用于抑制由具有两个或更多个天线的设备接收的信号中的干扰的系统和方法
【专利摘要】本发明提供了用于抑制来自接收设备处接收的数据信号的干扰的系统和方法，所述接收设备具有两个或更多个接收天线。估计信道的特性，所述信道是发送设备通过其将所述数据信号发送至所述接收设备的信道。基于估计的所述信道的特性，确定在所述接收设备的两个或更多个接收天线处接收的干扰和噪声的空间相关性。所述空间相关性指示在所述接收天线中的一个特定接收天线处接收的干扰和噪声如何与在所述接收天线中的另一个接收天线处接收的干扰和噪声相关。使用所述干扰和噪声的空间相关性来抑制来自所述接收设备处接收的数据信号的干扰和噪声。
【专利说明】用于抑制由具有两个或更多个天线的设备接收的信号中的干扰的系统和方法
[0001]相关串请的交叉引用
[0002]本公开要求于2011年10月19日提交的第61/548，848号美国临时专利申请的优先权，该美国临时申请通过引用被并入本文。
[0003]本申请与于2012年 10 月提交的名称为“System and Methods for Interference
Suppression (用于干扰抑制的系统和方法)”(REF:MP4331)的美国专利申请第_号有
关，该美国专利申请的全部内容通过引用被并入本文。
【技术领域】
[0004]本文献中所描述的技术一般涉及无线通信，更具体地，涉及用于减少在包括两个或更多个接收天线的设备处接收的信号中的干扰的系统和方法。
【背景技术】
[0005]在无线通信领域中，SMO(单入多出)和MMO(多入多出)技术已经用于实现增加的数据吞吐量和链路范围而不需要附加的带宽或增加的传输功率。两种技术都在接收器上利用多个接收天线来实现具有存在于发送器与接收器之间的多个正交信道的多路径丰富环境。数据信号可在这些信道上并行传输，因此实现了增大的数据吞吐量和链路范围。由于其有利属性，SMO和MMO技术已经用于无线通信标准中，例如IEEE802.1ln(WiFi)、4G、3GPP 长期演进(LTE)、WiMAX 和 HSPA+。
[0006]尽管通过SMO和MMO系统提高了性能，但是由接收设备接收的数据信号中的干扰可对这些系统中的吞吐量和可靠性具有重大影响。在采用SMO和MMO的LTE系统中，例如，尤其随着小区尺寸减小，干扰可能是性能的主要限制。
【发明内容】
[0007]本公开涉及用于抑制来自接收设备处接收的数据信号的干扰的系统和方法，所述接收设备具有两个或更多个接收天线。在用于抑制来自接收设备处接收的数据信号的干扰的方法中，所述接收设备具有两个或更多个接收天线，估计信道的特性，所述信道是发送设备通过其将所述数据信号发送至所述接收设备的信道。基于估计的所述信道的特性，确定在所述接收设备的两个或更多个接收天线处接收的干扰和噪声的空间相关性。所述空间相关性指示在所述接收天线中的一个特定接收天线处接收的干扰和噪声如何与在所述接收天线中的另一个接收天线处接收的干扰和噪声相关。使用所述干扰和噪声的空间相关性来抑制来自所述接收设备处接收的数据信号的干扰和噪声。
[0008]在另一实施例中，用于抑制来自具有两个或更多个接收天线的接收设备处接收的数据信号的干扰的系统包括信道估计块，所述信道估计块被配置为估计信道的特性，发送设备通过所述信道将所述数据信号发送至所述接收设备。所述系统还包括空间相关块，所述空间相关块被配置为基于估计的所述信道的特性，确定在所述接收设备的两个或更多个接收天线处接收的干扰和噪声的空间相关性。所述空间相关性指示在所述接收天线中的一个特定接收天线处接收的干扰和噪声如何与在所述接收天线中的另一个接收天线处接收的干扰和噪声相关。所述系统还包括滤波块，所述滤波块被配置为使用所述干扰和噪声的空间相关性来抑制来自所述接收设备处接收的数据信号的干扰和噪声。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是利用抗干扰滤波器来减少在接收器处接收的数据信号中的干扰的示例性通信系统的框图；
[0010]图2是描绘了利用抗干扰滤波器来抑制在接收器处接收的信号中的干扰的SIMO系统的框图；
[0011]图3是示出了使用导频序列数据估计传输信道的特性的系统的框图；
[0012]图4A和4B示出了其中小区间干扰在具有两个或更多个接收天线的接收设备处被接收的示例性系统；
[0013]图5示出了其中多用户干扰在具有两个或更多个接收天线的接收设备处被接收的示例性系统；
[0014]图6是示出了使用抗干扰滤波器实现的示例性吞吐量改善的曲线图；
[0015]图7是示出了用于抑制来自在具有两个或更多个接收天线的接收设备处接收的数据信号的干扰的方法的流程图；以及
[0016]图8描绘了抑制来自接收的数据信号的滤波器。 【具体实施方式】
[0017]图1是利用抗干扰滤波器102来减少在接收器104处接收的数据信号中的干扰的示例性通信系统100的框图。在图1的示例性通信系统100中，输入数据流106被发送器108接收，随后在多个发送天线110上被发送。发送天线110使用多个信号Xl，...，xn发送输入数据流106，其中η等于发送器108的发送天线的数目。多个(数据)信号Xl，...，Xn经由信道112被传输至接收器104的接收天线114。信道112影响传输的多个信号X1,...，Xn,使得这些信号的修改版本yi，...，ym在接收天线114上被接收，其中m等于接收器104的接收天线的数目。在接收天线114上接收的信号yi，...，^可因信道112的属性、接收天线114处的干扰和/或信道112的噪声而根据发送的信号X1,...，Xn被修改。系统100可一般通过下面的等式来描述:
[0018]y = Hx+z (等式 I)
[0019]其中H是定义信道112特性的信道矩阵，X是定义由发送器108发送的多个信号X1,...,Xn的数据矩阵，y是定义在接收天线114上接收的多个信号yi，...，ym的数据矩阵，以及Z是影响信号X1,...，Xn传输的噪声矩阵。典型地，当多个发送器天线110被采用时，在发送器108处使用预编码或波束成形。在此单用户情况下，在信道矩阵H中包括发送器天线权重。下文讨论多用户情况。
[0020]在等式I中，信道矩阵H定义了传输信道的特性，一般地，还定义了造成将要在接收天线114处被接收的干扰的干扰 信道的特性。如上所述，接收的信号yi，...，ym因接收天线114处的干扰而从原始发送的信号Xl，...，Xn被修改。为了抑制在接收器104处接收的干扰，抗干扰滤波器102用于对接收的信号y1;...，ym进行滤波并且将滤波后的信号输ywi，...，ywm输出至接收器104。接收信号的滤波版本ywl,...，ywm与它们的接收版本Y1,...，比具有减少的干扰。通过使用滤波信号ywl，...，ywm，接收器104生成输出数据流116。输出数据流116可包括滤波信号ywl，yWffl的总和，或可基于滤波信号的不同组合。
[0021]由抗干扰滤波器102执行的滤波通过对接收器104的接收天线114之间的空间干扰进行去相关来抑制接收信号n，...，ym中的干扰。干扰可以在接收天线114之间被空间上相关，从而抗干扰滤波器102通过对天线114之间的干扰进行去相关来抑制干扰。接收天线114之间的干扰的空间相关性指示在接收天线114中的一个特定接收天线处接收的干扰如何与在接收天线114中的另一个接收天线处接收的干扰相关。由滤波器102执行的滤波因此可以是被配置为对接收天线114之间的干扰进行去相关的空间白化过程。
[0022]抗干扰滤波器102通过执行步骤118来抑制在接收器104处接收的信号中的干扰，步骤118被配置为确定接收天线114处的干扰的空间相关性、以及在滤波操作中使用干扰的空间相关性。在118a，滤波器102估计信道矩阵H。如上所述，信道矩阵H定义影响来自发送器108的数据信号X1,...，Xn的传输的信道112的特性。接收器104和滤波器102没有信道矩阵H的先验知识，因此基于接收的数据样本(例如，基于包括已知参考数据的多个导频序列的传输)来估计信道矩阵H。在118b，通过使用估计的信道矩阵H来确定接收天线114的干扰的空间相关性。干扰的空间相关性指示在接收天线114中的一个特定接收天线处接收的干扰如何与在接收天线114中的另一个接收天线处接收的干扰相关。干扰的相关性可通过分析可归因于干扰信道的信道矩阵H的特性来确定，或通过分析与接收天线114相关联的干扰和噪声矩阵来确定。在一个实施例中，确定干扰的相关性包括确定接收天线114处的干扰的空间方差。
[0023]在118c，滤波器102在接收天线114上接收信号y1;...，ym，其中数据信号y1;...，Yni包括干扰数据。在118d，通过使用在118b中确定的干扰的空间相关性，滤波器102将数据信号进行滤波以输出信号的滤波版本ywl，, ywm。信号的滤波版本ywl，,Ywm具有减少的干扰，因为滤波过程被配置为通过对接收天线114处的干扰进行去相关来抑制干扰。滤波信号ywl，...，y_由抗干扰滤波器102输出并且被发送至接收器104。因此，步骤118用于确定接收天线114处的干扰的相关性并且基于此相关性对接收的数据信号Y1,..., Yffl进行滤波，从而干扰可在接收器104处被抑制。
[0024]尽管图1描绘了在发送器108处具有多个发送天线110的MMO(多入多出)系统背景下使用滤波器102来抑制干扰，但是在SIMO(单入多出)系统的背景下可应用相似的抗干扰滤波器。图2是描绘了采用抗干扰滤波器202来抑制在接收器208处接收的信号中的干扰的SMO系统200的框图。在图2的SMO系统200中，发送器206使用单个发送天线206将输入数据X1发送至具有多个接收天线210的接收器208，其中接收天线210的数目等于m。接收天线210处的干扰和分离发送器204与接收器208的传输信道的特性使得在接收天线处接收的信号yi，...对于发送信号&被修改。滤波器202抑制接收天线210处的干扰以将接收信号的滤波版本ywl，...,Ywm输出至接收器208。滤波器202通过确定接收天线210之间的干扰的空间相关性和通过使用该空间相关性对接收天线210处的干扰进行去相关来抑制干扰，以发挥作用。接收信号的滤波版本ywl，...，ywm在相加节点212处被接收并且在信号输出数据流214中被组合。[0025]图3是使用导频序列数据估计传输信道302的特性的系统300的框图。在图3的系统300中，发送器304将数据矩阵X306发送至接收器308。发送的数据矩阵X由位于接收器308之前的滤波器309接收以作为接收的数据矩阵Y310。接收的数据矩阵Y因信道302的特性(如由信道矩阵H所定义的)和噪声矩阵Z312而从发送的数据矩阵X被修改。如上关于图1和图2解释的，信道302的特性造成被包括在接收的数据矩阵Y310中的干扰，从而滤波器309用于通过对接收器308的接收天线处的干扰进行去相关来抑制干扰。
[0026]为了对接收器308的接收天线处的干扰进行去相关，滤波器309估计信道矩阵H以确定影响数据矩阵X306的传输的信道302的特性。由于滤波器309和接收器308都没有信道矩阵H的先验知识，因此滤波器309使用接收的数据样本来估计信道矩阵H。滤波器309基于来自发送器304的导频序列矩阵Xp314的传输来进行此估计。导频序列矩阵Xp314包括已知参考值的集合(即其位置和值对于滤波器309和接收器308均已知的符号的集合)。导频序列矩阵Xp314和数据矩阵X306都受到相同信道矩阵H的影响，从而接收器308的接收天线分别观察到下面的矩阵:
[0027]Y = HX+Z (等式 2)
[0028]和
[0029]Yp = HXp+Zp (等式 3)
[0030]其中Zp315是影响导频序列矩阵Xp314的传输的噪声矩阵，以及Yp316是在滤波器309处接收的数据矩阵，即发送的数据矩阵Xp的修改版本，该修改是由信道矩阵H的特性和噪声矩阵&315引起的。2和Zp可具有相同的分布并且在一些实施例中可被设为彼此相等。通过在318求解等式2和3，滤波器319确定估计的信道矩阵H。滤波器309使用估计的信道矩阵H来确定接收器308的接收天线之间的关系，其中该关系指示在接收天线中的一个特定接收天线处接收的干扰如何与在接收天线中的另一接收天线处接收的干扰相关。滤波器309使用两个或更多个天线之间的关系对数据信号进行滤波，其中该滤波减少了在接收器308处接收的数据矩阵Υ310的干扰数据。
[0031]图4Α和4Β示出了示例性系统400、450，其中小区间干扰在具有两个或更多个接收天线的接收设备处被接收。图4Α的系统400示出了在第一小区404中充当接收设备的移动设备402。被配置为将期望的信号408发送至移动设备402的第一基站406位于第一小区404中。移动设备402还从位于第二小区414中的第二基站412接收干扰信号410。干扰信号410是可能限制移动设备402正确地接收期望信号408的能力的不期望的小区外信号。
[0032]图4Β示出了分别从第一和第二小区456、458发送数据的第一和第二移动设备452、454。第一基站459从其小区456内的第一移动设备452接收期望的信号460，还从位于小区456外的第二移动设备454接收不期望的干扰信号462。在系统400、450中，移动设备和基站优选地从它们自身小区内的其它设备接收信号和将信号发送至这些设备。然而，在系统400、450中，来自相邻小区的小区外(小区间)干扰可能被接收(S卩，不期望的干扰信号410和462)，这可能通过影响吞吐量和接收的信号的可靠性来限制设备的性能。
[0033]在示出了小区间干扰的系统400、450中，接收的信号矩阵y包括被定义为期望的信号传输408、460的结果的项和被定定义为不期望的干扰传输410、462的结果的项:
[0034]y = Hx+HiXi+z (等式 4)[0035]其中X是表示期望的小区内信号408、460的数据矩阵，H是影响期望的小区内信号408,460的传输的信道矩阵，Xi是表示不期望的小区外干扰信号410、462的数据矩阵，Hi是影响不期望的小区外干扰信号410、462的传输的信道矩阵，以及z是表示接收的信号矩阵y中所包括的噪声的噪声矩阵项。其余的不相关噪声被包括在z中。因此，在上面的等式中，项Hx表示接收的信号矩阵y的一部分，即，从位于同一小区内的设备接收的期望信号，以及HiXi表示接收的信号矩阵y的另一部分，即，从位于不同小区中的设备接收的不期望的干扰信号。对于图4A和4B的系统400和450中的装配有例如两个接收天线的接收设备，并且在两个系统都仅包括例如造成小区间干扰的单个小区外设备的情况下，等式4可被重与为:
【权利要求】
1.一种用于抑制来自接收设备处接收的数据信号的干扰的方法，所述接收设备具有两个或更多个接收天线，所述方法包括: 估计信道的特性，发送设备通过所述信道将所述数据信号发送至所述接收设备； 基于估计的所述信道的特性，确定在所述接收设备的两个或更多个接收天线处接收的干扰和噪声的空间相关性，所述空间相关性指示在所述接收天线中的一个特定接收天线处接收的所述干扰和噪声如何与在所述接收天线中的另一个接收天线处接收的所述干扰和噪声相关；以及 使用所述干扰和噪声的所述空间相关性来抑制来自所述接收设备处接收的所述数据信号的干扰和噪声。
2.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述干扰和噪声的空间相关性包括确定所述两个或更多个接收天线处的所述干扰和噪声的空间协方差矩阵。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述信道的所述特性基于多个导频序列的传输来估计，所述多个导频序列包括从所述发送设备至所述接收设备的已知参考数据，并且其中所估计的所述信道的特性被用于确定与所述两个或更多个接收天线相关联的干扰和噪声矩阵。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述空间协方差矩阵根据针对所述多个导频序列执行的求和来确定:
5.根据权利要求2所述的方法，其中所述信道的所述特性基于多个导频序列的传输来估计，所述多个导频序列包括从所述发送设备至所述接收设备的已知参考数据，并且其中所估计的所述信道的特性包括干扰信道矩阵，所述干扰信道矩阵包括被配置用于将干扰传输至所述接收设备的信道的特性。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述空间协方差矩阵根据针对所述多个导频序列执行的求和来确定:
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述干扰信道矩阵使用最小二乘法来确定。
8.根据权利要求2所述的方法，其中所述空间协方差矩阵根据下式来确定:
9.根据权利要求2所述的方法，其中所述空间协方差矩阵根据下式来确定:
10.根据权利要求2所述的方法，其中使用所述干扰的所述空间相关性来抑制来自所述信号的干扰包括使用根据下式确定的抗干扰滤波器W对所述信号进行滤波:
11.一种用于抑制来自接收设备处接收的数据信号的干扰的系统，所述接收设备具有两个或更多个接收天线，所述系统包括: 信道估计块，被配置为估计信道的特性，发送设备通过所述信道将所述数据信号发送至所述接收设备； 空间相关块，被配置为基于估计的所述信道的特性，确定在所述接收设备的两个或更多个接收天线处接收的干扰和噪声的空间相关性，所述空间相关性指示在所述接收天线中的一个特定接收天线处接收的所述干扰和噪声如何与在所述接收天线中的另一个接收天线处接收的所述干扰和噪声相关；以及 滤波块，被配置为使用所述干扰和噪声的空间相关性来抑制来自所述接收设备处接收的所述数据信号的干扰和噪声。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述空间相关块被配置为确定所述两个或更多个接收天线处的所述干扰和噪声的空间协方差矩阵。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述信道估计炔基于多个导频序列的传输来估计所述信道的所述特性，所述多个`导`频序列包括从所述发送设备至所述接收设备的已知参考数据，并且其中所述信道估计块使用估计的所述信道的特性来确定与所述两个或更多个接收天线相关联的干扰和噪声矩阵。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述空间相关块根据针对所述多个导频序列执行的求和来确定所述空间协方差矩阵:
15.根据权利要求12所述的系统，其中所述信道估计炔基于多个导频序列的传输来估计所述信道的所述特性，所述多个导频序列包括从所述发送设备至所述接收设备的已知参考数据，并且其中所述估计的所述信道的特性包括干扰信道矩阵，所述干扰信道矩阵包括被配置用于将干扰传输至所述接收设备的信道的特性。
16.根据权利要求15所述的系统，其中所述空间相关块根据针对所述多个导频序列执行的求和来确定所述空间协方差矩阵:
17.根据权利要求15所述的系统，其中所述干扰信道矩阵使用最小二乘法来确定。
18.根据权利要求12所述的系统，其中所述空间相关块根据下式确定所述空间协方差矩阵:Ri =R干扰嗓声矩阵+R干扰信道 其中k是所述空间协方差矩阵，是根据干扰和噪声确定的空间干扰和噪声协方差矩阵，以及是根据所述干扰信道确定的空间协方差矩阵。
19.根据权利要求12所述的系统，其中所述空间相关块根据下式确定所述空间协方差矩阵:
20.根据权利要求12所述的系统，其中所述滤波块使用根据下式确定的抗干扰滤波器W对所述信号进行滤波:
【文档编号】H04B7/08GK103891168SQ201280051599
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年10月18日 优先权日:2011年10月19日
【发明者】R·森德瑞朗, Y·孙, J·崔, H-L·楼 申请人:马维尔国际贸易有限公司