專利名稱：無線通信設(shè)備中的無偏信號干擾比及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開一般涉及無線通信，更具體涉及估計無線通信設(shè)備中的信號干擾比(SIR)，例如在基于W-CDMA的用戶設(shè)備的瑞克(rake)接收機中，涉及上述的設(shè)備及方法。
背景技術(shù)：
使用快速功率控制的W-CDMA通信系統(tǒng)的性能通常取決于內(nèi)環(huán)功率控制算法，其要求在瑞克接收機的輸出端進行信號干擾比(SIR)估計，這里也稱為信噪比(SNR)估計。在W-CDMA通信系統(tǒng)中，移動用戶設(shè)備(UE)基于估計的SNR，以1500Hz(時隙)的速率向網(wǎng)絡(luò)發(fā)射功率控制命令，用來控制網(wǎng)絡(luò)處的發(fā)射功率。估計的SNR也可由移動用戶設(shè)備用來進行基站選取。
基于有偏信號功率估計器和有偏噪聲功率估計器來估計信噪比是公知的。與該已知的SNR估計器相關(guān)的問題在于，其特征在于強偏差和大方差。僅僅提供無偏信號和噪聲估計器通常不足以確保得到的SNR估計器是無偏的。而且，由于偏差是信噪比的函數(shù)，SNR的性能潛在地對實際信號和噪聲功率敏感，尤其是在多樣信道條件下，例如，在無線通信系統(tǒng)中典型的多徑衰落傳播信道。
題為的“Device And Method For Measuring Non-Orthogonal NoisePower For CDMA Communication System”的WO 99/66643公開了通過對相鄰碼元之差求平方來檢測非正交噪聲功率。
Beaulieu等在出版物“Comparison of Four SNR Estimators for QP SKModulations”IEEE Communications Letters，Vol.4，No.2，F(xiàn)ebruary 2000中提議了一種用于補償SNR的過估計的經(jīng)驗方法，當SNR較大且包括加性白高斯噪聲(AWGN)的信道不衰落時得到近似無偏的SNR估計器。但是，無線通信系統(tǒng)的典型多徑衰落傳播信道的每一路徑上的SNR水平通常相對較低。因此，Beaulieu所提議的方案不適用于無線通信應用中SNR的無偏估計。
在仔細考慮下面的詳細描述及所附繪圖之后，本公開的各種方面、特征和優(yōu)點對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說將變得更加顯而易見。


圖1是示例通信接收機的示意框圖。
圖2是用于使信噪比(SNR)估計無偏的示例方法流程圖。
具體實施例方式
本公開一般涉及提供無線通信設(shè)備中的無偏信噪比(SNR)估計器，例如，在第三代(3G)通用移動電話系統(tǒng)(UMTS)W-CDMA實現(xiàn)無線通信設(shè)備中，該無線通信設(shè)備也稱為用戶設(shè)備(UE)。本公開更具體地涉及用于使無線通信設(shè)備中的SNR估計器無偏的方法。對于移動無線通信應用來說，優(yōu)選地，對于所有信道條件和SNR水平，SNR即使不是完全無偏的，也是大致無偏的。
在W-CDMA蜂窩通信系統(tǒng)中，例如在第三代通用移動電話系統(tǒng)(3G UMTS)無線通信網(wǎng)絡(luò)中，無線移動通信設(shè)備發(fā)射SNR估計信息到網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)使用SNR信息來分配下行鏈路發(fā)射功率資源。信噪比估計也可以用于基站選取。
圖1是包括示例W-CDMA瑞克接收機100的部分示意框圖，該瑞克接收機具有多個耙指，耙指帶有用于相應信道的對應解擴110、112。接收到的信號通常包括多個信道，其可以是分別的物理信號和/或分別的邏輯信道。通常，信道可以具有不同的碼元速率和/或擴頻因子。
在圖1中，接收到的信號在每個耙指中的解擴器110和112處解擴。在一個實施例中，第l個物理信道的第i個傳播路徑上的第n個時隙的第k個碼元的解擴碼元通常用下面的表達式來表示dli[n,k]=a1[n,k]zli[n,k]+ηli[n,k],---(1)]]>在公式(1)中，al[n，k]是歸一化的(幅度為1)發(fā)射的碼元，其在導頻碼元的情況中是已知的，而nli[n，k]是噪聲。量zli[n，k]是傳播信道，其幅度平方表示相關(guān)傳播路徑的接收功率。在某些實施例中，解擴信號是通過擴頻因子進行歸一化的。不喪失一般性地，下面假設(shè)信號是由擴頻因子歸一化的，盡管不要求更一般的歸一化。下面，使用對公式(1)的注釋來描述提議的估計器。
首先使用已知導頻碼元，在噪聲功率估計之前，從圖2的框201中信號去除調(diào)制。得到的碼元隨后成對地相減，以生成對噪聲的無偏估計。估計的信噪比部分地基于估計的噪聲功率估計。在圖2的方法圖200中，去除調(diào)制之后，在框210處估計噪聲功率。
估計的噪聲功率通常是某時間間隔上的平均。在大多數(shù)應用中，信道可以被視為在兩個碼元上基本恒定。該估計的范數(shù)(norm)產(chǎn)生了噪聲功率的無偏估計，其是在時間上的平均。在一個實施例中，例如，通過對在時間間隔上獲取的多個(至少兩個)噪聲功率估計取平均而估計噪聲功率，其中，每個噪聲功率估計都基于至少兩個碼元的差。每個碼元用于計算不超過一個差，盡管在其他實施例中，每個碼元也可以用來計算多于一個的差從而估計噪聲功率。更一般地，噪聲功率估計基于噪聲功率在一個或多個信道上的加權(quán)估計，例如，在公共導頻信道(CPICH)或者專用導頻信道上，在W-CDMA應用中，其是在專用物理信道(DPCH)上時間復用的。
例如，假設(shè)在第l個物理信道上每時隙有NPILOTl(偶數(shù))個碼元。在使用單極點無限沖激響應(IIR)濾波器的實施例中，第i個傳播路徑上的第n個時隙的噪聲功率在公式(2)中估計如下σ^ηil2[n]=ασ^ηil2[n-1]+1-αNPILOTl∑k=pPILOTl/2pPILOTl/2+NPILOTl/2-1|al[n,2k]*dil[n,2k]-a1[n,2k+1]*dil[n,2k+1]|2,---(2)]]>在公式(2)中，pPILOTl是第l個物理信道上第一導頻碼元的位置(從分配了位置0的時隙的起始處開始)。α是無限沖激響應(IIR)濾波器的極點，該IIR濾波器用來對噪聲功率估計進行濾波。IIR濾波器極點的限制條件為α＜1。
在使用了滑動平均有限沖激響應(FIR)濾波器的實施例中，第i個傳播路徑上的第n個時隙的噪聲功率在公式(3)中估計如下σ^ηil2[n]=1K∑i=0K-11NPILOTl∑k=pPILOTl/2pPILOTl/2+NPILOTl/2-1|a1[n-i,2k]*dil[n-i,2k]-a1[n-i,2k+1]*dil[n-i,2k+1]|2,---(3)]]>在公式(3)中，K是滑動平均FIR濾波器對噪聲功率估計進行濾波的時隙數(shù)目。其他的濾波器可以用于其他的實施例中，例如，多極點IIR濾波器或者更一般的FIR濾波器。在圖2中，任何濾波都是在框215進行的。
在一個實施例中，一個信道的噪聲功率是基于對另一信道上噪聲功率的估計而估計的。在W-CDMA應用中，例如，除非用戶設(shè)備從定向天線接收信號，否則通常優(yōu)選是使用公共導頻信道(CPICH)而不是使用專用物理信道(DPCH)信號來進行噪聲功率估計。CPICH通常每時隙比DPCH具有更多的導頻碼元，因此噪聲功率估計器的準確性得到了提高。當基于一個信道上的噪聲功率估計另一個信道上的噪聲功率時，可能有必要對噪聲功率估計進行縮放。在某些實施例中，進行噪聲估計的不同信道具有不同的碼元速率。在示例W-CDMA應用中，其中基于CPICH上的噪聲功率估計來估計DPCH上的噪聲功率，DPCH上的噪聲功率的估計通過CPICH和DPCH的擴頻因子的比率來進行縮放，如下面公式(4)所示σ^ηiDPCH2[n]=SCPICHSDPCHσ^ηiCPICH2[n].---(4)]]>縮放是必要的，因為DPCH的擴頻因子SDPCH可能與CPICH的擴頻因子SCPICH不同。縮放因子可以是1或者某個其他值。擴頻因子的關(guān)系通常取決于擴頻因子的歸一化，如上所述。當使用CPICH而不是DPCH進行噪聲功率估計時，用因子NPILOTDPCH/NPILOTCPICH來減少方差，這個因子是針對使用CPICH l＝CPICH和pPILOTCPICH=0]]>的噪聲功率估計，專用物理信號(DPCH)的導頻碼元和公共導頻信道(CPICH)的導頻碼元之比。
估計的信噪比也基于估計的信號功率估計。在圖2中，信號功率是噪聲功率估計之后，在框220處估計的。通常，估計的信號功率是基于對一個或多個信道的信號功率的加權(quán)估計。在示例實施例中，估計信號功率的信道不同于估計噪聲功率的信道，圖1中為信道x和y。在示例W-CDMA應用中，例如，信號功率是在DPCH上估計的，噪聲功率是從CPICH估計的。在某些實施例中，其中信號和噪聲功率估計都基于在多于一個信道上的估計，用來估計信號功率的至少一些信道不同于用來估計噪聲功率的一些信道。
在示例W-CDMA應用中，由于專用物理信道(DPCH)是功率受控的，信號功率估計不像噪聲功率估計，必須使用DPCH來進行估計。示例的估計器使用專用導頻碼元、數(shù)據(jù)碼元、功率控制碼元(TPC)和幀格式指示碼元(TFCI)。例如，假設(shè)每時隙具有NPILOTDPCH個專用導頻碼元、NDATADPCH個數(shù)據(jù)碼元、NTPCDPCH個TPC碼元和NTFCIDPCH個TFCI碼元，則第i個傳播路徑上的第n個時隙的瞬時信號功率可以估計為四個功率估計器(上面的條形表示對條形下的量的估計)的線性組合，如下公式(5)所示 其中，κPILOT、κDATA、κTPC和κTFCI是組合系數(shù)，在公式(6)中給出KPILOTKDATAKTPCKTFCI=1NPILOTDPCH|zi,PILOTDPCH[n]|2|zi,DATADPCH[n]|2+NDATADPCH+NTPCDPCH|zi,TPCDPCH[n]|2|zi,DATADPCH[n]|2+NTFCIDPCH|zi,TFCIDPCH[n]|2|zi,DATADPCH[n]|2NPILOTDPCHNDATADPCHNTPCDPCHNTFCIDPCH---(6)]]>而根據(jù)不同的“邏輯”信道給出的四個估計器如下面的公式所示 在公式(7)和(9)中，一致地進行信號的平均。然后取范數(shù)，以生成對信號功率的有偏估計。在一個實施例中，信號功率至少部分是無偏的，其基于噪聲功率估計器，如圖2中框225所示。通過用信號功率估計器減去偏差來得到無偏信號功率估計器。在公式(8)和(10)中，首先通過取信號的范數(shù)得到對信號功率的有偏估計。在某些實施例中，對估計進行平均以提高其準確性。通過用估計器減去偏差而得到無偏估計器。
組合系數(shù)可以優(yōu)化為根據(jù)其準確性和其關(guān)于另外的邏輯和/或物理信道的功率偏差而對每一估計器進行加權(quán)。信號功率估計器使用較早前描述的噪聲功率估計器。假定接收機知道公式(6)的功率比。如果情況不是這樣，可以估計功率比。如果希望或者必需忽略任意組的碼元，可以假定碼元數(shù)為0。這使得對應的系數(shù)被評估為0，如公式(6)所示。
在圖2中，在框230，估計的信噪比(SNR)基于上面所述的估計的信號功率和估計的噪聲功率。即使信號功率和噪聲功率二者都是較早前無偏地得到的，這兩個估計器的比也還是導致有偏的SNR估計器。
在圖2中，在框240，使SNR無偏。在一個實施例中，通常，基于對噪聲功率進行平均的時間段或時間間隔，并且更具體地基于用于對信號的噪聲功率進行平均的差的數(shù)目和/或基于濾波器參數(shù)，至少部分地使估計的SNR無偏。還基于信號功率估計，至少部分地使估計的SNR無偏，例如，基于所需信號信道功率與另一信道功率之比，可以用估計的SNR減去這個比值。在一個實施例中，在公式(11)中獲得無偏估計的SNR，如下所示 其中，對于單極點IIR濾波器實施例，L是由公式(12)如下給出的L=round(NPILOTl21+a1-a).---(12)]]>
其中，α是上述IIR濾波器的極點。對于滑動平均FIR濾波器實施例來說，L是由公式(13)如下給出的L=round(KNPILOTl2).---(13)]]>更一般地，L是濾波器參數(shù)的函數(shù)。這樣，通過因子(L-1)/L來縮放有偏SNR，并優(yōu)選地在縮放SNR之后，用SNR減去加性偏差。在示例實施例中，用估計的SNR減去量1L(κPILOTNPILOTDPCH+κDATA+κTPCNTPCDPCH+κTFCI).]]>瑞克接收機輸出SIR的估計器由公式(14)如下給出 其中，M是路徑的數(shù)目。
盡管通過建立發(fā)明人對其的所有權(quán)并且使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠做出和使用發(fā)明的方式描述了本公開以及當前所認為的發(fā)明的最佳模式，應該理解并認識到，這里公開的示例實施例有著許多的等價物，并且可以對其做出無數(shù)的修改和變化，而不背離本發(fā)明的范圍和精神，其中，本發(fā)明的范圍和精神不是由示例實施例而是由所附權(quán)利要求限定的。
權(quán)利要求
1.一種在無線通信設(shè)備中的方法，該方法包括估計信號的噪聲功率；在時間間隔上對噪聲功率進行平均；估計該信號的信號功率；基于估計的噪聲功率和估計的信號功率來估計信噪比；基于對噪聲功率進行平均的時間間隔，至少部分地使估計的信噪比無偏。
2.權(quán)利要求1的方法，基于估計的噪聲功率，至少部分地使估計的信噪比無偏。
3.權(quán)利要求1的方法，基于估計的信號功率，進一步使估計的信噪比無偏。
4.權(quán)利要求1的方法，基于至少一個碼元差，對噪聲功率進行平均，基于用于對信號的噪聲功率進行平均的差的數(shù)目，至少部分地使估計的信噪比無偏。
5.權(quán)利要求1的方法，至少部分地使估計的信噪比無偏包括用估計的信噪比減去一個量。
6.權(quán)利要求5的方法，至少部分地使估計的信噪比無偏包括在用估計的信噪比減去一個量之前縮放信噪比。
7.權(quán)利要求1的方法，至少部分地使估計的信噪比無偏包括用估計的信噪比減去一個量，所述的量是所需信道的功率與另一信道的功率的比的函數(shù)。
8.權(quán)利要求1的方法，估計噪聲功率包括對信號的噪聲功率進行平均，在進行平均之后，對估計的噪聲功率進行濾波，基于用來對估計的噪聲功率進行濾波的濾波器的參數(shù)，至少部分地使估計的信噪比無偏。
9.權(quán)利要求1的方法，通過使估計的信噪比基本上無偏，至少部分地使估計的信噪比無偏。
10.權(quán)利要求1的方法，通過使估計的信噪比完全地無偏，至少部分地使估計的信噪比無偏。
11.權(quán)利要求1的方法，所述信號包括多個信道，估計一信道上的信號功率是基于對不同信道上的信號功率的估計的。
12.一種在無線通信設(shè)備中的方法，該方法包括在無線通信設(shè)備，接收具有多個信道的信號，估計多個信道中一個上的信號功率，估計多個信道中另一個上的噪聲功率，基于噪聲功率，至少部分地使信號功率無偏。
13.權(quán)利要求12的方法，估計信號功率包括基于對至少兩個信道的信號功率的加權(quán)估計來估計信號功率，估計噪聲功率包括基于對至少兩個信道的噪聲功率的加權(quán)估計來估計噪聲功率，用于估計信號功率的至少一些信道不同于用于估計噪聲功率的一些信道。
14.權(quán)利要求12的方法，在至少部分地使信號功率無偏之前縮放噪聲功率。
15.權(quán)利要求12的方法，估計在數(shù)據(jù)信道上的信號功率，估計在導頻信道上的噪聲功率。
16.權(quán)利要求12的方法，基于至少部分無偏的信號功率，并且基于估計的噪聲功率，估計信噪比，至少部分地使信噪比無偏。
17.一種在無線通信設(shè)備中的方法，該方法包括在該無線通信設(shè)備接收信號，該信號具有第一和第二信道；估計第一信道的噪聲功率，對第一信道的噪聲功率的估計基于對第二信道上的噪聲功率的估計；縮放對第二信道上噪聲功率的估計。
18.權(quán)利要求17的方法，用與第二信道相關(guān)的因子除以與第一信道相關(guān)的因子的結(jié)果來縮放對第二信道上噪聲功率的估計。
19.權(quán)利要求17的方法，在無線通信設(shè)備接收信號包括接收具有第一和第二分別的物理信道的信號。
20.權(quán)利要求17的方法，在無線通信設(shè)備接收信號包括接收具有第一和第二分別的邏輯信道的信號。
21.權(quán)利要求17的方法，估計第一信道上的信號功率，基于估計的噪聲功率和估計的信號功率來估計信噪比。
22.權(quán)利要求17的方法，在無線通信設(shè)備接收信號包括接收具有導頻信道和數(shù)據(jù)信道的信號，基于對導頻信道上噪聲功率的估計，估計數(shù)據(jù)信道上的噪聲功率。
23.權(quán)利要求22的方法，估計數(shù)據(jù)信道上的信號功率，基于估計的信號功率和估計的噪聲功率來估計信噪比。
24.權(quán)利要求22的方法，用導頻信道的擴頻因子除以數(shù)據(jù)信道的擴頻因子的比率來縮放對導頻信道上噪聲功率的估計。
25.權(quán)利要求17的方法，通過對在時間間隔上獲得的至少兩個的多個噪聲功率估計進行平均來估計噪聲功率，所述至少兩個噪聲功率估計的每一個都基于碼元之差。
26.權(quán)利要求17的方法，估計第一信道上的信號功率，基于估計的噪聲功率和估計的信號功率來估計信噪比，至少部分地使信噪比無偏。
27.一種在無線通信設(shè)備中的方法，該方法包括在該無線通信設(shè)備接收信號，該信號具有第一和第二信道，第一和第二信道具有不同的碼元速率；估計第一信道的噪聲功率，第一信道的噪聲功率基于對第二信道上的噪聲功率的估計。
28.權(quán)利要求27的方法，用與第二信道相關(guān)的因子除以與第一信道相關(guān)的因子的結(jié)果來縮放對第二信道上噪聲功率的估計。
29.權(quán)利要求27的方法，通過對在時間間隔上獲得的至少兩個的多個噪聲功率估計進行平均來估計噪聲功率，所述至少兩個噪聲功率估計中的每一個都基于碼元之差。
30.權(quán)利要求27的方法，估計第一信道的信號功率，基于估計的信號功率并且基于估計的噪聲功率來估計信噪比，至少部分地使信噪比無偏。
全文摘要
一種在無線通信設(shè)備，例如第三代(3G)通用移動電話系統(tǒng)(UMTS)用戶設(shè)備中的方法，包括估計信號的噪聲功率(210)，估計該信號的信號功率(220)，基于估計的噪聲功率和估計的信號功率來估計信噪比(230)，以及基于對噪聲功率進行平均的時間間隔，至少部分地使估計的信噪比無偏(240)。
文檔編號H04B17/00GK1849793SQ200480017190
公開日2006年10月18日 申請日期2004年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月30日
發(fā)明者亞歷山大·馬萊蒂, 約翰·P·奧利佛 申請人:摩托羅拉公司