用于检测基于OFDM/OFDMA的宽带无线接入的相邻信道干扰的方法和系统

摘要

公开了一种用于检测具有相邻频率的两个系统之间的相邻信道干扰的方法和系统。该方法和系统计算(802)频率信道的一个或多个高和低频侧空子载波和中央数据子载波的快速傅立叶变换(FFT)输出。计算(804，806)高和低频侧空子载波和中央数据子载波的功率值，以在确定相邻信道干扰(ACI)的存在时使用。

说明书

技术领域

本发明总体上涉及移动通信系统，并且具体地说涉及用于检测在基于正交频分复用(OFDM)/OFDMA的宽带无线接入系统中的相邻信道干扰(ACI)的方法和系统。

背景技术

对于在相邻频带上操作的两个通信系统，在相邻频带中的相邻信道干扰(ACI)通常由因为发射滤波器的不完善导致的不需要的发射引起。图1是表示使用相邻频带的两个常规频分双工(FDD)系统的频谱100的图。“FDD A”系统的上行链路(UL)相邻于“FDD B”系统的UL。同样，FDD A系统的下行链路(DL)相邻于“FDD B”系统的DL。双工分隔间隙被示出为从FDD A系统的UL的频率的开始位置向FDD A系统的DL的开始位置延伸。如果在FDD B系统的UL和FDD A系统的DL之间仅有小的频率间隙，则在两个位置相同的基站(BS)和两个附近的移动台(MS)之间会出现ACI。

图2是表示使用相邻频带的FDD系统和时分双工(TDD)系统的频谱200的框图。FDD A系统的UL具有相邻于“TDD B”频带的频率。FDDA系统的DL相邻于第二TDD B频带。当所涉及的两个系统是两个不同步的TDD或一个TDD和一个FDD时，在两个位置相同的BS和两个附近的MS之间会存在ACI。由于与MS相关联的移动性和对手机的大小和成本的限制，MS与MS干扰是最有问题的ACI类型。具体地说，当MS的大小减小以获得最大便携性时，在MS中使用的RF滤波器的尺寸很有限。在当前的滤波器技术下，具有挑战性的是，建立可以以很小的频率偏移实现所需要的衰减的RF滤波器，以使用这样的有限尺寸减轻MS与MS干扰。另一方面，提高MS的RF滤波性能也要求附加制造成本。在诸如火车站和咖啡店的高用户密度区域中，两个MS可彼此接近(几米)，并且其间的短距离可能导致严重的性能变差或保证大的频率保护带以减轻ACI。BS与BS干扰也可能要求在BS中安装附加信道滤波器(一个或多个)。

为了节省尽可能多的被浪费为保护带的频谱，已经进行了几种尝试来减轻ACI。ACI减轻方法的一个示例使用系统协调，系统协调需要关于ACI是否存在的信息。在系统协调示例中，系统使用用于码分多址(CDMA)系统的信道边缘带通滤波器来检测ACI存在性。基本上，对于CDMA系统设计ACI减轻方法和ACI检测过程，并且用于CDMA系统的滤波器需要被具体设计成匹配芯片波形和接收机滤波。

如果使用基于信号处理的ACI消除方法，则需要确定ACI的存在性，因为这样的方法通常当ACI不存在时引起不必要的计算负担。

在另一个示例中，如果两个系统都是TDD，则当一个系统工作在上行链路周期中并且另一个工作在下行链路周期中时，可以使用时间同步来减少定时重叠。然而，这样的方法不适用于一个系统是FDD且另一个是TDD的情况和如图1中所示的在系统A的DL块和系统B的UL块之间具有小的频率间隙的两个FDD系统的情况。而且，为了完整地消除MS与MS干扰，两个TDD系统需要具有相同的下行链路/上行链路划分和帧持续时间。

在又一个示例中，一种用于经由系统之间的协调来最小化系统之间的MS与MS干扰的技术通过跟踪在MS的信号干扰与噪声比(SINR)改变和信号能量来检测ACI的存在性。然而，该技术不采用ACI的频谱特征，ACI的频谱特征在信道边缘处通常具有更高的能量。因此，检测方法没有提供可靠的结果。

附图说明

当结合附图阅读时，通过参考下面的说明性实施例的详细描述，可以最佳地理解本发明本身，在附图中：

图1是表示使用相邻频带的两个常规频分双工(FDD)系统的频率布置的框图；

图2是表示使用相邻频带的常规FDD系统和常规时分双工(TDD)系统的频率响应的框图；

图3是标准全球微波接入互操作性(WiMax)正交频分多址(OFDMA)子载波结构；

图4是包括在相邻信道中的不需要的发射信号的频率响应的宽带OFDM/OFDMA信号的频率响应的曲线图；

图6图示了在相邻信道中的两个10MHz WiMAX系统的子载波位置的绘图；

图7是表示根据本发明的一个实施例的、被配置有实现ACI检测所需要的功能能力的示例无线电设备的框图；

图8是根据本发明的一个实施例的图7的收发信机的框图；

图9是根据本发明的一个实施例的、用于在采用OFDMA的WiMAX系统中检测ACI的处理的流程图；

图10是根据本发明的一个实施例的图8的ACI检测器的框图。

具体实施方式

说明性实施例提供了一种方法和系统，用于利用空子载波和与其相关联的功率值来检测在OFDM/OFDMA系统中的相邻信道干扰(ACI)以检测ACI。

在本发明的示例性实施例的下面的详细描述中，以足够的细节来描述可以实施本发明的特定示例性实施例，以使得本领域内的技术人员能够实施本发明，并且应当明白，可以利用其他实施例，并且可以在不偏离本发明的精神或范围的情况下，可以进行逻辑、架构、编程、机械、电子和其他改变。因此，不以限制性的意义来看待下面的详细描述，并且仅通过权利要求来限定本发明的范围。

在附图的描述中，向类似的元素提供了与在先前的附图(一个或多个)的那些类似的名称和附图标记。向元素指配的具体附图标记仅被提供来帮助描述，而不意味着暗示对本发明的任何限制(结构和功能)。应当明白，具体组件、设备和/或参数名称仅是举例，并且不意味着暗示对本发明的任何限制。因此，可以无限制地使用用于描述在此的组件/设备/参数的不同词汇/术语来实现本发明。在给出利用在此利用的每一个术语的上下文的情况下，向该术语提供其最宽的解释。

图3是用于在此所述的一个实施例中的标准全球微波接入互操作性(WiMax)正交频分多址(OFDMA)子载波结构300。对于OFDM/OFDMA系统，将信道划分为特定数目的子载波。通常，可以将子载波划分为数据子载波、导频子载波、DC子载波和空子载波(保护子载波)。其中，通过加载零幅值的调制符号来创建空子载波。因此，在空子载波上没有信号能量。空子载波也被称为保护替代虚拟子载波或未使用的子载波。

OFDM/OFDMA系统可以在信道边缘分配特定数目的空子载波，以允许信号频谱下降并且满足带宽要求。例如，对于10MHz WiMAX系统，逆快速傅立叶变换(IFFT)/快速傅立叶变换(FFT)大小是1024个子载波，其中，184个被用作空子载波。在接收机侧，那些空子载波的FFT输出被丢弃，而没有进一步的处理，因为空子载波不包含信息。然而，根据本发明的一个优选实施例，可以使用FFT输出来导出ACI。

图4是宽带OFDM/OFDMA信号的频率响应的曲线图400。由于发射滤波的不完善，信号能量通常泄漏到其被指配的信道跨度之外。OFDM/OFDMA调制信号的频谱通常以1/f的数量级下降，其中，f是在信道边缘的频率。因此，如图所示，由在相邻信道操作的设备经历的ACI信号通常在信道边缘具有高能量，而对于远离信道边缘的频率而言存在相对低的能量。

图5示出在相邻信道中发射的两个10MHz WiMAX系统的子载波位置的绘图500。根据基于OFDMA的WiMAX系统设置，所使用的子载波的频率占用小于限定的信道带宽，而所有子载波的频率占用大于信道带宽。例如，具有10MHz信道大小的WiMAX系统具有840个使用的子载波和184个空子载波，并且子载波频率间隔是10.94KHz。这意味着全部1024个子载波的频率跨度是10.94x1024＝11.2MHz，并且使用的子载波占用9.189MHz的频率。因此，可以看出，如可以在图5中所示，当将两个10MHz的WiMAX系统置于相邻的信道中而没有任何附加外部保护带时，一个系统的空子载波的一部分实际上位于另一系统的信道内。

作为在10MHz之外的扩展的频率跨度和ACI的频率响应(参见图4)的组合的结果，当系统在高频侧或低频侧上经历强的ACI源时，系统经历在最外空子载波上的功率。因此，根据本发明的实施例，那些空子载波的FFT输出可以用于检测ACI的存在性。

图6是表示根据本发明的一个实施例的、被配置有实现ACI检测所需要的功能能力的示例无线电设备的框图。根据说明性实施例，无线电设备600是蜂窝/移动电话。然而，可以明白，本发明的功能适用于其他类型的无线电或无线设备，并且作为蜂窝电话的无线电设备700的说明及其描述仅被提供用于说明。

无线电设备600包括中央控制器605，中央控制器605连接到存储器610并且控制无线电设备600的通信操作，通信操作包括无线电信号的生成、传输、接收和解码。控制器605可以包括可编程微处理器和/或数字信号处理器(DSP)，可编程微处理器和/或数字信号处理器(DSP)控制无线电设备600的整体功能。例如，可编程微处理器和DSP执行与本发明的处理相关联的控制功能以及由无线电设备600需要的其他控制、数据处理和信号处理。在一个实施例中，在控制器605内的微处理器是常规的多用途微处理器，诸如MCORE家族处理器，并且DSP是56600系列DSP，其中每一个可从摩托罗拉公司获得。

如图所示，无线电设备600也包括输入设备，其小键盘620、音量控制器625、麦克风627和附加麦克风629被示出为连接到控制器605。另外，无线电设备600包括也连接到控制器605的输出设备，输出设备包括内部扬声器630和可选显示器635。根据说明性实施例，无线电设备600也包括输入/输出(I/O)插孔640，I/O插孔640用于插入外部扬声器(642)，该外部扬声器(642)被图示为有线连接的头戴耳机。在替代实现中，并且如附图所示，实现蓝牙的头戴耳机647被提供为外部扬声器，并且经由蓝牙适配器645来与无线电设备600进行通信。

这些输入和输出设备耦合到控制器605，并且允许用户与无线电设备600对接。例如，麦克风627被提供用于将来自用户的语音转换为电信号，而内部扬声器630向用户提供音频信号(输出)。这些功能可以进一步被语音编码器/解码器(声码器)电路(未示出)实现，并且可以提供模数和/或数模信号转换，语音编码器/解码器(声码器)电路将麦克风627和扬声器630连接到控制器605。

除了上面的组件之外，无线电设备600进一步包括收发信机670，收发信机670连接到天线602，在天线602接收数字化的射频(RF)信号。与天线602组合的收发信机670使得无线电设备600能够向无线电设备600发送无线RF信号和从无线电设备600接收无线RF信号。收发信机670包括RF调制器/解调器电路(未示出)，RF调制器/解调器电路经由天线602来发射和接收RF信号。当无线电设备600是移动电话时，可以将所接收到的RF信号中的一些转换为在正在进行的电话会话期间输出的音频。音频输出初始以预设音量级(即，在由本发明实现的动态调整之前的用户设置)在扬声器630(或外部扬声器642或实现蓝牙的头戴耳机647)生成，以供用户收听。

当无线电设备600是移动电话时，无线电设备可以是GSM电话，并且包括订户身份模块(SIM)卡适配器660，其中，可以插入外部SIM卡665。SIM卡665可以被用作储存设备。SIM卡适配器660将SIM卡665耦合到控制器605。

除了上面的硬件组件之外，无线电设备600的几个功能和本发明的特定特征被提供为软件代码，该软件代码被存储在存储器610内，并且由控制器605内的微处理器执行。微处理器执行各种控制软件(未示出)，以提供对无线电设备600的整体控制，包括相邻信道干扰(ACI)检测，并且对于本发明更具体而言，微处理器执行实现使用空子载波的相邻信道干扰检测(ACID)的软件。共同地提供本发明的功能的软件和/或固件的组合在此被称为(ACID)实用工具。

如本发明提供并且在存储器610内所示，ACID实用工具650具有与其相关联的ACID数据库655。下面更详细地描述ACID实用工具650和ACID数据库655的功能。然而，当被微处理器执行时，由ACID实用工具650提供的关键功能包括但是不限于：(1)低频侧和高频侧的空子载波计算；(2)中心数据子载波计算；(3)在低频侧的空子载波、在高频侧的空子载波和中央数据子载波的平均总功率计算；4)中央与低频侧功率比计算；5)中央与高频侧功率比计算；以及7)ACI评估，用于通过校正所检测到的ACI来保护系统性能并且改善用户体验。ACID数据库655存储由ACID实用工具750生成的计算结果。

本领域内的普通技术人员将理解，在图6中描述的硬件可以根据实现而变化。除了或取代图6中描述的硬件，可以使用其他内部硬件或外部设备。而且，本发明的处理可以被应用到能够生成音频输出的便携/手持数据处理系统或类似设备。因此，所描述的示例不意味着暗示对于本发明的架构限制。

图7是收发信机670的接收机774和发射机794的框图。根据本发明的一个实施例，接收机774实现ACI检测。接收机774和发射机794都经由开关720而耦合到天线602。接收机774具有WiMax接收单元776，用于接收和处理所接收到的、具有帧或分组的WiMax信号。接收单元776耦合到FFT计算器778。FFT计算器778计算发送到ACI校正单元782中的ACI减轻单元784的多个子载波的FFT输出。通过ACI校正单元782中的ACI检测器786来检测空子载波。来自ACI校正单元782的输出在接收机774的后级中被进一步处理。发射机794包括WiMax发射单元796，用于处理要发射的WiMax信号和生成要发送到天线的RF信号。

图8是用于在采用OFDMA的WiMAX系统中检测ACI的处理800的流程图。将与图9组合地描述处理800，图9是在图7的收发信机670中使用的ACI检测器786的框图。将针对具有诸如结合图5上述的空子载波指配的10MHz WiMAX系统的示例来描述处理800。尽管如此，该处理容易适用于其他OFDM/OFDMA系统，其他OFDM/OFDMA系统无限制地例如是具有不同信道大小的长期演进(LTE)。

处理800在框802开始，其中计算位于信道带宽外部的空子载波的FFT输出(一个或多个)。在步骤803，高频侧频带和低频侧频带的空子载波(高频侧)检测器902和空子载波(低频侧)检测器904分别从FFT输出(一个或多个)检测频率空子载波。例如，在信道带宽之外的空子载波可以是处于信道的宽度的10MHz和11.2MHz之间的那些空子载波。对于图5的设置，具有编号0～54的空子载波用于低频侧，并且具有编号969～1023的子载波用于高频侧，其在信道带宽10MHz之外。在等式Eq(1)中指定了用于低频侧子载波的第i个符号。

y_l(i)＝[y₀(i)，...y₅₄(i)]^T                                Eq(1)

其中，y_l(i)＝[y₀(i)，...y₅₄(i)]^T是预定数目的空子载波的FFT输出；并且T是转置运算符。在这个实施例中，0...54是55个预定选择的空(低频侧)子载波的索引。

在等式Eq(2)中指定了用于高频侧子载波的第i个符号。

y_u(i)＝[y₉₆₉(i)，...y₁₀₂₃(i)]^T                        Eq(2)

其中，y_u(i)＝[y₉₆₉(i)，...y₁₀₂₃(i)]^T是预定数目的空子载波的FFT输出；并且T是转置运算符。在这个实施例中，969...1023是55个预定选择的空(高频侧)子载波的索引。

在框804，在帧的结尾，由用于低频侧(1)的平均总功率计算器914根据等式Eq(3)来计算平均总功率P₁

$P_l=\frac{1}{N}\underset{i=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}{y}_l{\left(i\right)}^H{y}_l\left(i\right)---\mathrm{Eq}\left(3\right)$

其中，l表示低频侧；H是共轭转置运算符；N是在接收到的帧中的符号的数目；并且i表示第i个符号。

由用于高频侧(u)的平均总功率计算器912根据等式Eq(4)来计算平均总功率P_u

$P_u=\frac{1}{N}\underset{i=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}{y}_u{\left(i\right)}^H{y}_u\left(i\right)---\mathrm{Eq}\left(4\right)$

其中，u表示高频侧；H是共轭转置运算符；N是在一个帧中的符号的数目；并且i表示第i个符号。

在框806，位于信道的中央部分的中央数据子载波的FFT输出被FFT 778计算，并且被中央数据子载波检测器906检测。中央数据子载波被指配为在使用中。另外，在框806，用于中央数据子载波(c)的平均总功率计算器916根据等式Eq(5)来计算中央数据子载波(例如，55个子载波)的平均总功率P_c

$P_c=\frac{1}{N}\underset{i=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}{y}_c{\left(i\right)}^H{y}_c\left(i\right)---\mathrm{Eq}\left(5\right)$

其中，y_c(i)＝[y_c1(i)，...y_c55(i)]^T是55个使用的数据子载波的FFT输出；c1，...，c55是那些选择的中央数据子载波的索引；H是共轭转置运算符；c表示中央数据子载波；并且i表示第i个符号。在这个示例中，使用55个子载波。然而，对于不同的频率结构，子载波的数目可以变化。

在框808，中央与低功率比计算器924根据等式Eq(6)来计算在中央数据子载波的平均功率P_c和低频侧空子载波的平均功率P_l之间的第一比率(γ_l)

${\gamma }_l=10*\lg \left(\frac{P_c}{P_l}\right)---\mathrm{Eq}\left(6\right)$

其中，lg是对数函数。

在框814，中央与高功率比计算器922根据等式Eq(7)来计算在中央数据子载波的平均功率P_c和高频侧空子载波的平均功率P_u之间的第二比率(γ_u)

${\gamma }_u=10*\lg \left(\frac{P_c}{P_u}\right)---\mathrm{Eq}\left(7\right)$

其中，lg是对数函数。

在框810，在ACI评估器930中将第一比率(γ₁)与阈值相比较(例如，γ_l＜阈值)用于评估低频侧上的ACI的存在。如果在框810确定第一比率(γ_l)大于阈值，则在低频侧上没有ACI(框820)。然而，如果在框810确定第一比率(γ_l)小于阈值，则在低频侧上有ACI。在框812，减轻在低频侧上的ACI的启动发生。

在框816，在ACI评估器930中将第二比率(γ_u)与阈值相比较(例如，γ_u＜阈值)用于评估高频侧上的ACI的存在。如果在框816确定第二比率(γ_u)大于阈值，则在高频侧上没有ACI(框820)。然而，如果在框816确定第二比率(γ_u)小于阈值，则在高频侧上有ACI。在框818，减轻在高频侧上的ACI的启动发生。

ACI评估器930包括阈值计算器932、阈值调整器934和比较器936。在框810和816，根据等式Eq(8)来计算阈值

β-Δ(dB)                            Eq(8)

其中，参数Δ是用于实现虚警率和漏检率之间的折衷的可调参数。根据等式Eq(9)，由值来预定义参数β。

$\beta =10*\lg \left(\frac{P_c}{P_l}\right)---\mathrm{Eq}\left(9\right)$

其中，参数β具有的值对应于表示在通信系统的相邻信道中没有ACI的通信系统的中央数据子载波的平均功率P_c与低频侧空子载波的平均功率P_l之间的比率。可以通过无线设备600的主系统的不需要的发射泄漏性能来决定参数β。

阈值计算器932计算参数β，而阈值调整器934计算参数Δ并且将该调整应用到阈值计算器932，以得出等式Eq(8)的表达式β-Δ。该阈值被比较器1036用于评估ACI的存在性。

一旦确定了ACI的存在性，则ACI减轻单元784应用该结果以减轻变差。减轻的示例包括对于MS与MS干扰的情况而言的两个系统之间的协调或通过信号处理的ACI消除算法的应用。

可以容易地看出，上面的处理800是用于通常的基于OFDM/OFDMA系统的使用那些空子载波的功率输出的ACI检测方法。处理800有效地利用ACI信号的频率响应特性和OFDM/OFDMA系统中的空子载波指配。

处理800的优点是，仅对根据ACID实用工具750的软件的简单附加物可以实现该处理，并且不需要附加硬件或系统设计修改。处理800可以利用简单的调整容易地应用到比如WiMAX、LTE等的系统。此外，可以将处理800与已知的ACI减轻方法组合，以有效地保护系统性能并且改善用户对ACI的体验。

在上面的流程图中，在一些实现中，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以组合、同时或以不同的顺序执行或也许省略处理的特定步骤。因此，虽然以特定顺序描述和说明了方法步骤，但是特定步骤序列的使用不意味着暗示对本发明的任何限制。在不偏离本发明的精神或范围的情况下，可以对于步骤次序进行改变。因此，不以限制性的意义来看待具体次序的使用，并且仅通过权利要求来限定本发明的范围。

将进一步理解，可以使用软件、固件或硬件的任何组合来实现本发明的实施例中的处理。作为对于以软件实施本发明的预备步骤，编程代码(无论是软件还是固件)将通常被存储在一个或多个机器可读储存介质中，该一个或多个机器可读储存介质诸如是固定(硬盘)驱动器、盘、光盘、磁带、诸如ROM、PROM的半导体存储器等，由此制造根据本发明的制品。通过下述方式来使用包含该编程代码的制品：执行直接地来自储存设备的代码，将来自储存设备的代码复制到诸如硬盘、RAM等的另一个储存设备内，或使用诸如数字和模拟通信链路的传输型介质来发射用于远程执行的代码。通过将包含根据本发明的代码的一个或多个机器可读储存设备与适当的处理硬件组合以执行其中包含的代码，可以实施本发明的方法。用于实施本发明的装置可以是一个或多个处理设备和储存系统，该一个或多个处理设备和储存系统包含根据本发明编码的程序(一个或多个)或具有根据本发明编码的程序(一个或多个)的网络接入权。

本领域内的技术人员将理解，本发明的说明性实施例的软件方面能够作为多种形式的程序产品被分发，并且本发明的说明性实施例等同地适用，而与用于实际执行分发的介质的具体类型无关。例如，介质类型的非排他性的列表包括：可记录类型(有形)介质，诸如软盘、拇指驱动器、硬盘驱动器、CD ROM、DVD；以及传输型介质，诸如数字和模拟通信链路。

虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是本领域内的技术人员将明白，在不偏离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变，并且可以以等同物替代其元素。另外，在不偏离其必要范围的情况下，可以进行许多修改以将其特定系统、设备或组件适应于本发明的教导。因此，意欲本发明不限于所公开的用于执行本发明的特定实施例，而是本发明将包括落在权利要求范围内的所有实施例。而且，术语第一、第二等的使用不表示任何顺序或重要性，而是，术语第一、第二等用于将一个元素与另一个元素区分开。