Ofdm信号与矢量子空间内演化的权重矢量的干扰减小的制作方法

文档序号:7941874阅读:196来源:国知局
专利名称:Ofdm信号与矢量子空间内演化的权重矢量的干扰减小的制作方法
技术领域
本发明涉及减小包括根据频率和时间维度分离分布的码元的无线电信号干扰。这 些码元,例如,已经历根据正交频分复用OFDM的调制。更具体地,本发明涉及迭代地减小与 无线电信号混合的干扰。
背景技术
本发明发现尤其是专业移动无线电(PMR)系统领域内的应用。根据正交频分复用OFDM调制的无线电信号分布在大量子载波中,该无线电信号 处于相对这些子载波之间间隔的宽频带内。因此信号在不同子载波上由发射机发出以使能 处理由接收机接收的信号以恢复发出的信号,不管由于信号的多传输路径的潜在破坏干扰 如何。在信号传输过程中,在发射机和接收机之间信号所承受的噪声和干扰使信号接收 劣化。噪声和干扰的不充分处理导致高解码误码率。在目前技术水平下,可通过将来自由多个天线分别接收的信号组合的信号与发射 信号的估计进行比较而处理噪声和干扰。在图1中给出一例,其中两个接收天线分别具有接收的信号A和r2。分别将权重 W1和W2施加于信号和r2,并随后将这两个加权信号求和以获得信号r’,从其减去所发射 信号的估计d。使所得到的差信号函数ε最小化。例如,对于该帧的码元,使ε值的平方 标准和最小化。最后,处理信号r’以估计发射的信号。可以已知发射信号的估计是来自接收机的先验值,通常是,例如,插入每个发射帧 并从发射机和接收机获知的导频码元。也可通过在不同天线上接收的信号的初步处理获得 发射信号的估计,例如,使用已知为MRC(最大比率组合)的技术。可迭代地应用图1描述的处理,部分或完全地用迭代i次估计出的数据作为下一 次迭代i+Ι的发射信号的估计d。通过在每次迭代中估计发射信号并针对OFDM帧的每个码 元计算发射信号的估计和由多个天线分别接收的信号加权和之间的差直到该差趋向于极 限值为止而减小噪声和干扰。由不同天线接收的信号的组合有助于抑制或减小残留在结果信号中的干扰水平。 通过将该加权信号与发射信号(更准确地说是发射信号的估计)比较,可优化将要施加于 由不同天线接收的每个信号的权重,从而抑制或减小存在的干扰。本发明的目的是良好地增进数字无线电通信接收机中接收的信号的干扰降低,尤 其是增进接收信号中的码元的码元解码能力并降低解码误码率。

发明内容
为了达到这个目的,一种减小由接收机通过传输信道接收的每一个包括根据频率 和时间维度分布并对应于共发射信号的码元的至少两个信号的干扰的方法,其特征在于, 对于每个接收的信号帧,包括步骤
通过与接收机的各天线关联的权重矢量系数分别对每个接收信号的码元加权并 通过另一权重矢量系数对发射信号估计的码元加权,这些权重矢量的每一个均为列数低于 行数的矩形矩阵与约化矢量(reduced vector)之积,确定矩阵为关联于频率扩展和时间扩 展的传输信道的物理约束条件的函数。使经加权的接收信号之和与发射信号的经加权估计之间的差函数最小化以确定 约化矢量;以及将权重矢量确定为确定的约化矢量的函数并将发射信号估计为确定的权重矢量 和接收信号的函数。根据本发明,由于信号在类似于接收信号的传输信道的信道中传输,接收机中经 解码的信号变得对于干扰较不敏感。选择矩阵为与频率扩展和时间扩展关联的传输信道的物理约束条件的函数。根据 本发明的优选实施例,关联于接收信号的矩形矩阵可类似于施加于其的相同类型物理约束 条件。根据本发明的另一特征,对于每个接收的信号帧,可从信号每个子载波的第一码 元开始直至子载波的最末码元排列帧的码元,每个子载波排在前一个之后,并且矩形矩阵 可以是源自第一和第二傅立叶矩阵的Kronecker积的矩阵。根据本发明,关联于所接收信号的矩阵的每一个均可以是源自一个矩阵的,该矩 阵是第一矩阵与第二矩阵的Kronecker积,所述第一矩阵被称为傅立叶变换(FFT)矩阵,并 具有表达沿频率轴观察到的传输信道的时间曲线上的约束条件的MXM大小,所述第二矩 阵被称为逆傅立叶变换(IFFT)矩阵,并具有表达沿时间轴观察到的传输信道的频谱上的 约束条件的MXN大小。根据本发明的其它特征,对关联于接收信号的矩形矩阵而言,可抑制对应于传输 信道最大时间扩展以上的时延分量的第一傅立叶矩阵的列,而对关联于发射信号估计的矩 形矩阵而言,可抑制对应于传输信道两倍最大时间扩展以上的时延分量的第一傅立叶矩阵 的列。此外,对关联于接收信号的矩形矩阵而言,可抑制对应于落在传输信道频率扩展范围 外侧的频率分量的第二傅立叶矩阵的列,所述频率扩展范围依赖于多普勒频率(Fmax),该多 普勒频率对应于发射机和接收机之间相对位移的最大速度,并对关联于发射信号估计的矩 形矩阵而言,可抑制对应于落在传输信道的两倍频率扩展范围外的频率分量的第二傅立叶 矩阵的列。此外,可通过遵守上述规则而抑制Kronecker积的两个矩阵中的列。根据本发明的其它特征,发射信号的估计可包括导频码元并可包括之前处理中获 得的发射码元的估计。因此可通过接收机的不同天线上接收的信号的初步处理而获得发射 信号的估计,例如使用已知为最大比率组合MRC的技术。根据本发明的一个特定实施例,可仅对接收信号帧的一些码元考虑发射信号的估 计值,并且该方法可包括使经加权的接收信号之和与发射信号经加权的估计之间的差的函 数最小化,所述差局限于所接收信号帧的所述一些码元。根据本发明,加权、最小化和确定步骤可以是迭代的,以更好地优化两个经加权的 信号之和与发射信号经加权的估计之间的差并减小发射信号估计中的误差。经加权的接收 信号之和与发射信号经加权的估计之间的差的函数可采取不同形式。本发明旨在减小该差以优化某一准则,例如,使信噪比最大化或使平均误码率最小化。根据本发明的另一特征,该方法可包括在具有作为恒量的约化矢量分量的至少一 种线性组合的约束条件下,对所接收信号帧中的全部码元,使经加权接收信号之和与发射 信号的经加权估计之间的差值的平方标准和最小化。尤其,在本发明的具体实施例中,一个 约束条件是迫使关联于发射信号估计的约化矢量的一个分量具有恒定值,并且在该约束条 件下,对所接收信号帧中的全部码元,使经加权接收信号之和与发射信号的经加权估计之 间的差值的平方标准和最小化。根据本发明的另一特征,该方法可包括使经加权接收信号之和与发射信号的经加 权估计之间的差的函数最小化,所述函数是在解调接收的信号帧中的码元之后估计出的二 进制误码率的平均值。本发明还涉及一种接收机,用于减小由该接收机通过传输信道接收的至少两个信 号中的干扰,所接收的信号的每一个均包括根据频率和时间维度分布并对应于共发射信号 的码元。该接收机的特征在于,包括通过与接收机各自的天线关联的权重矢量的系数分别对每个接收信号的码元加 权以及通过另一权重矢量的系数对发射信号的估计的码元加权的装置,所述权重矢量的每 一个为列数少于行数的矩形矩阵和约化矢量之积,确定该矩阵为关联于频率扩展和时间扩 展的传输信道的物理约束条件的函数。使经加权接收信号和与发射信号的经加权估计之间的差的函数最小化以确定约 化矢量的装置;以及将权重矢量确定为已确定约化矢量的函数并将发射信号估计为已确定权重矢量 和接收信号的函数的装置。最后,本发明涉及适于实现在接收机中的计算机程序,用于减小由接收机通过传 输信道接收的至少两个信号中的干扰,所述程序包括指令,当在所述接收机中执行程序时, 所述指令执行根据本发明的方法的步骤。


在阅读通过非限定性示例和参照相应附图给出的本发明若干实施例的如下描述 后,本发明的其它特征和优点将变得更为清楚,在附图中图1是示出减小干扰的传统方法的图;图2是示出根据本发明的干扰处理的图;图3是根据本发明的无线电通信接收机的示意性方框图;以及图4是根据本发明的干扰减小方法的算法。
具体实施例方式总的来说,下文中描述的本发明涉及数字蜂窝无线电通信网络中的无线电通信接 收机。该接收机具有至少两个接收天线并与具有一个或多个发射天线的发射机通信。例如, 发射机是基站而接收机是移动终端。在第一示例中,无线电通信网络是数字蜂窝无线电通信网络,例如GSM类(“全球 移动通信系统”)或UMTS类(“通用移动电信系统”)或WLAN类无线本地网(“无线局域网”)或WIMAX类(“环球互通微波接入”)。在第二例子中,无线电通信网是没有任何基础设施的专用无线本地网。发射机和 接收机直接并自发地彼此直接通信而不需要例如接入点或接入站或基站的任何中间通信 中央设备。在无线电通信网络中,在用户信号中的码元间的干扰以及若干用户信号间的多 址干扰是由于发射机和接收机之间的传输信道中的传输而产生的,并使接收信号的质量劣 化。可通过估计传输信道中的传递函数可以减小这种劣化,这可借助事先从接收机那里已 知的信息来实现,例如由发射机连续发出的导频序列。然后,所接收的信号包括与要发射的 数据对应的有用信号,该有用信号与干扰和附加噪声混合。在图2中给出一个例子,即接收机中的两个接收天线分别具有接收信号T1和r2的 情形。权重W1和W2分别施加于信号A和r2,并随后对两加权信号求和以获得信号r’,从中 减去通过权重Wd加权的发射信号d的估计。所得到的差ε是误差表示,使其函数最小化。 最后,处理信号r’以估计发射信号。图3示出数字无线电通信网络中包含在用于实现本发明方法的具有若干接收天 线的无线电通信接收机RE中的功能装置。接收机RE尤其包括输入模块ME、时间-频率转 换器CTF、干扰减小模块MRI、解调器DEM和解码器DEC。为了避免图3内容过多,在下文中 假设接收机包括连接于输入模块ME的至少第一接收天线AR1和第二接收天线AR2。 由接收机RE的每个接收天线ARpAR2通过传输信道接收的信号在传至时_频转换 器CTF中的快速傅立叶变换以将所接收信号从时域转换至频域之前,例如在接收机的输入 模块ME中,经过放大级、基带整形、采样和保护间隔抑制。频域的每个采样被称为子载波。 总的来说,在所接收的信号经历快速傅立叶变换之前,转换器CTF将接收适应时间滤波施 加于所接收的信号。由接收机的每个天线接收的信号由发射机作为相继帧(所谓的OFDM帧)发射,所 述相继帧包括沿时间维度和频率维度(即沿时轴和频轴)分布的码元。例如,在分成N个 码元连续时间间隔的一个帧中专门用来单独发送M个码元的M个子载波上发送信号。可通过传输信道中在给定时间间隔n(0彡η彡N_l)各自关联于子载波 m(O^m^M-l)的传递函数的复数系数Qn^1,α m,n,2建立在发射天线和接收天线ARpAR2 之间的传输信道的模型。在时-频转换器CTF的输出处,对第一接收天线AR1提供接收信号巧,可通过下列 关系式给出在第η个给定时间间隔于第m个子载波上接收的每个码元^ml rm, na = am,naX sm, n+^m,nax um, n+bm, n, ! sm,n是在第m个子载波上在第η个给定时间间隔接收的有用信号码元。Pn^1Xum, η是干扰信号的码元um, η与关联于干扰信号的传输信道的传递系数的积。积βω,η, !Xuffl, η是由第一接收天线AR1在第m个子载波上在第η个给定时间间隔接收的蜂窝内和/ 或蜂窝间干扰的表达。假设干扰信号与有用信号是同一类型的。项bm,n是由第一接收天线 AR1在第m个子载波上在第η个给定时间间隔接收的附加高斯白噪声的表达。所接收的码 元T11^1是代表由第一天线接收的信号的码元的矩阵巧的元
权利要求
一种减小通过传输信道由接收机(RE)接收的至少两个信号中的干扰的方法,所述接收信号各自包括根据频率和时间维度分布并对应于共同的发射信号的码元,其特征在于,对于每个接收的信号帧,所述方法包括以下步骤按照与所述接收机的相应各个天线关联的加权矢量(w1,w2)的系数分别对每个接收信号的码元加权(E2),并按照另一加权矢量(wd)的系数对所述发射信号(d)的估计(d)的码元加权(E2),所述加权矢量(w1,w2,wd)各自为列数低于行数的矩形矩阵(B、C、D)与约化矢量(a1,a2,ad)之积,所述矩阵被确定为是所述传输信道关联于频率张开和时间张开的物理约束条件的函数;使经加权的接收信号之和(r’)与发射信号的经加权估计之间的差的函数最小化(E3)以确定所述约化矢量;以及将所述加权矢量确定为(E4)是所确定的约化矢量的函数(w1,w2,wd)并将所述发射信号估计为是所确定的加权矢量和所述接收信号的函数。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,关联于所述接收信号的所述矩形矩阵(B、C) 是恒等。
3.如权利要求1或2所述的方法,其特征在于,对于每个接收信号帧,所述帧的码元是 从所述信号的每个子载波的第一码元开始直至所述子载波的最末码元来排列的,每个子载 波排在前一个之后,并且所述矩形矩阵是源自第一和第二傅立叶矩阵的Kronecker积的矩 阵。
4.如权利要求3所述的方法,其特征在于,对关联于所述接收信号的所述矩形矩阵(B、 C)来说,所述第一傅立叶矩阵中对应于位于超出所述传输信道的最大时间张开(、ax)之处 的时延分量的列被抑制,而对关联于所述发射信号的估计的矩形矩阵(D)来说,所述第一 傅立叶矩阵中对应于位于超出所述传输信道的双倍最大时间张开(2、ax)之处的时延分量 的列抑制。
5.如权利要求3或4所述的方法,其特征在于,对关联于所述接收信号的矩形矩阵(B、 C)来说,第二傅立叶矩阵中抑制对应于落在所述传输信道频率张开范围之外的频率分量的 列被抑制,所述频率张开范围依赖于与发射机和接收机之间的相对位移的最大速度对应的 多普勒频率(F_),而对关联于所述发射信号的估计的矩形矩阵(D)来说,第二傅立叶矩阵 中对应于落在与所述传输信道的双倍频率张开对应的范围外的频率分量的列被抑制。
6.如权利要求1-5中任何一项所述的方法,其特征在于,所述发射信号的估计(d)包括 导频码元。
7.如权利要求1-6中任何一项所述的方法,其特征在于,所述发射信号的估计(d)包括 在之前处理中获得的发射码元的估计。
8.如权利要求1-7中任何一项所述的方法,其特征在于,仅对接收信号帧的一些码元 考虑所述发射信号的估计(d)的值,并且所述方法包括使所述经加权的接收信号之和(r’) 与所述发射信号的经加权估计之间的差的函数最小化,所述差仅限于所述接收信号帧中的 所述一些码元。
9.如权利要求1-8中任何一项所述的方法,其特征在于,所述加权、最小化和确定步骤 是迭代性的。
10.如权利要求1-9中任何一项所述的方法,其特征在于,包括在所述约化矢量(ai、a2、ad)的分量至少有一种线性组合是常数的约束条件下,对所接收信号帧中的全部码元,使 经加权的接收信号之和(r’ )与所述发射信号的经加权估计之间的差的平方标准之和最小 化。
11.如权利要求l-io中任何一项所述的方法,其特征在于,包括使所述经加权的接收 信号之和(r’ )与所述发射信号的加权估计之间的差的函数最小化,所述函数是在解调所 接收信号帧中的码元之后估计出的二进制误码率的平均值。
12.一种无线电通信接收机(RE),用于减小由所述接收机通过传输信道接收的至少两 个信号Ov r2)中的干扰,所接收的信号各自包括根据频率和时间维度分布并对应于共同 的发射信号的码元,其特征在于,所述接收机包括按照与所述接收机的相应各个天线关联的加权矢量(Wl,W2)的系数分别对每个接收信 号的码元加权以及按照另一加权矢量(wd)的系数对发射信号的估计(d)的码元加权的装 置(MRI),所述权重矢量(wi,w2,wd)各自为列数少于行数的矩形矩阵(B,C,D)与约化矢量 (a” a2, ad)之积,所述矩阵被确定为是所述传输信道关联于频率张开和时间张开的物理约 束条件的函数;使经加权接收信号之和(r’ )与发射信号的经加权估计之间的差的函数最小化以确定 所述约化矢量的装置(MRI);以及将加权矢量(Wl,W2,Wd)确定为是所确定的约化矢量的函数并将所述发射信号估计为是 所确定的加权矢量和所述接收信号的函数的装置(MRI)。
13.—种适于在接收机(RE)中实现以减小通过传输信道由接收机(RE)接收的至少两 个信号Ov r2)中的干扰的计算机程序,所述接收信号各自包括根据频率和时间维度分布 并对应于共同的发射信号的码元,所述程序的特征在于,包括当在所述接收机中执行所述 程序时实现下列步骤的程序指令按照与所述接收机的相应各个天线关联的加权矢量(Wl,W2)的系数分别对每个接收信 号的码元加权(E2)并按照另一加权矢量(wd)的系数对发射信号(d)的估计(d)的码元加 权(E2),所述加权矢量(Wl,w2, wd)各自为列数低于行数的矩形矩阵(B、C、D)与约化矢量 (a” a2, ad)之积,所述矩阵被确定为是所述传输信道关联于频率张开和时间张开的物理约 束条件的函数;使经加权的接收信号之和(r’)与发射信号的经加权估计之间的差的函数最小化(E3) 以确定所述约化矢量;以及将所述加权矢量确定为(E4)所确定的约化矢量的函数(wi,w2,wd)并将所述发射信号 估计为是所确定的加权矢量和所述接收信号的函数。
全文摘要
为了减小通过传输信道由接收机接收的信号的干扰,每个信号包括根据频率和时间维度分布并对应于共发射信号的码元,接收机通过对矢量子空间中演化的矢量加权而对发射信号和接收信号的估计进行加权,所述矢量子空间代表发射机和接收机之间的信号传输信道的时间变化和频率变化。由矩阵定义这些矢量子空间,抑制所述矩阵的一些列作为信道的频率和时间约束条件的函数。接收机使经加权的接收信号之和与发射信号的加权估计之间的差的函数最小化,以将发射信号估计为权重矢量和接收信号的函数。
文档编号H04L25/03GK101939935SQ200880120831
公开日2011年1月5日 申请日期2008年12月9日 优先权日2007年12月11日
发明者L·费蒂, L·马蒂诺德, P·梅热 申请人:易兹安全网络公司
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