專利名稱：一種基于陣列天線移動通信系統(tǒng)的信噪比測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于陣列天線移動通信系統(tǒng)的信噪比測量方法。
背景技術(shù)：
在移動通信CDMA(碼分多址)系統(tǒng)中，由于功率控制與切換需要信噪比參數(shù)，因此在系統(tǒng)中必須進行信噪比測量。
在移動通信系統(tǒng)中，為了能更好地減小干擾與噪聲對用戶性能的影響，增加額外增益，通常采用陣列天線系統(tǒng)。如圖1所示，一般陣列天線系統(tǒng)包括陣列天線陣1O1、射頻信號處理模塊102，以及基帶信號處理模塊103。其中，陣列天線陣101是由多根001的天線單元組成，采用的陣列天線形狀有兩種，即適用于全向小區(qū)的圓形陣和適合于扇形小區(qū)的線形陣；射頻信號處理模塊102從陣列天線陣101接收射頻信號，進行功放、ADC/DAC(模數(shù)/數(shù)模)轉(zhuǎn)換、數(shù)字上下變頻等，得到基帶數(shù)字信號；基帶信號處理模塊103，主要實現(xiàn)數(shù)字信號處理算法，如物理層編解碼、參數(shù)測量等過程，完成信噪比的測量。
在移動通信CDMA系統(tǒng)中，由于偽噪聲碼的非正交性，使得CDMA系統(tǒng)的性能與干擾密切相關(guān)?；诖丝紤]，為了使系統(tǒng)獲得更好的性能(系統(tǒng)容量、通信質(zhì)量等)，CDMA系統(tǒng)需要精確的功率控制，以便有效地克服遠近效應、陰影效應和多徑衰落等問題。為實現(xiàn)精確功率控制，一般采用外環(huán)功率控制和內(nèi)環(huán)功率控制相結(jié)合的辦法，其中內(nèi)環(huán)功率控制表現(xiàn)為閉環(huán)結(jié)構(gòu)。移動通信系統(tǒng)基站以幀(或子幀、時隙)為周期測量上行鏈路的信噪比，若測量值大于門限值(由外環(huán)功率控制提供)，則產(chǎn)生相應的功率控制命令通過下行鏈路通知移動臺降低發(fā)射功率；反之，通知移動臺增大發(fā)射功率。同樣，移動臺以幀(或子幀、時隙)為周期測量下行鏈路的信噪比，若測量值大于門限值(由外環(huán)功率控制提供)，則產(chǎn)生相應的功率控制命令通過上行鏈路通知基站降低發(fā)射功率；反之，通知基站增大發(fā)射功率。
而內(nèi)環(huán)功率控制的效果取決于SNR(信噪比)的測量精度。
如圖2所示，現(xiàn)有的信噪比測量方法為首先對接收的信號進行解擴，然后對解擴后的信號進行信噪比測量，再進行功率控制判斷，輸出判斷結(jié)果，從而完成一個信噪比測量過程。由于信噪比SNR測量是在解擴(聯(lián)合檢測/RAKE(瑞克)接收)之后獲得，而解擴之后恢復的某一用戶信號中既含有用信號數(shù)據(jù)，又有衰落起伏、本小區(qū)用戶干擾及高斯噪聲(鄰小區(qū)干擾)，并且衰落起伏與干擾對信噪比的測量會帶來較大的影響，導致測試的結(jié)果產(chǎn)生很大起伏，因此，這種測量方法是一種有偏估計，解擴后測量的信噪比與真實信噪比不是呈線性關(guān)系，并隨著信道逐步惡劣測量結(jié)果偏差較大，使功率控制判斷出現(xiàn)差錯，最終導致系統(tǒng)性能下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于陣列天線移動通信系統(tǒng)的信噪比測量方法，該方法解決了傳統(tǒng)信噪比測量的有偏估計問題，精確地測量出某用戶的信號功率與噪聲功率之比，從而有效地進行功率控制，提高系統(tǒng)的性能。
本發(fā)明所提供的一種基于陣列天線移動通信系統(tǒng)的信噪比測量方法，其包括下列步驟第一步，在某一時段，某一小區(qū)的一用戶初始發(fā)射功率，通過陣列天線移動通信系統(tǒng)中的開環(huán)功率控制獲取用戶的初始發(fā)射功率；第二步，根據(jù)第八步驟反饋回的功率控制判斷結(jié)果調(diào)整上述用戶發(fā)射功率，得到本幀的用戶發(fā)射功率；第三步，本幀發(fā)射功率經(jīng)過無線傳播信道，由基站天線端接收用戶信號，并將射頻信號轉(zhuǎn)化為基帶數(shù)字信號；第四步，根據(jù)基帶數(shù)字信號進行用戶信道估計，獲得該用戶經(jīng)歷信道沖激響應的估計值；第五步，根據(jù)各個陣元上的用戶信道沖激響應的估計值進行其協(xié)方差矩陣估計，得到該用戶的協(xié)方差矩陣；第六步，由用戶協(xié)方差矩陣進行特征值分解，得到該用戶的特征值與特征向量；第七步，根據(jù)該用戶的特征值確定多徑源數(shù)，并根據(jù)該小區(qū)內(nèi)所有用戶的特征值與各自多徑源數(shù)確定出平均噪聲功率，以及該用戶的信號功率，測量信噪比；第八步，根據(jù)測量的信噪比與目標信噪比的比較，得到發(fā)射功率控制判斷結(jié)果，并反饋到第二步驟。
在上述的基于陣列天線移動通信系統(tǒng)的信噪比測量方法中，第三步驟中的無線傳播信道是時空無線傳播信道。
采用上述的技術(shù)方案，由于用戶信道沖激響應估計后的信號只包含衰落起伏與高斯噪聲，并且衰落起伏體現(xiàn)用戶經(jīng)過的信道的特性，其可以認作是有用信號，因此本發(fā)明在信道估計之后(解擴之前)進行信噪比的測量，能夠克服現(xiàn)有信噪比測量方法中的衰落起伏影響，并由上行鏈路接收的訓練序列或?qū)ьl符號估計出某用戶的信號功率與平均噪聲功率，從而獲得信噪比值，避免衰落起伏帶來的信噪比估計誤差，有效地進行功率控制，提高系統(tǒng)的性能。
四

圖1是陣列天線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，圖2是傳統(tǒng)信噪比測量方法的流程圖。
圖3是本發(fā)明信噪比SNR測量方法流程圖。
五具體實施例方式
參見圖3，本發(fā)明，即一種基于陣列天線移動通信系統(tǒng)的信噪比測量方法，包括下列步驟步驟301在某一時段，某一小區(qū)的一用戶初始發(fā)射功率，通過陣列天線移動通信系統(tǒng)中的開環(huán)功率控制獲取用戶的初始發(fā)射功率。用戶應該每隔一段時間用開環(huán)功率控制對路徑損耗進行補償，再用閉環(huán)功率控制對衰落進行精細補償。
步驟302根據(jù)步驟309反饋回的功率控制命令字TPC生成TPC_cmd，從而將該用戶的發(fā)射功率調(diào)整為Pi＝Pi-1+Δadjusted，其中Δadjusted＝ΔTPC×TPC_cmd，Pi、Pi-1分別為第i幀(或子幀、時隙)及第i-1幀的發(fā)射功率，ΔTPC為功率調(diào)整步長，由系統(tǒng)確定。
TPC_cmd生成規(guī)則如下if TPC＝0 TPC_cmd＝-1；else TPC_cmd＝1.
步驟303本幀發(fā)射功率Pi經(jīng)過時空無線傳播信道，在基站天線端接收到用戶信號，并將射頻信號轉(zhuǎn)化為基帶數(shù)字信號。該傳播信道可用h(t，τi，θi)表示。其中t表示時間，τi表示第i個徑相對于第0個徑的時間延遲，θi表示第i個徑相對于天線法線方向的到達角。
步驟304根據(jù)基站收發(fā)信機接收到的基帶數(shù)字信號，進行用戶信道估計，完成估計該用戶經(jīng)歷信道沖激響應功能。
該步驟以幀(或子幀、時隙)為周期對該時間段內(nèi)所有用戶經(jīng)歷信道的沖激響應進行估計，使用的參考信號是訓練序列或?qū)ьl符號。每個天線陣元上估計出所有用戶的信道沖激響應(hi＝[hi，l，...，hi，k，...，hi，K]，其中，i＝1，...，KA表示陣元，k＝1，...，K表示用戶，hi，k＝[hi，k，l，...，hi，k，W]表示W(wǎng)個樣本-快拍數(shù))，并以碼道的前后順序進行排列。
步驟305利用不同陣元上的用戶k的信道沖激響應(Hk＝{hi，k，j}，i＝1，...，KA，j＝1，...，W)，進行其協(xié)方差矩陣估計，形成協(xié)方差矩陣(Rhh,k=1WHk·HkH)]]>。
步驟306根據(jù)該用戶的協(xié)方差矩陣Rhh,k=1WHk·HkH]]>進行特征值分解，由于Rhh，k是復厄爾米特矩陣(Rhh，k＝A+j·B，A與B分別是該復矩陣的實部與虛部)，則實對稱矩陣 的特征值是Rhh，k的特征值每一個都重復一次。實對稱矩陣的特征值與特征矢量用Jacobi(雅可比)分解方法求解，剔除重復項，可得到矩陣Rhh，k的KA個特征值 與分別對應的特征矢量(s1，...，sKA)。
步驟307計算其它用戶的特征值分解過程，其原理等同于步驟306，得到該小區(qū)內(nèi)所有用戶的特征值。
步驟308把特征值按從大到小順序依次排列(σ^1′≥σ^2′≥...≥σ^KA′)]]>，用信息論方法(AIC或MDL準則)確定出用戶k經(jīng)歷信道的多徑源數(shù)P(σ^1′,...,σ^P′,σ^P+1′,...,σ^KA′)]]>。由此可以獲得該用戶的信號功率與平均噪聲功率，通過各用戶的特征值與各自經(jīng)歷信道的多徑源數(shù)可獲得總平均噪聲功率(該平均噪聲功率是鄰小區(qū)干擾，各用戶的噪聲可以平均)，與該用戶信號功率聯(lián)合確定每個用戶的信噪比值。
用戶k的平均噪聲功率表示為vark=mean(σ^P+1′,...,σ^KA′)]]>總平均噪聲功率var＝mean(var1，...，varK)用戶k的信號功率可表示為Ps,k=sum(σ^1′,...,σ^P′)-P·var]]>用戶k的SNR測量值SNRk＝Ps，k/var上面確定的用戶k信噪比SNRk是經(jīng)過某些處理后的信噪比，該值減去一處理增益值即可獲得基站天線連接器端的信噪比。該處理增益可通過統(tǒng)計方法獲得。
步驟309根據(jù)基站天線連接器端的測量信噪比與目標信噪比進行比較，得到發(fā)射功率控制命令字，并反饋到步驟302。
發(fā)射功率控制命令字生成過程如下if SNRmeasured＞SNRtargetTPC＝0；else TPC＝1.
權(quán)利要求
1一種基于陣列天線移動通信系統(tǒng)的信噪比測量方法，其包括下列步驟第一步，在某一時段，某一小區(qū)的一用戶初始發(fā)射功率，通過陣列天線移動通信系統(tǒng)中的開環(huán)功率控制獲取用戶的初始發(fā)射功率；第二步，根據(jù)第八步驟反饋回的功率控制判斷結(jié)果調(diào)整上述用戶發(fā)射功率，得到本幀的用戶發(fā)射功率；第三步，本幀發(fā)射功率經(jīng)過無線傳播信道，由基站天線端接收用戶信號，并將射頻信號轉(zhuǎn)化為基帶數(shù)字信號；第四步，根據(jù)基帶數(shù)字信號進行用戶信道估計，獲得該用戶經(jīng)歷信道沖激響應的估計值；第五步，根據(jù)各個陣元上的用戶信道沖激響應的估計值進行其協(xié)方差矩陣估計，得到該用戶的協(xié)方差矩陣；第六步，由用戶協(xié)方差矩陣進行特征值分解，得到該用戶的特征值與特征向量；第七步，根據(jù)該用戶的特征值確定多徑源數(shù)，并根據(jù)該小區(qū)內(nèi)所有用戶的特征直與各自多徑源數(shù)確定出平均噪聲功率，以及該用戶的信號功率，測量信噪比；第八步，根據(jù)測量的信噪比與目標信噪比的比較，得到發(fā)射功率控制判斷結(jié)果，并反饋到第二步驟。
2根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于陣列天線移動通信系統(tǒng)的信噪比測量方法，其特征在于，所述第三步驟中的無線傳播信道是時空無線傳播信道。
全文摘要
一種基于陣列天線移動通信系統(tǒng)的信噪比測量方法用戶初始發(fā)射功率，并獲取用戶的初始發(fā)射功率；由反饋回的功率控制判斷結(jié)果調(diào)整用戶發(fā)射功率，得到本幀的用戶發(fā)射功率；本幀發(fā)射功率經(jīng)過無線傳播信道，由基站天線端接收用戶信號，并轉(zhuǎn)化為基帶數(shù)字信號；進行用戶信道估計，獲得該用戶經(jīng)歷信道沖激響應的估計值；根據(jù)各個陣元上的用戶信道沖激響應的估計值估計其協(xié)方差矩陣；進行特征值分解，得到該用戶的特征值與特征向量；確定平均噪聲功率，以及該用戶的信號功率，測量信噪比；比較測量的信噪比與目標信噪比，得到發(fā)射功率控制判斷結(jié)果，進行反饋。本發(fā)明能精確地測量出某用戶的信噪比，從而有效地進行功率控制及軟切換等功能，提高系統(tǒng)的性能。
文檔編號H04W52/10GK1449204SQ02111198
公開日2003年10月15日 申請日期2002年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月29日
發(fā)明者王敬人, 曹鵬志, 李春旭, 巴勇 申請人:上海貝爾有限公司