专利名称：通信方法、接收机和基站的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在多用户接收机使用至少两个天线元件从具有不同数据速率的用户那里接收信号时减少多用户接收机中的干扰影响的方法。本发明还涉及一种多用户接收机和一种基站。
背景技术：
一般来说，目前使用了若干种合并技术来对分集天线或是天线阵列中的不同天线分支进行合并，从而在为预期信号维持较大天线增益的同时创建接近零值的干扰信号，由此将会降低干扰。这些合并技术的一个实例是抗干扰合并(IRC)。通常，IRC是在执行了解扩操作之后在符号级实施的。这样则需要为每个用户单独执行IRC操作，由此将会增加接收机的复杂性。为了简化接收机结构，可以将IRC技术与最大比合并(MRC)技术结合在一起，这样一来，IRC滤波器将会充当WO02/075950中的预白化滤波器。此外在Esa Tiirola、JuhaYlitaloPerformance of Smart Antenna Receivers in WCDMA Uplinkwith Spatially Coloured Interference，IST Mobile CommunicationsSummit 2001，Barcelona，Spain，9.-12.9.2001中对IRC技术同样进行了研究，所述文献则在此引入作为参考。在将IRC技术用在预白化滤波器之中的同时，所述预白化是通过针对所有用户所执行的天线加权来实现的。由此存在这样一个问题高比特率用户将被视为是低比特率用户的较高等级的干扰者，由此会在确定白化加权的时候对其加以考虑。这样一来，从高数据速率用户的角度来看，白化过程中的天线信号合并则不是最优的。使用非最优解决方案将会缩小高数据速率用户的上行链路覆盖范围，同时还会增加高比特率用户的用户终端的电池消耗。
发明内容
本发明提供了一种改进的方法、接收机和基站。
依照本发明的一个实施例，在这里提供了一种方法，用于在多用户接收机使用至少两个天线元件从具有不同数据速率的用户那里接收信号时减少多用户接收机中的干扰影响，所述方法包括通过取样、将取样值排列在信号矢量中以及将信号矢量与其共轭转置矢量相乘而从宽带天线信号中创建一个空间协方差矩阵估计，基于所述空间协方差矩阵估计来确定一个白化滤波器，通过使用白化滤波器来对接收信号进行白化，通过使用白化滤波器所用矩阵的逆矩阵而从预定用户的信号中去除白化成分，将经过白化的信号和那些去除了白化成分的信号传送到一个接收机部件，所述接收机部件则执行多径合并和多天线合并。
依照另一个实施例，在这里提供了一种多用户接收机，所述接收机使用至少两个天线元件并且在所述接收机中减小了干扰的影响，该接收机包括用于对宽带天线信号进行预滤波的装置，其中所述预滤波装置是基于空间协方差矩阵估计而被确定的，而所述协方差矩阵估计是通过取样、将取样值排列到信号矢量中以及将信号矢量与其共轭转置矢量相乘而从宽带天线信号中获取的，此外所述接收机还包括通过使用白化滤波器中所用矩阵的逆矩阵而从预定用户的信号中去除白化成分的装置，以及用于执行多径合并以及多天线合并的装置。
依照另一个实施例，在这里提供了一种多用户接收机，所述接收机使用至少两个天线元件并且在所述接收机中减小了干扰的影响，该接收机包括一个具有白化装置的分支，另一个没有白化装置的分支，根据所用比特率而将接收信号传送到具有白化装置的分支或是没有白化装置的分支的切换装置，以及执行多径合并和多天线合并的接收机部件。
依照另一个实施例，在这里提供了一种多用户接收机，在所述接收机中减小了干扰的影响，所述接收机包括白化宽带天线信号的预滤波器，其中所述预滤波器是基于空间协方差矩阵估计而被确定的，所述协方差矩阵估计则是通过取样、将取样值排列到信号矢量中以及将信号矢量与其共轭转置矢量相乘而从宽带天线信号中获取的，此外所述接收机还包含了通过使用白化滤波器所用矩阵的逆矩阵而从预定用户信号中去除白化成分的白化去除装置，以及一个用于执行多径合并和多天线合并的接收机部件。
依照另一个实施例，在这里提供了一种基站，所述基站包括多用户接收机，所述接收机使用至少两个天线元件并且在所述基站中减小了干扰的影响，所述基站包括用于对宽带天线信号进行预滤波的装置，其中所述预滤波装置是基于空间的协方差矩阵估计而被确定的，所述协方差矩阵估计则是通过取样、将取样值排列在信号矢量中以及将信号矢量与其共轭转置矢量相乘而从宽带天线信号中获取的，此外所述基站还包括通过使用白化滤波器中所用矩阵的逆矩阵而从预定用户信号中去除白化成分的装置，以及用于执行多径合并和多天线合并的装置。
依照另一个实施例，在这里提供了一种基站，所述基站包括多用户接收机，所述接收机使用至少两个天线元件并且在所述基站中减小了干扰的影响，该基站包括具有白化装置的分支，不具有白化装置的另一个分支，根据所用比特率而将接收信号传送到具有白化装置的分支或是不具有白化装置的分支的切换装置，以及执行多径合并和多天线合并的部件。
依照另一个实施例，在这里提供了一种基站，所述基站包括多用户接收机，所述接收机使用至少两个天线元件并且在所述基站中减小了干扰的影响，所述接收机包括用于白化宽带天线信号的预滤波器，其中所述预滤波器是基于空间协方差矩阵估计而被确定的，所述协方差矩阵估计则是通过取样、将取样值排列在信号矢量中以及将信号矢量与其共轭转置矢量相乘而从宽带天线信号中获取的，此外所述接收机还包括通过使用白化滤波器所用矩阵的逆矩阵而从预定用户信号中去除白化成分的白化去除装置，以及执行多径合并和多天线合并的部件。
本发明的方法和系统具有若干优点。在本发明的一个实施例中可以从预定用户那里去除预白化滤波器执行的白化，由此可以最优地合并信号。在本发明的另一个实施例中则对预定用户进行传送，以便绕过预白化滤波器，从而防止因为白化所造成的损害。
在下文中将参考优选实施例和附图来对本发明实施例进行更详细的描述，其中图1显示的是用于减小多用户接收机中的干扰影响的方法的实例，图2描述的是用于减小多用户接收机中的干扰影响的接收机结构的实例，图3显示的是用于减小多用户接收机中的干扰影响的接收机结构的实例。
具体实施例方式
我们首先参考图1来研究一个用于减小多用户接收机中的干扰影响的方法的实施例。该方法可以在多种无线电接收机中使用，其中举例来说，所述接收机可以是通信系统基站，例如在UMTS(通用移动电信系统)之类的宽带码分多址系统(WCDMA)中使用的基站。并且举例来说，接收机可以是瑞克(Rake)接收机或具有分集天线的接收机。本实施例针对的是一个在MRC接收机前端具有预白化滤波器的接收机。
本实施例特别适合那些用户具有不同比特率的系统，其中举例来说，在所述系统中，大多数用户使用低比特率服务，一些用户使用高比特率服务，而接收机则使用了若干个天线元件。按照高低分类的数据速率会根据当前系统而发生变化；而数据速率则往往会因为技术的进步而提高。在本申请中，高比特率用户这个概念指的是具有相对较高的比特率的用户，低比特率用户指的是具有相对较低的低比特率的用户。此外在这里可以设定一个比特率阈值并且将超出该阈值的用户分类成高比特率用户。
本实施例是在方框100中开始的。在方框102中，通过取样、将取样值排列在信号矢量中以及将信号矢量与其共轭转置矢量相乘，可以从宽带天线信号中创建一个协方差矩阵估计。优选地，不同天线接收的信号是同时取样的，由此会将取样值排列到一种矢量格式中。而所述矢量的大小则取决于天线的数目。目前在本领域中有若干种取样方法是已知的，因此在此不对其进行进一步说明。
表示单个用户预期信号的宽带天线信号矢量、相关的干扰和噪声可以如下定义xi(j)=Σlhlyi(j-τl)+ui(j)---(1)]]>其中h是作为带有脉冲响应 的抽头延迟线的信道模型ui是包含了信号取样的干扰和噪声成分的矢量，yi是一个值为复数的传送信号，i是时隙索引，j是码片索引，δ表示狄拉克德尔塔函数，T表示多径分量的相对延迟∑表示求和然后，信号的空间协方差矩阵是通过将信号矢量(1)与其共轭转置(Hermitian)矢量xi(j)H相乘而得到的。
这里通常在一个选定时段上计算空间协方差估计矩阵的平均值，其中举例来说，在这里可以将计算平均值的长度选择成一个时隙或是时隙的一部分。
在具有2560个码片的时隙上，针对空间协方差估计矩阵所进行的平均值计算可以如下表示
R^xx,i=12560Σj=12560xi(j)xi(j)H---(2)]]>其中xi是一个宽带天线信号矩阵，i是时隙索引，j是码片索引，∑表示求和。
在方框104中，白化滤波器是基于协方差矩阵估计而被确定的。并且所述白化滤波器通常是使用白化滤波器矩阵而被实现的。所述白化滤波器矩阵可以通过一种满足以下等式的方式得到WiWiH=R^xx,i-1---(3)]]>其中 是一个协方差矩阵估计，Wi是一个白化滤波器矩阵，WiH是白化滤波器矩阵的复共轭(Hermitian)矩阵-1表示倒置。
由于矩阵 是一个对称和正定型矩阵，因此可以通过使用Cholesky分解来对白化滤波器矩阵进行求解。此外可以将空间协方差矩阵估计 的Cholesky分解写为R^xx,i=UHU---(4)]]>其中U是一个上三角矩阵。
如果选择滤波器W作为Cholesky因数的倒数，也就是说UW＝Im(5)其中Im是一个大小为m的单位矩阵，那么随之将会满足等式(3)。
在方框106中，接收信号是通过使用白化滤波器来进行白化的。所述白化也可以通过复矩阵乘法来实施。
白化的目的是对有色噪声或干扰进行白化，这意味着干扰信号的功率将会通过滤波而与高斯白噪声的功率相似。如果噪声或干扰在空间上是白高斯型的，那么MRC的性能是最优的，因此所述白化操作将会对用于MRC(最大比合并)的信号进行调整。对具有大量低比特率用户的干扰情况而言，空间高斯白噪声的假设是非常有效的。而在存在高比特率用户的时候，所述干扰是有色的，换句话说，不同天线之间的干扰是不相关的。借助矩阵乘法得到的白化接收信号(接收到的码片)可以写为xw，i(j)＝Wixi(j) (6)其中Wi是一个白化滤波器矩阵，xi是一个宽带天线信号矩阵，i是时隙索引，j是码片索引。
在方框108中，通过使用白化滤波器所用矩阵的逆矩阵，可以从预定用户的信号中去除白化成分。所述去除通常是借助于矩阵乘法执行的。此外所述去除也可以在接收链中的不同位置执行举例来说，如果从信道估计中去除白化成分，那么信道脉冲响应矩阵将与白化矩阵的逆矩阵相乘，或者如果从解扩数据中去除白化成分，那么以矩阵格式排列的解扩数据会与白化矩阵的逆矩阵相乘。所述白化成分是从预定信号中去除的，在实践中，所述去除可以通过使用一个比特率阈值来实施；这样一来，白化成分是从超出阈值的信号中去除的。
在实践中，优选地白化在现有技术的MRC(最大比合并)接收机之前执行。此外，白化成分的去除既可以在MRC接收机之前执行，也可以将其并入所述接收机。MRC的原理则是在解调之后估计和补偿各个接收信号的不同相移，并且对每个接收信号的功率电平进行估计以及对经过相位校正的解调器输出进行正比于接收信号强度的加权，此外还对经过相位校正和加权的信号求和并且将其馈送到检测器。在本领域中，MRC技术是已知的，因此在此不对其进行更详细的描述。
在方框110中，加权信号与去除了白化成分的信号将会传送到一个接收机部件，所述部件则执行多径合并和多天线合并。执行多径合并和多天线合并的部件可以是一个最大比合并器。在一个实施例中，多径合并与多天线合并是依照Rake的原理执行的。箭头116描述的是传送经过白化的信号和去除了白化成分的信号，以便进行多径合并和多天线合并。
本实施例是在方框112中结束的。箭头114描述的是一种重复本实施例的可能性。现在将对图2所述接收机的一部分的概括实例进行研究。对本领域技术人员来说，很明显，接收机还可以包括图2所述部件之外的其他部件。此外接收机也可以位于若干类型的通信单元之中，例如通信系统基站，其中举例来说，所述通信系统基站可以是在UMTS(通用移动电信系统)之类的宽带码分多址系统(WCDMA)中使用的基站。并且举例来说，所述接收机也可以是一个Rake接收机。
所述接收机包括一个天线阵列或分集天线212、214。天线数目可以依照实施方式而改变。IRC部件200是一个执行白化操作的预白化滤波器。所述预白化滤波器是基于一个空间协方差矩阵估计而被确定的，其中所述空间协方差矩阵估计是从经过取样的天线信号中获取的。在上文中已经结合图1所述的实施例而对所述预白化滤波器的确定进行了说明。
在这个实施例中，MRC接收机结构216包括为每个用户提供的接收机部件202、204、206、208、210。其中一些接收机部件202、204、206、208用于低比特率用户，并且有一个接收机部件210用于高比特率用户。MRC接收机部件的数目可以依照实施方式而改变。在这个实施例中，MRC接收机部件使用了Rake原理来进行多径合并和多天线合并。
低比特率用户则传送到其MRC接收机部件，以便进行MRC处理。MRC处理包括在解调之后估计和补偿各个接收信号的相位偏移，判断各个接收信号的功率电平，对经过相位校正的解调器输出进行正比于接收信号强度的加权，以及对经过相位校正和加权的信号求和。然后，各个MRC接收机部件的输出将会传送到检测器220。在本领域中，MRC技术是已知的，因此在此不对其进行更详细的描述。
通常作为高比特率用户的预定用户也传送到其MRC部件，在MRC部件中，通过使用白化滤波器中所用矩阵的逆矩阵Wi-1，可以去除由预白化滤波器200执行的白化成分。所述去除通常是借助矩阵乘法执行的。此外所述去除也可以在传输链中的不同点执行举例来说，如果从信道估计中去除白化成分，则是将信道脉冲响应矩阵与白化矩阵的逆矩阵相乘，或者如果从解扩数据中去除白化，那么是将按照矩阵格式排列的解扩数据与白化矩阵的逆矩阵相乘。而所述白化成分则是从预定信号中去除的，其中举例来说，在实践中，通过使用一个比特率阈值，可以实现所述白化这样一来，白化是从超出阈值的信号中去除的。此外，所述去除也可以在MRC接收机或是接收机部件前端的单独去除部件中执行。
控制部件218对MRC接收机的功能以及白化成分的删除进行控制。所述白化和白化成分的去除通常是依照本实施例而作为处理器和软件来实现的，但是不同的硬件实施方式也是可行的，例如由分离逻辑部件构造的电路或是一个或多个客户专用的集成电路(专用集成电路，ASIC)。此外，这些实施方式的混合方式也是可行的。
接来下将借助于图3来对接收机的一部分的另一个概括实例进行研究。这个实施例的接收机包括一个具有白化程序的分支以及另一个不具有白化程序的分支。接收信号则依照所用比特率而被传送到具有白化程序的分支或是不具有白化程序的分支。
对本领域技术人员来说，很明显，接收机还可以包括图3所述部件之外的其他部件。此外接收机可以位于若干种通信单元之中，例如通信系统基站，其中举例来说，所述通信系统基站可以是在诸如UMTS(通用移动电信系统)之类的宽带码分多址系统(WCDMA)中使用的基站。并且举例来说，所述接收机可以是一个Rake接收机。
所述接收机包括一个天线阵列或分集天线312、314。天线的数目可以根据实施方式而改变。IRC部件300是一个执行白化操作的预白化滤波器。所述预白化滤波器则是基于一个空间协方差矩阵估计而被确定的，其中所述空间协方差矩阵估计是从经过取样的天线信号中得到的。在上文中已经结合图1所述的实施例而对所述预白化滤波器的确定进行了说明。
接收机还包括用于低比特率用户的逻辑MRC接收机302、304、306、308，以及一个用于高比特率用户的逻辑MRC接收机310。每个天线都具有两个可用连接，其中一个连接322A、324是用于经过预白化滤波器(IRC部件)300的宽带天线信号，另一个连接322B、324B则将信号传送到预白化滤波器。此外在这里还存在一个切换部件318，它会将低比特率用户切换到其MRC接收机302、304、306、308，并且将高比特率用户切换到其MRC接收机310。在这个实施例中，MRC接收机部件使用了Rake原理来进行多径合并和多天线合并。MRC处理包括在解调之后估计和补偿各个接收信号的相移，估计各个接收信号的功率电平，对经过相位校正的解调器输出进行正比于接收信号强度的加权，以及对经过相位校正和加权的信号进行求和。然后，各个MRC接收机部件的输出将会传送到检测器320。在本领域中，MRC技术是已知的，因此在此不对其进行更详细的说明。
控制部件316则依照用户比特率来对切换部件318的功能进行控制，由此对高比特率用户进行传送，以便绕过预白化滤波器300。其中所述切换通常是作为硬件实施方式执行的。
尽管在上文中依照附图并且通过参考实例而对本发明进行了描述，但是很明显，本发明并不局限于此，在附加权利要求的范围以内，可以采用多种形式来对本发明进行修改。
权利要求
1.一种用于在多用户接收机使用至少两个天线元件从具有不同数据速率的用户那里接收信号时减少多用户接收机中的干扰影响的方法，所述方法包括通过取样、将取样值排列在信号矢量中以及将信号矢量与该信号矢量的共轭转置矢量相乘而从宽带天线信号中创建空间协方差矩阵估计；基于所述空间协方差矩阵估计确定白化滤波器；通过使用白化滤波器来对接收信号进行白化；通过使用白化滤波器所用矩阵的逆矩阵而从预定用户的信号中去除白化成分；以及将经过白化的信号和那些去除了白化成分的信号传送到一个接收机部件，所述接收机部件则执行多径合并和多天线合并。
2.权利要求1的方法，其中所述白化是通过矩阵矢量乘法来执行的。
3.权利要求1的方法，还包括接收机部件使用最大比合并来执行依照瑞克原理的多径合并以及多天线合并。
4.权利要求1的方法，其中所述确定步骤包括使用Cholesky分解来确定白化滤波器。
5.权利要求1的方法，其中所述去除步骤包括从基于比特率阈值确定的预定用户那里去除白化成分。
6.一种多用户接收机，所述接收机使用至少两个天线元件并且在所述接收机中减小了干扰的影响，该多用户接收机包括用于对宽带天线信号进行预滤波的预滤波装置，其中所述预滤波装置是基于空间协方差矩阵估计而被确定的，而所述空间协方差矩阵估计是通过取样、将取样值排列到信号矢量中以及将信号矢量与该信号矢量的共轭转置矢量相乘而从宽带天线信号中获取的；通过使用白化滤波器中所用矩阵的逆矩阵而从预定用户的信号中去除白化成分的去除装置；以及用于执行多径合并和多天线合并的执行装置。
7.一种多用户接收机，所述接收机使用至少两个天线元件并且在所述接收机中减小了干扰的影响，该多用户接收机包括具有白化装置的分支，不具有白化装置的另一个分支，根据所用比特率而将接收信号传送到具有白化装置的分支或是不具有白化装置的另一个分支的切换装置；以及执行多径合并和多天线合并的接收机部件。
8.一种多用户接收机，其中在所述接收机中减小了干扰的影响，所述多用户接收机包括用于白化宽带天线信号的预滤波器，其中所述预滤波器是基于空间协方差矩阵估计而被确定的，所述空间协方差矩阵估计则是通过取样、将取样值排列到信号矢量中以及将信号矢量与该信号矢量的共轭转置矢量相乘而从宽带天线信号中获取的；通过使用白化滤波器所用矩阵的逆矩阵而从预定用户信号中去除白化成分的白化去除装置；以及用于执行多径合并和多天线合并的接收机部件。
9.权利要求6的多用户接收机，其中所述白化是通过复矩阵乘法执行的。
10.权利要求7的多用户接收机，其中所述白化是在白化装置中通过复矩阵乘法执行的。
11.权利要求7的多用户接收机，其中执行多径合并以及多天线合并的接收机部件包括最大比合并器。
12.权利要求8的多用户接收机，其中执行多径合并以及多天线合并的接收机部件包括最大比合并器。
13.权利要求6的多用户接收机，其中所述用于执行多径合并以及多天线合并的执行装置包括最大比合并器。
14.权利要求6的多用户接收机，其中所述多用户接收机还包括根据比特率阈值来确定去除了白化成分的预定用户的确定装置。
15.权利要求7的多用户接收机，其中所述多用户接收机还包括根据比特率阈值来确定去除了白化成分的预定用户的确定装置。
16.权利要求8的多用户接收机，其中所述多用户接收机还包括根据比特率阈值来确定去除了白化成分的预定用户的确定装置。
17.一种基站，所述基站包括多用户接收机，所述多用户接收机使用至少两个天线元件并且在所述基站中减小了干扰的影响，所述基站包括用于对宽带天线信号进行预滤波的预滤波装置，其中所述预滤波装置是基于空间协方差矩阵估计而被确定的，所述空间协方差矩阵估计则是通过取样、将取样值排列在信号矢量中以及将信号矢量与该信号矢量的共轭转置矢量相乘而从宽带天线信号中获取的；通过使用白化滤波器中所用矩阵的逆矩阵而从预定用户信号中去除白化成分的去除装置；以及用于执行多径合并和多天线合并的执行装置。
18.一种基站，所述基站包括多用户接收机，所述多用户接收机使用至少两个天线元件并且在所述基站中减小了干扰的影响，该基站包括具有白化装置的分支，不具有白化装置的另一个分支，根据所用比特率而将接收信号传送到具有白化装置的分支或是不具有白化装置的另一个分支的切换装置；以及执行多径合并和多天线合并的部件。
19.一种基站，所述基站包括多用户接收机，所述多用户接收机使用至少两个天线元件并且在所述基站中减小了干扰的影响，所述基站包括用于白化宽带天线信号的预滤波器，其中所述预滤波器是基于空间协方差矩阵估计而被确定的，所述空间协方差矩阵估计则是通过取样、将取样值排列在信号矢量中以及将信号矢量与该信号矢量的共轭转置矢量相乘而从宽带天线中获取的；通过使用白化滤波器所用矩阵的逆矩阵而从预定用户信号中去除白化成分的白化去除装置；以及一个执行多径合并和多天线合并的部件。
全文摘要
本发明涉及一种多用户接收机，所述接收机使用至少两个天线元件并且在所述接收机中减小了干扰的影响，该接收机包括用于对宽带天线信号进行预滤波的装置(200)，其中所述预滤波装置是基于空间协方差矩阵估计而被确定的，而所述协方差矩阵估计是通过取样、将取样值排列到信号矢量中以及将信号矢量与其共轭转置矢量相乘而从宽带天线信号中获取的，此外所述接收机还包含了通过使用白化滤波器中所用矩阵的逆矩阵而从预定用户的信号中去除白化成分的装置(210，218)，以及用于执行多径合并和多天线合并的装置(202，204，206，208，210)。
文档编号H04B1/707GK1614913SQ20041008501
公开日2005年5月11日 申请日期2004年10月13日 优先权日2003年11月6日
发明者卡里·帕尤科斯基, 埃萨·蒂罗拉, 尤哈·于利塔洛 申请人:诺基亚公司