專利名稱：在傳輸信道之間確定增益偏置的方法
背景本發(fā)明涉及接收機(jī)的信道估計(jì)，尤其涉及基于至少兩個(gè)信號(hào)的信道估計(jì)，其中一個(gè)信號(hào)可以是導(dǎo)頻信號(hào)。
在數(shù)字通信系統(tǒng)中，代表信息的數(shù)字符號(hào)在不同的節(jié)點(diǎn)(例如基站、移動(dòng)電話)之間傳播以交換信息。
經(jīng)常被提到的分層模型OSI(開放系統(tǒng)互聯(lián))模型通常用來(lái)描述通信系統(tǒng)。在模型的最底層傳輸由比特組成的信息流，一般稱為物理信道。物理信道提供的服務(wù)質(zhì)量事先被定義，它取決于具體的安排。在簡(jiǎn)化描述中，物理信道包含按照預(yù)設(shè)格式進(jìn)行比特格式化、編碼、交織、載波調(diào)制、媒質(zhì)傳輸、下變頻、解調(diào)、解交織以及前向糾錯(cuò)。此外，還有很多為實(shí)現(xiàn)特定操作的其它功能，例如時(shí)域和頻域的同步及信道估計(jì)。導(dǎo)頻符號(hào)通常在物理信道的信息符號(hào)中傳輸，之后接收機(jī)利用導(dǎo)頻符號(hào)來(lái)完成同步和信道估計(jì)。信道估計(jì)描述了信道(包含調(diào)制、TX前端、媒質(zhì)、RX前端和解調(diào))影響傳輸符號(hào)，用于在接收機(jī)中重建信號(hào)。
有兩種類型的物理信道，專用物理信道和廣播物理信道。專用物理信道傳輸信號(hào)到一個(gè)接收機(jī)，而廣播物理信道是為多個(gè)接收機(jī)設(shè)計(jì)的。
媒質(zhì)攜帶了不同節(jié)點(diǎn)的天線之間的電磁或光學(xué)信號(hào)。在無(wú)線通信系統(tǒng)中媒質(zhì)包含“自由空間”(并不自由)，而且信號(hào)是在這種媒質(zhì)中傳播的電磁波。建筑物及其它障礙引起的反射會(huì)帶來(lái)衰落和散射。散射可以引起多徑效應(yīng)，這取決于物理信道的符號(hào)速率和散射強(qiáng)度。
基站在大部分時(shí)間傳輸多個(gè)物理信道。在TDMA系統(tǒng)中，來(lái)自同一個(gè)基站的物理信道用時(shí)間來(lái)區(qū)分(如果使用多個(gè)載波用頻率)。在FDMA系統(tǒng)中，只使用頻率來(lái)區(qū)分不同物理信道。在擴(kuò)頻CDMA系統(tǒng)中，使用編碼來(lái)區(qū)分不同用戶(如果使用多個(gè)載波用頻率)。
在WCDMA系統(tǒng)中，從同一個(gè)基站發(fā)出的公共物理導(dǎo)頻信道(CPICH)和在專用物理信道(DPCH)中傳輸?shù)膶?dǎo)頻可以使用基本上同樣的前端和同樣的天線發(fā)射。然后兩個(gè)信道經(jīng)過(guò)同樣的媒質(zhì)響應(yīng)，這樣基于CPICH和DPCH的信道估計(jì)都可以用來(lái)提供信道參數(shù)的良好估計(jì)。當(dāng)CPICH和DPCH用兩個(gè)不同的天線發(fā)射時(shí)這種情況不適用。
不考慮使用的信道，由于通過(guò)傳輸媒質(zhì)的影響，接收到的信號(hào)會(huì)在很多方面不同于發(fā)送信號(hào)。在媒質(zhì)中，作用于射頻信號(hào)的影響主要包括多徑衰落、媒質(zhì)中其它信號(hào)的干擾以及熱噪聲。信號(hào)與其自身的反射或回波信號(hào)之間的相互作用形成衰落，這可以引起嚴(yán)重的并且高度局部化的信號(hào)幅度和相位的漂移，稱為瑞利衰落。在無(wú)線環(huán)境中，干擾通常是由多余的其它無(wú)線信號(hào)的存在引起的。這些信號(hào)可以與有用信號(hào)使用同一個(gè)信道(有時(shí)稱為同信道干擾)或者相鄰的信道(有時(shí)稱為鄰信道干擾)。熱噪聲存在于所有通信信道中，會(huì)引起傳輸信號(hào)的額外失真。因此，可以認(rèn)為接收機(jī)接收到的信號(hào)是一個(gè)復(fù)合信號(hào)，由有用分量和有害分量組成。有害分量代表穿越媒質(zhì)路徑的影響，例如干擾和噪聲。
在接收端，處理接收到的信號(hào)以獲取數(shù)字采樣序列或者碼流。在這里叫做“接收信號(hào)”或者“接收碼流”，這些信號(hào)可以用復(fù)數(shù)表示。舉例來(lái)說(shuō)，接收信號(hào)可以經(jīng)過(guò)濾波、放大、使用同相和正交本機(jī)振蕩器下混頻到基帶、進(jìn)行模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換和同步處理之后，獲得了復(fù)接收碼流r(n)。復(fù)碼流r(n)中的每一個(gè)點(diǎn)可以寫成實(shí)部與虛部的和，即r(n)＝I(n)+jQ(n)，其中I(n)代表樣本同相分量，Q(n)代表樣本正交分量，n是樣本時(shí)間指數(shù)。
每個(gè)復(fù)接收碼也可以寫作有用分量和有害分量之和，即r(n)＝s(n)+z(n)，其中s(n)是有用信號(hào)分量流，z(n)是有害分量流，也就是噪聲。如前所述，有害分量樣本z(n)可以包括其他信號(hào)帶來(lái)的干擾，例如同信道和相鄰信道干擾，由多徑傳播引起的自干擾，和熱噪聲或者環(huán)境噪聲。經(jīng)常有多個(gè)干擾信號(hào)，其中一個(gè)相對(duì)其余來(lái)說(shuō)功率最強(qiáng)。
典型的接收機(jī)對(duì)接收碼流r(n)應(yīng)用基帶信號(hào)處理的某種形式以還原(或“檢測(cè)”)信息符號(hào)。此類基帶信號(hào)處理可以基于一種傳輸媒質(zhì)模型。例如，傳輸媒質(zhì)可以做成一個(gè)濾波器的模型，它有k個(gè)復(fù)信道標(biāo)記系數(shù)；濾波器的輸入是發(fā)射的數(shù)字信號(hào)，濾波器的輸出是有用信號(hào)分量。若b(n)表示發(fā)射的數(shù)字信號(hào)，那么有用信號(hào)分量樣本s(n)由下式給出
s(n)＝h(0)b(n)+h(1)b(n-1)+...+h(K-1)b(n-K+1)其中h(k)是信道標(biāo)記系數(shù)，它是具有實(shí)部和虛部的復(fù)值。信道標(biāo)記系數(shù)可以用極坐標(biāo)表示為h(k)＝a(k)jθ(k)其中h(k)的幅度是a(k)，即h(k)的模。h(k)的相位用θ(k)表示。
信道標(biāo)記系數(shù)的估計(jì)可以用多種信道標(biāo)記估計(jì)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。信道標(biāo)記估計(jì)，即信道跟蹤，在當(dāng)前技術(shù)中是眾所周知的，J.Proakis的“數(shù)字通信”第二版624-627頁(yè)(McGraw-Hill圖書公司，1989)中有關(guān)于它的討論。初始信道標(biāo)記估計(jì)可以使用已知技術(shù)從同步信號(hào)相關(guān)值或者最小方差估計(jì)中得到。
信道標(biāo)記系數(shù)估計(jì)hest(k)用來(lái)計(jì)算檢測(cè)到的數(shù)字符號(hào)序列bdet(n)。舉例來(lái)說(shuō)，只要hest(0)非零(即如果媒質(zhì)的濾波器模型只有一個(gè)標(biāo)記)，b(n)是二進(jìn)制的，那么bdet(n)由下式給出bdet(n)＝sgn[hest(0)*r(n)]其中sgn[x]表示取x的符號(hào)，上標(biāo)”*”表示復(fù)數(shù)共軛。在本例中，b(n)是二進(jìn)制的，因此bdet(n)可以允許的值也是二進(jìn)制的，如+1和-1。因此，可以看到對(duì)發(fā)射的數(shù)字信號(hào)b(n)的精確檢測(cè)取決于對(duì)信道標(biāo)記系數(shù)的精確估計(jì)。
參考

圖1可以更好的理解上文，圖1給出了一個(gè)典型的數(shù)字通信系統(tǒng)10，它包含一個(gè)發(fā)射機(jī)12和一個(gè)接收機(jī)14。發(fā)射機(jī)12包括一個(gè)數(shù)字符號(hào)發(fā)生器102和一個(gè)數(shù)字發(fā)射機(jī)103。符號(hào)發(fā)生器接收攜帶信號(hào)101的信息，產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)字符號(hào)序列b(n)。數(shù)字符號(hào)序列b(n)被傳往數(shù)字發(fā)射機(jī)103，它將該序列進(jìn)行數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換、調(diào)制、脈沖整形和放大，然后發(fā)射作為結(jié)果的模擬信號(hào)Y。接收機(jī)14包含多個(gè)接收機(jī)無(wú)線單元18a-18n，每個(gè)都可以有相應(yīng)的天線16a-16n、無(wú)線處理器105a-105n以及A/D轉(zhuǎn)換器106a-106n。每個(gè)天線16a-16n接收一個(gè)對(duì)應(yīng)于發(fā)射信號(hào)Y的模擬接收信號(hào)，并且將接收信號(hào)傳往無(wú)線處理器105a-105n。天線16a-16n可以相互分離，相應(yīng)地，每個(gè)無(wú)線單元18a-18n從不同接收信道(空間分集)接收一個(gè)接收信號(hào)。
在圖1的例子中，信道是無(wú)線傳輸信道，但是熟悉現(xiàn)有技術(shù)的人喜歡電話傳輸信道、局域網(wǎng)傳輸信道等。信道也可以是與相控天線元件或者來(lái)自波束成形器的無(wú)線電波有關(guān)的無(wú)線信道。此外，應(yīng)該理解分離的天線16和無(wú)線單元18可以看作瑞克接收機(jī)的“探針”，瑞克接收機(jī)是一個(gè)遠(yuǎn)程終端(如現(xiàn)代數(shù)字蜂窩電話系統(tǒng)中的移動(dòng)電話)的典型配置。這種配置提供多徑分集。
無(wú)線處理器105a-105n典型地將接收信號(hào)濾波，放大，并下變頻到基帶。之后A/D轉(zhuǎn)換器106a-106n將基帶接收信號(hào)轉(zhuǎn)換為復(fù)數(shù)字接收碼流rx(n)，其中下標(biāo)x表示對(duì)應(yīng)碼流的接收信道。例如，無(wú)線單元18a可以從天線16a接收模擬信號(hào)，并且產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)字接收碼流ra(n)。隨之產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)rx(n)是包含同相分量I和正交分量Q的復(fù)信號(hào)序列。熟悉現(xiàn)有技術(shù)的人都知道這些信號(hào)并不一定是復(fù)數(shù)。復(fù)信號(hào)rx(n)被送到基帶處理器20，使用估計(jì)到的信道標(biāo)記系數(shù)hest(k)來(lái)處理復(fù)信號(hào)以檢測(cè)出信息符號(hào)，從接收到的碼流rx(n)獲得bdet(n)。
由于自干擾信號(hào)是時(shí)間離散的，它們會(huì)互相干擾并且產(chǎn)生干擾衰落，所以多徑傳播通常是有害的。但是多徑傳播也可能會(huì)有好處。反射信號(hào)傳播與主信號(hào)相同的信息。當(dāng)衰落引起主信號(hào)本身的顯著衰減時(shí)，能夠利用時(shí)間離散波的結(jié)構(gòu)性累加來(lái)“重構(gòu)”或放大主信號(hào)，即信號(hào)的差異被放大了。
基帶處理器20包含一個(gè)瑞克接收機(jī)。瑞克接收機(jī)是一個(gè)有效利用時(shí)間離散信號(hào)上述特點(diǎn)的無(wú)線接收機(jī)。瑞克接收機(jī)包含大量稱作瑞克分支的獨(dú)立接收單元，每個(gè)接收、跟蹤或定位一個(gè)獨(dú)立的載波。瑞克接收機(jī)還包括用以組合接收信號(hào)的裝置和延遲這些信號(hào)，以便在組合信號(hào)之前，使其達(dá)到一定相位。。
如果多個(gè)信道的標(biāo)記系數(shù)非零，就可以利用信道標(biāo)記系數(shù)估計(jì)執(zhí)行某種形式的均衡。一種叫做最大似然序列估計(jì)(MLSE)的均衡，在上文提到的J.Proakis的著作的第六章中有描述。相應(yīng)地，基帶處理器20可以包含一個(gè)相干檢測(cè)器，它可以由多天線MLSE均衡器實(shí)現(xiàn)，例如Backstrom等人在美國(guó)專利第5191598號(hào)中公開的那種，該專利在本申請(qǐng)中作為特別參考。當(dāng)然接收機(jī)可以對(duì)檢測(cè)到的符號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步的處理。例如，可以對(duì)檢測(cè)到的符號(hào)進(jìn)行前向糾錯(cuò)解碼，這些符號(hào)也可以被組合為軟信息值。
由于信道傳輸?shù)挠绊懀炀€16接收到的信號(hào)包含有害信號(hào)，有害信號(hào)包含熱噪聲，很有可能還會(huì)包含上面提到的干擾信號(hào)。圖1中示出了一個(gè)干擾信號(hào)的例子，這里干擾器106產(chǎn)生信號(hào)X，有害信號(hào)使接收機(jī)從接收到的樣本流中完美地恢復(fù)信息符號(hào)變得困難。
如果有害成分包含干擾，那么可以應(yīng)用多種抗干擾技術(shù)來(lái)改進(jìn)接收信號(hào)的信噪比(SNR)從而改善信道標(biāo)記系數(shù)估計(jì)的精確度。應(yīng)用陣列處理技術(shù)的抗干擾技術(shù)在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中可以帶來(lái)很大的性能增益，但是為了使這種抗干擾達(dá)到很好的效果，要求對(duì)每個(gè)獨(dú)立信道的信道標(biāo)記系數(shù)都有合理的估計(jì)。抗干擾技術(shù)的例子包括J.H.Winters在他的著作“在扁平衰落的數(shù)字移動(dòng)無(wú)線系統(tǒng)IS-54中使用自適應(yīng)陣列的信號(hào)捕獲和跟蹤”(IEEE Trans，Veh.Technol.)第42卷377-384頁(yè)(1993年11月)中描述的內(nèi)容。在干擾很強(qiáng)的情況下，這種技術(shù)也可以帶來(lái)很好的檢測(cè)性能。
在傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)中，每個(gè)物理信道都是單獨(dú)跟蹤的，也就是說(shuō)每個(gè)物理信號(hào)的信道標(biāo)記系數(shù)都是獨(dú)立估計(jì)的，估計(jì)時(shí)使用的是每個(gè)物理信道接收到的樣本流，而沒有參考其他物理信道接收到的樣本流。很多已知的估計(jì)信道標(biāo)記系數(shù)的方法認(rèn)為信道標(biāo)記系數(shù)只是在考慮范圍中的物理信道接收到的信號(hào)的函數(shù)。由于干擾，精確地估計(jì)每個(gè)獨(dú)立物理信道的信道標(biāo)記系數(shù)可能會(huì)很困難，而由于檢測(cè)器使用了估計(jì)的信道標(biāo)記系數(shù)來(lái)檢測(cè)傳輸信號(hào)，這會(huì)帶來(lái)潛在的錯(cuò)誤。
在WCDMA系統(tǒng)中每個(gè)基站在幾個(gè)物理信道傳輸。由于多方面的原因，其中的很多物理信道包含可以用來(lái)估計(jì)信道特性的導(dǎo)頻符號(hào)。典型的導(dǎo)頻信號(hào)是一個(gè)或多個(gè)預(yù)設(shè)的符號(hào)，它可以在各自的信道傳輸，或者插入其他信道，它可以被用來(lái)完成監(jiān)督、控制、均衡、接續(xù)、同步或者參考的功能。
再次參照?qǐng)D1，發(fā)射機(jī)12中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可以包含(舉例來(lái)說(shuō))信道編碼數(shù)據(jù)、傳輸功率控制(TPC)指令、可選的傳輸格式聯(lián)合指示符(TFCIs)等。第三代伙伴項(xiàng)目(3GPP)正在標(biāo)準(zhǔn)化的第三代蜂窩電話系統(tǒng)就是此類系統(tǒng)中的一種。對(duì)于3GPP通信系統(tǒng)中的下行鏈路(基站到遠(yuǎn)端站)傳輸，數(shù)據(jù)可以是時(shí)空分段編碼并且可以經(jīng)過(guò)碼率匹配、交織等操作。一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)可以復(fù)合到編碼數(shù)據(jù)中，復(fù)合碼流可以經(jīng)過(guò)信道化編碼、擾碼等。然后，信道化的擾碼信號(hào)被一個(gè)或多個(gè)天線傳到接收機(jī)14。
圖2描述了圖1通信系統(tǒng)的一個(gè)傳輸信道傳送信息的示例格式。正如在很多數(shù)字系統(tǒng)中，信道傳送的信息被組織為很多時(shí)隙210，它們被分組形成連續(xù)的幀220，每一幀包含一系列時(shí)隙210。如圖2示，幀220可以被分組成為連續(xù)的超幀230。每個(gè)時(shí)隙210除了其它信息以外可以包含一個(gè)TFCI 211，第一組數(shù)據(jù)(有效載荷)212，TPC命令213，第二組數(shù)據(jù)214以及導(dǎo)頻信號(hào)215。在一個(gè)典型通信系統(tǒng)中，時(shí)隙可以持續(xù)0.625毫秒并且包含可變數(shù)目的比特，這取決于時(shí)隙的類型，幀可以包含16個(gè)時(shí)隙，超幀可以包含72個(gè)幀。每個(gè)基站也發(fā)送包含導(dǎo)頻符號(hào)的CPICH，其擴(kuò)頻因子為256。該CPICH以相對(duì)較高的功率發(fā)送，到達(dá)蜂窩的邊界。
目前已經(jīng)有了很多信道估計(jì)的方法。例如，G.Bottomle的美國(guó)專利第5822380號(hào)“節(jié)點(diǎn)信道估計(jì)的裝置和方法”中描述了出其它內(nèi)容以外的估計(jì)信道標(biāo)記系數(shù)的一種裝置，它是來(lái)自一個(gè)信道標(biāo)記系數(shù)正在被估計(jì)的信道的接收樣本流的函數(shù)，也是來(lái)自于其它信道的至少一個(gè)接收樣本流的函數(shù)。該專利在本申請(qǐng)中作為特別參考。2000年5月19日J(rèn).Nilsson申請(qǐng)的美國(guó)專利第09/573157號(hào)“具有傳輸分集的信道估計(jì)方法和裝置”描述了在傳輸分集的環(huán)境下使用導(dǎo)頻信號(hào)的信道估計(jì)。該專利在本申請(qǐng)中作為特別參考。
歐洲公開的S.Abeta等人申請(qǐng)的專利申請(qǐng)第P0955741號(hào)“信道估計(jì)裝置，及每個(gè)均含有該裝置的CDMA接收機(jī)和CDMA發(fā)射機(jī)”描述了數(shù)據(jù)符號(hào)信道估計(jì)的獲取，它基于與數(shù)據(jù)符號(hào)序列并行的導(dǎo)頻符號(hào)序列。美國(guó)K.Rohani等人的專利第5583886號(hào)“確定大量信道響應(yīng)并隨之修正接收信號(hào)的方法”描述了一個(gè)跳頻擴(kuò)頻通信系統(tǒng)，它基于從若干發(fā)射機(jī)的每一個(gè)發(fā)送來(lái)的已知信號(hào)確定若干信道估計(jì)。
圖3描述了基帶處理器28，它像在美國(guó)專利第5822380號(hào)中描述的那樣處理復(fù)合接收信道。如圖3所示，基帶處理器28包含相關(guān)檢測(cè)器25，節(jié)點(diǎn)信道估計(jì)器30以及有害相關(guān)估計(jì)器32?；鶐幚砥?8可以在可編程微處理器或數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)中實(shí)現(xiàn)。DSP的一個(gè)示例是德州儀器制造的TMS320C50。
節(jié)點(diǎn)信道估計(jì)器30接收復(fù)樣本流ra(n)，rb(n)和有害相關(guān)矩陣RZZ，基于兩個(gè)樣本流為每個(gè)接收信道估計(jì)一組信道標(biāo)記系數(shù)h(k)。利用有害相關(guān)矩陣，并且將信道標(biāo)記系數(shù)作為復(fù)合復(fù)樣本流的函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，干擾對(duì)于信道標(biāo)記系數(shù)估計(jì)的影響減少了。節(jié)點(diǎn)信道估計(jì)器30同樣接收已知的輸入或bdet(n)的試驗(yàn)性檢測(cè)值，它被節(jié)點(diǎn)信道估計(jì)器30用來(lái)進(jìn)行信道標(biāo)記系數(shù)估計(jì)。
接收樣本流rx(n)和信道標(biāo)記系數(shù)c(k)提供給有害相關(guān)估計(jì)器32，它為接收天線產(chǎn)生有害相關(guān)矩陣RZZ。有害相關(guān)估計(jì)器32可以用多種方法實(shí)現(xiàn)，包括Gregory E.Bottomley為“在多天線數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)中抗干擾組合的方法和裝置”申請(qǐng)的美國(guó)專利第5680419號(hào)中公開的方法，該專利在本申請(qǐng)中作為特別參考。有害相關(guān)矩陣RZZ通過(guò)線路41提供給節(jié)點(diǎn)信道估計(jì)器30和相干檢測(cè)器24。
開關(guān)31通過(guò)線39提供已知符號(hào)值或試驗(yàn)性檢測(cè)信息符號(hào)值bdet(n)給聯(lián)合信道估計(jì)器30和有害相關(guān)估計(jì)器32。已知符號(hào)值可以在同步或者處理導(dǎo)頻信號(hào)時(shí)提供，此時(shí)已知模式的符號(hào)被接收機(jī)接收并處理。這種處理之后，開關(guān)提供檢測(cè)到的信息符號(hào)值bdet(n)給節(jié)點(diǎn)信道估計(jì)器30和有害相關(guān)估計(jì)器32。
相關(guān)檢測(cè)器25接收復(fù)樣本，估計(jì)的信道標(biāo)記系數(shù)和多接收信道的有害相關(guān)信息，并且利用它們來(lái)檢測(cè)傳輸信息符號(hào)。如圖3所示，相關(guān)檢測(cè)器25可以被改變來(lái)進(jìn)行干擾消除，它使用有害相關(guān)估計(jì)器32提供的有害相關(guān)矩陣RZZ來(lái)消除或者排除復(fù)樣本帶來(lái)的干擾。美國(guó)專利5680419號(hào)描述了一個(gè)適當(dāng)?shù)臋z測(cè)器的例子。上文中提到的J.H.Winters的著作中也提到了這種檢測(cè)器的例子。
當(dāng)復(fù)接收信號(hào)的特性大相徑庭時(shí)，使用復(fù)接收信號(hào)來(lái)估計(jì)信道標(biāo)記系數(shù)就變得復(fù)雜起來(lái)。例如，在很多現(xiàn)有通信系統(tǒng)中很常見的是，當(dāng)接收到的信號(hào)來(lái)源于傳輸功率不同的信道時(shí)會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。在3GPP系統(tǒng)中，專用和公共信道使用不同信號(hào)傳輸，它們通常被作為物理信道。物理信道通過(guò)信道化編碼和/或時(shí)分復(fù)用分離。根據(jù)基站的構(gòu)造，這些信號(hào)可以通過(guò)同一種媒質(zhì)傳輸，因而經(jīng)歷同樣的多徑。DPCH和CPICH可以同時(shí)被一個(gè)遠(yuǎn)程終端接收，例如，被瑞克接收機(jī)的不同探針接收。CPICH在每一個(gè)小區(qū)中廣播，它使用特定的信道化編碼，并且總是沒有功率控制。CPICH的功率選擇原則是讓即使處于蜂窩邊界外的手機(jī)也能接收到它。因此，在很多情況下CPICH的功率比DPCH的高的多。此外，大多情況下傳輸DPCH時(shí)使用了功率控制，它用來(lái)將每個(gè)單獨(dú)的DPCH功率限制在每個(gè)手機(jī)接收每個(gè)DPCH所需要的值上。因此，在多數(shù)情況下DPCH和CPICH的傳輸功率對(duì)于手機(jī)來(lái)說(shuō)相差的值是未知的，我們把這種差異叫做增益偏置。同樣要注意由于功率控制的原因，這種增益偏置會(huì)隨時(shí)間改變。
相應(yīng)的，需要為復(fù)接收信道提供更精確的信道標(biāo)記系數(shù)估計(jì)，并且最好從具有不同傳輸功率電平的復(fù)接收信道組合信道估計(jì)。
概述申請(qǐng)人的發(fā)明滿足了上述以及其它要求。一方面，它提供了一種確定通信系統(tǒng)中傳輸信道之間增益偏置的方法。第一組信道估計(jì)來(lái)源于通過(guò)第一個(gè)信道接收的符號(hào)，第二組信道估計(jì)來(lái)源于通過(guò)第二個(gè)信道接收的符號(hào)。增益偏置在接收機(jī)中被確定，使用的是基于第一和第二組信道估計(jì)的二階等式。
從申請(qǐng)人發(fā)明的另一個(gè)方面來(lái)說(shuō)，它提供了確定通信系統(tǒng)中傳輸信道的一組復(fù)信道估計(jì)的方法。第一組信道估計(jì)來(lái)源于通過(guò)傳輸信道接收的符號(hào)，第二組信道估計(jì)來(lái)源于通過(guò)通信系統(tǒng)中另一個(gè)信道接收的符號(hào)。增益偏置基于第一和第二組信道估計(jì)來(lái)確定。信道估計(jì)增益組的確定是基于增益偏置和第一和第二組的信道估計(jì)。
從申請(qǐng)人發(fā)明的第三個(gè)方面來(lái)說(shuō)，它提供了確定通信系統(tǒng)中傳輸信道的一組信道估計(jì)增益的方法。第一組信道估計(jì)來(lái)源于通過(guò)傳輸信道接收的符號(hào)，第二組信道估計(jì)來(lái)源于通過(guò)通信系統(tǒng)中另一個(gè)信道接收的符號(hào)。增益偏置基于第一和第二組信道估計(jì)來(lái)確定。信道估計(jì)增益組基于增益偏置和第一與第二組信道估計(jì)來(lái)確定。信道估計(jì)增益組與第一和第二組信道估計(jì)中的一個(gè)有關(guān)。
值得強(qiáng)調(diào)的是在本說(shuō)明書中使用術(shù)語(yǔ)“包含”時(shí)，它用來(lái)表明存在聲明過(guò)的特性、整數(shù)、步驟或者成分，但是并不排除一種或者更多其它特性、整數(shù)、步驟、成分或其群的存在與附加。
附圖簡(jiǎn)述結(jié)合附圖閱讀該描述可以了解本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)勢(shì)，附圖中相似的參考數(shù)字表示相似的部分，其中圖1是典型的數(shù)字通信系統(tǒng)的框圖2描述了傳輸信道的一種格式；圖3是基帶處理器的框圖；圖4A是根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖；圖4B是根據(jù)本發(fā)明的方法的框圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的瑞克接收機(jī)和處理單元的框圖；圖6A是根據(jù)發(fā)明實(shí)施例的圖5的處理器單元功能框圖；圖6B是根據(jù)發(fā)明可選實(shí)施例的圖5的處理器單元功能框圖；發(fā)明詳述一些現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)，例如上述的專利和出版物中描述的那些，使用瑞克接收機(jī)處理經(jīng)過(guò)不同路徑傳輸并且在不同時(shí)間到達(dá)接收天線的傳輸信號(hào)的反射，即回波?？梢哉J(rèn)為瑞克接收機(jī)有很多“探針”，每個(gè)探針可以看成是各個(gè)信號(hào)通道的獨(dú)立接收機(jī)。為了改善性能，瑞克探針的輸出經(jīng)常被通過(guò)最大比率合并方法來(lái)合并，而且更精確的信道估計(jì)會(huì)改善這種最大率瑞克合并的精確性和最終檢測(cè)符號(hào)的精確性。
典型地，信道估計(jì)來(lái)源于包含在傳輸信號(hào)中的導(dǎo)頻符號(hào)，但也可以使用數(shù)據(jù)符號(hào)和其它已知符號(hào)。正如“物理信道和傳輸信道到物理信道的映射”(3G TS 25.211，3.3.0版，2000年6月)中描述的，在3GPP標(biāo)準(zhǔn)中，當(dāng)接收專用信道DPCH和CPICH時(shí)，兩個(gè)信道擁有適于信道估計(jì)的導(dǎo)頻符號(hào)。但是，兩個(gè)信道具有不同特性，其中之一便是信道傳輸功率不同。由于DPCH中使用的傳輸功率控制，功率偏置也可以隨時(shí)間變化。因此，接收機(jī)通常對(duì)增益偏置沒有精確的了解，雖然對(duì)瑞克接收機(jī)之后的解碼器來(lái)說(shuō)更正功率偏置對(duì)于獲得正確的軟信息很重要。通信系統(tǒng)可以發(fā)送表明增益偏置的信息給接收機(jī)，但是這樣做是不合要求的，因?yàn)樵撔畔?huì)消耗稀有的信道容量，而且它并不一定會(huì)被正確接收。
不更正信道間的增益偏置而從DPCH和CPICH組合信道估計(jì)當(dāng)然可以做到。例如，一種方法將來(lái)源于CPICH的信道估計(jì)作為DPCH的信道估計(jì)使用，但是由于上述的原因，這會(huì)給DPCH帶來(lái)錯(cuò)誤的軟信息。另一種方法用來(lái)自DPCH信道估計(jì)的增益信息和來(lái)自CPICH信道估計(jì)的相位信息來(lái)產(chǎn)生混合信道估計(jì)(注意信道估計(jì)是復(fù)值)。大體上，該方法可以得到正確結(jié)果，但是由于DPCH和CPICH不同的功率電平，DPCH的信道估計(jì)通常比CPICH的信道估計(jì)噪聲大，因此限制了這種方法可以獲得的精確性改善。相應(yīng)地，這里描述了組合DPCH和CPICH兩個(gè)信道的信道估計(jì)而不用要求附加信息來(lái)表明信道之間的增益偏置的最好方法。下面是申請(qǐng)人確定兩個(gè)信道之間增益偏置的方法以及信道估計(jì)改進(jìn)方法的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，圖4A的流程圖和圖4B的框圖闡述了這種方法。
令對(duì)應(yīng)于瑞克探針i∈[1，n]的信道估計(jì) 由下式給出(402，404步)h^iD=hi+ei---(1)]]>h^iC=ghi+vi---(2)]]>分別對(duì)應(yīng)DPCH和CPICH，其中hi代表無(wú)噪聲信道估計(jì)，ei和vi代表噪聲，g是一個(gè)實(shí)數(shù)，代表兩個(gè)信道間的增益偏置，信道由上標(biāo)D和C指示。此外，令噪聲不相關(guān)，零均值，復(fù)高斯分布，方差分別為σei2和σvi2。
信道估計(jì)的最大似然方案是滿足下列條件概率關(guān)系的組θ＝{h1，...，hn，g}θmaxp(Y|θ)---(3)]]>其中觀察組Y由所有探針的信道估計(jì)給出Y={h^1C,...,h^nC,h^1D,...,h^nD}---(4)]]>條件概率函數(shù)p(Y|θ)由下式給出p(Y|θ)=1(2π)nΠi=1nσeiσviΠi=1ne-|h^iD-hi|22σei2Πi=1ne-|h^iC-ghi|22σvi2---(5)]]>相應(yīng)的對(duì)數(shù)概率函數(shù)logp(Y|θ)由下式給出logp(Y|θ)=log(1(2π)nπi=1nσeiσvi)-Σi=1n|h^iD-hi|22σei2-Σi=1n|h^iC-ghi|22σvi2---(6)]]>為了最大化條件概率函數(shù)，將函數(shù)的導(dǎo)數(shù)設(shè)為零是有用的。對(duì)數(shù)概率函數(shù)對(duì)信道h的偏導(dǎo)和對(duì)數(shù)概率函數(shù)對(duì)增益偏置g的偏導(dǎo)分別形成以下各式δlogp(Y|θ)δhi‾=h^iD-hiσei2+g(h^iC-ghi)σvi2---(7)]]>
δlogp(Y|θ)δg=Σi=1nRe(hi(h^iC-ghi)‾σvi2)---(8)]]>其中 表示hi的復(fù)共軛。
令式(7)和(8)中的導(dǎo)數(shù)為零可以得到下列最大似然(ML)估計(jì){hiML，gML}hiML=σvi2h^iD+σei2h^iCgMLσvi2+σei2(gML)2---(9)]]>其中增益偏置gML是下列方程的解Σi=1nRe((σvi2h^iD+σei2h^iCgML)(h^iC-h^iDgML)‾(σvi2+σei2(gML)2)2)=0---(10)]]>可以看到方程10的通解是4n-2次多項(xiàng)式方程。如果n大于1，這個(gè)方程很難解，但在精確地尋求估計(jì)它們的傳輸信道的脈沖響應(yīng)的通信系統(tǒng)中正屬于這種情況。
申請(qǐng)人已經(jīng)意識(shí)到可以簡(jiǎn)化通式，并且對(duì)于含有很多探針或其等價(jià)的瑞克接收機(jī)的情況，通常式(10)可以很容易地被解出。
簡(jiǎn)化式(10)的一個(gè)設(shè)想就是設(shè)兩個(gè)信道經(jīng)歷的噪聲功率(干擾)的關(guān)系是σvi2=ασei2---(11)]]>其中α是一個(gè)比例因子。在使用擴(kuò)頻技術(shù)的通信系統(tǒng)中，觀察到的噪聲與不同信道使用的擴(kuò)展程度(處理增益)有關(guān)，而且在3GPP通信系統(tǒng)中，正如“擴(kuò)頻與調(diào)制(FDD)”(3G TS 25.213 3.0.0版，1999年10月)中描述的那樣，不同信道的擴(kuò)展程度可以不同。因此，比例因子α＝(sf/256)(nD/nC)，其中sf是為DPCH的符號(hào)使用的擴(kuò)頻因子，256是為CPICH的符號(hào)使用的擴(kuò)頻因子，nD和nC分別是為了得到DPCH信道估計(jì) 和CPICH信道估計(jì) 而連續(xù)相加的符號(hào)數(shù)。噪聲方差是由接收機(jī)估計(jì)的一個(gè)參數(shù)，特別是在3GPP通信中的接收機(jī)，它被要求周期性地報(bào)告該參數(shù)或與之有關(guān)的參數(shù)，并且接收機(jī)也會(huì)通過(guò)在不同信道傳輸?shù)南⒅罃U(kuò)頻因子。
可以理解的是式(5)的概率函數(shù)假設(shè)兩個(gè)信道具有獨(dú)立的信道估計(jì)誤差vi，ei，在很多通信系統(tǒng)中該假設(shè)有效，尤其是為DPCH和CPICH使用不同(正交)擴(kuò)展序列的3GPP系統(tǒng)。在該假設(shè)下，式(10)可以被重寫如下Σi=1nRe((αh^iD+h^iCgML)(h^iC-h^iDgML)‾σei2)=0---(12)]]>這可以看作增益偏置gML的二階方程如下(gML)2+βgML-α＝0 (13)其中α如上所述，β的計(jì)算(450)如下β=Σi=1nα|h^iD|2-|h^iC|2σei2Σi=1nRe(h^iC‾h^iDσei2)---(14)]]>二次方程式(13)可以靠簡(jiǎn)單替換(460)為下述表達(dá)式求解gML=-β2+β24+α---(15)]]>其中可以選擇正根，這樣增益偏置g自然大于零。應(yīng)當(dāng)理解有適當(dāng)調(diào)整時(shí)可以使用負(fù)根。這樣，接收機(jī)可以從每個(gè)信道獨(dú)立得到的信道估計(jì)(步驟402，404)確定(406步)通常對(duì)于接收機(jī)未知的兩個(gè)信道間的增益偏置。
此外，由上述假設(shè)，式(9)可以寫作hiML=αh^iD+gMLh^iCα+(gML)2---(16)]]>得到了(步驟408)應(yīng)該在接收機(jī)或瑞克組合器(見式(1))中使用的最佳信道估計(jì)。這樣，在增益偏置的基礎(chǔ)上確定了用來(lái)提供復(fù)信道估計(jì)的信道估計(jì)線性組合(470)。
復(fù)信道估計(jì)hML與增益偏置g一起包含了所有必要的幅度和相位信息。也有分離增益和相位估計(jì)的可選方案，此時(shí)靠其它手段獲得相位信息。例如，有關(guān)相位信息可以是已經(jīng)從兩個(gè)信道之一推導(dǎo)出來(lái)的信道估計(jì)的相位。目前優(yōu)選的是使用來(lái)自于高功率信道的信道估計(jì)相位，它通常比低功率信道的信道估計(jì)噪聲更小。如前所述，在3GPP通信系統(tǒng)中，CPICH通常比DPCH以更高的功率傳輸，優(yōu)選使用CPICH的相位，也可以使用信道估計(jì)的組合。
應(yīng)當(dāng)理解圖4所示方法的步驟可以很容易地用被接收機(jī)中一個(gè)合適的處理器或圖3中描述的基帶處理器28執(zhí)行的軟件或者接收機(jī)或基帶處理器中提供的專用集成電路(ASIC)之類的硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)。舉例來(lái)說(shuō)，接收機(jī)或基帶處理器可以應(yīng)用于通信系統(tǒng)中的移動(dòng)電話或其它便攜式無(wú)線設(shè)備中。
該發(fā)明的適用范圍并不局限于任何特殊數(shù)字通信系統(tǒng)或標(biāo)準(zhǔn)。為了更好的理解本發(fā)明的某些優(yōu)勢(shì)，參考圖5和圖6，下文描述了發(fā)明可以怎樣用于3GPP WCDMA數(shù)字通信系統(tǒng)的一個(gè)例子。
由于CPICH和DPCH在相同的物理媒質(zhì)中傳輸，它們經(jīng)歷了相同的多徑，但是增益偏置不同。因此，參考圖5，瑞克接收機(jī)探針1到n(501，502，......50n)的每一個(gè)接收到的CPICH和DPCH的增益差值都一樣。該發(fā)明利用從所有探針(501，502，......50n)獲得的信息來(lái)精確地估計(jì)增益偏置。該功能由處理單元510執(zhí)行，它從每個(gè)探針獲得信息，并且指示組合器520怎樣最好地組合經(jīng)過(guò)探針接收的信號(hào)。這樣，相比于僅使用一個(gè)探針估計(jì)該信息，增益偏置估計(jì)被改善了。
在瑞克接收機(jī)500中，對(duì)使用瑞克不同探針的每一個(gè)多徑成分，CPICH和DPCH都是解擴(kuò)的。DPCH的解擴(kuò)信息符號(hào)在處理單元510的控制下在組合器520中被解旋，其中處理單元使用相應(yīng)的已知導(dǎo)頻符號(hào)來(lái)獲取信道估計(jì) 和 (i＝1，......N)。若干個(gè)解擴(kuò)、解旋符號(hào)可以取平均來(lái)減少這些信道估計(jì)的方差。
處理單元510使用信道估計(jì) 和 (i＝1，...N)的全部或它們的某個(gè)子集來(lái)獲得第二組估計(jì)的信道hi(i＝1，......N)。
處理單元510可以用可編程數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)或任何其它處理器，或ASIC實(shí)現(xiàn)。處理單元510的功能如圖6A所示，它與組合器520一起工作。處理單元510首先為所有探針(601，602，60n)接收專用信道和公共信道的解擴(kuò)導(dǎo)頻信號(hào)。導(dǎo)頻信號(hào)被解旋610并被濾波620，如圖4B示，處理并線性組合信號(hào)來(lái)計(jì)算690復(fù)信道估計(jì)。
分離增益和相位估計(jì)的可選方案如圖6B示。導(dǎo)頻符號(hào)被解旋610，濾波620，并且轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)表達(dá)式630。然后信號(hào)的 和 (i＝1，......N)， 和 的幅度被進(jìn)一步處理。利用式(14)計(jì)算640參數(shù)β，利用式(15)得到650g，利用式(16)計(jì)算660αi(對(duì)所有的i＝1，......N)。每個(gè)信道估計(jì)的相位，可以被組合670，可以直接從 得到相位。此時(shí)可以產(chǎn)生信道估計(jì)如下hi=αiejθi---(17)]]>本發(fā)明的方法結(jié)合了來(lái)自多個(gè)探針的信息來(lái)建立第一組信道估計(jì)，并利用它來(lái)獲取第二組更精確的信道估計(jì)，因而改善了系統(tǒng)性能。
上文已經(jīng)描述了申請(qǐng)人的發(fā)明的多種實(shí)施方案，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解這些實(shí)施方案只是說(shuō)明性的，并且很多其它實(shí)施方案也是可以的。本發(fā)明規(guī)定的范圍在下面的權(quán)力要求而不是前面的描述中闡明，而且這里規(guī)定了包含在權(quán)力要求范圍內(nèi)的所有變動(dòng)。
權(quán)利要求
1.確定通信系統(tǒng)中傳輸信道間增益偏置的方法，包含以下步驟從通過(guò)第一個(gè)信道接收的符號(hào)獲得第一組信道估計(jì)；從通過(guò)第二個(gè)信道接收的符號(hào)獲得第二組信道估計(jì)；以及根據(jù)第一和第二組信道估計(jì)確定增益偏置。
2.權(quán)利要求1的方法，其中第一和第二個(gè)信道是導(dǎo)頻信道。
3.權(quán)利要求1的方法，其中第一和第二個(gè)信道分別是DPCH和CPICH。
4.確定通信系統(tǒng)中傳輸信道的一組復(fù)信道估計(jì)的方法，包含以下步驟從通過(guò)傳輸信道接收的符號(hào)獲得第一組信道估計(jì)；從通過(guò)通信系統(tǒng)中另一個(gè)信道接收的符號(hào)獲得第二組信道估計(jì)；根據(jù)第一和第二組信道估計(jì)確定增益偏置；以及根據(jù)增益偏置和第一與第二組信道估計(jì)確定復(fù)信道估計(jì)組。
5.權(quán)利要求4的方法，其中增益偏置用二階方程確定。
6.權(quán)利要求4的方法，其中增益偏置gML用下式確定gML=-β2+β24+α]]>其中β=Σi=1nα|h^iD|2-|h^iC|2σei2Σi=1nRe(h^iC‾h^iDσei2)]]>α是基于擴(kuò)頻因子的比例因子，α＝(sf/256)(nD/nC)，其中sf是為傳輸信道符號(hào)使用的擴(kuò)頻因子，256是為第二個(gè)信道的符號(hào)使用的擴(kuò)頻因子，nD和nC分別是為獲得第一組信道估計(jì) 和第二組信道估計(jì) 而連續(xù)相加的符號(hào)數(shù)，σei2是估計(jì)的噪聲方差參數(shù)。
7.權(quán)利要求6的方法，其中復(fù)信道估計(jì)hiML由下式確定hiML=αh^iD+gMLh^iCα+(gML)2]]>其中α是基于擴(kuò)頻因子的比例因子，α＝(sf/256)(nD/nC)，其中sf是為傳輸信道的符號(hào)使用的擴(kuò)頻因子，256是為第二信道的符號(hào)使用的擴(kuò)頻因子，nD和nC分別是為獲得第一組信道估計(jì) 和第二組信道估計(jì) 而連續(xù)相加的符號(hào)數(shù)。
8.權(quán)利要求6的方法，其中復(fù)信道估計(jì)通過(guò)執(zhí)行基于增益偏置的第一和第二組信道估計(jì)的線性組合來(lái)確定。
9.確定通信系統(tǒng)中傳輸信道的一組信道估計(jì)增益的方法，包含以下步驟從通過(guò)傳輸信道接收的符號(hào)獲得第一組信道估計(jì)；從通過(guò)通信系統(tǒng)中另一個(gè)信道接收的符號(hào)獲得第二組信道估計(jì)；根據(jù)第一和第二組信道估計(jì)確定增益偏置；根據(jù)增益偏置和第一與第二組信道估計(jì)確定一組信道估計(jì)增益；以及結(jié)合信道估計(jì)增益組，其具有第一或第二信道估計(jì)之一的信道估計(jì)相位。
10.權(quán)利要求9的方法，其中結(jié)合的信道估計(jì)相位是第一和第二組信道估計(jì)中來(lái)自于高功率信道的那個(gè)。
11.權(quán)利要求10的方法，其中結(jié)合的信道估計(jì)相位是第一和第二組信道估計(jì)中來(lái)自于DPCH信道的那個(gè)。
全文摘要
本文描述了在通信系統(tǒng)中兩個(gè)信道之間估計(jì)增益偏置的方法和裝置。增益偏置是由于系統(tǒng)中信號(hào)在兩個(gè)信道中的傳輸功率不同而引起的。估計(jì)到的增益偏置用來(lái)確定一系列復(fù)雜的信道估計(jì)。
文檔編號(hào)H04B7/26GK1618183SQ02827649
公開日2005年5月18日 申請(qǐng)日期2002年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月28日
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