专利名称：用于多扇区无线通信系统的信号处理及其方法
技术领域：
本发明涉及一种无线通信系统和方法。
背景技术：
扇区化是一种已经在移动通信系统中使用以便使多址干扰(MAI)最小化并且由此提高每个基站上的系统容量的技术，[非专利文献1，2]。在该技术中，将基站(BS)的小区划分成多个扇区，并且不同的扇区中的空间分离的移动单元可以使用不同的信道或者共享相同的信道。在这里，术语信道指的是时间、频率、扩展码、交织图案或者通信系统中巳知的任何其他定义。此外，每个扇区是由一个或多个发射和接收天线来提供服务的。当相邻扇区共享相同的信道时，出现了在相邻扇区中移动单元当中干扰的显著增大。这种干扰对无线通信是不利的，并且结果将降低在基站与移动单元之间的数据传输的吞吐量。
在一个相关技术[专利文献l]中，基站通过对从每个扇区接收到的上行链路信号进行比较来确定通信单元的大概位置。对所接收到的上行链路信号的信号强度执行比较，虽然可以使用诸如BER (误码率)、误字率、CIR(约定信息速率)、噪声比的其他信号质量量度来执行该比较。还可以使用GPS (全球定位系统)。然后，该信息可以用于将更窄射束引导到目标移动单元，并且结果降低了干扰。然而，在上行链路传输中，由于自然地形引起的多径传输效应将引起在从多个扇区接收到的信号中检测到上行链路信号。此外，空间分离的移动单元可以发射信号，以便所发射信号的部分在非常接近目标移动单元的方向上到达基站。
图1图示了这样的方案，其中，通过路径Pl和P2发射来自发射单元一l (TU1)的信号，其中，路径(P2)涉及在B点的反射。类似地，通过路径P3发射来自发射单元一2 (TU2)的信号。
如可以在图1中看出的，沿着P2的信号的到达方向与沿着P3的信号的到达方向几乎相同。在这种状况下，必须创建非常窄的射束或者将完全忽略来自该方向的信号。实际上，非常窄的射束可以仅通过使用大量接收天线而创建。这样的窄射束的创建忽略了在与干扰信号相重叠的方向到达的发射信号的部分，因此降低了接收到的信号的功率并且结果影响了通信的吞吐量。
在另一相关技术中，单独地处理来自每个扇区的信号[专利文献2]。该处理涉及解调和干扰消除。此后，使用最大比合并(MRC)[非专利文献5]来合并来自扇区的处理信号。还可以从参考文献[非专利文献6]推断合并或者选择的替代方法。
图2图示了这种系统。通过合并从不同的扇区接收到的目标信号，增大了整个信噪比，因此增大了通信系统的吞吐量。另外，与创建比扇区大小窄得多的射束的方法相比，该信号处理技术提供了降低的计算负荷。
在多个接收和发射天线系统中，可以使用不同种类的算法[非专利文献3]来进行干扰消除，该干扰消除另外被称为均衡。
例如，在典型的基于正交频分复用(OFDM)的接收机[非专利文献4]中，与给定扇区的每个接收天线相关联的每个子载波可以被认为是信道矩阵H，导致由下式给出的信号(矢量)sk:
sk=Hk,iXk+ nk,i (1)
其中k是子载波索引，该子载波索引可采用比可用子载波的总数小的整数值，i是扇区的索引，Hk,i是子载波k并且索引为i的扇区的信
道矩阵，Xk是子载波k的初始发射的信号矢量，并且Ilk，i是噪声矢量。如果我们认为最小均方误差(MMSE)算法已经被用于从接收信号矢量Sk移除干扰，那么由(2)给出所检测到的源于第i个扇区的信
号
<formula>formula see original document page 11</formula>
在该表达式中，已经假定已经由信道估计单元估计了在第k个子载波第i扇区的信道矩阵Hk，i。存在可以由此将信道矩阵Hk,i估计到精确级别的若干技术[非专利文献8]。如果已经检测到来自给定发射单元的初始发射信号，那么下一步骤是合并在不同扇区已经检测到的所有信号。这么做的一个方式是利用诸如MRC的最佳合并算法[非专利文献5]。
图2图示了信号流图中的一般情况，其中考虑到如[专利文献1]中所描述的扇区选择，合并分离检测到的符号以创建用于信道解码的符号。在不同扇区接收到的信号分别经受预处理11和解调12，并且通过符号合并13合并以生成检测信号。
图3是示出图2所示的系统的配置的框图。参考图3，两个信号流(25)和(26)与扇区1相关联。另外，信道参数(29)与两个流(扇区l，信号x0， xl) (25)和(26) —起用于在单元(21 — 1)中执行干扰消除。类似地，与扇区2相关联的两个信号流(扇区2，信号y0， yl) (27)和(28)与信道参数(30) —起用于在单元(21—2)中执行干扰消除。在合并单元(13)中合并从每个扇区生成的并且消除了干扰的结果信号。实际上，还提供了检测单元(35)，以生成用于执行从一个扇区切换到另一个扇区的信息。使用选择器(34)来实现这种切换，所述选择器(34)选择合并信号(33)、来自扇区1的信号(31)以及来自扇区2的信号(32)中的信号。
使用先前提到的方法[专利文献l]对发射单元的位置进行检测具有其自身的缺点。基于信噪比的方法涉及生成基准符号和信道矩阵，并且这是在计算上涉及，因为它涉及创建一种副本。基于BER的方法涉及独立地解码从每个扇区检测到的信号。
在所有上述相关技术中，基站不是动态地有效利用从与每个扇区相关联的信号接收到的所有信息。另外，必须实现下述简单算法，该简单算法用于检测来自目标发射单元的信号在与给定扇区相关联的接
收信号之内是否可获得。[非专利文献1]
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年9月。
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年9月。
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US专利No. 5,596,333
US专禾U No. 5,625,876
US专利No. 5,933,78
发明内容
在这里通过引用的方式将专利文献1-3和非专利文献1-8的整个公开合并到这里。以下是本发明人的分析结果。
需要动态地利用在从多扇区无线通信基站中的多个扇区接收到的信号之内的所有信息。
另外，需要实现用于对在从多个扇区接收到的信号中存在目标信号进行检测的简单算法。
因此，本发明的目的是提供一种实现对从多个扇区接收到的信号进行动态处理以增大多扇区无线基站中的上行链路通信的吞吐量的装置和方法。
在该申请中公开的发明通常配置如下。
根据本发明的一个方面，提供了一种在基站接收机中的信号处理方法，该基站接收机接收并处理来自扇区化的覆盖区域中的多个发射
单元的单个载波或多个载波信号；在每个扇区内的发射单元和接收机的发射和接收天线之间的信号功率增益被表示为具有路径增益的信道
矩阵；所述方法包括
合并与各个扇区相关联的多个信道矩阵以生成比与各个扇区相关联的信道矩阵更大的信道矩阵，并且级联与各个扇区相关联的多个接收信号矢量以生成比与各个扇区相关联的接收信号矢量更大的接收信号矢量；以及
使用所生成的信道矩阵和所生成的接收信号矢量，消除来自与目标发射单元共享给定信道的其他发射单元的干扰。
根据本发明的另一方面，提供了一种在基站接收机中的信号处理方法，该基站接收机接收并处理来自扇区化的覆盖区域中的多个发射单元的单个载波或多个载波信号；在每个扇区内的发射单元和接收机
的发射和接收天线之间的信号功率增益被表示为具有路径增益的信道矩阵；所述方法包括
确定来自给定目标发射单元的信号在扇区的接收信号中是否可获
得；
如果在至少两个扇区中检测到来自所述目标发射单元的信号，那么合并与各个扇区相关联的多个信道矩阵以生成比与各个扇区相关联的信道矩阵更大的信道矩阵，并且级联与各个扇区相关联的多个接收信号矢量以生成比与各个扇区相关联的接收信号矢量更大的接 收信号矢量；以及
使用所生成的信道矩阵和所生成的接收信号矢量，消除来自与所 述目标发射单元共享给定信道的其他发射单元的干扰；
而如果仅在一个扇区中检测到来自所述目标发射单元的信号，那 么使用与所述一个扇区相关联的所述信道矩阵和接收信号矢量的每一 个来从来自所述发射单元的接收信号中消除干扰。
在本发明中，确定来自所述目标发射单元的信号在扇区的接收信 号中是否可获得的步骤包括
使用特定于所述目标发射单元的导频信号来估算在子载波上的所 述路径增益；
将所估计的子载波的路径增益转换成时域冲激响应(h0， hl，...， hN);
将所述时域冲激响应分成两个部分真冲激响应(h0， hl，...， hL)和假冲激响应(hL+l， ...， hM)，其中第一部分对应于具有与 延迟扩展相对应的长度的信道的延迟分布；
估算所述第一部分(h0， hl， ...， hL)的均方值以获得第一参数
(PCH);
估算所述第二部分(hL+l， ...， hM)的均方值以获得第二参数
(PNCH);
从所述第一参数(PCH)减去所述第二参数(PNCH)以获得第三 参数(DNCH);
将所述第一参数(PCH)除以所述第三参数(DNCH)以获得第四 参数(RNCH);以及
将所述第四参数(RNCH)与预定阈值相比较，其中如果比较结 果指示所述第四参数大于阈值，那么确定来自发射单元的信号在从给 定扇区接收到的信号中。
在本发明中，通过忽略与信道延迟分布相对应的冲激响应的部分以及由干扰移动终端所引起的冲激响应来获得时域冲激响应的第二部 分(假时域冲激响应)。
在本发明中，确定来自给定目标发射单元的信号在扇区的接收信 号中是否可获得的步骤，包括
使用特定于给定目标发射单元的导频信号来估算至少两个不同时 隙的子载波上的所述路径增益；
对所估计的每个时隙的子载波的路径增益进行转换，以获得等效 的时域信道冲激响应；
对于至少两个时隙而言，将每一个所述时域冲激响应分成两个部
分(h0， hl，…，hL)和(hL+l，…，hN)，其中第一部分(h0， hl，…， hL)具有与传输信道的延迟扩展相对应的长度；
估算相关参数，所述相关参数具有至少第一时隙的所述第一部分
(h0， hl， ...， hL)与除了第一时隙之外的任何其它时隙的所述第一部
分(g0， gl， ...， gL)的相关因子；以及
通过另外的信号处理来修改所述相关参数，以获得用于与预定阈 值相比较的基准，其中如果所述基准参数大于阈值，那么确定来自发 射单元的信号在从给定扇区接收到的信号中。
在本发明中，相关因子是在两个或更多时隙的真冲激响应(信道 冲激响应的第一部分)之间的相关的平均。
在本发明中，确定来自给定目标发射单元的信号在扇区的接收信
号中是否可获得的步骤，包括
使用特定于给定移动单元的导频信号来估算至少-一个或多个时隙 的子载波上的所述路径增益；
估算作为在相同的时隙之内的不同子载波上的路径增益彼此相关 的程度的度量的参数；以及
通过包括进行平均或者进行过滤的另外的信号处理来修改所述参 数，以获得给定发射单元和给定扇区的相关参数。在本发明中，通过以下来修改相关参数
估算在一个或多个时隙上的信道冲激响应的第一部分(hO， hl，…， hL)的功率，以获得归一化参数；以及
将归一化参数除以相关参数以获得修改的相关参数。
在本发明中，使用均方误差法来执行干扰消除。
替代地，在本发明中，使用迫零法来执行干扰消除。
替代地，在本发明中，使用最大似然检测法来执行干扰消除。
根据本发明的另一方面，提供了一种在基站接收机中的信号处理 系统，该基站接收机接收并且处理来自扇区化的覆盖区域中的多个发 射单元的单个载波或多个载波信号；在每个扇区内的发射单元和接收
机的发射和接收天线之间的信号功率增益被表示为具有路径增益的信 道矩阵；所述系统包括
信道矩阵生成单元，所述信道矩阵生成单元合并与各个扇区相关 联的多个信道矩阵以生成比与各个扇区相关联的信道矩阵更大的信道 矩阵，并且级联与各个扇区相关联的多个接收信号矢量以生成比与各 个扇区相关联的接收信号矢量更大的接收信号矢量；以及
干扰消除单元，所述千扰消除单元使用所生成的信道矩阵和所生 成的接收信号矢量，消除来自与目标发射单元共享给定信道的其他发 射单元的千扰。
根据本发明的另一方面，提供了一种在基站接收机中的信号处理 系统，该基站接收机接收并且处理来自扇区化的覆盖区域中的多个发 射单元的单个载波或多个载波信号；在每个扇区内的发射单元和接收 机的发射和接收天线之间的信号功率增益被表示为具有路径增益的信 道矩阵；所述系统包括判决单元，所述判决单元确定来自给定目标发射单元的信号在扇 区的接收信号中是否可获得；
信道矩阵生成单元，所述信道矩阵生成单元合并与各个扇区相关 联的多个信道矩阵以生成比与各个扇区相关联的信道矩阵更大的信道 矩阵，并且级联与各个扇区相关联的多个接收信号矢量以生成比与各 个扇区相关联的接收信号矢量更大的接收信号矢量；以及
干扰消除单元，如果在至少两个扇区中检测到来自所述目标发射 单元的信号，那么所述干扰消除单元使用所生成的信道矩阵和所生成 的接收信号矢量来消除来自与所述目标发射单元共享给定信道的其他 发射单元的干扰；
如果仅在一个扇区中检测到来自所述目标发射单元的信号，那么 所述干扰消除单元使用与所述一个扇区相关联的所述信道矩阵和接收 信号矢量的每一个来从来自所述发射单元的接收信号中消除干扰。
在本发明中，检测单元可以包括
信道估计单元，所述信道估计单元使用特定于给定移动单元的导 频信号来估算子载波上的频域路径增益；
时域转换单元，所述时域转换单元将所估计的子载波的频域路径
增益转换成时域冲激响应(h0， hl， ...， hN);
分离单元，用于将所述时域冲激响应分成两个部分真冲激响应
(h0， hl， ...， hL)和假冲激响应(hL+l，…，hM)，其中真冲激 响应与信道的延迟扩展相对应-，
第一平均增益估算单元，所述第一平均增益估算单元估算所述第 一部分(h0， hl， ...， hL)的均方值以获得第一参数(PCH);
第二平均增益估算单元，所述第二平均增益估算单元估算所述第 二部分(hL+l，…，hM)的均方值以获得第二参数(PNCH);
相减单元，所述相减单元从所述第一参数(PCH)减去所述第二 参数(PNCH)以获得第三参数(DNCH);
相除单元，所述相除单元将所述第一参数(PCH)除以所述第三 参数(DNCH)以获得第四参数(RNCH);以及比较单元，所述比较单元将所述第四参数(RNCH)与预定阈值
相比较，
如果比较结果指示所述第四参数大于阈值，那么判决来自移动单 元的信号在从给定扇区接收到的信号中。
在本发明中，分离单元生成时域冲激响应的第二部分，所述时域 冲激响应的第二部分是通过忽略与信道延迟分布相对应的冲激响应的 部分以及由任何干扰移动单元所引起的冲激响应来获得的。
在本发明中，检测单元包括
信道估计单元，所述信道估计单元使用特定于给定移动单元的导 频信号来估算至少两个不同时隙的子载波上的频域路径增益；
时域转换单元，所述时域转换单元对所估计的每个时隙的子载波 的频域路径增益进行转换以获得等效时域信道冲激响应；
分离单元，所述分离单元将至少两个时隙的所述时域分成两个部 分，其中每一个所述时隙的所述两个部分，第一部分具有与传输信道 的延迟扩展相对应的长度；
相关单元，所述相关单元估算至少第一时隙的所述第一部分(h0， hl， ...， hL)与除了第一时隙之外的任何其它时隙的所述第一部分(gO， gl，…，gL)之间的相关；以及
相关操纵单元，所述相关操纵单元通过另外的信号处理来修改由 相关单元估算的所述相关参数，以获得用于在比较单元中与预定阈值 相比较的基准。
在本发明中，相关单元通过对两个时隙组合的信道冲激响应的第 - -部分之间的相关进行平均来估算相关。
在本发明中，在确定来自给定目标发射单元的信号在扇区的接收 信号中是否可获得的过程中，所述检测单元使用特定于给定移动单元
的导频信号来估算一个或多个时隙的子载波上的所述路径增益；估算作为在不同子载波和相同的时隙上的路径增益彼此相关的程 度的度量的参数；以及
通过包括进行平均或者进行过滤的另外的信号处理来修改所述参 数，以获得给定发射单元和给定扇区的相关参数。
在本发明中，通过以下来修改相关参数
估算至少一个时隙的信道冲激响应的第一部分(h0， hl， ...， hL) 的互相关以获得归一化参数；以及
将归一化参数除以相关参数，以获得修改的相关参数。
在本发明中，使用均方误差法来执行干扰消除。 在本发明中，使用迫零法来执行干扰消除。
在本发明中，使用最大似然检测法来执行干扰消除。 提供了 一种包括根据本发明的信号处理系统的基站。 本发明的值得称赞的效果总结如下。
根据本发明，当在不止一个扇区中检测到目标信号时，通过降低 BER可以实现信道容量的改善。
此外，根据本发明，通过动态地改变信道矩阵的大小，降低了接 收机的整个计算复杂度，因为仅当可以增大信道容量时才使用大小增 大的信道矩阵。
根据结合附图的以下详细说明，本发明的其他特征和优点对本领 域普通技术人员将很容易变得显而易见，在附图中，仅通过图示预期 执行本发明的模式而示出并且描述了本发明的示例。如将被实现的，本发明能够是其它和不同示例，并且其若干细节能够在各种明显方面 中修改，所有均不背离本发明。因此，附图和描述在本质上应当被认 为是说明性的而不是限制性的。
图1是图示在两个扇区(扇区1和扇区2)具有两个发射单元(TU1
和TU2)并且具有一个接收基站(BS)的通信系统的示图。
图2是示出相关技术的一般化多扇区接收机的一部分的配置的示图。
图3是示出每个扇区具有两个接收信号流的MIMO接收机单元的 一部分的配置的示图。
图4是示出具有用于动态生成信道矩阵的单元、检测单元以及比 较单元的用于信号处理的本发明的示例的配置的示图。
图5是图示信道矩阵的大小如何动态变化的流程图。
图6是图示一种用于检测目标信号是否在从给定扇区接收到的信 号之内的方法的流程图。
图7是图示基于信道增益的方向单元的示图。
图8是图示在两个发射和接收天线之间的四个可能的无线链接的 示图。
图9示出了无线通信系统的典型时域冲激响应。 图10是图示一种用于度量信道参数的相关的方法的示图。 图11是图示一种用于度量信道参数的相关的方法的流程图。 图12是具有基于本发明的信道矩阵生成单元的OFDM接收机的 示例。
图13是图示在信道矩阵生成过程中本发明的应用的一个示例。 图14是图示在信道矩阵生成过程中本发明的应用的另一示例。
标记的解释
21干扰消除单元
22合并单元23检测单元
100动态信道矩阵生成单元
101生成信道矩阵和接收信号矢量单元
102信道矩阵选择单元
103检测单元
104比较单元
Hk,i子载波索引为"k"并且扇区索引为"i"的MIMO信道矩阵 k:子载波索引
具体实施例方式
图4示出了用于对从多个扇区接收到的信号进行动态处理的本发 明的示例的配置。在单元(105)中将从扇区1 (25)和(26)接收到 的信号流与从扇区2 (27)和(28)接收到的信号流级联。类似地，分 别来自扇区1和扇区2的信道参数(29)和(30)被用于创建修改的 信道矩阵，该信道矩阵的维数比各个扇区的每一个信道矩阵的维数大 得多。由检测单元(103)和比较单元(104)进行从多个扇区接收到 的信号的动态处理，该检测单元(103)接收信道参数(131)或(133)。 在从两个或更多扇区接收到的信号内检测到来自发射单元的信号，或 者在从一个扇区接收到的信号内检测到相同的信号。基于比较单元 (104)的结果，修改的信道矩阵和接收信号矢量或者来自一个扇区的 信道矩阵和接收信号矢量在信道矩阵选择单元(102)中被选择，并且 被用于单元(21)中以执行干扰消除。
通过检查是否可以在从两个或更多扇区接收到的信号内检测到来 自发射单元的信号或者是否仅可以在从一个扇区接收到的信号中检测 到相同的信号，来动态处理从多个扇区接收到的信号。
由检测单元(103)进行检测处理，该检测单元(103)生成信号 或者估计在比较单元(104)中使用的基准值。为每个扇区提供了一个检测单元(103)。
比较单元(104)将基准信号与预置阈值相比较，以确定从给定扇
区接收到的信号是否包含来自目标移动单元的信号。
基于由比较单元(104)进行的判决，动态信道矩阵生成单元(100) 生成了用于干扰消除的参数。
这些参数是与每个子载波或频带相关联的信道矩阵，所述每个子 载波或频带已经被目标发射单元用于发射其信号。还存在与信道矩阵 一起用于检索期望信号的接收信号矢量。
如果检测到来自发射单元的信号在从不止一个扇区接收到的信号 中可获得，那么对于每个子载波或频带而言，动态信道矩阵生成单元 (100)生成大信道矩阵，该大信道矩阵是与活动扇区相关联的信道矩 阵的级联。在这里，活动扇区指的是其中己经检测到来自目标移动单 元的信号的扇区。
以下等式(3)示出了在假定从两个扇区接收到的信号中已经检测 到来自发射单元的信号的情况下单个发射单元的结果信道矩阵。
H卜k,),, Hj 。)
其中T表示矩阵的转置，k是与目标移动终端所使用的频率子带 的子载波相对应的子载波或频率子带索引，并且Hk，,，u是子载波或频率 子带k上的扇区索引为i的用户u的信道矩阵。
在该示例中，i取值1或2。类似地，动态信道矩阵生成单元(100) 生成信号矢量，该信号矢量是从活动扇区接收到的信号的级联。使用 两个活动扇区的情况，结果级联矢量将由下式给出
23X* 二
(4)
另一方面，如果检测到来自发射单元的信号仅在一个扇区中可获 得，那么动态信道矩阵生成单元(100)生成仅与该特定扇区相对应的 信道矩阵。
图5提供了图示对在干扰消除过程中使用的信道矩阵的大小进行 动态修改的流程图。由图4中的检测单元(103)、比较和信道矩阵选 择单元((104)和(102))、单元(101)、单元(105)以及干扰 消除单元(21)分别执行图5中的步骤Sl、 S2、 S3、 S4以及S5中描述
的处理。
在第一步骤Sl中，检测目标信号是否在扇区中接收到的信号流内。
在第二步骤S2中，判决目标信号是否在不止一个扇区中接收到的 信号流中。如果信号在不止一个扇区中，那么执行第四步骤，并且如 果信号在一个扇区中，那么执行第三步骤S3。
在第三步骤S3中，仅为一个扇区生成信道矩阵和信号矢量，而在 步骤S4中，生成了修改的信道矩阵和更大的信号矢量。
在第五步骤S5中，所生成的信道矩阵和信号矢量被用于执行千扰 消除。
<检测单元〉
图4中的检测单元(103)可以使用所提议的信道增益方法或者所 提议的基于相关的方法来实现。<基于信道增益的检测方法〉
图6是图示用于检测目标信号是否在扇区中接收到的信号流中的 图5中的步骤S1的过程(子例程)的流程图。该方法被称为基于信道 增益的检测方法。
在步骤S11中，估算了与延迟分布(delayprofile)相对应的区域 内的估计的时域信道的功率(PCH)。
在步骤S12中，估算了与延迟分布不对应的区域内的估计的时域 信道的功率(PNCH)。
在步骤S13中，计算了 PCH-PNCH， PCH-PNCH是在步骤Sll中 计算的功率PCH与在步骤S12中计算的功率PNCH之间的差。
在步骤S14中，利用在步骤S13中计算的差值PCH-PNCH使在步 骤Sll中计算的值PCH归一化。
在步骤S15中，将在步骤S14中计算的归一化的值PCH / (PCH-PNCH)与预定阈值相比较。例如，如果归一化的值大于阈值， 那么在扇区中接收到的信号流中检测到目标信号。
当在两个不同扇区中的两个发射单元共享相同的信道时，检测单 元(103)和比较单元(104)将检测至少一个发射单元的存在。例如， 如果可以在两个扇区中检测到仅来自一个发射单元的信号，那么级联 信道矩阵将由下式给出，
其中0是零矩阵，并且T表示矩阵的转置。
图7是图示使用图6的流程图描述的一个基于信道增益的检测单元的示图。在图7中，信道参数(131)表示在扇区的发射和接收天线 之间所有可能链路的时域信道参数。在两个发射天线和两个接收天线 为每个扇区提供服务的情况下，为在发射单元与接收基站的给定扇区 之间的所有可能的四个传输链路提供时域信道响应或参数(131)和
(133)。
图8图示了具有两个发射天线和两个接收天线的传输系统中的四 个可能链路。在图8中，提供了发射单元的两组天线(301)和接收单 元的两组天线(302)。存在链路(333)，每一个链路在发射单元与 接收单元的两个天线(301和302)之间。在图8中，附图标记331和 333分别标示在发射单元的两组天线(301)上发射的信号，并且附图 标记334和335分别标示从接收单元的两组天线(302)接收的信号。
频域至时域信道转换单元将估计的频域信道响应转换成所有可能
的四个链路的信道的时域冲激响应。在一个链路中，信道冲激响应
(131)或(133)是由下式给出
e{/z0 & A U (6)
其中N是时域信道冲激响应中的冲激数目。
参考图7，基于信道增益的检测单元包括真时域信道生成单元 (140)，所述真时域信道生成单元(140)生成实际时域冲激响应， 该实际时域冲激响应与发射单元与基站之间的无线信道的实际延迟扩 展[非专利文献7]相对应；以及
估算信道增益单元(143)，所述估算信道增益单元(143)估算 例如实际时域冲激响应的信道增益或均方值。
假定该延迟扩展与Nd个抽样相对应，则实际时域冲激响应将由所 选择的Nd个抽样构成。换句话说，
/z, e & A V1} D,o \， A 、w广JeWo &八 Vi} (7)在图7中，基于信道增益的检测单元还包括假时域信道生成单 元(141 )，所述假时域信道生成单元(141 )生成假信道冲激响应(153 )，
该假信道冲激响应(153)与时域信道冲激响应之内的脉冲相对应，但
是不包括目标发射单元或者共享相同传输频带的任何其他发射单元的
真信道冲激响应(ht, n) (152);以及
估算假信道增益单元(142)，所述估算假信道增益单元(142) 估算例如假时域冲激响应的信道增益或均方值。
数学上，将假信道冲激响应hf，n表示为
并且
/ ,"e"o & A (8)
图9图示了具有40个抽样的延迟扩展的信道的实用的时域信道冲
激响应。在图9中，指示了真信道冲激响应ht,n和假信道冲激响应hf，n 的各个时间间隔，所述真信道冲激响应ht，n与具有与延迟扩展相对应的 长度的信道的延迟分布相对应。
在该示例中，如参考图6的步骤S13和步骤S14以及图7的归-化单元(144)所描述的，使用以下等式来估算基准参数(151):<formula>formula see original document page 27</formula>
(9)
其中<formula>formula see original document page 27</formula>(10)<formula>formula see original document page 27</formula>(11)
注意到，还可以利用，某个縮放因子来縮放基准参数(Rnchch)(151)。
<基于相关的检测方法〉
在该示例的变化中，可以适当地将图4中的检测单元(103)配置 为使用频域信道参数(130)或者时域信道参数(131)的基于相关的 检测单元。
图10图示了使用基于相关的检测方法而实现的检测单元(103) 的配置。该检测单元检测目标信号是否在扇区中接收到的信号流中。 更具体地说，参考图10，附图标记200标示的检测单元(基于相关的 检测单元)包括
相关器(202)，所述相关器(202)接收来自频域信道估计单元 (201)的频域信道参数(231)并且度量频域信道参数(231)的相关 程度，所述频域信道估计单元从频域接收信号(230)估计频域信道参 数；以及
过滤器(203)，所述过滤器(203)过滤估计的信道相关(232) 以生成最终相关参数(233)。然后，在图4中的比较单元(104)中 处理最终相关参数(233)。
参考图IO描述的基于相关的检测方法还可以使用时域信道参数。 在这种情况下，相关器(202)和过滤器(203)估算在两个不同时间 间隔或者时隙上的真时域信道冲激响应ht， n之间的相关。
如在以下等式中所说明的，该相关参数还可以用于对信道增益参数 (等式10)进行归一化。
其中Rccm是与在两个不同的时隙的时间间隔上的真时域信道冲激 响应之间的相关相对应的相关参数，并且在等式(10)中已经定义了 PCH。
28还可以通过对在相邻子载波的频域信道参数之间的相关进行度量 来估计该相关参数。在实用系统中，相邻子载波中的信道参数高度相 关。
图11图示了用于检测目标信号的存在的基于相关的方法的流程
图。由图10的相关器(202)和滤波器(203)以及图4中的比较单元 104分别执行图11中所描述的处理步骤S21、 S22以及S23。步骤S21 与S22的组合还可以被认为与图4中的检测104相对应。
参考图ll，在第一步骤S21中，估计扇区的信道参数的相关。
在第二步骤S22中，对所估计的相关参数进行过滤。
在第三步骤S23中，将相关参数与阈值相比较。
根据(3)和(4)，当在不止一个扇区中检测到来自发射单元的 信号时，转发到干扰消除单元的信道矩阵具有大小增大的矩阵。这等 同于信号传输的可能路径的数目增大的MIMO系统。路径的数目增大 使干扰最小化，因此降低了 BER。此外，当仅在一个扇区中检测到信 号时，信道矩阵小，并且因此降低了整个计算复杂度，同时达到了最 佳可能的BER性能。
图7中的基于信道增益的检测单元通过度量估计信道的功率来检 测来自给定发射单元的信号。在没有任何发射信号的情况下，假冲激 响应的功率基本上与真冲激响应的功率相同。
等式(9)提供了对假冲激响应的功率接近真冲激响应的功率的程 度的有效度量。在图10中的基于相关的检测单元(200)中，如果在从给定扇区 接收到的信号中无法检测到来自发射单元的信号，那么在两个不同时 隙上估计的的真信道冲激响应不相关。在这种状况下，相关参数将小
的多。在等式(12)中提供了相关参数的大小的度量。
可以应用本发明的无线通信系统的一个区域是在接收机(基站)
中，该接收机接收并且解码来自基于OFDM的发射单元的信号。在图 12中图示了这样的系统，其中使用单元(302)中的多个天线来接收多 个信号流。对于在单元(302)接收到的每个接收信号流而言，提供了 执行放大、过滤以及下变频的RF接收机单元(401);将模拟信号转 换成数字信号的模数转换(ADC)单元(402);执行时间和频率同步 的同步单元(403);移除已经在发射机处附加的循环前缀的保护移除
(guard removal)单元(404);以及在大多数情况下表示FFT (快速 傅里叶变换)操作的前向线性变换器(FLT) (405)。该接收机还包 括信道矩阵生成单元(400)，所述信道矩阵生成单元(400)包括根 据本发明的信道估计和动态信道矩阵生成单元；以及干扰消除单元
(21)，所述干扰消除单元(21)消除干扰以生成最初发射的目标信
号
图13是图示图12中的信道矩阵生成单元(400)的配置的示图。 参考图13，由来自扇区l和来自扇区2 (27和28)的两个信号流(25 和26)指示来自图12中的FLT单元(405)的输出。
如在一般OFDM系统中一样，这些信号表示用于在信道估计单元 (106)中估计信道参数的频域信号。从信道估计单元(106)输出的 信道参数包括频域信道参数(132)以及时域信道参数133。频域信道 参数(132)包括每一个OFDM子载波的信道参数。时域信道参数(133) 包括时域真冲激响应和假冲激。然后，将真时域冲激响应和假时域冲 激响应发送到检测单元(103)，该检测单元(103)根据参考图6和 图7描述的方法生成检测信号。由比较单元(104)使用来自检测单元(103)的输出，以获得然 后由动态信道矩阵生成单元(100)使用的判决参数。动态信道矩阵生
成单元(100)生成信道矩阵和已经由信号选择单元(108)选择的子
载波的信号矢量。
然后，由干扰消除单元(21)使用由动态信道矩阵生成单元(100) 生成的信道矩阵和信号矢量。
图14是图示本发明的另一示例的配置的示图。在该示例中，检测 单元(110)采用参考图IO和图ll描述的相关检测方法。本示例还可 以是图12所示的基于OFDM的接收机，其中如图14所示，信道矩阵 生成单元(401)取代了信道矩阵生成单元(400)。
参考图14，来自FLT单元(405)的输出包括来自扇区1和扇区 2 (27和28)的两个信号流(25和26)。在该示例中，信道参数仅包 括频域信道参数(132)。然后，将频域信道参数(132)提供到检测 单元(110)，该检测单元(110)使用参考图10和图11描述的方法 生成检测信号。注意到，与图12—样还可以使用时域信道参数(133)。 由比较单元(104)使用来自检测单元(110)的输出，以获得然后由 动态信道矩阵生成单元(100)使用的判决参数。动态信道矩阵生成单 元(100)生成已经由信号选择单元(108)选择的子载波的信道矩阵和
信号矢量。然后，由干扰消除单元(21)使用所生成的矩阵和信号矢
曰里。
当在不止一个扇区中检测到目标信号时，本示例使得能够通过降 低BER来改善信道容量。
另外，通过动态改变信道矩阵的大小，降低了接收机的整个计算 复杂度，因为仅当可以增大信道容量时才使用大小增大的信道矩阵。本发明可以应用于任何多扇区基站。这包括用于移动通信的基站。
以上描述是结合上述示例进行的。然而，本发明并不仅仅局限于 上述示例的配置，并且当然包括本领域普通技术人员在本发明的范围 内可以做出的各种变化和修改。
应当注意，本发明的其他目的、特征以及方面在整个公开中将变 得显而易见，并且在不背离如这里所公开的并且附加于此所请求保护 的本发明的主旨和范围的情况下，可以进行修改。
还应当注意，所公开的和/或所请求保护的单元、主题和/或项的任 何组合可以属于上述修改。
权利要求
1.一种在基站接收机中的信号处理方法，所述基站接收机接收并且处理来自扇区化的覆盖区域中的多个发射单元的单个载波或多个载波信号；在每个扇区内的发射单元和接收机的发射和接收天线之间的信号功率增益被表示为具有路径增益的信道矩阵；所述方法包括合并与各个扇区相关联的多个信道矩阵以生成比与各个扇区相关联的所述信道矩阵更大的信道矩阵，并且级联与各个扇区相关联的多个接收信号矢量以生成比与各个扇区相关联的所述接收信号矢量更大的接收信号矢量；以及使用所生成的信道矩阵和所生成的接收信号矢量来消除来自与目标发射单元共享给定信道的其他发射单元的干扰。
2. —种在基站接收机中的信号处理方法，所述基站接收机接收并 且处理来自扇区化的覆盖区域中的多个发射单元的单个载波或多个载 波信号；在每个扇区内的发射单元和接收机的发射和接收天线之间的 信号功率增益被表示为具有路径增益的信道矩阵；所述方法包括确定来自给定目标发射单元的信号在扇区的接收信号中是否可获得；如果在至少两个扇区中检测到来自所述目标发射单元的信号， 那么合并与各个扇区相关联的多个信道矩阵以生成比与各个扇区 相关联的所述信道矩阵更大的信道矩阵，并且级联与各个扇区相关联 的多个接收信号矢量以生成比与各个扇区相关联的所述接收信号矢量 更大的接收信号矢量；以及使用所生成的信道矩阵和所生成的接收信号矢量来消除来自与所 述目标发射单元共享给定信道的其他发射单元的干扰；而如果仅在一 个扇区中检测到来自所述目标发射单元的信号，那么使用与所述一个 扇区相关联的所述信道矩阵和所述接收信号矢量的每一个来从来自所 述发射单元的接收信号中消除干扰。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中，所述确定来自所述目标发 射单元的信号在扇区的接收信号中是否可获得的步骤包括使用特定于所述目标发射单元的导频信号来估算子载波上的所述 路径增益；将所估计的子载波的路径增益转换成时域冲激响应(h0， hl，...， hN);将所述时域冲激响应分成两个部分真冲激响应(h0， hl， ...， hL) 和假冲激响应(hL+l， ...， hM)，其中，第一部分对应于具有与延迟 扩展相对应的长度的信道的延迟分布； 估算所述第一部分(h0， hl， ...， hL)的均方值以获得第一参数 (PCH);估算所述第二部分(hL+l， ...， hM)的均方值以获得第二参数 (PNCH);从所述第一参数(PCH)减去所述第二参数(PNCH)以获得第三 参数(DNCH);将所述第一参数(PCH)除以所述第三参数(DNCH)以获得第四 参数(RNCH);以及将所述第四参数(RNCH)与预定阈值相比较，其中，如果所述比 较结果指示所述第四参数大于所述阈值，那么确定来自所述发射单元 的信号在从给定扇区接收到的信号中。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中，通过忽略与信道延迟分布 相对应的冲激响应部分以及由干扰移动终端所引起的冲激响应来获得 所述时域冲激响应的第二部分(hL+l， ...， hN)。
5. 根据权利要求2所述的方法，其中，所述确定来自给定目标发 射单元的信号在扇区的接收信号中是否可获得的步骤包括使用特定于给定发射单元的导频信号来估算至少两个不同时隙的 子载波上的所述路径增益；将所估计的每个时隙的子载波的路径增益进行转换，以获得等效时域信道冲激响应；对于至少两个时隙，将每一个所述时域冲激响应分成两个部分，(h0， hl，…，hL)和(hL+l，…，hN)，其中，第一部分(h0， hl，…， hL)具有与传输信道的延迟扩展相对应的长度；估算相关参数，所述相关参数具有至少第一时隙的所述第一部分 (h0， hl，…，hL)与除了所述第一时隙之外的任何其它时隙的所述第 一部分(g0， gl， ...， gL)的相关因子；以及通过另外的信号处理来修改所述相关参数，以获得用于与预定阈 值相比较的基准，其中，如果所述基准参数大于所述阈值，那么确定 来自所述发射单元的信号在从给定扇区接收到的信号中。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中，所述相关因子是在至少两 个不同时隙上的各个信道冲激响应的第一部分之间的相关的平均。
7. 根据权利要求2所述的方法，其中，所述确定来自给定目标发 射单元的信号在扇区的接收信号中是否可获得的步骤包括使用特定于给定发射单元的导频信号来估算至少一个或多个时隙的子载波上的所述路径增益；估算作为相同时隙之内的不同子载波上的路径增益彼此相关的程 度的度量的参数；以及通过另外的信号处理来修改所述参数以获得所述目标发射单元和 给定扇区的相关参数，所述另外的信号处理包括进行平均或者进行过 滤。
8. 根据权利要求5所述的方法，其中，通过以下来修改相关参数 估算一个或多个时隙上的信道冲激响应的第一部分(h0， hl，...，hL)的功率，以获得归一化参数；以及将所述归一化参数除以所述相关参数，以获得修改的相关参数。
9. 根据权利要求1或2所述的方法，其中，使用均方误差法、迫零法以及最大似然检测法中的至少一个来执行干扰消除。
10. —种在基站接收机中的信号处理系统，所述基站接收机接收 并且处理来自扇区化的覆盖区域中的多个发射单元的单个载波或多个载波信号；在每个扇区内的发射单元和接收机的发射和接收天线之间 的信号功率增益被表示为具有路径增益的信道矩阵；所述系统包括信道矩阵生成单元，所述信道矩阵生成单元合并与各个扇区相关 联的多个信道矩阵以生成比与各个扇区相关联的所述信道矩阵更大的 信道矩阵，并且级联与各个扇区相关联的多.个接收信号矢量以生成比 与各个扇区相关联的所述接收信号矢量更大的接收信号矢量；以及干扰消除单元，所述干扰消除单元使用所生成的信道矩阵和所生 成的接收信号矢量来消除来自与目标发射单元共享给定信道的其他发 射单元的干扰。
11. 一种在基站接收机中的信号处理系统，所述基站接收机接收 并且处理来自扇区化的覆盖区域中的多个发射单元的单个载波或多个 载波信号；在每个扇区内的发射单元和接收机的发射和接收天线之间的信号功率增益被表示为具有路径增益的信道矩阵；所述系统包括 判决单元，所述判决单元确定来自给定目标发射单元的信号在扇区的接收信号中是否可获得；信道矩阵生成单元，所述信道矩阵生成单元合并与各个扇区相关 联的多个信道矩阵以生成比与各个扇区相关联的所述信道矩阵更大的 信道矩阵，并且级联与各个扇区相关联的多个接收信号矢量以生成比 与各个扇区相关联的所述接收信号矢量更大的接收信号矢量；以及干扰消除单元，如果在至少两个扇区中检测到来自所述目标发射 单元的信号，那么所述干扰消除单元使用所生成的信道矩阵和所生成 的接收信号矢量来消除来自与所述目标发射单元共享给定信道的其他 发射单元的干扰；如果仅在一个扇区中检测到来自所述目标发射单元的信号，那么 所述干扰消除单元使用与所述一个扇区相关联的所述信道矩阵和接收信号矢量的每一个来从来自所述发射单元的接收信号中消除干扰。
12. 根据权利要求11所述的系统，其中，所述检测单元包括 信道估计单元，所述信道估计单元使用特定于给定发射单元的导频信号来估算子载波上的频域路径增益；时域转换单元，所述时域转换单元将所估计的子载波的频域路径增益转换成时域冲激响应(h0， hl， ...， hN);分离单元，所述分离单元将所述时域冲激响应分成两个部分真冲激响应(h0， hl，…，hL)和假冲激响应(hL+l，…，hM)，其中， 第一部分(h0， hl，…，hL)与信道的延迟扩展相对应；第一平均增益估算单元，所述第一平均增益估算单元估算所述第 一部分(h0， hl，…，hL)的均方值以获得第一参数(PCH);第二平均增益估算单元，所述第二平均增益估算单元估算所述第 二部分(hL+l，…，hN)的均方值以获得第二参数(PNCH);相减单元，所述相减单元从所述第一参数(PCH)减去所述第二参 数(PNCH)以获得第三参数(DNCH);相除单元，所述相除单元将所述第一参数(PCH)除以所述第三参 数(DNCH)以获得第四参数(RNCH);以及比较单元，所述比较单元将所述第四参数(RNCH)与预定阈值相 比较，其中，如果所述比较结果指示所述第四参数大于所述阈值，那 么确定来自所述发射单元的信号在从给定扇区接收到的信号中。
13. 根据权利要求12所述的系统，其中，所述分离单元生成所述 时域冲激响应的第二部分，所述时域冲激响应的第二部分是通过忽略 与信道延迟分布相对应的冲激响应部分以及由任何干扰发射单元所引 起的冲激响应来获得的。
14. 根据权利要求11所述的系统，其中，所述检测单元包括 信道估计单元，所述信道估计单元使用特定于给定发射单元的导频信号来估算至少两个不同时隙的子载波上的频域路径增益；时域转换单元，所述时域转换单元对所估计的每个时隙的子载波 的频域路径增益进行转换以获得等效时域信道冲激响应；分离单元，所述分离单元将所述时域冲激响应分成两个部分真 冲激响应(h0， hl， ...， hL)和假冲激响应(hL+l，…，hM)，其中，第一部分(h0， hl， ...， hL)与信道的延迟扩展相对应；相关单元，所述相关单元估算至少第一时隙的所述第一部分(h0， hl，…，hL)与除了所述第一时隙之外的任何其它时隙的所述第一部分(g0， gl，…，gL)之间的相关；以及相关操纵单元，所述相关操纵单元通过另外的信号处理来修改由 所述相关单元估算的所述相关参数，以获得用于在所述比较单元中与 预定阈值相比较的基准。
15. 根据权利要求14所述的系统，其中，所述相关单元通过对两 个时隙组合的信道冲激响应的第一部分之间的相关进行平均来估算相关。
16. 根据权利要求11所述的系统，其中，在确定来自给定目标发 射单元的信号是否在扇区的接收信号中的过程中，所述检测单元使用 特定于给定发射单元的导频信号来估算一个或多个时隙的子载波上的 所述路径增益；估算作为不同子载波和相同的时隙上的路径增益彼此相关的程度 的度量的参数；以及通过另外的信号处理来修改所述参数以获得给定发射单元和给定 扇区的相关参数，所述另外的信号处理包括进行平均或者进行过滤。
17. 根据权利要求16所述的系统，其中，通过以下来修改相关参数估算至少一个时隙上的信道冲激响应的第一部分(h0， hl，...， hL)的互相关以获得归一化参数；以及将所述归一化参数除以所述相关参数，以获得修改的相关参数。
18. 根据权利要求10或11所述的系统，其中，使用均方误差法、 迫零法以及最大似然检测法中的至少一个来执行干扰消除。
19. 一种基站，所述基站包括如权利要求10至18中的任何一项 所阐述的信号处理系统。
全文摘要
本发明提供了一种实现对从多个扇区接收到的信号进行动态处理以提高在多扇区无线基站中的上行链路通信的吞吐量的装置和方法。一种在基站中的信号处理系统，所述基站利用至少一个发射天线和至少一个接收天线接收并且处理来自在扇区化的覆盖区域中的发射单元的单个载波或多个载波信号；在每个扇区内的发射和接收天线之间的信号功率增益被表示为具有路径增益的信道矩阵；所述信号处理系统包括检测单元(103)，所述检测单元(103)确定来自给定目标发射单元的信号在扇区中接收到的信号中是否可获得，并且生成用于合并单元的检测信号；判决单元(102)，所述判决单元选择干扰消除矩阵的大小；以及干扰消除单元(21)；其中如果来自检测单元的信号指示来自目标发射单元的信号在与至少两个扇区相关联的信号中，那么所述判决单元(102)连接与所述扇区相关联的信道矩阵以生成大信道矩阵，并且使用结果大信道矩阵，所述干扰消除单元消除干扰或者生成最初发射的信号；并且如果来自检测单元的信号指示来自目标发射单元的信号仅在一个扇区的信号中，那么使用与所述一个扇区相关联的信道矩阵，所述干扰消除单元从所接收到的信号中消除干扰。
文档编号H04B7/04GK101601199SQ20078004067
公开日2009年12月9日 申请日期2007年12月28日 优先权日2007年12月28日
发明者关克敏, 詹姆斯·阿乌尔·奥杜尔·奥凯洛 申请人:日本电气株式会社