一种基于智能天线的干扰抵销方法技术

本发明专利技术涉及一种基于智能天线的干扰抵销方法，用于解决各种多径传播等干扰。包括：用波束赋形矩阵对基于智能天线的接收机输出的数字信号进行波束赋形，获得一组数字信号ＮＲ↓［ｋ］（ｍ）；将ＮＲ↓［ｋ］（ｍ）中所包含的来自其它用户的主径信号抵销，获得另一组仅包含所需信号和所有干扰的数字信号ＮＳ↓［ｋ］（ｍ）；在ＮＳ↓［ｋ］（ｍ）中搜索，求出所有来自其它用户的多径干扰信号；在ＮＳ↓［ｋ］（ｍ）中抵销其它多径干扰信号；将本用户的主径和各多径信号同相叠加，获得干扰抵销后的数字信号。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种无线通信技术，更确切地说是涉及一种在使用智能天线(Smart Antenna)的无线基站和用户终端中的干扰抵销信号处理技术。在现代无线通信系统中，特别是在码分多址(CDMA)系统中，为了提高系统容量，提高系统灵敏度和在较低的发射功率下获得较远的通信距离，一般都希望使用智能天线技术。在名称为“具有智能天线的时分双工同步码分多址无线通信系统”的专利技术专利申请中(97104039.7)，公开了一种采用现代智能天线的无线通信系统的基站结构，包括由一个或多个天线单元组成的天线阵列、相应的射频馈电电缆和一组相干的射频收发信机。根据天线阵列中各天线单元所接收到的、来自用户终端的信号的不同反应，在基带处理器获得此信号的空间特征矢量和信号到达方向(DOA)，并使用相应的算法实现接收天线波束赋形。其中任一个天线单元、相应的射频馈电电缆和相干的射频收发信机称为一条链路。将从上行接收波束赋形中获得的每一条链路的权重使用于下行发射波束赋形，在对称的电波传播条件下，达到智能天线的全部功能。现代无线通信的主体是移动通信。参照ITU建议M1225，移动通信是在复杂多变的移动环境下工作的，因此必须考虑严重的时变和多径传播的影响。在上述专利申请及在许多公开发表的技术文献中，都涉及到对智能天线的波束赋形算法的研究，其研究结论是功能越强的算法则越复杂。然而在移动通信环境下，波束赋形是必须实时完成的，且完成算法的时间只能以微秒计算。而受现代微电子技术水平的限制，在如此短的时间内，数字信号处理器(DSP)或专用芯片(ASIC)还不能实现过于复杂的实时处理。面对上述矛盾，可针对码分多址系统提出一种简单的最大功率合成算法，该算法不仅简单，还可解决时延在一个码片(Chip)宽度内的多径分量的合成。但现代的码分多址移动通信系统，在移动环境下的多径传播分量时延较大、幅度较高，仍然会造成严重的干扰。即在此移动通信环境下，智能天线的简单、实时的算法并不能解决多径传播问题，也就不能彻底解决CDMA系统容量的问题。而另一方面，为解决多径传播产生的干扰问题，人们深入研究了Rake接收机和联合检测或称多用户检测技术(Joint Detection)，并将其广泛地用于码分多址移动通信系统中。但对于使用了智能天线技术的无线通信系统来说，上述Rake接收机或多用户检测技术并不便于直接使用。其主要原因是这些技术是用于处理多码道CDMA信号的，经信道估值和匹配滤波器后，通过矩阵求逆直接将所有用户的信息一次解出；而智能天线技术是先对每一条CDMA码道分开进行波束赋形。目前正处于研究阶段的二维智能天线技术，其算法不仅不成熟，而且相当复杂。还有一种方法是在使用智能天线后进行多用户检测处理，但由于此时每一条码道已经分开，即必须对每一条码道分别进行处理，不仅不能充份发挥多用户检测的功能，还大大增加了基带信号处理的复杂度。综上所述，为了使CDMA系统具有更高的容量和更好的性能，必须找到一种简单且实时工作又便于在基于智能天线的CDMA无线通信系统中使用的干扰抵销方法。本专利技术的目的是设计，使码分多址无线通信系统或其它无线通信系统在使用智能天线、使用简单的最大功率合成算法的同时，能解决多径传播等干扰，并获得良好的效果。本专利技术的目的是这样实现的，其特征在于包括A．用经实时波束赋形算法获得的波束赋形矩阵对基于智能天线的接收机输出的数字信号进行波束赋形，获得一组波束赋形后的数字信号NRk(m)；B．将波束赋形后的数字信号NRk(m)中所包含的来自其它用户的主径信号抵销，获得另一组仅包含所需信号和所有干扰的数字信号NSk(m)；C．在数字信号NSk(m)中搜索，并求出赋形波束方向上分布的所有多径信号；D．在数字信号NSk(m)中抵销来自其它用户的多径干扰信号；E．将工作用户的主径与多径信号同相叠加，获得干扰抵销后的数字信号。所述步骤A中的基于智能天线的接收机输出的数字信号是取样级的。所述步骤A是在基带处理器中完成的，包括同步和消除过取样；解扰码和解扩频，分离为各个码道的信号；在波束赋形器中用波束赋形合成算法对每条链路的接收波束赋形，并求得合成结果。所述的波束赋形合成算法是最大功率合成算法。所述步骤A还包括对基于智能天线的接收机输出的数字信号进行解调并检测训练序列中的信噪比，信噪比超过门限值则直接输出数据结束，信噪比低于门限值则进一步执行。所述的步骤B进一步包括求出来自其它用户的、在该码道的赋形波束内的信号的主径；对其进行扩频、加扰码，还原为取样级的数字信号；从所述的数字信号NRk(m)中减去能量超过门限值的其它主径信号，获得所述的NSk(m)。所述步骤B是在取样的级别上进行的。所述步骤C进一步包括在一个符号内逐个移动取样点的位置，获得多组码片级别的信号；用已知扰码对其求相关，获得多组能量超过门限值的输出；对这些输出加上已知扰码，恢复多组取样级别的多径干扰；从步骤B所获得的数字信号NSk(m)中减去来自其它用户的多径干扰，将第k码道的主径和多径信号同相叠加，获得消除干扰后的第k码道的取样值；对第k码道的取样值作解扰码、解扩频和解调，获得消除干扰后的第k码道的信号。所述步骤C的搜索只在一个符号内进行，所需进行的次数等于每码片内的取样数乘上扩频系数减1。所述的步骤D进一步包括从步骤B所获得的数字信号NSk(m)中减去来自其它用户干扰的数字信号，而抵销来自其它用户的多径干扰信号。所述的步骤D是在取样级别上进行的，所涉及的信号是转换到取样级别上的信号。所述的步骤E进一步包括从抵销了来自其它用户的主径和多径干扰信号的取样值，获得各个码片的值；通过解扰码及使用第k个扩频码解扩频后，将来自工作用户的主径和多径信号同相叠加，获得干扰抵销后的输出信号；解调后获得干扰抵销后的所需结果。所述的步骤A、B、C、D、E是对所有信噪比达不到门限值的码道进行干扰抵销。所述的步骤A、B、C、D、E用于无线基站中的干扰抵销；所述的步骤B、C、D、E用于用户终端的干扰抵销。本专利技术的方法，对在帧结构中设计有较短训练序列(导频Pilot或Midamble)的CDMA无线通信系统，因为在实际的移动通信系统中，并不是所有的工作码道都受到多径传播等干扰的严重影响，故可以在智能天线的输出端对信号质量进行预检测，即检测所接收到的训练序列(导频Pilot或Midamble)中的信噪比，对信噪比高于给定值的码道就可以不再作处理，而可大大减少所要进行后续处理的码道的数量，大大降低基带信号处理的复杂度。本专利技术对在帧结构中没有设计训练序列(导频Pilot或Midamble)的CDMA无线通信系统，或在帧结构中设计有较短训练序列(导频Pilot或Midamble)但存在严重干扰的CDMA无线通信系统，要用本专利技术的方法对每一条码道消除多径干扰，以达到正确接收的目的。使用本专利技术提出的新的多径干扰抵销技术，可以将大多数来自其它信道的多径干扰予以抵销，以最大限度地消除多径传播等干扰的影响，达到正确接收的目的。该方法的计算量有限，采用目前商用的数字信号处理器(DSP)就完全可以实现。本专利技术提出的简单的最大功率合成算法，使智能天线能在符号级别进行波束赋形，达到实时运行。下面结合实施例及附图进一步说明本专利技术的技术。附图说明图1是使用智能天线的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于智能天线的干扰抵销方法，其特征在于包括： Ａ．用经实时波束赋形算法获得的波束赋形矩阵对基于智能天线的接收机输出的数字信号进行波束赋形，获得一组波束赋形后的数字信号ＮＲ↓［ｋ］（ｍ）； Ｂ．将波束赋形后的数字信号ＮＲ↓［ｋ］（ｍ）中所包含的来自其它用户的主径信号抵销，获得另一组仅包含所需信号和所有干扰的数字信号ＮＳ↓［ｋ］（ｍ）； Ｃ．在数字信号ＮＳ↓［ｋ］（ｍ）中搜索，并求出赋形波束方向上分布的所有多径信号； Ｄ．在数字信号ＮＳ↓［ｋ］（ｍ）中抵销来自其它用户的多径干扰信号； Ｅ．将工作用户的主径与多径信号同相叠加，获得干扰抵销后的数字信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李峰，李世鹤，
申请(专利权)人：信息产业部电信科学技术研究院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]