(fā)明，連同其他目的及其優(yōu)點(diǎn)，通過參考連同附圖的下列說明， 將得到最好的理解，其中
圖1是說明了傳統(tǒng)兩跳中繼系統(tǒng)的例子的示意圖。
圖2是說明了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的無線中繼系統(tǒng)的例子的示意圖。
圖3是說明了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的中繼內(nèi)部設(shè)計(jì)的例子的示 意框圖。
圖4是說明了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的、在前向路徑上進(jìn)行信號(hào) 處理的中繼內(nèi)部設(shè)計(jì)的例子的示意框圖。
圖5是說明了根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例的、在前向路徑上進(jìn)行信號(hào)處理的中繼內(nèi)部設(shè)計(jì)的例子的示意框圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例用于設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)自干擾抵消濾波器 的方法的示意流程圖。
例子的示意圖。
圖8A-B是說明了當(dāng)發(fā)送側(cè)和接收側(cè)使用同一組天線和不同組天線 時(shí)這兩種情況的示意圖。
頻適配(adaptation)的例子的示意圖。
圖10是說明了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的適配自干擾抵消濾波器的 另 一種原理的例子的示意圖。
具體實(shí)施例方式
整個(gè)附圖中，同樣的參考符號(hào)將被用于相應(yīng)的或相同的部件。
為了更好地理解本發(fā)明，首先分析傳統(tǒng)中繼方案可能是有用的。發(fā) 明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，現(xiàn)有的(兩跳)中繼方案受到一些缺點(diǎn)的影響。
>傳統(tǒng)(兩跳)中繼方案通常假定兩階段方案，即在第一階段中 信息首先發(fā)送到(一個(gè)或多個(gè))中繼，然后在隨后的第二階段中，信息 被轉(zhuǎn)發(fā)給接收機(jī)。這個(gè)兩階段方法減少了中繼本身所取得的好處，因?yàn)?它占用兩個(gè)"時(shí)隙"來發(fā)送信息。
>在其中在發(fā)送和接收節(jié)點(diǎn)之間使用基于MIMO (多輸入多輸出) 通信的系統(tǒng)中，至關(guān)重要的是，中繼例如通過不是不必作為所謂的"鑰 匙孔(key-hole)"的方式、以MIMO通信友好的方式來運(yùn)作，所述"鑰 匙孔(key-hole)"退化了端到端信道的秩(rank)。
>如果中繼正在經(jīng)受強(qiáng)大干擾，不希望轉(zhuǎn)發(fā)該干擾。問題是，當(dāng) 前的中繼或轉(zhuǎn)發(fā)器技術(shù)通常根本不具有區(qū)分干擾的能力或者不具有區(qū) 分千擾到可接受水平的能力。
本發(fā)明的基本想法是提供同時(shí)接收和發(fā)送以及多天線的集成設(shè)計(jì)， 其也允許從無線中繼節(jié)點(diǎn)的輸出到輸入的多天線相關(guān)反饋的自干擾抵 消。
在本發(fā)明中，中繼的接收側(cè)和發(fā)送側(cè)可以使用相同或不同數(shù)量的天 線，并且兩側(cè)中的至少一側(cè)使用多天線。現(xiàn)在，基本想法是設(shè)計(jì)多天線中繼用于同時(shí)接收和轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)，同時(shí)還抵消了從中繼輸出到輸入的多天 線相關(guān)信號(hào)的反饋。換言之，希望實(shí)現(xiàn)所發(fā)送信號(hào)的自干擾抵消，同時(shí)
占用在中繼的輸出到輸入天線之間看到的MIMO/MISO/SIMO類似信道。
今天，存在所謂的頻率上(on-fr叫uency)轉(zhuǎn)發(fā)器，使用自干擾抵消 在相同的頻率上同時(shí)接收和發(fā)送，但只有單個(gè)接收和單個(gè)發(fā)送天線，這 是比本發(fā)明所提出的多天線使能干擾抵消設(shè)計(jì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)簡(jiǎn)單的一種情形。在 文獻(xiàn)[2-6]中描述了具有簡(jiǎn)單形式的自干擾抵消而沒有多天線的頻率上 轉(zhuǎn)發(fā)器的例子。許多公司也提供這種類型的簡(jiǎn)單頻率上轉(zhuǎn)發(fā)器，比如 Andrew [7]、 RFWindow[8]、 Juni [9]、 JAS Teletech間、In麵ce[ll]、 Empower RF [12]、 MMC Technology和Allen (MIKOM)。
用多天線配備轉(zhuǎn)發(fā)器或中繼的概念就其本身而言是眾所周知的，參 見例如參考文獻(xiàn)[13]。然而，在這個(gè)參考文獻(xiàn)中沒有考慮自干擾抵消方 面。
參考圖2的具體例子，在兩跳中繼的示例性上下文下，可以理解本 發(fā)明提供了具有多天線的一個(gè)或多個(gè)中繼站(RS) 20。這個(gè)或這些中繼 站被配置用于同時(shí)接收和發(fā)送信息流/信號(hào)。所接收的信息流可能是單個(gè) 流或由多個(gè)子流組成，比如多輸入多輸出(MIMO)子流。
通常情況下，(一個(gè)或多個(gè))中繼站適用于在同一頻帶(在第一鏈 路和第二鏈路上基本使用一個(gè)同一頻率資源)內(nèi)同時(shí)接收和轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)。
這可能導(dǎo)致從(一個(gè)或多個(gè))中繼站的輸出到輸入的大量的自干擾。
可替換地，中繼站可以在第一頻帶上接收和在第二不同頻帶上發(fā) 送，然而可能還有耦合在頻帶之間導(dǎo)致自干擾的 一 定程度的干擾。
在任何情況下，(一個(gè)或多個(gè))中繼站被配置用于抵消從中繼輸出 到輸入的多天線相關(guān)信號(hào)反饋。優(yōu)選地，發(fā)送節(jié)點(diǎn)10和/或接收節(jié)點(diǎn)30 還被提供以多天線用于利用基于空間復(fù)用的通信。
例如，中繼節(jié)點(diǎn)可能是頻率重復(fù)中繼站，每個(gè)中繼站接收信號(hào)，并 且以大大小于OFDM (正交頻分復(fù)用)符號(hào)間隔的延遲轉(zhuǎn)發(fā)同一頻帶內(nèi) 的信號(hào)。原發(fā)送節(jié)點(diǎn)可能進(jìn)一步被配置了用于適應(yīng)中繼信號(hào)和直接信號(hào) 的相當(dāng)信道的功率延遲簡(jiǎn)檔(profile)的循環(huán)前綴持續(xù)時(shí)間，以確保在 接收節(jié)點(diǎn)上同時(shí)接收和推定(constructive )干擾(增強(qiáng)形式的協(xié)作中繼)。
本發(fā)明不僅限于兩跳中繼網(wǎng)絡(luò)，而且也適用于多跳網(wǎng)絡(luò)。為了更好地理解，包括其各種可選的擴(kuò)展情況的本發(fā)明現(xiàn)在將參考 中繼站/節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部設(shè)計(jì)的多個(gè)示例性實(shí)施例具體加以描述。
意框圖。 .、、^、 、 、力 、'、
中繼100基本上包括接收側(cè)IIO和發(fā)送側(cè)120,其中至少一個(gè)包括 不止一個(gè)天線。這意p未著，存在從發(fā)送側(cè)120到接收側(cè)110的多天線相 關(guān)輸出到輸入反饋信道。如果接收側(cè)和發(fā)送側(cè)都使用了多天線，則輸出 到輸入反饋信道是MIMO類似"信道"。如果只有一側(cè)具有多天線，則 反饋信道將是SIMO/MISO類似"信道"。無論哪種方式，中繼100還包 括用于多天線相關(guān)自干擾抵消的模塊130,它模擬外部輸出到輸入反饋 信道，用于抵消反饋信道在中繼信號(hào)上的影響。自干擾抵消模塊130被 配置用于基于NxM維濾波器矩陣(取決于多天線相關(guān)反饋信道)完成 自干擾抵消，其中N和M至少有一個(gè)大于1。優(yōu)選地，自干擾抵消模塊 130包括濾波器135,用于實(shí)現(xiàn)NxM維濾波器矩陣?；诰仃嚨臑V波器 135通常纟皮安排在與接收側(cè)110和發(fā)送側(cè)120之間的前向路徑相連接的 內(nèi)部反々赍3各徑上。
優(yōu)選地，多天線相關(guān)反饋信道用N^N2維信道矩陣估計(jì)和表示，其 中N！(輸入上的接收天線的數(shù)量)和N2 (輸出上的發(fā)送天線的數(shù)量) 中至少一個(gè)大于1。通常情況下，雖然不一定如此，但是Ni等于或大于 N, N2等于或大于M。
該中繼可用于兩跳中繼網(wǎng)絡(luò)中或多跳網(wǎng)絡(luò)中。該中繼可作為獨(dú)立單 元工作，或者在所謂的(協(xié)作)中繼網(wǎng)絡(luò)中連同其他中繼/轉(zhuǎn)發(fā)器節(jié)點(diǎn)聯(lián) 合工作。
中繼例如可能是多天線頻率上轉(zhuǎn)發(fā)器/中繼，在"同一頻率"上(至少 在同一頻帶內(nèi))接收信號(hào)并且還在接收的同時(shí)立即發(fā)送它，同時(shí)提供多 天線使能自千擾抵消。然而，如前所述，中繼可替換地使用頻率轉(zhuǎn)換在 一個(gè)頻帶上接收并且在另一頻帶上發(fā)送，然而仍舊有干擾耦合在頻帶之 間，來證明所提出的多天線相關(guān)自干擾抵消解決辦案是應(yīng)當(dāng)?shù)摹?br> 在本發(fā)明的另 一個(gè)可選方面中，信號(hào)可以在中繼的接收側(cè)和/或發(fā)送 側(cè)處理用于性能增強(qiáng)，如參考圖4和5所例證的。
例如，增強(qiáng)可以基于波束成形、干擾抑制、干擾減輕、避免噪聲增 強(qiáng)、特征值和/秩/行列式的最大化、ETE-MIMO信道容量最大化(用于TX-RS-RX)、或它們的組合。
圖4是說明了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的、在前向路徑上具有信號(hào) 處理的中繼內(nèi)部設(shè)計(jì)的例子的示意框圖。在這個(gè)特定例子中，中繼節(jié)點(diǎn) 進(jìn)一步包括在接收和/或發(fā)送側(cè)上的一個(gè)或多個(gè)^t塊140、 150,也表示 為A和C,用于被安排在前向路徑上的信號(hào)處理。優(yōu)選地，自干擾抵消 的濾波器矩陣135，表示為B,也取決于信號(hào)處理模塊A和/或C的(一 個(gè)或多個(gè))傳遞函數(shù)。
如上所述，各種類型的信號(hào)處理可以由^^莫塊140、 150來實(shí)現(xiàn)。通 常情況下，但不一定如此，(一個(gè)或多個(gè))信號(hào)處理模塊以一個(gè)或多個(gè) 天線權(quán)重矩陣的形式被提供，其可能適于例如通過在TX-RS鏈路、 RS-RX鏈路或兩者上的波束成形、和/或抑制具有低SNR或者根本無功 率的所期望的信號(hào)的信號(hào)維數(shù)來增強(qiáng)信噪比(SNR)。
例如，可能有用于接收側(cè)天線的天線權(quán)重矩陣A。這種天線權(quán)重矩 陣優(yōu)選地至少部分地取決于發(fā)送節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)之間的信道矩陣來被 適配。該天線權(quán)重矩陣也可以適于抑制來自其他節(jié)點(diǎn)的干擾。
可替換地，或作為補(bǔ)充，可能有用于發(fā)送側(cè)天線的天線權(quán)重矩陣C。 發(fā)送側(cè)天線權(quán)重矩陣優(yōu)選地至少部分地取決于中繼節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之 間的信道矩陣來適配。該天線權(quán)重矩陣也可適于干擾減輕的目的。
如所示的，中繼ioo可以包括用于接收側(cè)的天線權(quán)重矩陣和用于發(fā)
送側(cè)的天線權(quán)重矩陣。在這種情況下，例如可能選擇天線權(quán)重矩陣，以 便優(yōu)化在發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間(經(jīng)由中繼節(jié)點(diǎn))(例如，基于MIMO 的)通信的性能(例如端到端容量)或避免信道秩不足。
在本發(fā)明的另 一方面中，其可以獨(dú)立于多天線使能自干擾抵消被使 用，在接收側(cè)所接收的信號(hào)是維數(shù)大于1的MIMO信號(hào)(多MIMO子 流)并且這個(gè)MIMO信號(hào)在中繼中被處理使得用于在發(fā)送側(cè)的發(fā)送的、 所處理的信號(hào)的維數(shù)至少大于1。這代表某種形式的"秩"或維數(shù)保存。 即使維數(shù)從中繼節(jié)點(diǎn)的輸入側(cè)到輸出側(cè)可能會(huì)有所減少，但是在通過中 繼節(jié)點(diǎn)的路途上輸入信號(hào)的"多信道信息"將至少不能被完全消除。換 言之，中繼節(jié)點(diǎn)可能會(huì)接收到具有多個(gè)MIMO子流的MIMO信號(hào)，并 且所接收到的MIMO信號(hào)然后在中繼節(jié)點(diǎn)中以這樣的方式來處理，即用 于發(fā)送的所處理的信號(hào)的MIMO子流的數(shù)量至少大于1。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的另 一優(yōu)選實(shí)施例說明了在前向路徑上進(jìn)行信號(hào)處理的中繼內(nèi)部設(shè)計(jì)的例子的示意框圖。這個(gè)實(shí)施例類似于圖4中的實(shí) 施例，但是除此之外還說明了在中繼站的前向路徑上增加其他信號(hào)處理
模塊的可能性。例如，所增加的處理沖莫塊160,也表示為D,可以被配 置用于補(bǔ)償在輸入側(cè)和輸出側(cè)之間的通路上的潛在的相位延遲。
同時(shí)接收和發(fā)送信號(hào)(例如頻率上操作)的集成設(shè)計(jì)以及多天線和 自干擾抵消迎合了高度MIMO友好的操作，因?yàn)槌硕嗵炀€使能自干擾 抵消程序之外天線權(quán)重矩陣還可以被適用于波束成形增益、千擾抑制、 干擾減輕、避免噪聲增強(qiáng)、秩最大化、信道容量最大化及其組合。
因此，避免任何雙工損失和使用多轉(zhuǎn)發(fā)器/中繼天線的聯(lián)合好處是提 供了增強(qiáng)的ETE吞吐量和/或更有效地利用功率/能量資源。此外，中繼/ 轉(zhuǎn)發(fā)器的使用從系統(tǒng)的角度來看是透明的，使它適用于現(xiàn)有以及未來的 無線系統(tǒng)。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)自干擾抵消濾波器的 方法的示意性流程圖。在步驟Sl中，例如基于導(dǎo)頻發(fā)送或通過其他方 式，確定多天線相關(guān)反饋信道的估計(jì)。反饋信道的估計(jì)例如可由信道矩 陣表示。接下來，在步驟S2中基于所估計(jì)的反饋信道來確定濾波器矩 陣。最后，在步驟S3中，所確定的濾波器矩陣在實(shí)際濾波器比如硬件 實(shí)現(xiàn)的濾波器或在數(shù)字信號(hào)處理器中實(shí)現(xiàn)的濾波器或等價(jià)的處理模塊 中實(shí)現(xiàn)。
為了更深入地理解，該發(fā)明現(xiàn)在參照內(nèi)部中繼設(shè)計(jì)的模型的特定例 子加以描述。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例的、說明了中繼內(nèi)部設(shè)計(jì)模型的詳 細(xì)例子的示意圖。
雖然為了簡(jiǎn)單和簡(jiǎn)潔起見下面的示例性分析/操作在頻域中被說明， 但是應(yīng)該理解的是，相應(yīng)的操作可以在時(shí)域中執(zhí)行，但具有相應(yīng)的修改 結(jié)構(gòu)1。雖然該操作主要針對(duì)基帶來示出，但是在實(shí)際的實(shí)現(xiàn)中當(dāng)然提供 常規(guī)的射頻功能(如混頻器、射頻放大器、本地振蕩器等)。此外，在 說明和討論了多個(gè)選項(xiàng)的意義上，圖7的整體結(jié)構(gòu)被期望是盡可能地全 面的。在實(shí)踐中，許多這些選項(xiàng)可被刪除，因此任何實(shí)現(xiàn)可被簡(jiǎn)化。
i如果該信道可^皮一見為平坦的，即可忽略不計(jì)的傳纟番延遲，則時(shí)域和 頻域結(jié)構(gòu)相同。現(xiàn)在推導(dǎo)頻域傳遞函數(shù)。對(duì)于每個(gè)角頻率CO,具有下列矩陣關(guān)系
Us = AH乂 (U, + W) — BB^DH"Uj;，
其中"eC^'是在中繼K個(gè)天線輸入上經(jīng)歷的(復(fù)值)矢量信號(hào)，仏eC 1 是在中繼N2個(gè)天線輸出上經(jīng)歷的(復(fù)值)矢量信號(hào)，『eC^是噪聲(加 性干擾)，S是(復(fù)值)矢量信號(hào)，所述矢量信號(hào)攜帶的數(shù)據(jù)具有選自 信號(hào)星座中的項(xiàng)，HA、 Hb、 HC1、 Hc2和Hd,記作參考數(shù)字141、 136、 151、 152、 161,是中繼內(nèi)部(復(fù)值)矩陣傳遞函數(shù)(由于延遲通常主 要具有頻率相關(guān)相位因子和基本平坦的幅度)，A、 B、 C和D,記作參 考數(shù)字140、 135、 150、 160,是(通常為復(fù)值)濾波器矩陣，這些矩陣 可以被轉(zhuǎn)置以確保自干擾抵消(B)以及可選擇地提供中繼的整體理想 的操作(A、 C和D)。例如，A和C可為天線權(quán)重矩陣，如前所討論 的。此外，Ho是轉(zhuǎn)發(fā)器輸出與輸入之間的信道矩陣(或矢量)，H!是 發(fā)射機(jī)節(jié)點(diǎn)-轉(zhuǎn)發(fā)器信道(鏈路l) , H2是轉(zhuǎn)發(fā)器-接收機(jī)節(jié)點(diǎn)信道(鏈 路2)。
基于矩陣的傳遞函數(shù)HA、 HB、 HC1、 Hc2和Hd通常代表與理想的內(nèi) 部操作比如延遲、相移的偏差和/或存在于實(shí)際實(shí)現(xiàn)中的衰減。
應(yīng)當(dāng)注意，在數(shù)字實(shí)現(xiàn)中，在HB、 HC1、和Hd中一般不會(huì)引起任 何幅度變化，盡管由于處理延遲會(huì)出現(xiàn)相移。因此，那些矩陣一般具有 對(duì)角陣的形式，對(duì)角線上具有單位值相位因數(shù)。
參考圖8A-B,可以注意到，例如如果相同組天線結(jié)合循環(huán)器或者 可選地結(jié)合3分貝混合/定向耦合器來使用，輸入和輸出天線的數(shù)量1Sh 和N2可以相同(圖8A) , N尸N2，但例如如果使用不同組天線，輸入 和輸出天線的數(shù)量也可能會(huì)不同(圖8B) N！ # N2。本發(fā)明的基本假設(shè) 是max(Nj,N2)〉1。
雖然方程組;f艮容易解出，但是總的表達(dá)式不能以非常緊湊的形式寫 出(因?yàn)槲覀冊(cè)试SN^N2)。因此，該系統(tǒng)可以可選地予以說明，并且!為了分析目的被解出，在內(nèi)部信號(hào)l^和輸出信號(hào)U2中
<formula>formula see original document page 14</formula>(1)
注意如果左邊矩陣可逆的話(1)可以被解出。從圖7注意到，經(jīng) 由AHAHoHc2CHcn路徑發(fā)送的信號(hào)應(yīng)當(dāng)被經(jīng)由BHB發(fā)送的信號(hào)抵消，即 以避免放大的信號(hào)在轉(zhuǎn)發(fā)器中又穿越一遍。因此，可以給出在圖7的例 子中用于自干擾抵消的條件
BHs-AHA^CHd (2)
如果這在(1 )中被替換，可以看出，右下單位子矩陣的Schur補(bǔ)也 是單位矩陣，這意味著(1)可解。從(2)可以做出若干重要的觀察 首先，B取決于轉(zhuǎn)發(fā)器輸出與輸入之間的信道矩陣(或矢量)。 其次，B可以可選地也取決于一個(gè)或若干個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器內(nèi)部矩陣HA、 Hci和Hc2。
第三，在另 一個(gè)可選例子中B可取決于輸入和輸出加權(quán)矩陣A和C。 由于A和C可以基于Hi和Hj支適配，B隱含地也取決于Hi和H2。
在(1 )中插入(2 )(或者當(dāng)反饋路徑被取消時(shí)通過檢查圖7并確 定傳遞函數(shù))，得到下面的表達(dá)式
U2 = Hc2CHc,朋爲(wèi)(H,S + W) ， (3)
這意味著，用于中繼的總傳遞函數(shù)是
H,WB^AHr (4)
作為優(yōu)先選項(xiàng)，可能希望的是在該結(jié)構(gòu)中使用最小矩陣維數(shù)的矩 陣，以盡量減少計(jì)算復(fù)雜性。接下來，B和D的維數(shù)優(yōu)選等于或上限為 min(NhN2)xmin(N!,Nd。此外，通過讓矩陣A減少信號(hào)的維數(shù)(如果
這樣做的代價(jià)是保持較大因數(shù)分解和計(jì)算輔助變量。信道Hi是秩不足的或者如果矢量S具有小于]vh的不相關(guān)項(xiàng))，計(jì)算復(fù) 雜性可能會(huì)進(jìn)一步被限制。A的維數(shù)(如果需要的話)可以基于預(yù)期的 Hj信道秩和S矢量大小動(dòng)態(tài)適配或設(shè)計(jì)。
現(xiàn)在，當(dāng)已經(jīng)表述了圖7的例子中的自干擾抵消條件時(shí)，我們著手 討i侖矩陣A、 C和D可以如何纟皮選擇。這可以采取幾種方式進(jìn)行，^旦目 的不同，下面將概述其中的一些例子。為了一般性而介紹了矩陣D和 HD,但以下為了簡(jiǎn)明扼要起見假定D=I并且HD=I (透明)。目的例如 可以為來獲得波束成形增益、抑制不想要的干擾、減輕不想要的干擾的 產(chǎn)生、避免秩減少等等。這些目的可單獨(dú)地或組合地爭(zhēng)取到。
辦子-差亍鏈潛/ ^道增獲^^.'
首先，矩陣A可優(yōu)選地適合至少信道Hl5也可適合噪聲和干擾協(xié) 方差矩陣Rww二E(WWH)以及信號(hào)協(xié)方差矩陣Rs^E(SSH)。在這個(gè)例子 中，Ha可以包括在H！中或HA= I (即單位矩陣)。例如，可以選擇A 作為L(zhǎng)MMSE(線性最小均方誤差)估計(jì)器A=RSS H^(H!Rss H!H+ Rww)—1 (其中Rss和Rww可為對(duì)角陣，如果考慮不相關(guān)信號(hào)和噪聲的話， Rss=os2I并且Rww=aw2I)，或者最小二乘估計(jì)器A氣Hf H!)" H!H (如 果HJ亍多于列的話)，或者迫零估計(jì)器AHHf1 (如果H!是方陣并且噪 聲放大不是太嚴(yán)重的話)。如果基于SVD的MIMO用于第一鏈路上， [U!TWiH;hSVD(H0,其中Ui和V!是單位矩陣并且T!是奇異值排列在 對(duì)角線上的矩陣，Vi用于在發(fā)送側(cè)僅在信道H!之前但在S之后，然后 A也可以根據(jù)A二U!h^皮適配(而且A的LMMSE設(shè)置應(yīng)當(dāng)獲得等效的解 決方案)。上面，由于波束成形通過增加信噪比而提高性能。該LMMSE 解決方案還抑制來自其他用戶的、不期望的千擾。請(qǐng)注意，不期望的信 號(hào)比如噪聲和干擾可以通過只使用A的行來抑制，所述行提供重要的和 足夠的信噪比。此外，矢量S的大小這里很重要，因?yàn)锳的行數(shù)不一定 必須大于S中的非相關(guān)項(xiàng)的數(shù)量。
鏈潛2 /,道智資^^;
其次，矩陣C可優(yōu)選地適于信道H2。在這個(gè)例子中，Hc2可以包括
在H2中或Hc2二I (即單位矩陣)中。例如，可以選擇(為。=1^,,或
最小二乘估計(jì)器C氣H2H2H)"H2 (如果H2行少于列的話)，或者，如果可能的話，迫零估計(jì)器OH2—1 (如果H2是方陣并且噪聲放大不是太嚴(yán)
重的話)。如果基于SVD的MIMO用在笫二個(gè)鏈路上，其中 [U2T2V2H]=SVD(H2)，其中U2和V2是單位矩陣并且丁2是奇異值排列在 對(duì)角線上的矩陣，C也可被適配為C二V2。此外，轉(zhuǎn)發(fā)器的輸出功率也 可以被適配于接收節(jié)點(diǎn)上的噪聲和干擾情況。最后，C也可被適配，以 避免在一個(gè)或多個(gè)其他用戶上造成不良干擾，這里稱作干擾減輕。
除了適配信道H2之外，矩陣C可以也更具體地考慮矩陣C之前的 信號(hào)、噪聲和干擾統(tǒng)計(jì)特性。例如，A可以首先被設(shè)置為如上所述的 LMMSE解決方案，矩陣C于是可以基于所得到的噪聲信號(hào)以及信道H2 來選擇。同樣，這里，轉(zhuǎn)發(fā)器的輸出功率可以被適配。在這個(gè)例子中，
Hc2可以被包括在H2中或者Hc2二I (即單位矩陣)中。
一種可能性是聯(lián)合選擇A和C兩者，這樣使得總的(ETE)容量(例 如MIMO容量)最大。對(duì)于這樣的優(yōu)化，需要一些約束條件，比如保持 來自中繼的總發(fā)射功率固定或者每個(gè)中繼天線上的功率保持固定。
考慮直接和中繼信號(hào)兩者之和，在優(yōu)化了矩陣A和C (可能在某些 約束條件下)的同時(shí)，在接收(RX)節(jié)點(diǎn)30上的所接收的信號(hào)Ug于是 將為
U^H飾^+H2U2+W2 (5)
其中Ho,t是(直接地)在發(fā)送和接收節(jié)點(diǎn)之間的信道矩陣。顯然，在
表達(dá)式(5)中也可以考慮多個(gè)中繼路徑。
為了優(yōu)化發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間的(例如基于MIMO的)通信的 ETE性能， 一般應(yīng)當(dāng)保留出現(xiàn)在信道Hi和H2中的任何高秩。保持秩的 好處是，空間復(fù)用增益不會(huì)沒必要地減少。
圖9是說明了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的自干擾抵消濾波器的基于 導(dǎo)頻適配的例子的示意圖。除了圖3、 4、 5和7的基本電路之外，圖9 的中繼也包括導(dǎo)頻生成模塊170以及信道(矩陣)估計(jì)模塊180。在此 上下文中，用于適配矩陣B的典型方法可以基于暫時(shí)地停止進(jìn)行中繼的 中繼，而是發(fā)送來自導(dǎo)頻才莫塊170的(MIMO/MISO/SIMO)導(dǎo)頻信號(hào)(取
16決于發(fā)射和接收天線的數(shù)量)。適合的一般的MIMO/MISO導(dǎo)頻方案已 經(jīng)在參考文獻(xiàn)[14]中提出。參考圖9，這個(gè)信號(hào)可被注入先前的矩陣HB (以及HC1)。然后可以借助信道估計(jì)模塊180估計(jì)矩陣A之后的信道， 并且設(shè)置矩陣B為所估計(jì)的信道。B的進(jìn)一步適配可潛在地也基于通過 檢查在l^上的信號(hào)之和/ (或由于輸入為負(fù)而成為差)。
的另一原理的例子的示意圖。在又另一個(gè)適配B的變型中，矩陣B不斷 適配，以最小化信號(hào)！^的方差的期望值。為此，提供控制模塊190用 于執(zhí)行必要的計(jì)算，以最小化信號(hào)方差的期望值。根據(jù)計(jì)算，產(chǎn)生和發(fā) 送適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)用于濾波器矩陣B的適配。
上面所描述的實(shí)施例僅僅是作為例子，應(yīng)該理解的是本發(fā)明不僅限 于此。保留在此所公開的和所要求的基本基礎(chǔ)原理的進(jìn)一步的修改、改 變和改進(jìn)，都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。參考文獻(xiàn) J. N. Lanem叫Coopemft've 《《附re/咖iV"e加o由..雄0r"A/7w atk/ J^ Az'fec加ra , Ph.D. Thesis, Massachusetts Institute of Technology, Ca油ridge， MA, August 2002.U.S. Patent No. 6,745,003 h加:〃www,wireless.co.il/var/295/10964-Show—Presentation——FinaLpdf h加:〃www.mobilecoTnm.s-tpr;Tinologv.com/contractors/iribuilding/ias/ h邵:〃www.innoace,com/prodiicte02-10.1itm
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權(quán)利要求
1. 一種無線中繼節(jié)點(diǎn)，包括-用于同時(shí)接收和發(fā)送信息流的接收側(cè)和發(fā)送側(cè)，所述接收側(cè)和所述發(fā)送側(cè)中至少一個(gè)具有多天線；-用于基于取決于多天線相關(guān)反饋信道的N×M維濾波器矩陣抵消來自從所述發(fā)送側(cè)到所述接收側(cè)的所述多天線相關(guān)反饋信道的信號(hào)反饋的裝置，其中N和M中至少有一個(gè)大于1。
2. 權(quán)利要求1的無線中繼節(jié)點(diǎn)，其中所述多天線相關(guān)反饋信道由 N^N2維信道矩陣來表示，其中N!和N2中至少有一個(gè)大于1。
3. 權(quán)利要求1的無線中繼節(jié)點(diǎn)，其中所述濾波器矩陣被實(shí)施在濾 波器中，該濾波器被設(shè)置在與前向路徑連接的內(nèi)部反饋路徑上，該前向 3各徑在所述中繼節(jié)點(diǎn)的所述接收側(cè)和所述發(fā)送側(cè)之間。
4. 權(quán)利要求3的無線中繼節(jié)點(diǎn)，其中所述中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)一步包括被 設(shè)置在所述前向路徑上的、用于信號(hào)處理的裝置，并且所述NxM維濾 波器矩陣也取決于所述信號(hào)處理裝置的傳遞函數(shù)。
5. 權(quán)利要求4的無線中繼節(jié)點(diǎn)，其中所述信號(hào)處理裝置包括至少 一個(gè)天線權(quán)重矩陣，并且所述NxM維濾波器矩陣取決于所述至少一個(gè) 天線權(quán)重矩陣的傳遞函數(shù)。
6. 權(quán)利要求5的無線中繼節(jié)點(diǎn)，其中所述至少一個(gè)天線權(quán)重矩陣 包含用于所述接收側(cè)的天線權(quán)重矩陣和用于所述發(fā)送側(cè)的天線權(quán)重矩 陣中的至少一個(gè)。
7. 權(quán)利要求6的無線中繼節(jié)點(diǎn)，其中所述至少一個(gè)天線權(quán)重矩陣 包含用于所述接收側(cè)的天線權(quán)重矩陣，并且所述接收側(cè)天線權(quán)重矩陣根 據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)和所述中繼節(jié)點(diǎn)之間的信道矩陣至少部分地被適配。
8. 權(quán)利要求7的無線中繼節(jié)點(diǎn)，其中所述接收側(cè)天線權(quán)重矩陣被 適配于抑制來自其他節(jié)點(diǎn)的干擾。
9. 權(quán)利要求6的無線中繼節(jié)點(diǎn)，其中所述至少一個(gè)天線權(quán)重矩陣 包括用于所述發(fā)送側(cè)的天線權(quán)重矩陣，所述發(fā)送側(cè)天線權(quán)重矩陣根據(jù)所 述中繼節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間的信道矩陣至少部分地被適配。
10. 權(quán)利要求9的無線中繼節(jié)點(diǎn)，其中所述發(fā)送側(cè)天線權(quán)重矩陣被 適配于干擾減輕。
11. 權(quán)利要求6的無線中繼節(jié)點(diǎn)，其中所述至少一個(gè)天線權(quán)重矩陣包括用于所述接收側(cè)的天線權(quán)重矩陣和用于所述發(fā)送側(cè)的天線權(quán)重矩 陣，并且所述天線權(quán)重矩陣聯(lián)合地被選出，以優(yōu)化在發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié) 點(diǎn)之間經(jīng)由所述中繼節(jié)點(diǎn)的通信的性能。
12. 權(quán)利要求4的無線中繼節(jié)點(diǎn)，其中所述信號(hào)處理裝置可操作用 于執(zhí)行下列搡作中的至少一個(gè)波束成形、抑制外部干擾、減輕所產(chǎn)生 的干擾、噪聲抑制、秩保存、以及優(yōu)化在發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間經(jīng)由 所述中繼節(jié)點(diǎn)的通信的性能。
13. 權(quán)利要求1的無線中繼節(jié)點(diǎn)，其中所述中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)一步包括 -用于基于插入所述中繼節(jié)點(diǎn)中的導(dǎo)頻信號(hào)確定所述反饋信道的信道矩陣的裝置；以及-用于基于所述反饋信道矩陣對(duì)所述NxM維濾波器矩陣進(jìn)行適配的 裝置。
14. 權(quán)利要求1的無線中繼節(jié)點(diǎn)，其中所述接收側(cè)和所述發(fā)送側(cè)被 配置用于同時(shí)工作在同一頻帶上。
15. 權(quán)利要求14的無線中繼節(jié)點(diǎn)，其中所述中繼節(jié)點(diǎn)是多天線頻 率上轉(zhuǎn)發(fā)器。
16. —種無線中繼節(jié)點(diǎn)，包括-用于同時(shí)接收和發(fā)送信息流的接收側(cè)和發(fā)送側(cè)，所述接收側(cè)和所述 發(fā)送側(cè)具有多天線；-用于接收多輸入多輸出的裝置；MIMO信號(hào)表示在所述接收側(cè)上的 維數(shù)大于1的所述信息流；-用于處理所述MIMO信號(hào)所述處理使得用于在發(fā)送側(cè)發(fā)送的所處 理信號(hào)的維數(shù)至少大于1的裝置。
17. —種無線中繼節(jié)點(diǎn)，包括-用于同時(shí)接收和發(fā)送信息流的接收側(cè)和發(fā)送側(cè)，所述接收側(cè)和所述 發(fā)送側(cè)具有多天線；-用于接收多輸入多輸出的裝置，MIMO信號(hào)表示在所述接收側(cè)上的 所述信息流，所述接收到的MIMO信號(hào)具有多個(gè)MIMO子流；-用于處理所述接收到的MIMO信號(hào)使得用于在發(fā)送側(cè)發(fā)送的所處 理信號(hào)的MIMO子流的數(shù)量至少大于1的裝置。
18. —種中繼網(wǎng)絡(luò)，包括根據(jù)上述要求的任何一項(xiàng)的無線中繼節(jié)點(diǎn)。
19. 一種用于確定無線中繼節(jié)點(diǎn)的自干擾抵消濾波器的方法，該無線中繼節(jié)點(diǎn)具有用于同時(shí)接收和發(fā)送信息流的接收側(cè)和發(fā)送側(cè)，其中所 述方法包括步驟-確定從所述發(fā)送側(cè)到所述接收側(cè)的多天線相關(guān)反饋信道的信道矩陣，所述接收側(cè)和發(fā)送側(cè)中至少一個(gè)具有多天線；以及-根據(jù)所述反饋信道矩陣，確定所述自干擾抵消濾波器為NxM維濾 波器矩陣，其中N和M中至少一個(gè)大于1。
20. 權(quán)利要求19的方法，其中所述無線中繼節(jié)點(diǎn)是頻率上中繼節(jié)點(diǎn)。
21. —種用于無線中繼節(jié)點(diǎn)的自干擾抵消濾波器，所述中繼節(jié)點(diǎn)具 有用于同時(shí)接收和發(fā)送信息流的接收側(cè)和發(fā)送側(cè)，其中所述濾波器基于 NxM維濾波器矩陣，該濾波器矩陣取決于從所述中繼節(jié)點(diǎn)的所述發(fā)送 側(cè)到所述接收側(cè)的多天線相關(guān)反饋信道，其中N和M中至少一個(gè)大于1 。
22. 權(quán)利要求21的濾波器，其中所述無線中繼節(jié)點(diǎn)是頻率上中繼 節(jié)點(diǎn)。
全文摘要
無線中繼節(jié)點(diǎn)(100)包括接收側(cè)(110)和發(fā)送側(cè)(120)，適應(yīng)同時(shí)接收和發(fā)送信息流，并且兩側(cè)中的至少一個(gè)具有用于多天線操作的多天線。在內(nèi)部設(shè)計(jì)中，無線中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)一步被配置(130)用于基于(取決于多天線相關(guān)反饋信道的)N×M維濾波器矩陣(135)來抵消來自(從發(fā)送側(cè)到接收側(cè)的)多天線相關(guān)反饋信道的信號(hào)反饋，其中N和M至少一個(gè)大于1。這樣以來，有效地獲得從無線中繼節(jié)點(diǎn)的輸出到輸入的多天線相關(guān)反饋信號(hào)的自干擾抵消。
文檔編號(hào)H04B7/15GK101479961SQ200680055227
公開日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2006年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月3日
發(fā)明者M·普里茨, P·拉森 申請(qǐng)人:艾利森電話股份有限公司