專利名稱：移動通信系統(tǒng)中的接收機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動通信系統(tǒng)中的接收機，并且具體地涉及利用串聯(lián)的自適應(yīng)陣列天線和干擾消除器消除干擾信號的設(shè)備與方法。
由于近來移動通信的快速增長需求，已更多地關(guān)注CDMA(碼分多址)，主要有兩類CDMA系統(tǒng)，DS(直接序列)-CDMA，應(yīng)用擴頻技術(shù)；和FH(跳頻)-CDMA。許多研究已積極地探索DS-CDMA的實施。在朝鮮，數(shù)字DS-CDMA通信系統(tǒng)已進行開發(fā)并投入服務(wù)，此國家也選擇DS-CDMA用于PCS(個人通信服務(wù))。
降低此DS-CDMA系統(tǒng)性能的主要原因是由多經(jīng)傳播導(dǎo)致的多徑衰落和由于許多用戶共同使用同一信道而引起的多用戶干擾(MUI)，即，只有減輕多徑衰落和MUI的影響，才能改善系統(tǒng)性能。
可利用兩種技術(shù)減輕MUI使用自適應(yīng)陣列天線；和基于相關(guān)性的同頻道干擾(CCI)消除。自適應(yīng)陣列天線利用其方向性合適的控制能有效地除去干擾信號，但在消除以與所需信號相同的角度接收的不需要信號方面受到限制。另一方面，同頻道干擾消除技術(shù)保證MUI的除去并因此保證系統(tǒng)性能的改善。然而，同頻道干擾的減輕要求呈現(xiàn)極好相關(guān)特性的PN(偽噪聲)碼和干擾消除器，并且隨著同時接入系統(tǒng)的用戶數(shù)量的增加，硬件復(fù)雜性也增加，這是因為來自所有用戶的不需要的擴頻信號進行解調(diào)、再擴展并隨后從所接收的信號中進行提取以便利用數(shù)字濾波器恢復(fù)所需信號。
為了解決上面技術(shù)的問題，需要具有串聯(lián)的自適應(yīng)陣列天線和干擾消除器的接收機。自適應(yīng)天線和干擾消除器在現(xiàn)有技術(shù)中使用作為增加DS-CDMA系統(tǒng)容量的方法，但不是在自適應(yīng)天線與干擾消除器串聯(lián)的CDMA環(huán)境而是在一般的擴頻通信環(huán)境中增加系統(tǒng)容量。在此上下文中，很難直接將常規(guī)設(shè)備應(yīng)用于CDMA系統(tǒng)。
本發(fā)明的一個目的是提供無線電通信系統(tǒng)中的接收機和接收方法，能利用串聯(lián)的自適應(yīng)陣列天線和干擾消除器改進接收性能。
為了達到上面目的，提供移動通信系統(tǒng)中的一種接收機。在此接收機中，自適應(yīng)陣列天線具有用于在所需信號方向中形成波束的多個天線振子和用于控制所需信號接收角度上天線振子的波束圖與方向性的實時自適應(yīng)接收處理器，每個天線振子具有自適應(yīng)線性濾波器，從而消除在不同于所需信號的角度上接收的干擾信號。連到自適應(yīng)陣列天線并具有多個干擾信號檢測器的干擾消除器從所需信號中檢測多用戶干擾信號并消除多用戶干擾信號，其中每個干擾信號檢測器包括混頻器、積分器和濾波器。
根據(jù)另一方面，提供移動通信系統(tǒng)中一種接收方法。此移動通信系統(tǒng)具有包括多個天線振子與實時自適應(yīng)接收處理器的自適應(yīng)陣列天線和連到自適應(yīng)陣列天線并具有多個干擾信號檢測器的干擾消除器，其中每個天線振子具有自適應(yīng)線性濾波器，每個干擾信號檢測器包括混頻器、積分器和濾波器。在用于此移動通信系統(tǒng)的接收方法中，在不同于所需信號的角度上接收的干擾信號通過控制所需信號接收角度上天線振子的波束圖和方向性并在所需信號方向上形成波束來消除。隨后，多用戶干擾信號從所需信號帶寬中進行檢測并從接收信號中進行消除。
本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點通過結(jié)合附圖詳細描述其優(yōu)選實施例將變得更加清楚，其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例在無線電通信系統(tǒng)中具有串聯(lián)的自適應(yīng)陣列天線和干擾消除器的發(fā)射機與接收機的方框圖；圖2是圖1所示的包括M個振子的自適應(yīng)陣列天線的方框圖；圖3是圖1所示的干擾消除器的方框圖；圖4是表示在高斯噪聲和MUI情況下采用干擾消除器的DS-CDMA/DPSK(微分相移鏈控)蜂窩系統(tǒng)的誤差概率的圖表；圖5是表示在高斯噪聲和MUI情況下根據(jù)天線的方向性采用自適應(yīng)陣列天線的DS-CDMA/DPSK蜂窩系統(tǒng)的誤差概率的圖表；圖6是表示在高斯噪聲和MUI情況下采用自適應(yīng)陣列天線和干擾消除器的DS-CDMA/DPSK蜂窩系統(tǒng)的誤差概率的圖表；和圖7是表示根據(jù)用戶數(shù)量同時采用自適應(yīng)陣列天線和干擾消除器的DS-CDMA/DPSK蜂窩系統(tǒng)的誤差概率的圖表。
圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例無線電通信系統(tǒng)中RF(射頻)發(fā)射機與接收機的示意方框圖。在圖1中，RF發(fā)射機10具有用于以發(fā)送信號形式調(diào)制發(fā)送數(shù)據(jù)TXD的調(diào)制器11和用于上變換從調(diào)制器11中接收的已調(diào)信號頻率為用于發(fā)送的所需頻率的混頻器12。RF接收機20包括用于自適應(yīng)接收RF信號的自適應(yīng)陣列天線21、用于利用所接收的RF信號的相關(guān)性消除同頻道干擾的干擾消除器22和用于將從干擾消除器22中接收的信號解調(diào)為原始數(shù)據(jù)并生成接收數(shù)據(jù)RXD的解調(diào)器23。這里，加法器30引入使所接收的RF信號惡化的MUI信號和AWGN(加性高斯白噪聲)。圖1的RF接收機20是理想的。
將描述根據(jù)本發(fā)明的接收機20操作的說明。串聯(lián)到干擾消除器22的自適應(yīng)陣列天線21消除在不同于所需信號的角度上接收的干擾信號，而干擾消除器22消除剩余的干擾信號和在與所需信號相同的角度上接收的干擾信號，從而更有效地除去MUI。那就是本發(fā)明實施例為什么建議具有串聯(lián)的自適應(yīng)陣列天線21和干擾消除器22的接收機結(jié)構(gòu)。下面將描述利用自適應(yīng)陣列天線21和干擾消除器22能改善DS-CDMA/DPSK(微分相移鏈控)蜂窩系統(tǒng)的多少性能。
在本發(fā)明的此實施例中，假定在移動無線電通信系統(tǒng)中的反向鏈路上發(fā)送數(shù)據(jù)并且信道模型是遭受AWGA與MUI的無線電信道。如圖1所示，接收機20具有串聯(lián)的自適應(yīng)陣列天線21和干擾消除器22以改進無線電通信系統(tǒng)的接收性能。
如果優(yōu)選的在移動通信系統(tǒng)中的基站與移動站之間實施功率控制，則一個網(wǎng)孔中所有的移動站發(fā)送相同電平的信號給基粘。因此，干擾信號具有與基準信號相同的功率電平和路經(jīng)損耗。假定來自不同用戶的MUI是高斯隨機參數(shù)，隨后，干擾信號加到MUI是度(degree)可表示為M1=23NEba2……(1)]]>其中N是PN碼長度，而a是發(fā)送信號的瞬時幅度。能同時在一個網(wǎng)孔中被提供服務(wù)的用戶數(shù)量由下式計算Kc=VmK.Nsecl-l....(2)]]>
其中Nsecl是一個網(wǎng)孔中扇區(qū)數(shù)量，Vm是假定為3/8的話音有效因數(shù)，并且K是每個網(wǎng)孔的用戶總數(shù)。
因此，得到如下的同一網(wǎng)孔中的干擾I1I1=Kc23NEba•a3……(3)]]>并且來自相鄰網(wǎng)孔中的移動站的干擾I2為I2=(Kc+I)ΣK=1C23NEb•ak2……(4)]]>其中C是相鄰干擾網(wǎng)孔的數(shù)量，而ak是從第K移動站發(fā)送的信號的瞬時幅度。
假定來自相鄰網(wǎng)孔的MUII2比Rappaport干擾大2.2倍(參見1994年8月IEEE Transactions on Vehicular Technology第3卷第680-690頁J.C.Liverti Jr和T.S.Rappaport的文章“Analytical Results for Capacity Improuevent inCOMA”)。因此，DS-CDMA系統(tǒng)中包括來自相鄰網(wǎng)孔的MUI的信噪比(SNR)變?yōu)镾NR=Eb•a2N1+No/2=Eb•a2I1+I2+No/2]]>=Eb•a22Ke3NEb•a2+2(Kc+I)3NEb•a2•23+No/2]]>其中No/2是AWGN的功率譜密度。
能以上述方式制作MUI模型?，F(xiàn)在，下面將看看自適應(yīng)陣列天線技術(shù)。
與以固定狀態(tài)接收信號的常規(guī)天線相比較，自適應(yīng)陣列天線方案定義為通過根據(jù)接收信號的可變方向靈活改變波束的方向來檢測信號的方向。這個技術(shù)允許所需信號更有效的接收和從不同所需信號的方向中接收的干擾信號的除去，從而顯著地改善系統(tǒng)性能。自適應(yīng)陣列天線21由天線陣振子和用于實時處理信號的自適應(yīng)接收處理器組成。自適應(yīng)處理器利用預(yù)定算法自動控制優(yōu)化SNR的加權(quán)值，以致天線陣振子不在所需信號的方向中形成波束并利用零點可控將從不同于所需信號的方向中接收的干擾信號的接收增益減少約-60dB以便除去干擾信號。然而，自適應(yīng)陣列天線技術(shù)所具有的問題是不能消除在與所需信號相同的角度上接收的干擾信號。
圖2是圖1所示的具有M個天線陣振子的自適應(yīng)陣列天線21的示例方框圖。每個移動站使用全向天線并且基站為網(wǎng)孔中每個用戶形成定向波束。假定在所需用戶方向中提供波束圖，形成的這個定向波束利用圖2所示的M個陣列振子實施。假定一個網(wǎng)孔中有K個用戶，每個陣列振子具有K個自適應(yīng)線性濾波器(ALF)。因此，給自適應(yīng)陣列天線21提供MXK個ALF。如果數(shù)字地實施ALF，每個用戶可使用不同的ALF參數(shù)。因此，給每個用戶提供不同的波束圖。在本發(fā)明的實施例中，用戶均勻地分布在網(wǎng)孔中并且優(yōu)選地在基站與移動站之間執(zhí)行功率控制。另外，將波束圖不是垂直而是水平地指向360°以便在所需用戶的方向中提供波束圖。這里，天線的規(guī)則的波束圖G(θ)是G(θ)[dB]=10log10|A(θ)|2M3……(6)]]>其中A(θ)是波束圖和M是陣列振子數(shù)量，并且天線的方向性D是D=2π∫02πG(θ)dθ……(7)]]>在本發(fā)明的實施例中，考慮從Rappaport結(jié)果中得到的D=2.67和3.0的情況。
自適應(yīng)陣列天線21有效地接收所需信號并消除從不同于所需信號的方向中接收的干擾信號。然而，它不能消除從與所需信號相同的方向中接收的干擾信號。為了克服自適應(yīng)陣列天線21的這個限制，采用干擾消除器22。
圖3是圖1所示的干擾消除器22的方框圖。如果在干擾消除器22的輸入端上基帶信號幅度是F1，則輸入信號Sr的信噪比SNRDSI是
SNRDSI=1/[Kc·2/3N)+(No/Eb)]……(8)如果在包括在信號Sr(r=2、3、…和k)中的信號S2、S3、…、Sk中沒有生成誤碼，則完全消除MUI。另一方面，如果在相關(guān)性檢測期間僅在包括在信號Sr中的來自第i個用戶(i=2、3、…、k)的信號中發(fā)現(xiàn)誤差，不同于信號Si的利用第i用戶PNi的PN碼恢復(fù)的信號再次利用PNi進行擴展并加到延遲T的信號Sr。這里，由于包括誤差的信號Si作為MUI加到輸入信號Sr，所以信號S具有兩倍于信號Sr的MUI電壓的電壓(四倍的功率。結(jié)果，信號Sc與Si之間的信噪比SNRDS2由下式計算SNRDS2=1/[Av·2/3N)+(No/2Eb)]SNRDS2=1/[(4Ko·pebDSI·2/3N)+(No·2Eb)]……(9)其中RebDSI是利用SNRDSI的誤差概率方程式，和Av是4KcxPebDSI。
將描述在自適應(yīng)陣列天線21和干擾消除器22應(yīng)用于DS-CDMA/DPSK蜂窩系統(tǒng)時的系統(tǒng)性能。
(1)AWGN和MUI情況下的誤差概率在考慮MUI模型、話音有效因數(shù)和相鄰網(wǎng)孔的分段時，在AWGN和MUI環(huán)境下DS-CDMA/DPSK系統(tǒng)的誤差概率方程式利用下式給出Pd=12exp(-r1)]]>和r1=Eb•a22Kc3NEb•a2+2(Ke+I)3NEb•a2•2.2+No/2……(10)]]>其中Kc是引起MUI的用戶數(shù)量。
(2)利用自適應(yīng)陣列天線的系統(tǒng)性能改善自適應(yīng)陣列天線21通過檢測干擾信號的方向消除從不同于所需信號的方向中接收的干擾信號并提供零(null)給干擾信號，從而改進接收信號的性能。具有自適應(yīng)陣列天線的DS-CDMA/DPSK系統(tǒng)利用天線方向性的誤差概率方程式是PA=12exp(-rA)]]>和rA=Eb•a22Kc3NDEb•a2+2(Kc+I)3NEb•a2•2.2+No/2……(11)]]>在基站與移動站之間完美地執(zhí)行功率控制并且基站中天線的波束圖不垂直指向時，式(11)是有效的。
(3)利用干擾消除器的系統(tǒng)性能改善在AWGN和MUI情況下采用干擾消除器22的DS-CDMA/DPSK系統(tǒng)的誤差概率方程式由下式計算PC=12exp(-rC)]]>和rC=Eb•a24PA•[2Ke3NEb•a2+2(Kc+I)3NEb•a2•2.2]+No/2……(12)]]>(4)利用串聯(lián)和自適應(yīng)陣列天線和干擾消除器的系統(tǒng)性能改善串聯(lián)到干擾消除器22的自適應(yīng)陣列天線21根據(jù)使所需信號接收增益最大的加權(quán)值在所需信號方向上形成波束并在自適應(yīng)接收處理器中進行計算，而且提供零給從不同于所需信號的方向中接收的MUI信號以使MUI信號的接收增益最小。因而，消除MUI信號。這里，天線21的剩余MUI信號和在與所需信號角度相同的角度上接收的MUI分量利用干擾消除器22根據(jù)接收信號的相關(guān)性進行消除。利用串聯(lián)的自適應(yīng)陣列天線21和干擾消除器22的DS-CDMA/DPSK系統(tǒng)在AGWN和MUI情況下的誤差概率方程式是PAC=12exp(-rAC)]]>和rAC=Eb•a24PA•[2Kc3NDEb•a2+2(Kc+I)3NDEb•a2•2.2]+No/2……(13)]]>
在假定串聯(lián)的自適應(yīng)陣列天線21和干擾消除器22的硬件理想地實施的情況中式(13)是理論上的。
在本發(fā)明的實施例中，分別分析在單獨的和串聯(lián)的在自適應(yīng)陣列天線21和干擾消除器22的情況中DS-CDMA/DPSK蜂窩系統(tǒng)性能中的改善。圖4-7表示作為每網(wǎng)孔用戶數(shù)量K、PN碼長度N、自適應(yīng)陣列天線21的方向性D和比特能量噪聲功率譜密度比Eb/No的函數(shù)的誤差概率方程式的數(shù)字結(jié)果。在圖中，話音活動因數(shù)是3/8，此網(wǎng)孔分成三個扇區(qū)，并且N是127。
圖4表示在AWGN和MUI的情況下具有干擾消除器22的DS-CDMA/DPSK蜂窩系統(tǒng)的誤差概率。從圖4可看出，利用干擾消除器22顯著地改善誤差概率。利用10dB的Eb/Nb和200的K，誤差概率從5.85×10-2降至5.40×10-4，利用10dB的Eb/No和100的K，誤差概率從9.86×10-3降至1.66×10-8。
圖5表示在AWGN和MUI情況下相對D的具有自適應(yīng)陣列天線21的DS-CDMA/DPSK蜂窩系統(tǒng)的誤差概率。利用10dB的Eb/No、200的K和2.67的D，誤差概率從5.85×10-2降至3.83×10-3。利用10dB的Eb/No、200的K和3.0的D，誤差概率從5.85×10-2降至2.46×10-3。即，系統(tǒng)性能隨方向性增益改進。自適應(yīng)天線技術(shù)與干擾消除之間的比較表示在D=2.57和3.0的情況下，前者的系統(tǒng)性能增加都小于后者。
圖6是表示在AWGN和MUI情況下K=200時具有串聯(lián)的自適應(yīng)陣列天線21和干擾消除器22的DS-CDMA/DPSK蜂窩系統(tǒng)的誤差概率圖表。如圖6所示，在K=200和D=2.67時，干擾消除器22在改善系統(tǒng)性能方面超過自適應(yīng)陣列天線21。相反地，如果K增加(K＞270)，自適應(yīng)陣列天線21在系統(tǒng)性能方面獲益優(yōu)于干擾消除器21，如圖7所示，這是因為解調(diào)誤差隨K增加。利用串聯(lián)的具有D=2.67的自適應(yīng)陣列天線21和干擾消除器22的誤差概率近似于AWGN情況下的誤差概率并低于單獨使用自適應(yīng)陣列天線21和干擾消除器22時的誤差概率。
圖7是表示在與圖6相同的條件下Eb/No=10dB時相對于K的具有串聯(lián)的自適應(yīng)陣列天線21和干擾消除器的DS-CDMA/APSK蜂窩系統(tǒng)的誤差概率。K=200時，具有串聯(lián)的自適應(yīng)陣列天線21和干擾消除器22的誤差概率低于僅具有干擾消除器22的誤差概率約4.74×10-6并且比僅具有自適應(yīng)陣列天線21的誤差概率低6.68×10-8?？傊?，串聯(lián)的自適應(yīng)陣列天線21和干擾消除器21在消除MUI方面非常有效。
如上所述，根據(jù)自適應(yīng)陣列天線21和干擾消除器22是串聯(lián)還是單獨使用，系統(tǒng)性能之間有大的差異。即，除了K非常大(即K＞270)的情況之外，干擾消除器22在改善系統(tǒng)性能方面比自適應(yīng)陣列天線21更有效，并且利用串聯(lián)的自適應(yīng)陣列天線21和干擾消除器21的誤差概率近似于AWGN情況下的誤差概率。
因為移動通信系統(tǒng)的性能受到由用戶共同使用同一信道而產(chǎn)生的MUI的限制，所以MUI的消除是改進系統(tǒng)性能方面的主要問題。因此，移動通信系統(tǒng)中的接收機采用自適應(yīng)陣列天線，用于有效地接收所需信號并消除從不同于所需信號的方向中接收的干擾信號和除去與所需信號相同方向中接收的干擾信號，從而顯著地改進系統(tǒng)性能。由于其甚至減少誤碼的能力的優(yōu)點，根據(jù)本發(fā)明的實施例的接收機可應(yīng)用于PCS以及DS-CDMA以改進移動通信系統(tǒng)的性能。
權(quán)利要求
1.移動通信系統(tǒng)中的一種接收機，包括多個天線振子，每個振子具有自適應(yīng)線性濾波器，用于在所需信號方向中形成波束；和實時自適應(yīng)接收處理器，用于控制所需信號接收角度上天線振子的波束圖和方向性，從而消除在不同于所需信號的角度上接收的干擾信號。
2.在移動通信系統(tǒng)中的一種接收方法，此通信系統(tǒng)具有包括多個天線振子的自適應(yīng)陣列天線和實時自適應(yīng)接收處理器，每個天線振子具有自適應(yīng)線性濾波器，此接收方法包括步驟控制在所需信號接收角度上天線振子的波束圖和方向性；在所需信號方向中形成波束；和消除在不同于所需信號的角度上接收的干擾信號。
3.在移動通信系統(tǒng)中的一種接收機，包括自適應(yīng)陣列天線，具有用于在所需信號方向中形成波束的多個天線振子和用于控制在所需信號接收角度上天線振子的波束圖與方向性的實時自適應(yīng)接收處理器，其中每個天線振子具有自適應(yīng)線性濾波器，從而消除在不同于所需信號的角度上接收的干擾信號；和干擾消除器，連到自適應(yīng)陣列天線并具有多個干擾信號檢測器，每個干擾信號檢測器包括混頻器、積分器和濾波器，用于從所需信號中檢測多用戶干擾并消除多用戶干擾信號。
4.在移動通信系統(tǒng)中的一種接收方法，此通信系統(tǒng)具有自適應(yīng)陣列天線和連到自適應(yīng)陣列天線并且有多個干擾信號檢測器的干擾消除器，其中自適應(yīng)陣列天線包括多個天線振子和實時自適應(yīng)接收處理器，每個天線振子具有自適應(yīng)線性濾波器，每個干擾信號檢測器包括混頻器、積分器和濾波器，此方法包括步驟通過控制在所需信號接收角度上天線振子的波束圖與方向性并在所需信號方向中形成波束來消除在不同于所需信號的方向上接收的干擾信號；和從所需信號帶寬中檢測多用戶干擾信號并從接收信號中消除所檢測的多用戶干擾信號。
全文摘要
移動通信系統(tǒng)中的一種接收機,在此接收機中,自適應(yīng)陣列天線具有用于在所需信號方向中形成波束的多個天線振子和用于控制在所需信號接收角度上天線振子的波束圖與方向性的實時自適應(yīng)接收處理器,每個天線振子具有自適應(yīng)線性濾波器,從而消除在不同于所需信號的角度上接收的干擾信號。連到自適應(yīng)陣列天線并且具有多個干擾信號檢測器的干擾消除器從所需信號中檢測多用戶干擾信號并消除多用戶干擾信號,其中每個干擾信號檢測器包括混頻器、積分器和濾波器。
文檔編號H04B7/08GK1215967SQ98117539
公開日1999年5月5日 申請日期1998年7月15日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月15日
發(fā)明者吳昌憲 申請人:三星電子株式會社