专利名称：用于多波束天线通信系统的干扰消除器装置和干扰消除方法
技术领域：
本发明涉及码分多址(CDMA)多波束天线通信系统中干扰的消除。
本发明还涉及到直接序列码分多址(DS-CDMA)数字移动无线系统。
在CDMA系统中，用户信道之间的干扰是限制信道容量及降低传输质量的主要因素。现处于研究开发阶段的多波束天线CDMA系统也受到由波束重叠引起的波束信号干扰。
为了对CDMA系统降低由扩展码的交互相关所引起的来自其它用户信道的干扰并提高信号干扰比(SIR)，迄今已经提出很多类型的干扰消除器。最有希望的干扰消除器具有产生干扰复制信号并从接收的信号中减去该信号的几级。
图1表示作为这种多级干扰消除器一个例子的两级干扰消除器。图1中级1具有复制信号产生器部分(41)和干扰消除部分(42)，级2也具有复制信号产生器部分(43)和干扰消除部分(44)。每一复制信号产生器部分(41，43)由干扰消除单元(46)(ICU11到ICU1K，ICU21到ICU2K)及加法器(47)组成。每一干扰消除部分(42，44)由极性反向器(48)和加法器(49)组成。消除部分接收来自极性反向器(48)的干扰复制信号并把它加到所接收的信号。RAKE接收器(45)由用户接收器(50)(Rec1到Reck)组成。
干扰消除器单元(46)具有图2所示的配置。该图表示四指(four-finger)的配置。前级的指部分由去扩展器(51)，加法器(52)，信道估计单元(53)，及乘法器(54)组成。下一级的指部分由乘法器(57)，加法器(58)，及进行信号的扩展调制的扩展器(59)组成。干扰消除器单元还包括组合器(55，60)及与组合单元(55)连接的判定单元(56)。
接收的信号或者来自前级的信号输入到对应于延迟分布的前级的指部分的去扩展器(51)。去扩展器使用扩展代码对输入的信号进行解调，加法器(52)把该信号加到从前级接收的符号复制信号上。信道估计单元(53)从被加的输出信号估计信道参数。乘法器(54)使得估计的信道参数的复共轭乘以来自加法器(52)的输出信号。组合器(55)通过RAKE组合合成来自前级指部分中每一乘法器(54)的输出信号。在该组合信号由判定单元(56)量化之后，量化的判定信号输入到下一级的指部分。
来自判定单元(56)的判定信号输入到下一级的指部分的乘法器(57)。乘法器(57)使判定信号乘以来自信道估计单元(53)估计的信道参数。被乘的输出信号作为符号复制信号传输到下一级干扰消除单元。加法器(58)减去符号复制信号并输出该信号到扩展器(59)。在扩展调制之后，信号输入到组合器(60)，在其中信号变为误差信号。
图1中，级1复制信号产生器部分(41)把来自用户干扰消除器单元(46)(ICU11到ICU1K)的误差信号相加。符号复制信号S11到S1K输入到级2的复制信号产生器部分(43)的干扰消除器单元(46)(ICU21到ICU2K)。
级1的干扰消除部分(42)使用极性反向器(48)使得来自加法器(47)的输出信号的极性反向。加法器(49)把该信号加到接收的信号，并产生输出误差信号e。该误差信号输入到级2的消除器单元(46)(ICU21到ICU2K)。
级2的复制信号产生器部分(43)输出来自干扰消除器单元(46)(ICU21到ICU2K)的符号复制信号和误差信号。加法器(47)把误差信号相加并向干扰消除部分(44)输入误差信号e。在由极性反向器(48)进行极性反向之后，加法器(49)把该误差信号加到来自级1的一个信号以产生一个新的误差信号e。
这一误差信号e和符号复制信号S21到S2K输入到RAKE接收器(45)中的用户接收器(50)Recl到Reck以再生用户信号。这允许一信号在没有用户信道之间的干扰的情形下被接收。
图3表示包含几个天线(61-1到61-N)，波束形成器(62)和接收器(63)的多波束天线系统。图3表示用于CDMA通信系统基站的多波束天线系统的主要部分。波束形成器(62)的配置概述如下。由天线(61-1到61-N)接收的信号被放大，检测，并从模拟转换为数字(X1，XN)。
来自X1到XN的N个信号乘以来自W1，1到WN，M转换系数。然后加法器(64)把信号加到M个波束信号(B1到BM)。换言之，波束形成器(62)转换由N个天线(61-1到61-N)接收的N个信号为M个波束信号。
图4表示其中干扰消除器应用到多波束天线CDMA系统的一个系统配置。干扰消除器(65)为从波束形成器(62)输出的波束信号B1到BM准备以便对每一波束消除用户信道之间的干扰。来自干扰消除器的符号复制及误差信号输入到接收器部分，该接收器这里没有示出。该接收器部分通过RAKE组合再生用户数据并向网络发送该数据。
如上所述，为每一波束准备多级干扰消除器，即使在多波束天线CDMA系统中也消除了用户之间的干扰。然而，如果使用多波束天线，则波束部分地彼此重叠。这种重叠产生了信号之间的干扰并降低了接收特性。即使多级干扰消除器也不能消除波束信号之间的干扰。为了消除这类干扰，我们需要其它的机构，但是添加这种机构将会增加电路的规模和成本。
本发明的目的是要提供不仅能够消除一个波束之内用户信道之间的干扰而且能够消除波束信号之间的干扰的干扰消除器。
本发明的另一个目的是要提供不增加电路规模而能够消除波束信号之间干扰的干扰消除器。
为了达到这些和其它目的，对每一波束具有干扰消除单元的多级干扰消除器中的该波束和其它波束，本发明对来自干扰复制信号的每一波束产生误差信号。
图1表示先有技术中的两级干扰消除器的配置；图2表示图1所示干扰消除单元(ICU)的详细配置；图3表示先有技术的多波束天线系统的配置；图4表示当使用干扰消除器时图3所示的系统的配置；图5表示基于本发明的系统的轮廓；图6表示图5系统的干扰消除器和接收器部分的详细配置；以及图7表示图5系统的干扰消除器和接收器部分的另一种详细配置。
图5表示基于本发明的系统的轮廓。图5中，装设波束形成器(2)是为了转换由N个天线(1-1到1-N)接收的信号为M个波束信号(B1到BM)并向干扰消除器(3-1到3-M)输入该波束信号。接收器部分(4)执行RAKE处理。
如同被普通高频信号接收器处理那样，由天线(1-1到1-N)接收的信号被放大，检测，并从模拟转换为数字。波束形成器(2)通过使用对应的转换因子添加信号转换数字信号为M个波束信号。这M个波束信号作为与用于在消除器中去扩展处理的扩展码同步的信号输入到干扰消除器(3-1到3-M)。
如果采样区间为Tc，采样次数为n，在N个天线(1-1到1-N)接收的信号为Xi(nTc)，波束形成器(2)中的转换系数为WKi，其中i＝1到M，k＝1到N，波束信号Yi(nTc)可表示为如下Yi(nTc)=ΣK=1N(Wk,i)·Xk(nTc)----(1)]]>∑k＝1N表示从k＝1到N求和。
干扰消除器(3-1到3-M)从每一波束信号Yi(nT)消除干扰。每一消除器具有单级或多级垂直配置，其每一个由复制信号产生器和干扰消除部分组成。消除器通过使用扩展码的去扩展，用户信道估计，RAKE合成，判定，和使用扩展码的再扩展而产生干扰复制ri(nT)信号。通过从波束信号Yi(nTc)中减去干扰复制信号ri(nT)，消除器消除用户之间的干扰。参照图2对这些操进行说明。
本发明中每一干扰消除器(3-1到3-M)从本地波束误差信号获得对另一个波束的干扰复制信号，通过使复制信号乘以转换系数(Gj，i)获得一信号，并从其它波束信号Yi(nT)减去获得的Gj，i信号。这就从该波束消除了其它波束的干扰。
接收器部分(4)能够采取任何已知的配置形式。这部分通过执行对来自干扰消除器(3-1到3-M)的符号复制信号和余留的误差信号的的RAKE处理而改进了接收特性。
图6表示图5中所示的干扰消除器和接收器部分的详细配置。图6表示用于来自B1到B4的四波束信号的两级干扰消除器。级数可根据要求改变，这使得本发明易于使用。
图6所示的干扰消除器组成如下在两级中的复制信号产生器(11，12)和干扰消除部分(21，22)，RAKE接收器部分(30)，干扰消除器单元(141和142)(ICU111到ICU14K4，ICU211到ICU24K4)，多输入加法器(151，152，171，172)，极性反向器(161，162)，接收器部分(REC1到REC1K)，及用于波束信号B1到B4的干扰消除器模块(ICUB1到ICUB4)。G12到G43(除G22和G33以外)表示用于与对应的信号相乘的转换系数。这些转换系数与用于上面提及的表示形成器的转换系数相同。
以下，干扰消除器单元分别表示为ICU111到ICU14K4，ICU211到ICU24K4，或者一般表示为141和142。在复制信号产生器(11，12)中，可设置延迟电路以便对在141和142中波束信号B1到B4的处理延迟进行补偿。图6表示两级干扰消除器对四波束信号的应用。级1由复制信号发生器部分(11)和干扰消除部分(21)组成，而级2由复制信号产生器部分(12)和干扰消除部分(22)组成。对于波束信号B1到B4消除器使用干扰消除器部分(ICUB1到ICUB4)。可以垂直地连接更多的级以生成多级配置，并能够增加波束信号数。
用于波束信号B1的干扰消除器部分ICUB1的复制信号产生器(11，12)装有用于用户1到K1的干扰消除器单元(ICU111到ICU11K1，ICU211到ICU21K1)。用于B2的ICUB2的复制信号产生器(11，12)装有用于用户1到K2的ICU121到ICU12K2，ICU221到ICU22K2。
用于波束信号B3的干扰消除器部分ICUB3的复制信号产生器(11，12)装有用于用户1到K3的干扰消除器单元(ICU131到ICU13K1，ICU231到ICU23K3)。用于B4的ICUB4的复制信号产生器(11，12)装有用于用户1到K4的ICU141到ICU14K2，ICU241到ICU24K4。
如图2所示，每一干扰消除器单元(141，142)具有用于输出符号复制和误差信号的机构。波束信号B1到B4由公式(1)表示。对于四个波束信号，表达式中的“i”为1到4。
干扰消除部分(21，22)装有极性反向器(161，162)及加法器(171，172)，并从加法器输出误差信号。
来自级1的复制信号产生器部分(11)的干扰消除器对于(141)的误差信号由加法器(151)相加。在干扰消除部分(21)中由极性反向器(161)反向之后，对于本地波束和对于作为干扰复制信号的其它波束相加的信号输入到加法器(171)。对应于本地和其它波束信号的干扰消复制信号乘以转换系数Gji。然后，乘积的信号从波束信号中减去作为误差信号输出。由于误差信号与极性反向后的波束信号输入到加法器(171)，极性反向的干扰复制信号从波束信号中减去。
例如，从第j个波束信号到第i个波束信号Yi(nT)的干扰复制信号rj，i(nT)可如下表示为rj,i(nT)=ΣK=1N(Wk,j·W*k,i)·rj(nTc)----(2)]]>W*k，i中的*表示复共轭。通过从第i个波束信号Yi(nT)减去干扰复制信号rj，i(nTc)，可消除波束信号之间的干扰。这种情形下，误差信号ei(nT)可如下表示ei,(nT)=Yi(nTc)-ri(nTc)-Σj≠ii=1mrj,i(nTc)----(3)]]>如同在以上公式(3)中的误差信号ei(nT)，可获得无干扰的波束信号。
该系统还执行类似于级2中的级1的处理。来自对应于每一用户的干扰消除器的误差信号由加法器(152)相加。极性反向单元(162)把该信号极性反向而产生一干扰复制信号。来自本地和其它波束信号的干扰复制信号输入到加法器(172)，并从波束信号减去而输出一在用户或波束信号之间没有任何干扰的误差信号。
在接收器部分(30)中对应于每一用户的接收器部分(18)配置为用于RAKE接收。这部分从级2的加法器(172)接收误差信号，从干扰消除器单元(142)接收符号复制信号，并通过RAKE处理或其它已知方法输出用户符号。
因而，用于波束信号B1到B4的干扰消除器部分IUCB1到IUCB4允许在干扰消除部分(21，22)和加法器(171，172)之间转移相互的信号而不需要特别的电路成分。通过从波束信号减去所加上的干扰复制信号，可以消除波束之间的干扰。
图7详细表示出图5的干扰消除器和接收处理部分的配置。如图6那样，图7表示对于四波束信号B1到B4的两级干扰消除器。对应于图6的那些部分具有相同的标号。然而，图7还示出系数乘法器(191，192)。该图中所示的配置只是除去相邻波束信号之间的干扰。对于本地波束信号的干扰复制信号乘以转换系数(Gji)并输入到用于相邻波束信号的干扰消除器部分的加法器(171，172)。这些转换系数(Gji)对应于图5的波束形成器(2)的那些转换系数Gji。
图7所示的配置是从波束信号B1到波束信号B4的顺序安排的。用于波束信号B1的干扰消除器部分ICUB1把来自对于相邻的波束信号B2的ICUB2的干扰复制信号在乘以转换系数(Gji)之后向加法器(171，172)输入。相加的干扰复制信号从波束信号B1中减去以便通过波束信号B2消除干扰。
用于波束信号B2的干扰消除器部分ICUB2在乘以各个转移系数(G1，2，G3，2)之后向加法器(171，172)输入来自用于相邻波束信号B1和B3的ICUB1和ICUB3的干扰复制信号。相加的干扰复制信号从波束信号B2中减去以便通过波束信号B1和B3消除干扰。
用于波束信号B3的干扰消除器部分ICUB3在乘以各个转换系数(G2，3，G3，4)之后向加法器(171，172)输入来自用于相邻波束信号B2和B4的ICUB2和ICUB4的干扰复制信号。相加的干扰复制信号从波束信号B3中减去以便通过波束信号B2和B4消除干扰。
用于波束信号B4的干扰消除器部分ICUB4把来自用于相邻的波束信号B3的ICUB3的干扰复制信号在乘以转换系数(G3，4)之后向加法器(171，172)输入。相加的干扰复制信号从波束信号B4中减去以便通过波束信号B3消除干扰。
由于波束方向性保持了对不相邻波束信号干扰的是低的，对于每一波束指定低旁瓣以消除仅由相邻波束信号的干扰通常在实际上是足够的。这种配置比图6所示的配置产生的接收特性的奇变较小。
如同到此的示例说明，本发明能够适用于相互相同的干扰消除器。如果复制信号产生器(11，12)的加法器(151，152)用作为反向输出的加法器，则能够省略极性反向器(161，162)。使用软件由数字处理器易于生成干扰消除器。上述对于波束形成器的转换系数能够通过实际使用中的实验计算。
由于只是添加了干扰复制信号转移机制，故本发明增加的电路规模达到可以忽略的程度，并几乎不增加成本。本发明降低了波束之间及用户之间的干扰。
权利要求
1.用于通过从输入信号减去干扰复制信号对于每一信号波束消除用户信道之间干扰的多级干扰消除器装置，该装置包括在该装置的每一级对于每一输入信号波束设置的干扰消除器部分，并包含复制信号产生器和连接到所述复制信号产生器的干扰消除部分，其中所述复制信号产生器包含用来从输入波束信号生成第一干扰复制信号以便产生第一误差信号的装置，以及所述干扰消除部分从对于另一信号波束装设的另一复制信号产生器接收第二干扰复制信号，该信号乘以一转换系数并从由所述复制信号产生器输出的所述第一干扰复制信号减去获得的相乘的第二干扰复制信号，以便由所述另一信号波束消除干扰并产生第二误差信号，并向下一级的复制信号产生器输出所述第二误差信号。
2.根据权利要求1的干扰消除器装置，其中所述干扰消除部分包含用于对第一复制信号乘以转换系数的装置，并从由用于其它波束的复制信号产生器产生的干扰复制信号，用于相邻波束的复制信号产生器产生的第二干扰复制信号中乘以该转换系数，以及用于从第一误差信号中减去每一被乘的信号的装置。
3.根据权利要求1的干扰消除器装置，还包括一个波束形成器，并其中所述转换系数对应于由前级中波束形成器使用的波束转换系数。
4.干扰消除器装置，包括第一级，包含为每一波束装设的第一干扰消除器部分，以便从输入的多波束信号产生第一误差信号及符号复制信号；第二级，包含为每一第一干扰消除器装设的第二干扰消除器部分，以便从第一级的第一误差信号和符号复制信号产生第二误差信号和符号复制信号；其中所述第一干扰消除器部分包含第一复制信号产生器以便从输入波束信号产生第一复制信号，并包含第一干扰消除部分以便从所述第一复制信号产生器接收的第一干扰复制信号减去接收了用于另一个波束信号的第一复制信号产生器产生的并乘以转换系数的第二干扰复制信号，以便产生第一误差信号并向下一级复制信号产生器输出第一误差信号，其中所述第二干扰消除器部分包含一个复制信号产生器以便从来自所述第一级输出的所述第一误差信号产生一干扰复制信号，并包含第二干扰消除部分以便从来自所述第二复制信号产生器的第一干扰复制信号中减去从用于另一波束信号的第二复制信号产生器接收并乘以转换系数的第二干扰复制信号，而产生第二误差信号并向下一级复制信号产生器输出第二误差信号。
5.根据权利要求4的干扰消除装置，其中所述干扰消除部分乘以来自用于相邻波束的第二级干扰消除器部分复制信号产生器的干扰复制信号并减去乘积信号。
6.根据权利要求4的干扰消除器装置，并进而包括一用于每一级的波束形成器，其中所述转换系数对应于由前级波束形成器使用的波束转换系数。
7.用于通过从输入信号中减去干扰复制信号而消除信道用户之间干扰的多波束干扰消除方法，该方法包括以下步骤从对多波束每一波束输入的第一误差信号和符号复制信号产生干扰复制信号和符号复制信号；并将多波束之一的干扰复制信号和其它波束的干扰复制信号乘以转换系数，并从第一误差信号减去相乘的干扰复制信号以产生第二误差信号，以便向多波束干扰消除的下一级输入所述第二误差信号。
8.根据权利要求7消除干扰的方法，其中对所述其它波束相邻波束产生的所述干扰复制信号乘以转换系数并从所述相乘步骤中的第一误差信号中减去该乘积。
9.根据权利要求7消除干扰的方法，其中所述转换系数对应于由多波束干扰消除的前级中波束形成器使用的波束转换系数。
10.根据权利要求1多级干扰消除器装置，其中每一级中每一复制信号产生器包含一多输入加法器，用于把来自对应于每一信道用户干扰消除器部分的误差信号相加。
11.根据权利要求10多级干扰消除器装置，其中每一级的每一干扰消除部分包含一连接到所述多输入加法器的极性反向单元，用于使得从所述多输入加法器接收的信号极性反向，以产生干扰复制信号，并包含连接到所述极性反向单元的另一多输入加法器以便从本地信号波束和其它信号波束接收干扰复制信号，并从本地波束信号减去所述干扰复制信号以便在信道用户和波束信号之间没有任何干扰地输出误差信号。
12.根据权利要求11多级干扰消除器装置，并进而包括包含对应于每一信道用户并连接到该装置最后一级接收器部分的接收器单元，每一接收器部分从对应的另一多输入加法器接收误差信号并从对应的干扰复消除器部分接收符号复制信号，并通过RAKE处理输出用户符号。
13.用于通过从输入信号减去干扰复制信号消除多波束天线通信系统中对每一信号波束的用户信道之间干扰的多级干扰消除器装置，该装置包括连接到多波束通信系统的多个天线的波束形成器，用于转换通过所述天线接收的信号为信号波束；在该装置的每一级中对于每一输入信号波束设置的干扰消器除部分，并包含复制信号产生器和连接到所述复制信号产生器的干扰消除部分，所述干扰消除器部分从所述波束形成器接收对应的信号波束，其中所述复制信号产生器包含用于从输入波束信号产生第一干扰复制信号的装置以便产生第一误差信号，以及所述干扰消除部分从对另一信号波束装设的另一复制信号产生器第二干扰复制信号，该信号乘以转换系数并从所述复制信号产生器输出的所述第一干扰复制信号中减去获得的乘积的第二干扰复制信号，以便通过所述另一信号波束消除干扰并产生第二误差信号并向下一级复制信号产生器输出所述第二误差信号。
全文摘要
例如用于CDMA(码分多址)多波束天线通信系统的多级干扰消除器装置和干扰消除器方法,在每一级中包含具有复制信号产生器的干扰消除器单元,该复制信号产生器从输入的波束信号产生第一干扰复制信号并输出第一干扰复制信号,并包含一干扰消除单元,该单元从另一个复制信号产生器接收第二干扰复制信号,对第二干扰复制信号乘以转换系数并从第一干扰复制信号中减去获得的信号以产生第二误差信号,使得从本地信号波束和其它信号波束的干扰复制信号对每一信号波束产生误差信号以便消除干扰。
文档编号H04B7/26GK1188353SQ9710874
公开日1998年7月22日 申请日期1997年12月19日 优先权日1996年12月20日
发明者田中良纪, 小早川周磁, 关宏之, 户田健, 筒井正文 申请人:富士通株式会社