СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ УЛУЧШЕННОГО ПОДАВЛЕНИЯ ПОМЕХ ПОСРЕДСТВОМ ВЫБОРА ПУТИ
METHOD AND SYSTEM FOR IMPROVED NOISE SUPPRESSION BY PATH SELECTION

Уровень техники
Настоящее изобретение относится к коммуникационным технологиям и, в частности, к способу и системе для улучшения эффективности подавления помех в системах связи.
Предпосылки создания изобретения
В современных сотовых системах связи эффективность работы пользователя может быть улучшена посредством подавления помех. Подавление помех заключается в том, что собственные помехи или помехи от других пользователей удаляются из полученного сигнала или подавляются. Многолучевое распространение и передача с различных антенн делает сигналы в приемниках неортогональными. Неортогональные сигналы будут интерферировать друг с другом. Однако посредством оценивания всех сигналов или подмножества сигналов и удаления их из полученного сигнала можно добиться подавления помех в требуемом сигнале. Данная процедура может выполняться несколько раз для улучшения эффективности.
Часто выполняется только оценивание символов передаваемого сигнала и коэффициентов канала для каждого пользователя. Коэффициенты каналов состоят из параметров, определяющих амплитуды, фазы и задержки полученных компонентов многолучевого сигнала пользовательского сигнала. Передаваемый сигнал далее регенерируется и фильтруется через оцененный канал при помощи коэффициентов оцененного канала, оценок канала, для восстановления копии полученного сигнала для каждого пользователя. Затем, для каждого требуемого сигнала, данные копии мешающих сигналов могут вычитаться, а помехи уменьшаться.
Существенным для осуществления подавления является то, чтобы оценки канала каждого множества путей имели достаточно высокое качество. Даже если символы передаваемого сигнала оцениваются правильно, оценивание канала всегда подвержено помехам и тепловым шумам. В частности, когда сигналы пользователя с низкой скоростью передачи данных удаляются из полученного сигнала, улучшение эффективности системы можно считать низким. Это обусловлено тем, что сигнал пользователя с низкой скоростью передачи данных вероятно имеет модуляцию более низкого порядка, при этом требование к качеству оценивания канала для корректной демодуляции передаваемых данных ниже, чем требование для модуляции более высокого порядка. Таким образом, качество оценивания канала может быть достаточно хорошим для демодуляции, однако может быть менее хорошим для восстановления помех.
Существуют предложения по улучшению качества коэффициентов оцененного канала посредством их переоценки после каждого цикла подавления помех. Оценки канала также подвергаются подавлению помех и могут использоваться снова в следующем цикле подавления помех для улучшения эффективности подавления помех.
Независимо от того, насколько улучшены оценки канала, всегда будет существовать вопрос, достаточно ли высоко качество оценивания канала. Таким образом, для подавления помех требуется способ определения качества оценивания канала.
Краткое описание изобретения
Целью изобретения является улучшение эффективности подавления помех посредством выбора пути, т.е. эффективный выбор того, какие восстановленные пути многолучевого сигнала из помех сигнала пользователя должны быть удалены из полученного сигнала пользователя.
Целью настоящего изобретения является предоставление способа улучшения эффективности подавления помех в системе радиосвязи, причем способ включает этапы: оценивание мощности мешающего сигнала, содержащегося в полученном сигнале; оценивание мощности добавочного сигнала ошибки оценивания, добавленного к мешающему сигналу; и удаление мешающего сигнала из полученного сигнала, если оцененная мощность добавочного сигнала ошибки оценивания ниже, чем оцененная мощность мешающего сигнала.
В соответствии с определенным вариантом осуществления изобретения, этап оценивания мощности мешающего сигнала, содержащегося в полученном сигнале, включает когерентное накопление опорных символов; и вычисление мощности когерентно накопленных опорных символов.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения, этап оценивания мощности добавочного сигнала ошибки оценивания, добавленного к мешающему сигналу, включает:
демодуляцию опорных символов; и вычисление вариации демодулированных опорных символов.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения, этап удаления мешающего сигнала из полученного сигнала включает: оценивание коэффициентов канала мешающего сигнала; восстановление мешающего сигнала посредством коэффициентов оцененного канала и жестких решений, принятых для переданных символов; и удаление восстановленного мешающего сигнала из полученного сигнала.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения, коэффициенты канала оценивают посредством средневзвешенного значения опорных символов.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения, мощность мешающего сигнала и мощность добавочного сигнала ошибки оценивания масштабируется посредством коэффициента масштабирования.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения, опорные символы представляют собой одно из следующего: полученные пилотные символы, декодированные символы управления и декодированные символы данных.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления, декодированные символы управления являются одним из следующего: непилотные символы DPCCH (Dedicated Physical Control Channel, выделенный физический канал управления), символы E-DPCCH (Enhanced Dedicated Physical Control Channel, усовершенствованный выделенный физический канал управления) и HS-DPCCH (High Speed Dedicated Physical Control Channel, высокоскоростной выделенный физический канал управления)
В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения, декодированные символы данных представляют собой символы DPDCH (Dedicated Physical Data Channel, выделенный физический канал данных) или символы E-DPDCH (Enhanced Dedicated Physical Data Channel, усовершенствованный выделенный физический канал данных).
Целью настоящего изобретения является предоставление системы для улучшения эффективности подавления помех в системе радиосвязи, причем система содержит: первое оценочное устройство, предназначенное оценивать мощность мешающего сигнала, содержащегося в полученном сигнале; второе оценочное устройство, предназначенное оценивать мощность добавочного сигнала ошибки оценивания, добавленного к мещающему сигналу; и средства, предназначенные удалять мешающий сигнал из полученного сигнала, если оцененная мощность добавочного сигнала ошибки оценивания ниже, чем оцененная мощность мешающего сигнала.
В соответствии с определенным вариантом осуществления, первое оценочное устройство содержит: средства, предназначенные для когерентного накопления опорных символов; и первый вычислитель, предназначенный для вычисления мощности когерентно накопленных опорных символов.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения, второе оценочное устройство содержит: демодулятор, предназначенный демодулировать опорные символы; и второй вычислитель, предназначенный вычислять вариацию демодулированных опорных символов.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения, средства, предназначенные удалять мешающий сигнал из полученного сигнала, содержат: третье оценочное устройство, полученное оценивать коэффициенты канала мешающего сигнала; средства, предназначенные восстанавливать мешающий сигнал посредством коэффициентов оцененного канала и жестких решений, принятых для переданных символов; и средства, предназначенные удалять восстановленный мешающий сигнал из полученного сигнала.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения, третье оценочное устройство дополнительно предназначено оценивать коэффициенты канала мешающего сигнала посредством средневзвешенного значения опорных символов.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения, система дополнительно содержит: средства, предназначенные масштабировать мощность мешающего сигнала и мощность добавочного сигнала ошибки оценивания посредством коэффициента масштабирования.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения, опорные символы представляют собой одно из следующего: полученные пилотные символы, декодированные символы управления и декодированные символы данных.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения, декодированные символы управления представляют собой одно из следующего: непилотные символы DPCCH, символы E-DPCCH и HS-DPCCH.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения, декодированные символы данных представляют собой символы DPDCH или символы Е-DPDCH.
Целью настоящего изобретения является предоставление сотового мобильного терминала, причем сотовый мобильный терминал содержит систему для улучшения эффективности подавления помех в системе радиосвязи.
Целью настоящего изобретения является предоставление сотовой базовой станции, причем сотовая базовая станция содержит систему для улучшения эффективности подавления помех в системе радиосвязи.
Способ и система по настоящему изобретению снижают испытываемые помехи для каждой линии радиосвязи между базовой станцией и мобильными телефонами. Таким образом, система радиосвязи будет поддерживать больше пользователей.
Краткое описание графических материалов
На фиг.1 показаны результаты моделируемого подавления радиопомех в соответствии с настоящим изобретением, где моделируемое подавление радиопомех осуществлено в каналах распространения радиоволн 3GPP, случай 1.
Подробное описание изобретения
В одном примере осуществления, настоящее изобретение реализовано в сети радиосвязи. Сеть содержит базовые станции радиосвязи, коротко - базовые станции, а также мобильные терминалы. Настоящее изобретение может быть реализовано в приемных частях базовых станций или в приемных частях мобильных устройств.
В этих вариантах осуществления, приемная часть получает сигнал r. Полученный сигнал r представляет собой дискретизированный по времени модулирующий сигнал, полученный одной из приемных антенн. Полученный сигнал r возникает из требуемого сигнала s, подверженного помехам. Требуемый сигнал может соответствовать одному конкретному полученному многолучевому компоненту переданного сигнала от одного конкретного требуемого пользователя, или он может соответствовать всему полученному сигналу, переданному от одного отдельного требуемого пользователя.
k
l
k
l
k
l
k
Помимо требуемого сигнала, полученный сигнал также содержит мешающие сигналы, v и w, а также шумы е, как выражено в уравнении (1) ниже. Подмножество мешающих сигналов v может быть сигналами от других пользователей или помехами от самого требуемого сигнала из-за многолучевости передачи или множества антенн. Другое подмножество мешающих сигналов, w, содержит остальные мешающие сигналы. Настоящее изобретение сосредотачивается на подавлении v. Подавление w не рассматривается в настоящем изобретении. Таким образом, здесь и далее внимание будет сосредоточено на том, как подавить v. Из вышесказанного, полученный сигнал представляет собой:
где t соответствует дискретному моменту времени.
k
k
k
k
С целью удаления подмножества мешающих сигналов v из полученного сигнала r для осуществления подавления помех необходимо получить оценку сигналов v,
. Оценка
может быть получена посредством демодуляции полученных сигналов и выполнения жестких решений по передаваемым символам, а также оценивания коэффициентов канала для этих мешающих сигналов. Заметим, что жесткие решения выполняются на стороне приемного устройства, но при этом фактически оценивается дискретный по времени цифровой сигнал на стороне передающего устройства до воздействия фильтров передачи и приема, многолучевости, помех и шумов. После жестких решений добавляется воздействие от канала распространения, например многолучевости и т.д., и можно определить, как выглядит сигнал в приемном устройстве. Обычные процедуры для принятия жестких решений и формирования оценок коэффициентов канала известны специалистам в данной области техники. Эти жесткие решения для символов могут быть выполнены до или после декодирования. Оценивание коэффициентов канала может быть выполнено посредством корреляции полученного символа опорного сигнала со смещенной по времени и смещенной по частоте известной последовательностью символов переданного опорного сигнала. Посредством смещения по времени этой последовательности опорных символов и посредством смещения по частоте этой последовательности опорных символов пик корреляции определяет временной сдвиг и частотный сдвиг полученного сигнала. Опорные символы должны проходить через тот же канал, что и мешающий сигнал v. Посредством жестких решений для символов и оценок канала и предварительной информации о фильтрах передающего устройства и приемного устройства, мешающие сигналы v могут быть восстановлены, с получением
, что выражено уравнением (2).
k
k
k
k
k
k
k
где n представляет собой добавочный сигнал ошибки оценивания. Сигнал n может быть вызван ошибками в оценивании амплитуды сигнала, фазы сигнала, доплеровского сигнала, временного сдвига сигнала и значений символов сигнала. Сигнал n может быть комплексным числом или вещественным числом, которое может иметь знак минуса и знак плюса. Допустим, что Р - это мощность сигнала, v и I - это мощность добавочной ошибки оценивания n. Если значение
удалено из r, то значение
может быть получено согласно уравнению (3):
k
k
Таким образом, мощность v будет удалена из полученного сигнала r, но мощность добавочного сигнала ошибки оценивания n добавляется к полученному сигналу r, образуя новый полученный сигнал
, как выражено в уравнении 3. Мощность помех сети, добавленная к полученному сигналу r, будет С, где
k
k
Если С меньше чем ноль, то исключение оцененного мешающего сигнала
приведет к пониженным помехам в полученном сигнале по сравнению с невыполнением вышеуказанного подавления помех. Однако, если С больше чем ноль, то исключение оцененного мешающего сигнала
приведет к повышенным помехам в полученном сигнале. Таким образом, можно сделать вывод, что если С больше чем ноль, то исключение оцененного мешающего сигнала
не должно выполняться, поскольку в этом случае помехи в полученном сигнале будут повышены. Другими словами, выполнять или нет исключение оцененного мешающего сигнала, будет определяться в соответствии со знаком значения С. Это и есть главная идея данного изобретения. В частности, пусть
и
- это оценки Р и I, соответственно, если
, то
может быть исключено в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. То есть восстановленный мешающий сигнал может быть исключен, если оцененная мощность добавочной ошибки оценивания менее, чем оцененная мощность мешающего сигнала. Сигнал с подавленными помехами затем может быть дополнительно демодулирован при помощи известных техник.
В соответствии с вариантом осуществления, описанным выше, способ улучшения эффективности подавления помех включает следующие этапы:
оценивание мощности мешающего сигнала, содержащегося в полученном сигнале;
оценивание мощности добавочного сигнала ошибки оценивания, добавленного в мешающий сигнал; и
удаление мешающего сигнала из полученного сигнала, если оцененная мощность добавочного сигнала ошибки оценивания ниже, чем оцененная мощность мешающего сигнала.
В другом примере осуществления, допускается, что ошибки оценивания коэффициента канала могут быть малыми для доплеровского сигнала, временного сдвига сигнала и значений символов сигнала. Тогда только оценки амплитуд и фаз сигнала будут вносить вклад в добавочный сигнал ошибки оценивания. Оценки амплитуды и фазы, а также соответствующие мощности добавочного сигнала ошибок оценивания могут быть получены посредством опорных символов и посредством хорошо известных техник. Например, в WCDMA опорные символы могут быть пилотными символами. Посредством хорошо известных техник, осуществляя когерентное накопление нескольких полученных пилотных символов в канале RAKE-приемника, соответствующем синхронизации шаблона согласно конкретному многолучевому компоненту мешающего сигнала, получают оценки амплитуды и фазы пилотного опорного сигнала. Мощность когерентно накопленных пилотных сигналов может использоваться как оценка мощности мешающего сигнала, который необходимо подавить. Между тем, те же полученные демодулируемые символы пилотного битового набора можно использовать как образцы для оценивания вариации полученных демодулируемых пилотных символов пилотного битового набора, которые могут быть использованы для оценки мощности добавочного сигнала ошибки оценивания.
k
k
k
Кроме того, опорный сигнал и передаваемый сигнал, производящий мешающий сигнал v, могут передаваться с различными мощностями. Таким образом, заметим, что как мощность мешающего сигнала, так и мощность добавочного сигнала ошибки оценивания могут масштабироваться с одним и тем же коэффициентом для получения соответствующих значений мощности для восстановления мешающего сигнала
. Однако коэффициент масштабирования можно опустить, поскольку он не влияет на то, осуществлять ли подавление помех, как описано выше. Это можно видеть из нижеследующих формул. Допустим,
и
представляют собой оцененные мощности оценки канала и ошибки оценивания канала для мешающего сигнала, обозначенного индексом k. Допустим, что оценку канала необходимо масштабировать с коэффициентом α для получения такой же амплитуды, как и у мешающего сигнала v. Тогда масштабированная оценка канала представляет собой:
Масштабирование оценки канала с этим коэффициентом также масштабирует добавочную ошибку оценивания, и масштабированная ошибка оценивания представляет собой:
Критерий подавления помех представляет собой
Таким образом, масштабирование можно опустить для критерия подавления помех.
P
P
M
M
Конкретные варианты осуществления, в которых реализовано настоящее изобретение, будут описаны ниже. Предполагается, что настоящее изобретение реализовано в радиосети WCDMA. Также предполагается, что конкретный многолучевой компонент от конкретного мешающего пользователя, обозначенный индексом k, требуется подавить в полученном сигнале. В одном примере осуществления, N полученных пилотных символов DPCCH от этого пользователя, соответствующих задержке этого пути, используются с равным весом для оценивания канала, т.е. оценка канала образована средневзвешенным значением N демодулируемых пилотных символов пилотного битового набора. Отметим, что использованные веса могут быть «1». В другом варианте осуществления, способ может быть расширен для включения набора опорных символов с любым видом взвешивания из любого физического канала. В более общем смысле, опорные символы могут быть пилотными символами, декодированными символами управления и декодированными символами данных. В некоторых вариантах осуществления, декодированные символы управления могут быть непилотными символами DPCCH, символами E-DPCCH или HS-DPCCH. Более того, в некоторых вариантах осуществления, декодированные символы данных могут быть символами DPDCH или символами E-DPDCH. После декодирования этих символов они известны и поэтому могут быть использованы как опорные символы для оценивания канала. Допустим, что, например, N демодулированных пилотных символов DPCCH пилотного битового набора x(m, k), m=1, К, N, доступны для осуществления оценок мощности.
Масштабированная оцененная мощность мешающего сигнала вычисляется согласно уравнениям (7) и (8):
k
где «масштабированная оцененная мощность» означает, что разница по мощности между опорным сигналом и мешающим сигналом v опускается для упрощения.
Оценивание помех на пилотных символах I, используемое для оценивания канала, может выполняться посредством
<mrow><mfrac><mtext>1</mtext><mrow><msub><mtext>N</mtext><mtext>M</mtext></msub><mo>−</mo><mtext>1</mtext></mrow></mfrac></mrow>
где коэффициент «
» используется для получения правильного ожидаемого значения оценки вариации, которое является просто математическим средним. Тогда добавленная масштабированная мощность помех, вызванная оцениванием канала с шумами, представляет собой
Можно видеть, что в вышеуказанном варианте осуществления использованный вес равен «1».
С целью получения пониженных помех после исключения помех для этого конкретного мешающего сигнала должно выполняться следующее требование:
Если же требование не выполняется, то подавление помех этого конкретного пути не должно осуществляться.
S
S
Осуществлялось моделирование в соответствии с настоящим изобретением. Моделирование осуществлялось на помехах, устраненных из сети, после подавления помех в восходящем канале. На фиг.1 осуществление способа при помощи выбора пути в соответствии с настоящим изобретением сравнивается с осуществлением способа, в котором для подавления помех всегда используются все пути. Выбор пути может осуществляться в каждом слоте в кадре. При моделировании допускалось, что мощность идеального символа и оценки вариации символа доступны для каждого пути. Промоделирован случай 1 канала распространения радиоволн 3GPP. Количество накопленных символов DPCCH для оценок канала варьируется между 10 и 20, включая пилотные и идеально декодированные непилотные. Это соответствует однослотному или двухслотному когерентному накоплению, которое обозначено как N=1 и N=2 на фиг.1. Допускалось, что канал не изменяется на протяжении двух слотов. В моделировании используется функционирование идеального поиска пути.
ср
0
Результаты смоделированного теста показаны на фиг.1. Можно заметить, что улучшение эффективности является значительным в областях с более низким отношением сигнал/шум. В областях с более высоким отношением сигнал/шум улучшение эффективности мало. На фиг.1 Е/N - отношение энергии на чип DPCCH к спектральной плотности шума.
Система для улучшения эффективности подавления помех в соответствии с настоящим изобретением может быть представлена соответственно. Система содержит:
первое оценочное устройство, предназначенное оценивать мощность мешающего сигнала, содержащегося в полученном сигнале;
второе оценочное устройство, предназначенное оценивать мощность добавочного сигнала ошибки оценивания, добавленного к мешающему сигналу; и
средства, предназначенные удалять мешающий сигнал из полученного сигнала, если оцененная мощность добавочного сигнала ошибки оценивания ниже, чем оцененная мощность мешающего сигнала.
В частности, первое оценочное устройство может содержать средства для когерентного накопления опорных символов и вычислитель для вычисления мощности когерентно накопленных опорных символов. Второе оценочное устройство может содержать демодулятор для демодуляции опорных символов и вычислитель для вычисления вариации демодулированных опорных символов. Кроме того, средства, предназначенные удалять мешающий сигнал, могут содержать третье оценочное устройство для оценивания коэффициентов канала мешающего сигнала; средства для восстановления мешающего сигнала посредством оцененных коэффициентов канала и жестких решений, принятых для переданных символов; и средства для удаления восстановленного мешающего сигнала из полученного сигнала.
В частности, третье оценочное устройство оценивает коэффициенты канала мешающего сигнала посредством средневзвешенного значения опорных символов.
В частности, система дополнительно содержит средства для масштабирования мощности мешающего сигнала и мощности добавочного сигнала ошибки оценивания посредством коэффициента масштабирования, как описано выше.
В частности, опорные символы могут быть одним из следующего: полученные пилотные символы, декодированные символы управления, такие как, например, непилотные символы DPCCH, символы E-DPCCH или HS-DPCCH, а также декодированные символы данных, такие как, например, символы DPDCH или символы Е-DPDCH.
Способ согласно настоящему изобретению может быть реализован посредством сотовых мобильных терминалов и сотовых базовых станций для улучшения эффективности подавления помех. Соответственно, сотовые мобильные терминалы и сотовые базовые станции могут содержать систему в соответствии с настоящим изобретением для улучшения эффективности подавления помех.
Промышленная применимость
Способ и система по настоящему изобретению снижают испытываемые помехи для каждой линии радиосвязи между базовой станцией и мобильными телефонами. Таким образом, образуется пространство для большего количества помех до достижения подходящей рабочей точки, которая может получиться из-за добавления в систему большего количества пользователей. Это будет выгодно для оператора сети радиосвязи, поскольку большее количество пользователей может давать больше прибыли.
Хотя были показаны и описаны варианты осуществления, не подразумевается, что эти варианты осуществления показывают и описывают все возможные формы изобретения. Слова, использованные в этом описании, предназначены для описания, а не ограничения, и следует понимать, что различные изменения и модификации могут быть выполнены без отступления от сути и объема изобретения.