专利名称：从无线电信号恢复数据的无线电通信接收机和方法
技术领域：
本发明与用来检测由第一和第二发射机同时发射的无线电信号和恢复它们所表示的第一和第二数据的无线电通信接收机有关。此外，本发明还与从同时发射的第一和第二无线电信号中恢复第一和第二数据的方法有关。本发明特别(但并非只是)与其中包括用来恢复同时从多个不同的发射机发送的数据的接收机的无线通信系统有关。
无线通信系统通过发射表示数据的无线电信号在利用部分射频频谱的系统的发射机与接收机之间传送数据。由于对无线电通信需要的增大，无线通信系统配置成能最佳地利用所配给的这部分射频频谱。为此，无线通信系统配置成按多址方式进行工作，从而可以同时支持多个数据通信信道，尽可能充分利用所配给的这部分射频频谱。这种多址方式的一个例子是时分多址，来自多个发射机的数据按照射频载波信号划分成的多个时隙传送，进行通信。这样就提供了多个数据通信信道，每个时隙表示一个同时支持的信道。
为了进一步改善分配给无线通信系统的射频频谱的利用率，已知有一些配置在这种系统内工作的接收机具有自适应天线阵列，利用自适应波束形成技术来开发利用无线电信号通信中所固有的空间差异性。
配备有自适应天线阵列利用这种空间差异性的接收机的一个例子可参见C.Burnner,M.Haardt,C.Farsakh和J.A.Nossek的“可与多用户最大似然算法比拟的灵巧天线二级时空滤波方案”(“A two stepspatio-temporal filtering scheme for smart antennas compared toa multi-user maximum likelihood algorithm”Proceedings of 48thIEEE Vehicular technology conference(VTC 1998),Ottawa,Canada,May 1990)。这种已知的接收机装有一个天线阵列，在时空滤波器的配合下，可以分离同时从不同的发射机发射的无线电信号，使得一个数据检测器可以根据送来的被分离的无线电信号恢复每个无线电信号所表示的数据。这样，通过允许同时传输无线电信号就可以使一个无线通信系统提供的通信信道的数量大大增加。采用这种已知的结构，为每个与一个特定发射机对应的由时空滤波器按照无线电信号的波前到达天线阵列的到达角分离的无线电信号指配一个数据检测器，从而这个数据检测器可以恢复与这个特定发射机对应的数据。
术语“波前(wave front)”在这里用来指一个无线电信号的经多条不同传播路径之一以某个特定的角度到达天线阵列的一个分量。因此，术语波前用来比拟于声或压缩波的传播，它的波阵面或前部就称为“波前”。
采用这种已知设备的缺点是干扰波前只能用空间滤波器完全抵消，如果波前的到达角相差很小的话。此外，如果所关注的波前例如由于无线电通信信道的快速衰落而受到深衰落，那么时空滤波器重构的波前就可能被另一个发射机产生的较强干扰无线电信号波前侵蚀，而使得数据检测器不能恢复这些无线电信号所表示的数据。
本发明的一个目的是提供一种从多个同时发射的无线电信号检测和恢复数据的无线电通信接收机。
本发明的这个目的概括地说是通过配置一个天线阵列和一个时空滤波器分离同时检测到的无线电信号波前和抵消信号之间的任何干扰后再检测这些无线电信号波前所表示的数据来实现的。
按照本发明，所提供的检测同时发射的分别表示第一和第二数据的第一和第二无线电信号的无线电通信接收机包括一个从所述第一无线电信号检测出至少一个波前和从所述第二无线电信号检测出至少一个波前的自适应天线装置，一个从所述至少一个第一波前恢复第一数据的第一数据检测器，一个根据所述至少一个第一波前对所述至少一个第二波前的干扰从所述至少一个第二波前中减去从所述第一数据重构的所述第一无线电信号的干扰抵消装置，以及一个从经减去所述第一波前后的所述至少一个第二波前恢复所述第二数据的第二数据检测器，从而可以在射频频谱的至少一些共同部分上同时传送第一和第二数据。此外，自适应天线装置包括一个由若干个接至一个时空滤波器的天线构成的阵列，而时空滤波器具有一个与一个波前检测装置连接的空间滤波器。每个天线用来检测无线电信号的一个版本，无线电信号的这些版本由时空滤波器加以合并，而波前检测装置根据经合并的无线电信号版本产生第一和第二无线电信号波前。
通过将自适应天线系统配置成检测和分离由不同发射机发射的不同无线电信号形成的无线电信号波前，再通过从一个无线电信号形成的波前中抵消掉另一个无线电信号形成的波前的干扰，接收机就能从较弱的波前或受较强干扰波前侵蚀的波前检测数据。
干扰抵消装置可以包括一个与所述第一数据检测器连接的信号重构器，用来按所述所检测的第一数据和发射所述第一无线电信号的形式重构所述第一无线电信号；以及一个信号抵消器，用来从所述至少一个第二波前中基本消去所述重构的第一无线电信号，形成一个所述第二无线电信号的基本上无干扰的版本。
干扰抵消装置还可以包括一个与所述自适应天线装置连接的互相关估计器，用来确定一个表示所述至少一个第二波前受所述至少一个第一无线电信号波前干扰的程度的互相关因子；以及一个接在所述信号重构器和所述信号抵消器之间的加权装置，用来用所述相关因子对所述重构的信号进行加权。
按本发明构成的这种接收机的一个优点是可以从不同发射机同时发射的无线电信号检测出数据，而不需要执行复杂的全联合检测处理或全干扰抵消处理。联合检测处理例如用于检测和恢复表示为时分-码分多址无线电信号的数据，情况可参见G.Blanz,A.Klein,M.NaBhan和A.Steil的“应用联合检测和相干接收机天线分集的蜂窝混合C-TDMA移动无线电系统的性能”(“Performance of a Cellular Hybrid C-TDMA Mobile Radio System Applying Joint Detection and CoberentReceiver Antenna Diversity”IEEE Journal on Selected Areas inCommunications,Volume 12,no.4,May 1994 of page 568)，该论文列作本发明的参考。此外，通过将具有时空滤波器的自适应天线系统与干扰抵消处理相配合，可以实现计算的复杂性与性能之间的弹性折衷。
按本发明构成的接收机的另一个优点是，在用于无线移动无线电通信系统时相当大的程度上减轻了对快速功率控制和软切换的要求。
干扰抵消可以通过根据从一个较强的无线电信号波前先检测出的数据重新产生干扰信号后从需进行数据检测的较弱的信号中基本消去这个重新产生的信号实现。按本发明构成的接收机可用于无线通信系统的移动台或基站。
干扰抵消可以通过调制和重新编码所检测的数据来重构较强的干扰信号。在第一和第二无线电信号是按时分-码分多址方式产生的情况下，干扰抵消装置可以是一个联合检测处理器。
另一方面，本发明提供了一种从同时发射的第一和第二无线电信号恢复第一和第二数据的方法，这种方法包括下列步骤检测所述第一和第二无线电信号，将它们分离成多个无线电信号波前，其中至少一个波前与所述第一无线电信号对应，至少一个第二波前与所述第二无线电信号对应；确定所述经分离得到的各无线电信号波前的相对强度，从而得出所述第一与第二波前之间相互干扰的程度；在所述第一与第二无线电信号之间存在干扰的情况下，如果与所述第一或第二无线电信号对应的所述波前的强度足以恢复所述第一或第二数据，就检测所述第一或第二数据；根据所检测的是所述第一和第二数据中的哪个数据从所述第一和第二波前中的另一个波前中基本抵消所述第一或第二无线电信号；以及从所述经抵消的无线电信号恢复所述第一和第二数据中的另一个数据。
从所述第一和第二波前中的另一个波前中抵消所述第一或第二无线电信号的步骤包括下列步骤根据所恢复的是所述第一和第二数据中的哪个数据，按照所述所检测的数据和发射所述无线电信号的形式重构所述第一或第二无线电信号；以及从所述第一和第二无线电信号中的另一个无线电信号中减去所述重构的无线电信号。
这种方法还可以包括下列步骤估计所述第一与第二无线电信号之间的互相关因子；以及用所述互相关因子对所述重构的信号进行加权后再从所述第一和第二无线电信号中的另一个无线电信号中减去。
下面将结合附图举例说明本发明的一个实施例。在这些附图中
图1为一个移动无线电通信系统的一部分的示意方框图；图2为接收无线电信号的接收机的原理方框图；以及图3为出现在图2所示接收机的原理方框图内的时空滤波器的示意方框图。
下面将参照无线通信系统，特别是移动无线电话通信系统，说明本发明的一个实施例。图1示出了移动无线电话通信系统的例示方框图。在图1中，三个基站BS形成了移动无线通信网的一部分，通过基础设施(未示出)相互连接。在基站BS与处在基站通过无线电覆盖形成的各自覆盖小区3、3′、3″内的移动台MS之间通过发射和接收无线电信号1交流数据。无线电覆盖区域的边界图中用虚线2示出，表示基站可与边界内的移动台MS进行无线电通信。在这个例示性实施例中，移动台MS通过按全球移动通信系统(GSM)标准产生的无线电信号与基站BS进行通信。
如图1所示，小区3内的两个移动台MS1和MS2安排成同时以相同的频率在同一时隙内发送突发无线电信号。为了将第一和第二移动台MS1和MS2发送的数据分开，基站BS内的接收机配置成按照这些无线电信号的固有空间差异检测和分离第一和第二移动台MS1和MS2发射的第一和第二无线电信号。图2示出了这种接收机的一个实施例，其中也在图1中出现的部分标号与图1中的相同。
在图2中，天线阵列4中的每个天线6分别接至时空滤波器8的相应输入端。与时空滤波器8的另一些输入端连接的是到达角(DOA)估计器10。到达角估计器10用来产生一组比例系数ai送至一组构成一个空间滤波器13的乘法器12的第一输入端。在工作中，各个天线6所检测的无线电信号的各个版本分别用到达角估计器10产生的相应系数ai加权后送至波前检测装置11加以合并，在它的各输出端上相应形成各个无线电信号波前yi。每个无线电信号波前与其中一个移动台发射的、以某个特定到达角到达天线阵4的无线电信号对应。因此，实际上时空滤波器8起着按照无线电信号到达天线阵的角度尽量分离各个移动台同时发射的这些无线电信号的作用。如熟悉本技术领域的人员所周知，由于所为无线电通信特征之一的多路径传播的影响，由同一个发射机发射的无线电信号可能以不同的到达角到达天线阵，从而有多个波前。因此，如本实施例假设的那样，波前y1和y2与第一移动台MS1对应，因此送至同一个数据检测器。波前检测装置11用来估计每个波前的信道脉冲响应，确定每个波前的相对强度。信道脉冲响应通过将与波前相应的无线电信号与包括在这些无线电信号内的在接收机是已知的训练序列相关进行估计。按照所确定的波前强度，时空滤波器8能够确定是否可以从某些与同一发射机发射的无线电信号对应的波前恢复数据。在本实施例中，与MS1有关的波前y1和y2送至数据检测器14，检测和恢复由波前y1和y2表示的数据。在本例中，数据按根据GSM制式确定的无线电通信传输过程调制成射频信号。作为这种数据检测器包括viterbi均衡器16和数据解码器18。
时空滤波器工作情况的详细说明可参阅前面援引的C.Brunner,M.Haardt,C.Farsakh和J.A.Nossek的“可与多用户最大似然算法比拟的机敏天线二级时空滤波方案”。
图3中例示了波前检测装置11确定的信道脉冲响应估计。由图3可见，产生波前y1和y2的无线电信号的信号强度要比第二移动台MS2发射的、产生波前y3的无线电信号的信号强度大许多。因此，为了检测和恢复由波前y3传送的数据，必需先从无线电信号波前y3中消去MS1产生的无线电信号波前y1和y2形成的较强干扰，再由数据检测器20检测数据。这样，就可以从同时发射的、由天线阵检测的相互干扰的无线电信号中恢复由移动台MS2发射的无线电信号表示的数据。因此，在有由无线电信号波前y1和y2表示的较强干扰信号的情况下，接收机能够从无线电信号波前y3恢复第二移动台MS2发送的数据，即使是有来自第一移动台MS1的较强干扰信号。为此，配置了一个信号抵消装置22，由信号重构器24、互相关估计器26和信号抵消器28组成。
时间滤波器合并器通过将所检测的经合并的无线电信号波前与一个包括在所发射的无线电信号内的对于时间滤波器和合并器来说是已知的训练序列相比较，产生分别与来自MS1和MS2的相互干扰的无线电信号相应的信道脉冲响应。此外，通过将所检测的分别由MS1和MS2发射的无线电信号的训练序列相互比较，可以确定无线电信号波前之间的互相关因子的估计。这是由互相关检测器26估计的，用作对重构的来自MS1的干扰信号进行加权的加权因子。因此，为了从受MS1干扰的MS2的无线电信号中抵消干扰信号y1和y2，信号重构器24重新对在数据检测器14的输出端上得到的所检测的数据进行调制和编码。通过用互相关检测器26产生的相关因子对这些重构信号进行加权，在互相关检测器的输出端上产生如在天线阵上检测到的干扰信号y1和y2。这是通过将互相关因子x送至乘法器27对重构信号进行加权实现的。因此，与所检测的波前y3相应的无线电信号加到信号抵消器28的第一输入端上，而经加权的来自第一移动台MS1的重构干扰信号加到信号抵消器28的第二输入端上。信号抵消器28将用所检测的波前y3表示的来自移动台MS2的那些信号减去来自移动台MS1的干扰信号，在它的输出端上得到基本上与只是从移动台MS2接收到的相应的无线电信号。这些信号送至数据检测器20，恢复由第二移动台MS2发送的数据。如熟悉本技术领域的人员所能理解的那样，可以在不偏离本发明的范围的情况下对上述实施例作种种修改。特别是可以采用其他的调制和编码方式。然而，本发明提供了一个特定例子，来自干扰信号的数据经再编码后再抵消，从而提供了相当的编码增益，也就是说可以更有效地从所需信号中消去重构的干扰无线电信号。本发明还可用于宽带码分多址(W-CDMA)信号和时分-码分多址(TD-CDMA)信号，以及诸如GSM制式产生的时分多址(TDMA)信号。
权利要求
1．一种检测同时发射的分别表示第一和第二数据的第一和第二无线电信号的无线电通信接收机，所述接收机包括一个自适应天线装置(8,10)，用来从所述第一无线电信号检测出至少一个波前(y1,y2)和从所述第二无线电信号检测出至少一个波前(y3)；一个第一数据检测器，用来从所述至少一个第一波前(y1,y2)恢复第一数据；一个干扰抵消装置(22)，用来根据所述至少一个第一波前对所述至少一个第二波前的干扰从所述至少一个第二波前(y3)中减去从所述第一数据重构的所述第一无线电信号；以及一个第二数据检测器(20)，用来从经减去所述第一波前后的所述至少一个第二波前恢复所述第二数据，从而可以在射频频谱的至少一些共同部分上同时传送第一和第二数据，所述接收机的特征是其中所述自适应天线装置(8,10)包括一个由若干天线(6)构成的阵列；以及一个与所述天线阵列连接的时分滤波器(8)，它具有一个空间滤波器(13)和一个与空间滤波器(13)连接的波前检测装置(11)，各个所述天线(6)用来分别检测所述天线电信号的各个版本，所述无线电信号的这些版本由所述时空滤波器(8)加以合并，所述波前检测装置(11)根据所述经合并的无线电信号版本产生所述第一和第二无线电信号波前。
2．一种如在权利要求1中所提出的无线电通信接收机，其中所述干扰抵消装置(22)包括一个与所述第一数据检测器(14)连接的信号重构器(24)，用来按所述所检测的第一数据和发射所述第一无线电信号的形式重构所述第一无线电信号；以及一个信号抵消器(28)，用来从所述至少一个第二波前中基本消去所述重构的第一无线电信号，形成一个所述第二无线电信号的基本上无干扰的版本。
3．一种如在权利要求2中所提出的无线电通信接收机，其中所述干扰抵消装置(22)还包括一个与所述自适应天线装置(8,10)连接的互相关估计器(25,26)，用来确定一个表示所述至少一个第二波前(y3)受所述第一无线电信号波前(y1,y2)干扰的程度的互相关因子(x)；以及一个接在所述信号重构器(24)和所述信号抵消器(28)之间的加权装置(27)，用来用所述相关因子(x)对所述重构的信号进行加权。
4．一种如在以上任何权利要求中所提出的无线电通信接收机，其中所述信号重构器(24)包括一个调制器和一个信道编码器。
5．一种如在权利要求4中所提出的无线电通信接收机，其中所述信号重构器还包括一个将所述第一数据与一个扩频码合并的装置，而所述第一无线电信号是按码分多址产生的。
6．一种从同时发射的第一和第二无线电信号恢复第一和第二数据的方法，所述方法包括下列步骤检测所述第一和第二无线电信号，将它们分离成多个无线电信号波前，其中至少一个波前与所述第一无线电信号对应，至少一个第二波前与所述第二无线电信号对应；确定所述经分离得到的各无线电信号波前的相对强度，从而得出所述第一与第二波前之间相互干扰的程度；在所述第一与第二无线电信号之间存在干扰的情况下，如果与所述第一或第二无线电信号对应的所述波前的强度是以恢复所述第一或第二数据，就检测所述第一或第二数据；根据所检测的是所述第一和第二数据中的哪个数据从所述第一和第二波前中的另一个波前中基本抵消所述第一或第二无线电信号；以及从所述经抵消的无线电信号恢复所述第一和第二数据中的另一个数据。
7．一种如在权利要求6中所提出的恢复第一和第二数据的方法，其中从所述第一和第二波前中的另一个波前中抵消所述第一或第二无线电信号的步骤包括下列步骤根据所恢复的是所述第一和第二数据中的哪个数据，按照所述所检测的数据和发射所述无线电信号的形式重构所述第一或第二无线电信号；以及从所述第一和第二无线电信号中的另一个无线电信号中减去所述重构的无线电信号。
8．一种如在权利要求7中所提出的恢复第一和第二数据的方法，所述方法还包括下列步骤估计所述第一与第二无线电信号之间的互相关因子(x)；以及用所述互相关因子对所述重构的信号进行加权后再从所述第一和第二无线电信号中的另一个无线电信号中减去。
全文摘要
一种检测同时发射的表示第一和第二数据的第一和第二无线电信号的无线电通信接收机包括一个从第一和第二无线电信号分别检测出至少一个波前(y1,y2)和至少一个波前(y3)的自适应天线装置，一个从一第一波前恢复第一数据的第一数据检测器，一个根据第一波前对第二波前的干扰从第二波前中减去从所述第一数据重构的第一无线电信号的干扰抵消装置，以及一个从经减去第一波前后的至少一个第二波前恢复基于第二无线电信号的第二数据的第二数据检测器。一和第二数据。
文档编号H04B1/707GK1238611SQ9910831
公开日1999年12月15日 申请日期1999年6月7日 优先权日1998年6月5日
发明者C·布鲁默, M·哈尔特 申请人:西门子公司