接收机中的同信道干扰 本发明涉及是无线系统中一种接收和检测方案。本发明尤其涉及接收机中同信道干扰的检查。
在蜂窝无线系统中，基站收发信机与用户终端之间的连接质量一直都在变化。这种变化是由衰落信道中随距离和时间而衰落的无线电波以及无线通路中的干扰因素(如同一信道中的其他信号)造成的。在蜂窝无线系统中，由于频率范围的限制，因此在不同的小区中必须再三使用同一频率。通常来自各不同发射机的同信道信号到达以某一频率工作的接收机，这些同信道信号是沿不同的路径传播的，因此它们是多径信号。通过联合检测最强干扰，可以改善接收机地性能。
如果在一种没有出现同信道干扰而干扰主要是噪声的情况或环境中采用同信道检测，那么接收机的性能会削弱。这是因为，在没有同信道干扰的情况下接收机使用了同信道的估算信道分量，这就增加了例如维特比检测器中格子结构的转移矩阵中的噪声，并检测器的误码概率也增大了。由于尤其是移动终端的环境和情况一直在变化，因此终端有时处在同信道干扰的情况下，而平时最大的干扰是噪声。
因此，本发明的目的是提供一种方法和一种实现该方法的接收机，以便能解决上述问题。本发明涉及一种应用于无线系统中的接收方法，在这种方法中，接收机接收包含所需信号和一个或多个干扰信号的信号，其所需信号和干扰信号都包括一个预定序列，利用该序列，这些信号可以彼此分离。进一步在本发明的方法中，利用所需信号的预定序列形成所需信号的信号估算；寻找最强干扰的干扰信号，并利用所需信号和该干扰信号的预定序列形成同信道信号估算；形成第一残留信号，该信号描述接收信号与所需信号的信号估算之间的差；形成第二残留信号，该信号描述接收信号与同信道信号估算之间的差；将第一残留信号与第二残留信号进行比较，并根据这一比较，采用单信号检测来检测接收信号，从而不考虑干扰信号对所需信号的影响，或者采用联合检测来检测接收信号，从而考虑干扰信号对所需信号的检测的影响。
本发明还涉及无线系统的一种接收机，在这种接收机中，所接收的信号包含所需信号和一个或多个至少不时出现的干扰信号，其所需信号和干扰信号都包括一个预定序列，利用该序列，这些信号可以彼此分离。本发明的接收机其特征在于接收机包括：用于寻找最强干扰的干扰信号的装置；利用所需信号的预定序列用于形成所需信号的信号估算的装置；利用所需信号和该干扰信号的预定序列用于形成同信道信号估算的装置；用于形成第一残留信号的装置，该信号描述接收信号与所需信号的信号估算之间的差；用于形成第二残留信号的装置，该信号描述接收信号与同信道信号估算之间的差；用于将第一残留信号与第二残留信号进行比较和用于根据这一比较为检测器选择是采用单信号检测还是采用联合检测来检测接收信号的装置。
在附属权利要求中，公开了本发明的优选实施方式。
本发明的方法和系统提供了多个优点。接收信号的检测改善了，因为在出现或者没有出现同信道干扰的情况下，这一检测都得到了适当的优化。
下面，将结合参照附图的优选实施方式详述本发明，其中：
图1示出了GSM无线系统的标准脉冲串；
图2示出了采用联合检测的接收机的框图；和
图3示出了本发明的接收机的框图。
本发明的方案尤其适用于DCS和GSM系统，不过并不局限于此。本发明的方案适用于基站收发信机和/或移动电话。
下面，将详细考查本发明的方案应用于GSM系统时的情况。GSM系统的标准脉冲串如图1所示。标准脉冲串通常共包括约150个码元。一个码元表示一个比特或一些比特的组合。脉冲串的码元是按序列排列的，序列包括起始码元和结束码元(即边码元)10，分组成两部分的数据码元序列11，训练码元12。假定，码元照例是一些比特。于是训练序列可以如图1中所示，其中，在训练序列的起始端有4个保护比特13，它们与训练序列的末端的4比特相同。除了训练序列的这些保护比特外，训练序列中一般还有16个参考比特14。
有同信道干扰的现有技术系统模型如图2中所示。该系统模型包括发射机200-202，信道203-205，一个噪声源206，一个与这些信道和噪声连接的加法器207，一个接收机滤波器208，一个检测器209，信道估算装置210，分组装置211，序列装置212。接收机213包括块208-212。发射机200-202(其个数为Q，它们例如是无线系统的基站收发信机)以信道Chi203-205发送它们各自的信号yk，i，其脉冲响应用hi来描述。在加法器207中，噪声n加到信号yk，i中。接收机213(例如可以是无线系统的用户终端，一般就是移动电话)利用接收机滤波器208接收多径信号，该滤波器一般包括一个天线和一个射频滤波器。滤波后，信号y既传送到检测209又传送到信道估算器210，信道估算器利用来自分组装置211的预定序列的子集和接收到的信号y进行同信道估算。分组装置211形成来自序列装置212的信息的预定序列的子集。检测到的信号从检测装置209(如现有技术的维比特检测)传送到接收机的其他部分(图中未示出)。干扰抑制例如在检测装置209中进行。这一方案如芬兰专利962736中所详述，在此作为参考。
在本发明的方案中，最好为每个发射机所特有的预定序列与信号一同发送到接收机，该接收机可以基站收发信机或移动电话。相应地，基站收发信机或移动电话也可作为发射机。接收信号包括所需信号(即需要被检测的信号)和干扰信号(例如同一无线系统中的其他信号和噪声)。标准脉冲串的训练序列最好作为例如GSM系统中的预定序列。这一训练序列根据干扰来处理接收到的干扰信号。干扰可能起因于信号的强度或训练序列的不良互相关质量。按照下式以数字方式计算出已知序列X和Y的相互乘积得到相关C：(1)---C(n)=Σi=1Nx(i)y(n+i),]]>
其中，C(n)对应于矢量C中与指数n相应的元素，x(i)是与指数(i)相应的元素即序列X中的抽样，而y(n+i)是与指数n+i相应的元素即序列Y中的抽样。如果所需信号与干扰信号的训练序列相似，那么指数n＝0的相关C得到一个高值，这意味着不良互相关质量。指数的值n＝0表示训练序列就彼此之间而言既没有时间的也没有元素的转移。
要确定信号强度，首先要估算多径信道。有多种现有的干扰信号搜寻方法，这些方法可应用于本发明的方案中。例如可采用最大似然方法(ML方法)进行同信道估算，这种方法是最常用的估算方法而且也便于应用。最大的好处在于，对于每个脉冲串可以分别搜寻最强干扰的干扰信号。根据下式尤其可以得到联合检测的同信道估算h：(2)---h^=(MHV-1M)-1MHV-1y,]]>
其中，矩阵M是M＝[M1，M2，...，MN]，V是噪声协方差，而y是接收的多径传播信号。在数字无线系统中，y由接收信号的数字抽样构成。MH是矩阵M的厄米特矩阵，而V-1是指矩阵V的逆矩阵。噪声协方差V是指噪声的有效值。噪声协方差V又可以按照下式例如由两个随机变量n1和n2构成：
(3)Vn1，n2＝cov{n1，n2}＝E{(n1-m1)(n2-m2)T}
其中，运算符E表示期望值的构成，m1是变量n1的期望值，而m2是变量n2的期望值。假定噪声是白噪声，那么公式(2)还可写成如下形式：(4)---h^=(MHM)-1MHy]]>
矩阵Mn由预定序列构成。假定，矩阵M包括N个同信道信号而预定序列包括P+L个码元，其中L是信道存储器长度而P是参考比特量。
与每个预定序列相应的接收信号y具有下式：
(5)y＝Mh+n，
其中，n表示高斯噪声，而h是信道的脉冲响应。下面，将详细考查同信道估算中所需的特定相关矩阵M的构成。同信道信号的数量N最好为2，从而可以成对地搜寻最强干扰的信号，这样，一个信号是所需信号而另一个信号是干扰信号。假定，对例如两个信号进行信道估算，并且对两个信道都估算5个脉冲响应分量。信道估算器的5个分量表示信道脉冲响应中的5个最重要的延时。例如用GSM系统的下列训练序列(参考长度16比特)作为预定序列：
训练序列1：0010010111000010
训练序列2：0010110111011110
此时，P＝16而L＝5-1＝4(要求接收比特比信道分量的估算数量少1)。在训练序列的开头重复该序列末端的4比特，从而作为一个整体，该序列为：
训练序列1：0010 0010010111000010
训练序列2：1110 0010110111011110
此时，同信道估算矩阵M如下：
单信道的信道估算矩阵也可以按类似的方式形成，但在此只利用所需信号的预定序列。为了寻找最强的干扰信号，将预定序列分组成子集，并在子集中进行信道估算。利用所得到的信道估算形成一个估算信号，将这一信号与接收信号进行比较，并根据这一比较，寻找具有最强信号强度的子集。这一方案如芬兰专利962736中所详述，在此作为参考。
寻找最强干扰信号的另一种简单的方法是，例如按下式形成信道估算的能量：(6)---Pi=Σk=0Lh^k,i2.]]>
第三种可能性是采用适配滤波器，这种方法例如按下式同时对所有接收信号进行信道估算：(7)---h^MF=1pMHy.]]>
例如利用公式(5)可以找到最强干扰信号。
下面将详细考查本发明的方案。让我们用指数1来标明与所需信号有关的项和结果并用指数2来标明与干扰信号有关的项和结果。信道估算器形成描述信道估算的一些估算，这些估算与所需信号和与计算的干扰信号都有关。所需信号的信道估算具有公式：其中L是指信道存储器的长度(信道估算器分量的数量为L+1)。受一个具有强信号强度的主要干扰信号所干扰的信号可写成如下形式：(8)---yk=Σn=12Σi=0Lhinak-in+nk,]]>
其中，ank-i是指所需信号和主要干扰的数据码元，这些数据码元可以是比特或比特组合，而nk是噪声。当干扰信号弱如n＝1时，实际上只接收到所需信号。
为了检测最强干扰的干扰信号，已研制出多种已知算法。当找到最强干扰的干扰信号时，可以形成所需信号和干扰信号的合成信道估算现在，按下式来形成基于所需信号的信道估算和已知序列以及基于干扰信号的信道估算和已知序列的两个信号估算：(9)---y^1=M1h^1]]>(10)---y^2=M2h^2,]]>
其中，矩阵M1和M2是同信道估算矩阵。然后，按下式形成残留信号r1和r2：(11)---r1=|y-y^1|2]]>(12)---r2=|y-y^2|2,]]>其中，残留信号r1和r2是指接收信号y与信号估算或之间的有效差。就这种差而言，它指示出信号估算或与实际接收信号y之间有多接近。差(即残留信号r1或r2)越小，信道估算越好。由于信号估算可以只基于所需信号的信道估算或者可以基于所需信号和干扰信号共同的估算，因此残留信号的幅度指示出是否服从实际同信道干扰或者最强干扰是否主要是噪声。如果干扰主要是噪声，那么不值得用同信道检测。
通过按下式形成残留信号的能量可以最方便地计算出残留信号r1和r2的幅度：(13)---P1=Σi=1Kr1,i]]>(14)---P2=Σi=1Kr2,i,]]>
其中，i是指数，而r1，i例如是残留信号矢量r1第i个元素。通过比较P1或P2哪个大，可以得出结论，并可以选择采用哪种检测：是单信号检测还是同信道检测。如果P1大，那么没有至少没有明显的同信道干扰，因此可采用单信号检测。而如果P2大，那么同信道干扰明显，因此值得采用联合检测。一种或多种现有技术的检测器可用作本发明方案中的检测器，这些检测器能实现单信号检测或联合检测。这种现有检测器的一个例子是维特比检测器。
图3示出了实现本发明方法的接收机的框图。天线300接收到射频信号，该信号传送到RF块302，以已知的方式从射频倒频为低频基带。在A/D转换器304中，将基带信号转换成数字。在本发明方案中，数字信号经受两种不同的检验，从中发现信号中是否有同信道干扰。在块306中，例如按本身已知的方式通过将接收信号与已知序列(最好是训练序列)相关，形成信道估算h。已知序列由块308(已知序列存储在其存储器中)输入到块306。块310形成已知序列与信道估算h1的同信道估算矩阵M。在这些块中(参数的子指数为1)，同信道估算矩阵M1只包括有关所需信号和噪声的信息。在块312中，将信道估算h1乘以同信道估算矩阵M1，即形成卷积，从而形成估算信号。在块314中，将接收信号y与估算信号比较。最好按差的平方进行比较，从而形成残留信号r1。在块316中，例如通过计算残留信号矢量的元素的和来形成残留信号r1的能量。
在第二支路中，数字信号输送到块318，在此按本身已知的方式寻找最强干扰信号。找到该干扰信号后，在块320中例如按本身已知的方式通过将接收到的干扰信号与已知序列(最好是干扰信号的训练序列)相关，形成同信道估算h2。已知序列由块322(已知序列存储在其存储器中)输入到块320。块324根据已知序列和同信道估算h2形成同信道估算矩阵M2。在块326中，将同信道估算h2乘以同信道估算矩阵M2，即形成卷积，从而形成估算信号。在块328中，将接收信号y与估算信号比较。最好按差的平方进行比较，从而形成残留信号r2。在块330中，例如通过计算残留信号矢量的元素的和来形成残留信号r2的能量。在块332中，相互比较这些残留信号的能量，并且检测器334根据本发明的方法指示出是采用单信号检测还是采用同信道检测。
尽管以上参照根据附图的例子说明了本发明，显然，本发明并不局限于此，而可以在附属权利要求书中所公开的本发明的范围内以多种方式进行修改。