专利名称：卫星通信系统和方法中带有多用户检测和干扰减少的自适应波束形成的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信系统中的干扰减少。更具体地说，本发明涉及利用卫星带频的地面频率使用/再用的卫星通信系统和方法中的干扰减少。
背景技术：
卫星通信系统和方法被广泛用于无线电话通信。卫星通信系统和方法一般使用例如一个或多个卫星的至少一个基于空间的组件，其被配置为与多个无线终端进行无线通信。
卫星通信系统或方法可利用单个天线波束或天线方向图覆盖系统所服务的全部区域。作为备选或与上述方法结合，在蜂窝式卫星通信系统和方法中，提供多波束(小区或天线方向图)以便共同服务整个卫星覆盖区，多波束中的每一个都可在整个服务区中服务于基本上截然不同的地理区域。因此，与传统的地面蜂窝式无线电话系统和方法中使用的结构相似的蜂窝式结构可在基于蜂窝式卫星的系统和方法中实现。卫星通常经由双向通信路径与无线终端进行通信，其中无线终端通信信号经由下行链路或前向链路(也称为前向服务链路)从卫星传送至无线终端，并经由上行链路或返回链路(也称为返回服务链路)从无线终端传送至卫星。
蜂窝式卫星通信系统和方法的整体设计和操作对本领域技术人员来说是公知的，本文无需进一步描述。此外，如本文所使用的，术语“无线终端”包括若干装置，所述装置包括例如蜂窝式和/或卫星无线电话的射频收发信机；可将无线电话与数据处理、传真和/或数据通信能力结合的个人通信系统(PCS)终端；可包括射频收发信机和/或寻呼机、因特网/内联网接入、网络浏览器、管理器、日历和/或全球定位系统(GPS)接收机的个人数字助理(PDA)；和/或包括射频收发信机的传统的膝上型和/或掌上型计算机或其它设备。如本文所使用的，术语“无线终端”还包括任何其它辐射用户装置/设备/源，它们可具有随时间变化的或固定的地理坐标，并且可以是便携的、便于运输的、安装在运载工具(基于航空的、海洋的或陆地的运载工具)中、或位于和/或被配置为本地操作和/或以分布式在一个或多个地面和/或地球外位置上操作。本文中无线终端还可称为“无线电话”、“无线电终端”、“移动终端”、“移动用户终端”、“用户装置”或简称为“终端”。此外，如本文所使用的，术语“基于空间的”组件包括一个或多个卫星和/或具有在地球上方任何高度的轨道的一个或多个其它物体/平台(例如飞机、气球、无人驾驶飞行器、航天器、导弹等)。此外，如本文所使用的，涉及干扰抵消或消除的术语“抵消”或“消除”意味着至少一个干扰组件/元件的完全消除和/或至少一个干扰组件/元件的减少。
被配置为通过使用和/或再用授权用于卫星系统的至少一些频率而提供无线通信的地面网络可增强卫星系统的可用性、效率和/或经济生存能力。具体地，众所周知卫星通信系统很难可靠地服务于人口稠密区域，因为卫星信号可能被高耸建筑物阻挡和/或不能有效地透入建筑物。结果，在这样的区域可能未充分利用或未利用卫星频谱。至少一些卫星系统频率的地面使用和/或再用可减少或消除该潜在问题。
此外，因为地面频率使用/再用可能比仅有卫星的(仅有基于空间的网络)系统的更密集，所以包括基于地面和基于空间的网络的整个系统的容量测量可通过引进授权用于基于空间的网络的至少一些频率的地面频率使用/再用来增强。实际上，容量可在最需要它的地方被增强，即在人口稠密的市区/工业区/商业区被增强。结果，整个系统可变得经济上更有生存能力，因为它能够更有效和可靠地服务于更大的用户基站。
卫星频率的地面再用的一个例子在授予Karabinis的题为“Satellite Telecommunications Repeaters and RetransmissionMethods”的美国专利5937332中进行了描述，它的全部公开内容通过引用而结合到本文中。如本文所描述的，所提供的卫星电信转发器接收、放大和本地转发从卫星/无线电终端接收的下行链路/上行链路信号从而增加了卫星电信转发器附近的有效下行链路/上行链路容限，并允许增加上行链路信号和下行链路信号透入建筑物、植物、运输工具和可减少链路容限的其他物体。提供了便携式和非便携式转发器。参见美国专利5937332的摘要。
通过至少部分还被用于基于空间的通信的无线电终端使用的至少一些卫星频带的频率的地面使用和/或再用从而具有地面通信能力的用于卫星通信系统或方法的无线电终端可比其它备选方案更节省成本和/或以美学观点看更有吸引力，其中无线电终端被配置为通过使用对地面和基于空间的通信两者基本上相同的空中接口进行地面以及经由基于空间的组件的通信。传统的双频带/双模无线终端备选方案，例如众所周知的Thuraya、Irdium和/或Globalstar双模卫星/地面无线终端，复制某些组件(作为卫星和地面通信之间不同的频带和/或空中接口协议的结果)，这可导致无线终端的成本、大小和/或重量的增加。参见授予Karabinis的题为“Satellite SystemUtilizing a Plurality of Air Interface Standards and Method EmployingSame”的美国专利6052560。
可使用卫星频率的地面再用的卫星通信系统和方法在授予Karabinis的题为“Systems and Methods for Terrestrial Reuse ofCellular Satellite Frequency Spectrum”的美国专利6684057、和Karabinis的题为“Systems and Methods for Terrestrial Reuse of Cellular SatelliteFrequency Spectrum”的公布的美国专利申请No.US 2003/0054760、Karabinis的题为“Spatial Guardbands for Terrestrial Reuse of SatelliteFrequencies”的公布的美国专利申请No.US 2003/0054761、Karabinis等人的题为“Systems and Methods for Monitoring Terrestrially ReusedSatellite Frequencies to Reduce Potential Interface”的公布的美国专利申请No.US 2003/0054814、Karabinis等人的题为“Additional Systemsand Methods for Monitoring Terrestrially Reused Satellite Frequencies toReduce Potential Interference”的公布的美国专利申请No.US2003/0073436、Karabinis的题为“Multi-Band/Multi-Mode SatelliteRadiotelephone Communications Systems and Methods”的公布的美国专利申请No.US 2003/0054762、Karabinis的题为“WirelessCommunications Systems and Methods Using Satellite-Linked RemoteTerninal Interface Subsystems”的公布的美国专利申请No.US2003/0153267、Karabinis的题为“Systems and Methods for ReducingSatellite Feeder Link Bandwidth/Carriers in Cellular Satellite Systems”的公布的美国专利申请No.US 2003/0224785、Karabinis等人的题为“Coordinated Satellite-Terrestrial Frequency Reuse”的公布的美国专利申请No.US 2002/0041575、Karabinis等人的题为“Integrated orAutonomous System and Method of Satellite-Terrestrial Frequency ReuseUsing Signal Attenuation and/or Blockage，Dynamic Assignment ofFrequency and/or Hysteresis”的公布的美国专利申请No.US2002/0090942、Karabinis等人的题为“Space-Based NetworkArchitectures for Satellite Radiotelephone Systems”的公布的美国专利申请No.US 2003/0068978、Karabinis的题为“Filters for CombinedRadiotelephone/GPS Terminals”的公布的美国专利申请No.US2003/0143949、Karabinis的题为“Staggered Sectorization for TerrestrialReuse of Satellite Frequencies”的公布的美国专利申请No.US2003/0153308、Karabinis的题为“Methods and Systems for ModifyingSatellite Antenna Cell Patterns In Response to Terrestrial Reuse ofSatellite Frequencies”的公布的美国专利申请No.US 2003/0054815中进行了描述，所有这些专利和专利申请均被转让给了本发明的受让人，所有这些专利和专利申请的全部公开内容通过引用而结合到本文中。
一些卫星通信系统和方法可使用干扰消除技术以允许增加的卫星频率的地面使用/再用。例如，如上面引用的授予Karabinis的美国专利6684057中所描述的，使用干扰消除技术，辅助地面网络即使在正使用卫星通信频率进行基于空间的通信的相同卫星小区中也可在地面上再用卫星通信频率。此外，辅助地面网络可使用修正范围的卫星前向链路带频进行传输以减少至少一些带外接收机的干扰。辅助地面网络使用的修正范围的卫星前向链路带频可包括仅卫星前向链路带频的子集以提供辅助地面网络使用的频率和带外接收机使用的频率之间的防护频带，可包括作为增加/减少的频率的函数而单调减少的功率电平和/或可包括没有占用的和/或以减少的最大功率传输的每祯中的两个或多个相邻间隙。辅助地面网络的时分双工操作还可经由至少部分卫星返回链路带频来提供。还可提供辅助地面网络的全部或部分反模操作，其中至少一些前向链路和返回链路频率与传统的卫星前向链路和返回链路频率交换。参见美国专利6684057的摘要。
发明内容
根据本发明实施例的卫星通信方法包括在基于空间的组件处通过基于空间的组件的频带接收来自基于空间的组件覆盖区的多个终端的多个多址信号，多个多址信号包括依赖于由终端发送的信号的干扰和不依赖于由终端发送的信号的干扰；以及包括通过首先减少不依赖于由终端发送的信号的干扰之后消除依赖于由终端发送的信号的干扰来减少多个多址信号的干扰。
一些方法还包括通过卫星频带在辅助地面组件处自/向卫星覆盖区中的多个终端接收/发送无线通信信号。基于空间的组件还可接收作为对多址信号干扰的无线通信信号。
通过卫星频带在基于空间的组件处接收来自卫星覆盖区中的多个终端的多址信号可包括使用包括多个天线馈送元件的天线接收多址信号，所述的多个天线馈送元件可被配置为提供其间空间方向不同的天线方向图，其中至少一些天线馈送元件还可被配置为在至少两个不同的极化方向上接收电磁能量。
减少不依赖于终端发送的信号的干扰可包括对多址信号执行同信道干扰减少，多址信号包括由终端发送并由多个天线馈送元件接收的导频信号和信息信号。这样的干扰减少可包括处理导频信号并基于导频信号的处理确定用于多个天线馈送元件的一组权重。
根据本发明一些实施例的方法还可包括基于导频信号的处理生成至少一个导频信号差错。
可选择用于多个天线馈送元件的该组权重以减少导频信号差错的均方测量从而提供干扰被减少的接收导频信号，并且根据本发明的一些方法还包括把该组权重应用于由多个天线馈送元件接收的信号以获得干扰被减少的接收信息信号。
对干扰被减少的接收信息信号执行多址干扰消除(或至少是干扰减少)可包括基于干扰被减少的接收信息信号和/或干扰被减少的接收导频信号确定一组信道估计、根据干扰被减少的接收信息信号生成一组接收信息估计(例如位估计)、并使用该组信道估计和信息估计对干扰被减少的接收信息信号执行多址干扰消除(或至少干扰减少)。
使用信道估计和信息估计对干扰被减少的接收信息信号执行多址干扰消除可包括生成第二干扰被减少的接收信息信号和/或第二干扰被减少的接收导频信号。此外，根据本发明实施例的方法还可包括基于第二干扰被减少的接收信息信号和/或第二干扰被减少的接收导频信号确定一组第二信道估计、根据第二干扰被减少的接收信息信号生成一组第二接收信息估计、并使用第二信道估计和第二信息估计对第二干扰被减少的接收信息信号执行多址干扰消除。
一些方法还包括在基于空间的组件处使用至少一个极化方向上不同的至少两个天线方向图进行接收。
根据干扰被减少的接收信息信号生成一组接收信息估计可包括使干扰被减少的接收信息信号与一组由多个终端使用的已知信号扩频码相关。
对干扰被减少的接收信息信号执行多址干扰消除可包括生成多个干扰被减少的信息估计，并且一些方法还可包括使用多个干扰被减少的信息估计执行多址干扰消除。
进一步根据本发明实施例的方法还可包括向卫星网关重传多址信号，并且可在基于地面的卫星网关处执行减少多址信号中的干扰。另外，对干扰被减少的接收信息信号执行多址干扰消除也可在卫星网关处执行。
一些方法还可包括重复减少依赖于整个地理区域内与基于空间的组件进行通信的多个终端的传输的干扰直到满足预定准则为止。该预定准则可包括位差错率。
进一步根据本发明实施例的蜂窝式卫星系统包括基于空间的组件和多个终端，所述多个终端被配置为通过卫星频带在卫星覆盖区中传输包括导频信号和信息信号的相应多个多址信号，基于空间的组件被配置为通过卫星频带接收多个多址信号，基于空间的组件还在卫星频带中接收干扰连同多个多址信号；以及减扰器，所述减扰器响应基于空间的组件并且被配置为对多个多址信号顺序执行同信道干扰减少和多址干扰消除。
一些系统还可包括含有多个终端的辅助地面网络，其中辅助地面网络和/或终端被配置为通过卫星频带在卫星覆盖区内发送无线通信信号。
基于空间的组件可包括具有多个天线馈送元件的天线，并且基于空间的组件可被配置为使用天线接收多个多址信号。
减扰器还可被配置为通过处理由多个终端发送并由基于空间的组件接收的导频信号以及基于导频信号的处理确定用于天线馈送元件的一组权重而对接收自多个终端的多址信号执行同信道干扰减少。
减扰器还可被配置为基于导频信号的处理生成至少一个导频信号差错。
减扰器还可被配置为为天线馈送元件确定一组权重以减少至少一个导频信号差错的均方测量，从而提供干扰被减少的导频信号。
减扰器还可被配置为将该组权重应用于由多个天线馈送元件接收的信号以获得干扰被减少的接收信息信号。
减扰器还可被配置为基于干扰被减少的接收信息信号和/或干扰被减少的接收导频信号确定一组信道估计、根据干扰被减少的接收信息信号生成一组接收信息估计(例如位估计)、并使用该组信道估计和信息估计对干扰被减少的接收信息信号执行多址干扰消除从而生成第二干扰被减少的接收信息信号。
减扰器还可被配置为基于第二干扰被减少的接收信息信号确定一组第二信道估计、根据第二干扰被减少的接收信息信号生成一组第二接收位估计、并使用第二信道估计和第二位估计对第二干扰被减少的接收信息信号执行多址干扰消除。
基于空间的组件可被配置为使用其间空间方向不同的至少两个天线方向图来接收多址信号和/或其中至少两个天线方向图在极化方向上不同。
减扰器还可被配置为根据干扰被减少的接收信息信号生成多个干扰减少的位估计，并使用多个干扰被减少的位估计执行多址干扰消除。
基于空间的组件还可被配置为向卫星网关重传多址信号，并且减扰器可位于基于地面的卫星网关处。
进一步根据本发明实施例的卫星无线终端系统包括被配置为通过卫星频带接收来自卫星覆盖区中的多个无线终端的多址无线通信信号的基于空间的组件、响应基于空间的组件并被配置为对多址无线通信信号执行同信道干扰减少从而生成多个干扰被减少的接收信息信号的减扰器、以及响应减扰器并被配置为对干扰被减少的接收信息信号执行多址干扰消除的检测器。
根据本发明一些实施例的系统还可包括辅助地面网络和基于空间的组件，所述辅助地面网络包括被配置为通过卫星频带在卫星覆盖区中发送多个无线通信信号的多个发射机，所述基于空间的组件还接收作为干扰的无线通信信号连同多址无线通信信号。
基于空间的组件可包括具有多个天线馈送元件的天线，并且基于空间的组件可被配置为使用天线接收多个多址无线通信信号。
减扰器还可被配置为通过处理由无线终端发送的至少一个导频信号并基于该至少一个导频信号的处理为相应天线馈送元件组确定一组权重而对多址无线通信信号执行同信道干扰减少。
减扰器还可被配置为基于处理生成至少一个导频信号差错。
减扰器还可被配置为为天线馈送元件选择一组信号权重以减少至少一个导频信号差错的均方测量。
减扰器还可被配置为将该组信号权重应用于由多个天线馈送元件接收的信号以获得干扰被减少的接收信息信号。
检测器还可被配置为基于干扰被减少的接收信息信号确定一组信道估计、根据干扰被减少的接收信息信号生成一组接收位估计、并使用该组信道估计和位估计对干扰被减少的接收信息信号执行多址干扰消除以生成第二干扰被减少的接收信息信号。
检测器还可被配置为基于第二干扰被减少的接收信息信号确定一组第二信道估计、根据第二干扰被减少的接收信息信号生成一组第二接收位估计、并使用第二信道估计和第二位估计对第二干扰被减少的接收信息信号执行多址干扰消除。
基于空间的组件还可被配置为使用至少一个极化方向和/或空间方向不同的至少两个天线方向图来接收信号。
检测器还可被配置为根据干扰被减少的接收信息信号生成多个干扰被减少的位估计并使用多个干扰被减少的位估计执行多址干扰消除。
基于空间的组件还可被配置为向卫星网关重传多址信号，并且减扰器可位于基于地面的卫星网关处。
根据本发明一些实施例的系统还可包括卫星网关，并且减扰器可位于基于空间的组件处，检测器可位于卫星网关处，以及基于空间的组件还可被配置为向卫星网关发送干扰被减少的接收信息信号。
本发明的一些实施例为卫星通信系统提供了干扰减少检测器，所述卫星通信系统包括被配置为通过卫星频带接收来自卫星覆盖区中的多个无线终端的、含有同信道干扰的多址无线通信信号的基于空间的组件，干扰减少检测器包括响应基于空间的组件并被配置为对多址无线通信信号执行同信道干扰消除从而生成多个干扰被减少的接收信息信号的减扰器以及被配置为对干扰被减少的接收信息信号执行多址干扰消除的检测器。
干扰减少检测器的减扰器还被配置为通过处理由多个无线终端发送的导频信号并基于导频信号的处理为相应天线馈送元件组确定权重组而对自多个无线终端接收的多址无线通信信号执行同信道干扰消除。
干扰减少检测器的减扰器还可被配置为基于处理生成至少一个导频信号差错。
干扰减少检测器的减扰器还可被配置为为天线馈送元件选择一组信号权重以减少至少一个导频信号差错的均方测量。
干扰减少检测器的减扰器还可被配置为将该组信号权重应用于由多个天线馈送元件接收的信号以获得多个干扰被减少的接收信息信号。
干扰减少检测器的检测器还可被配置为基于干扰被减少的接收信息信号确定一组信道估计、根据干扰被减少的接收信息信号生成一组接收位估计、并使用该组信道估计和位估计对干扰被减少的接收信息信号执行多址干扰消除以生成第二干扰被减少的接收信息信号。
干扰减少检测器的检测器还可被配置为基于第二干扰被减少的接收信息信号确定一组第二信道估计、根据第二干扰被减少的接收信息信号生成一组第二接收位估计、并使用第二信道估计和第二位估计对第二干扰被减少的接收信息信号执行多址干扰消除。
基于空间的组件还可被配置为使用至少空间和/或极化方向不同的至少两个天线方向图来接收信号。
干扰减少检测器的检测器还可被配置为根据干扰被减少的接收信息信号生成多个干扰被减少的位估计并使用多个干扰被减少的位估计执行多址干扰消除。
基于空间的组件还可被配置为向卫星网关重传多址无线通信信号，并且减扰器可位于基于地面的卫星网关处。
干扰减少检测器的减扰器可位于基于空间的组件处并且检测器可位于远离基于空间的组件处。
本发明的一些实施例为卫星无线终端系统提供了网关，所述卫星无线终端系统可包括被配置为通过卫星频带接收来自卫星覆盖区中的多个无线终端的多址无线通信信号的基于空间的组件，网关包括响应基于空间的组件并被配置为对多址无线通信信号执行同信道干扰减少以生成多个干扰被减少的接收信息信号的减扰器以及被配置为对干扰被减少的接收信息信号执行多址干扰消除的检测器。
网关的减扰器还可被配置为通过处理由多个无线终端发送的导频信号并基于导频信号的处理为一组天线馈送元件确定权重组而为对多址无线通信信号执行同信道干扰减少。
网关的减扰器还可被配置为基于处理生成至少一个导频信号差错。
减扰器还可被配置为为天线馈送元件选择一组信号权重以减少至少一个导频信号差错的均方测量。
网关的减扰器还可被配置为将该组信号权重应用于由多个天线馈送元件接收的信号以获得多个干扰被减少的接收信息信号。
网关的检测器还可被配置为基于干扰被减少的接收信息信号确定一组信道估计、根据干扰被减少的接收信息信号生成一组接收位估计、并使用该组信道估计和位估计对干扰被减少的接收信息信号执行多址干扰消除从而生成第二干扰被减少的接收信息信号。
网关的检测器还可被配置为基于第二干扰被减少的接收信息信号确定一组第二信道估计、根据第二干扰被减少的接收信息信号生成一组第二接收位估计、并使用第二信道估计和第二位估计对第二干扰被减少的接收信息信号执行多址干扰消除。
基于空间的组件还可被配置为使用至少空间和/或极化方向不同的至少两个天线方向图来接收信号。
网关的检测器还可被配置为根据干扰被减少的接收信息信号生成多个干扰被减少的位估计、并使用多个干扰被减少的位估计执行多址干扰消除。
根据本发明一些实施例的减少干扰的方法包括使用空间和极化方向不同的至少第一和第二天线方向图在基于空间的组件处接收信号分量、将信号分量提供给减扰器、并在减扰器处处理信号分量以减少信号的干扰电平。
根据本发明一些实施例的基于空间的组件和无线电终端之间进行通信的方法包括通过基于空间的组件的第一天线方向图向无线电终端发送第一信号、并通过基于空间的组件的至少第二天线方向图向无线电终端发送第二信号，其中第二信号与第一信号差了至少一个时间延迟值。第一天线方向图可与第二天线方向图差了一个空间方向和/或极化方向。
根据本发明一些实施例的、与基于空间的组件进行通信的方法包括在无线电终端处通过基于空间的组件的第一天线方向图接收第一信号并且通过基于空间的组件的至少第二天线方向图接收第二信号、以及在无线电终端处处理第一信号和至少一个第二信号以改进至少一个通信性能测量。至少一个第二信号可与第一信号差了至少一个时间延迟值。
根据本发明一些实施例的、用于包括基于空间的组件和辅助地面网络的无线通信系统的通信方法包括使用大于授权用于基于空间的组件以提供控制信道和/或业务信道通信的第二组频率的授权用于基于空间的组件以提供控制信道和/或业务信道通信的第一组频率从辅助地面网络向多个第一无线电终端提供控制信道和业务信道通信、并使用第二组频率从基于空间的组件向多个第二无线电终端提供控制信道和/或业务信道通信。在一些实施例中，辅助地面网络不可使用第二组频率。
被包括以提供对本发明的进一步理解并被结合以及构成本申请的一部分的附图示出了本发明的某些实施例。在附图中 图1是根据本发明的实施例的蜂窝式卫星通信系统和方法的示意图。
图2A-2C是根据本发明的实施例的减扰器和组成组件的框图。
图3A-3B是根据本发明的实施例的减扰器和组成组件的框图。
图4A-4B是根据本发明的实施例的减扰器的框图。
图5-8是示出根据本发明的实施例的减少干扰的系统和方法的流程图。
图9示出了卫星点波束，其中的一些包括ATC基础配置。
图10示出了天线馈送元件的增益和天线相位图。
图11是根据本发明的实施例的单用户干扰消除检测器的框图。
图12是根据本发明的实施例的多用户干扰消除检测器的框图。
图13是示出前向链路卫星点波束的配置和辅助地面网络的发射机位置的美国大陆地图。
图14是示出由基于空间的组件的返回链路馈送元件形成的返回链路服务区配置和辅助地面网络的发射机位置的美国大陆地图。
图15和图16是根据本发明的实施例的不同接收机配置的位差错率(BER)与信噪比(SIR)的关系曲线图。
图17是根据本发明的实施例的不同接收机配置的增量T/T增加与SIR的关系曲线图。
图18是用于由基于空间的组件天线馈送元件形成的天线方向图的增益与方位角/仰角的三维关系曲线图。
图19是图18的曲线图的增益等高线图。
图20是使用多个天线馈送元件的、用于自适应形成的天线方向图的增益与方位角/仰角的三维关系曲线图。
图21是图20的曲线图的增益等高线图。
图22-24是根据本发明的实施例的不同接收机配置的位差错率(BER)与信噪比(SIR)的关系曲线图。
图25是天线馈送元件的增益等高线图。
图26-33是根据本发明的实施例的不同模拟条件下BER的曲线图。
具体实施例方式将在下文中参考其中示出了本发明实施例的附图对本发明的实施例进行更为充分的描述。然而，本发明可以包括在多种不同的形式中并且不应当被认为是受限于本文所列举的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开内容是详尽和完全的，并且将会充分地向本领域的技术人员传达本发明的范围。在全文中相同的数字指的是相同的元件。
将会理解，尽管在本文中术语第一和第二可用于描述不同的元件，但是这些元件不应当被这些术语限制。这些术语仅用于把一个元件与其它元件区分开。因此在不背离本发明的教导的情况下，下面的第一元件可被称为第二元件，并且同样地，第二元件可被称为第一元件。正如在本文中所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列举项的任何和所有组合。符号“/”同样被用作“和/或”的简化符号。
本文使用的术语仅为了描述特定实施例而并不是为了限制本发明的。正如在本文中所使用的，单数形式“一”和“该”同样用于包括复数形式，除非另外清楚地表示。还将会理解，当在本文中使用术语“包含”、“含有”、“包括”和/或“带有”时，指记载的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其它组的存在或添加。
除非另外定义，本文使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。还将会理解，本文所使用的术语应当被解释为具有与本说明书和相关领域的内容的含义相一致的含义，并且除非在本文中明确定义将不会以一种理想的或过分正式的意义进行解释。
如本领域技术人员将意识到的，本发明可体现为方法、数据处理系统、和/或计算机程序产品。因此，本发明可采取完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式，本文一般都称为“电路”或“模块”。此外，本发明可采取具有嵌入介质中的计算机可用程序代码的计算机可用存储媒介上的计算机程序产品的形式。可使用任何适当的计算机可读介质，包括硬盘、CDROM、光存储装置、例如那些支持因特网或内联网的传输媒体或磁存储装置。
下面参考根据本发明的实施例的方法、系统和计算机程序产品的流程图和/或框图描述本发明。将会理解，流程图和/或框图的每个块以及流程图和/或框图的块的组合可以通过计算机程序指令来实现。可将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专用计算机、或其它可编程数据处理设备的处理器以生产机器，使得通过计算机或其它可编程数据处理设备的处理器执行的指令创建用于实现流程图和/或框图的块或若干块中指定的功能/行为的部件。
这些计算机程序指令还可存储在计算机可读存储器中，所述计算机可读存储器可引导计算机或其它可编程数据处理设备以特殊方式起作用，使得被存储在计算机可读存储器中的指令产生包括实现流程图和/或框图的块或若干决中指定的功能/行为的指令部件的制品。
还可将计算机程序指令加载到计算机或其它可编程数据处理设备上以引起一系列操作步骤在计算机或其它可编程设备上执行从而产生计算机实现的过程，使得在计算机或其它可编程设备上执行的指令提供实现流程图和/或框图的块或若干块中指定的功能/行为的步骤。
此外，正如本文所使用的，“基本上相同”的频带意味着两个或多个被比较的频带基本上是重叠的，但也可有一些区域不重叠，如在频带的末端和/或其它地方。“基本上相同”的空中接口意味着两个或多个被比较的空中接口是相似的但不必是同样的。例如第一空中接口(即卫星空中接口)可包括相对于第二空中接口(即地面空中接口)的一些差异以便例如说明通信/传播环境的一个或多个不同特征和/或解决与第一和/或第二空中接口相关的其它性能方面和/或系统问题。
例如，与可用于地面通信的语音编码率相比，不同的语音编码率可用于卫星通信(例如对地面通信，音频信号可以大约9到13kbps或更高的速率编码，而对卫星通信，可使用大约2到4kbps的语音编码率)。同样地，与可用于地面通信的代码、交错深度，和/或扩频码(即Walsh码、短码、长码、和/或跳频码)相比较，不同的前向差错纠正码、不同的交错深度、和/或不同的扩频码也可用于例如卫星通信。
卫星频带服务链路频率的地面使用/再用已向联邦通信委员会(FCC)和工业加拿大(IC)提议并被接受。参见例如2003年1月29日采用的、2003年2月10日发布的Report and Order and Noticeof Proposed Rulemarking，FCC03-15，“Flexibility for Delivery ofCommunications by Mobile Satellite Service Providers in the 2GHz Band，the L-Band，and the 1.6/2.4 Bands”，IB Docket No.01-185以及2004年5月的工业加拿大的Spectrum Management and TelecommunicationsPolicy DGTP-006-04，“Spectrum and Licensing Policy to PermitAncillary Terrestrial Mobile Services as Part of Mobile-Satellite ServiceOfferings”。也可参见例如2005年2月10日采用的、2005年2月25日发布的Memorandum Opinion and Order and second Order onReconsideration，FCC05-30，IB Docket No.01-185。
本发明的一些实施例利用卫星带频的地面使用/再用执行自适应信号处理，包括移动卫星系统(MSS)环境中的波束形成(如天线方向图成形)、干扰抑制，信道估计和多用户检测。基于最小均方差错(MMSE)性能指数的波束形成例如可在特征在于卫星服务链路频率的显著地面再用的环境中用于增加MSS链路的信号与噪声加干扰比。使用/再用卫星带频的辅助地面网络的元件在本文中被称为辅助地面组件(ATC)。
本发明的实施例可减轻移动卫星系统(MSS)环境中ATC引起的和非ATC引起的干扰(可以是同频/同信道和/或信道外/带外)和多址干扰(MAI)。此外，通过使用在卫星上接收的信号的空间和时间处理可获得显著的性能改进。在一些实施例中，通过处理一组天线馈送元件信号，基于导频的MMSE算法可用于为用户自适应形成波束(即天线方向图)。波束形成之后(即天线方向图形成)，导频信号可用于估计用户信道的参数。根据本发明的实施例的顺序ATC和MAI干扰消除器(SAMIC)可利用已知的导频信号信息和接收信息的最初决定来顺序执行干扰抑制，然后进行多用户检测。SAMIC算法的性能通过模拟包含在美国大陆(CONUS)超过50个主要市场上ATC的广泛部署的多波束同步地球卫星来示出。
尽管术语“干扰消除器”和例如“干扰消除”和“干扰撤销”的相关术语在本文中用于描述根据本发明的实施例的元件、系统和方法，但是将会意识到，虽然一些干扰减少技术可称为“干扰消除”，但即使在“干扰消除”之后一些剩余的干扰仍然可留在信号中。也就是说，如同任何物理过程一样，即使在所谓的“最优”系统中，完全消除干扰可能是不可能或不切实际的。
图1是根据本发明的实施例的蜂窝式卫星通信系统和方法的示意图。如图1中所示，这些蜂窝式卫星通信系统和方法100包括基于空间的组件(SBC)110，例如地球同步或非同步轨道卫星。基于空间的组件110可被配置为有选择地在地理上使用一组频率并且通过一个或多个卫星前向服务链路(下行链路)频率fD在包括一个或多个卫星小区130-130″″的卫星覆盖区中向多个无线终端发送无线通信信号，其中只有一个无线终端在图1中示出(终端120a)。基于空间的组件110还可被配置为通过一个或多个卫星返回服务链路(上行链路)频率fU在卫星小区130中从例如无线终端120a的多个无线终端接收无线通信。
包括至少一个辅助地面组件(ATC)140的辅助地面网络(ATN)被配置为通过在卫星频带中的上行链路频率fU从例如至少一个无线终端120b接收无线通信信号，所述至少一个辅助地面组件(ATC)140可包括天线140a和电子系统140b。频率fU可与用于和卫星小区130中的基于空间的组件(SBC)110进行通信的上行链路或下行链路频率是一样的，其中无线终端120b位于和/或邻近或远离卫星小区130。因此，如图1所示，无线终端120a可使用卫星频带中的频率与基于空间的组件110进行通信，而无线终端120b也可使用卫星频带中的频率与辅助地面组件140进行通信。如图1所示，基于空间的组件110不合要求地还从无线终端120b和/或卫星小区130中的ATC140接收作为干扰的无线通信分量。此外，基于空间的组件110可通过与fU和/或fU一样(和/或重叠)的卫星频率从位于不同卫星小区中的无线终端和/或ATC(图中未示出)接收无线通信分量。
更具体地说，潜在的干扰路径在150示出。在该潜在的干扰路径150中，由无线终端120b和/或ATC140发送的信号干扰卫星通信。当发送的信号使用与讨论的小区一样的载频(如fU＝fU)时，该干扰一般将最强，因为在那种情况下，相同的返回链路频率将用于基于空间的组件和辅助地面组件通信并且如果在相同的卫星小区上使用，则卫星小区之间将没有实际的空间差别存在以减少干扰电平。然而即使有空间差别，干扰可减弱来自第一无线终端120a的信号。
仍然参考图1，卫星通信系统/方法100的实施例可包括至少一个卫星网关160，所述至少一个卫星网关160可包括天线160a和电子系统160b。卫星网关160可连接到其它网络162，其包括地面和/或其它有线和/或无线通信网络，例如公用交换电话网络和/或因特网。卫星网关160通过卫星馈送链路112与基于空间的组件110进行通信。卫星网关160还可被配置为一般通过地面链路142与辅助地面网络中的辅助地面组件140进行通信。
仍然参考图1，干扰减少(IR)信号处理器170还可至少部分在网关电子系统160b中提供。然而在其它备选方案中，替代或除了网关电子系统160b外，干扰减少信号处理器170还可至少部分在蜂窝式卫星系统/方法100的其它组件中提供。例如，干扰减少信号处理器170可至少部分在基于空间的组件110中提供。干扰减少信号处理器170可响应基于空间的组件110和辅助地面组件140，并可被配置为减少来自基于空间的组件110接收的无线通信的干扰。具体地，干扰减少信号处理器170可被配置为减少至少部分由例如ATC140的ATC和例如与辅助地面网络进行通信的无线终端120b的无线终端生成的干扰。此外，干扰减少信号处理器170还可被配置为减少来自例如在MSS和/或ATN之外工作的发射机的其它发射机的干扰。
本申请中公开的系统和方法可有利地用于使用卫星带频的地面使用/再用的系统中。如上所述，在卫星连接不可靠的人口稠密地区，辅助地面网络(ATN)使用/再用至少一些卫星频带服务链路频率以提供可靠的通信。作为卫星带频的地面使用/再用的结果，对卫星链路的上行链路同信道干扰可能会出现并且在卫星和地面链路间没有足够区别的某些条件下可能会变得有害。本发明的实施例可有利地用于与广泛部署在例如美国大陆(CONUS)和/或其它地理区域的多个市场上的辅助地面网络一起工作的现有技术的移动卫星系统(MSS)中。本发明的某些实施例尤其可用于使用例如cdma20001XRTT协议的扩频多址通信协议的MSS/ATN系统中。然而，如本领域的技术人员将意识到的，本发明的实施例可应用于任何通信协议和/或空中接口。
多址干扰(MAI)是可减少多址通信环境中卫星所接收到的信号质量的同信道干扰的一种类型。在这种环境中，多个发射机使用共享的通信介质/载波/信道与单个接收机(例如卫星接收机)进行通信。
一般至少有三种基本的多址方案时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)和频分多址(FDMA)。在FDMA方案中，不同的发射机被分配不同的频带进行发送。在TDMA系统中，不同的发射机在特定频带内被赋予不同的时隙(即时间间隔)。因此，根据TDMA系统，发射机被赋予特定频带(如在FDMA中)，但临时共享频带以便于改进频带利用率。在一般的CDMA方案中，多个发射机共享一个相对较宽的频带，但发射机不受限于特定时隙。相反，每个发射机被赋予在一些实施例中与其它发射机的每一个使用的扩频码正交的唯一扩频码(或“修整”码)。每个发射机发送的信息使用发射机的扩频码进行调制。因此，被第一同频(同信道)发射机广播的信号在被添加到由第二同频(同信道)发射机发送的信号上时可理想地表现为噪声。更多高级的多址系统可结合FDMA、TDMA和/或CDMA的若干方面。一般，可要求多址系统中的接收机估计由于系统中其他发射机发送的信号而经历了同信道MAI的发射机发送的信号。
在传统的第三代(3G)CDMA系统中，信号检测的潜在障碍一般是(i)多径衰落和(ii)由使用未与期望用户的信号正交的代码的同信道传输所引起的MAI。通过紧密结合期望信号的可解析的多径复制，耙式匹配滤波可有效地抗击多径衰落。包括多元件天线的接收机可被配置为结合耙式匹配滤波与信号的时空处理以减少MAI。
被配置为减少MAI的多用户检测系统可与检测期望的用户信号而不考虑MAI的单用户检测技术进行比较。根据本发明的一些实施例，通信接收机可配置有第一信号处理级，它对通过基于空间的组件的相应的多个天线方向图供给通信接收机的多个接收信号进行操作，其中多个天线方向图在空间方向上不同(即在基于空间的组件的服务区上投射不同的增益等高线)和/或可在一个或多个极化方向上不同。在一些实施例中，通过使用基于空间的组件的至少一个天线馈送元件，由基于空间的组件形成多个天线方向图。在本发明的一些实施例中，多个天线方向图中的至少其中一个包括提供信号给通信接收机的至少两个不同极化方向的天线方向图，所述通信接收机包括分别与多个天线方向图中至少其中一个的至少两个不同极化方向相关联的至少两个组件。在一些实施例中，至少两个不同的极化方向包括基本上右手环形极化(RHCP)和基本上左手环形极化(LHCP)。在本发明的其它实施例中，多个天线方向图中的每一个提供包括分别与至少两个不同的极化方向相关联的至少两个组件的信号。通信接收机的第一信号处理级可对多个接收信号进行操作以减少其中的干扰电平，从而使得第一级之后的通信接收机的第二级更有效地减少MAI并执行多用户检测(MUD)。
在一些实施例中，通信接收机被配置在一个或多个卫星网关处。在其它实施例中，通信接收机被配置在基于空间的组件处。在另外的实施例中，通信接收机可分布在基于空间的组件和至少一个卫星网关之间。
在本发明的一些实施例中，对通过基于空间的组件的相应的多个天线方向图供给通信接收机的多个接收信号进行操作的通信接收机的第一信号处理级可选择性地对由基于空间的组件的相应的预定多个天线方向图供给通信接收机的预定多个接收信号进行操作。在本发明的一些实施例中，预定的多个接收信号可以是由基于空间的组件的相应的全体天线方向图接收的全体信号的子集，并且预定的多个接收信号的选择(即提供预定的多个接收信号的预定的多个天线方向图的选择)可响应于接收的返回链路控制信道信号。在本发明的一些实施例中，与接收的返回链路控制信道信号相关联的位置和/或地理区域可用于选择提供预定的多个接收信号的预定的多个天线方向图。
在一些实施例中，返回链路控制信道信号被配置为占据未被辅助地面网络(ATN)和/或其它网络使用/再用或最少使用/再用的频率范围，从而最小化或减少与返回链路控制信道信号相关联的干扰电平。因此，基于空间的组件基本上可自由接收返回链路控制信道信号，或在可另外由返回链路控制信道频率的地面(和/或其它)使用/再用所引起的干扰电平下接收返回链路控制信道信号。通过一个或多个基于空间的组件天线方向图(由天线馈送元件形成的波束/小区和/或天线方向图)，基于空间的组件可接收返回链路控制信道信号。响应接收返回链路控制信道信号的一个或多个基于空间的组件天线方向图和/或响应相应的返回链路控制信道信号强度和/或与接收返回链路控制信道信号的一个或多个基于空间的组件天线方向图相关联的信号质量，与返回链路控制信道信号相关的源(如无线电终端源)相关联的地理位置可被确定并用于选择提供预定的多个接收信号的预定的多个天线方向图。因此，相对发射返回链路控制信道信号的源，基于空间的组件可被配置为确定与源相关联的地理位置并配置通信接收机以选择性地对由基于空间的组件的相应的预定的多个天线方向图供给通信接收机的预定的多个接收信号进行操作，对于与源相关联的确定的地理位置来说，基于空间的组件的相应的预定的多个天线方向图被确定为在使通信接收机能够建立最大或接近最大的期望信号对干扰和/或噪声性能测量中是最优的或接近最优的。
将会理解，使用基本固定点波束和/或可能与基于空间的组件的一个或多个天线馈送元件(即接收天线馈送元件)相关联的天线方向图，基于空间的组件可接收返回链路控制信道信号。在本发明的一些实施例中，前向链路控制信道信号还可基于基本固定点波束和/或可能与基于空间的组件的一个或多个天线馈送元件(即发送天线馈送元件)相关联的天线方向图。使用跨越基于空间的组件的第一地理服务区的基于空间的组件的第一天线方向图，基于空间的组件可发射前向链路控制信道信号。基于空间的组件还可被配置为使用跨越至少部分与基于空间的组件的第一地理区域重叠的基于空间的组件的第二地理区域的第二天线方向图辐射前向链路控制信道信号。在前向链路控制信道信号相对于使用第一天线方向图被基于空间的组件辐射的前向链路控制信道信号被延迟了第一延迟值之后，使用第二天线方向图可辐射前向链路控制信道信号。基于空间的组件可还被配置为使用跨越至少部分与基于空间的组件的第一和/或第二地理区域重叠的基于空间的组件的第三地理服务区的第三天线方向图辐射前向链路控制信道信号。在前向链路控制信道信号相对于使用第一天线方向图被基于空间的组件辐射的前向链路控制信道信号延迟了第二延迟值之后，使用第三天线方向图可辐射前向链路控制信道信号。
一般地，基于空间的组件还可被配置为使用跨越至少部分与基于空间的组件的第一、第二、第三......和/或第(N-1)地理服务区重叠的基于空间的组件的第N地理服务区的第N天线方向图辐射前向链路控制信道信号。在前向链路控制信道信号相对于使用第一天线方向图被基于空间的组件辐射的前向链路控制信道信号延迟了第(N-1)延迟值之后，使用第N天线方向图可辐射前向链路控制信道信号。在本发明的一些实施例中，延迟值(第一到第(N-1))基本上可预定和/或基本上是可区别的。此外，可通过N个相应的天线方向图被基于空间的组件辐射的信号的N个分量可以彼此不同的N个功率电平被辐射。根据本发明的实施例，N个相应功率电平的选择可基于将要接收和处理信号的N个分量的无线电终端的地理位置和/或根据无线电终端方向的、与用于辐射N个相应的功率电平的N个相应的基于空间的组件天线方向图相关联的N个相应的增益值进行选择。N个相应的功率电平还可被认为受到加在将用于使用N个相应的功率电平通过N个相应的天线方向图辐射信号的N个分量的总基于空间的组件功率上的约束。在一些实施例中，无线电终端还可被配置为向基于空间的组件和/或基于空间的组件的网关(经由返回链路控制和/或业务信道)提供信息以帮助确定最优或接近最优的N个相应功率电平的选择。
因此，被配置为接收和处理前向链路控制信道信号(或根据上面公开的原理被基于空间的组件辐射的任何其它前向链路信号)的装置可包括接收机元件，它被配置为通过接收和处理经由第一天线方向图被基于空间的组件辐射的信号以及经由出第一天线方向图之外的天线方向图被基于空间的组件辐射的其中至少一个延迟版本来增加或最大化期望信噪和/或干扰比的测量。在本发明的一些实施例中，如本领域技术人员将意识到的，接收机元件是耙式接收机元件和/或横向滤波器接收机元件。作为备选或与上面相结合，被基于空间的组件辐射的N个前向链路信号分量的每一个可具备接收装置(例如无线电终端)可处理以获得关于通过其中两个或多个相应的天线方向图被基于空间的组件辐射并在接收装置处被接收的两个或多个前向链路信号分量的最大比率合并(最大的或接近最大的期望信噪和/或干扰功率比)的唯一特征(如唯一的导频信号、位序列、中置码，前置码和/或扩频码)。
将会理解，基于空间的组件的任何天线方向图可是基于空间的组件的第一天线方向图。还将会理解，基于空间的组件可包括多个第一天线方向图并且基于空间的组件的每个前向链路天线方向图可是基于空间的组件的第一天线方向图。根据本发明的一些实施例，与基于空间的组件相关联的多个第一天线方向图可是等于或少于与基于空间的组件相关联的天线方向图总数的多个第一天线方向图。在本发明的一些实施例中，与基于空间的组件相关联的天线方向图总数可是与基于空间的组件相关联的波束/小区和/或天线馈送元件天线方向图的总数(如与基于空间的组件相关联的前向服务链路波束/小区和/或前向服务链路天线馈送元件天线方向图的总数)。在本发明的一些实施例中，基于空间的组件的至少部分或全部第一天线方向图与相邻/邻近的第二、第三......和/或第N天线方向图相关联，如前所述，它们辐射相关前向链路信号的相应的第二、第三......和/或第N延迟版本和/或包括唯一特征的前向链路信号的相应版本。在一些实施例中，对比相关前向链路信号的代码和/或位序列，唯一特征可包括不同的代码和/或不同的位序列。将会理解，上述前向链路控制信道信号相关的技术可应用于任何前向链路控制信道信号和/或任何前向链路业务信道信号。
在本发明的一些实施例中，至少一个前向链路通信信道和/或至少一个返回链路通信信道可优先用于基于空间的通信和/或被保留并仅用于基于空间的通信，同时一个或多个前向链路通信信道和/或一个或多个返回链路通信信道可用于基于空间的通信和地面通信和/或优先用于地面通信。因此，被保留并仅用于基于空间的通信和/或优先用于基于空间的通信的至少一个前向链路通信信道和/或至少一个返回链路通信信道可用于在地理上靠近使用/再用基于空间的组件的至少一些频率提供地面通信的系统元件(辅助地面组件)的地理区域内提供基于空间的通信，从而减少或避免可另外由地面通信到基于空间的通信引起的干扰。因此，使用被保留并仅用于基于空间的通信和/或优先用于基于空间的通信的至少一个前向链路通信信道和/或至少一个返回链路通信信道，可使参与地面模式通信并处在提供地面通信的系统元件的地理服务区域的边缘或边缘外的地理距离处的通信装置可转变成基于空间的模式通信。将会理解，被保留并仅用于基于空间的通信和/或优先用于基于空间的通信的至少一个前向链路通信信道和/或至少一个返回链路通信信道还可用于在地理上远离提供地面通信的系统元件的地理区域内提供基于空间的通信。
本发明的实施例可提供用于减少基于空间的组件接收的信号中的多址干扰(MAI)和其它(非MAI)同信道干扰的系统和方法。如上所述，通过包括例如基站发射机和用户装置发射机的基础发射机的辅助地面网络(ATN)，通过卫星频带(基于空间的组件频带)频率的至少一些的地面使用/再用可生成同信道干扰。
现代卫星可使用包括多个接收天线馈送元件的天线系统以形成多个服务区域点波束(或天线方向图)。天线系统可包括物理上排列成二维阵列的多个(L个)天线馈送元件。由用户装置(如无线电终端)和/或其它发射机发送的电磁信号被L个天线馈送元件中的每一个接收。在第一天线馈送元件处接收的电磁信号被称为y1。在L个天线馈送元件处接收的信号集合被称为yL。
接收的电磁信号可被表示为复值(即具有实部和虚部的值)。因此，接收的电磁信号可被称为“复数信号”并可使用涉及但不限于例如常量、变量、函数、矢量和/或矩阵的复值量的数学工具进行分析和处理。
在天线系统中，L个复数权重(wL)的集合可应用于接收的信号；也就是说，复数权重w1可应用于在天线系统的L个馈送元件的每一个处接收的信号y1。应用于在一个馈送元件处接收的信号y1上的复数权重可与应用于在不同馈送元件处接收的信号上的复数权重y1相同或不同。通过适当选择复数权重，依赖于相对天线方向接收信号的方位角和仰角，在L个馈送元件的每一个处接收的信号相互之间可基本上有建设性地进行组合或基本上有破坏性地进行组合。一般，可选择每组复数权重以使从期望方向(方位角/仰角组合)到达接收机的信号功率被最大化或接近最大化，同时从不同于期望方向的一个或多个相应方向到达接收机的一个或多个信号的功率被抑制。因此，例如把第一组L个复数权重应用于被L个天线馈送元件接收的信号可促使天线相对地响应从第一方位角/仰角组合周围接收的信号并且相对地不响应从其它方位角/仰角组合接收的信号。第二组L个复数权重可促使天线相对地响应从第二方位角/仰角组合周围接收的信号并且相对地不响应从其它方位角/仰角组合接收的信号等等。
通过选择合适的L个复数权重的组合，天线可被配置为选择性地从一个或多个重叠或非重叠的服务区接收信号，它们中的每一个都通过由唯一的一组复数权重限定的点波束来辐射照射。因此，“点波束”指的是天线基于给定的一组L个复数权重所响应的特定方位角/仰角组合周围的区域。点波束可因此限定地理区域。选择适当的复数权重以便限定对特定方位角/仰角组合具有期望响应的点波束的过程被称为“波束形成”。
在例如Thuraya和Inmarsat-4的一些卫星系统中，通过将复数权重应用于接收的复数信号然后以上述方式形成信号的线性组合，在卫星上数字化处理由卫星接收天线馈送元件提供的信号。然而在其它系统中，在接收天线馈送元件接收的信号可经由一个或多个卫星馈送链路传输给辅助卫星网关并且根据一个或多个性能准则在卫星网关处进行处理。这被称为基于地面的波束形成。
为了减少同信道干扰，根据本发明一些实施例的系统和/或方法可限制可用频带的使用以使在特定卫星小区中用于卫星通信的频带可不被位于卫星小区中的ATN(例如固定和/或移动发射机)的元件使用。然而为了增加可用带宽的利用，在特定卫星小区中用于卫星通信的频带可在卫星小区外被空间再用。通过在卫星小区外(即在点波束外)使用这种再用频率，经由ATN发送的信号仍然可被卫星连同来自卫星小区(即在点波束内)的预定的卫星通信接收为同信道干扰。这种干扰在本文中被称为ATN引起的或ATC引起的同信道干扰。然而在根据本发明的一些实施例中，在特定小区内用于卫星通信的频率可以和例如美国专利6,684,057中所讨论的干扰减少技术的另外的干扰减少技术一起被地面再用。
在本发明的一些实施例中，在卫星接收天线馈送元件处接收的导频信号用于执行自适应波束形成以减轻ATN引起的同信道干扰和/或波束间同信道干扰。然后通过操作干扰被减少的样本，使用多用户检测，减扰器移除至少一些波束内MAI。在一些实施例中空间处理(波束形成)可在时间处理(多用户检测)前执行，因为如果不首先减少占优势的ATN-引起的同信道干扰，则难以执行有效的信号检测(如果并非不可能的话)。在一些实施例中自适应波束形成器使用由卫星用户终端发送的导频信号的先验知识，如cdma2000返回链路波形。波束形成后，导频信号用于估计多用户信道。在一些实施例中检测器可是最大可能的检测器。
根据本发明的一些实施例，包括自适应波束形成器14和减扰器16的单用户干扰减少检测器200示出在图2A-2C中。如图2A所示，波束形成器14接收在天线的L个馈送元件(图中未示出)处接收的L个输入信号的矢量yL。波束形成器14还接收和/或已存储K个导频信号扩频码的矢量pK。导频信号扩频码的矢量pK包括用于向卫星或基于空间的组件(SBC)(图中未给出)发送多址信号的K个多址发射机(即卫星用户)的每一个的一个导频信号扩频码。因此，波束形成器具有导频信号和导频信号扩频码两者的先验知识，据此已知的导频信号由K个发射机的每一个来发送。该先验知识不仅用于定位(在时间上)导频信号还用于减少影响由K个用户(发射机)的每一个发送的信息信号的干扰。波束形成器14还为导频搜索器12提供的K个发射机的每一个接收延迟信息τk作为输入。
波束形成器14生成复数权重 的L×K矩阵 也就是说，波束形成器为K个发射机的每一个生成L个复数权重的矢量 如上所述，每个复数权重矢量 规定一组复数权重，当应用于被L个天线馈送元件接收的该组L个信号时，该组复数权重形成在接收的导频信号中减少同信道干扰的波束。例如，权重矢量 规定一组L个权重，当应用于被L个天线馈送元件接收的该组L个信号时，该组L个权重形成在从第一发射机接收的导频信号中减少干扰的波束，等等。在一些实施例中，复数权重矢量 规定一组复数权重，当应用于被L个天线馈送元件接收的该组L个信号时，该组复数权重形成在第K个接收的导频信号中最小化同信道干扰的波束。在一些实施例中，波束形成器12可使用最小均方差错(LMSE)算法来确定最小化在接收的导频信号中的同信道干扰的一组复数权重。
复数权重矩阵 连同在天线的L个馈送元件处接收的信号yL被提供给减扰器16。减扰器16使用由波束形成器14提供的复数权重阵列 生成一组具有减少的干扰的K个信号(每个信号对应K个发射机的每一个)YK。基于信号YK的值，“限幅器”18(例如判定级)生成被K个发射机的每一个发送的位的估计_k。在图2A的实施例中，波束形成器14和减扰器16可能基本上是相似的，因为两者都减少干扰。然而，波束形成器14是自治元件，因为它通过处理至少一个导频信号和/或至少一个信息信号获得一组用于减少干扰的系数；而减扰器不是自治元件，因为它不获得系数；相反，减扰器16使用由波束形成器14提供的系数以减少干扰。然而，将会理解，在本发明的一些实施例中，通过处理一个或多个导频信号和/或一个或多个信息信号，减扰器16还可被配置为获得系数，而不是从波束形成器14接收系数或与来自波束形成器14的接收系数组合。
根据本发明的一些实施例，波束形成器14在图2B中被更为详细的示出。正如那里所示的，波束形成器14可包括每馈送元件的K个导频信号估计器的阵列20。波束形成器14可被配置为接收L个接收信号yL、K个导频信号扩频码pK和K个延迟时间τk。在一些实施例中，波束形成器14可包括导频信号扩频码并且还可被配置为确定K个延迟时间。正本文所使用的，“估计器”可包括解扩器和积分器。通过把扩频信号和已被扩频信号的发射机使用的扩频码相乘(使相关)，解扩器可执行解扩扩频信号的功能，并且积分器可在一段时间间隔积分被解扩的扩频信号的功率以获得被解扩的扩频信号的能量测量。导频信号估计器的阵列20生成L×K导频信号估计的矩阵。也就是说，导频信号估计器的阵列20为L个天线馈送元件的每个元件生成K个导频信号估计的矢量(每个估计对应K个接收的导频信号的每一个)。空间组合器22使用一组最初假定的权重 组合L×K导频信号估计并生成K个导频信号估计 的矢量。差错检测器24把导频信号估计和与导频信号相关联的已知量进行比较，并生成K个差错信号的差错矢量eK，每个对应于K个导频信号的每一个。差错矢量eK被反馈给空间组合器22，空间组合器22使用差错矢量eK至少基于差错矢量eK的值将假定的权重 的值调整为新的值。在一些实施例中，可调整权重直到差错矢量eK在LMS差错的意义上被最小化。可使用其它算法以减少或最小化差错矢量。可重复该过程直至系统找到减少或最小化差错矢量eK的测量的权重 的解决方案。满足期望准则的权重的解决方案接着作为输出矩阵 由波束形成器14提供。将会理解，为了建立最优或接近最优的权重矩阵的处理可在扩频波形的码片级进行。也就是说，取代解扩扩频波形、积分解扩的扩频波形的功率以及基于解扩的波形和其中的能量测量获得差错量，通过比较接收的扩频波形的码片级和参考级(例如接收的扩频波形的理想版本的码片级)，可获得码片级差错量。同样地，如本领域技术人员将意识到的，可至少部分消除导频信号估计器20的至少一些功能，并且空间组合器22和/或减扰器16可被配置为操作码片级(解扩之前)信号。在这些实施例中，解扩器可设置在波束形成器和/或减扰器之后。
根据本发明的意些实施例的减扰器16在图2C中被更为详细的示出。正如本文所示的，减扰器16可包括每馈送元件的K个业务信号相关器(解扩器)的阵列26。也就是说，减扰器16可包括L×K业务信号相关器，其生成提供给空间组合器28的业务信号估计的L×K矩阵ZK，L(s)。使用波束形成器14的权重 矩阵，空间组合器28形成L×K业务信号估计ZK，L(s)的线性组合以生成具有减少干扰的K个(解扩)接收信号(每个对应于K个发射机的每一个)的一组YK。如前所述，本领域技术人员将意识到减扰器16可被配置为操作码片级(解扩前)信号。在这些实施例中，解扩器可设置在减扰器之后并且可能不需要由业务信号相关器26执行的至少一些功能。
如上所述，位限幅器18可用于从具有K个接收信号的组YK生成位估计_k。在一些实施例中，限幅器18可实现为比较器，所述比较器的输出不时地基于时间延迟τk被采样用于K个发射机的每一个。
干扰减少检测器200在图11中被更为详细的示出。如图所示的，干扰减少检测器200包括向检测器200提供L个信号的L个馈送元件1105。例如天线的L个天线馈送元件(图中未示出)可接收L个信号。将L个接收信号提供给使接收信号与已知导频信号扩频码pK相关的一组k个导频信号相关器1120。用于导频信号相关器1120的定时信息由K个导频搜索器1112提供。解相关导频信号被积分器1125积分Q个周期(例如信息符号的Q个周期)并且被组合器1122空间组合以生成K个接收的导频信号估计。通过差错检测器1124将导频信号估计与导频信号有关的已知值进行比较以生成K个导频信号差错矢量信号eK，将其反馈给空间组合器1122并用于改进权重。将会理解，L个馈送元件1105可位于基于空间的组件处并且干扰减少检测器200的至少一些其它元件可位于远离基于空间的组件处。
L个馈送元件1105提供的L个信号(yL)还被提供给一组K个业务信号相关器1126，它基于已知业务信号扩频码sK解扩信号。解扩信息信号然后通过空间组合器1128进行组合，空间组合器1128使用由空间组合器1122生成的权重以生成K个接收信息信号YK。K个接收的信息信号的每一个然后通过限幅器1118进行处理以生成位估计(信道位估计)。
进一步根据本发明的实施例的、被配置为执行同信道干扰减少和多址干扰减少的干扰减少检测器300在图3A-3B中示出。干扰减少检测器300中的一些元件与图1A中示出的干扰减少检测器200的相应元件相似。也就是说，检测器300包括导频搜索器12和波束形成器14。如在检测器200中，导频搜索器12为K个发射机的每一个生成延迟信息τk并把延迟信息连同天线的L个馈送元件处接收的L个输入信号的矢量yL提供给波束形成器14。波束形成器14还接收和/或已存储K个导频信号扩频码的矢量并生成复数权重 的L×K矩阵 根据例如上述的LMSE的算法，复数权重 通过波束形成器14而被自适应/递归地改进。
复数权重矩阵 连同来自天线的L个馈送元件的每一个的接收信号YL被提供给减扰器30(它与减扰器16相似)。在系统300中，减扰器30为K个信号的每一个提供解扩信号YK并且还为K个用户信号的每一个提供码片级信号rK。码片级信号被信道估计器32用于为在天线馈送元件处接收的K个用户信号的每一个生成信道估计 信道估计 连同限幅器31生成的K个位估计_K和K个码片级信号rK被提供给序列ATC和MAI干扰消除(SAMIC)检测器34。根据本发明的一些实施例，SAMIC检测器34生成码片级信号rK的MAI消除版本。由SAMIC检测器34生成的码片级信号 然后被具有被K个发射机的每一个使用的扩频码sK的先验知识的业务信号解扩器36处理以生成K个MAI-减少的位估计 的矢量。
根据本发明的一些实施例的减扰器30在图3B中被示出。正如那里所示，减扰器30可包括空间组合器38，它被配置为接收该接收信号矢量yL连同由波束形成器14生成的复数权重矩阵 空间组合器38使用复数权重 形成输入信号矢量YL值的线性组合以生成K个接收的码片级信号rK的矢量，它被提供为减扰器30的第一输出。减扰器30还可包括被配置为解扩接收的信息信号rK的业务信号解扩器40以生成K个接收信号YK的矢量，它被提供为减扰器30的第二输出。接收信号YK可由限幅器(图3A)31处理以提供k个位估计_K。
干扰减少检测器300在图12中被更为详细的示出。正如那里所描述的，如图11中所示的干扰减少检测器，干扰减少检测器300包括向检测器300提供L个信号的L个馈送元件1105。L个信号可被例如天线的L个天线馈送元件(图中未示出)接收。L个接收信号被提供给使接收信号与已知的导频信号扩频码pK相关的一组K个导频信号相关器(解扩器)1120。用于导频信号相关器1120的定时信息由K个导频搜索器1112提供。解相关导频信号被积分器1125积分Q个周期并被组合器1122空间组合以生成K个接收的导频信号估计。通过差错检测器1124将导频信号估计与已知导频信号值进行比较以生成K个导频信号差错矢量信号eK，将其反馈给空间组合器1122并用于改进权重。
由L个馈送元件1105提供的L个信号(yL)也被提供给使用由空间组合器1122生成的权重的一组K个空间组合器1238以生成具有减少的同信道干扰的K个接收的码片级信号rK。K个干扰被减少的码片级信号然后通过K个业务信号相关器1240和限幅器1218进行处理从而为K个检测信号生成K个位估计_K。
K个干扰被减少的码片级信号rK还被提供给为K个信号的每一个生成K个信道估计αK的一组信道估计器1232。信道估计αK，K连同码片级信号rK和由限幅器1218生成的位估计_K被提供给使用信道估计αK，K和位估计_K对干扰被减少的码片级信号rK执行多址干扰消除的一组SAMIC检测器1234。得到的MAI减少的接收码片级信号 然后通过一组K个业务信号相关器/限幅器1246进行处理以生成MAI减少的位估计 在本发明的一些实施例中，第二SAMIC检测器可用于进一步改进干扰减少。正图4A中所示，示出了进一步根据本发明的实施例的、被配置为执行同信道干扰减少和多址干扰减少的干扰减少检测器400A。系统400A可包括来自系统300的元件，即基于接收导频信号的分析生成复数权重 矩阵的波束形成器14、被配置为生成位估计_K(经由限幅器31)和接收码片级信号rK的减扰器30、被配置为从接收码片级信号rK生成信道估计 的第一信道估计器32以及被配置为接收位估计_K、信道估计 和接收码片级信号 并生成初步干扰被减少的码片级信号 的第一SAMIC检测器34。第一业务信号解扩器36生成干扰被减少的位估计 除了第一SAMIC检测器34，系统400A还包括第二信道估计器42、第二SAMIC检测器44和第二业务信号解扩器46。第二信道估计器42接收初步MAI减少的码片级信号 并生成第二信道估计 矩阵。因为第二信道估计基于由第一SAMIC检测器34生成的初步MAI减少的信号 而生成，它们可是更为精确的传输信道估计。在系统400A中，第一业务信号解扩器36生成MAI减少的初步位估计 它连同第二信道估计器42生成的第二信道估计 被提供给第二SAMIC检测器44。第二SAMIC检测器44使用MAI减少的初步位估计 和第二信道估计 以生成第二MAI减少的码片级信号 它然后通过第二业务信号解扩器(相关器/限幅器)46进行处理以提供最终的MAI减少的位估计 将会理解，与第一和第二SAMIC级相关的上述过程在一些实施例中可被重复以便提供附加的SAMIC级。
本发明另外的实施例在示出检测器400B的图4B中被示出。在检测器400B中，使用SAMIC检测器的多级干扰减少被示出。如那里所示的，检测器400B可包括单个SAMIC检测器34。多级SAMIC检测可通过把SAMIC检测器34生成的MAI减少的接收码片级信号 反馈至信道估计器32并把业务信号解扩器36生成的MAI减少的位估计 反馈至SAMIC检测器34来实现。可将MAI减少的接收码片级信号 反馈至信道估计器32一次或多次并且可将由业务信号解扩器36生成的位估计信号 反馈至SAMIC检测器34一次或多次。反馈环路的每一次迭代可通过SAMIC检测器34生成一系列干扰被减少的码片级信号 本发明的一些实施例在图5-8中被示出。如图5中实施例所示，在单级SAMIC检测的过程中通过L个馈送元件接收信号阵列(块510)。对接收信号执行同信道干扰减少(块520)以检测来自K个发射机的信号。最后，对K个干扰被减少的信号执行SAMIC检测以减少接收信号中的多址干扰(块530)。
双级SAMIC检测在图6中示出。如那里所示，通过L个馈送元件接收信号阵列(块610)。对接收信号执行同信道干扰减少(块620)以检测来自K个发射机的信号。对K个干扰被减少的信号执行第一级SAMIC检测以减少接收信号中的多址干扰(块630)。然后使用干扰被减少的信号作为第二级SAMIC检测器的输入执行第二级SAMIC检测(块640)。因此，第二级SAMIC检测器使用来自第一级SAMIC检测器的初步位估计 和第二信道估计 以生成第二MAI减少的码片级信号 它然后被处理以提供最终的(假设没有附加的SAMIC级)MAI减少的位估计 多级SAMIC检测在图7的流程图中示出。如在单级和双级SAMIC检测中，通过L个馈送元件接收信号阵列(块710)并且对接收信号执行同信道干扰减少(块720)以检测来自K个发射机的信号。对MAI减少的信号执行SAMIC检测以提供干扰被减少的位估计(块730)。计算位差错率(BER)并将其与阈值进行比较(块740)。如果计算的位差错率是可接受的，则使用计算的位估计。如果不是可接受的，则使用干扰被减少的位估计作为输入执行后续级的SAMIC检测。过程可重复直到满足预定的出口准则。例如过程可重复直到获得可接受的BER、最大数目的迭代发生、BER收敛，或者满足一些其它准则。
单级SAMIC检测在图8中更为详细的示出。如那里所示，通过天线系统的L个馈送元件接收信号阵列(块810)。用于K个用户的每一个的定时信息由导频搜索器来确定(块820)。获得用于K个用户的每一个的导频扩频码和信号扩频码(块830)。将会理解，在某些情况下，导频扩频码和/或信号扩频码可提前知道并且不需要动态获得。此外，导频扩频码和/或信号扩频码可存储在减扰器、接收机和/或远程数据库中。因此，获得扩频码可包括从本地和/或远程数据库中取回扩频码。
一旦导频信号扩频码已知，则获得导频信号估计(块840)。具体地，K个导频信号估计(每个对应于K个发射机的每一个)可被获取用于L个天线馈送元件的每一个。在某些情况下，可在Q个周期上平均导频信号估计以便于增加导频信号的信噪比。可在空间上组合导频信号估计以便为K个发射机的每一个提供单个导频信号估计。基于导频信号估计，确定最优权重 (块850)。在某些情况下，可选择权重 以提供导频信号估计的LMS差错。将计算的权重应用于L个接收信号以获得K个复数的接收码片级信号rK(块860)，然后使用已知的信号扩频码对其进行解扩(块870)。
一旦检测到接收的码片级信号rK，则获得位估计(块880)。信道估计 还可从接收的码片级信号rK获得(块890)。然后可使用SAMIC检测器基于接收的码片级信号rK、干扰被减少的位估计_K和信道估计 执行MAI干扰减少(块900)。得到的MAI减少的码片级信号 可用于获得第二位估计 (块910)。
现在将被更为详细地描述根据本发明一些实施例的方法和系统。下面的描述组织如下在第1节，阐述了系统模型和所关注的问题。在第2节，随后开发了基于导频的最小均方差错(MMSE)干扰消除单用户检测器。在第3节，提出了根据本发明的一些实施例的SAMIC多用户检测器。在第4节，提供了通过使用代表性的卫星系统设计和美国大陆上的ATN覆盖区说明干扰消除算法的性能的模拟结果。
1.系统模型 在本文所讨论的卫星系统模型中，假定卫星前向链路形成固定点波束。每一个固定前向链路点波束相似于地面小区，尽管在地理上更大些。如图9中所述，假定了三个小区的频率再用群集大小。如图9中所示，多个ATC塔可存在于点波束中。ATC和与之通信的无线终端可使用相邻点波束的频率以便增加或最大化可用卫星带频的地面和卫星再用之间的隔离。图9还示出了“禁区” (虚线圆)，在禁区内部被包围的卫星小区的频率不可用于任何包含其中的ATC。图9还示出了返回链路卫星天线馈送元件的典型的更大的地理覆盖区。由这些返回链路天线馈送元件提供给卫星网关的信号可用于执行包括波束形成、干扰消除、信道估计和多用户检测的自适应(返回链路)信号处理。
假定卫星通信信道是Rician平坦衰落，尽管也可假定其它信道模型。对于第k个返回链路卫星用户，跨L个馈送元件的矢量信道脉冲响应可写成hk(τ，t)＝ak(θk，_k)βk(t)δ(τ-τk)(1)其中ak(θk，_k)＝[ak，l(θk，_k)，…ak，L(θk，_k)]T∈CLxl(2)是位于仰角θk和方位角_k的第k个用户的卫星返回链路天线馈送元件的复数响应矢量。典型的馈送元件的3维复数增益曲线在图10中示出。量
βk(t)＝ρkexp{j(2πfkt+ψk)}(3)是第k个用户的返回链路路径增益，fk是多普勒频移，ψk是固定相移，τk是第k个用户的时间延迟。
利用矢量信道脉冲响应模型，对于总计有K个用户的一般多用户系统，L馈送元件输出的数据矢量可被表示为 其中bk(t)和sk(t)分别是具有M码片/位的第k个用户的信息位和扩频序列；pk(t)是第k个用户的导频码片序列；以及gs和gp分别(所有K个用户一样)是业务数据信号和导频信号的幅值。量vn(t)表示模拟复数高斯噪声的第n个ATC服务区的总干扰信号，以及gn是相关的幅值。最后，n(t)∈CLxl表示附加的复数高斯噪声矢量。
对于第l个天线馈送元件，如果通过使接收信号与用于每一个码间隔的码片波形相关而对接收信号执行匹配的滤波，第l个元件中的接收信号可写为 其中sk和pk分别是对应于sk(t-Tk)和Pk(t-Tk)的码片匹配滤波器的M矢量。假定信号和导频的扩频码被标准化从而具有单位能量‖sk‖＝1，‖pk‖＝1，并且对于给定用户(即<sk，pk>＝0)它们是正交的；vn是对应于第n个ATC干扰的复数M矢量的高斯噪声，并且nl是在第l个天线馈送元件处对应于高斯噪声的复数M矢量。
通过引入一些新的矩阵符号，等式(5)可被重写为yl=SAlbgs+PA11Kgp+VAl(n)1Ngn+nl---(6)]]>
其中S＝[s1s2…sK]∈CMxK≡数据扩频码矩阵Al＝diag{a1，l(θ1，_1)β1…aK，l(θK，_K)βK}∈CKxK≡第l个馈电元件信道矩阵 ≡数据位的K-矢量P＝[p1p2…pK]∈CMxK≡导频扩频码矩阵 ≡1的u-矢量V＝[v1v2…vN]∈CMxN≡ATC干扰矩阵 ≡N个ATC第l个馈电元件矩阵 噪声矢量nl∈CMxl是零均值的复数高斯矢量，它的分布可根据实部和虚部写为Re(nl)Im(nl)~η0M0M,σ2IM0MxM0MxMIM---(7)]]>矩阵和矢量的实部和虚部被定义为Re(X)＝(X+X*)/2和Im(X)＝(X-X*)/2，其中“*”表示共轭复数。
ATC干扰矢量vn∈CMxl(对第n个ATC，n＝1，2，...N)被模拟为零均值的复数高斯矢量。假定所有N个ATC的每一个都有相同的功率(变量＝λ2)，则ATC干扰矢量的分布可写为Re(vn)Im(vn)~η0M0M,λ2IM0MxM0MxMIM---(8)]]>本文所关注的问题是根据yl(l＝1，2，...L)估计bk(k＝1，2，...K)。
2.基于导频的MMSE干扰消除 本节描述了在例如根据本发明的一些实施例的cdma2000卫星返回链路中的最小均方差错(MMSE)的差错减少准则下，如何可获得组合权重的估计。因为MMSE准则应用于具有ATC干扰的接收信号，因此在最小均方差错的意义上，得到的解决方案对于ATC干扰消除可是最优的。
2.1导频空间信道MMSE估计器 假设zl(p)是与用户延迟的导频信号p1p2…pK匹配的一组K个滤波器的K-复数矢量输出，它的输入(yL)是在馈送元件l处接收的基带信号。假定用于这些用户的每一个的定时估计通过导频搜索器获得。对于第l个元件，来自该组K个匹配滤波器的K-复数矢量输出是接收导频信号的解扩版本，它由下式给出zl(p)=PHyl=R(p)Al1Kgp+R(ps)Albgs+R(pv)An1Ngn+PEnl∈CKxl---(9)]]>其中(·)H表示复数共轭转置，并且R(p)＝PHP∈CKxK≡沿主对角线是1的导频相关矩阵R(ps)＝PHS∈CKxK≡沿主对角线是0的导频/信号交叉相关矩阵R(pv)＝PHV∈CKxN≡导频/ATC交叉相关矩阵 由等式(9)可获得标准化的解扩导频信道输出矢量为 假定馈送元件和信道响应经过Q个符号的周期后未改变，则导频估计可通过平均Q个连续的d1(p)实例而被改进。在模拟研究中，下面使用了用于使用长码的平均估计的近似d^1(p)=1QgpΣq=1Qzl,q(p)]]>=Al1K+1Q(R(p)-Ik)Al1K+1QR(ps)Albgsgp+1QR(pv)An1Ngngp+n‾1---(11)]]>其中复数高斯噪声项具有如下分布n‾l~η{0K,gp(-2)σ2R(p)/Q}.]]> 由等式(11)可看出，通过Q个符号窗口平均导频信号估计将MAI、ATC干扰和噪声的变化减少到原来Q分之一。另一引人关注的方面是如果使用短码，则对于导频干扰项(R(p)-Ik)AlK将没有 因子，因为在窗口上该值保持恒定。因此，在长码情形中经历导频估计。但是这种潜在的缺点可通过引入具有已知导频序列的 因子而被移除。
因为导频信号估计包含ATC干扰和MAI，下一问题是通过利用多个馈送元件和已知导频信号(移除MAI将在后面处理)减轻ATC干扰。如果跨L个馈送元件的第K个用户的导频矢量的估计被定义为yk(p)=d^1(p)(k)d^2(p)(k)···d^L(p)(k)T∈CLxl---(12)]]>其中 在(10)中定义，然后可获得基于导频的MMSE干扰消除准则。
MMSE准则试图最小化波束形成器的输出和期望的用户响应之间的差别。更具体地说，对于第k个用户，权重给出为wk=argminwk{J(wk)}=argminwk{E[|wkHyk(p)-dk|2]]]>=σd2-wkHrk-rkHwk+wkHRkwk---(13)]]>其中，yk(p)是阵列输出，dk是期望的响应，σd2=E{|dk|2},]]>Rk=E[yk(p)(yk(p))H]---(14)]]>是第k个用户的空间协方差矩阵，并且rk=E[yk(p)dk*]---(15)]]>是输入数据和期望的dk之间的交叉相关矢量。最小化MSE的最优解决方案由下式给出wk=Rk-1rk---(16)]]> MMSE干扰消除器可以例如利用计算有效的最小均方(LMS)自适应算法来实现。差错表面的梯度矢量是▿wk(n)=∂∂wkJ(wk)|wk=wk(n)=-2rk+2Rkwk(n)---(17)]]>在最陡下降梯度方向上调整权重矢量导致LMS自适应算法，其由下式给出wk(n+1)=wk(n)+μyk(p)(n)ek*(n)∈CLxl---(18)]]>其中ek(n)=dk(n)-wkH(n)yk(p)(n)]]>是差错信号，以及μ是应当被选为0<μ<1Trace[Rk]]]>的步长系数。收敛率由Rk的本征值分布控制。
在用于ATC干扰消除的自适应波束形成之后，把权重 应用于第k个用户的导频矢量yk(p)产生导频符号的估计如下p^(symb)k=w^kHyk(p)=w^kHd^1(p)(k)d^2(p)(k)···d^L(p)(k)T=Σl=1Lw^kH(l)d^l(p)(k)---(19)]]>2.2单用户业务信号检测器 得到的第k个用户的权重矢量 表示基于导频信道减少ATC同信道干扰加热噪声的空间MMSE解决方案。因为导频信号和业务数据信号通过相同的馈送元件和传播信道来接收，估计的权重 同样可应用于业务数据信道以执行干扰消除。如图11中所示，减扰器是每馈送元件的一组K个相关器1126(每个对应于每一个用户)的总称，随后是用于干扰消除的空间组合器1128。
K个相关器与扩频码s1s2…sK匹配。在馈送元件l处，得到的K矢量输出给出为zl(s)=SHyl=R(s)Albgs+R(sp)Al1Kgp+R(sv)Al(n)1Ngn+SHnl∈CKxl---(20)]]>其中R(s)＝SHS∈CKxK≡沿主对角线是1的通信信号相关矩阵R(sp)＝SHP∈CKxK≡沿主对角线是0的通信信号和导频交叉相关矩阵R(sv)＝SHV∈CKxK≡通信信号和ATC交叉相关矩阵 馈送元件l处的第k个用户的相关器输出被 加权。通过定义干扰消除权重矩阵W^l=diag(w^1)l(w^2)l···(w^K)l∈CKxK---(21)]]>其中(·)l表示矢量的第l个要素。对于所有K个用户，被加权和组合的输出可获得如下
Y=Re(Σl=1LW^lHzl(s))]]>=Re(Σl=1LW^lHR(s)Albgs+Σl=1LW^lHR(sp)Al1Kgp+Σl=1LW^lHR(sv)Al(n)1Ngn+Σl=1LW^lHSHnl)---(22)]]>为了简化表达式，可提供如下定义X(s)≡Re(Σl=1LW^lHR(s)Al)---(23)]]>X(sp)≡Re(Σl=1LW^lHR(sp)Al)---(24)]]>X(sv)≡Re(Σl=1LW^lHR(sp)Al(n))---(25)]]>n≡Re(Σl=1LW^lHSHnl)---(26)]]>那么，等式(22)可重写为 并且第k个用户的单用户数据符号估计由第k个分量的代数符号给出如下_k＝sgn(Yk)(28) 注意n~η(0k,σ2X^(n)),]]>其中X^(n)≡Re(Σl=1LW^lHR(s)W^l),]]>并且第k个用户的位差错率(BER)给定为Pk(σ)=Q((X(s)Ikbgs+X(sp)1Kgp)kgn(X(sv)1N)k+σ(X^(n))k)---(29)]]>可以看出，BER依赖于其它用户的位、ATC干扰的数量和电平、馈送元件/信道系数和干扰消除权重估计。
上面得到的单用户检测器是单用户检测器的ATC干扰消除版本。对于包括多于一个用户的情况(K＞1)，单用户检测器一般将受到来自其它用户的多址干扰的影响。数学上，该MAI导致非零分量不在交叉相关矩阵R(S)的主对角线上。如下面导出的，通过在ATC引起的同信道干扰消除之后利用来自导频信道的形成波束/信道估计，本发明的另外实施例提供了多用户检测算法以移除MAI。
3.结合ATC干扰消除的多用户检测 ATC引起的干扰包括可通过自适应干扰减少检测器有效解决的波束间、同信道干扰。不同于ATC干扰，多址干扰(MAI)包括无法仅通过空间处理技术有效移除的波束内干扰。本发明的一些实施例为ATC干扰消除之后的MAI的有效减少提供算法。在执行ATC干扰减少和单用户检测中，获得定时信息和形成波束/信道估计。因此，重构MAI并从波束形成后的信号中减去它是可能的。
暂时假定对于第k个用户，在波束形成后，可获得形成波束/信道估计(α^k,j,j≠k)]]>并且考虑到第k个用户的并行干扰消除，由所有干扰(j＝1...K，j≠k)引起的MAI可通过使用它们相应的形成波束/信道估计(α^k,j,j≠k)]]>和位估计(_j，j≠k)进行重构。重构的MAI可从波束形成信号rk中减去。通过把(18)中的权重 应用于(6)中的yl，可获得码片级的波束形成信号如下rk=Σl=1L(w^kH)lyl∈CMxl]]>=Σl=1L(w^kH)lSAlbgs+Σl=1L(w^kH)lPAl1Kgp+Σl=1L(w^kH)lVAl(n)1Ngn+Σl=1L(w^kH)lnl]]>=SA~kbgs+PA~k1Kgp+VA~k(n)1Ngn+n~k---(30)]]>其中A~k=Σl=1L(w^kH)lAl---(31)]]>A~k(n)=Σl=1L(w^kH)lAl(n)---(32)]]>n~k=Σl=1L(w^kH)lnl---(33)]]>注意第k个用户的波束形成信号正是ATC消除信号，但仍具有来自其它K-l个同波束/同频率用户影响的MAI。
如图12所示，第k个用户的干扰消除器是使用(30)中的权重 的空间组合器1238，它后面是使接收信号rK与扩频码sk相关的相关器1240。通过下式可获得干扰消除的位估计b^k=Sgn(xk(s))---(34)]]>其中xk(s)=Re(skHrk)---(35)]]>3.1形成的波束/信道估计 为了减轻MAI，首先需要的是使用导频信号为每个用户估计形成波束/信道。波束形成的信号rk可应用于与用户的延迟导频信号p1p2…pK匹配的一组k个滤波器，如下z~k(p)=PHrk=R(p)A~k1kgp+R(ps)A~kbgs+R(pv)A~k(s)1Ngn+PHn~k∈CKsl---(36)]]>如果K-矢量α^k=α^k,1α^k,2···α^k,KT∈CKxl]]>被定义为第k个用户的形成波束/信道估计，那么 可通过导频幅度对 进行标准化而获得a^k=z~k(p)gp=A~k1K+(R(p)-Ik)A~k1K+R(ps)A~kbgsgp+R(pv)A~k(n)1Ngngp+1gpPHn~k---(37)]]>形成波束/信道估计可通过Q个导频符号周期的积分而得到改进，以使剩余的ATC干扰和MAI以及噪声经过低通过滤α^k=1QgpΣq=1Qz~k,q(p)]]>=A~k1K+1Q(R(p)-Ik)A~k1K+1QR(ps)A~kbgsgp+1QR(pv)A~k(n)1Ngngp+1QgpPHn~k---(38)]]>利用第k个用户(α^k,j,j≠k)]]>的形成波束/信道估计和位估计(_j，j≠k)还有以及扩频码片矢量(sj，j≠k)，可以为干扰消除重构MAI项。
3.2序列ATC和MAI干扰消除(SAMIC)检测器 根据本发明的一些实施例，可被配置为减少一组多址信号干扰的序列ATC和MAI干扰消除(SAMIC)检测器至少部分基于一个认识，在ATC引起的同信道(和/或非同信道)干扰和/或不依赖于该组多址信号的其它(非ATC引起的)干扰减少之后，MAI消除可能更有效。代替依靠在干扰被减少的信号rk上检测与第k个多址用户相关联的最终信息，基于干扰被减少的信号上干扰的进一步减少，SAMIC检测器检测与第k个多址用户相关联、通过从干扰被减少的信号中减去MAI估计而获得的最终信息，如下面的公式所述r~k=rk-Σj=1,j≠kKα^k,jsjgsb^j∈CMxl(k=1...K)---(39)]]>其中如在等式(38)中从干扰减少后(如在图12中，级1238之后的级1232)的导频信道中获得信道估计 并且如在等式(34)中干扰减少后(如在图12中，级1238之后的级1218)获得位估计。把 和_j，sj(j≠k)代入等式(39)得到 将MAI减少的 提供给匹配扩频码sk的相关器。因此，第k个用户的最大可能的检测信号如下skHr~k=skHSA~kbgs+skHPA~k1Kgp+skHVA~k(n)1Ngn+n‾k-Σj=1,j≠kKα^k,jρk,jgsb^j---(40)]]>其中ρk,j=skHsj,(k≠j)---(41)]]>n‾k=skHn~k=skHΣl=1L(w^kH)lnl---(42)]]> 由SAMIC检测器提供的限幅器输入给出为X~k(s)=Re(skHr~k)=γkgs+ϵkgp+vkgn+n~k-δkgs]]>其中γk=Re(skHSA~kb)---(43)]]>ϵk=Re(skHPA~k1K)---(44)]]>vk=Re(skHVA~k(n)1N)---(45)]]>δk=Re(Σj=1,j≠kKα^k,jρk,jb^j)---(46)]]>n~k=Re(n‾k)---(47)]]> 干扰消除的符号/位的最终判定是限幅器的输出，即b~^k=sgn(x~k(s))---(48)]]> 假定噪声项具有统计分布n~k~η(0,||w^k||2σ2),]]>则第k个用户的最终BER给定为Pk(σ)=Q[|γkgs+ϵkgp-δkgs|σ2||w^k||2+gnVar(vk)]---(49)]]>4.模拟例子 在本节中，提出了表示根据本发明的一些实施例的、用于单用户检测的ATC干扰消除器和用于多用户检测的SAMIC检测器的性能的模拟例子。考虑了具有来自卫星天线馈送元件的信号输入的返回链路自适应波束形成。模拟使用由卫星制造商和代表性的美国大陆上的ATC覆盖区提供的馈送元件增益/相位数据。前向链路中的卫星点波束基于如卫星制造商提供的固定波束形成。前向链路固定点波束在这里仅用于示出频率再用概念并确定同频ATC被禁止的禁区。图13示出了前向链路点波束轮廓和ATC的位置，而图14示出了返回链路馈送元件轮廓和美国大陆上ATC的位置。
4.1假设和参数 本文描述的模拟结果基于具有速率为78.6ksps下的无线配置3&4的cdma2000 1×RTT标准。1×RRT cdma2000在1.2288Mcps的码片率、信道带宽1.25MHz下工作。用于业务信道的扩频增益等于16(M＝16码片/位)。具体地，对于cdma2000，用于导频信道和业务信号信道的码片序列矢量满足sk=W416·pk,]]>其中，W416=+1+1+1+1-1-1-1-1+1+1+1+1-1-1-1-1T]]>是Walsh覆盖的16个码片，并且(·)代表两个相同维度矢量或矩阵的元素与元素的乘积。其它假设和参数包括1)所有ATC干扰源位于根据跨美国大陆的ATC覆盖区的位置。
2)每个ATC源被模拟为独立的高斯噪声的点源。
3)每个ATC发送相等的功率。由所有ATC发送的总功率被称为“射向卫星的总ATC功率。”4)前向链路的全部175个固定点波束覆盖如图13所示的美国大陆。
5)频率再用群集大小被认为是3。同频波束如图13中所示。
6)波束的同频ATC禁区被定义为半径0.3(每个波束半径为0.2)的区域。禁区中的所有ATC不允许再用相应禁区包围的卫星波束的频率。
7)如图14所示，返回链路自适应波束形成使用在88个馈送元件中选择的多个输入。
8)通过使用在每种情况下挑选最多ATC的馈送元件，接收机(或输入)的数量从7到35不等。
9)第一接收机的最大信噪比(Eb/No)是8.4dB。
10)所有模拟在每一点收敛之后运行200帧(20毫秒/帧)，它相当于4秒的数据长度。
根据cdma2000标准设置业务信道幅度gs和导频信道幅度gp。在其中仅发送业务信道和导频信道的情况下，Ptraffic给定为Ptraffic(dBm)=Ppilot(dBm)+0.125×30dB=Ppilot(dBm)+3.75dB---(50)]]> 当业务信道gs的幅度被设为1.0时，导频信道gp的幅度应根据等式(50)被设为0.65。所有相关的馈送元件增益相对于为期望的用户选择最多的馈送元件的最大增益被标准化。
ATC干扰功率由干扰增益gn和变量λ2确定。因为假定每个ATC具有相等的功率，则设定gn＝1，(n＝1，…，N)是可能的。λ2和SIR间的关系(即业务信号相对射向卫星的ATC干扰功率的比率)由下式给出SIR=10log10(1Nλ2)---(51)]]>
终端噪声变量σ2由 确定。处理增益等于M(M＝16)时， 比率给出为EbNo=10log10(Mσ2)---(52)]]> 在上面假设的条件下，可给出例子的模拟结果。
4.2单用户干扰消除检测器 在本节中，提出了基于根据本发明的一些实施例的、单用户干扰消除检测器的模拟结果。将首先分析其中50个城市的每一个的ATC被模拟为单个点源的情况。然后，将分析其中ATC被模拟为分布点源群集的情况。性能问题将集中在BER和ΔT/T与SIR和用于自适应波束形成的馈送元件的数量的关系。除了4.1中的假设和参数，模拟结果基于K＝1、μ＝0.0001和Q＝1(即仅将16码片积分用于导频符号)。尽管使用不同的μ和/或Q可产生稍好或稍差的性能，但是除非另外说明步长μ被设为μ＝0.0001。
案例A-点ATC 假定期望的移动用户终端(MT)位于馈送元件#21[2.1，0.05](如θ＝2.1°，_＝0.05°)的覆盖区中心，则在禁区移除后全部16个ATC被包括作为同信道ATC。用作干扰消除器输入的馈送元件如下a)7个馈送元件馈送元件#21、20、13、14、22、28、27b)17个馈送元件除了a)中的7个馈送元件外还有馈送元件#33、34、35、29、23、26、19、12、15、9c)23个馈送元件除了b)中的17个馈送元件外还有馈送元件#46、47、82、84、70、78 图15示出了接收机(或馈送元件)数量对BER性能的影响。随着使用的返回链路天线馈送元件(接收机)数量的增加，性能得以改进。然而23个接收机的情况提供了比17个接收机的情况仅仅非常轻微(如果有也很少)的良好性能。这是因为17个接收机提供足够的自由度以便减弱来自16个ATC的同信道干扰。如图15所示，对于17个接收机的情况，当信号干扰比(SIR)大于17dB时没有差错被检测到，并且在高干扰地区减扰器做得很好。
为了显示最好的性能，具有17个接收机的BER在图16中给出。在低干扰地区，步长μ被设为0.0002以改进性能。相应的ΔT/T vs SIR曲线在图17中给出。表1给出相应的ΔT/T值。
表1.ΔT/T vs.SIR
值得注意的是ΔT/T是负的直到SIR变为小于-22dB。这显然是来自经过处理的多个天线馈送元件的期望信号集合的结果。
返回链路自适应波束形成通过生成最优波束(即天线方向图)以消除尽可能多的ATC干扰来实现。对于17个馈送元件的情况，如表2所示自适应波束形成器收敛为一组权重。为每个馈送元件生成一个复数权重。这些权重形成波束，只要有充分的自由度它将会为每个ATC干扰创造一个空值。图18和19示出了波束方向图和等高线以及波束形成前的ATC分布(即使用一个馈送元件-馈送元件#21)。随着自适应波束形成，形成波束方向图和等高线分别示出在图20和21中。在等高线图中，每个等高线环表示相对最近的下一个内等高线的10dB的减少。干扰消除效应可通过比较波束形成前和波束形成后的图清楚地证明。基于空间的组件的接收天线的至少一个接收天线馈送元件可被配置为提供与天线馈送元件的两个不同极化方向相对应的两个信号。如本领域技术人员将意识到的，波束形成器和/或减扰器可被配置为利用这两个信号提供极化分集处理。本文提出的模拟结果不包括极化分集处理。
表2.干扰消除器生成的波束形成权重
案例B-扩展ATC 在该案例中，干扰消除器的性能通过把前一案例的每一个点源ATC扩展为具有9个ATC的群集来研究。扩展ATC的每一个群集在0.05°×0.05°(大约25×25英里)的地理区域上均匀分布。
在图22中通过使用23个馈送元件，将扩展ATC案例的结果与点源ATC案例的结果进行比较。可以看到当SIR大于-22dB时扩展ATC在性能上没有很大的影响。然而当干扰变得比那更强时，ATC扩展效应变得清晰。相应的ΔT/T vs SIR如表3所示。
表3.ΔT/T vs.SIR
注意上述结果通过使用μ＝0.0001得到。对于扩展ATC案例，当SIR接近于-22 dB时ΔT/T的值达到了6％。如果μ翻一倍达到0.0002，结果改进如表2所示的案例。
案例C-移动MT位置 这里移动终端位置从案例A中的最大馈送元件增益位置[2.1，0.05]移动到本案例中的[2.2，0.15]。假定MT仍然发送相同的功率，由于MT现在离开馈送元件#21的峰值，则从馈送元件#21接收的Eb/No减小0.8dB。因此本案例中Eb/No是7.6dB。用于波束形成的馈送元件与案例A中一样。
图23示出了随着馈送元件的数量从1变化到23时BER性能与SIR的关系曲线。再次当馈送元件的数量大于17时，性能强收敛。对于23个馈送元件的情况，扩展ATC效应示出在图24中。表4列出了具有23个馈送元件的点ATC和扩展ATC的ΔT/T vs SIR。
表4.ΔT/T vs SIR
4.3 SAMIC多用户检测器 在本节中，提出了ATC干扰下的多用户环境中使用SAMIC多用户检测器的模拟结果。假定同波束多用户在波束#122内是随机均匀分布的。ATC干扰覆盖区和卫星馈送元件与前面的单用户情况保持相同。除了考虑4.1节的假设和参数中具有数据率为78.6kpbs、扩频增益为16的cdma2000反向业务信道，模拟结果还包括数据率分别为38.4kbps和19.2kbps、扩频增益分别为32和64(M＝32码片/位和64码片/位)。对于扩频增益为32的情况，假定导频信道和业务信号信道的码位序列矢量满足sk=W832·pk,]]>其中W832是Walsh覆盖的32码位，并且(·)代表两个相同维度矢量或矩阵的元素与元素乘积。同样对于扩频增益为64的情况，导频信道和业务信号信道的码位序列矢量满足sk=W1664·pk,]]>其中W1664代表Walsh覆盖的64码位。假定波束#122内的所有用户具有相同的EIRP。进一步假定每个用户具有相同的EbNo=8.4dB.]]>图25示出了波束#122(与馈送元件#21重叠)内50个用户的均匀分布随机位置连同ATC覆盖区和馈送元件#21的增益图等高线。禁区消除后全部16个同频ATC被包括。用作干扰消除器输入的馈送元件如下a)对于1个接收机，即L＝1的情况馈送元件#21。
b)对于17个接收机，即L＝17的情形馈送元件#21、20、13、14、22、28、27、33、34、35、29、23、26、19、12、15和9。
案例A-扩频增益M＝16(cdma2000RC3&4) 本案例由数据率为78.6kbps的cdma2000无线电配置3&4规定。首先解决具有相同EIRP的5个同波束MT用户(K＝5)的情形。图26示出了所有五个用户平均的BER与SIR的关系曲线，它被规定为射向卫星的卫星信号与ATC功率比。在图26中，给出了来自单用户检测器(SUD)和具有1个接收机和17个接收机的SAMIC和SAMIC2检测器的模拟结果。SAMIC2检测器是两级SAMIC检测器，其中第二级SAMIC使用来自第一级SAMIC的位估计作为它的位估计输入。不同于位估计输入来自ATC干扰消除器的输出判定的SAMIC检测器，第二级SAMIC使用来自第一级SAMIC的位估计以便进一步改进多用户检测性能。在一个接收机的情况下，SAMIC检测器仅在ATC干扰减少到某一电平时表现出超过SUD的优越性。然而在17个接收机的情况下，与SUD检测器相比，SAMIC的优势是显著的。
SAMIC2检测器的性能要比SAMIC检测器稍微改进一些。为了在该方案中优化性能，我们设定LMS算法的μ＝0.0002和Q＝1(即将16码片积分用于导频符号)以及SAMIC检测器的Q＝96(即将1536码片或1PCG积分用于信道估计)。图27给出了当SIR＝-12dB时BER的平均值与活动用户数量的关系曲线。对于一个接收机的情况(没有ATC干扰消除)，当K大于25时SAMIC和SAMIC2检测器将会比SUD更差，这是因为当没有ATC干扰消除时ATC和MAI干扰的组合将会使SAMIC检测器产生更多的差错。在有ATC干扰消除的情况下(即17个接收机的情况)，SAMIC检测器证明了比SUD更优越的性能。当K大于20时，最佳执行SAMIC2检测器超过1％BER。为了改进性能，可能希望增加扩频增益。
案例B-扩频增益M＝32 在本案例中，扩频增益增加到32，它有效地导致38.4kbps的业务数据率。使用了和案例A中相同的模拟假设和参数，除了LMS的码片积分长度被优化到32码片并且信道估计的码片积分长度被优化到3072码片(2PCG)，它与扩频增益成比例，因为 对每个用户固定为8.4dB。根据50个用户简档考虑最初的10个活动同波束相等功率的用户，图28示出了10个用户的BER平均与SIR的关系曲线。显然对于17个用户的情况，跨SIR范围内SAMIC和SAMIC2检测器提供勒比SUD更好的性能。SAMIC2检测器的BER平均范围从SIR＝0dB的10-4变动到SIR＝-40dB的6×10-3。图29示出了当SIR＝-10dB时BER平均与活动同波束用户数量的关系曲线。与M＝16的情况进行比较，显然增加扩频增益使得SAMIC/SAMIC2检测器在1个接收机和17个接收机中都更有效。当K＝40时SAMIC2检测器的平均BER仍然低于1％。为了在所有活动用户间观察BER性能，图30中SAMIC2检测器的BER扩展被提供以L＝17情况的除平均BER之外的最大和最小值。证明了由SAMIC2提供的优于SUD的显著性能改进。
案例C-扩频增益M＝64 为了进一步评估性能与扩频增益的关系曲线，可将扩频增益增加到64同时仍然具有合理的19.2kbps的业务数据率。模拟假设和参数再次与案例B中相同。为了优化性能，可将LMS的码片积分长度增加到64码位并且信道估计的码位积分长度增加到6144码位(4PCG，它显然仅比2PCG稍微好些)。图31示出了根据50个用户简档的最初10个用户的BER平均与SIR的关系曲线。SAMIC和SAMIC2检测器显著地胜过SUD检测器。因为仅考虑10个用户，对于高处理的情况SAMIC2检测器优于SAMIC检测器的好处没有显现。然而SAMIC2优于SAMIC检测器的优势随着用户数量的增加越来越明显。因为高处理增益，即使在仅有一个接收机的情况下，SAMIC和SAMIC2检测器都比SUD作得更好。图32给出SIR＝-10dB情况下平均BER与用户K数量的关系曲线。
可以看到活动用户越多，则对于考虑的用户数量范围来说SAMIC2越优于SAMIC。当用户数量接近50，SAMIC2检测器可保持低于10-3的平均BER。图33给出L＝17情况下平均BER连同所有相关用户间的最大和最小BER。再次，在整个范围内，SAMIC2检测器明显胜过SUD。在最佳方案中，SAMIC检测器提供K＝45的6.5×10-5BER和K＝50的2.3×10-4BER。
返回链路自适应波束形成已结合用于基于卫星的CDMA系统得多用户检测进行了分析。提供了一组等式以描述在波束间多用户环境中消除ATC干扰和MAI干扰的算法。若干模拟例子表明了单用户ATC干扰消除器的性能以及具有一组卫星馈送元件输入和美国大陆上的ATC覆盖区的多用户SAMIC检测器的性能。
LMS干扰算法基于使用期望用户的导频信号最小化空间ATC干扰的影响。已经表明，LMS算法可有效地减轻点源ATC和扩展ATC的ATC干扰。干扰消除器可使用大约17个馈送元件输入和用于LMS的适当的步长和积分长度。使用多于17个馈送元件仅可提供性能轻微的改进和强收敛。然而空间操作的LMS显然不能消除多址干扰。已经提出了SAMIC检测器以提供序列ATC干扰消除和MAI消除。在波束间多用户的情况中，SAMIC检测器利用已知的ATC被消除的位估计和扩频码序列/定时以及信道估计来有效地顺序地消除ATC干扰并减轻MAI。结合LMS算法，取决于扩频增益，与SUD检测器相比，SAMIC检测器可显著提升系统能力。通过使用第二级SAMIC，SAMIC2检测器可进一步改进性能。通过对波束形成的码片级信号使用导频匹配滤波并在一段时间间隔内积分，可获得信道估计。当Eb/No固定时，信道估计的积分长度显然是与扩频增益成比例的PCG数。对于M＝16的情况，SAMIC2检测器可容忍SIR＝-12dB的大约15个用户。通过把扩频增益加倍到32，SAMIC2检测器可增加容量到SIR＝-10dB的40个用户。最终对于扩频增益为64、SIR＝-10dB的情况，SAMIC2检测器具有50个用户的10-3的平均BER。
将会理解，基于空间的组件可使用任何空中接口协议以提供基于空间的通信。同样地，将会理解，辅助地面网络可使用任何空中接口协议以提供地面通信，同时在地面上使用/再用授权用于基于空间的组件的至少一些频率。在一些实施例中，基于空间的组件的空中接口协议可是基于GSM的，同时辅助地面网络的空中接口协议可是基于CDMA的。
在附图和/或说明书中，已公开了本发明的实施例并且，尽管使用了特定的术语，它们仅用于一般性的和描述性的含义而不是出于限制的目的，本发明的范围在下面的权利要求书中提出。
权利要求
1.一种通信方法，包括在基于空间的组件处通过基于空间的组件频带接收多个信号，所述多个信号包括依赖于与地理区域上所述基于空间的组件进行通信的多个终端的传输的干扰，和不依赖于与所述地理区域上所述基于空间的组件进行通信的多个终端的传输的干扰；以及通过首先减少不依赖于与所述地理区域上所述基于空间的组件进行通信的所述多个终端的传输的干扰，然后减少依赖于与所述地理区域上所述基于空间的组件进行通信的所述多个终端的传输的干扰，来顺序地减少所述多个信号的干扰。
2.如权利要求1所述的方法，其中不依赖于与所述地理区域上所述基于空间的组件进行通信的所述多个终端的传输的干扰包括依赖于通过辅助地面网络和/或通过与所述辅助地面网络进行通信的一个或多个终端的传输的干扰，并且其中所述辅助地面网络和/或与其进行通信的所述一个或多个终端使用所述基于空间的组件的至少一些频率。
3.如权利要求1所述的方法，其中在所述基于空间的组件处接收的步骤包括使用多个天线馈送元件进行接收。
4.如权利要求3所述的方法，其中顺序地减少所述多个信号的干扰的步骤包括处理导频信号并基于所述导频信号的处理为所述多个天线馈送元件确定权重。
5.如权利要求4所述的方法，还包括基于所述处理生成至少一个导频信号差错。
6.如权利要求5所述的方法，其中选择所述天线馈送元件的权重以减少所述至少一个导频信号差错的均方测量。
7.如权利要求4所述的方法，还包括将权重应用于由所述天线馈送元件接收的信号以获得干扰被减少的信号。
8.如权利要求7所述的方法，其中减少依赖于与所述地理区域上所述基于空间的组件进行通信的所述多个终端的传输的干扰的步骤包括基于所述干扰被减少的信号确定一组信道估计，根据所述干扰被减少的信号生成一组位估计，并使用所述一组信道估计和位估计对所述干扰被减少的信号执行干扰减少。
9.如权利要求8所述的方法，其中使用所述信道估计和位估计对所述干扰被减少的信号执行干扰减少的步骤包括生成第二干扰被减少的信号，并且其中所述方法还包括基于所述第二干扰被减少的信号确定一组第二信道估计，根据所述第二干扰被减少的信号生成一组第二位估计，并使用所述第二信道估计和第二位估计对所述第二干扰被减少的信号执行干扰减少。
10.如权利要求1所述的方法，其中在所述基于空间的组件处接收的步骤包括使用至少极化方向上不同的至少两个天线方向图在所述基于空间的组件处进行接收。
11.如权利要求8所述的方法，其中根据所述干扰被减少的信号生成一组位估计的步骤包括使干扰被减少的信号与扩频码相关。
12.如权利要求1所述的方法，其中减少依赖于与所述地理区域上所述基于空间的组件进行通信的所述多个终端的传输的干扰的步骤包括生成位估计，并且所述方法还包括使用所生成的位估计执行干扰减少。
13.如权利要求1所述的方法，还包括向至少一个卫星网关发送所述多个信号中的至少一些，其中减少所述多个信号的干扰的步骤在所述至少一个卫星网关处执行。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述至少一个卫星网关是基于地面的。
15.如权利要求1所述的方法，其中减少所述多个信号的干扰的步骤至少部分地在基于空间的组件处以及至少部分地在基于地面的卫星网关处执行。
16.一种系统，包括多个终端，被配置为在基于空间的组件覆盖区中通过基于空间的组件的频带发送多个多址信号；基于空间的组件，被配置为通过基于空间的组件的频带接收所述多个多址信号，所述基于空间的组件还接收基于空间的组件频带中的干扰连同所述多个多址信号，所述干扰包括依赖于所述多个多址信号的分量和不依赖于所述多个多址信号的分量；以及减扰元件，它响应所述基于空间的组件并被配置为对不依赖于所述多个多址信号的干扰和依赖于所述多个多址信号的干扰顺序执行干扰减少。
17.如权利要求16所述的系统，还包括辅助地面网络，包括被配置为通过所述基于空间的组件的频带的至少一些发送多个波形的多个发射机，并且其中不依赖于所述多个多址信号的干扰包括依赖于所述多个波形的分量。
18.如权利要求16所述的系统，其中所述基于空间的组件包括具有多个天线馈送元件的天线，并且所述基于空间的组件被配置为使用具有所述多个天线馈送元件的天线接收所述多个多址信号。
19.如权利要求18所述的系统，其中所述减扰元件还被配置为通过处理由多个终端发送的导频信号并基于所述导频信号的处理为所述天线馈送元件确定一组权重来对多个多址信号执行干扰减少。
20.如权利要求19所述的系统，其中所述处理生成至少一个导频信号差错。
21.如权利要求20所述的系统，其中所述减扰元件还被配置成为所述天线馈送元件选择一组权重以减少至少一个导频信号差错的均方测量。
22.如权利要求21所述的系统，其中所述减扰元件还被配置为将所述组权重应用于由所述多个天线馈送元件接收的信号以获得干扰被减少的信号。
23.如权利要求22所述的系统，其中所述减扰元件还被配置为基于所述干扰被减少的信号确定一组信道估计，根据所述干扰被减少的信号生成一组位估计，并使用所述一组信道估计和所述一组位估计对所述干扰被减少的信号执行干扰减少从而生成第二干扰被减少的信号。
24.如权利要求23所述的系统，其中所述减扰元件还被配置为基于所述第二干扰被减少的信号确定一组第二信道估计，根据所述第二干扰被减少的信号生成一组第二位估计，并使用所述一组第二信道估计和所述一组第二位估计对所述第二干扰被减少的信号执行干扰减少。
25.如权利要求16所述的系统，其中所述基于空间的组件使用至少极化方向不同的至少两个天线方向图接收所述多个多址信号。
26.如权利要求22所述的系统，其中所述减扰元件还被配置为根据所述干扰被减少的信号生成多个干扰被减少的位估计，并使用所述多个干扰被减少的位估计执行干扰减少。
27.如权利要求16所述的系统，其中所述基于空间的组件还可被配置为向卫星网关重传所述多址信号，并且其中所述减扰元件位于所述卫星网关处。
28.如权利要求27所述的系统，其中所述卫星网关是基于地面的。
29.一种系统，包括基于空间的组件，被配置为通过卫星频带接收来自卫星覆盖区中的多个终端的多址信号；减扰器，它响应所述基于空间的组件并被配置为对所述多址信号执行同信道干扰减少以生成多个干扰被减少的信号；以及检测器，它响应所述减扰器并被配置为对所述干扰被减少的信号执行多址干扰减少。
30.如权利要求29所述的系统，还包括辅助地面网络，包括被配置为在所述卫星覆盖区中使用所述卫星频带的至少一些频率来发送多个无线通信信号的多个发射机；其中所述基于空间的组件还通过所述卫星频带的至少一些频率在所述卫星覆盖区内的所述辅助地面网络中接收来自所述发射机的所述无线通信信号作为干扰连同所述多址信号。
31.如权利要求29所述的系统，其中所述基于空间的组件包括具有多个天线馈送元件的天线，并且所述基于空间的组件被配置为使用具有所述多个天线馈送元件的天线接收所述多址信号。
32.如权利要求31所述的系统，其中所述减扰器还被配置为通过处理由所述多个终端发送的导频信号并基于所述导频信号的处理为所述天线馈送元件确定一组权重而对所述多址信号执行同信道干扰减少。
33.如权利要求32所述的系统，其中所述处理生成至少一个导频信号差错。
34.如权利要求33所述的系统，其中所述减扰器还被配置成为所述天线馈送元件选择一组权重以减少所述导频信号差错的均方测量。
35.如权利要求34所述的系统，其中所述减扰器还被配置为将所述组权重应用于由所述多个天线馈送元件接收的信号以获得所述多个干扰被减少的信号。
36.如权利要求35所述的系统，其中所述检测器还被配置为基于所述干扰被减少的信号确定一组信道估计，根据所述干扰被减少的信号生成一组位估计，并使用所述一组信道估计和所述一组位估计对所述干扰被减少的信号执行多址干扰减少从而生成第二干扰被减少的信号。
37.如权利要求36所述的系统，其中所述检测器还被配置为基于所述第二干扰被减少的信号确定一组第二信道估计，根据所述第二干扰被减少的信号生成一组第二位估计，并使用所述一组第二信道估计和所述一组第二位估计对所述第二干扰被减少的信号执行多址干扰减少。
38.如权利要求36所述的系统，其中所述基于空间的组件被配置成使用至少极化方向不同的至少两个天线方向图接收所述多址信号。
39.如权利要求35所述的系统，其中所述检测器还被配置为根据所述干扰被减少的信号生成多个位估计，并使用所述多个位估计执行多址干扰减少。
40.如权利要求29所述的系统，其中所述基于空间的组件还被配置为向卫星网关重传所述多址信号，并且其中所述减扰器和/或所述检测器位于所述卫星网关处。
41.如权利要求40所述的系统，其中所述卫星网关是基于地面的。
42.如权利要求29所述的系统，还包括至少一个卫星网关，并且其中所述减扰器位于所述基于空间的组件处，所述检测器位于所述至少一个卫星网关处，并且所述基于空间的组件还被配置为向所述至少一个卫星网关发送所述干扰被减少的信号。
43.一种用于卫星通信系统的干扰减少检测器，所述卫星通信系统包括被配置为接收多址无线通信信号的基于空间的组件，所述多址无线通信信号包括通过卫星频带来自卫星覆盖区中的多个无线终端的同信道干扰，所述干扰减少检测器包括减扰器，它响应所述基于空间的组件并被配置为对所述多址无线通信信号执行同信道干扰减少以生成多个干扰被减少的信号；以及检测器，被配置为对所述干扰被减少的信号执行多址干扰消除。
44.如权利要求43所述的干扰减少检测器，其中所述减扰器还被配置为通过处理由所述多个无线终端发送的导频信号并基于所述导频信号的处理为所述基于空间的组件的一组天线馈送元件确定一组权重而对所述多址无线通信信号执行同信道干扰减少。
45.如权利要求44所述的干扰减少检测器，其中所述减扰器还被配置为生成至少一个导频信号差错。
46.如权利要求45所述的干扰减少检测器，其中所述减扰器还被配置成为所述天线馈送元件选择一组权重以减少所述至少一个导频信号差错的均方测量。
47.如权利要求46所述的干扰减少检测器，其中所述减扰器还被配置为将所述组权重应用于由所述天线馈送元件接收的信号以获得所述多个干扰被减少的信号。
48.如权利要求46所述的干扰减少检测器，其中所述检测器还被配置为基于所述干扰被减少的信号确定一组信道估计，根据所述干扰被减少的信号生成一组被接收的位估计，并使用所述一组信道估计和所述一组被接收的位估计对所述干扰被减少的信号执行多址干扰消除从而生成第二干扰被减少的信号。
49.如权利要求48所述的干扰减少检测器，其中所述检测器还被配置为基于所述第二干扰被减少的信号确定一组第二信道估计，根据所述第二干扰被减少的信号生成一组第二被接收的位估计，并使用所述一组第二信道估计和所述一组第二被接收的位估计对所述第二干扰被减少的信号执行多址干扰消除。
50.如权利要求43所述的干扰减少检测器，其中所述基于空间的组件使用至少极化方向不同的至少两个天线方向图接收包括同信道干扰的多址无线通信信号。
51.如权利要求43所述的干扰减少检测器，其中所述检测器还被配置为根据所述干扰被减少的信号生成多个干扰被减少的位估计，并使用所述多个干扰被减少的位估计执行多址干扰消除。
52.如权利要求43所述的干扰减少检测器，其中所述基于空间的组件还被配置为向至少一个卫星网关重传所述多址无线通信信号，并且所述减扰器位于所述至少一个卫星网关处。
53.如权利要求52所述的干扰减少检测器，其中所述至少一个卫星网关是基于地面的。
54.如权利要求43所述的干扰减少检测器，其中所述减扰器位于所述基于空间的组件处并且所述检测器远离所述基于空间的组件。
55.一种用于卫星无线终端系统的网关，所述卫星无线终端系统包括被配置为通过卫星频带从卫星覆盖区中的多个无线终端接收多址无线通信信号的基于空间的组件，所述网关包括减扰器，它响应所述基于空间的组件并被配置为对所述多址无线通信信号执行同信道干扰减少以生成多个干扰被减少的信号；以及检测器，被配置为对所述干扰被减少的信号执行多址干扰消除。
56.如权利要求55所述的网关，其中所述减扰器还被配置为通过处理由所述多个无线终端发送的导频信号并基于所述导频信号的处理为所述基于空间的组件的一组天线馈送元件确定一组权重而对所述多址无线通信信号执行同信道干扰减少。
57.如权利要求56所述的网关，其中所述减扰器还被配置为生成至少一个导频信号差错。
58.如权利要求57所述的网关，其中所述减扰器还被配置成为所述馈送元件选择一组信号权重以减少所述导频信号差错的均方测量。
59.如权利要求58所述的网关，其中所述减扰器还被配置为将所述一组信号权重应用于由多个天线馈送元件接收的信号以获得所述多个干扰被减少的信号。
60.如权利要求58所述的网关，其中所述检测器还被配置为基于所述干扰被减少的信号确定一组信道估计，根据所述干扰被减少的信号生成一组被接收的位估计，并使用所述一组信道估计和所述一组被接收的位估计来对所述干扰被减少的信号执行多址干扰消除从而生成第二干扰被减少的信号。
61.如权利要求60所述的网关，其中所述检测器还被配置为基于所述第二干扰被减少的信号确定一组第二信道估计，根据所述第二干扰被减少的信号生成一组第二被接收的位估计，并使用所述一组第二信道估计和所述一组第二被接收的位估计对所述第二干扰被减少的信号执行多址干扰消除。
62.如权利要求55所述的网关，其中所述基于空间的组件使用至少极化方向不同的至少两个天线方向图接收所述多址无线通信信号。
63.如权利要求55所述的网关，其中所述检测器还被配置为根据所述干扰被减少的信号生成多个干扰被减少的位估计，并使用所述多个干扰被减少的位估计执行多址干扰消除。
64.如权利要求55所述的网关，其中所述减扰器通过处理已被所述基于空间的组件提供给所述减扰器的至少两个信号而对所述多址无线通信信号执行同信道干扰减少，其中所述基于空间的组件使用至少极化方向不同的至少两个天线方向图接收所述至少两个信号。
65.如权利要求64所述的网关，其中所述至少两个天线方向图是基本上左手圆形极化(LHCP)天线方向图和基本上右手圆形极化(RHCP)天线方向图。
66.一种用于基于空间的组件的减扰器，所述基于空间的组件被配置为使用在空间方向和极化方向上不同的至少第一和第二天线方向图来接收信号的分量，其中所述基于空间的组件被配置为向所述减扰器提供所述信号的分量并且所述减扰器被配置为处理所述信号的分量以减少所述信号的干扰电平。
67.一种用于基于空间的组件的发射机，它被配置为通过经由第一天线方向图向无线电终端发送第一信号以及经由至少第二天线方向图向所述无线电终端发送至少一个第二信号而与所述无线电终端进行通信，其中所述至少一个第二信号与所述第一信号的不同之处至少在于时间延迟值。
68.一种无线电终端，被配置为通过经由基于空间的组件的第一天线方向图接收第一信号以及经由所述基于空间的组件的至少第二天线方向图接收至少一个第二信号而与所述基于空间的组件进行通信，其中所述至少一个第二信号与所述第一信号的不同之处至少在于时间延迟值；所述无线电终端被配置为处理所述第一信号以及所述至少一个第二信号以改进至少一个通信性能测量。
69.一种无线通信系统，包括基于空间的组件和辅助地面网络，其中所述辅助地面网络通过使用第一组频率来向多个第一无线电终端提供控制信道和业务信道通信，所述第一组频率被授权用于基于空间的组件来提供控制信道和/或业务信道通信，并大于授权用于基于空间的组件来提供控制信道和/或业务信道通信的第二组频率；其中所述第二组频率优先被所述基于空间的组件用于向地理区域中的多个第二无线电终端提供控制信道和业务信道通信。
70.如权利要求69所述的无线通信系统，其中所述辅助地面网络不使用所述第二组频率。
71.一种用于基于空间的组件的减扰器，所述基于空间的组件被配置为从无线电终端接收波形，所述波形包括依赖于来自所述无线电终端的波形的干扰和不依赖于来自所述无线电终端的波形的干扰，其中所述减扰器被配置为减少不依赖于来自所述无线电终端的波形的干扰和减少依赖于来自所述无线电终端的波形的干扰；并且其中所述减扰器还被配置为重复地减少依赖于来自所述无线电终端的波形的干扰直到满足预定准则。
72.如权利要求1所述的方法，还包括重复地减少依赖于所述地理区域上与所述基于空间的组件进行通信的所述多个终端的传输的干扰直到满足预定准则。
73.如权利要求72所述的方法，其中所述预定准则包括位差错率。
74.一种减小干扰的方法，包括使用空间方向和极化方向不同的至少第一和第二天线方向图在基于空间的组件处接收信号的分量；向减扰器提供所述信号的分量；以及在所述减扰器处理所述信号的分量以减少所述信号的干扰电平。
75.一种在基于空间的组件和无线电终端之间进行通信的方法，包括经由第一天线方向图向所述无线电终端发送信号作为第一信号；以及经由至少第二天线方向图向所述无线电终端发送信号作为第二信号，其中所述第二信号与所述第一信号的不同之处至少在于时间延迟值。
76.如权利要求75所述的方法，其中所述第一天线方向图与所述第二天线方向图的不同之处在于空间方向和/或极化方向。
77.如权利要求75所述的方法，其中所述第一天线方向图跨越第一地理服务区并且所述第二天线方向图跨越至少部分与所述第一地理服务区重叠的第二地理服务区。
78.如权利要求77所述的方法，还包括经由至少第三天线方向图向所述无线电终端发送信号作为第三信号，其中所述时间延迟值包括第一时间延迟值，并且所述第三信号与所述第二信号的不同之处至少在于第二时间延迟值。
79.一种在基于空间的组件和无线电终端之间进行通信的方法，包括经由第一天线方向图向所述无线电终端发送信号作为第一信号；以及经由至少第二天线方向图向所述无线电终端发送信号作为第二信号，其中所述第二信号与所述第一信号的不同之处在于唯一的特征。
80.如权利要求79所述的方法，其中所述唯一的特征包括时间延迟值、导频信号、位序列、中置码、前置码和/或所述信号的扩频码。
81.一种与基于空间的组件进行通信的方法，包括经由所述基于空间的组件的第一天线方向图接收第一信号并且经由所述基于空间的组件的至少第二天线方向图接收至少一个第二信号，其中所述至少一个第二信号与所述第一信号的不同之处至少在于时间延迟值；以及处理所述第一信号和所述至少一个第二信号以改进至少一个通信性能测量。
82.一种用于无线通信系统的通信方法，所述无线通信系统包括基于空间的组件和辅助地面网络，所述方法包括使用大于授权用于所述基于空间的组件以提供控制信道和/或业务信道通信的第二组频率的授权用于所述基于空间的组件以提供控制信道和/或业务信道通信的第一组频率，从所述辅助地面网络向多个第一无线电终端提供控制信道和业务信道通信；以及使用所述第二组频率，从所述基于空间的组件向地理区域中的多个第二无线电终端提供控制信道和业务信道通信。
83.如权利要求82所述的方法，其中所述辅助地面网络不使用所述第二组频率。
84.一种减小干扰的方法，包括使用相应的多个不同的天线方向图在基于空间的组件处接收信号的多个分量；选择用于处理的所述接收信号分量的子集；向减扰器提供所选择的所述接收信号分量的子集；以及在所述减扰器处理所选择的所述接收信号分量的子集以减少所述信号的干扰电平。
85.如权利要求84所述的方法，其中所述天线方向图差别在于空间方向和/或极化方向。
86.如权利要求84所述的方法，其中选择所述接收信号分量的子集的步骤包括基于所述信号的特征选择所述接收信号分量的子集。
87.如权利要求86所述的方法，其中所述信号的特征包括与所述信号相关联的地理位置、与所述信号相关联的信号强度或与所述信号相关联的信号质量。
88.如权利要求84所述的方法，其中所述信号包括返回链路控制信道信号。
89.如权利要求84所述的方法，还包括确定所述信号的源的地理位置；其中选择用于处理的所述接收信号分量的子集的步骤包括选择接收信号分量的子集以使针对所确定的地理位置，为所述信号提供改进的性能测量。
90.如权利要求89所述的方法，其中所述性能测量包括信号干扰比和/或信噪比。
全文摘要
卫星通信方法包括通过卫星频带在基于空间的组件处接收来自卫星覆盖区中的多个无线终端的、包含同信道干扰的通信信号以及通过(a)对通信信号执行同信道干扰减少以生成多个干扰被减少的信号和通过(b)对干扰被减少的信号执行多址干扰消除来减少通信信号中的干扰。一种用于卫星通信系统的干扰减少检测器包括被配置为对通信信号执行同信道干扰减少以生成多个干扰被减少的信号的减扰器和被配置为对干扰被减少的信号执行多址干扰消除的检测器。还公开了包括干扰减少检测器的卫星通信系统和卫星网关。
文档编号H04B7/185GK101095297SQ200580045897
公开日2007年12月26日 申请日期2005年12月21日 优先权日2005年1月5日
发明者D·郑, P·D·卡拉比尼斯 申请人:Atc科技有限责任公司