CN103918194B - 消除带内干扰的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在使用了多入多出技术的蜂窝电信系统中消除带内干扰的装置和方法。所述方法包括：接收传输信号和得到干扰数据流；计算信用的值；确定信用是否高于预定阈值；如果信用高于预定阈值，则使用该干扰数据流再生干扰信号；从接收到的传输信号中减去干扰信号得到目标信号；以及解调和解码目标信号。通过使用所述装置和方法，甚至当只有很少数量的错误比特而其它比特都被正确解码时，相关信号也能被再生。而且，目标流在解码前就会知道干扰流是否能够被再生。

Description

消除带内干扰的装置和方法

技术领域

本发明涉及在蜂窝电信系统中在相同带宽内接收多数据流的基站和用户设备，特别是消除带内干扰的装置和方法。

背景技术

随着对于蜂窝电信系统中的移动用户的越来越高的数据速率需求的增加，一方面，在某一时刻期望对于单个用户的更快的峰值速率，另一方面，那些增加频谱效率的高级技术是更令人感兴趣的。由于可用无线电频谱的限制，高数据速率会被尽可能多的用户分享。

其中一个最有前途的技术是MIMO，该技术不仅能为每个独立用户在相同带宽中传输多个数据流，如图1所示，也可以在相同带宽中传输来自不同用户的多个数据流，如图2所示。甚至更进一步，具有不同空中接口的两个用户可以在相同带宽内传输无线电信号。

在上述情况中，来自同一用户或不同用户的交叉数据流互相干扰，因此带内干扰预期存在于每个数据流。也就是说，当解调或解码数据流1时，存在来自于数据流2的信号分量，反之亦然。该信号分量实际上是除背景噪声之外的干扰。因此，在接收器端，一些特殊的高级技术必须参与进来以减轻或消除在数据中的串扰。串行干扰消除(SIC)是减轻或消除串扰的技术之一，如图3所示。

SIC接收器的思想是利用数据能够关于CRC校验和被正确解码的情况。在所有的交叉数据流中，如果CRC被观察到，则数据流被重新解码和重新调制，然后与信道估计一起被再生。再生信号又从总的接收信号中被减去，以得到残余信号。最后对那些CRC校验和不正确的剩下的交叉数据流的残余信号进行第二次尝试解调和解码。

图4示出了叫作turbo-SIC接收器的另一个例子。通过解码后取出对数似然比(LLR)值和执行软调制以重建信号星座估计，然后像前面例子一样地再生信号，turbo-SIC接收器甚至更多地利用了CRC正确的数据流。解码后的LLR数值被认为对信号再生来说更可靠和有益。期望以复杂度为代价从Turbo-SIC得到某种大幅的性能改善。

SIC和turbo-SIC接收器都使用CRC校验和作为确定相关信号是否应该被再生的唯一标准。自然CRC校验和对单个错误比特是零容忍的，这意味着只有当所有的解码出来的比特都正确时干扰信号才能被再生，所以对解码后再生来说，这个标准实际上非常高，因此消除了大部分解码出来的比特是正确的情况的可能性。关键点是找到可替代标准，该标准不能像CRC校验和那样太严格。

发明内容

本发明提出了一种用于再生干扰信号的新标准，代替传统CRC校验和。在这个新标准中，单纯根据输入到解码器的软比特计算信用(credit)，该信用实际上就是软比特的信噪比。因此软比特或者在解调之后或者在HARQ(混合自动重传请求)组合之后能够被获得。如果信用比预定阈值大，则干扰信号被再生，并从总的接收到的信号减去该干扰信号，然后对剩下的信号尝试进行第二次解调和解码。

这个新标准实际上允许解码前再生，这意味着，如果处理时间不被允许，干扰信号甚至能够在被解码前基于软比特被再生。预定阈值可以比在解码后再生的情况下稍高一点。预定阈值能够由软件根据不同应用场景如在现有技术中一样被配置，其可以为-10dB～20dB。

本发明的一个目标是为采用多入多出技术的蜂窝电信系统提供一种消除带内干扰的装置，包括：用于接收传输信号和获得干扰数据流的接收器；用于计算信用的值的信用评估模块；用于确定信用是否高于预定阈值的判断模块；通过利用干扰数据流再生干扰信号的再生模块；用于从接收到的传输信号减去再生的干扰信号以得到目标信号的减法器；用于解调和解码目标信号的解调和解码模块。

根据本发明的某个实施方式，信用评估模块被配置成通过使用干扰数据流的软比特来计算信用的值。

根据本发明的另一实施方式，软比特是在干扰数据流的解调之后或干扰数据流的混合自动重传请求组合之后获得的。

根据本发明的又一实施方式，信用评估模块包括：用于抽取软比特的幅度x_i的抽取器；用于计算软比特x_i的平均值A₁的第一计算器；用于计算软比特x_i的平方的平均值A₂的第二计算器；用于计算软比特x_i的三次方的平均值A₃的第三计算器；用于计算决策变量的第四计算器；通过使用计算得到的决策变量Z和以下公式来计算ρ值作为信用的第五计算器：

$Z\left(\mathrm{\ρ}\right)=\frac{2\mathrm{\ρ}+\sqrt{\frac{2}{\mathrm{\π}}}{e}^{-\frac{{\mathrm{\ρ}}^2}{2}}(2e^{-\sqrt{\frac{\mathrm{\π}}{2}}\·\mathrm{\ρ}}-1)}{2\mathrm{\ρ}+\sqrt{\frac{2}{\mathrm{\π}}}{e}^{-\frac{{\mathrm{\ρ}}^2}{2}}(2e^{-\sqrt{\frac{\mathrm{\π}}{2}}\·\mathrm{\ρ}}-1)+{[\mathrm{\ρ}+\sqrt{\frac{2}{\mathrm{\π}}}{e}^{-\sqrt{\frac{\mathrm{\π}}{2}}\·\mathrm{\ρ}}{e}^{-\frac{{\mathrm{\ρ}}^2}{2}}]}^3}$

根据本发明的又一实施方式，信用评估模块包括：用于计算软比特信噪比作为信用的计算器。

根据本发明的又一实施方式，预定阈值在-10dB到20dB之间。

根据本发明的又一实施方式，再生模块被配置为在干扰数据流被解码之前使用软比特再生干扰信号。

根据本发明的又一实施方式，再生模块还包括：用于调制软比特的调制器。

根据本发明的又一实施方式，再生模块被配置为在干扰数据流被解码之后再生干扰信号。

根据本发明的又一实施方式，再生模块还配置为通过使用对数似然比值再生干扰信号。

本发明的另一个目标是为采用多入多出技术的蜂窝电信系统提供一种消除带内干扰的方法，包括：接收传输信号和获得干扰数据流；计算信用的值；确定信用是否超过预定阈值；如果信用高于预定阈值则通过利用干扰数据流再生干扰信号；从接收到的传输信号减去再生的干扰信号以得到目标信号；解调和解码目标信号。

根据本发明的某个实施方式，计算信用的值的步骤包括：通过使用干扰数据流的软比特来计算信用的值。

据本发明的另一实施方式，软比特是在干扰数据流的解调之后或干扰数据流的混合自动重传请求组合之后获得的。

根据本发明的又一实施方式，计算信用的值的步骤还包括：抽取软比特的幅度，x_i；计算软比特x_i的平均值，A₁；计算软比特x_i的平方的平均值，A₂；计算软比特x_i的三次方的平均值，A₃；计算决策变量通过使用计算得到的决策变量Z和公式 $Z\left(\mathrm{\ρ}\right)=\frac{2\mathrm{\ρ}+\sqrt{\frac{2}{\mathrm{\π}}}{e}^{-\frac{{\mathrm{\ρ}}^2}{2}}(2e^{-\sqrt{\frac{\mathrm{\π}}{2}}\·\mathrm{\ρ}}-1)}{2\mathrm{\ρ}+\sqrt{\frac{2}{\mathrm{\π}}}{e}^{-\frac{{\mathrm{\ρ}}^2}{2}}(2e^{-\sqrt{\frac{\mathrm{\π}}{2}}\·\mathrm{\ρ}}-1)+{[\mathrm{\ρ}+\sqrt{\frac{2}{\mathrm{\π}}}{e}^{-\sqrt{\frac{\mathrm{\π}}{2}}\·\mathrm{\ρ}}{e}^{-\frac{{\mathrm{\ρ}}^2}{2}}]}^3}$ 来计算ρ值作为信用。

根据本发明的又一实施方式，计算信用的值的步骤还包括：计算软比特信噪比作为信用。

根据本发明的又一实施方式，预定阈值在-10dB到20dB之间。

根据本发明的又一实施方式，利用干扰数据流再生干扰信号的步骤包括：在干扰数据流被解码之前使用软比特再生干扰信号。

根据本发明的又一实施方式，利用干扰数据流再生干扰信号的步骤还包括：调制软比特。

根据本发明的又一实施方式，利用干扰数据流再生干扰信号的步骤包括：在干扰数据流被解码之后再生干扰信号。

根据本发明的又一实施方式，利用干扰数据流再生干扰信号的步骤还包括：通过使用对数似然比值再生干扰信号。

本发明的装置和方法不依赖于正确的CRC校验和来确定有关的信号是否应该被再生。因此，即使当仅有少量错误比特而所有其他比特被正确解码时，相关信号仍能被解码。此外，在本发明的装置和方法中，目标流在解码之前就可以知道干扰流能否被再生。

附图说明

图1示出了为单个用户在相同带宽内传输多个数据流的框图；

图2示出了在相同带宽内从不同用户传输多个数据流的框图；

图3示出了在接收端的传统串行干扰消除的框图；

图4示出了turbo-SIC接收器的框图；

图5示出了信用的理论值和估计值的一个例子；

图6示出了本发明的干扰信号的解码前再生的实施方式的框图；

图7示出了本发明的干扰信号的解码后硬再生的实施方式的框图；和

图8示出了本发明的干扰信号的解码后软再生的实施方式的框图。

具体实施方式

在本发明中，介绍了消除带内干扰的装置和方法。在本发明的装置和方法中，用来确定干扰信号是否应该被再生的标准是信用是否高于预定阈值。然后软比特从干扰数据流中被抽取出来。信用是基于输入到解码器的软比特计算出来的，其可以是调制器或HARQ合并器的输出。信用实际上是软比特的信噪比。

下面的步骤表明了怎样计算信用：

步骤1：抽取所有软比特的幅度，称为x_i；

步骤2：计算x_i的平均值，E{x}，称为A₁；

步骤3：计算x_i平方的平均值E{x²}，称为A₂；

步骤4：计算x_i三次方的平均值E{x³}，称为A₃；

步骤5：计算决策变量

$\hat{Z}=\frac{A_3-A_1\·A_2}{A_3-A_1\·A_2+A_1^3}=\frac{E\left\{x^3\right\}-E\left\{x\right\}\·E\left\{x^2\right\}}{E\left\{x^3\right\}-E\left\{x\right\}\·E\left\{x^2\right\}+{\left[E\right\{x\left\}\right]}^3};$

步骤6：查找基于下面公式的表，然后找到最接近的值ρ作为信用：

$Z\left(\mathrm{\ρ}\right)=\frac{E\left\{x^3\right\}-E\left\{x\right\}\·E\left\{x^2\right\}}{E\left\{x^3\right\}-E\left\{x\right\}\·E\left\{x^2\right\}+{\left[E\right\{x\left\}\right]}^3}$

$=\frac{2\mathrm{\ρ}+\sqrt{\frac{2}{\mathrm{\π}}}{e}^{-\frac{{\mathrm{\ρ}}^2}{2}}(2e^{-\sqrt{\frac{\mathrm{\π}}{2}}\·\mathrm{\ρ}}-1)}{2\mathrm{\ρ}+\sqrt{\frac{2}{\mathrm{\π}}}{e}^{-\frac{{\mathrm{\ρ}}^2}{2}}(2e^{-\sqrt{\frac{\mathrm{\π}}{2}}\·\mathrm{\ρ}}-1)+{[\mathrm{\ρ}+\sqrt{\frac{2}{\mathrm{\π}}}{e}^{-\sqrt{\frac{\mathrm{\π}}{2}}\·\mathrm{\ρ}}{e}^{-\frac{{\mathrm{\ρ}}^2}{2}}]}^3}$

图5示出了信用的理论值和估计值的一个例子。可以看出信用实际上就是软比特的信噪比。

本发明的消除带内干扰装置将会参考图6、7和8被讨论。

图6示出了用于解码前再生的本发明的一个实施方式。图6的框图包括MIMO解码或多空中接口接收器，用于接收传输信号和获得干扰数据流；用于计算信用的值的信用评估模块；用于确定信用是否高于预定阈值的判断模块；用于再生干扰信号的再生模块；用于从总的接收到的传输信号减去再生的干扰信号以得到目标信号的减法器；用于解调和解码目标信号的解调和解码模块。其中MIMO解码或多空中接口接收器接收总的传输信号，然后第一次尝试解调和解码它自己的数据流，在这个阶段，数据流之间互相串扰。

在图6所示的实施方式中，再生模块包括用于调制软比特的调制器和用于再生干扰信号的信道估计器。具体地，软比特被调制器调制并与信道估计值相乘。再生模块也包括现有技术中的解调器和解码器。

如上所述，对于干扰数据流来说，信用是在解调后或HARQ组合后基于软比特立即被计算出来的，同时，软比特能被输入到解码器中。如果计算出的信用高于预定阈值，那么干扰数据直接通过调制软比特并与信道估计值相乘而被再生，然后从总的接收信号中减去再生干扰信号得到了残余信号。在残余信号上，目标流能够被第二次解调和解码。

这个实施方式能够典型地应用到像GSM信号那样的窄带信号位于像UMTS信号一样的宽带信号中的情形。窄带信号充当干扰信号角色，通常它的TTI(传输时间间隔)对解码后再生来说太长。所以预定阈值能被提高到一定的水平，这使得解码前再生可靠。根据不同的应用场景，预定阈值可以由软件设置，其在-10dB到20dB范围之间。

图7示出了解码后硬再生的实施方式。图7的实施方式与图6的实施方式除了干扰信号的再生以外是相同的。在图7的实施方式中，干扰信号的再生没有用到软比特。干扰信号的再生是在干扰信号被解码之后进行的。再生模块包括现有技术中也存在的解调器和解码器。再生模块也包括编码器和调制器和信道估计器，用于再生干扰信号，这些都与现有技术中的相同。

在这个实施方式中，信用如上所述被计算出来。如果信用高于预定阈值，那么在干扰数据流被解码之后进行再生。解码之后硬比特起先被抽取出来，然后与在发送器端一样编码和调制。调制符号乘以信道估计值以得到再生信号，该再生信号从总的接收信号中去除。最后，在残余信号上，目标流能够被第二次解调和解码。

图8示出了解码后软再生的另一个实施方式。图8的实施方式与图7的实施方式除了干扰信号的再生以外是相同的。在图8的实施方式中，通过在解码之后取出对数似然比值(LLR)和执行软调制以重建信号星座估计，然后如图4所示再生信号，干扰信号的再生更多地利用了CRC正确的数据流。即，解码后再生进一步利用了解码器带来的好处，那是因为解码后的LLR值被用于信号再生，因此被称为“解码后软再生”。“软调制器”模块把LLR值变为星座估计。

由Laura L.McPheters和Steven W.McLaughlin撰写的发表于1月第38卷第一期的IEEE Transactions on Magnetics第298～302页的题为“Turbo-Coded OpticalRecording Channels with DVD Minimum Mark Size”的文章，和由D.Divsalar，S.Dolinar和F.Pollara撰写的发表于2001年5月第19卷第五期IEEE J.Select.Areas Commun第891～907页的题为“Iterative turbo decoder analysis based on density evolution”的文章已经介绍了如何根据不同调制方案进行软调制。

如上所述，信用是根据干扰数据流的软比特计算出来的，而且如果该值大于预定阈值，那么信号再生和消除被发起，而且在残余信号上尝试进行另一个解调和解码以获得目标流。

从图6、7和8所示的实施方式中，可以看出信用是用来确定干扰信号是否应该被再生。信用基于从干扰数据流中被抽取出来的软比特被计算出来。图6所示的实施方式与图7和图8所示的实施方式的区别是干扰信号的再生。在图6所示实施方式中，干扰信号在干扰数据流被解码之前通过使用软比特被再生。然而在图7和图8的实施方式中，干扰信号是在干扰数据被解码之后被再生。

相似地，本发明也提出了消除带内干扰的方法。

在本发明的一个实施方式中，该方法包括：接收传输信号和得到干扰数据流；计算信用的值；确定信用是否高于预定阈值；如果信用高于预定阈值则使用该干扰数据流再生干扰信号；从接收到的传输信号中减去再生的干扰信号以得到目标信号；解调和解码目标信号。

优选地，信用能够通过使用干扰数据流的软比特计算出来。软比特在解调干扰数据流之后或者在干扰数据流的混合自动重传请求组合之后能够被获得。详细计算步骤已经在上面说明了。并且，信用实际上就是软比特的信噪比。

优选地，预定阈值可以在-10dB到20dB之间。

在一个示例性实施方式中，干扰信号在干扰数据流被解码之前使用软比特被再生。优选地，软比特被调制，以再生干扰信号。

在另一个示例性实施方式中，干扰信号在干扰数据流被解码之后被再生。优选地，通过使用对数似然比值，干扰信号被再生。

工业实用性

本发明的方法有两个主要优点。

第一个就是相比传统方法具有更高的性能，因为传统方法依赖于干扰流的正确的CRC校验和，因此排除了当只有很少数量的错误比特而其它比特都被正确解码时的益处。

第二个优点就是基于非CRC标准获得了时间提前。在基于CRC标准中，目标流必须要等到对干扰流的解码完成。这个等待时间对许多需要尽可能少的处理延迟的通信量来说可能是致命的，因此也许不可能从正确解码的干扰流中得到任何收益。在本发明的方法中，目标流可以在解码前就会知道干扰流是否能够被再生。

虽然已经阐明和描述了本发明的实施方式，但并不意味着这些实施方式阐明和描述了本发明的所有可能形式。而是，在本说明书中使用的词语是描述性词语而并非限制性词语，并且可以理解的是可以做出许多变化和修改而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (16)

1.一种用于消除使用多入多出技术的蜂窝电信系统中的带内干扰的装置，包括：

接收器，用于接收传输信号和获得干扰数据流；

信用评估模块，用于计算信用的值；

判断模块，用于确定所述信用是否高于预定阈值；

再生模块，用于通过使用所述干扰数据流再生干扰信号；

减法器，用于从接收到的所述传输信号减去再生的干扰信号以得到目标信号；以及

解调和解码模块，用于解调和解码所述目标信号；

其中，所述信用评估模块被配置成通过使用所述干扰数据流的软比特来计算所述信用的值；

所述信用评估模块包括：

抽取器，用于抽取所述软比特的幅度x_i；

第一计算器，用于计算所述软比特x_i的平均值A₁；

第二计算器，用于计算所述软比特x_i的平方的平均值A₂；

第三计算器，用于计算所述软比特x_i的三次方的平均值A₃；

第四计算器，用于计算决策变量

第五计算器，其通过使用计算得到的所述决策变量Z和公式来计算ρ值作为所述信用。

2.权利要求1所述的装置，其中所述软比特是在所述干扰数据流的解调之后或所述干扰数据流的混合自动重传请求组合之后获得的。

3.权利要求1所述的装置，其中所述信用评估模块包括：

用于计算所述软比特的信噪比作为所述信用的计算器。

4.权利要求1所述的装置，其中所述预定阈值在-10dB到20dB之间。

5.权利要求1或4所述的装置，其中所述再生模块被配置为在所述干扰数据流被解码之前使用所述软比特再生所述干扰信号。

6.权利要求5所述的装置，其中所述再生模块还包括：

用于调制所述软比特的调制器。

7.权利要求1或4所述的装置，其中所述再生模块被配置为在所述干扰数据流被解码之后再生所述干扰信号。

8.权利要求7所述的装置，其中所述再生模块还配置为通过使用对数似然比值再生所述干扰信号。

9.一种用于消除使用多入多出技术的蜂窝电信系统中的带内干扰的方法，包括：

接收传输信号和获得干扰数据流；

计算信用的值；

确定所述信用是否高于预定阈值；

如果所述信用高于所述预定阈值，则通过使用所述干扰数据流再生干扰信号；

从接收到的所述传输信号减去再生的干扰信号以得到目标信号；以及

解调和解码所述目标信号；

其中，计算信用的值的步骤包括：

通过使用所述干扰数据流的软比特来计算所述信用的值；

所述通过使用所述干扰数据流的软比特来计算所述信用的值包括：

抽取所述软比特的幅度x_i；

计算所述软比特x_i的平均值A₁；

计算所述软比特x_i的平方的平均值A₂；

计算所述软比特x_i的三次方的平均值A₃；

计算决策变量

通过使用计算得到的所述决策变量Z和公式来计算ρ值作为所述信用。

10.权利要求9所述的方法，其中所述软比特是在所述干扰数据流的解调之后或所述干扰数据流的混合自动重传请求组合之后获得的。

11.权利要求9所述的方法，其中计算信用的值的步骤还包括：计算所述软比特的信噪比作为所述信用。

12.权利要求9所述的方法，其中所述预定阈值在-10dB到20dB之间。

13.权利要求9或12所述的方法，其中通过使用所述干扰数据流再生干扰信号的步骤包括：

在所述干扰数据流被解码之前使用所述软比特再生所述干扰信号。

14.权利要求13所述的方法，其中通过使用所述干扰数据流再生干扰信号的步骤还包括：

调制所述软比特。

15.权利要求9或12所述的方法，其中通过使用所述干扰数据流再生干扰信号的步骤包括：

在所述干扰数据流被解码之后再生所述干扰信号。

16.权利要求15所述的方法，其中通过使用所述干扰数据流再生干扰信号的步骤还包括：

通过使用对数似然比值再生所述干扰信号。