CN100542059C

CN100542059C - 用于接收信号的方法及其装置

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Publication number: CN100542059C
Application number: CNB038203553A
Authority: CN
Inventors: 皮特·范鲁延; 丹尼·范怀特
Original assignee: Zyray Wireless Inc
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2002-08-28
Filing date: 2003-08-28
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2023-08-28
Also published as: WO2004021506A2; US7392025B2; EP1537622B1; AU2003268227A8; US20070197173A1; US20090111404A1; US20070223411A1; US20070258354A1; US7412218B2; US20040116078A1; US7917108B2; CN1771667A; WO2004021506A3; US7433660B2; US8027650B2; US20070171963A1; US7822395B2; US20110217942A1; US7433659B2; US20090111403A1

Abstract

一种用于利用长度为N的N个正交序列将K个信道正交多路复用到信号处理链上上的迭代多级检测系统和方法。K个信道包括第一组N个信道和第二组M个信道(M个信道与N个信道相互分开和区别开)，其中K＝N+M。在第一迭代中，将从第一组N个信道传递给第二组M个信道的干扰从多路复用信号中去掉，从而使得可以可靠地估计与第二组M个信道相关的符号值。在第二迭代中，将从第二组M个信道传递给第一组N个信道的干扰从第一组N个信道去掉，从而使得可以可靠地估计与第一组N个信道相关的符号值。

Description

用于接收信号的方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种用于无线通信系统的天线分集式接收器，更具体而言，涉及一种用于多信道上的接收器接收信号方法及其装置。

背景技术

最近已经提出，现有无线系统的性能和容量可通过使用所谓的“智能”天线技术来改进。特别是已经表明，这些技术连同时空信号处理技术一起，可被用于抵抗所需输入信号多路衰减的有害影响以及抑制干扰信号。这样，现有的或正在使用的数字无线系统(例如基于CDMA的系统、基于TDMA的系统、WLAN系统和基于OFDM的系统，如IEEE802.11a/g)的性能和容量可得以改进。

预期智能天线技术将越来越多地与基站基础设施以及蜂窝系统中的移动用户单元(例如手机)一起使用，以便满足设置在这些系统上的要求。这些要求部分地起因于正在进行的从现有基于语音的服务到下一代无线多媒体服务的转换以及在传输的语音、视频和数据模式中所伴随的特性模糊化。这种下一代系统中所采用的用户单元将可能被要求能相对于现有蜂窝式移动无线电标准展示较高的语音质量，以及提供高速数据服务(例如高达10兆位/秒)。然而，实现高速和高质量服务是复杂的，因为要求移动用户单元比较小而且重量较轻，并且要能在各种环境(例如蜂窝式/微型蜂窝式/超微型蜂窝式，城市/市郊/乡村和户内/户外)中可靠地操作。另外，除了提供高质量的通信和覆盖之外，要求下一代系统可更有效地使用可用带宽并且在价格上可以担负得起，以保证广泛的市场利用率。

在许多无线系统中，造成大多数性能和容量降低的三个主要因素为：多路衰减、已接收的多路信号分量之间的延迟扩展，以及同信道干扰(CCI)。从所周知，多路衰减是由可被传输到接收天线上的途中传输信号所横越的多条通路所造成。来自这些通路的信号连同不同相位一起产生了已接收的信号幅度和相位，其可随天线位置、方向和极化以及随时间(因通过该环境的运动而引起)而变化。提高质量或降低有效出错率以便排除多路衰减的影响已被证明是非常难的。尽管在理论上可通过使用较高的发射功率或另加带宽来降低多路衰减的影响，然而这些途径通常与下一代系统的要求是不一致的。

如上所述，“延迟扩展”或已接收的多路信号的多个分量之间的传播延迟之差还倾向于构成在无线通信系统中对容量和性能改进的主要障碍。已经有报道，当延迟扩展超过了符号宽度的大约百分之十(10％)时，所得到的严重符号间干扰通常限制了最大数据率。这种困难已倾向于最频繁地出现在窄带系统如全球数字移动电话系统(GSM)中。

CCI的存在也对蜂窝系统的性能和容量产生了负面影响。现有蜂窝系统通过将可得到的频道分成信道集，每个单元使用一个信道集，并且通过频率复用来操作。大多数的时分多址(TDMA)系统采用的频率复用因子为7，而大多数的码分多址(CDMA)系统采用的频率复用因子为1。该频率复用导致了CCI，其随着信道集数量的减少(即各单元的容量增加)而增大。在TDMA系统中，CCI主要来自于一个或两个其它用户，而在CDMA系统中可能存在许多单元内的或来自于相邻单元的强干扰信号。对于既定水平的CCI而言，可通过缩小单元尺寸来增加容量，但以增加更多的基站为代价。

对上述类型的蜂窝系统的性能的损害至少可部分地通过多单元天线系统来改善，该多单元天线系统设计成可将分集增益引入信号接收处理中。至少有三种通过各天线单元处已接收信号的解相关来实现这种分集增益的主要方法：空间分集、极化分集和角分集。为了实现空间分集，天线单元应充分地分离以允许低的衰减相关。所要求的分离度取决于角扩展，其为信号可到达接收天线处的角度。

在移动用户单元(例如手机)被其它散射物体包围的情况下，仅为四分之一波长的天线间隔通常足以实现低的衰减相关。其允许将多个空间分集天线结合于手机中，特别是在较高频率下(由于作为递增频率之函数的天线尺寸的减小)。

尽管增加接收天线的数量可改进多天线系统的各方面性能，然而为各个发射和接收天线提供分离的射频(RF)电路的需要增加了成本。各RF电路大致由低噪声放大器、滤波器、降频变换器以及模数转换器(A/D)组成，其中后三个器件通常要占RF电路的大部分成本。在某些现有的单天线无线接收器中，所要求的单个RF电路可占接收器全部成本的30％以上。因此很显然，随着接收天线数量的增加，整个系统成本和功耗会显著地增加。因此需要提供一种技术，其可有效地提供另外的接收天线，同时又不会成比例地增加系统成本和功耗。

发明内容

在一个实施例中，本发明可被表征为一种用于接收信号的方法，以及一种实现该方法的装置，该方法包括接收K个复制信号，该K个复制信号中的每一个可由对应的K个天线之一来接收，以便因此而产生K个已接收的复制信号；利用N个正交序列之一来处理K个已接收的复制信号中的每一个，从而产生K个已处理的复制信号，其中N小于K；将K个已处理的复制信号正交多路复用成提供给信号处理链的多路复用信号；在信号处理链内将多路复用信号降频变换成基带多路复用信号；以及将基带多路复用信号变换成K个分离信号，其中K个分离信号中的每一个对应于K个复制信号之一。

在另一实施例中，本发明可被表征为一种用于接收信号的装置，其包括：K个天线单元，其中K个天线单元设置成可接收K个相应的复制信号之一并因此而产生K个已接收的复制信号；信号处理链；第一多路复用器，其设置成可接收K个所接收的复制信号中的N个并产生第一组N个信道信号，其中N个信道信号中的每一个根据N个正交序列之一而传播并对应于其中N个已接收的复制信号之一；第二多路复用器，其设置成可接受K个所接受的复制信号中的M个并产生第二组M个信道信号，其中M个信道信号中的每一个根据N个正交序列之一而传播并对应于其中M个已接收的复制信号之一；连接在信号处理链与第一和第二多路复用器之间的求和部分，其中该求和部分设置成可将第一组N个信道信号和第二组M个信道信号组合成多路复用信号并将多路复用信号提供至信号处理链；降频变换模块，其设置成可在信号处理链内将多路复用信号降频变换成基带多路复用信号；以及连接到信号处理链上的信号恢复模块，其中该信号恢复模块设置成可接收基带多路复用信号并提供来自基带多路复用信号的K个分离信号，其中K个分离信号中的每一个对应于K个复制信号之一。

在另一实施例中，本发明可被表征为用于将K个信道多路复用至接收器链上的方法，该K个信道包括对应于N个天线单元的N个信道以及M个天线单元的M个信道，该方法包括：传播根据N个正交序列相应之一的各N个信道，以形成N个传播信道；将第一扰频序列覆盖在N个传播信道上以形成第一组N个信道；传播根据N个正交序列之一的各M个信道，以形成M个传播信道；将第二扰频序列覆盖在M个传播信道上以形成第二组M个信道；将第一组N个信道与第二组M个信道组合起来以形成K个多路复用信道；以及提供K个多路复用信道至接收器链。

本发明的另一实施例可表征为一种分离K个符号流的方法，该K个符号流中的每一个可通过接收器链中的K个相应的正交扩展信道来传输，该K个信道包括第一组N个信道和第二组M个信道，以及根据N个正交序列之一而扩展的各个N个信道以及根据N个正交序列之一而扩展的各M个信道，该方法包括：将第一组N个信道去扩展以产生N个分离信道；检测来自N个分离信道的一组N个符号，其中N个符号中的每一个信道N个信道的相应之一来传输；根据基于一组N个符号的第一组N个信道来形成第一干扰信号；从第二组M个信道中减去干扰信号；去扩展第二组M个信道以形成M个分离信道；检测来自M个分离信道的一组M个符号，其中M个符号中的每一个通过M个信道的相应之一来传输；及提供K个分离符号，其中该K个分离符号包括N个符号组和M个符号组。

在另一实施例中，本发明可被表征为一种用于通过天线阵列来接收信号的方法，包括：接收K个复制信号，K个复制信号中的每一个由天线阵列的相应K个天线单元之一来接收，其中K个复制信号包括已接收信号中的N个复制信号和M个其它复制信号；将该N个复制信号和M个复制信号多路复用成提供给信号处理链的多路复用信号；从多路复用信号中去掉因N个信号所造成的干扰；在去掉因N个信号所造成的干扰之后，多路分解来自多路复用信号的M个信号，从而形成M个已检波的信号；从多路复用信号中去掉因M个信号所造成的干扰；在去掉因M个信号所造成的干扰之后，多路分解来自多路复用信号的N个信号，从而产生N个已检波信号。

附图说明

图1是现有的分集接收器的框图，其中多天线单元已接收的信号被加权和组合起来以产生输出信号；

图2是现有的时空(ST)滤波装置的框图；

图3是无线通信系统中的多输入/多输出天线设置示意图；

图4是设置成可减少与天线阵相关的分离的信号处理链数量的天线处理系统的框图；

图5是可根据本发明的一个实施例来实施的多天线接收器系统的高级框图；

图6是图5所示多天线接收器系统执行的用于通过根据一个实施例的多个天线来接收信号的步骤的流程图；

图7是根据图5所示天线系统的一个实施例来执行迭代多级检测的多天线接收器系统的框图；

图8是根据本发明的一个实施例的由图7所示多天线接收器系统来执行的迭代多级检测处理的流程图；

图9是具有扩展因子(N)为16和信道数量为N+1的图7所示多天线接收器系统所执行的迭代多级检测过程的仿真结果的图示；

图10是具有扩展因子(N)为16和信道数量为N+2的图7所示多天线接收器系统所执行的迭代多级检测过程的仿真结果的图示；

图11是具有扩展因子(N)为16和信道数量为N+3的图7所示多天线接收器系统所执行的迭代多级检测过程的仿真结果的图示；

图12是具有扩展因子(N)为16和信道数量为N+7的图7所示多天线接收器系统所执行的迭代多级检测过程的仿真结果的图示；

图13是具有扩展因子(N)为7和信道数量为N+1的图7所示多天线接收器系统所执行的迭代多级检测过程的仿真结果的图示。

具体实施方式

本发明的各个方面在下面的详细描述中体现。然而，对于本领域的普通技术人员而言可以理解，本发明可仅通过本发明的一些或全部方面来实施。出于说明的目的，设置了特定的数值、材料和构造以便更全面地理解本发明。然而，对于本领域的技术人员而言很明显，本发明可不需特定细节就可实施。在其它一些情况下忽略或简化了众所周知的特征，以便不会混淆本发明。

下面将以最有助于理解本发明的方式来依次介绍作为多个分离步骤的各个操作，然而，该介绍的次序不应被解释为这些操作必须按照次序来进行，特别是按照陈述步骤的次序来进行。另外，短语“在一个实施例中”将会重复使用，然而该短语不必指同一实施例，尽管也可指同一实施例。

根据若干实施例的本发明允许与K个分离的天线单元相关的K个信号信道采用K个以下的正交序列而被多路复用到接收器的信号处理链上。结果，另外将限于N个天线单元的扩展因子N所表征的采用单个接收链的接收器可结合有N个以上的天线单元；因此增加了接收器的容量。

本发明可应用于移动装置以及基础设施装置(如基站和接入点)上。另外，本发明可应用于几乎所有已知的无线标准和调制方案(例如GSM、CDMA2000、WCDMA、WLAN、固定无线标准、OFDM和CDMA)中。如下所述，本发明提供的各种优点来自于，将从多个天线单元已接收的信号多路复用到公用的接收链处理通路上以便减少整个功耗和成本。

为了便于理解本发明的原理，参考图1-4提供了对各种传统的设计成可减少延迟扩展、干扰和衰减效应的多单元天线系统的简要概述。

首先参考图1，图中显示了现有的分集接收器100的框图，其中多天线单元已接收的信号被加权和组合起来以产生输出信号。在现有的分集接收器100中显示了M个天线单元102的集合，各相应的天线单元与包括有相应的加权部分110、112、114的并行接收链104、106、108相连接。接收链104、106、108全部与设置成可产生合成信号118的复合器116相连接。

M个天线单元阵列通常提供了增大的天线增益“M”。这种阵列还提供了可根据天线单元之间的衰减相关来抵抗多路衰减的分集增益。在该上下文中，天线增益被定义为用于给定平均输出信噪比(SNR)的所要求的接收信号功率的减小，而分集增益被定义为用于带有衰减的给定误码率(BER)的所要求平均输出SNR中的减小。

为了减轻干扰，各M个天线单元102在各加权部分110、112、114处加权并在复合器116中进行组合，以便使信号与干扰加噪声之比(SINR)之比最大。该加权过程通常以使均方误差最小化的方式来实施，并利用干扰相关来减小干扰功率。

请参照图2，图中显示了现有的时空(ST)滤波装置200的框图。图中显示了分别与第一线性均衡器206和第二线性均衡器208相连的第一天线202和第二天线204。第一和第二线性均衡器206、208的每一个的输出端与复合器210相连，而复合器210的输出端与MLSE/DFE部分212相连。

图2所示滤波装置设计成可利用接缝时空处理来消除延迟扩展。通常，由于接收器处的CCI是未知的，在最小均方误差(MMSE)或最大信号与干扰加噪声之比(SINR)之比的意义上，最佳的时空(ST)均衡器通常包括白化滤波器。例如，在空间和时间上白化CCI的线性均衡器(LE)206、208，以及图2所示滤波设置是这种系统的典型。如图2所示，线性均衡器(LE)206、208跟随有MLSE/DFE部分212所表示的非线性滤波器，其采用判定反馈均衡器(DFE)或最大可能序列估计器(MLSE)来实施。

本领域的普通技术人员可以理解，还可使用涡轮原理来代替非线性滤波器，其具有较高性能，但也具有较高的计算复杂性。已经报道，采用ST处理(STP)技术，可利用最小数量的天线单元来实现高达7分贝的SNR增益以及高达21分贝的SINR增益。

接下来参考图3，图中是无线通信系统300中的多输入/多输出天线设置的一般表示。还显示了连接到多个发射天线304上的发射器(TX)302，其显示为可通过随时变阻碍306来将信号传输至连接到接收器(RX)310的多个接收天线308上。

除了多输入/多输出天线(MIMO)设置之外，还可根据“输入”和“输出”的数量，将其它天线设置分类至连接发射器和接收器的信道上：

单输入/单输出(SISO)系统，其包括带有用于上行和下行通信的单天线的收发器(例如移动单元和基站)。

多输入/单输出(MISO)系统，其包括一个或多个通过多个天线输入来下行通信的接收器，以及一个或多个通过单天线输出来上行通信的发射器。

单输入/多输出(SIMO)系统，其包括一个或多个通过单天线输入来下行通信的接收器，以及一个或多个通过多天线输出来上行通信的发射器。

多单元天线设置、特别是MIMO的一方面的吸引力在于，可通过采用这些设置来极大地增加系统容量。假设发射器和接收器处的适用信道的完美估计是可得到的，则在带有M个接收天线的MIMO系统中，已接收的信号被分解成M个独立的信道。这导致相对于SISO系统有M倍的容量增加。对于固定的整体发射功率而言，MIMO所提供的容量随着用于大量但为实用数量的M个天线单元的SNR的增加而成比例地增大。

在衰减的多路信道的特定情况下，已经发现，使用MIMO设置允许容量对于SNR每增加3分贝而言可按比例增加近M个另外的比特位/周期。该MIMO的按比例缩放属性与基线配置形成对比，其表征为M＝1，它按照Shannon的经典公式对于SNR每增加3分贝而言就可增加一个比特/周期。可以注意到，MIMO系统所提供的该容量增加可得以实现，同时相对于单个单元的基线配置没有任何另外的带宽。

然而，无线通信系统中(特别是在无线手机中)的多单元天线设置的广泛利用已经受到所产生的复杂性增加以及相关的所增加功耗、成本和尺寸的阻碍。这些参数的增加至少部分地来自于其中为各天线单元提供分离的接收器链的许多被提出的体系结构。

已经发展出可利用具有较少数量的信号处理链的多天线单元包括将来自于多天线的信号多路复用至相关的待授权专利申请10/606371中所公开的单个处理链上，该申请题名为“利用多路复用接收链处理的复杂性降低的天线系统”，申请日为2003年6月27日，其被委托给本发明的代理人并通过对其整体的引用而结合于本文中。

接下来请参考图4，图中显示了天线处理系统400，其设置成可减少与根据上述美国专利申请10/606371的天线阵相关的分离的信号处理链的数量。如图所示，天线处理系统400包括连接到与单个信号处理链416相连的多路复用器410上的N个天线402、404、406和408。多路复用器410设置成正交地将N个信道(与N个天线402相对应)多路复用至信号处理链416上，并且表征为扩展因子N，即多路复用器410利用长度为N的N个正交序列。

在操作中，N个天线402的每一个接收空间上的不同单元处的入射RF信号，并将复制的入射RF信号提供给多路复用器410。结果，多路复用器410接收入射RF信号的N个复制信号。然后多路复用器410将N个入射RF信号的复制信号正交多路复用到单个处理链416上以形成包括有N个多路复用信道的多路复用信号。由于各N个信道在多路复用过程中被分配了不同的正交信号，因此在信号处理链416内的N个多路复用信道之间存在着可控程度的干扰。

一旦多路复用信号被提供到信号处理链416上之后，其会进行降频变换、滤波并从模拟形式的信号变换成数字多路复用信号。然后，数字多路复用信号由多路分解器436多路分解成N个分离的信号，其对应于N个天线处接收的N个复制信号。然后对该N个分离的信号进行传统的空间处理。

尽管天线处理系统400对于为每个天线采用了分离的信号处理链的系统来说可提供极大的成本和功率节省，然而在一些应用中最好是天线处理系统400可支持N个以上的信道，即N个以上的天线。然而，由于N个正交序列中的每一个已经由N个天线中的一个使用，因此多路复用至信号处理链416上的另加信道不会与N个多路复用信道中的至少一个正交。结果，改另外的信道不仅会将有害干扰传递至一个或多个N个多路复用信道上，还会从N个多路复用信道的至少一个上接收到较大的干扰。

下面进行全面评述，如下文中更详细的描述，本发明的迭代多级检测技术可用于提供一种利用多单元天线设置来增加无线系统容量的成本高效的方式。在本发明的一方面中，天线系统设置成可利用N个N长度的正交序列而将K个信道正交式多路复用至单个信号处理链上。该K个信道包括第一组N个信道和第二组M个信道(M个信道与N个信道分开且不同)，其中K＝N+M，在一个示例性实施例中M＜N。因此，在信号处理链上产生了多路复用信号，其包括第一组N个多路复用信道和第二组M个多路复用信道。

根据本发明的一方面，利用迭代处理来接收多路复用信号。在第一迭代中，将从第一组N个信道传递给第二组M个信道的干扰从多路复用信号中移除，从而可以可靠地估计与第二组M个信道相关的符号值。在第二迭代中，将从第二组M个信道传递给第一组N个信道的干扰从第一组N个信道移除，从而可以可靠地估计与第一组N个信道相关的符号值。这样，可利用K个以下的正交序列来将K个信道多路复用至单个接收器链上，然后在处理后(即在降频变换和数字化之后)由接收器链进行可靠的估计。

接下来请参考图5，其显示了根据本发明的一个示例性实施例的结合有天线系统的接收器500的高级框图。在参考图5的同时请参考图6，图6显示了由天线系统500所执行以通过根据本实施例的多个天线来接收信号的步骤的流程图。如图所示，天线系统500包括N信道的多路复用器502，以及M信道的多路复用器507。N信道的多路复用器502设置成可通过一组N个分离的天线505来接收N个复制信号，M信道的多路复用器507设置成可通过一组M个分离的天线508来接收M个复制信号。N和M信道的多路复用器502、507共同接收K个复制信号(即K＝M+N)(步骤600)。

在操作中，N信道的多路复用器502和M信道的多路复用器507与求和模块530相互配合，共同将K个复制信号多路复用至信号处理链510上(步骤602)。在一个示例性实施例中，N信道的多路复用器502为N个复制信号中的每一个分配了N个正交时序中的相应之一，以形成第一合成信号。N信道的多路复用器502然后将共用的第一PN扰频序列覆盖在第一合成信号上，从而形成了第一组N个扰频信号512(在这里也称为“第一组N个信道”或“1组信道”)。

同样，M信道的多路复用器507将N个正交序列中的每M个分配给M个复制信号中的相应之一，以形成第二合成信号。换句话说，M信道的多路复用器507重新使用N个正交序列的子集来形成第二合成信号。第二多路复用器507然后将第二PN扰频序列覆盖在第二合成信号上，从而形成了第二组M个扰频信号514(在这里也称为“第二组M个信道”或“2组信道”)。求和模块530然后将第一组N个信道和第二组M个信道组合起来，从而形成了多路复用信号516，其被提供给信号处理链510。在信号处理链510中，多路复用信号516由降频变换模块540(例如从射频RF变换成基带频率的混频器)进行降频变换，由滤波器542进行滤波，然后由模数转换器(ADC)544进行数字化。

假定在整个天线系统500上建立了时间同步，则在第一组N个信道之间在处理链510中基本上不存在相互干扰。也就是说，第一组N个信道只会因第二组M个信道而经历干扰。与第二组M信道(假定有用信号功率被标准化为1)中的每一个相关的干扰功率(即同相的和正交相位能量)是1/N。由此可见，由第一组N个信道所经历的整个干扰功率是M/N。只要M保持比N要小，就可以对通过第一组N个信道来传输的符号值进行至少为初步的确定。然而，由于第二组M信道的每一个经历了由第一组N个信道所形成的干扰功率N(1/N)或1，因此与第二组M信道相关的符号值不会通过直接应用传统技术而以任何合理程度的可信度被估计到。

如图5所示，在多路复用信号516被降频变换、滤波和数字化之后，所得到的基带多路复用信号546提供给信号恢复模块550。通常，信号恢复模块550接收基带多路复用信号546并恢复K个分离的信号，其对应于由K个天线已接收的K个已接收的复制信号。

首先，信号恢复模块550接收基带多路复用信号546，并从多路复用信号中去除由第二组M个信道上的第一组N个信道所传递的干扰(步骤604)。在一个示例性实施例中，信号恢复模块550通过从基带多路复用信号546上多路分解第一组N个信道而确定由第二组M个信道上的第一组N个所传递的干扰，建立起通过第一组N个信道已接收的初步符号值，然后根据这些初步符号值来合成与第一组N个信道相关的集合干扰信号。集合干扰信号还提供了通过第一组N个信道所传输的符号流的估计。

在从基带多路复用信号546上去除来自第一组N个信道的干扰之后，信号恢复模块550从第二组M个信道的预估中多路分解M个分离信号(对应于M个复制信号)(步骤606)。由于来自第一组N个信道的干扰首先从基带多路复用信号546上去除以形成第二组M个信道的初步估计，因此信号恢复模块550可以可靠地估计与M个分离信号相关的符号值。

在第二信号恢复迭代过程中，来自第二组M个信道的干扰随后从与第一组N个信道的符号流的估计中去除(在步骤604中产生)，以便提供对这些符号流的修正估计(步骤608)。由于第一组N个信道的初步符号值首先是在存在着来自第二组M个信道的干扰的情况下得到的，因此该步骤去除了源于第二组M个信道的干扰，因此第一组N个信道的符号值可得以更可靠地估计到。

信号恢复模块550然后从基带多路复用信号546中多路分解经修正估计的第一组N个信道而成为N个分离的信号(对应于入射RF信号的N个复制信号)(步骤610)。

然后信号恢复模块550提供K个分离的信号(即N个分离的信号和M个分离的信号)至信号处理部分570以便进行进一步的处理。信号处理部分570可包括另外的空间和迭代(turbo)处理，以及解交错(比特位和/或符号级)和信道解码。

请参照图7，其提供了根据本发明的设置成可进行迭代多级检测的多天线接收器系统700的框图。接收器系统700包括多级接收器单元710，其设置成可接收和处理由K单元天线阵712收集的RF信号能量。如图所示，接收器系统还包括信号恢复模块714，其用于分开K个多路复用信道。这样，在K单元天线阵列712处接收、由K个多路复用信道所传输的K个符号流可在信号恢复模块714处被分开和恢复。如图所示，信号恢复部分714包括一个N信道恢复部分716和一个M信道恢复部分718，其相互配合以执行信号恢复模块714的功能。具体而言，N信道恢复部分716用于分别提供N个分离的符号流和M个分离的符号流。N个分离的符号流和M个分离的符号流一起提供K个分离的符号流，其对应于(如精密估计)在K单元天线阵列712处已接收的K个符号流。

如图所示，天线阵列712包括第一组N个空间上分开的接收天线704和第二组M个空间上分开的接收天线708。N个天线704和M个天线708将包括有第一组N个信道和第二组M个信道的RF信号耦合到接收器单元710中。已接收的RF信号经过N个天线704而到达1组信道扩展模块720和经过M个天线708而到达2组信道扩展模块727。在扩展模块720内，从N个天线单元704₁、704₂和704_N接收的N个接收的复制信号a₁、a₂、...a_N各自被与第一组N个信道相关的N个长度为N的正交序列所扩展开。

同样，在扩展模块727内，从M个天线单元704_N+1、704_N+2和704_N+M接收的M个接收的复制信号a_N+1、a_N+2、...a_N+M各自被与第一组M个信道相关的M个长度为N的正交序列所扩展开。一组N个扩展信号730由扩展模块720提供至求和模块731，其可操作以提供1组复合信道信号至第一混频器单元732。由扩展模块727以类似方式向求和模块736提供一组M个扩展信号737，其可向第二混频器单元740有效提供2组复合信道信号。

如图7所示，1组复合信道信号在第一混频器单元732处采用第一PN扰频序列P1来进行扰频，2组复合信道信号在第二混频器单元740处采用第二PN扰频序列P2来进行扰频。所得到的1组和2组信道扰频信号(在这里分别被称为第一组N个信道信号和第二组M个信道信号)被组合在求和模块744中，以形成包括有第一组N个信道信号和第二组M个信道信号的多路复用信号745。多路复用信号745在RF处理模块778内进行滤波、从RF进行降频变换、以及进行数字化以重新形成多路复用信号745，其可作为基带频率下的从已接收的抽样所组成的基带多路复用信号746。

RF处理模块778的基带多路复用信号746的输出提供至信号恢复模块714中的缓冲器749，并且缓冲器749通过开关750而可切换式地连接到基带混频器单元752上。

如图所示，第一PN扰频序列P₁的共扼数P₁ ^*也应用到基带混频器单元752上，其与1组信道去扩展模块756配合起来以用于去扩展已接收的第一组N个信道信号。特别是，在去扩展模块756内，N个正交时序的每一个的共扼复数各自被用于完成从基带混频器单元752已接收的N个基带信号流760的去扩展。也就是说，N个基带信号的每一个由N个正交时序之一来去扩展。在一个示例性实施例中，去扩展模块756包括一组N个复合相关器，其配合到第一组N个信道中的N个信道上。来自于去扩展模块756的该组N个去扩展基带信号然后经过相应的一组N个阈值探测器764，其产生了用于已接收的第一组N个信道信号的每一个的当前符号值的最初估计(即和

根据本发明，用于第一组N个信道信号的估计符号值和

用于合成干扰信号，其试图复制已接收的第一组N个信道信号的基带信号波形。具体而言，第一组N个信道信号的估计符号值

和

由重新扩展模块768加工，其可采用N个正交时序的可用之一来扩展各个该符号值。所得到的重新扩展的这组N个信道信号然后被组合在求和模块772中以便产生复合重新扩展信号。如图所示，复合重新扩展信号采用第一PN扰频序列P₁在混频器单元776中进行扰频，从而产生重新形成的一组N个信道信号777，其作为干扰信号780提供到M信道恢复部分718中的不同部件782上。重新形成的这组信道信号777还提供至加法器单元798上，用于在第二次迭代过程中使用。

不同的单元782设置成可接收用于第一组N个信道的干扰信号780和来自延迟元件787的基带多路复用信号746。与第二组M个信道信号的基带信号波形相近似的不同元件782的输出由混频器单元786采用第二PN序列P₂的共扼复数P₂ ^*来进行解码。所得到的解码信号然后通过与第二组M个信道相关的M个正交时序的每一个而在去扩展模块788内进行去扩展。在一个示例性实施例中，去扩展模块788包括一组M个复相关器，其与第一组M个信道中的M个信道相匹配。将来自去扩展模块788所得到的一组M去扩展基带信号施加到一组M个阈值检测器790上，其产生了用于每一个第二组M个信道信号的当前符号值的估计值。第二组M个信道信号的所估计的当前符号值通过第二去扩展模块792来处理，其可操作以利用M个正交时序的可用之一(即由第二组去扩展模块727的信道所使用的N个正交序列)来扩展每个这样的值。所得到的重新扩展的M个信道信号的组然后在求和模块794中组合起来，以产生第二复合重新扩展信号。如图所示，第二复合重新扩展信号然后利用第二PN序列P₂在混频器单元796内进行扰频，从而产生再生的M个信道信号组797，其被提供至加法器单元798。

结果，在第一迭代期间得以提供K个分离的估计符号值，即第一组N个信道信号的估计符号值

以及第二组N个信道信号的估计符号值

加法器单元798将再生的N个信道信号777的组以及再生的M个信道信号797的组组合起来以形成再生的基带多路复用信号799，其根据一个示例性实施例如本文所述地在第二迭代过程中被处理以产生K个分离的符号值的更精确的组。

通过简要地考虑分别在N个天线505和M个天线508处接收的N和M个复制信号的展开和扰频，就可以更容易地理解迭代去干扰过程。首先，假设{W_i|i＝1，2，...，N}指的是用于展开第一组N个信道信号的N个二进制正交时序。第i个序列可表示为W_i＝(W_i，1，W_i，2，...，W_i，N)，其中W_i，m表示第m个序列W_i的芯片。应注意的是，各序列W_i独立于符号指数，因为各序列从第一个符号重复至下一个符号。接下来，假定{P_n|n＝1，2}指的是第一组和第二组PN扰频序列，其重叠在第一组N个信道信号的时间正交序列上。尽管第一组和第二组PN序列P₁和P₂不重复，然而符号指数也可从PN序列上除去，这是因为具有意义的信号处理是无记忆的。也就是说，对当前符号的检测不会涉及到从以前和将来的符号中得到信号样本。因此，各PN序列可表达为P_n＝(P_n，1，P_n，2，...，P_n，N)。所得到的用于信道i(i＝1，2，...，N)和信道N+k(k＝1，2，...，M)的组合序列分别表示为(α_i，1，α_i，2，...，α_i，N)和(β_k，1，β_k，2，...，β_k，N)，其中α_i，m＝w_i，mP_l，m，β_k，m＝w_i，mp_2，m，m＝1，2，...，N。

由于需要将合成干扰信号的功率均匀地分在可用信号(不考虑载波相位)的同相和正交分量上，因此考虑复值的PN序列；也就是说，芯片P_n，m随意地设定来自组{exp(jπ/2)，exp(-jπ/2)，exp(-j3π/2)，exp(j3π/2)}的值。

接下来参考图8，其显示了当执行根据本发明的一个实施例的迭代多级检测过程时由多天线接收器系统700所执行的步骤的流程图。

如前所述，限制了影响第一组N个信道的干扰。因此，可紧接于相应的组合芯片序列之后利用阈值检测器来进行第一组N个信道信号的符号值的初始估计(步骤802)。该检测处理步骤产生了用于第一组N个信道信号的以下组的初始判定：

然后利用初始判定

来合成由第一组N个信道相对于第二组M个信道所造成的干扰估计值(步骤804)。然后从多路复用信号的基带信号能量中减去该干扰估计值(步骤806)，从而产生对应于第二组M个信道信号(基带处)估计值的差分信号。假设第二组M个信道中的每一个可由指数N+k(k＝1，2，...，M)来识别，那么来自第一组N个信道的整个干扰可表示为：

I_{N + k} = \frac{1}{N} Σ_{i = 1}^{N} a_{i} [Σ_{j = 1}^{N} (α_{i, j} β_{k, j}^{*})] - - - (1)

其中a_i是在当前符号间隔过程中的第i个信道的数据符号。(1)中的外部求和中的每项表示来自N个信道的其中之一的干扰。由于芯片序列(α_i，1，α_i，2，...，α_i，N)和(β_k,1，β_k，2，...，β_k，N)对接受器而言是已知的，因此一旦已经确定了对应于第一组N个信道的信道1至N的符号之后，就可以估计I_N+k。在将结果发送至阈值检测器之前，将该估计值I_N+k从相关器输出处的相应信号中减去。

在从多路复用信号中除去由第一组N个信道所造成的干扰估计值之后，紧接于由去扩展模块788所进行的去扩展之后，采用阈值检测器790来估计已接收的第二组M个信道信号的符号值(步骤808)。该检测处理的步骤产生了用于第二组M个信道信号的以下符号判定的组：

如果在步骤802中正确地进行了用于第一组N个信道信号的所有初始判定

完全的干扰取消有效地产生于步骤806处，当在步骤808处估计第二组M个信道信号的符号值时，基本上在第一组N个信道信号与第二组M个信道信号之间没有相互干扰。然而，产生于步骤802处的关于

的各个不正确判定将使相应的估计值I_N+k增加，从而减少第二组M个信道信号的精确估计的可能性。

在一个示例性实施例中，为了增加第二组M个信道所传输的符号的检测精度，可以执行第二迭代。具体而言，在第一迭代中为第二组M个信道所进行的符号判定

用于合成第二组M个信道信号的干扰(步骤810)。然后从第一组N个信道信号中减去第二组M个信道的干扰(步骤812)。

在第一迭代中，由RF处理模块778所产生的基带多路复用信号746在缓冲器749内进行缓冲，并通过开关750直接耦合到混频器单元752中。在第二和任何后续的迭代中，开关750设定成将来自加法器单元798的再生基带多路复用信号799(从混频器单元776和796中得到)耦合到基带混频器单元752上，而缓冲器749填充有自RF处理模块778接收的输入信号。理论上，在缓冲器容量已填充了新的RF信号之前，进行所有的迭代，同时缓冲器749得以更新和完成。换句话说，迭代处理在一个位间隔内(即在一个比特持续时间内)进行，使得缓冲器749的大小保持可控。在一个示例性实施例中，在比一个比特持续时间更短的时段内进行迭代处理，当缓冲器749填充有新的一组比特样本时，便开始由信号恢复模块714所进行的新的一组比特样本的处理。

来自第k个信道信号中的第二组M个信道的干扰由下式给出：

I_{k} = \frac{1}{N} Σ_{i = 1}^{N} a_{N + i} [Σ_{j = 1}^{N} (β_{i, j} α_{k, j}^{*})] - - - (2)

该干扰通过用

来替代以上方程(2)中的a_N+i来合成，其中i＝1，2，...，M。由于

{\hat{a}}_{N + i} = a_{N + i}

的几率接近于1，因此所合成的复制信号实际上通常等于实际的干扰。

在一个示例性实施例中，在第二迭代期间，通过基带混频器单元752和第1组去扩展模块756来对再生基带多路复用信号799进行去扰频和去扩展，以提供N个去扩展的基带信号。然后在去扩展模块756的输出处，从N个去扩展的基带信号组的第k个信号中减去来自步骤810的第二组M个信道信号(在第一迭代中确定)所产生的合成干扰；因此从第一组N个信道信号中有效地减去第二组M个信道的干扰(步骤812)。

通过从N个去扩展的基带信号组的第k个信号中减去合成干扰所产生的N个减少了干扰的信号传递到可用阈值检测器790。对于所有的第一组N个信道来重复该过程，以判定第一组N个信道信号的所修正的N个符号值的组(步骤814)。

然后根据符号值的修正组来确定第一组N个信道相对于第二组M个信道所造成的干扰的修正估计值(步骤816)。在一个示例性实施例中，第一组N个信道的修正符号值由重新扩展模块768来重新扩展，在求和模块772内重新组合，并且在混频器单元776内采用第一PN序列P₁进行扰频，从而产生另一干扰信号780，其从差分单元782处的再生的基带多路复用信号中减去，从而产生与第二组M个信道的估计值相对应的差分信号(步骤816)。

在减去第一组N个信道的干扰之后，接着在第二迭代期间进行用于第二组M个信道的符号值判定(步骤818)。就此而言，由第二组M个信道的第k个信道(即信道N+k)所经历的整个干扰由方程(1)给出。在减去该整个干扰的最佳可得到的估计值之后，用于第二组M个信道的第k个信道的去扩展模块788的输出发送至M个阈值检测器790的相应组处，其产生了第二组M个信道信号的M个符号值的修正组。

因此，在第二迭代之后，第一组N个信道信号的N个符号值的修正组和第二组M个信道信号的M个符号值的修正组由信号恢复部分714来提供。这些修正的符号值一起提供了k个分离的符号值，其对应于在K单元天线阵列712处已接收的K个接收的复制信号中的K个符号流。

已经发现，当过多信道M的数量限制于扩展因子N的大约25％时，执行两个或三个迭代就可产生足够好的性能，使得不需要更多的迭代。当过多信道M的数量接近N的大约25％时，能够发现可通过执行更多的迭代来改善性能。

下面描述仿真结果，图9-13描述了采用两组正交扩展序列来进行的上述迭代多级检测处理的不同结果。在图9-12中采用的扩展因子N为16，而在图13中扩展因子N为7。“过多”信道M的数量在图9-12中分别选择为1、2、3和7，而M在图13中选择为1。另外，在基带处专门地执行仿真(没有仿真调制或频谱形状滤波)，假设采用AWGN信道和同步操作(即同步时间扩展)。

参考图9-13，迹线A表示理想的单用户界限，而迹线B表示通过模拟得到的单个未解码信道(即作为“单用户界限”)的性能。另外，迹线C表示在干扰取消性能前的第一组N个信道的位误码率(BER)，迹线D表示在干扰取消前的第二组M个信道的BER，迹线E表示干扰取消前的全部BER(即第一组N个信道和第二组M个信道两者)。干扰取消之后的第一组N个信道的BER由迹线F表示，干扰取消的第一迭代之后的第二组M个信道的BER由迹线G表示，干扰取消的第一迭代之后的整体BER由迹线H表示。最后，干扰取消的第二迭代之后的第一组N个信道的BER由迹线I表示，干扰取消的第二迭代之后的第二组M个信道的BER由迹线J表示，干扰取消的第二迭代之后的整体BER由迹线K表示。

尽管由图9-13所表示的仿真揭示了该创造性的迭代多级检测技术的某些实施例的有效性，然而N值为16(其导致采用至少16个天线)在某些应用中是不实际的。然而，图13显示了在当前实际条件下的创造性技术的有效性(即N＝7，M＝1)。

在图9-13的仿真中，其采用了复杂的PN扰频序列。具体而言，所提出的分开了π/2的复杂扰频序列符号由分开π/7间隔的符号来代替。未发现基于实值PN扰频序列的其它模拟可产生类似的BER性能。

出于说明目的，上述介绍采用了专用术语来提供对本发明的彻底理解。然而，对于本领域的技术人员而言很明显，不要求采用这些特定的细节来实施本发明。在其它情况下，以框图形式显示了众所周知的电路和器件，以避免对根本性的本发明的不必要干扰。因此，对本发明的特定实施例的上述介绍只是出于显示和介绍的目的。它们并非旨在穷举或将本发明限于所公开的确切形式，很显然，在阅读了以上内容之后可以知道许多的修改和变动也是可行的。这些实施例被选择和介绍以便最佳地说明本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员可最佳地应用本发明以及适合于特定应用的各种经修改的实施例。

例如，介绍了一个示例性实施例，其中执行了符号级程序以便在去扩展模块756的相关器输出处从第一组N个信道信号中去除由第二组M个信道信号所产生的干扰。应当认识到在一个另选实施例中，如同采用差分单元782从第二组M个信道信号中去除由第一组N个信道信号所造成的干扰一样，可采用差分单元在芯片级从第一组N个信道信号中去除由第二组M个信道信号所产生的干扰。

另外，在所介绍的示例性实施例中，采用差分单元782在芯片级从第二组M个信道信号中去除由第一组N个信道信号所造成的干扰。在一个另选实施例中，可在去扩展模块788之后的相关器输出处在符号级从第二组M个信道信号中移除由第一组N个信道信号所造成的干扰。换句话说，来自第一组N个信道信号或第二组M个信道信号的干扰可在芯片或符号级移除，并且仍然属于本发明的范围。

Claims

1.一种用于接收信号的方法，其特征在于，该方法包括：接收K个复制信号，K个复制信号中的一个复制信号由对应的K个天线中的一个天线来接收，以便因此而分别产生K个已接收的复制信号；K个已接收的复制信号中的一个复制信号由N个正交序列中的一个正交序列来处理，从而产生K个已处理的复制信号，其中N小于K；将K个已处理的复制信号正交多路复用成提供给信号处理链的多路复用信号；在信号处理链内将多路复用信号降频变换成基带多路复用信号；及将基带多路复用信号变换成K个分离信号，其中，K个分离信号中的一个分离信号对应于K个复制信号中的一个复制信号；其中，

所述处理过程包括：为K个已接收的复制信号的N个中的每一个复制信号分别对应分配N个正交序列中的一个正交序列，以便因此而产生第一合成信号；根据第一扰频序列对第一合成信号进行扰频，从而产生第一组N个信道信号；为K个已接收的复制信号的M个中的每一个复制信号分别对应分配M个正交序列中的一个正交序列，以便因此而产生第二合成信号，其中M个正交序列是N个正交序列的子集；根据第二扰频序列对第二合成信号进行扰频，从而产生第二组M个信道信号；组合第一组N个信道信号和第二组M个信道信号，从而产生多路复用信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将基带多路复用信号变换成K个分离信号包括：从第二组M个信道信号中移除由第一组N个信道信号所引起的干扰，从而产生包括有K个分离信号的子集的M个干扰减少的信号。

3.一种用于接收信号的装置，包括K个天线单元，其特征在于，所述K个天线单元设置成可接收K个复制信号中的其中一个，以便因此而产生K个已接收的复制信号；信号处理链；第一多路复用器，其设置成可接收K个所接收的复制信号中的N个并产生第一组N个信道信号，其中N个信道信号中的每一个信道信号根据N个正交序列中的一个正交序列而传播，并与其中N个已接收的复制信号中的一个复制信号相对应；第二多路复用器，其设置成可接受K个所接收的复制信号中的M个并产生第二组M个信道信号，其中M个信道信号中的每一个信道信号根据N个正交序列中的一个正交序列而传播，并与其中M个已接收的复制信号中的一个复制信号相对应；求和部分，其中，该求和部分的输入端分别与第一和第二多路复用器连接而输出端与信号处理链连接，以用于将第一组N个信道信号和第二组M个信道信号组合成多路复用信号并将多路复用信号提供至信号处理链；降频变换模块，其设置成可在信号处理链内将多路复用信号降频变换成基带多路复用信号；以及连接到信号处理链上的信号恢复模块，其中该信号恢复模块设置成可接收基带多路复用信号并提供来自基带多路复用信号的K个分离信号，其中K个分离信号中的一个分离信号对应于K个复制信号中的一个复制信号。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一多路复用器包括：连接到K个天线单元中的N个上的第一扩展模块，其中第一扩展模块设置成可接收K个天线单元中的N个天线单元发送的N个复制信号，并利用N个正交序列对N个已接收的复制信号进行正交扩展以便产生一组N个扩展信号，其中N个复制信号与N个正交序列分别一一对应；连接到第一扩展模块上的第一求和模块，其中第一求和模块设置成可将一组N个扩展信号组合起来以便产生第一合成信号；及连接到第一求和模块上的第一扰频部分，其中第一扰频部分设置成可通过对第一合成信号扰频而产生第一组N个信号。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第二多路复用器包括：连接到K个天线单元中的M个上的第二扩展模块，其中第二扩展模块设置成可接收K个天线单元中的M个天线单元发送的M个复制信号，并利用N个正交序列中的M个正交序列对M个已接收的复制信号进行正交扩展以便产生一组M个扩展信号，其中M个复制信号与M个正交序列分别一一对应；连接到第二扩展模块上的第二求和模块，其中第二求和模块设置成可将一组M个扩展信号组合起来以便产生第二合成信号；及连接到第二求和模块上的第二扰频部分，其中第二扰频部分设置成可通过对第二合成信号扰频而产生第二组M个信道信号。

6.一种用于接收信号的装置，其特征在于：该装置包括具有K个天线单元的天线阵列，其中K个天线单元在空间上设置成可接收K个复制信号中的一个，从而产生K个已接收的复制信号；信号处理链；利用N个正交序列中的一个正交序列来处理K个已接收的复制信号中的一个复制信号的装置，从而产生K个已处理的复制信号，其中N小于K；将K个已处理的复制信号正交多路复用成提供给信号处理链的多路复用信号的装置；在信号处理链内将多路复用信号降频变换成基带多路复用信号的装置；及将基带多路复用信号变换成K个分离信号的装置，其中K个分离信号中的一个分离信号对应于K个复制信号中的一个复制信号；

7.一种用于将K个信道多路复用至接收器链上的方法，其特征在于：所述K个信道包括对应于N个天线单元的N个信道以及对应于M个天线单元的M个信道，所述方法包括：根据N个正交序列，形成N个信道，N个正交序列中的一个正交序列与N个信道中的一个信道相对应；将第一扰频序列覆盖在N个信道上以形成第一组N个信道；根据N个正交序列，形成M个信道，N个正交序列中的一个正交序列与M个信道中的一个信道相对应；将第二扰频序列覆盖在M个传播信道上以形成第二组M个信道；将第一组N个信道与第二组M个信道组合起来以形成K个多路复用信道；及向接收器链提供K个多路复用信道。

8.一种分离K个符号流的方法，其特征在于：所述K个符号流中的每一个可通过接收器链中的K个相应的正交扩展信道来传输，K个信道包括第一组N个信道和第二组M个信道，以及N个信道和扩展的M个信道，其中，N个正交序列中的一个正交序列与N个信道中的一个信道相对应以合成信号，N个正交序列中的一个正交序列与M个信道中的一个信道相对应以扩展信道，所述方法包括：将第一组N个信道去扩展以产生N个分离信号；检测来自N个分离信号的一组N个符号，其中N个符号中的一个符号通过N个信道中的一个信道来传输；基于该组N个符号产生由第一组N个信道带来的第一干扰信号；从第二组M个信道中减去第一干扰信号；去扩展第二组M个信道减去干扰信号之后形成的第二组M个信道的初步估计以形成M个分离信号；检测来自M个分离信号的一组M个符号，其中M个符号中的一个符号通过M个信道中的一个信道来传输；及提供K个分离符号，其中该K个分离符号包括N个符号组和M个符号组；

其中，基于与第二组M个信道相关的M个符号值产生由第二组M个信道带来的第二干扰信号；从第一组N个信道中减去第二干扰信号；确定与第一组N个信道相关的N个符号值的修正组；K个分离符号，其中该K个分离符号包括与第一组N个信道相关的N个符号值的修正组和与第二组M个信道相关的M个符号值。

9.一种用于通过天线阵来接收信号的方法，包括：接收K个复制信号，K个复制信号中的一个复制信号由天线阵列的相应K个天线单元中的一个天线单元来接收，其中K个复制信号包括已接收信号中的N个复制信号和M个其它复制信号；将该N个复制信号和M个复制信号多路复用成提供给信号处理链的多路复用信号；从多路复用信号中移除因N个信号所造成的干扰；在移除因N个信号所造成的干扰之后，多路分解来自多路复用信号的M个信号，从而形成M个已检波的信号；从多路复用信号中去掉因M个信号所造成的干扰；在去掉因M个信号所造成的干扰之后，多路分解来自多路复用信号的N个信号，从而产生N个已检波信号。