專利名稱：用于估計寬帶碼分多址移動無線系統(tǒng)中無線信道的信道參數(shù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種估計寬帶碼分多址移動無線系統(tǒng)中無線信道的信道參數(shù)的方法，在該系統(tǒng)中基站將已知碼元序列在未知數(shù)據(jù)碼元之間發(fā)送，并且通過接收序列與已知碼元的比較來執(zhí)行信道估計，比較結(jié)果在已知碼元序列上積分。
背景技術(shù)：
本發(fā)明與W-CDMA(寬帶碼分多址)蜂窩無線系統(tǒng)中信道估計的問題有關(guān)，諸如，例如，在文獻“數(shù)字移動電話系統(tǒng)的分析和設計”及“用于未來移動多媒體通信的W-CDMA無線接口”中被詳細描述(P.Jung“Analysis anddesign of digital mobile phone systems”，B.G.Taubner Verlag，Stuttgart，1997，andin the periodical IEEE Transaction on vehicular technology，volume 47，No.4 ofNovember 1998 in the article“W-CDMA”The radio interface for future mobilemulti-media communication)。該方法是相當重要的，因為正如在“UMTS全球移動通信系統(tǒng)第三代標準的發(fā)展”(IEEE Transaction on vehicular technology，volume 47，No.4 of November 1998 in the article“UMTS Universal mobiletelecommunication systemDevelopment of standard for the third generation”)中所解釋的，該方法旨在形成第三代移動電話技術(shù)的世界性的標準。
在移動電話系統(tǒng)中，總是有必要考慮移動接收機運動持續(xù)地改變傳輸信道特性的問題。為了確保對發(fā)送信號檢測的一個優(yōu)良程度，因此最優(yōu)先的重要性就是相應的接收機在一個給定的時間內(nèi)具有最好的關(guān)于信道參數(shù)的可能假設。
為了該目的，將在系統(tǒng)一側(cè)為移動電話系統(tǒng)提供未來UMTS標推的用于信道估計的各種物理信道。一方面，用戶已知的碼元序列，稱為專用導頻碼元，通過基站發(fā)送到一個特定的用戶。另一方面，在所有的用戶的連續(xù)的操作中，基站在一個公共信道上發(fā)送所述用戶已知的導頻碼元序列，稱為公共導頻信道。
最接近本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)是當前可用的美國移動電話系統(tǒng)ANSI-95。但是，該系統(tǒng)專門利用使用公共信道和該信道上發(fā)送的所有用戶已知的信號即公共導頻信號而估計信道參數(shù)。ANSI-95系統(tǒng)為此目的使用現(xiàn)有技術(shù)算法，這些算法基于使用對這些導頻信號積分的信道估計。
但是，上述的方法具有缺陷，即用于公共信道和擴頻因子的發(fā)送功率不一定也適合用于特定用戶使用的信道。不同信道發(fā)送的功率或擴頻因子的差別越大，作為一種公共信道的信道參數(shù)簡單變換的結(jié)果，在用于單獨的用戶信道的信道參數(shù)確定中系統(tǒng)誤差也就越大。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是將詳細說明相當大地改進對特定用戶信道的信道參數(shù)估計的方法。該目的通過本發(fā)明來實現(xiàn)，其中在本發(fā)明中，基站在未知數(shù)據(jù)碼元之間發(fā)送已知碼元序列，并且通過比較接收到的已知碼元序列和已知碼元來執(zhí)行信道估計，比較結(jié)果在已知碼元序列上積分，對最后兩個時間上連續(xù)的已知符號序列的信道估計平均值被用作中間未知碼元區(qū)域中實際當前信道參數(shù)的假定值。
根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明目的也能夠根據(jù)以下事實實現(xiàn)，即為了檢測數(shù)據(jù)碼元確定信道參數(shù)的一個假設，在數(shù)據(jù)碼元之前直接發(fā)送的已知碼元序列和在數(shù)據(jù)碼元之后直接發(fā)送的已知碼元序列的信道估計之間執(zhí)行內(nèi)插法。
根據(jù)本發(fā)明目的的一個技術(shù)方案根據(jù)以下事實也是可能實現(xiàn)的，即為了確定當前實際信道估計的一個假設，在數(shù)據(jù)碼元之前發(fā)送的最后兩個已知碼元序列的信道參數(shù)之間執(zhí)行內(nèi)插法。
根據(jù)本發(fā)明，特別優(yōu)選地，當移動接收機的運動速度低時，第一方法用于確定當前信道參數(shù)的一個假設，當移動接收機的運動速度高并且發(fā)送的數(shù)據(jù)率低時，第二方法用于確定當前信道參數(shù)的一個假設，當移動接收機的運動速度高并且發(fā)送的數(shù)據(jù)率高時，第三方法用于確定當前信道參數(shù)的一個假設。通過這種方式，根據(jù)本發(fā)明的這三種方法的有利之處以一種最佳方式組合以用于估計信道參數(shù)。
如果基站以連續(xù)的操作在一個公共信道上對所有用戶發(fā)射一個已知碼元序列，并且除了已知碼元(專用導頻碼元)序列在用戶特定信道的未知數(shù)據(jù)碼元之間發(fā)送以外，用于用戶特定信道的信道參數(shù)估計最好參照在公共信道上連續(xù)操作中估計的信道參數(shù)改變在用戶特定信道上的已知碼元發(fā)射之間執(zhí)行，其中所述參數(shù)的改變被轉(zhuǎn)換成一個對應的用戶特定信道參數(shù)的改變。通過此方式，能夠跟隨信道結(jié)構(gòu)中甚至非?？焖俚母淖儯怀霈F(xiàn)為了發(fā)送用于用戶特定信道估計的已知碼元而使用太多的用于用戶數(shù)據(jù)的發(fā)送時間。
根據(jù)本發(fā)明，用于用戶特定信道的估計信道參數(shù)的校正將根據(jù)下列公式來執(zhí)行。h‾^n+1d=h‾^nd+k·Δh‾^n+1p]]> 代表在時間n相應用戶特定信道的信道脈沖響應的估計， 代表在時間n和n+1之間公共信道的信道脈沖響應估計中的改變，以及k代表一個可調(diào)整校正因子。


本發(fā)明將參考附圖列舉的示例性的實施方案在以下更詳細解釋，其中附圖1示出了公共信道以及用戶特定信道的結(jié)構(gòu)，每一個都以相同的時間軸繪制；附圖2示出了作為一個信道質(zhì)量的函數(shù)而仿真的未經(jīng)處理的誤碼率；附圖3示出了在圖2中仿真的誤碼率率。
具體實施例方式
本發(fā)明描述的示例性的實施方案與移動無線系統(tǒng)UMTS中的信道估計有關(guān)。在該移動無線系統(tǒng)中，提供系統(tǒng)側(cè)的不同的物理信道用于信道估計。一方面，用戶已知的碼元序列、專用導頻碼元由基站在用戶特定信道上發(fā)送到一個特定用戶。另一方面，基站以連續(xù)操作方式在對所有用戶的公共信道(公共導頻信道)上發(fā)送所述用戶已知的所述序列。
本發(fā)明建議不同的信道估計的方法，所述方法基于用戶特定信道中的專用導頻碼元和通用導頻碼元以及上述兩者的組合。
根據(jù)代表當前可用的移動電話系統(tǒng)ANSI95(美國)的現(xiàn)有技術(shù)，僅僅可能使用公共信道估計信道參數(shù)。目前，基于使用導頻碼元的積分的信道估計算法被用于此。
但是，在UMTS系統(tǒng)中，以及在公共信道上不斷發(fā)射導頻碼元，在每一個用戶特定信道中導頻碼元也是可用的。只要用戶特定信道和公共信道的功率或擴頻因子彼此位于相對遠些，通過公共信道確定用于信道估計的參數(shù)不再容易在特定用戶信道上發(fā)送。作為用戶特定信號的檢測的質(zhì)量惡化的結(jié)果，在信道參數(shù)估計中仍存在一個錯誤。本發(fā)明的目的是相當?shù)馗纳圃撔诺拦烙嫛?br> 在根據(jù)本發(fā)明的一個移動電話接收機中，信道參數(shù)通過一個數(shù)字信號處理器中的固件來估計，接收機的每一個瑞克指狀部件(RAKE finger)中所有解擴碼元能夠通過一個數(shù)據(jù)總線發(fā)送到數(shù)字信號處理器中。信道的相應的每一個路徑的幅度和相位角能夠參考每一個瑞克指狀部件的單獨的碼元來估計。
本發(fā)明基本上提供三種不同的用于信道參數(shù)估計的方法。實際上使用的方法優(yōu)選地參考移動接收機的操作情況來選擇。
—信道參數(shù)通過在用戶特定信道中形成導頻信號的平均值來估計。
本方法能夠用于速度最高為100Km/h的移動接收機的所有數(shù)據(jù)速率。
—通過參考當前導頻碼元和最后的在先導頻碼元確定的信道參數(shù)之間的內(nèi)插法進行信道估計。
本方法能夠用于移動接收機運動的高速度并且當使用一個具有擴頻因子32或更高的單獨的編碼進行發(fā)送時提供最高速率為64kbps的服務。
—來自參考已知碼元從先前和最后一個發(fā)送確定的參數(shù)的信道參數(shù)的內(nèi)插法的信道估計。
本方法能夠被用于所有的服務。
根據(jù)本發(fā)明的方法將在下面詳細地描述。
信道參數(shù)的估計總是基于這樣的事實，發(fā)送基站已知的碼元并由移動接收機將其與實際接收的碼元進行比較。通過這種方式，確定信道的發(fā)送特性的一個假設是可能的。相應的信道參數(shù)通過對一系列已知碼元的積分來獲得。
在導頻碼元接收期間，能夠通過對解密和解擴后得到的已知導頻碼元序列的接收模式進行評估來估計信道。既可通過部分也可以通過整個已知的發(fā)送導頻碼元序列的模式參照積分結(jié)果來執(zhí)行該估計。這是指接收信號通過一個瑞克接收機(在每一情況下分別在瑞克指狀部件中)來解擴并且均衡，以及通過對接收導頻碼元的積分來減少噪聲的影響。例如，這將得到下面的公式作為瑞克接收機的第一指狀部件的信道估計hlr=1Npilot·Σk=0Npilot-1pkr·dl;kr+pki·dl;ki(pkr)2+(pki)2]]>hli=1Npilot·Σk=0Npilot-1pkr·dl;ki-pki·dl;kr(pkr)2+(pki)2]]> 為第一路徑信道估計的實部以及 為第一路徑的信道估計的虛部，Npilot為要比較的導頻碼元的數(shù)量，以及dl，k為來自第一路徑的接收的信號和pk為已知導頻碼元。
通過這種方式，獲取每個指狀部件的一個估計的信道加權(quán)。該估計的信道加權(quán)用于組合最大值條件，而所述的組合通過硬件來執(zhí)行。
根據(jù)本發(fā)明，在移動接收機一個低速度運動的情形下，即，如果周圍環(huán)境并且信道脈沖響應波動僅僅非常慢，這里根據(jù)兩個連續(xù)導頻碼元序列的估計的信道參數(shù)來形成一個平均值。
當信道改變非常快并且數(shù)據(jù)率又低時，諸如例如發(fā)生了高速運動，信道脈沖響應改變非常地快，并且與在一個時隙末端的碼元有關(guān)的當前信道脈沖響應能夠因此相當大地偏離估計的信道響應。為了減少該系統(tǒng)估計誤差，根據(jù)本發(fā)明，建議在兩個連續(xù)已知碼元序列之間的信道脈沖響應中糾錯這些變化。所選擇的算法稱為通過內(nèi)插法相位糾錯。該方法基于上面描述的導頻碼元的積分。通過信道參數(shù)確定在兩個連續(xù)的已知碼元序列之間接收的數(shù)據(jù)碼元和控制碼元，上述確定通過對兩個周圍的已知碼元序列的信道估計的內(nèi)插法來執(zhí)行。通過參考基于當前導頻碼元和在先的導頻碼元序列的估計并通過相位和幅度的線性內(nèi)插法來估計相位角和幅度。但是，這里很有必要在一個時隙的持續(xù)時間內(nèi)緩沖接收的碼元，至少緩沖接收到的數(shù)據(jù)碼元和控制碼元。然后信道脈沖響應能夠通過下列公式計算hl(n)=hl(0)+hl(Ns)-hl(0)Ns·n,n=0...Ns-1]]>n代表碼元數(shù)量，Ns代表一個時隙中的碼元數(shù)量，hl(n)代表在時間n的信道估計，hl(0)代表參考先前已知碼元的信道估計，以及hl(Ns)代表參考后面的已知碼元的信道估計。
尤其是相對高的數(shù)據(jù)速率時，本方法需要一個相當大開銷的存儲。用于緩沖在一個用戶特定物理數(shù)據(jù)信道(專用物理數(shù)據(jù)信道DPDCH)上提供一個64kbps服務的一個時隙的碼元必要的存儲能夠通過以下所述來估計。
假設有六個指狀部件跟隨兩個使用r＝1/3turbo編碼(軟切換情形)的基站的三個相關(guān)路徑，在物理數(shù)據(jù)信道上可達到192kbps的數(shù)據(jù)率。所以在一個編碼單元速率(碼片率)的系統(tǒng)中這將是4.096兆碼片/秒的每時隙120比特。當使用一個32的擴頻因子時，在每個時隙能夠發(fā)送144比特。用于緩沖碼元的存儲需要因此通過假設信道參數(shù)的估計計算來確定，估計計算要求兩個時隙——一個時隙用于參考內(nèi)插法的信道參數(shù)來檢測數(shù)據(jù)碼元和控制碼元，一個時隙用于最新的接收的數(shù)據(jù)碼元和控制碼元——如下2(時隙)*6(指狀部件)*80(碼元)＝960*16比特(I和Q分量)對于一個具有16的擴頻因子和144kbps的服務來說，相同計算產(chǎn)生結(jié)果1920*16比特。
對以高數(shù)據(jù)速率快速變化信道來說，諸如發(fā)生例如高速運動的情形，信道脈沖響應變化非常地快，在一個時隙末端影響的碼元的實際信道脈沖響應因此系統(tǒng)地不同于基于在時隙開始導頻碼元計算的估計信道脈沖響應。根據(jù)本發(fā)明，因此建議通過使用兩個已知碼元(導頻碼元)在先的序列的內(nèi)插法改善信道估計。
本方法也基于對上面描述的導頻碼元的積分。通過用兩個在先導頻碼元序列的信道估計的內(nèi)插法獲得的信道參數(shù)檢測數(shù)據(jù)碼元和控制碼元。所以沒有必要緩沖在兩個時隙的持續(xù)期間的碼元。信道脈沖響應能夠然后按照下面公式再現(xiàn)hl(n)=hl(Ns)+hl(Ns)-hl(0)Ns·n,n=0...Ns-1]]>n為碼元的數(shù)量，Ns為一個時隙中的碼元的數(shù)量，hl(n)為在時間n的信道估計。
另外，當然應該注意到傳統(tǒng)的預測的方法也能夠用于移動電話的信道估計。但是，這些方法的不利之處是當濾波器長度增加時信號處理復雜度將大大增加。
當專用和通用導頻碼元兩者都用于當前正標準化的UMTS移動電話系統(tǒng)中時，本發(fā)明也將為了改善信道估計而建議組合兩個信號的評估。作為結(jié)果，將獲得移動接收機的一個更好的接收特性。信道脈沖響應的估計因此優(yōu)選地基于發(fā)送到所有用戶的通用導頻碼元和上面描述的根據(jù)本發(fā)明的方法而被組合。當通用導頻信號(公共導頻信道)在一個時隙的持續(xù)期間不斷地發(fā)送時，該信道脈沖響應估計能夠在確定一個當前信道脈沖響應中特別滿意地使用。然而，當該通用導頻信號由基站用不同的功率而不是用戶特定信號發(fā)送時，當在與用戶特定信道的實際當前信道脈沖響應相比較中以這種方式確定的當前信道脈沖響應產(chǎn)生錯誤。特別地滿意的結(jié)果因此只有與合適信號的信道參數(shù)有關(guān)的信息用一種合適的方式組合時而獲得。
在下面參考圖1更加詳細地說明。圖1示出了基站在公共信道(公共導頻信道)上對所有的用戶連續(xù)地發(fā)送已知信號的序列，并且在一個特定用戶信道(專用信道)中可替換地發(fā)送已知碼元序列(導頻序列)和未知碼元(數(shù)據(jù))序列。兩種信道在同樣的時間軸t上繪制，并且在本實例中具有相同的擴頻因子。
根據(jù)本發(fā)明，然后可能進行如下的處理在用戶特定信道上的已知碼元序列(導頻序列)發(fā)送結(jié)束時，當前用戶特定信道的信道脈沖響應是已知的。在導頻碼元稱為“n”之后的第一數(shù)據(jù)攜帶碼元(未知碼元)的發(fā)送時間 指配。與此同時，當只有已知碼元在這個信道上發(fā)送時，在每個時間n，n+1...公共信道(公共導頻信道)的信道脈沖響應是已知的。相應的信道脈沖響應被指配為 等。
根據(jù)本發(fā)明，用戶特定信道 的信道估計能夠在時間n+1根據(jù)下列的公式之一的信息迭代計算。為了簡化公式的表示，數(shù)據(jù)攜帶信道和公共導頻信道具有相同的擴頻因子。當然，信道估計能夠以一種相似的方式對不同的擴頻因子實施。接下來所必要的一切是適當?shù)馗淖児降臉硕ㄖ笖?shù)h_^n+1d=h_^nd+k·(h_^n+1p-h_^np).]]>因子k在這里參考作為一個功率校正因子并指示規(guī)因于不同發(fā)送功率的公共信道的信道參數(shù)中的改變而影響用戶特定信道的程度。
為了在時間n+1甚至是更加精確的時間接近用戶特定信道的信道脈沖響應的估計，根據(jù)本發(fā)明建議了下列的公式h_^n=1d=h_^nd+(Δh_^d+k·(hn+1p-hnp))2]]> 在這里代表一個校正因子，例如，能夠根據(jù)經(jīng)驗來確定。
根據(jù)本發(fā)明的信道估計的好處將現(xiàn)在參考圖2和圖3表明。圖2和圖3示例了一個移動電話發(fā)送信道的仿真結(jié)果，考慮權(quán)利要求2中描述的糾錯算法(通過內(nèi)插入的信道參數(shù)的糾錯)，以及將該算法與通過對導頻信號的積分進行信道估計的已知方法比較。這里，未經(jīng)處理的誤碼率在圖2中繪制出，并且誤碼率對照在圖3中信道的信/噪比繪制。圓圈代表根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)(ANSI95)的信道估計方法的測量值，而*指示根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)插入方法的仿真結(jié)果。根據(jù)本發(fā)明所實現(xiàn)的相當?shù)馗玫慕Y(jié)果是明顯的。
通過使用COSSAP仿真工具執(zhí)行仿真。在所有的仿真中假設一個下行鏈路(由基站到移動接收機的數(shù)據(jù)傳輸)。一個信道模型對ITU車輛和一個數(shù)據(jù)速率為8kbps的聲音服務執(zhí)行仿真。數(shù)據(jù)率通過一個擴頻因子128再現(xiàn)。移動接收機的運動速度是V＝200km/h。無功率控制或功率調(diào)整裝置在仿真中使用。UTRA說明的1/3碼率信道編碼器在仿真中使用。仿真也考慮了所有的服務數(shù)據(jù)，尤其是速率轉(zhuǎn)換，服務數(shù)據(jù)比特和導頻碼元。
權(quán)利要求
1.一種用于對W-CDMA移動無線系統(tǒng)中無線信道的信道參數(shù)進行估計的方法，其中已知碼元序列由基站在未知數(shù)據(jù)碼元之間發(fā)送，并且通過比較所接收的已知碼元序列與所述已知碼元來執(zhí)行所述信道估計，所述比較結(jié)果在已知碼元序列上積分，其中最后兩個按時間連續(xù)的已知碼元序列的信道估計的平均值被用作檢測所述數(shù)據(jù)碼元的信道參數(shù)的一個假設。
2.一種用于對W-CDMA移動無線系統(tǒng)中無線信道的信道參數(shù)進行估計的方法，其中已知碼元序列由基站在未知數(shù)據(jù)碼元之間發(fā)送，并且通過比較所接收的已知碼元序列與所述已知碼元來執(zhí)行所述信道估計，所述比較結(jié)果在已知碼元序列上積分，其中，為了確定用于所述數(shù)據(jù)碼元檢測的信道參數(shù)的一個假設，在來自于所述數(shù)據(jù)碼元之前直接發(fā)送的已知碼元序列和直接在所述數(shù)據(jù)碼元之后發(fā)送的已知碼元序列的信道參數(shù)之間執(zhí)行內(nèi)插入法。
3.一種用于對W-CDMA移動無線系統(tǒng)中無線信道的信道參數(shù)進行估計的方法，其中已知碼元序列由基站在未知數(shù)據(jù)碼元之間發(fā)送，通過比較所接收的已知碼元序列與所述已知碼元來執(zhí)行所述信道估計，所述比較結(jié)果在已知碼元序列上積分，其中，為了確定用于所述數(shù)據(jù)碼元檢測的信道參數(shù)的一個假設，在來自于所述數(shù)據(jù)碼元之前發(fā)送的已知碼元的最后兩序列的信道參數(shù)之間執(zhí)行內(nèi)插入法。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，—當移動接收機的運動速度低時，使用如權(quán)利要求1的方法確定當前信道參數(shù)的一個假設，—當移動接收機的運動速度高并且發(fā)送的數(shù)據(jù)率低時，使用如權(quán)利要求2的方法確定當前信道參數(shù)的一個假設，—當移動接收機的運動速度高并且發(fā)送的數(shù)據(jù)率高時，使用如權(quán)利要求3的方法確定當前信道參數(shù)的一個假設。
5.一種用于對W-CDMA移動無線系統(tǒng)中無線信道的信道參數(shù)進行估計的方法，其中基站以連續(xù)操作在公共信道(公共導頻信道)上對所有用戶發(fā)送已知碼元序列，此外在用戶特定信道上將已知碼元序列在未知數(shù)據(jù)碼元之間發(fā)送，通過比較所接收的已知碼元序列與所述已知碼元來執(zhí)行信道估計，參考后來發(fā)送的所述已知碼元來執(zhí)行用戶特定信道的信道參數(shù)的估計，其中，參考通過參考公共信道上連續(xù)操作中發(fā)送的碼元而估計的信道參數(shù)的變化，在用戶特定信道上的已知碼元發(fā)送之間校正用戶特定信道的信道參數(shù)的估計。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，根據(jù)下面的公式對所述用戶特定信道的估計信道參數(shù)執(zhí)行校正h‾^n+1d=h‾^nd+k·Δh‾^n+1p]]> 代表在時間n相應用戶特定信道的信道脈沖響應的估計， 代表在時間n和n+1之間公共信道的信道脈沖響應的估計中的改變，k代表一個可調(diào)整校正因子，該標定指數(shù)與下列情形有關(guān)，其中數(shù)據(jù)發(fā)送信道和公共導頻信道具有相同的擴頻因子，當擴頻因子不同時，所述指數(shù)將按照所述擴頻因子的比率被轉(zhuǎn)換。
全文摘要
一種例如根據(jù)UMTS標準在W－CDMA移動無線系統(tǒng)中估計無線信道參數(shù)的方法。根據(jù)本發(fā)明的方法，把一個一個按時間順序排列已知碼元的最后兩序列的信道估計平均值作為在移動接收機高速運動中的信道參數(shù)的假設。在來自數(shù)據(jù)碼元之前直接發(fā)送的和隨后以移動接收機高速運動和低速數(shù)據(jù)通過率直接發(fā)送的已知碼元序列的信道參數(shù)之間執(zhí)行內(nèi)插法。在數(shù)據(jù)碼元之前以移動接收機高速運動和高數(shù)據(jù)通過率發(fā)送的最后兩個序列的信道參數(shù)之間執(zhí)行內(nèi)插法。
文檔編號H04L25/02GK1406425SQ01804981
公開日2003年3月26日 申請日期2001年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月15日
發(fā)明者P·施米特, J·普賴欽格, M·施奈德, T·凱拉, P·榮格, M·多伊奇 申請人:因芬尼昂技術(shù)股份公司