專利名稱：具有多接收機天線的通信系統(tǒng)中組合的空間和時間信號均衡的方法和裝置的制作方法
領域本發(fā)明一般涉及通信領域，尤其涉及在具有多根接收機天線的發(fā)散信道上的通信。
背景發(fā)射機和接收機之間的通信信道可以是時變且發(fā)散的。信道發(fā)散會導致多徑和碼間干擾(ISI)，接收機會需要空間處理來抵消這些及其他可能的時變干擾。這種接收機可以包括一個均衡器，用于減少多徑干擾和ISI的效應。
為此及其它原因，需要通信系統(tǒng)中的一種有效的均衡器。
概述通信接收機通過使組合的本地和全局均方誤差(MSE)最小而執(zhí)行信號均衡。接收機可以包括多根天線，用于接收從公共源發(fā)出的多個信號。多個信號攜帶公共的數(shù)據(jù)碼元流。預處理塊處理接收信號以產(chǎn)生多個經(jīng)處理的接收信號。在本地優(yōu)化中，僅僅根據(jù)使發(fā)射碼元和發(fā)射碼元的本地估計間的MSE最小來優(yōu)化來自不同天線的信號的時間系數(shù)。在全局優(yōu)化中，共同地優(yōu)化來自所有天線的信號的時間系數(shù)和空間組合器權重，以使全局MSE最小。信號均衡器使被處理的接收信號上組合的本地和全局MSE最小，以產(chǎn)生組合信號。解碼器對組合信號進行解碼以檢取所述數(shù)據(jù)碼元流。處理器用于按照加權因數(shù)α組合本地MSE和全局MSE，以產(chǎn)生組合的本地MSE和全局MSE。處理器用于調(diào)整加權因數(shù)α從而在使組合的本地和全局MSE最小時獲得相應的自適應速度和誤差大小。
附圖簡述通過下面提出的結合附圖的詳細描述，本發(fā)明的特征、性質(zhì)和優(yōu)點將變得更加明顯，附圖中相同的元件具有相同的標識，其中


圖1說明了能夠按照本發(fā)明各個實施例工作的通信系統(tǒng)；圖2說明了通信系統(tǒng)接收機中的接收機框圖，該接收機使用于信號均衡的組合的本地和全局均方誤差最??；以及圖3說明了使用于信號均衡的組合的本地和全局均方誤差最小的流程圖。
優(yōu)選實施例的詳細描述本發(fā)明的各方面可以結合在按照碼分多址(CDMA)技術進行無線通信的系統(tǒng)中。在電信工業(yè)聯(lián)盟(TIA)所出版的各種標準中已經(jīng)公開并描述了各種CDMA通信系統(tǒng)。這種標準包括TIA/EIA-95標準、TIA/EIA-IS-2000標準、IMT-2000標準和WCDMA標準，所有這些標準都通過引用被結合于此。此外，被定義為“TIA/EIA/IS-856 cdma2000 High Rate Packet Data Air InterfaceSpecification”的規(guī)范也提供了其中可以結合本發(fā)明的一個或多個方面的系統(tǒng)，這個規(guī)范通過引用被結合于此。通過訪問以下萬維網(wǎng)地址http//www.cdg.org，或者通過寫信給TIA，標準和技術部門(Standards and Technology Department，2500 Wilson Boulevard，Arlington，VA 22201，United States of America)，可以獲取這些標準的拷貝。通過聯(lián)系3GPP支持局(Support Office，650 Route desLucioles-Sophia Antipolis，Valbonne-France)，可以獲得一般被標識為WCDMA標準的規(guī)范。
本發(fā)明一般涉及用于通信系統(tǒng)中均衡的新穎且改進了的方法和裝置。這里所述的一個或多個示例性實施例是以無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的環(huán)境提出的。雖然用于該環(huán)境是有利的，然而本發(fā)明的不同實施例可以結合在不同的環(huán)境或配置中。通常，這里所述的各種系統(tǒng)可以用軟件控制的處理器、集成電路或離散邏輯來形成。本申請中可能涉及的數(shù)據(jù)、指令、命令、信息、信號、比特、碼元和碼片可以用電壓、電流、電磁波、磁場或其粒子、光場或其粒子、或它們的任意組合來表示。此外，每個框圖內(nèi)所示的方框可以代表硬件或方法步驟。
圖1說明了能按照任一碼分多址(CDMA)通信系統(tǒng)標準工作的通信系統(tǒng)100的一般框圖。一般而言，通信系統(tǒng)100包括基站101，基站101在像移動站102-104這樣的許多移動站之間提供通信鏈路，以及在移動站102-104和有線網(wǎng)絡105之間提供通信鏈路?；?01可以包括許多組件，譬如移動站控制器、基站控制器和射頻收發(fā)機。為了簡潔，未示出這些組件?；?01還可以與其他基站(未示出)進行通信?；?01通過前向鏈路與每個移動站102-104進行通信。前向鏈路可以由從基站101發(fā)出的前向鏈路信號來維持。指向幾個移動站102-104的前向鏈路信號可以被相加，以形成前向鏈路信號106。正在接收前向鏈路信號106的每一個移動站102-104都對前向鏈路信號106進行解碼，以提取指向其用戶的信息。在接收端處，接收機可以把指向其他用戶的接收到的前向鏈路信號106的部分視為干擾。
移動站102-104通過相應的反向鏈路與基站101通信。每條反向鏈路都由一反向鏈路信號來維持，譬如對于相應的移動站102-104為反向鏈路信號107-109?；?01還可以通過前向鏈路在導頻信道上把一系列預定義的數(shù)據(jù)比特發(fā)送到所有的移動站，以支持每個移動站對前向鏈路信號106的解碼。每一個移動站102-104可以向基站101發(fā)送一導頻信道。從移動站發(fā)出的導頻信道可以用于對從同一移動站發(fā)出的反向鏈路信號所攜帶的信息進行解碼。導頻信道的使用和操作是眾所周知的。每個移動站102-104以及基站101內(nèi)都包括了用于通過前向和反向鏈路進行通信的發(fā)射機和接收機。
圖2中示出接收機400的框圖。接收機400可以有幾根天線292-1到292-K用于接收發(fā)出的信號波形。天線292-1到292-K處接收到的信號可以在相應的預處理塊299-1到299-K內(nèi)被處理，以產(chǎn)生相應的信號298-1到298-K。預處理塊299-1到299-K可以包括幾個未示出的操作，譬如RF/IF下變頻器、AGC(自動增益控制)補償、A/D(模擬到數(shù)字)轉(zhuǎn)換。信號298-1到298-K通過均衡器401來給出解碼器的信號499。天線292-1到292-K處接收到的信號從一公共源始發(fā)，并且攜帶相同的數(shù)據(jù)碼元流y[n]，其中“n”代表接收到的數(shù)據(jù)流中碼元的時間索引。
在通信系統(tǒng)100中，數(shù)據(jù)碼元流y[n]可以從任一移動站102-104通過通信信道被發(fā)送到基站101內(nèi)的接收機400，或者從基站101被發(fā)送到任一移動站102-104。接收機400可以結合在基站101內(nèi)用于在發(fā)散的信道上從移動站接收信號，或者結合在移動站102-104內(nèi)用于在發(fā)散的信道上從基站101接收信號。均衡器401可以包括多個有限脈沖響應(FIR)濾波器470-1到470-K。雖然圖2中示出幾個濾波器470-1到470-K，然而在各種實施例中，濾波器的實現(xiàn)可以不同。在一種情況下，可以重復地使用一個濾波器來處理所有的信號298-1到298-K。在另一種情況下，一個濾波器專用于來自天線292-1到292-K的各個信號298-1到298-K。用于來自第m根天線的路徑的均衡器可以是具有時間系數(shù)Cm[n]的抽頭的延遲線FIR濾波器。FIR濾波器的使用和操作是本領域公知的。
每個濾波器470-1到470-K的輸出代表數(shù)據(jù)流y[n]中發(fā)射的數(shù)據(jù)碼元的估計。通過天線291-1處的信號在時刻n接收到的濾波器470-1的輸出表示如下y^1[n]=Σk=-MM(C1k[n])*X1[n,k]---(1)]]>其中FIR濾波器470-1具有2M+1個抽頭，由{C1k[n]:k=-M,...,M}]]>給出，*表示復共軛，而{X1[n，k]k＝-M，...，M}表示時刻n處的抽頭的延遲線含量。濾波器470-1到470-K的輸出由乘法器480-1到480-K進行按比例縮放，每個乘法器都有一相關的空間系數(shù)Sm[n]。在按比例縮放操作之后，所產(chǎn)生的信號在組合器490內(nèi)相加以形成組合信號499，它代表發(fā)送數(shù)據(jù)碼元y[n]的組合的碼元估計 組合信號499可以表示為y^[n]=Σm=1K(Sm[n])*y^m[n]---(2)]]>為了使信號499中接收機噪聲、多徑干擾和碼間干擾的效應最小，對于每個m，按照一個實施例優(yōu)化時間系數(shù)Cm[n]={Cmk[n]:k=-M,...,M}]]>和空間系數(shù)Sm[n]。然后，信號499會帶有發(fā)送數(shù)據(jù)碼元的估計，發(fā)送數(shù)據(jù)碼元可以以改進的可靠性被解碼?？梢允褂米钚【秸`差(MMSE)準則以幾種可行的方式來優(yōu)化時間系數(shù)Cm[n]和空間組合器權重Sm[n]，對于m＝1，...，K。稱為本地優(yōu)化(Local Optimization)的一種方法僅根據(jù)使發(fā)送碼元y[n]和發(fā)送碼元的本地估計 (即第m條天線支路的FIR輸出信號470-m)之間的MSE最小，來優(yōu)化第m根天線的時間系數(shù)Cm[n]。選擇時間系數(shù)Cm[n]以使本地MSE最小，定義為LocalMSE=E|y[n]-y^1[n]|2+E|y[n]-y^2[n]|2+κ+E|y[n]-y^K[n]|2---(3)]]>在確定了每條天線支路的時間系數(shù)Cm[n]之后，選擇空間組合器權重Sm[n]以使組合輸出信號 中的均方誤差(MSE)最小。
稱為全局優(yōu)化(Global Optimization)的另一種方法使用組合輸出信號 為所有天線共同地優(yōu)化時間系數(shù)Cm[n]和空間組合器權重Sm[n]。對于全局優(yōu)化而言，共同地選擇時間系數(shù)和組合器權重以使全局MSE最小GlobalMSE=E|y[n]-y^[n]|2---(4)]]>在一示例性實施例中，可以設空間組合器權重Sm[n]等于1。
這些相應的優(yōu)化可以用本領域公知的自適應信號處理算法來實現(xiàn)，譬如最小均方(LMS)算法及其變型。當這種自適應算法用于優(yōu)化時間系數(shù)Cm[n]和空間系數(shù)Sm[n]時，系數(shù)收斂到它們的穩(wěn)態(tài)(即MMSE最優(yōu))所需的采樣數(shù)對于全局優(yōu)化要比對于本地優(yōu)化大。然而，全局優(yōu)化的穩(wěn)態(tài)MSE一般較低。本實施例，稱為組合的全局—本地優(yōu)化，改進了這兩種方法，以實現(xiàn)低穩(wěn)態(tài)MSE和快速收斂時間之間的平衡。
把0和1之間α值的組合MSE定義如下CombinedMSE=α{E|y[n]-y^1[n]|2+E|y[n]-y^2[n]|2+...+E|y[n]-yK[n]|2}]]>+(1-α){E|y[n]-y^[n]|2}---(5)]]>當把α設為0時，把組合的MSE數(shù)量最小化為全局優(yōu)化，而如果把α設為1，則把組合的MSE數(shù)量最小化為本地優(yōu)化。在該實施例中，α值可以是0和1之間的任意數(shù)(0≤α≤1)。參數(shù)α規(guī)定了組合優(yōu)化中本地和全局MSE的相對權重。α的適當選擇會允許自適應算法實現(xiàn)快速收斂時間和低穩(wěn)態(tài)MSE的較好組合。
按照一個實施例，一旦選擇了特定的α值，則可以選擇步長參數(shù)ΔC和ΔS，并且以迭代方式更新時間系數(shù)Cm[n]和空間系數(shù)Sm[n]。例如，可以如下更新與第一天線支路相關聯(lián)的時間和空間系數(shù)，即C1[n]和S1[n]對于一組固定的空間系數(shù)S1[n]，根據(jù)下式更新C1[n]C1k[n+1]=C1k[n]+ΔCX1[n,k](α(y[n]-y^1[n])*+(1-α)S1*[n](y[n]-y^[n])*)---(6)]]>其中k是FIR濾波器470-1中的系數(shù)索引，ΔC是時間系數(shù)的步長參數(shù)，而C1[n+1]代表時刻n+1處經(jīng)更新的時間系數(shù)。接著，對于一組固定的時間系數(shù)C1[n]，根據(jù)下式更新S1[n]S1[n+1]=S1[n]+ΔSy^1[n](y[n]-y^[n])*---(7)]]>其中ΔS是空間系數(shù)的步長參數(shù)，而S1[n]代表時刻n+1處經(jīng)更新的空間系數(shù)。類似地更新其他天線支路的時間系數(shù)Cm[n]和空間系數(shù)Sm[n]。步長參數(shù)ΔC和ΔS可以是確保迭代更新收斂的任意值。用于選擇滿足這些要求的步長參數(shù)的方法是本領域公知的。而且，其后是使這些嵌套迭代收斂到實現(xiàn)組合的MSE的本領域公知方法。
圖3示出流程圖600，描述了執(zhí)行時間系數(shù)Cm[n]和空間系數(shù)Sm[n]的組合優(yōu)化所必要的一個或多個步驟。流程圖600的各步驟可以由一個控制系統(tǒng)來執(zhí)行。步驟601中，初始化時間系數(shù)Cm[n]和空間系數(shù)Sm[n]，并且選擇參數(shù)α、ΔC和ΔS的初始值。步驟602中，用天線m上接收到的數(shù)據(jù)流Xm[n]和時間系數(shù)Cm[n]來為第m條天線支路產(chǎn)生發(fā)送碼元的估計 步驟603中，用空間組合器系數(shù)Sm[n]組合每條天線支路上的估計，以產(chǎn)生數(shù)據(jù)碼元的組合估計 可以在步驟604中把組合估計傳遞至解碼器，并且在步驟605中對其評估，以確定是否需要時間和空間系數(shù)的附加更新。當MSE誤差處于可接受的小級別時，附加更新也許不必要。步驟606中，計數(shù)器為下一數(shù)據(jù)碼元遞增，處理繼續(xù)到步驟602。步驟607和608中，按照參數(shù)α、ΔC和ΔS更新時間系數(shù)Cm[n]和空間系數(shù)Sm[n]的值。步驟609中，根據(jù)需要可以從步驟601中設定的初始值來調(diào)整參數(shù)α、ΔC和ΔS。例如，通過調(diào)整α，可以控制本地優(yōu)化和全局優(yōu)化間的折衷。當α值接近于0時，更新最好是全局優(yōu)化的更新，而不是本地優(yōu)化的更新。類似地，當α值接近于1時，更新最好是本地優(yōu)化的更新，而不是全局優(yōu)化的更新。這可能為增加的MSE誤差大小折衷較快的收斂，反之亦然。減少步長參數(shù)ΔC和ΔS的值會以迭代的較慢收斂為代價產(chǎn)生較低的穩(wěn)態(tài)MSE。增加步長參數(shù)ΔC和ΔS的值會加速迭代的收斂，但導致增加的穩(wěn)態(tài)MSE。步驟610中，計數(shù)器為下一導頻碼元遞增。步驟611中，處理確定是否已經(jīng)處理了訓練間隔內(nèi)的最后一個數(shù)據(jù)碼元。如果期望對同一數(shù)據(jù)流進行附加處理，則繼續(xù)到步驟602。
本領域的技術人員能進一步理解，結合這里所公開的實施例所描述的各種說明性的邏輯塊、模塊和算法步驟可以作為電子硬件、計算機軟件或兩者的組合來實現(xiàn)。為了清楚說明硬件和軟件間的互換性，各種說明性的組件、框圖、模塊、電路和步驟一般按照其功能性進行了闡述。這些功能性究竟作為硬件或軟件來實現(xiàn)取決于整個系統(tǒng)所采用的特定的應用程序和設計。技術人員可以認識到在這些情況下硬件和軟件的交互性，以及怎樣最好地實現(xiàn)每個特定應用程序的所述功能。技術人員可能以對于每個特定應用不同的方式來實現(xiàn)所述功能，但這種實現(xiàn)決定不應被解釋為造成背離本發(fā)明的范圍。
結合這里所描述的實施例來描述的各種說明性的邏輯塊、模塊和算法步驟的實現(xiàn)或執(zhí)行可以用通用處理器、數(shù)字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或其它可編程邏輯器件、離散門或晶體管邏輯、離散硬件組件、或為執(zhí)行這里所述功能而設計的任意組合。通用處理器可能是微處理器，然而或者，處理器可以是任何常規(guī)的處理器、控制器、微控制器或狀態(tài)機。處理器也可能用計算設備的組合來實現(xiàn)，如，DSP和微處理器的組合、多個微處理器、結合DSP內(nèi)核的一個或多個微處理器、或任意其它這種配置。
結合這里所公開實施例描述的方法或算法的步驟可能直接包含在硬件中、由處理器執(zhí)行的軟件模塊中、或在兩者當中。軟件模塊可能駐留在RAM存儲器、快閃(flash)存儲器、ROM存儲器、EPROM存儲器、EEPROM存儲器、寄存器、硬盤、可移動盤、CD-ROM、或本領域中已知的任何其它形式的存儲媒體中。示例性存儲媒體與處理器耦合，使得處理器可以從存儲媒體讀取信息，或把信息寫入存儲媒體?；蛘撸鎯γ襟w可以與處理器整合。處理器和存儲媒體可能駐留在ASIC中。ASIC可能駐留在訂戶單元中。或者，處理器和存儲媒體可能作為離散組件駐留在用戶終端中。
上述優(yōu)選實施例的描述使本領域的技術人員能制造或使用本發(fā)明。這些實施例的各種修改對于本領域的技術人員來說是顯而易見的，這里定義的一般原理可以被應用于其它實施例中而不使用創(chuàng)造能力。因此，本發(fā)明并不限于這里示出的實施例，而要符合與這里揭示的原理和新穎特征一致的最寬泛的范圍。
權利要求
1.通信系統(tǒng)中，一種方法包括從公共源接收多個信號，其中所述多個信號攜帶了公共的數(shù)據(jù)碼元流；使所述接收信號上組合的本地和全局均方誤差(MSE)最小。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于還包括按照一加權因數(shù)組合本地MSE和全局MSE以產(chǎn)生所述組合的本地和全局MSE。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述加權因數(shù)具有0和1之間的值。
4.如權利要求2所述的方法，其特征在于還包括根據(jù)所述加權因數(shù)為所述組合的全局和本地MSE確定時間和空間系數(shù)。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于還包括為使組合的本地和全局MSE最小，按照時間系數(shù)步長來調(diào)整所述時間系數(shù)。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于還包括調(diào)整所述時間系數(shù)步長，使組合的本地和全局MSE最小。
7.如權利要求4所述的方法，其特征在于還包括為使組合的本地和全局MSE最小，按照空間系數(shù)步長來調(diào)整所述空間系數(shù)。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于還包括調(diào)整所述空間系數(shù)步長，使組合的本地和全局MSE最小。
9.如權利要求2所述的方法，其特征在于還包括在使所述組合的本地和全局MSE最小時，調(diào)整所述加權因數(shù)以實現(xiàn)處理速度和誤差大小中至少一個的相應效應。
10.如權利要求1所述的方法，其特征在于還包括在使所述組合的本地和全局MSE最小后，在所述接收信號上產(chǎn)生一個組合信號。
11.如權利要求10所述的方法，其特征在于還包括對所述組合信號進行解碼以檢取所述公共數(shù)據(jù)碼元流。
12.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述組合的本地和全局MSE是按照下式CombinedMSE=α{E|y[n]-y^1[n]|2+E|y[n]-y^2[n]|2+...+E|y[n]-yK[n]2}]]>+(1-α){E|y[n]-y^[n]|2}]]>其中α是加權因數(shù)。
13.通信系統(tǒng)中，一種裝置包括接收機，從公共源接收多個信號，其中所述多個信號攜帶了公共的數(shù)據(jù)碼元流；均衡器，用于使所述接收信號上組合的本地和全局均方誤差(MSE)最小。
14.如權利要求13所述的裝置，其特征在于還包括處理器，用于按照一加權因數(shù)組合本地MSE和全局MSE以產(chǎn)生所述組合的本地和全局MSE最小化。
15.如權利要求14所述的裝置，其特征在于，所述加權因數(shù)具有0和1之間的值。
16.如權利要求14所述的裝置，其特征在于，所述處理器用于根據(jù)所述加權因數(shù)為所述組合的全局和本地MSE確定時間和空間系數(shù)。
17.如權利要求16所述的裝置，其特征在于，所述處理器用于按照時間系數(shù)步長來調(diào)整所述時間系數(shù)，以使組合的本地和全局MSE最小。
18.如權利要求17所述的裝置，其特征在于，所述處理器用于調(diào)整所述時間系數(shù)步長，以使所述組合的本地和全局MSE最小。
19.如權利要求16所述的裝置，其特征在于，所述處理器用于按照空間系數(shù)步長來調(diào)整所述空間系數(shù)，以使所述組合的本地和全局MSE最小。
20.如權利要求19所述的裝置，其特征在于，所述處理器用于調(diào)整所述空間系數(shù)步長，以使所述組合的本地和全局MSE最小。
21.如權利要求14所述的裝置，其特征在于，在使所述組合的本地和全局MSE最小時，所述處理器用于調(diào)整所述加權因數(shù)以實現(xiàn)處理速度和誤差大小中至少一個的相應效應。
22.如權利要求14所述的裝置，其特征在于，在使所述組合的本地和全局MSE最小后，所述均衡器用于在所述接收信號上產(chǎn)生一個組合信號。
23.如權利要求22所述的裝置，其特征在于還包括解碼器，用于對所述組合信號進行解碼以檢取所述公共數(shù)據(jù)碼元流。
24.如權利要求13所述的裝置，其特征在于還包括與所述接收機耦合的多根天線，用于相應地接收所述多個信號。
25.通信系統(tǒng)中，一種裝置包括用于從公共源接收多個信號的裝置，其中所述多個信號攜帶公共數(shù)據(jù)碼元流；信號均衡器裝置，用于使所述接收信號上組合的本地和全局均方誤差(MSE)最小。
26.如權利要求25所述的裝置，其特征在于還包括處理器裝置，用于按照一個加權因數(shù)組合本地MSE和全局MSE以產(chǎn)生所述組合的本地和全局MSE最小化。
全文摘要
通信接收機(400)為了信號均衡而使組合的本地和全局均方誤差最小。基站(101)或移動站(102－104)可以包括多根天線(292)，用于接收從公共源發(fā)出的多個信號。多個信號攜帶了公共的數(shù)據(jù)碼元流。預處理塊(299)處理接收信號以產(chǎn)生多個經(jīng)處理的接收信號(298)。信號均衡器(401)使被處理的接收信號(298)上組合的本地和全局MSE最小，以產(chǎn)生組合信號(499)。解碼器對組合信號(499)進行解碼以檢取所述數(shù)據(jù)碼元流。處理器用于按照可調(diào)整的加權因數(shù)來組合本地MSE和全局MSE，以產(chǎn)生組合的本地和全局MSE。
文檔編號H04B7/005GK1547811SQ02816730
公開日2004年11月17日 申請日期2002年7月25日 優(yōu)先權日2001年7月27日
發(fā)明者I·弗南德斯-科巴頓, I 弗南德斯-科巴頓, J·E·斯密, 斯密, S·賈亞拉曼, 搶 申請人:高通股份有限公司