專利名稱：估計(jì)信號(hào)中殘留噪聲的方法以及采用這種方法的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)信號(hào)中殘留噪聲的估計(jì)。本發(fā)明可以用于例如數(shù)字無(wú)線通信系統(tǒng)中鏈路質(zhì)量的估計(jì)。
具體而言，本發(fā)明涉及估計(jì)信號(hào)所需部分的頻率范圍內(nèi)殘留噪聲的一種方法。
本發(fā)明還涉及估計(jì)信號(hào)所需部分的頻率范圍內(nèi)殘留噪聲的一種裝置。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及采用這種方法的移動(dòng)電話。
相關(guān)技術(shù)下面對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的描述涉及本發(fā)明的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域蜂窩數(shù)字無(wú)線通信系統(tǒng)。
人們正在開發(fā)這樣的技術(shù)，用于將蜂窩系統(tǒng)從話音電話為主進(jìn)化為能夠同時(shí)處理大量數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。下一代蜂窩系統(tǒng)的要求之一是能夠利用環(huán)球網(wǎng)(WWW)應(yīng)用程序提供對(duì)因特網(wǎng)的移動(dòng)接入，換句話說(shuō)，能夠支持面向數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹案咚佟狈纸M。
一種所謂的第三代系統(tǒng)是EDGE系統(tǒng)(EDGE＝用于全球TDMA進(jìn)化的增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率，其中TDMA＝時(shí)分多址(或者EDGE＝用于GSM進(jìn)化的增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率))。EDGE系統(tǒng)代表了叫做TIA/EIA-136的美國(guó)TDMA系統(tǒng)跟歐洲GSM系統(tǒng)的融合，從而能夠?yàn)橐苿?dòng)用戶提供基于無(wú)線TDMA的高數(shù)據(jù)速率數(shù)據(jù)分組業(yè)務(wù)?；谶@種EDGE概念的一種標(biāo)準(zhǔn)UWC-136已經(jīng)由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(ETSI)和北美電信工業(yè)協(xié)會(huì)(TIA)開發(fā)/批準(zhǔn)。建立在CDMA(碼分多址)基礎(chǔ)之上的其它的第三代系統(tǒng)在開發(fā)階段都很相似cdma2000(由(TIA)規(guī)定)和WCDMA(由ETSI規(guī)定)。在IMT-2000(IMT＝國(guó)際移動(dòng)電信)這個(gè)名稱下，這三個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成了國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的技術(shù)平臺(tái)。
在空中接口，GSM(和EDGE)依賴于TDMA和頻分多址(FDMA)的組合，其中的多個(gè)時(shí)隙(8個(gè)時(shí)隙＝1個(gè)TDMA幀)對(duì)應(yīng)于多個(gè)(對(duì)于GSM而言是125個(gè))載波頻率。
在第一代GSM系統(tǒng)里，用GMSK信道調(diào)制(GMSK＝高斯最小頻移鍵控)技術(shù)在電路交換的基礎(chǔ)之上提供9.6kbps的數(shù)據(jù)速率，每個(gè)信道具有的載波之間的間隔是200kHz。GSM的通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)(GPRS)構(gòu)成為向用戶提供高速分組模式數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐緩缴系囊粋€(gè)中間步驟。GPRS通過(guò)對(duì)時(shí)隙的串聯(lián)(最多達(dá)到8個(gè))和通過(guò)(4個(gè)不同的)可變信道編碼技術(shù)提供9kbps和170kbps之間的峰值用戶數(shù)據(jù)速率。GPRS協(xié)議和業(yè)務(wù)能力在EDGE系統(tǒng)中重用。這種EDGE概念利用更高級(jí)別的信道調(diào)制和更高的碼元速率提高了數(shù)據(jù)速率。利用8-PSK調(diào)制(PSK＝相移鍵控)、每個(gè)調(diào)制碼元3個(gè)比特的碼元速率、以及多時(shí)隙工作，可以使用戶比特率比GPRS增加二倍。對(duì)于同樣的200kHz載波間隔和TDMA幀結(jié)構(gòu)并且通過(guò)合并幾個(gè)(多達(dá)8個(gè))時(shí)隙，可以獲得例如384kbps的數(shù)據(jù)速率。提高數(shù)據(jù)速率付出的代價(jià)是對(duì)包括來(lái)自相鄰信道的干擾(相鄰信道干擾)的噪聲更加敏感。所能達(dá)到的最高數(shù)據(jù)速率取決于移動(dòng)速度和系統(tǒng)負(fù)荷。
數(shù)字無(wú)線接收機(jī)可以被看成一個(gè)模擬無(wú)線前端后面跟一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器。在分配的頻帶內(nèi)，GSM或者EDGE這樣的蜂窩數(shù)字無(wú)線系統(tǒng)有幾個(gè)頻率、信道。為了進(jìn)行通信，被選中的信道需要進(jìn)行濾波，最好是在數(shù)字域來(lái)完成濾波。數(shù)字濾波器重新編程非常容易，價(jià)格便宜，濾波器參數(shù)不會(huì)隨溫度和電壓變化。
對(duì)于采用GMSK調(diào)制的GSM信道，采用窄帶濾波沒(méi)有什么問(wèn)題(也就是利用一個(gè)其帶寬比GSM信道載波頻率間隔200kHz要略微窄一些的濾波器)。但是，對(duì)于采用8-PSK調(diào)制的對(duì)應(yīng)的EDGE信道則不是這種情況，因此，跟普通GSM接收機(jī)相比，EDGE接收機(jī)在相鄰信道干擾方面的問(wèn)題更多。這種調(diào)制比GMSK對(duì)噪聲更加敏感。因此，在希望用一個(gè)寬帶濾波器將所有信息包括在內(nèi)和希望避免相鄰信道噪聲這兩者之間必須進(jìn)行折中。
所以，EDGE這樣的系統(tǒng)將依賴于LQC系統(tǒng)(LQC＝鏈路質(zhì)量控制)來(lái)優(yōu)化系統(tǒng)吞吐量。
數(shù)字無(wú)線通信系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量(QoS)跟三個(gè)因素密切相關(guān)，這三個(gè)因素就是呼叫處理質(zhì)量、通信質(zhì)量和覆蓋質(zhì)量。用于蜂窩通信系統(tǒng)的時(shí)候，本發(fā)明主要跟通信質(zhì)量有關(guān)，也就是跟無(wú)線信道損傷、傳輸延遲、回波、背景噪聲等等這樣的效應(yīng)有關(guān)。對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸，通信質(zhì)量可以用比特差錯(cuò)率和傳輸延遲來(lái)衡量。對(duì)于面向分組的數(shù)據(jù)傳輸，通過(guò)重新發(fā)射可以將比特差錯(cuò)率保持很低，但是會(huì)導(dǎo)致增大延遲，并降低吞吐量。為了使信道的吞吐量最佳，能夠(動(dòng)態(tài)地)評(píng)估信道質(zhì)量并且在此基礎(chǔ)之上調(diào)整無(wú)線信道質(zhì)量的基本傳輸參數(shù)就顯得非常重要。
因此測(cè)量和報(bào)告當(dāng)前鏈路質(zhì)量是至關(guān)重要的工作，需要仔細(xì)地加以考慮。一個(gè)顯現(xiàn)強(qiáng)干擾源的報(bào)告會(huì)影響數(shù)據(jù)傳輸速率、差錯(cuò)糾正系統(tǒng)開銷的大小，或者最終導(dǎo)致選擇更加堅(jiān)固可靠的調(diào)制或者編碼方法(例如從8-PSK到GMSK信道調(diào)制)。
發(fā)明概要本發(fā)明的一個(gè)目的是為信號(hào)中的殘留噪聲產(chǎn)生一個(gè)量度。
根據(jù)權(quán)利要求1，在本發(fā)明中，該目的是這樣實(shí)現(xiàn)的修改包括噪聲的信號(hào)的幅度，將信號(hào)跟修改了的信號(hào)合并，從而產(chǎn)生一個(gè)噪聲估計(jì)量度。
在這里，將“噪聲”這個(gè)術(shù)語(yǔ)用來(lái)表示隨機(jī)噪聲和來(lái)自其它源的干擾。將本發(fā)明用于蜂窩通信系統(tǒng)的時(shí)候，“噪聲”包括來(lái)自相鄰信道的干擾(相鄰信道干擾)或者來(lái)自另一個(gè)小區(qū)中將相同信道頻率作為“選中的”或者“需要的”頻率的信道的干擾(同信道干擾)。
殘留噪聲估計(jì)建立在這樣一個(gè)假設(shè)的基礎(chǔ)之上，也就是所需頻率范圍(例如蜂窩通信系統(tǒng)中選定信道的頻率范圍)中信號(hào)分量的大小是所需頻率范圍內(nèi)“噪聲”大小的一個(gè)量度。所得噪聲量度的有用程度總的來(lái)說(shuō)將取決于信號(hào)結(jié)構(gòu)。對(duì)于代表通信系統(tǒng)的潛在重疊信道的信號(hào)之類，其中“相鄰信道”干擾是主要問(wèn)題，這個(gè)量度是用一種簡(jiǎn)單方法獲得的，作為信道質(zhì)量指示非常有用。
如同權(quán)利要求2所說(shuō)明的那樣，當(dāng)噪聲估計(jì)量度是建立在信號(hào)和修改了的信號(hào)在其頻譜內(nèi)的平均功率值的基礎(chǔ)之上的時(shí)候，能夠在公知的測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)之上確保提供一種簡(jiǎn)單的手段來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行比較。噪聲估計(jì)量度也可以建立在信號(hào)平均功率梯度(也就是隨時(shí)間的變化)的基礎(chǔ)之上，或者建立在任何其它適當(dāng)方法的基礎(chǔ)之上。
如同權(quán)利要求3所說(shuō)明的那樣，噪聲估計(jì)量度是基于信號(hào)和修改過(guò)的信號(hào)在它們的頻譜中一個(gè)或者多個(gè)公共范圍上的平均功率值的，能夠確保提供一種簡(jiǎn)單的手段來(lái)比較這些信號(hào)，這種測(cè)量集中在該頻率范圍的有關(guān)部分上，例如信號(hào)的所需部分之外的頻率范圍上。
如同權(quán)利要求4所說(shuō)明的那樣，當(dāng)信號(hào)主要是在該信號(hào)的所需部分的頻率范圍以外受到衰減的時(shí)候，能夠保證所需頻率范圍以外信號(hào)的修改是采用一種簡(jiǎn)單方式進(jìn)行的，例如通過(guò)采用濾波器。這種衰減可以是例如通過(guò)帶通濾波器，讓所需頻率范圍內(nèi)的信號(hào)不加改變地通過(guò)(理想情況下)并且衰減掉所有其它頻率的信號(hào)。也可以采用低通濾波器，如果所需頻率范圍低于某個(gè)頻率；或者采用高通濾波器，如果所需頻率范圍高于某個(gè)頻率。但是這種修改也可以采取合適的任何其它形式。例如它可以包括對(duì)所需頻率范圍以外信號(hào)的放大，例如通過(guò)一個(gè)或者多個(gè)調(diào)諧在有關(guān)的頻率上的頻率選擇性放大器。
如同權(quán)利要求5所說(shuō)明的那樣，當(dāng)噪聲估計(jì)量度是建立在信號(hào)和修改過(guò)的信號(hào)之間平均功率值之差的基礎(chǔ)之上的時(shí)候，可以保證提供一種簡(jiǎn)單方法來(lái)比較這些信號(hào)。
如同權(quán)利要求6所說(shuō)明的那樣，當(dāng)這個(gè)信號(hào)是一個(gè)數(shù)字信號(hào)的時(shí)候，可以保證這種手段和后面的處理在時(shí)間上更加穩(wěn)定，更加不受環(huán)境影響，跟傳統(tǒng)模擬技術(shù)相比，這樣能夠獲得更好的性能，更低的設(shè)備生產(chǎn)成本。
如同權(quán)利要求7所說(shuō)明的那樣，當(dāng)信號(hào)主要是在該信號(hào)所需部分頻率范圍以外受到數(shù)字濾波器衰減的時(shí)候，可以保證低成本和靈活性。
如同權(quán)利要求8所說(shuō)明的那樣，當(dāng)噪聲估計(jì)量度是用多個(gè)不同的電平來(lái)量化并且其每個(gè)電平都表示所呈現(xiàn)的不同噪聲電平的時(shí)候，可以保證這種手段可以用來(lái)量化信號(hào)中不需要的噪聲。
如同權(quán)利要求9所說(shuō)明的那樣，當(dāng)信號(hào)的所需部分代表數(shù)字蜂窩無(wú)線系統(tǒng)所選信道的時(shí)候，并且噪聲估計(jì)量度或者它的后處理的版本被傳送給所述蜂窩無(wú)線系統(tǒng)的鏈路質(zhì)量控制系統(tǒng)作為當(dāng)前鏈路質(zhì)量估計(jì)的時(shí)候，可以保證提供當(dāng)前鏈路質(zhì)量的單一的量度，并反饋給發(fā)射系統(tǒng)。本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)是實(shí)施成本低，能夠在信號(hào)路徑的“較早階段”(也就是對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和在數(shù)字解調(diào)器中進(jìn)一步處理之前)提供鏈路質(zhì)量估計(jì)。這樣就能夠快速響應(yīng)傳輸條件的改變，使系統(tǒng)的吞吐量動(dòng)態(tài)地適應(yīng)當(dāng)前鏈路質(zhì)量。
如同權(quán)利要求10所說(shuō)明的那樣，當(dāng)噪聲估計(jì)測(cè)量是在數(shù)字蜂窩無(wú)線系統(tǒng)信道中每個(gè)基本時(shí)間單元(也就是時(shí)隙或者脈沖串)內(nèi)進(jìn)行的、并且其結(jié)果被傳送給這個(gè)數(shù)字蜂窩無(wú)線系統(tǒng)的鏈路質(zhì)量控制系統(tǒng)作為當(dāng)前鏈路質(zhì)量估計(jì)的時(shí)候，可以保證連續(xù)地監(jiān)視鏈路質(zhì)量，并且立即采取相應(yīng)的系統(tǒng)行動(dòng)。
如同權(quán)利要求11所說(shuō)明的那樣，執(zhí)行幾個(gè)噪聲估計(jì)測(cè)量的時(shí)候，將其結(jié)果儲(chǔ)存起來(lái)，評(píng)估這些結(jié)果，將所得到的趨勢(shì)傳遞給數(shù)字蜂窩無(wú)線系統(tǒng)的鏈路質(zhì)量控制系統(tǒng)，以作為當(dāng)前鏈路質(zhì)量的估計(jì)，于是鏈路質(zhì)量的趨勢(shì)可以保證得到并被報(bào)告出去。
如同權(quán)利要求12所說(shuō)明的那樣，當(dāng)傳遞給鏈路質(zhì)量控制系統(tǒng)的噪聲估計(jì)量度被數(shù)字蜂窩無(wú)線系統(tǒng)用來(lái)通過(guò)調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸速率、糾錯(cuò)深度和/或調(diào)制類型而優(yōu)化用戶信息信道吞吐量的時(shí)候，可以保證提供具備當(dāng)前鏈路質(zhì)量的最優(yōu)用戶信息吞吐量。
如同權(quán)利要求13所說(shuō)明的那樣，當(dāng)噪聲估計(jì)量度被傳遞給數(shù)字解調(diào)器并被用于調(diào)整接收機(jī)算法的時(shí)候，可以保證優(yōu)化接收機(jī)處理從而優(yōu)化功率消耗。
本發(fā)明還提供一種設(shè)備，該設(shè)備用來(lái)估計(jì)信號(hào)所需部分的頻率范圍內(nèi)的殘留噪聲。如同權(quán)利要求4所說(shuō)明的那樣，當(dāng)它包括用來(lái)修改包括噪聲的信號(hào)的幅度的裝置、用來(lái)將這個(gè)信號(hào)跟修改了的信號(hào)合并以便產(chǎn)生一個(gè)噪聲估計(jì)量度的裝置、以及用來(lái)將這個(gè)量度傳遞給處理單元的裝置的時(shí)候，可以保證提供信號(hào)中殘留噪聲的一種單一的量度。
如同權(quán)利要求15所說(shuō)明的那樣，當(dāng)用于合并該信號(hào)和修改過(guò)的信號(hào)從而產(chǎn)生噪聲估計(jì)量度的裝置包括一個(gè)用來(lái)測(cè)量信號(hào)和修改過(guò)的信號(hào)在其一個(gè)或者多個(gè)公共頻譜范圍上的平均功率值的功率計(jì)的時(shí)候，可以保證提供一種簡(jiǎn)單的手段來(lái)比較這些信號(hào)，并且這個(gè)測(cè)量可以集中于這個(gè)頻率范圍的有關(guān)部分，例如該信號(hào)的所需部分以外的頻率范圍。
如同權(quán)利要求16所說(shuō)明的那樣，當(dāng)在用于修改包括噪聲的信號(hào)的幅度的裝置中包括主要用于衰減該信號(hào)所需部分頻率范圍以外的信號(hào)的裝置的時(shí)候，可以保證，對(duì)所需頻率范圍以外信號(hào)的修改可以用一種簡(jiǎn)單的方法例如通過(guò)采用濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
如同權(quán)利要求17所說(shuō)明的那樣，在用于將信號(hào)跟修改了的信號(hào)進(jìn)行合并以便產(chǎn)生噪聲估計(jì)量度的裝置中包括用來(lái)計(jì)算該信號(hào)和修改過(guò)的信號(hào)之間平均功率值之差的裝置的時(shí)候，可以保證用一種簡(jiǎn)單的方法來(lái)提供噪聲估計(jì)量度。
如同權(quán)利要求18所說(shuō)明的那樣，當(dāng)處理數(shù)字信號(hào)的時(shí)候，可以保證這種手段和后續(xù)處理步驟在時(shí)間上更加穩(wěn)定，不受環(huán)境影響，從而跟傳統(tǒng)的模擬技術(shù)相比，進(jìn)一步提高性能，降低設(shè)備生產(chǎn)成本。
如同權(quán)利要求19所說(shuō)明的那樣，當(dāng)主要用于衰減該信號(hào)所需部分頻率范圍以外的信號(hào)的裝置包括一個(gè)數(shù)字濾波器的時(shí)候，可以保證實(shí)現(xiàn)一種低成本和靈活性的解決方案，該解決方案易于適應(yīng)各種變化。
如同權(quán)利要求20所說(shuō)明的那樣，當(dāng)它包括用于儲(chǔ)存噪聲估計(jì)量度的時(shí)間上連續(xù)的值的裝置、用于處理這些值以便從中提取一個(gè)趨勢(shì)的裝置、以及用于將各個(gè)不同的值或者提取出來(lái)的趨勢(shì)或者它們的后續(xù)處理的版本傳遞給質(zhì)量控制系統(tǒng)的裝置的時(shí)候，可以保證能夠很容易地對(duì)噪聲估計(jì)量度進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮罄m(xù)處理。這個(gè)處理裝置例如可以包括用來(lái)按照多個(gè)不同的電平量化噪聲估計(jì)量度、也就是按照這些值的預(yù)期動(dòng)態(tài)范圍來(lái)對(duì)給定的量度值分級(jí)的裝置。
本發(fā)明還提供了一種移動(dòng)電話。如同權(quán)利要求21所說(shuō)明的那樣，當(dāng)它具有一個(gè)這樣的設(shè)備(該設(shè)備包括用于執(zhí)行權(quán)利要求1的步驟以便估計(jì)信號(hào)所需部分頻率范圍內(nèi)的殘留噪聲的裝置，還包括用來(lái)儲(chǔ)存、評(píng)估所得到的噪聲估計(jì)量度或它的后續(xù)處理版本并將其發(fā)射給蜂窩無(wú)線系統(tǒng)的鏈路質(zhì)量控制系統(tǒng)的裝置)的時(shí)候，可以保證為這個(gè)蜂窩無(wú)線系統(tǒng)提供一個(gè)能夠被用來(lái)優(yōu)化用戶吞吐量的鏈路質(zhì)量估計(jì)。
如同權(quán)利要求22所說(shuō)明的那樣，在數(shù)字蜂窩無(wú)線系統(tǒng)一個(gè)信道的每個(gè)基本時(shí)間單元(也就是時(shí)隙或者脈沖串)中進(jìn)行噪聲估計(jì)的時(shí)候，可以保證連續(xù)地監(jiān)視鏈路質(zhì)量，并且立即采取相應(yīng)的系統(tǒng)行動(dòng)。
附圖簡(jiǎn)述下面將針對(duì)優(yōu)選實(shí)施方案并同時(shí)參考附圖來(lái)更加全面地描述本發(fā)明。在這些附圖中

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的蜂窩數(shù)字無(wú)線通信系統(tǒng)中的移動(dòng)電話接收機(jī)的前端，圖2說(shuō)明數(shù)字濾波器前后的接收信號(hào)功率跟頻率的關(guān)系，和圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的蜂窩數(shù)字無(wú)線通信系統(tǒng)中的移動(dòng)電話接收機(jī)前端的一部分。
發(fā)明詳述圖1示出了本發(fā)明中蜂窩數(shù)字無(wú)線通信系統(tǒng)移動(dòng)電話接收機(jī)的前端。
在圖1中，101表示接收機(jī)天線(可選地通過(guò)一個(gè)雙工器跟發(fā)射機(jī)部分一起使用)，110表示收到的射頻信號(hào)。收到的信號(hào)101被送給RX頻帶濾波器102，后者對(duì)有關(guān)的接收的頻帶的信號(hào)進(jìn)行濾波，以便傳遞包括要分配給這個(gè)蜂窩系統(tǒng)的頻帶的信號(hào)111，例如在900MHz附近的GSM頻帶或在1950MHz附近的IMT-2000頻帶。信號(hào)111被傳遞給模擬解調(diào)器103，這個(gè)模擬解調(diào)器103利用系統(tǒng)給出的用于下變頻的信道頻率109將頻帶中的有關(guān)部分混頻到基帶。從模擬解調(diào)器103出來(lái)的輸出信號(hào)112被饋入模擬濾波器104，后者用于濾出相關(guān)信道周圍的頻率，從而得到信號(hào)113。信號(hào)113包括噪聲和相鄰信道的干擾信號(hào)。AD轉(zhuǎn)換器105(AD＝模擬到數(shù)字)將信號(hào)113轉(zhuǎn)換到數(shù)字域形式的信號(hào)114。數(shù)字濾波器108從輸入信號(hào)114濾出相關(guān)信道115。通過(guò)將數(shù)字濾波器108前后的數(shù)字信號(hào)(也就是信號(hào)114和115)作為輸入，鏈路質(zhì)量估計(jì)器106可以測(cè)量這兩個(gè)輸入信號(hào)平均功率值之差，輸出一個(gè)信號(hào)116給信號(hào)處理單元107。量度116是一個(gè)表明所需信號(hào)115的頻帶內(nèi)殘留噪聲的指示。
量度116可以由信號(hào)處理單元107進(jìn)一步處理。結(jié)果，代表當(dāng)前鏈路質(zhì)量(或者它的趨勢(shì))的消息117被傳遞給移動(dòng)單元的發(fā)射部分118，并且被發(fā)送給數(shù)字無(wú)線通信系統(tǒng)的鏈路質(zhì)量控制系統(tǒng)，也就是發(fā)射給當(dāng)前分配給移動(dòng)電話的基站。
圖2說(shuō)明理想情況下數(shù)字濾波器前后的接收信號(hào)功率跟頻率的依從關(guān)系。頻率軸用260表示。雖然圖1中有關(guān)的信號(hào)114和115是數(shù)字信號(hào)，但是為了進(jìn)行說(shuō)明，圖中給出了對(duì)應(yīng)于其模擬表示的功率值跟頻率的依從關(guān)系。
圖1中數(shù)字濾波器114的輸入信號(hào)在圖2a中說(shuō)明。這個(gè)信號(hào)包括噪聲(沒(méi)有示出)和來(lái)自相鄰信道的信號(hào)分量230、250(它們的信號(hào)功率基本上處在頻率范圍270和272上)，并且還包括選定信道271的所需信號(hào)分量240，也就是說(shuō)，在所需/所選信道271的頻率范圍內(nèi)和頻率范圍外存在著不需要的幅度。這個(gè)圖說(shuō)明的是具有一個(gè)發(fā)出強(qiáng)干擾的相鄰信號(hào)230和一個(gè)發(fā)出中等程度干擾的相鄰信號(hào)250的情形。圖2a中的陰影區(qū)域代表存在著相鄰信道互相重疊的頻率范圍。信號(hào)114經(jīng)過(guò)圖1所示的(非理想)濾波以后，所得到的圖1中的信號(hào)115中主要具有所需信號(hào)頻率范圍271內(nèi)的信號(hào)幅度241，如圖2b所示(其中為了說(shuō)明問(wèn)題，范圍271以外的信號(hào)幅度(主要是分量231和251)為了圖示的目的而被故意夸大了)。但是，所需頻率范圍271內(nèi)信號(hào)的一部分幅度來(lái)源于噪聲和/或相鄰信道，如同陰影區(qū)域280所示。通過(guò)測(cè)量圖1中信號(hào)115的平均功率，并且從圖1的信號(hào)114的平均功率(它們都是在信號(hào)114的整個(gè)頻率范圍內(nèi)的平均)中減去它，我們得到所需頻率范圍271內(nèi)的“噪聲”(也就是不需要的信號(hào)分量)的一個(gè)量度。這一點(diǎn)在圖2c中說(shuō)明，其中陰影區(qū)域232和252的總和就代表這個(gè)量度。也就是說(shuō)，我們假設(shè)所選信道以外的頻率范圍270、272中的信號(hào)分量的幅度是選定信道的頻率范圍271以內(nèi)“噪聲”(也就是來(lái)自相鄰信道的不需要的信號(hào)分量)的一個(gè)量度。所得到的噪聲量度的有用程度總的來(lái)說(shuō)取決于信號(hào)114的結(jié)構(gòu)。對(duì)于表示通信系統(tǒng)等的可能會(huì)發(fā)生重疊的信道的信號(hào)，這個(gè)量度肯定是非常有用的。
經(jīng)過(guò)濾波以后，接收到的信號(hào)包括來(lái)自選定信道的信號(hào)和來(lái)自相鄰信道的附加噪聲，這是沒(méi)有被非理想濾波器去掉的噪聲(參考圖2b)。圖中所選信道和相鄰信道之間的強(qiáng)度關(guān)系將決定殘留相鄰信道噪聲的大小。這種關(guān)系將影響接收機(jī)性能。
因此，在以下的數(shù)字信號(hào)處理過(guò)程中(圖1中的框107)，這個(gè)相鄰信道殘留噪聲的估計(jì)將是非常有用的。接收機(jī)算法可以專門地設(shè)計(jì)成跟每個(gè)單獨(dú)脈沖串中的干擾匹配。
圖1中信號(hào)114和115平均功率的測(cè)量是在信號(hào)114具有較大幅度的頻率范圍內(nèi)進(jìn)行的，也就是圖2中的范圍270、271和272。在本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施方案中，只在選定信道以外的頻率范圍(也就是頻率范圍270、272)內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)有所需頻率范圍271內(nèi)的信號(hào)測(cè)量值受到濾波器的衰減。
圖1中的輸出信號(hào)116在鏈路質(zhì)量估計(jì)器塊106中被量化，并且采用例如8個(gè)電平中一個(gè)有關(guān)的電平，其中這些可能的結(jié)果的范圍被加以細(xì)分。電平的“定標(biāo)”可以是線性的，也可以是對(duì)數(shù)關(guān)系，具體取決于測(cè)量結(jié)果的動(dòng)態(tài)范圍。測(cè)量結(jié)果的解釋如下平均功率值的一個(gè)相對(duì)較大的絕對(duì)差值說(shuō)明殘留噪聲相對(duì)較大，因此鏈路質(zhì)量估計(jì)較低，而平均功率值的絕對(duì)差較小則說(shuō)明殘留噪聲較小，因此鏈路質(zhì)量估計(jì)相對(duì)較高。這一點(diǎn)可以用圖2c來(lái)說(shuō)明，其中的陰影區(qū)232說(shuō)明平均功率值的絕對(duì)差值較大，說(shuō)明所需頻率范圍內(nèi)殘留噪聲的量相對(duì)較大，因此鏈路質(zhì)量相對(duì)較低。同樣，陰影區(qū)252說(shuō)明平均功率值的絕對(duì)差值較小，也就是所需頻率范圍內(nèi)殘留噪聲較小，鏈路質(zhì)量較高。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，計(jì)算圖1中鏈路質(zhì)量估計(jì)器106的兩個(gè)輸入信號(hào)114和115之間平均功率的差值的一部分估計(jì)是在被包含處理塊107中的控制單元里進(jìn)行的(參考圖3中的320)。
圖3說(shuō)明本發(fā)明中蜂窩數(shù)字無(wú)線通信系統(tǒng)移動(dòng)電話接收機(jī)的前端的一部分。
在圖3中，信號(hào)處理單元107分成控制單元320和數(shù)字解調(diào)器321。除了來(lái)自鏈路質(zhì)量估計(jì)器方框106的噪聲估計(jì)量度信號(hào)116以外，來(lái)自數(shù)字濾波器108的信號(hào)115被饋送給數(shù)字解調(diào)器321以供進(jìn)一步處理，并且送給控制單元320以便進(jìn)行可能的評(píng)估和提取關(guān)于鏈路質(zhì)量的信息?？刂茊卧?20包括一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)和一個(gè)存儲(chǔ)器(例如RAM)，用于儲(chǔ)存最新的噪聲估計(jì)量度和產(chǎn)生鏈路質(zhì)量估計(jì)117，以便提供給移動(dòng)電話的發(fā)射部分118，從而傳送給鏈路質(zhì)量控制系統(tǒng)。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，控制單元和數(shù)字解調(diào)器的功能集成在一個(gè)功能塊中(參考圖1中的107)。
本發(fā)明中殘留噪聲量度116的用途之一是調(diào)整要由網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)進(jìn)行報(bào)告和加以使用的鏈路質(zhì)量估計(jì)117，以便優(yōu)化系統(tǒng)吞吐率。利用本發(fā)明能夠例如提高向EDGE系統(tǒng)建議的LQC概念的性能。
數(shù)字解調(diào)器321對(duì)數(shù)字信號(hào)115解調(diào)，并且提取用戶專用信息和控制信息。控制單元320(例如具有內(nèi)部存儲(chǔ)器和額外的可訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器的一個(gè)DSP)評(píng)估這些控制信息。一部分控制信息是從接收到的信號(hào)115中提取出來(lái)的，并且它有可能通過(guò)連接319從解調(diào)器321傳送過(guò)去，其它的是從鏈路質(zhì)量估計(jì)器106傳送過(guò)來(lái)的噪聲估計(jì)量度116。在此基礎(chǔ)之上，控制單元320執(zhí)行相應(yīng)的操作，例如通過(guò)移動(dòng)電話的發(fā)射部分118將報(bào)告117發(fā)送給鏈路質(zhì)量控制系統(tǒng)，說(shuō)明該信道的質(zhì)量或者信道質(zhì)量的趨勢(shì)。后者是建立在最新信道質(zhì)量數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存值的基礎(chǔ)上的。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，被測(cè)的噪聲估計(jì)只在鏈路質(zhì)量估計(jì)器106中進(jìn)行儲(chǔ)存和評(píng)估。也可以在處理單元107的控制單元320中儲(chǔ)存和評(píng)估。在多個(gè)儲(chǔ)存值的基礎(chǔ)之上(例如100個(gè))，利用任何標(biāo)準(zhǔn)方法都能夠得到這一趨勢(shì)，例如通過(guò)簡(jiǎn)單地取平均，或者通過(guò)計(jì)算擬合儲(chǔ)存的測(cè)量值(時(shí)間，值)的直線的斜率，并且將它跟最新的測(cè)量值一起評(píng)估等等。
鏈路質(zhì)量估計(jì)數(shù)據(jù)可以例如從移動(dòng)臺(tái)發(fā)射給它當(dāng)前分配的基站，從而通過(guò)傳遞信令或者同步數(shù)據(jù)的一個(gè)邏輯控制信道(跟傳遞用戶語(yǔ)音或者數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)信道相對(duì)應(yīng))發(fā)送給LQC系統(tǒng)(參考傳送給移動(dòng)臺(tái)發(fā)射部分118的信號(hào)117)。在GSM系統(tǒng)中，邏輯控制信道例如是BCCH(廣播控制信道)、CCCH(公共控制信道)、SDCCH(獨(dú)立控制信道)、ACCH(隨路控制信道)，其中最后一個(gè)具有慢速(SACCH)和快速(FACCH)版本。SACCH和FACCH都可以用來(lái)在連接過(guò)程中傳送信令數(shù)據(jù)，其中包括例如鏈路質(zhì)量估計(jì)。
GSM和EDGE系統(tǒng)中邏輯控制信道的基本單元有184比特長(zhǎng)。為了防止傳輸差錯(cuò)，通過(guò)增加校驗(yàn)位和信道代碼，將這184個(gè)控制位變換成一個(gè)456比特的塊從而提供糾錯(cuò)能力。邏輯信道的內(nèi)容被加以變換，并且通過(guò)物理信道傳送。456比特的塊被劃分成57比特長(zhǎng)的子塊，它們跟相鄰的456比特塊的子塊交織，并且變換成每個(gè)分別為114比特長(zhǎng)的邏輯“脈沖串”。通過(guò)增加額外的比特以用于管理目的(尾部比特和保護(hù)時(shí)間間隔)，使這些邏輯脈沖串變換成每個(gè)分別為156.25比特長(zhǎng)度(或者577微秒)的物理脈沖串以便進(jìn)行實(shí)際發(fā)射。這是基于GSM或者EDGE的系統(tǒng)的基本時(shí)隙單元，所有的正常和控制信息都變換成這種基本時(shí)隙單元。
TDMA系統(tǒng)中的物理信道被定義為具有TDMA幀序列的時(shí)隙號(hào)的時(shí)隙。為了對(duì)抗衰落，可以采用跳頻技術(shù)。這意味著在時(shí)間和頻率上劃分物理信道，從而使每個(gè)脈沖串都用不同的射頻(RF)信道發(fā)射。因此，這個(gè)物理信道被定義為一系列RF信道和時(shí)隙。每個(gè)載波頻率都支持8個(gè)物理信道，它們被變換成為TDMA幀中的8個(gè)時(shí)隙。
GSM邏輯業(yè)務(wù)信道和控制信道以及它們跟物理信道的對(duì)應(yīng)關(guān)系的細(xì)節(jié)在關(guān)于“無(wú)線路徑上的物理層”的GSM建議R.05中進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。
質(zhì)量測(cè)量(也就是噪聲檢測(cè)估計(jì)及其進(jìn)一步處理)可以在每個(gè)脈沖串中進(jìn)行，或者針對(duì)某些頻率進(jìn)行，例如對(duì)每個(gè)TDMA幀(＝8個(gè)時(shí)隙)或者每個(gè)多幀(＝GSM系統(tǒng)中的26個(gè)TDMA幀)等等。另外，測(cè)量頻度也可以按照一種預(yù)定算法根據(jù)測(cè)量結(jié)果來(lái)決定(例如較高質(zhì)量的量度采用較低的測(cè)量頻度，測(cè)量頻度限制在特定的最小值-最大值范圍之內(nèi))?？梢圆捎妙愃频哪Ｊ綄y(cè)量結(jié)果報(bào)告給鏈路質(zhì)量控制系統(tǒng)。鏈路質(zhì)量量度可以通過(guò)蜂窩通信系統(tǒng)的一個(gè)信令信道進(jìn)行報(bào)告。考慮GSM系統(tǒng)如果需要的報(bào)告頻度較低(例如在報(bào)告趨勢(shì)的時(shí)候)，例如可以采用SACCH信號(hào)(每個(gè)多幀發(fā)送一個(gè)SACCH，其每個(gè)都包括26個(gè)TDMA幀，也就是每120毫秒)。如果需要一個(gè)“即時(shí)”報(bào)告(例如每個(gè)脈沖串都進(jìn)行報(bào)告的時(shí)候)，可以采用FACCH信號(hào)。用所謂的“盜用標(biāo)志”而不是用戶數(shù)據(jù)插入FACCH，以便區(qū)分脈沖串中的信令數(shù)據(jù)跟用戶數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，供給鏈路質(zhì)量控制系統(tǒng)的當(dāng)前鏈路質(zhì)量估計(jì)或者趨勢(shì)報(bào)告被系統(tǒng)用來(lái)決定是否要改變鏈路吞吐量參數(shù)，比如數(shù)據(jù)傳輸速率、“糾錯(cuò)深度”和/或調(diào)制類型(例如在8-PSK和GMSK之間進(jìn)行選擇)。也可以基于移動(dòng)臺(tái)可能報(bào)告的其它參數(shù)，例如信道載波的接收電平、基站和移動(dòng)臺(tái)之間的絕對(duì)距離、信道譯碼之前的比特差錯(cuò)率等等來(lái)作出這個(gè)決定。
殘留噪聲量度表示的信息的另外一個(gè)用途是引入通過(guò)信號(hào)處理來(lái)補(bǔ)償每個(gè)脈沖串的方法。每個(gè)脈沖串都可以有一個(gè)干擾估計(jì)。這個(gè)信息可以用于*快速調(diào)整例如接收機(jī)濾波特性。
*輸入噪聲抵消算法的數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，在每個(gè)脈沖串中進(jìn)行測(cè)量，并且通過(guò)圖3中的連接319將結(jié)果報(bào)告給信號(hào)處理單元，并且在該單元中應(yīng)用該結(jié)果通過(guò)例如受調(diào)整鏈路質(zhì)量估計(jì)控制的“數(shù)據(jù)處理”(糾錯(cuò)等等)量來(lái)修改接收機(jī)算法，以便提高接收機(jī)性能。這樣就能夠使用各種被設(shè)計(jì)用于在不同的接收狀況中優(yōu)化性能的算法。例如如果鏈路質(zhì)量很好，就可以采用不太復(fù)雜的接收機(jī)算法，從而節(jié)省功率，這對(duì)于蜂窩電話這樣的移動(dòng)單元特別重要。
雖然描述本發(fā)明的時(shí)候針對(duì)的是采用TDMA的數(shù)字蜂窩無(wú)線通信系統(tǒng)，但是它也能夠用于需要信號(hào)中殘留噪聲量度的所有其它情形，例如不論是CDMA系統(tǒng)、跳頻或者非跳頻系統(tǒng)還是模擬系統(tǒng)等的其它通信系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.估計(jì)信號(hào)中所需部分(240)的頻率范圍(271)內(nèi)殘留噪聲的一種方法，其特征在于修改包括噪聲的信號(hào)(114)的幅度，將信號(hào)(114)跟修改了的信號(hào)(115)合并以便產(chǎn)生一個(gè)噪聲估計(jì)量度(116)。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于噪聲估計(jì)量度(116)建立在信號(hào)(114)和修改了的信號(hào)(115)在它們的頻譜(270、271、272)內(nèi)平均功率值的基礎(chǔ)之上。
3.權(quán)利要求2的方法，其特征在于噪聲估計(jì)量度(116)建立在信號(hào)(114)和修改過(guò)的信號(hào)(115)在它們的頻譜中一個(gè)或者多個(gè)公共范圍(270、271、272)上的平均功率值的基礎(chǔ)之上。
4.權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)的方法，其特征在于信號(hào)(114)主要是在信號(hào)中所需部分(240)的頻率范圍(271)以外(270、272)受到衰減。
5.權(quán)利要求2-4中任意一項(xiàng)的方法，其特征在于噪聲估計(jì)量度(116)建立在信號(hào)(114)和修改過(guò)的信號(hào)(115)之間的平均功率值(232、252)之差的基礎(chǔ)之上。
6.權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)的方法，其特征在于所述信號(hào)(114)是一個(gè)數(shù)字信號(hào)。
7.權(quán)利要求4-6中任意一項(xiàng)的方法，其特征在于信號(hào)(114)主要是在信號(hào)(114)中所需部分(240)的頻率范圍(271)以外(270、272)受到數(shù)字濾波器(108)衰減的。
8.權(quán)利要求1-7中任意一項(xiàng)的方法，其特征在于噪聲估計(jì)量度(116)用多個(gè)不同的電平來(lái)量化，其每個(gè)電平都表示不同的噪聲電平。
9.權(quán)利要求1-8中任意一項(xiàng)的方法，其特征在于信號(hào)(114)的所需部分(240)代表數(shù)字蜂窩無(wú)線系統(tǒng)的所選信道，并且噪聲估計(jì)量度(116)或它的后續(xù)版本(117)被傳送給所述蜂窩無(wú)線系統(tǒng)的鏈路質(zhì)量控制系統(tǒng)，以作為當(dāng)前鏈路質(zhì)量的估計(jì)。
10.權(quán)利要求9的方法，其特征在于噪聲估計(jì)測(cè)量是在數(shù)字蜂窩無(wú)線系統(tǒng)信道中每個(gè)基本時(shí)間單元(即時(shí)隙或者脈沖串)內(nèi)進(jìn)行的，并且其結(jié)果(116、117)被傳送給這個(gè)數(shù)字蜂窩無(wú)線系統(tǒng)的鏈路質(zhì)量控制系統(tǒng)，以作為當(dāng)前鏈路質(zhì)量的估計(jì)。
11.權(quán)利要求9或10的方法，其特征在于進(jìn)行幾個(gè)噪聲估計(jì)測(cè)量，將其結(jié)果儲(chǔ)存起來(lái)，并且評(píng)估這些結(jié)果和將得到的趨勢(shì)傳遞給數(shù)字蜂窩無(wú)線系統(tǒng)的鏈路質(zhì)量控制系統(tǒng)，以作為當(dāng)前鏈路質(zhì)量的估計(jì)。
12.權(quán)利要求9-11中任意一項(xiàng)的方法，其特征在于數(shù)字蜂窩無(wú)線系統(tǒng)使用傳遞給鏈路質(zhì)量控制系統(tǒng)的噪聲估計(jì)量度通過(guò)調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸速率、糾錯(cuò)深度和/或調(diào)制類型來(lái)優(yōu)化用戶信息信道吞吐量。
13.權(quán)利要求9-12中任意一項(xiàng)的方法，其特征在于噪聲估計(jì)量度被傳遞給數(shù)字解調(diào)器(321)以便調(diào)整接收機(jī)算法。
14.一種裝置，用來(lái)估計(jì)信號(hào)所需部分頻率范圍內(nèi)的殘留噪聲，其特征在于它包括用于改變包括噪聲的信號(hào)(114)的幅度的裝置(108)，以及用于將這個(gè)信號(hào)(114)跟改變了的信號(hào)(115)合并以便產(chǎn)生一個(gè)噪聲估計(jì)量度(116)的裝置(106)，還包括用于將這個(gè)量度傳遞給處理單元(107)的裝置(106)。
15.權(quán)利要求14的裝置，其特征在于用于合并信號(hào)(114)和改變過(guò)的信號(hào)(115)以便產(chǎn)生噪聲估計(jì)量度(116)的裝置(106)包括一個(gè)功率計(jì)，用來(lái)測(cè)量信號(hào)(114)和修改過(guò)的信號(hào)(115)在它們的一個(gè)或者多個(gè)公共頻譜范圍(270、271、272)上的平均功率值。
16.權(quán)利要求14或者15的裝置，其特征在于用于修改包括噪聲的信號(hào)(114)的幅度的裝置(108)包括主要用來(lái)衰減信號(hào)(114)中所需部分(240)的頻率范圍(271)以外的信號(hào)的裝置。
17.權(quán)利要求15或者16的裝置，其特征在于將信號(hào)(114)跟修改了的信號(hào)(115)進(jìn)行合并以便產(chǎn)生噪聲估計(jì)量度(116)的裝置(106)包括用來(lái)計(jì)算信號(hào)(114)和修改過(guò)的信號(hào)(115)之間的平均功率之差的裝置。
18.權(quán)利要求14-17中任意一項(xiàng)的裝置，其特征在于它被用來(lái)處理數(shù)字信號(hào)。
19.權(quán)利要求18的裝置，其特征在于主要用于衰減信號(hào)中所需部分(240)的頻率范圍(271)以外(270、272)的信號(hào)的裝置(105)包括一個(gè)數(shù)字濾波器。
20.權(quán)利要求14-19中任意一項(xiàng)的裝置，其特征在于它包括用于儲(chǔ)存噪聲估計(jì)量度時(shí)間上連續(xù)的值的裝置(106、107)，還包括用于處理這些值從中獲得一個(gè)趨勢(shì)的裝置(106、107)，以及用于將各個(gè)不同的值或提取出來(lái)的趨勢(shì)或它們的后續(xù)版本傳遞給質(zhì)量控制系統(tǒng)的裝置(107)。
21.一種移動(dòng)電話，其特征在于它含有一個(gè)設(shè)備，該設(shè)備中包括用于執(zhí)行權(quán)利要求1的步驟以便估計(jì)信號(hào)(114)中所需部分(240)的頻率范圍(271)內(nèi)的殘留噪聲的裝置(106、108)，還包括用于儲(chǔ)存、評(píng)估所得到的噪聲估計(jì)量度或它的后續(xù)處理版本(116、117)和將其發(fā)射給蜂窩無(wú)線系統(tǒng)的鏈路質(zhì)量控制系統(tǒng)的裝置(106、107)。
22.權(quán)利要求21的移動(dòng)電話，其特征在于它被用于在數(shù)字蜂窩無(wú)線系統(tǒng)的一個(gè)信道的每個(gè)基本時(shí)間單元(即時(shí)隙或者脈沖串)中進(jìn)行噪聲估計(jì)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用來(lái)估計(jì)提供給一個(gè)對(duì)應(yīng)裝置的信號(hào)的所需部分(240)頻率范圍(271)中的殘留噪聲的方法，還涉及采用這種方法的一種移動(dòng)電話。本發(fā)明的目的是產(chǎn)生信號(hào)中殘留噪聲的一個(gè)量度。為了解決這個(gè)問(wèn)題，修改包括噪聲的信號(hào)(114)的幅度，將這個(gè)信號(hào)(114)跟改變過(guò)的信號(hào)(115)進(jìn)行合并以便產(chǎn)生一個(gè)噪聲估計(jì)量度(116)。本發(fā)明例如可以用于數(shù)字無(wú)線通信系統(tǒng)，以便監(jiān)視鏈路質(zhì)量，從而提高有效負(fù)荷吞吐量。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能夠在接收機(jī)的前級(jí)提供鏈路質(zhì)量指示。
文檔編號(hào)H04B7/26GK1391745SQ00815882
公開日2003年1月15日 申請(qǐng)日期2000年9月1日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月17日
發(fā)明者A·庫(kù)拉, B·林多夫, N·斯藤斯特倫 申請(qǐng)人:艾利森電話股份有限公司