CN1906862A - 选择性干扰消除 - Google Patents

Abstract

TD－CDMA蜂窝系统的移动台包括用于执行如下步骤的部件：维护该移动台的小区内干扰源的列表。另外的部件(14、16)通过使用该移动台中可用的与切换有关的信息来检测移动台的小区间干扰源。将检测的满足预定选择准则的小区间干扰源添加到该干扰源列表。提供部件(12)，用于利用联合检测算法对该列表中的包括小区内和小区间的所有干扰源执行干扰消除。

Description

选择性干扰消除

                   技术领域

本发明一般涉及CDMA(码分多址)蜂窝系统中并且具体来说涉及TD-CDMA(时分-码分多址)蜂窝系统中的选择性干扰消除(IC)。

                   背景技术

在CDMA蜂窝系统中，不同的信道由长的信道化码和扰码来区分。在下行链路中，信道化码通常用于分离一个无线电小区内的用户，而扰码用于区分不同小区的信道。因为不同的信道化码是正交的，所以理想情况下一个无线电小区中不同的信道之间没有下行链路干扰。但是，在时间分散的无线电传播信道中，引入了下行链路的自己小区或小区内干扰。除了小区内干扰外，下行链路信号受到来自其他小区的信号的干扰，称为其他小区或小区间干扰。为了有效地抑制小区间干扰，所使用的扰码必须较长。

但是，在即将来临的TDD(时分双工)TD-CDMA蜂窝系统中，如1.28和3.84Mcps(每秒兆码片)UTRA TDD(UTRA＝UMTS地面电信系统，UMTS＝通用移动电信系统)，所使用的信道化码和扰码较短。由于短的扰码，小区间干扰抑制能力有限。但是，限制同时用户的数量的与所采用的TDMA方案结合的短码，还利于使用联合检测接收到的信号中的若干信道的复杂接收器算法。因为需要检测集中信号的一些先验信息，所以这种联合检测(JD)算法通常将检测集中的信号限制于小区内干扰源。因此，这种JD算法通常用于抑制小区内干扰，而不改变小区间干扰及其影响。

一般而言，TDD TD-CDMA蜂窝系统中的下行链路小区间干扰源于相邻小区中的基站或相邻小区中的移动台。相比之下，FDDCDMA系统中的下行链路小区间干扰总是源于相邻基站。源于基站的小区间干扰完全可预测，但是由于其强度仍可导致相当的影响。另一方面，源于移动台的小区间干扰是不可预测的。这种干扰通常发生概率不高，但是由于远近效应(在功率控制系统中，移动台在远离自己的基站时以高功率发射而在靠近自己的基站时以低功率发射-再者，受干扰的移动台可能距离干扰移动台或远或近)，干扰的强度和影响对于受影响移动台可能相当大。

一种避免TDD TD-CDMA蜂窝系统中不可预测的源于MS的小区间干扰的方法是协调相邻小区。那么，因为所有小区使用相同的上行链路和下行链路分配，所以干扰情况与FDD系统的情况一样。在下行链路中，这意味着所有干扰源于相邻基站。但是，该方法的一个缺点是无线电小区中的上行链路-下行链路灵活性严重受限。当协调相邻小区时，单独的小区无法根据本地上行链路-下行链路业务需求来分配资源。代替的是，必须基于整个系统业务需求的某种量度来实施资源分配。

一种限制小区间干扰的熟知方法是在频域或时域中引入再用方案。一种再用方案增加干扰和受干扰单元之间的距离。其缺点是它减少了每个小区中可用的资源(信道)的量，这增加了阻塞概率。另一种处理干扰的方法是引入还可以在存在高干扰的情况下工作的高级接收器。此情况中的代价是增加的接收器复杂性。

在[1]中，提出一种选择性上行链路干扰消除(IC)方法，其目的是便于CDMA系统中的硬切换。在[1]中，MS测量其服务BS及其相邻BS的信号强度，并将这些测量用信号通知网络。如果服务BS和相邻BS的其中之一之间的信号强度差低于预定阈值，则将MS视为靠近该相邻BS，并视为该小区的潜在干扰源。网络然后就此潜在干扰MS通知该相邻BS，以及相邻BS可以使用干扰消除来抑制源于该特殊MS的干扰。[1]中提出的方法的一个缺点在于它在无线电网络和固定网络中都需要附加的信令。再者，该方法仅可应用于上行链路。

文献[2]描述一种小区内IC方法，其中超过某个接收功率电平的小区内干扰源被包括在MS的JD算法中。

文献[3]描述一种IC方法，其中连接到非最优基站的MS消除由其他基站导致的干扰。未描述选择过程。

文献[4]描述一种上行链路IC方法，其中根据信号的质量或干扰信号的强度，通过使用JD算法或常规解码来对由BS接收到的信号解码。

                   发明概述

本发明的一般目的是增加CDMA蜂窝系统、具体来说增加TD-CDMA蜂窝系统的性能，而无需对标准规范作任何更改且无线电网络中无需附加信令。

该目的根据所附权利要求来实现。

简言之，本发明提出用于基于CDMA的蜂窝系统中的临界场合、如即将来临的1.28和3.84Mcps UTRA TDD标准的选择性干扰消除。这些临界场合标识为处在小区边界临近于执行切换的用户。可以使用有关这些用户的存在的干扰源的附加信息来检查是否需要干扰消除，并且如果是的话，则将这些干扰源包括在现有JD算法中。

                   附图简要说明

通过结合附图参考下文说明，可以最佳地理解本发明连同其另外的目的和优点，图中：

图1是示出根据本发明的干扰消除方法的示范实施例的流程图；以及

图2是示出根据本发明的移动台中干扰消除布置的示范实施例的框图。

                   详细说明

在下文说明中，术语移动台(MS)、用户设备(UE)以及用户将可互换使用。

干扰消除(IC)常常用于移除来自非期望的其他源的干扰。一种方法是利用已知的扩频码和扰码将干扰作为单独用户来建模。这些算法逐个基于(以并行方式(PIC)或串行方式(SIC))干扰用户的估计。使用这些估计来重构用户信号。然后从接收到的信号中减去重构的信号，并重复检测多次，直到达到某个停止准则为止。另一种方法是联合地检测接收到的信号中的所有用户(熟知的方法为联合检测(JD)或多用户检测(MUD))。这些方法与提及的第一种方法相比提供较优的性能，因为可以在检测过程中将所有用户之间的互相关纳入考虑。其缺点在于这些方法在计算方面非常复杂，且通常仅在小区中存在有限数量的用户的情况下才可适用。

在UTRA TDD蜂窝系统中，小区间干扰是下行链路性能的限制因素。因为小区间干扰随用户越加靠近相邻小区而增加，所以处在小区边界的用户尤其受到小区间干扰的影响。再者，因为这些用户远离自己的基站，所以在基站与用户之间还有高的路径损耗。两种情况都对性能具有负面影响。在功率控制系统中，由于经历高的路径损耗和高的小区间干扰，所以处在小区边界的用户消耗大量的功率以及由此还产生大量的干扰。在非功率控制系统中，通常对下行链路共享的信道使用调度和链路调整，这些用户将经历低的比特率。低的比特率(负面地)影响由用户感受到的服务质量。再者，这种用户需要许多时间来完成数据传输，这降低了系统的性能。

在两种情况中(功率控制系统和非功率控制系统)，所关注的是为处在小区边界的用户提高性能，因为这将增强整个系统的性能。因此，特别关注的是引入具体适合于靠近或处在小区边界的用户的IC算法。

该解决方案基于如下认识：靠近小区边界的用户还临近执行切换。因此这些用户处在能够侦听相邻小区中的业务的位置，并由此获取所有必要的信息以将小区间干扰源包括在JD算法中。与标准IC算法相比，JD远远有效得多，因为使用了有关干扰源的扩频码和扰码的信息。因为JD已经用于消除小区内干扰，所以还包括小区间干扰源是简单的。再者，根据干扰源的功率和相关特征来选择性地选择将哪些干扰源包括在JD中是可能的。这使将计算负荷保持在最小是可能的。总的来说，该IC在两个方面是选择性的：第一，仅处在小区边界临近执行切换的用户应该使用IC；第二，应该仅将具有高功率和与用户自己的码高度相关的干扰源包括在JD中。

在3.84(以及1.28)Mcps UTRA TDD中，仅存在硬切换。执行硬切换的决策由UTRAN(UMTS地面无线电接入网)基于由用户设备(UE)执行的测量来作出。UTRAN命令UE来测量多个可能小区的接收信号码功率(RSCP)。UE通过首先侦听同步信道(SCH)来执行小区搜索。有关SCH的信息提供一组可能的扰码和基本的中置码的信息以及有关在哪里找到主公共控制物理信道(P-CCPCH)的信息。从P-CCPCH，UE获得实际的扰码和基本的中置序列。最后，在P-CCPCH上测量RSCP并将其报告给UTRAN。

使用选择性IC的决策应该基于干扰信号功率。如果干扰信号功率在相对于自己的信号功率的预定窗口内或如果干扰信号功率的绝对电平超过预定阈值，则应该使用选择性IC算法。该选择性IC在UE接收数据的所有时隙中执行。因为相邻小区中使用的扰码和中置序列可以从切换测量过程中获得，所以唯一需要增加的是附加信道估计过程。该过程涉及估计下行链路信道和确定有效信道化码。在确定信道化码之后，可以检查干扰码与用户码之间的互相关(将信道实现纳入考虑)。如果此互相关足够强，则将小区间干扰源码包括在用于处理小区内干扰的同一个JD算法中。

图1是示出根据本发明的干扰消除方法的示范实施例的流程图。为了准备切换，MS从UTRAN接收小区列表，MS应在其空闲时隙监视它们。对该列表中与移动台使用相同频带的每个小区执行如下过程。在步骤S1，MS侦听小区的SCH(每个小区具有一个SCH)。从每个SCH，MS查找小区的可能的扰码和基本的中置码(步骤S2)。在步骤S3，MS从SCH查找P-CCPCH。步骤S4从P-CCPCH确定实际的扰码和中置序列。

作为说明，将针对3.84Mcps UTRA TDD来简要描述小区搜索过程S1-S4。该过程还在[5]中描述。在小区搜索期间，MS搜索小区并确定该小区的下行链路扰码、基本的中置码和帧同步。小区搜索通常按三个阶段来执行。

在小区搜索过程的第一阶段期间，MS使用SCH的主同步码来查找小区。这通常利用与所有小区共用的主同步码匹配的单个匹配滤波器(或任何类似装置)来实现。可以通过检测匹配滤波器输出中的峰来找到小区。

在小区搜索过程的第二阶段期间，MS使用SCH的辅助同步码来标识第一步骤中找到的小区的32个码组的其中一个。这通常通过在第一阶段检测到的峰位置将接收到的信号与辅助同步码相关来实现。主同步码提供用于辅助同步码的相关检测的相位参考。然后可以通过最大相关值的检测来唯一地标识码组。每个码组指示不同的t_offset参数和4个特定的小区参数。每个小区参数与一个特殊的下行链路扰码和一个特殊的长和短的基本的中置码相关联。当MS确定了码组时，它可以明确地从第一阶段中检测到的峰位置以及第二阶段中找到的码组的t_offset参数推导所找到的小区的时隙。

在小区搜索过程的第三且最后一个阶段期间，MS确定由所找到的小区使用的确切的下行链路扰码、基本的中置码和帧定时。长的基本的中置码可以通过在P-CCPCH上与第二步骤中找到的码组的4个可能的长的基本的中置码相关来标识。P-CCPCH始终使用由长的基本的中置码推导出的中置码并始终使用固定的且预指配的信道化码。当标识了长的基本的中置码时，下行链路扰码和小区参数也就是已知的。

用于1.28Mcps UTRA TDD的对应搜索过程在[6]中予以描述。

返回到图1，步骤S5估计小区的干扰信道和干扰信号功率。步骤S6确定测量的干扰信号功率是否超过第一阈值。如果否，将干扰视为可接受的，并不将来自该小区的干扰源包括在JD算法中。如果干扰信号功率超过阈值，则步骤7确定小区的干扰信道的信道化码。步骤S8确定这些信道化码和由MS使用的信道化码之间的互相关(实际是就不同信道的影响恰当考虑的扰码之间的互相关，如参考图2所描述的)。步骤S9测试互相关是否超过第二阈值。对于超过第二阈值的每个互相关，在步骤S10将对应的干扰源信道化码包括在JD算法中。对于满足步骤S6中条件的所有干扰信道执行步骤S7-S10。

总的来说，根据本发明的选择性IC方法的优选实施例标识与MS使用相同频带的、具有足够高的功率电平以及使用与MS所用扰码/信道化码组合具有足够高的互相关的扰码/信道化码组合(考虑了相应信道的影响之后)的小区间干扰源。将满足这些准则的干扰源添加到JD算法中。

图2是示出根据本发明的移动台中的干扰消除布置的示范实施例的框图。为了便于说明，附图中仅包括对于解释干扰消除是必要的要素。

图2的上部分描述具有信道估计10和JD算法12的符号检测器。这些模块的输入由用户数据、小区特定的扰码和中置码构成。其输出是估计的符号。

图2的下部分描述基于来自UTRAN的命令而被激活的小区搜索和RCSP测量框14、16。该模块的输入是从UTRAN接收到的列表中的每个干扰小区(潜在的切换小区)的SCH和P-CCPCH中的广播数据。

在附图的中部，示出选择性IC的新功能特征。提供信道估计模块18，它需要用户数据和切换测量期间确定的中置序列以作为输入。可以如前所述使用符号检测器12的JD，但是有干扰小区的信道估计、信道化码和扰码的附加输入。由此，该JD算法可以用于小区内和小区间干扰源。

目前为止所述的图2中的布置会包括所有小区间干扰源，这会导致非常复杂的JD算法。根据本发明，还有可用于将小区间干扰源的数量限制在可管理的数量的限制。要考虑的最重要的参数是与MS使用相同频带的干扰小区的干扰信号功率。根据本发明的优选实施例，将从框18中的信道估计获得的检测的干扰信号功率电平转发到比较器20。在其中将其与预定功率电平或第一阈值比较。该阈值可以例如，具有比所关注信号的功率电平低5-15dB的值。如果检测的干扰信号功率电平超过该阈值，则向“与”门22转发逻辑“1”。“与”门22的输出控制开关24，以使仅在检测到的干扰信号功率电平超过第一阈值的情况下才将干扰小区的信道估计、信道化码和扰码转发到JD算法12。由此，仅具有足够高的功率电平的小区间干扰源才被包括在JD算法中。可以通过将该阈值设为适合的值来控制包括的小区间干扰源的数量。

前段中所述的基于干扰信号功率电平的干扰源选择在干扰信号功率电平超过第一阈值的情况下将干扰小区的所有干扰源包括在JD算法中。在将小区间干扰源添加到JD算法之前可以对它们施加的另外限制是，仅包括与所关注用户信号强相关的干扰信号。在图2所示的实施例中，该限制通过将MS的自己小区的扰码和信道化码转发到扰码器26以及将潜在切换或干扰小区的扰码和信道化码转发到扰码器28来实施。这些扰码器执行相应信道化码与对应扰码的按位(bitwise)相乘(假定逻辑“0”和“1”映射到1和-1)。然后通过使用来自框10和18的信道估计，所得到的自己和干扰小区的扩频码受到它们相应信道的影响，以及之后在相关器30中执行相关。如果互相关超过预定互相关水平(cross-correlation level)或第二阈值，则向“与”门22的第二输入端转发逻辑“1”。如果检测的干扰信号功率电平还超过第一阈值，则这将激活开关24，以将与该干扰信道相关联的信道估计、信道化码和扰码转发到JD算法12。对潜在的小区间干扰源的所有信道执行相同的过程。

由此，在本发明的IC过程的优选实施例中，干扰信号功率电平和扩频码互相关都用于限制要包括在JD算法中的小区间干扰源的数量。可以通过将阈值设为将小区间干扰源的数量保持在合理水平的值来控制JD算法的复杂性。例如，通常每个小区有16个信道化码。在该情况中，有最多15个小区内干扰源。通过将这些阈值设为适当的值，可以将约相同数量的小区间干扰源包括在JD算法中，而MS上不会有太多的负担。

虽然所述的组合限制准则是优选的，但是将限制仅基于这些参数的其中之一(干扰信号功率电平、扩频码互相关)也是可行的。如果仅使用一个参数，则限制优选地基于测量的干扰信号功率电平。另一个可能性是对小区间干扰源评级，且仅将最多至最大数量的干扰源包括在JD算法中。

图2的各种框的功能通常是由微处理器或微/信号处理器组合和对应软件来实施。

根据上文说明，显然根据本发明的选择性IC不需要在现有的符号检测器过程中作实质性更改。

再者，因为在上行链路和下行链路中都使用相同的小区特定的扰码，所以该方法适用于协调和不协调的场合。对于JD接收器，小区间干扰源于BS还是MS都是无关的。

所提出的选择性干扰消除技术的主要优点在于，它可以不作任何规范更改地在移动台中引入(它对于网络是透明的)。但是，对系统性能的正面影响将随支持所提出的选择性IC方案的移动台的畅销而增加。无线电网络中无需附加信令。

虽然本发明是参考根据某些标准的TD-CDMA蜂窝系统来描述的，但是认识到相同的原理通常可以在CDMA系统中使用(TDD和FDD，即在时间或频率上分离上行链路和下行链路的系统)。

本领域技术人员将理解，在不背离由所附权利要求限定的本发明范围的前提下可以对本发明进行各种修改和更改。

                    参考文献

[1]“用于蜂窝CDMA网络中干扰消除的方法”(US专利5862124，Hottinen等人(Nokia Telecommunications OY)，″Method forInterference Cancellation in a Cellular CDMA Network″)。

[2]“通信终端设备和解调方法”(US 2002/0181557 A1，HideoFujii，″Communication Terminal Apparatus and DemodulationMethod″)。

[3]“用于缓解基站与移动单元之间不良联系的影响的干扰消除设备”(美国专利5740208，Hulbert等人(Roke Manor ResearchLimited)，″Interference Cancellation Apparatus for Mitigating the Effectsof Poor Affiliation Between a Base Station and a Mobile Unit″)。

[4]“用于在存在噪声和干扰的情况下接收信号的选择性联合解调系统和方法”(WO 01/45289 A1，ERICSSON INC，″Selective JointDemodulation Systems and Methods for Receiving a Signal in thePresence of Noise and Interference″)。

[5]3GPP TS 25.224：“物理层过程(Physical layer procedures)(TDD)”，附录C

[6]3GPP TS 25.224：“物理层过程(Physical layer procedures)(TDD)”，附录CA

Claims (15)

1.一种用于CDMA蜂窝系统的无线电小区中的移动台的干扰消除方法，包括如下步骤：

维护所述移动台的小区内干扰源的列表；

检测所述移动台的小区间干扰源；

将每个检测的满足预定选择准则的小区间干扰源添加到所述列表；以及

基于有关所述列表中的所述干扰源的信息，对所述列表中的所有干扰源执行干扰消除。

2.如权利要求1所述的方法，包括如下步骤：使用所述移动台中可用的与切换有关的信息来检测小区间干扰源。

3.如权利要求1或2所述的方法，包括如下步骤：

测量从与所述移动台使用相同频带的小区间干扰源接收到的干扰信号功率；

仅将测量的接收到的干扰信号功率超过预定功率电平的小区间干扰源添加到所述列表。

4.如权利要求1或2所述的方法，包括如下步骤：

确定期望的信号与来自小区间干扰源的信号之间的互相关；

仅将确定的互相关超过预定互相关水平的小区间干扰源添加到所述列表。

5.如权利要求1或2所述的方法，包括如下步骤：对于要包括在所述列表中的每个小区间干扰源：

确定信道估计；

确定信道化码；

确定扰码；

将所确定的信道估计、信道化码和扰码转发到由所述列表中的所有干扰源使用的联合检测算法。

6.一种用于CDMA蜂窝系统的无线电小区中的移动台的干扰消除设备，包括：

用于执行如下步骤的部件：维护所述移动台的小区内干扰源的列表；

用于执行如下步骤的部件：检测所述移动台的小区间干扰源；

用于执行如下步骤的部件：将每个检测的满足预定选择准则的小区间干扰源添加到所述列表；以及

用于执行如下步骤的部件：基于有关所述列表中的所述干扰源的信息，对所述列表中的所有干扰源执行干扰消除。

7.如权利要求6所述的设备，包括用于执行如下步骤的部件：使用所述移动台中可用的与切换有关的信息来检测小区间干扰源。

8.如权利要求6或7所述的设备，包括：

用于执行如下步骤的部件：测量从与所述移动台使用相同频带的小区间干扰源接收到的干扰信号功率；

用于执行如下步骤的部件：仅将测量的接收到的干扰信号功率超过预定功率电平的小区间干扰源添加到所述列表。

9.如权利要求6或7所述的设备，包括如下步骤：

用于执行如下步骤的部件：确定期望的信号与来自小区间干扰源的信号之间的互相关；

用于执行如下步骤的部件：仅将确定的互相关超过预定互相关水平的小区间干扰源添加到所述列表。

10.如权利要求6或7所述的设备，包括如下步骤：对于要包括在所述列表中的每个小区间干扰源：

确定信道估计；

确定信道化码；

确定扰码；

将所确定的信道估计、信道化码和扰码转发到由所述列表中的所有干扰源使用的联合检测算法。

11.一种CDMA蜂窝系统的移动台，包括：

用于执行如下步骤的部件：维护所述移动台的小区内干扰源的列表；

用于执行如下步骤的部件：检测所述移动台的小区间干扰源；

用于执行如下步骤的部件：将每个检测的满足预定选择准则的小区间干扰源添加到所述列表；以及

用于执行如下步骤的部件：基于有关所述列表中的所述干扰源的信息，对所述列表中的所有干扰源执行干扰消除。

12.如权利要求11所述的移动台，包括用于执行如下步骤的部件：使用所述移动台中可用的与切换有关的信息来检测小区间干扰源。

13.如权利要求10或11所述的移动台，包括：

用于执行如下步骤的部件：测量从与所述移动台使用相同频带的小区间干扰源接收到的干扰信号功率；

用于执行如下步骤的部件：仅将测量的接收到的干扰信号功率超过预定功率电平的小区间干扰源添加到所述列表。

14.如权利要求10或11所述的移动台，包括如下步骤：

用于执行如下步骤的部件：确定期望的信号与来自小区间干扰源的信号之间的互相关；

用于执行如下步骤的部件：仅将确定的互相关超过预定互相关水平的小区间干扰源添加到所述列表。

15.如权利要求10或11所述的移动台，包括如下步骤：对于要包括在所述列表中的每个小区间干扰源：

确定信道估计；

确定信道化码；

确定扰码；

将所确定的信道估计、信道化码和扰码转发到由所述列表中的所有干扰源使用的联合检测算法。

Images