專利名稱：基于天線協(xié)同的蜂窩系統(tǒng)上行鏈路干擾抑制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動通信領(lǐng)域，具體涉及一種蜂窩系統(tǒng)上行鏈路干擾抑制方法。
背景技術(shù)：
蜂窩無線通信系統(tǒng)存在多種干擾，包括同頻干擾、小區(qū)間干擾、小區(qū)內(nèi)干擾、多用戶干擾以及異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)干擾等。目前已有很多方法來解決這些干擾，如波束賦形、干擾隨機化、干擾消除、干擾協(xié)調(diào)等。其中干擾消除技術(shù)主要是基于干擾重構(gòu)/減去，通過將干擾信號解調(diào)/解碼后，對該干擾信號進行重構(gòu)，然后從接收信號中減去。這是干擾消除的最理想方法，但需要系統(tǒng)在資源分配、信號形式獲得、小區(qū)間同步、交織器設(shè)計、信道估計等提出更高的要求或更多的限制，所以目前不太實用。并且當(dāng)終端和基站間的鏈路較差時，某終端到達基站的上行信號會很弱。這時若在基站附近有一個很強的干擾，定向天線的旁瓣或后瓣可以把這個較大的干擾信號接收進來，放大后的干擾信號可以與有用信號能量相當(dāng)，對有用信號產(chǎn)生較大影響。如何對這種上行鏈路干擾進行抑制是亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了消除蜂窩系統(tǒng)中定向天線旁瓣或后瓣方向的強干擾，實現(xiàn)對蜂窩系統(tǒng)的上行鏈路的干擾抑制，從而提供一種基于天線協(xié)同的蜂窩系統(tǒng)上行鏈路干擾抑制方法?；谔炀€協(xié)同的蜂窩系統(tǒng)上行鏈路干擾抑制方法，它在蜂窩系統(tǒng)基站側(cè)接收機中增加全向天線處理通路，所述全向天線通路中的全向天線設(shè)置在距定向天線3 5倍的半波長處；該干擾抑制方法由以下步驟實現(xiàn)步驟一、采用定向天線和全向天線同步接收無線信號；將所述定向天線接收到的無線信號采用低噪聲放大器進行放大，獲得定向天線通路放大信號；將全向天線接收到的無線信號采用增益可調(diào)的低噪聲放大器進行放大，獲得全向天線通路放大信號；步驟二、將步驟一中獲得的定向天線通路放大信號進行下變頻處理，獲得定向天線通路下變頻信號；將步驟一中獲得的全向天線通路放大信號進行下變頻處理，獲得全向天線通路下變頻信號；步驟三、將步驟二中獲得的定向天線通路下變頻信號進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，獲得定向天線通路數(shù)字信號；將步驟二中獲得的全向天線通路下變頻信號進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，獲得全向天線通路數(shù)字信號；步驟四、將步驟三中獲得的定向天線通路數(shù)字信號進行濾波，獲得定向天線通路濾波信號；將步驟三中獲得的全向天線通路數(shù)字信號進行濾波，獲得全向天線通路濾波信號;步驟五、判斷全向天線通路是否處于工作狀態(tài)，如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟五一；如果判斷結(jié)果為否，則執(zhí)行步驟五二 ；步驟五一、將定向天線通路濾波信號采用時延調(diào)整模塊進行時延調(diào)整，獲得定向天線通路時延調(diào)整信號；將全向天線通路濾波信號采用時延調(diào)整模塊進行時延調(diào)整，獲得全向天線通路時 延調(diào)整信號；并執(zhí)行步驟六；步驟五二、全向天線通路結(jié)束信號傳輸，將定向天線通路濾波信號進行解調(diào)后輸出，結(jié)束基于天線協(xié)同的蜂窩系統(tǒng)干擾抑制；步驟六、將步驟五一獲得的定向天線通路時延調(diào)整信號和全向天線通路時延調(diào)整信號進行相減，獲得相減后的信號；步驟七、將步驟六獲得的相減后的信號進行同步判斷，即判斷相減后的信號和本地導(dǎo)頻序列的均方誤差值是否達到最?。?所述最小值可以由MMSE算法給出)如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟七一；如果判斷結(jié)果為否，則執(zhí)行步驟七二 ；步驟七一、將步驟六獲得的相減后的信號進行解調(diào)，并輸出，完成基于天線協(xié)同的蜂窩系統(tǒng)干擾抑制；步驟七二、根據(jù)同步判斷結(jié)果給出增益調(diào)整值和時延調(diào)整值，并輸出增益調(diào)整值給增益可調(diào)的低噪聲放大器，輸出時延調(diào)整值給時延調(diào)整模塊，實現(xiàn)對接收信號的時序進行調(diào)整直至MSE值達收斂至最小，將相減后的信號進行解調(diào)，并輸出，完成基于天線協(xié)同的蜂窩系統(tǒng)干擾抑制。步驟五一中所述將定向天線通路濾波信號采用時延調(diào)整模塊進行時延調(diào)整的方法是將定向天線通路濾波信號采用一號緩存器進行存儲，并對一號緩存器進行時序控制，進而輸出定向天線通路時延調(diào)整信號。步驟五一中所述將全向天線通路濾波信號采用時延調(diào)整模塊進行時延調(diào)整的方法是將全向天線通路濾波信號采用二號緩存器進行存儲，并對二號緩存器進行時序控制，進而輸出全向天線通路時延調(diào)整信號。步驟七中所述將步驟六獲得的相減后的信號進行同步判斷，輸出增益調(diào)整值和時延調(diào)整值的方法是將相減后的信號進行存儲，并將該相減后的信號與本地導(dǎo)頻序列采用MSE模塊進行MSE估計，獲得MSE估計值；并根據(jù)所述MSE估計結(jié)果，采用基于MMSE的二維搜索方法輸出增益和時延調(diào)整值。本發(fā)明能夠有效消除定向天線旁瓣或后瓣方向的強干擾，實現(xiàn)對蜂窩系統(tǒng)的上行鏈路進行干擾抑制。


圖I是本發(fā)明的蜂窩系統(tǒng)上行鏈路干擾抑制方法的信號流程示意圖；圖2是時延調(diào)整單元的信號處理流程示意圖；圖3是同步判斷單元的信號處理流程示意圖；圖4是全向天線的天線方向示意圖；圖5是定向天線的天線方向示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一、結(jié)合圖I至5說明本具體實施方式
，基于天線協(xié)同的蜂窩系統(tǒng)上行鏈路干擾抑制方法，它在蜂窩系統(tǒng)基站側(cè)接收機中增加全向天線處理通路，所述全向天線通路中的全向天線設(shè)置在距定向天線3 5倍的半波長處；該干擾抑制方法由以下步驟實現(xiàn) 步驟一、采用定向天線和全向天線同步接收無線信號；將所述定向天線接收到的無線信號采用低噪聲放大器進行放大，獲得定向天線通路放大信號；將全向天線接收到的無線信號采用增益可調(diào)的低噪聲放大器進行放大，獲得全向天線通路放大信號；步驟二、將步驟一中獲得的定向天線通路放大信號進行下變頻處理，獲得定向天線通路下變頻信號；將步驟一中獲得的全向天線通路放大信號進行下變頻處理，獲得全向天線通路下變頻信號；步驟三、將步驟二中獲得的定向天線通路下變頻信號進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，獲得定向天線通路數(shù)字信號；將步驟二中獲得的全向天線通路下變頻信號進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，獲得全向天線通路數(shù)字信號；步驟四、將步驟三中獲得的定向天線通路數(shù)字信號進行濾波，獲得定向天線通路濾波信號；將步驟三中獲得的全向天線通路數(shù)字信號進行濾波，獲得全向天線通路濾波信號;步驟五、判斷全向天線通路是否處于工作狀態(tài)，如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟五一；如果判斷結(jié)果為否，則執(zhí)行步驟五二 ；步驟五一、將定向天線通路濾波信號采用時延調(diào)整模塊進行時延調(diào)整，獲得定向天線通路時延調(diào)整信號；將全向天線通路濾波信號采用時延調(diào)整模塊進行時延調(diào)整，獲得全向天線通路時延調(diào)整信號；并執(zhí)行步驟六；步驟五二、全向天線通路結(jié)束信號傳輸，將定向天線通路濾波信號進行解調(diào)后輸出，結(jié)束基于天線協(xié)同的蜂窩系統(tǒng)干擾抑制；步驟六、將步驟五一獲得的定向天線通路時延調(diào)整信號和全向天線通路時延調(diào)整信號進行相減，獲得相減后的信號；步驟七、將步驟六獲得的相減后的信號進行同步判斷，即判斷相減后的信號和本地導(dǎo)頻序列的均方誤差值是否達到最小；(所述最小值可以由MMSE算法給出)如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟七一；如果判斷結(jié)果為否，則執(zhí)行步驟七二 ；步驟七一、將步驟六獲得的相減后的信號進行解調(diào)，并輸出，完成基于天線協(xié)同的蜂窩系統(tǒng)干擾抑制；步驟七二、根據(jù)同步判斷結(jié)果給出增益調(diào)整值和時延調(diào)整值，并輸出增益調(diào)整值給增益可調(diào)的低噪聲放大器，輸出時延調(diào)整值給時延調(diào)整模塊，實現(xiàn)對接收信號的時序進行調(diào)整直至MSE值達收斂至最小，將相減后的信號進行解調(diào)，并輸出，完成基于天線協(xié)同的蜂窩系統(tǒng)干擾抑制。步驟五一中所述將定向天線通路濾波信號采用時延調(diào)整模塊進行時延調(diào)整的方法是將定向天線通路濾波信號采用一號緩存器進行存儲，并對一號緩存器進行時序控 制，進而輸出定向天線通路時延調(diào)整信號。步驟五一中所述將全向天線通路濾波信號采用時延調(diào)整模塊進行時延調(diào)整的方法是將全向天線通路濾波信號采用二號緩存器進行存儲，并對二號緩存器進行時序控制，進而輸出全向天線通路時延調(diào)整信號。具體為上述全向天線通路信號和定向天線通路信號都送入時延調(diào)整單元，根據(jù)后端同步判斷單元反饋回的時延調(diào)整值對信號進行延時處理，保證兩路干擾信號在時序上對齊。具體調(diào)整過程如圖2所示，將兩路信號分別送入一號緩存器和二號緩存器進行緩存，時序控制模塊根據(jù)時延調(diào)整值控制兩個緩存器的輸出，若無時延調(diào)整反饋，則緩存器正常輸出；若有時延調(diào)整反饋，緩存器關(guān)閉若干個時序后，再打開輸出。步驟七中所述將步驟六獲得的相減后的信號進行同步判斷，輸出增益調(diào)整值和時延調(diào)整值的方法是將相減后的信號進行存儲，并將該相減后的信號與本地導(dǎo)頻序列采用MSE模塊進行MSE估計，獲得MSE估計值；并根據(jù)所述MSE估計結(jié)果判斷增益和時延調(diào)整值。具體為相減后的信號送入同步判斷單元進行同步判斷，具體如圖3所示。接收到的導(dǎo)頻序列和本地存儲的導(dǎo)頻序列信號進行MSE估計，并依據(jù)估計結(jié)果對干擾信號的時延和增益進行調(diào)整。調(diào)整過程是一個二維搜索過程，其中一維是兩路信號的時延，另一維是LNA的增益。搜索原則為先將LNA的增益固定，將兩路信號的時延調(diào)整值在0 T之間遍歷，其中T = d/c,d是全向天線和定向天線距離，c為電磁波傳播速度。若經(jīng)多次時延調(diào)整，MSE值仍達不到最小，則將時延固定，將LNA的增益在合適范圍內(nèi)遍歷。得出的增益和時延調(diào)整值分別反饋至前端LNA和時延調(diào)整模塊。如此反復(fù)，將干擾信號抵消。步驟一中增加全向天線干擾信號處理通路，全向天線接收到的信號經(jīng)過低噪放進行增益處理，增益因子為GbadZGramit5且低噪放的增益可根據(jù)后端同步判斷單元反饋的增益調(diào)整值進行相應(yīng)的增益調(diào)整。步驟七二中時延調(diào)整值位于0 T之間,所述T = d/c, d是全向天線和定向天線距離，c為電磁波傳播速度。工作原理本發(fā)明提出了一種基于天線協(xié)同的蜂窩系統(tǒng)上行鏈路干擾抑制方法。本發(fā)明在蜂窩基站的定向天線旁安置一個全向天線，當(dāng)定向天線旁瓣方向或后瓣方向存在強干擾時，可通過全向天線收集這些干擾信號，將定向天線和全向天線捕獲到的信號加權(quán)相減處理，消除干擾。以后瓣方向存在干擾為例，對聯(lián)合干擾抑制方法的原理進行描述如下如圖4和圖5所示，假設(shè)定向天線主瓣的增益為G111，后瓣增益為Gbadt，有用信號和干擾信號在接收天線處的功率分別為已(mW)和PiOiiW),全向天線增益為6。_。定向天線引入的白噪聲功率為N1 (mff)，全向天線引入的白噪聲為N2 (mff)。定向天線接收到的有用信號功率為Pm = GmPr ;來自后瓣方向的干擾信號為Pid =GbackPi ;全向天線接收到的有用信號功率為Pm’ = G_^ ;全向天線接收到的干擾信號為Pit/=G0nmiPio對全向天線接收到的信號進行增益為GbadZGrami的處理，全向天線通路得到的有用信號為Pr。= GbadtPr,干擾信號為Pi。= GbadtPi,全向天線通路引入的白噪聲為GbadZGranniN2t5原系統(tǒng)不使用全向天線，僅采用定向天線接收時，接收到的有用信號和干擾信號的信干噪比SINRd為si\h\t = ~'^― = -JiZl_⑴
Pi,! + 'I ('h,rk + 'I在本系統(tǒng)中引入全向天線，與定向天線協(xié)作抑制干擾，具體做法為將定向天線和全向天線接收到的信號進行加權(quán)相減，得到的有用信號部分為A(d-。)= (GfflPr-GbackPr);得到的干擾信號為Pi(d_。)= (Gback-Gback)Pi = O。接收信號的信干噪比SINR(d_。)為
SINRu , = -- = GmPr ~ H~(2)
、)P1U-O, + -V1 + Gback / GmniX2 X1 + Gback / GmN2^由式⑴和式⑵比較可知，引入全向天線后，可以消除干擾項GbadtPi,但同時對有用信號削弱GbacJV并引入白噪聲GbadZGramiNy舉例分析，假定定向天線的主瓣增益Gm為18dBi，后瓣增益Gbaek為_3dBi，全向天線的增益6。_為I IdBi，到達天線的有用信號P,為-90dBm(LTE標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定參考測量信道編號為FRC Al-I時，LTE基站接收機靈敏度為-106. 8dBm)，到達天線的干擾信號Pi為-70dBm。原系統(tǒng)接收到的干擾信號GbadtPi為_73dBm，接收到的有用信號Gn^為_72dBm，可見干擾信號與有用信號能量相當(dāng)，影響正確接收。引入本方法后，干擾項被消除，全向天線干擾信號處理通路對有用信號造成的削弱項Gba。兄為-93dBm，而有用信號Gn^為_72dBm，削弱部分與有用信號相比差21dB，可以忽略。此時經(jīng)過增益處理，全向天線引入的白噪聲N2壓縮了 -14dB (GbadZGrami)，也可以忽略不計。所以，此方法在消除干擾信號的基礎(chǔ)上，對有用信號削弱的影響和引入的白噪聲很小，能夠有效抑制上行鏈路干擾。本方法在原系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，引入全向天線通路。全向天線通路的下變頻、模數(shù)轉(zhuǎn)換、濾波單元和定向天線通路是一致的，干擾信號處理通路的增益可根據(jù)需要進行調(diào)整，并對信號進行GbadZGranni的增益處理。此外，系統(tǒng)引入信號時延調(diào)整單元，對兩路信號進行延時調(diào)整，保證兩路干擾信號在進行相減操作時時序是一致的。其中干擾信號的增益調(diào)整值和時延調(diào)整值由后端同步判斷單元采用基于MMSE的二維搜索方法給出。通過本方法可以有效消除定向天線旁瓣或后瓣方向的強干擾，進行上行鏈路干擾抑制。
權(quán)利要求
1.基于天線協(xié)同的蜂窩系統(tǒng)上行鏈路干擾抑制方法，其特征是它在蜂窩系統(tǒng)基站側(cè)接收機中增加全向天線處理通路，所述全向天線通路中的全向天線設(shè)置在距定向天線3 5倍的半波長處；該干擾抑制方法由以下步驟實現(xiàn)步驟一、采用定向天線和全向天線同步接收無線信號；將所述定向天線接收到的無線信號采用低噪聲放大器進行放大，獲得定向天線通路放大信號；將全向天線接收到的無線信號采用增益可調(diào)的低噪聲放大器進行放大，獲得全向天線通路放大信號；步驟二、將步驟一中獲得的定向天線通路放大信號進行下變頻處理，獲得定向天線通路下變頻信號；將步驟一中獲得的全向天線通路放大信號進行下變頻處理，獲得全向天線通路下變頻信號;步驟三、將步驟二中獲得的定向天線通路下變頻信號進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，獲得定向天線通路數(shù)字信號；將步驟二中獲得的全向天線通路下變頻信號進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，獲得全向天線通路數(shù)字信號;步驟四、將步驟三中獲得的定向天線通路數(shù)字信號進行濾波，獲得定向天線通路濾波信號;將步驟三中獲得的全向天線通路數(shù)字信號進行濾波，獲得全向天線通路濾波信號； 步驟五、判斷全向天線通路是否處于工作狀態(tài)，如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟五一； 如果判斷結(jié)果為否，則執(zhí)行步驟五二 ；步驟五一、將定向天線通路濾波信號采用時延調(diào)整模塊進行時延調(diào)整，獲得定向天線通路時延調(diào)整信號；將全向天線通路濾波信號采用時延調(diào)整模塊進行時延調(diào)整，獲得全向天線通路時延調(diào)整信號；并執(zhí)行步驟六；步驟五二、全向天線通路結(jié)束信號傳輸，將定向天線通路濾波信號進行解調(diào)后輸出，結(jié)束基于天線協(xié)同的蜂窩系統(tǒng)干擾抑制；步驟六、將步驟五一獲得的定向天線通路時延調(diào)整信號和全向天線通路時延調(diào)整信號進行相減，獲得相減后的彳目號；步驟七、將步驟六獲得的相減后的信號進行同步判斷，即判斷相減后的信號和本地導(dǎo)頻序列的均方誤差值是否達到最小；如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟七一；如果判斷結(jié)果為否，則執(zhí)行步驟七二 ；步驟七一、將步驟六獲得的相減后的信號進行解調(diào)，并輸出，完成基于天線協(xié)同的蜂窩系統(tǒng)干擾抑制；步驟七二、根據(jù)同步判斷結(jié)果給出增益調(diào)整值和時延調(diào)整值，并輸出增益調(diào)整值給增益可調(diào)的低噪聲放大器，輸出時延調(diào)整值給時延調(diào)整模塊，實現(xiàn)對接收信號的時序進行調(diào)整直至MSE值達收斂至最小，將相減后的信號進行解調(diào)，并輸出，完成基于天線協(xié)同的蜂窩系統(tǒng)干擾抑制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基干天線協(xié)同的蜂窩系統(tǒng)上行鏈路干擾抑制方法，其特征在于步驟五一中所述將定向天線通路濾波信號采用時延調(diào)整模塊進行時延調(diào)整的方法是 將定向天線通路濾波信號采用一號緩存器進行存儲，并對一號緩存器進行時序控制，進而輸出定向天線通路時延調(diào)整信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基干天線協(xié)同的蜂窩系統(tǒng)上行鏈路干擾抑制方法，其特征在于步驟五一中所述將全向天線通路濾波信號采用時延調(diào)整模塊進行時延調(diào)整的方法是 將全向天線通路濾波信號采用二號緩存器進行存儲，并對二號緩存器進行時序控制，進而輸出全向天線通路時延調(diào)整信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基干天線協(xié)同的蜂窩系統(tǒng)上行鏈路干擾抑制方法，其特征在于步驟七中所述將步驟六獲得的相減后的信號進行同步判斷，輸出增益調(diào)整值和時延調(diào)整值的方法是 將相減后的信號進行存儲，并將該相減后的信號與本地導(dǎo)頻序列采用MSE模塊進行MSE估計，獲得MSE估計值；并根據(jù)所述MSE估計結(jié)果，采用基于MMSE的ニ維搜索方法輸出增益和時延調(diào)整值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基干天線協(xié)同的蜂窩系統(tǒng)上行鏈路干擾抑制方法，其特征在于步驟七ニ中時延調(diào)整值位于O T之間，所述T = d/c, d是全向天線和定向天線距離，C為電磁波傳播速度。
全文摘要
基于天線協(xié)同的蜂窩系統(tǒng)上行鏈路干擾抑制方法，涉及移動通信領(lǐng)域。它是為了消除蜂窩系統(tǒng)中定向天線旁瓣或后瓣方向的強干擾，實現(xiàn)對蜂窩系統(tǒng)的上行鏈路的干擾抑制。本發(fā)明在蜂窩系統(tǒng)的基站側(cè)接收機中引入全向天線通路，全向天線通路的下變頻、模數(shù)轉(zhuǎn)換、濾波單元和定向天線通路是一致的，但該通路的增益可根據(jù)需要進行調(diào)整，并對信號進行Gback/Gomni的增益處理。此外，系統(tǒng)引入信號時延調(diào)整單元，對兩路信號進行延時調(diào)整，保證兩路干擾信號在進行相減操作時時序是一致的。其中干擾信號的增益調(diào)整值和時延調(diào)整值由后端同步判斷單元采用基于MMSE的二維搜索方法給出。本發(fā)明適用于蜂窩系統(tǒng)上行鏈路的干擾抑制。
文檔編號H04L25/02GK102983899SQ20121050511
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者沙學(xué)軍, 李月, 吳宣利, 邱昕, 吳瑋, 葉亮, 李卓明 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)