GSM/GPRS/EDGE的相干单天线干扰消除的制作方法

GSM/GPRS/EDGE的相干单天线干扰消除本申请是申请日为2009年2月20日、申请号为200980106521.2、发明名称为“GSM/GPRS/EDGE的相干单天线干扰消除”的中国专利申请的分案申请。技术领域本发明涉及无线通信，具体地说，涉及相干单天线干扰消除。

背景技术：
在利用GSM、GPRS、EDGE等的许多通信系统中，接收机对接收信号正确解码的能力取决于接收机保持精确符号定时的能力。然而，随着无线通信变得更加普遍，逐渐增加的干扰量会负面影响接收机保持这种定时的能力。在保持符号定时的一个方式中，训练序列(例如中间训练码(midamble))对于发射机和接收机是已知的。接收机在一串符号中定位训练序列，并由此确定该串符号的数据部分何时开始和结束。由于训练序列易被来自相邻信道、多路径等的干扰所覆盖，所以在具有干扰信号的环境中定位训练序列具有挑战性。因此，期望提供一种在具有干扰的情况下在一串符号中能够可靠定位训练序列的接收机。

技术实现要素：
根据本发明的一方面，一种中间训练码估计方法包括以下步骤：接收一串符号；选择该串符号中包含第一中间训练码符号的子集；对所述子集中的每个符号计算对应的中间训练码估计误差；以及确定所计算的最小中间训练码估计误差，以定位所述第一中间训练码符号。根据本发明的另一方面，一种中间训练码估计方法包括以下步骤：接收一串符号；选择该串符号中包含第一中间训练码符号的子集；确定与所述子集中每个符号对应的估计信道；使用单天线干扰消除来抑制每个估计信道上的干扰；对每个估计信道进行解码，以获得相应的估计数据符号序列；对每个估计数据符号序列执行循环冗余校验，直到检测到有效状况为止；以及确定所述子集中与所述有效状况对应的符号为所述第一中间训练码符号。根据本发明的又一方面，一种接收机包括：天线，用于接收一串符号；定时估计器，用于选择该串符号中包含第一中间训练码符号的子集；中间训练码估计器，用于对所述子集中的每个符号计算相应的中间训练码估计误差；以及处理器，用于选择所述子集中与所计算的最小中间训练码估计误差对应的符号，作为所述第一中间训练码符号。根据本发明的又一方面，一种接收机包括：天线，用于接收一串符号；定时估计器，用于选择该串符号中包含第一中间训练码符号的子集；信道估计器，用于确定与所述子集中的每个符号对应的估计信道；单天线干扰消除设备，用于抑制每个估计信道上的干扰；数据处理器，用于对每个估计信道解码，以获得相应的估计数据符号序列；以及验证设备，用于对每个估计数据符号序列执行循环冗余校验，直到检测到有效状况为止，并确定所述子集中与所述有效状况对应的符号为所述第一中间训练码符号。根据本发明的又一方面，一种机器可读介质包括用于中间训练码估计的指令。所述指令包括用于执行以下操作的代码：接收一串符号；选择该串符号中包含第一中间训练码符号的子集；对所述子集中的每个符号计算相应的中间训练码估计误差；以及确定所计算的最小中间训练码估计误差，以定位所述第一中间训练码符号。根据本发明的另一方面，一种机器可读介质包括用于中间训练码估计的指令。所述指令包括用于执行以下操作的代码：接收一串符号；选择该串符号中包含第一中间训练码符号的子集；确定与所述子集中每个符号对应的估计信道；使用单天线干扰消除来抑制每个估计信道上的干扰；对每个估计信道进行解码，以获得相应的估计数据符号序列；对每个估计数据符号序列执行循环冗余校验，直到检测到有效状况为止；以及确定所述子集中与所述有效状况对应的符号为所述第一中间训练码符号。可以理解，对于本领域普通技术人员来说，根据以下具体实施方式，本发明的其它配置将变得清楚，其中通过图示的方式示出和描述了本发明的各个配置。如所要实现的，本发明能够支持其它和不同配置，并且多个细节能够在各个其它方面进行修改，所有这些都不脱离本发明的范围。因此，附图和具体实施方式旨在认为是自然的而非限制性的示例。附图说明图1示出根据本发明的一方面在GSM中的示例性帧和突发格式；图2示出根据本发明的一方面在无线通信系统中使用的接收机；图3示出根据本发明的一方面接收机选择的包括第一中间训练码符号的符号子集；图4详细示出根据本发明的一方面在无线通信系统中使用的接收机的一部分；图5示出根据本发明的一方面在无线通信系统中使用的接收机；图6详细示出根据本发明的一方面在无线通信系统中使用的接收机的一部分；图7示出根据本发明的一方面用于中间训练码估计的方法；图8示出根据本发明的一方面用于中间训练码估计的方法；图9是示出利用本发明的各个方面可实现性能改进的曲线图；图10是示出利用本发明的各个方面可实现性能改进的曲线图；图11示出根据本发明的一方面在无线通信系统中使用的接收机；图12示出根据本发明的一方面在无线通信系统中使用的接收机；图13是示出可实现本发明的某些方面的计算机系统的框图。具体实施方式图1示出GSM中的示例性帧和突发格式。将下行链路传输的时间轴分成数个复帧。对用于发送用户专用数据的业务信道，每个复帧(例如示例性复帧101)包括26个TDMA帧，它们标记为TDMA帧0至25。在每个复帧的TDMA帧0至11和TDMA帧13至24(如图1中的字母“T”所指示)中发送业务信道。在TDMA帧12中发送控制信道(由字母“C”标识)。在空闲TDMA帧25(由字母“I”标识)中不发送数据，这个帧由无线设备用来对相邻基站进行测量。将每个TDMA帧(例如示例性TDMA帧102)进一步分成8个时隙，它们标记为时隙0至7。对每个活动的无线设备/用户分配一个时隙索引，用于呼叫的持续时间。在对该无线设备分配的时隙中以及在用于业务信道的TDMA帧中发送每个无线设备的用户专用数据。在GSM中，将每个时隙中的传输称为“突发”。每个突发(例如示例性突发103)包括2个尾部字段、2个数据字段、训练序列(或中间训练码)字段、和保护期间(GP)。将每个字段中的比特数显示在括号中。GSM定义可以在训练序列字段中发送的8个不同的训练序列。每个训练序列(例如中间训练码104)包含26比特，并定义为使前5个比特重复，以及随后5个比特也重复。每个训练序列还定义为，使该序列与该序列的16比特删减版本的相关系数(a)在时移为0时等于16，(b)在时移为±1、±2、±3、±4和±5时等于0，以及(c)在所有其它时移时为0或非0值。在一串符号中定位中间训练码的一个方式连续比较关于中间训练码位置的多个假设，以确定哪个假设在该串符号中的已知中间训练码序列与假设位置之间提供了最高的相关能量。这个方法对于来自相同中间训练码序列的多路径的干扰非常敏感，从而会使得不精确假设的相关能量受到其时延副本的影响。图2示出根据本发明的一方面在无线通信系统中使用的接收机。接收机200包括天线210，其用于接收无线信号。尽管接收机200可用于各种通信系统中，但是为了清楚起见，本文具体针对GSM系统来描述接收机200。将接收信号提供至预处理器220，其对信号进行解调以生成接收采样。预处理器220可包括GMSK至BPSK旋转器，其对接收采样执行相位旋转。定时估计器230从预处理器220接收采样，并作出与符号的训练序列(即中间训练码)在一串数据中的开始位置相关的几个假设，以提供几个假设的信道估计。干扰抑制器240对每个假设信道执行单天线干扰消除，中间训练码估计器250为每个假设生成中间训练码估计误差。定时决定电路260比较每个假设的中间训练码估计误差，并选择具有最小中间训练码估计误差的假设。由定时决定电路260选择的假设表示在一串符号中开始估计中间训练码的位置。然后，数据处理器270基于这个估计的定时来处理接收符号，并输出与接收符号对应的数据。除了利用所确定的相关能量来选择与中间训练码定时相关的哪个假设是正确的之外，定时估计器230执行单天线干扰消除(“SAIC”)，以提供构成训练序列的符号估计，将其与该训练序列的先前已知符号相比较以确定其估计误差。以下将更详细示出定时估计器230的操作。为了开始搜索第一中间训练码符号，定时估计器230打开围绕所估计的中间训练码序列的起点的“窗口”。基于每个突发的已知结构，对给定突发估计中间训练码序列的第一符号的位置。例如，如图1所示，在突发103中，中间训练码104的起点在突发的第62比特开始。基于这个已知结构，定时估计器230选择具有表示与第一中间训练码符号所处位置相关的一系列假设的多个比特的窗口105。图3中更详细示出示例性窗口105。参照图3可见，示例性窗口105包括11个符号，标记为Δ＝0至Δ＝10。每个Δ值代表符号在窗口中的位置。然而，参照符号在整个突发中的位置，Δ值偏移开一定的偏移值(例如，Δ＝5可偏移61，以表示这个符号在整个突发中的位置)。对于窗口105中的前7个符号，定时估计器230从具有5个连续符号的序列(表示GSM的5抽头(tap)信道格式)生成信道估计。例如，符号Δ＝0对应于信道估计符号Δ＝1对应于信道估计等。然后，通过干扰抑制器240和中间训练码估计器250来处理这些信道估计中的每一个，以确定与其对应的所估计的中间训练码符号，从而确定中间训练码估计误差，如以下参照图4详细所示。尽管在本发明的示例性方面中，将窗口105示出为正好包括11个符号，但是本发明的范围不限于这种结构。此外，对于本领域普通技术人员清楚的是，可选择任意窗口大小(直至整个数据突发的大小)。例如，根据本发明的一方面，将搜索窗口的大小选择为是期望最小传播延迟的大小的两倍。作为另一种选择，可基于本领域普通技术人员已知的任意其它度量来确定搜索窗口大小的参数。根据一方面，通过将接收采样(对应于假设的延迟)与每个假设的基准采样(即已知中间训练码序列)相关联，定时估计器230生成信道估计基于接收信号y与假设的延迟Δ的中间训练码序列s之间的相关性Rys(Δ)，可如下计算信道估计：h(δ)＝[Rys(δ),Rys(δ+1),...,Rys(δ+4)]δ＝0,1,...,,6(1)为了测试与每个信道估计对应的假设，干扰抑制器240对每个估计信道执行SAIC。SAIC是使用信号的过采样和/或实/虚分解来提供具有单独采样序列的虚拟天线的方法，从而可对虚拟天线施加权重以在期望的发射机方向形成波束以及在不期望的干扰源的方向形成波束零点。通常，通过使用空时处理，利用接收机处的一个或多个实际天线来实现SAIC，其中“空间”可通过同相和正交分量虚拟实现，“时间”可使用晚期和早期采样实现。在SAIC之后，随后将先前获得的信道估计代入空时信道矩阵[H]中的一行(每行表示一个虚拟天线)：将信道估计的相应接收采样调到该假设(假设包含中间训练码)的时间，确定出干扰抑制滤波器的相应权重：其中，它是第k个假设的M×1列向量。然后，使用经过干扰抑制的采样对信道矩阵[H]进行重新估计，以生成其中Z'k是中间训练码序列矩阵的伪逆：干扰抑制器240的输出是的形式，其中[H]代表信道矩阵，代表中间训练码序列的估计。中间训练码估计器250接收干扰抑制器240的输出，并抵消[H]项(例如，通过Z'k，[H]的伪逆)，从而可将估计的中间训练码序列与先前已知的中间训练码序列S相比较。根据以下方程式9确定出估计的中间训练码序列和已知的中间训练码序列之间的差：以获得每个时间ti的中间训练码估计误差em(ti)。每个时间ti等于假设的位置Δi加上从突发起点的偏移Ts：ti＝Δi+Ts(10)图4示意性示出根据本发明的一方面在干扰抑制器240和中间训练码估计器250中进行的上述计算。干扰抑制器240对信道估计执行干扰消除，并使用经过干扰抑制的采样重新估计信道矩阵。中间训练码估计器250比较所估计的中间训练码和每个假设的已知中间训练码序列，并生成中间训练码估计误差em。根据本发明的各个方面，可顺序地、并行地或通过顺序和并行处理的某些组合进行每个信道估计的干扰抑制和中间训练码估计。一旦确定出每个时间ti的中间训练码估计误差em(ti)，定时决定方框260确定哪个假设对应于最小估计误差em。丢弃其它假设的定时值，并基于所确定的定时将信号传送至数据处理器270，用于解码和输出该信号中的数据。根据本发明的一方面，数据处理器270包括软输出生成器，其从定时决定方框260接收信号，并生成用于指示所检测的比特的置信度的软判决。软输出生成器执行本领域普通技术人员公知的Ono算法。数据处理器270还可包括解交织器，其对软判决进行解交织，并将软判决传送至Viterbi解码器，所述解码器对经过解交织的软判决进行解码，并输出经过解码的数据。根据本发明的另一方面，用于确定哪个中间训练码定时假设是正确的度量可以是在对每个假设进行解码之后执行的循环冗余校验。例如，图5示出根据本发明的一方面的接收机500，其中定时决定被延迟，直到对与每个假设对应的信号进行解码之后。接收机500包括天线510，其用于接收无线信号(例如RF调制的GSM信号)。将接收信号提供至预处理器520，其解调信号以生成接收采样。预处理器520还可包括GMSK至BPSK旋转器，其对接收采样执行相位旋转。定时估计器530从预处理器520接收采样，并作出与中间训练码在一串数据中的开始位置相关的几个假设，以提供几个假设的信道估计。干扰抑制器540对每个假设的信道执行单天线干扰消除，随后数据处理器550处理每个假设信道的接收符号，并输出与接收符号对应的数据。对为每个假设信道输出的数据执行循环冗余校验(“CRC”)560，并且持续执行直到一个数据流生效为止。然后，定时决定方框570选择与有效状况对应的假设，并丢弃其它假设。图6详细示出根据本发明一方面的干扰抑制器540和数据处理器550的操作。干扰抑制器540从定时估计器530接收信道估计至并对每个信道估计执行SAIC和最大似然序列估计(“MLSE”)均衡。然后，干扰抑制器540向数据处理器提供与每个假设对应的过滤后的信号。数据处理器550包括多个软输出生成器，其从干扰抑制器540接收过滤后的信号，并生成用于指示所检测比特中的置信度的软判决。数据处理器550还可包括多个解交织器，其对软判决进行解交织，并将软判决传送至多个Viterbi解码器，所述解码器对经过解交织的软判决进行解码，并向CRC方框560输出经过解码的数据。尽管上述示例性方面示出为对每个估计信道并行地执行干扰抑制和解码，但是本发明的范围不限于这样的结构。此外，可利用单个干扰抑制器和单个数据处理器以串行方式处理每个经过估计的信道。作为另一种选择，接收机可使用并行和串行处理的组合(例如，通过每个干扰抑制器和数据处理器的2个信道等)。图7是示出根据本发明一方面的中间训练码估计方法的流程图。该方法在步骤701开始，其中接收机接收一串符号。在步骤702，接收机选择该串符号中包含第一中间训练码符号的子集。在步骤703，接收机确定所选子集中与每个符号对应的估计信道。在步骤704，接收机对每个估计信道执行SAIC，以获得估计的中间训练码序列。在步骤705，接收机将每个估计的中间训练码序列与先前已知的中间训练码序列相比较，以确定与每个估计信道对应的中间训练码估计误差。在步骤706，接收机确定哪个估计信道对应于最小中间训练码估计误差，以定位第一中间训练码符号。在步骤707，基于所确定的第一中间训练码符号的位置，对该串符号中的数据序列进行解码。图8是示出根据本发明一方面的中间训练码估计方法的流程图。该方法在步骤801开始，其中接收机接收一串符号。在步骤802，接收机选择该串符号中包含第一中间训练码符号的子集。在步骤803，接收机确定所选子集中与每个符号对应的估计信道。在步骤804，接收机对每个估计信道执行SAIC，在步骤805，对每个估计信道进行解码以获得与其对应的估计数据符号序列。在步骤806，接收机对每个估计信道的估计数据符号执行循环冗余校验(“CRC”)，直到找到有效状况为止。在步骤807，接收机确定在步骤802所选的子集中与有效状况对应的符号是第一中间训练码符号。图9是示出可利用本发明的各个方面实现性能改进的曲线图。图9示出利用以上详细描述的中间训练码估计技术的示例性接收机系统的载波干扰(“C/I”)级范围内的帧误差率。参照图9可以看出，由于有4个定时假设(Δ＝3、Δ＝4、Δ＝5和Δ＝6)提供改善的帧误差率，所以利用相关能量估计中间训练码定时的接收机系统900的性能低于最佳值。利用中间训练码估计误差或CRC有效校验来估计中间训练码定时的接收机系统比接收机系统900更可能选择这些优选定时中的一个，特别是在干扰量增加时。图10中详细示出这种改善的性能，其中利用中间训练码估计误差的示例性接收机系统将通过这个概率选择给定中间训练码定时。参照图10可以看出，相比利用中间训练码估计误差来估计中间训练码定时的接收机系统1002，接收机系统900(使用相关能量来估计中间训练码定时)更频繁地选择次优的中间训练码符号定时值(例如Δ＝0、Δ＝1、Δ＝2)。甚至，在超过80％的时间，接收机系统1002选择Δ＝5和Δ＝6。参照图9可以看出，相比接收机系统900的平均性能，这些定时倾向于大约6dB的较好的性能。通过接收机系统基于解码数据的CRC来选择中间训练码定时，能实现更好的性能效益，然而处理复杂度也相应增加。图11示出根据本发明的一方面在无线通信系统中使用的接收机。接收机1100包括天线模块1110，其用于接收无线信号，例如RF调制的GSM信号。将接收的信号提供至预处理模块1120，其解调该信号以生成接收采样。预处理模块1120还可包括GMSK至BPSK旋转器，其对接收采样执行相位旋转。定时估计模块1130从预处理模块1120接收采样，并作出与符号的训练序列(中间训练码)在一串数据中的开始位置相关的几个假设，以提供几个假设的信道估计。干扰抑制模块1140对每个假设信道执行单天线干扰消除，中间训练码估计模块1150生成每个假设的中间训练码估计误差。定时决定模块1160比较每个假设的中间训练码估计误差，并选择具有最小中间训练码估计误差的假设。定时决定模块1160选择的假设表示在一串符号中开始估计中间训练码的位置。然后，数据处理模块1170基于这个估计的定时来处理接收符号，并输出与接收符号对应的数据。图12示出根据本发明的一方面在无线通信系统中使用的接收机1200。接收机1200包括天线模块1210，其用于接收无线信号，例如RF调制的GSM信号。将接收的信号提供至预处理模块1220，其解调该信号以生成接收采样。预处理模块1220还可包括GMSK至BPSK旋转器，其对接收采样执行相位旋转。定时估计模块1230从预处理模块1220接收采样，并作出与符号的训练序列(中间训练码)在一串数据中的开始位置相关的几个假设，以提供几个假设的信道估计。干扰抑制模块1240对每个假设信道执行单天线干扰消除，然后数据处理模块1250处理每个假设信道的接收符号，并输出与接收符号对应的数据。在模块1260中，对为每个假设信道输出的数据执行循环冗余校验(“CRC”)，并且持续操作直到一个数据流生效为止。然后，定时决定模块1270选择与有效状况对应的假设，并丢弃其它假设。图13是示出可实现本发明一方面的计算机系统1300的框图。计算机系统1300包括总线1302或用于传送信息的其它通信机构，以及与总线1302相耦合用于处理信息的处理器1304。计算机系统1300还包括耦合至总线1302的存储器1306，例如随机存取存储器(“RAM”)或其它动态存储装置，用于存储由处理器1304执行的信息和指令。存储器1306还可用于在执行由处理器1304执行的指令期间存储临时变量或其它中间信息。计算机系统1300还包括耦合至总线1302的数据存储设备1310，例如磁盘或光盘，用于存储信息和指令。计算机系统1300可经由I/O模块1308耦合至显示设备(未示出)，例如阴极射线管(“CRT”)或液晶显示器(“LCD”)，用于向计算机用户显示信息。输入设备(例如键盘或鼠标)还可经由I/O模块1308耦合至计算机系统1300，用于向处理器1304传送信息和命令选择。根据一方面，在处理器1304执行存储器1306中包含的一个或多个指令的一个或多个序列后，计算机系统1300执行中间训练码估计。可将这种指令从另一机器可读介质(例如数据存储设备1310)读入存储器1306。执行主存储器1306中包含的指令序列使得处理器1304执行本文所述的处理步骤。还可采用在多处理配置中的一个或多个处理器来执行存储器1306中包含的指令序列。在可选方面，可使用硬线电路代替软件指令或与软件指令相组合来实现各个方面。因此，本发明的方面不限于硬件电路和软件的任意特定组合。本文使用的术语“机器可读介质”指的是参与向处理器1304提供指令用于执行的任意介质。这种介质可采用许多形式，包括但不限于，非易失性介质、易失性介质和传输介质。非易失性介质包括例如光盘或磁盘，例如数据存储设备1310。易失性介质包括动态存储器，例如存储器1306。传输介质包括同轴电缆、铜线和光纤，包括含有总线1302的布线。传输介质还可采用声波或光波的形式，例如在射频和红外数据传输期间生成的。机器可读介质的通用形式包括例如软盘、软磁盘、硬盘、磁带、任意其它磁介质、CD-ROM、DVD、任意其它光学介质、穿孔卡、纸带、具有孔模式的任意其它物理介质、RAM、PROM、EPROM、FLASHEPROM、任意其它存储器芯片或盒、载波、计算机可从中读取的任意其它介质。本领域普通技术人员可以理解的是，本文所述的各个示例性方框、模块、元件、组件、方法和算法可作为电子硬件、计算机软件或两者组合来实现。此外，可以通过与所述方式不同的方式对其进行划分。为了示出硬件和软件的这种互换性，在上文中通常以功能的形式描述了各个示例性方框、模块、元件、组件、方法和算法。这种功能是作为硬件还是软件实现取决于在整个系统上施加的特定应用和设计限制。本领域普通技术人员可通过每个特定应用的不同方式实现所述功能。可以理解的是，在公开的过程中的步骤或方框的特定顺序或层次是示例性方式的图示。基于设计选择，可以理解的是，可重新配置在这些过程中的步骤或方框的特定顺序或层次。伴随方法的权利要求以示例性的顺序呈现了各个步骤的元素，但并不意味着对所呈现的特定顺序或层次的限制。先前描述用于使本领域的普通技术人员能够实现本文所述的各个方面。对于本领域普通技术人员来说，对这些方面的各种修改都是显而易见的，并且本文定义的总体原理可适用于其它方面。因此，本发明并不限于本文所示的各方面，而是与本申请公开的最广范围相一致地，其中，除非特别说明，否则用单数形式表示的元件并不意味着“一个或仅仅一个”，而可以是“一个或多个”。除非特别说明，否则术语“一些”指的是一个或多个。阳性的代词(例如他的)包括阴性和中性(例如她的和它的)，反之亦然。贯穿本发明描述的多种实施例的部件的所有结构和功能等价物以引用方式明确地并入本申请中，这些结构和功能等价物对于本领域普通技术人员来说是公知的或将要是公知的。此外，本发明中没有任何公开内容是想要奉献给公众的，不管这样的公开内容是否明确记载在权利要求书中。此外，不应依据美国专利法第112条第6款来解释任何权利要求的构成要素，除非该构成要素明确采用了“功能性模块”的措辞进行记载，或者在方法权利中，该构成要素是用“功能性步骤”的措辞来记载的。