專利名稱：用于計算蜂窩通信系統(tǒng)中的路徑特征數(shù)據(jù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
根據(jù)獨立權(quán)利要求的前序部分，本發(fā)明涉及無線數(shù)字通信領(lǐng)域。特別地，本發(fā)明涉及通過UMTS系統(tǒng)(通用移動通信系統(tǒng))對數(shù)字信息進行無線發(fā)送和接收的領(lǐng)域。更具體來說地，本發(fā)明涉及用于蜂窩通信系統(tǒng)的CDMA接收機和包括所述CDMA接收機的基站或用戶站(移動臺)。該CDMA接收機應用一種用于計算路徑特征數(shù)據(jù)的方法，該方法可實現(xiàn)為計算機軟件。
背景技術(shù)：
蜂窩通信系統(tǒng)是眾所周知的。這些蜂窩通信系統(tǒng)包括小區(qū)和無線通信區(qū)域，共同覆蓋給定的地理區(qū)域。小區(qū)包括多個基站，這些基站通過控制信道和通信信道建立和保持與系統(tǒng)中所包括的移動通信設備的通信鏈路，并通過所建立的通信鏈路與移動通信設備進行通信。
一種蜂窩通信系統(tǒng)就是所謂的直接序列CDMA(碼分多址)擴頻系統(tǒng)。在這種CDMA擴頻系統(tǒng)中，除發(fā)射機之外，移動通信設備還具有CDMA接收機，典型地是所謂的RAKE(瑞克)接收機，具有多個徑(finger)以分解多徑接收擴頻信號的分量并對分解后的分量進行組合以便改善接收信號的信噪比。擴頻信號接收自通過使用擴展序列將數(shù)據(jù)信號擴展到一個頻帶上的發(fā)射機。這種序列中的單元通常稱作碼片。
在CDMA和WCDMA(寬帶碼分多址)接收中，有必要關(guān)于某個參考點，例如關(guān)于已經(jīng)選中的觀察窗的起點來對每條輸入路徑的延遲進行估計。為此，需要計算路徑特征數(shù)據(jù)。圖1中示出了這種路徑特征數(shù)據(jù)。接收機檢測具有某個幅度的信號，圖1中對幅度以任意單位相對于以過采樣碼片網(wǎng)格為單位的延遲作曲線圖。在圖1中，關(guān)于選中參考點對碼片網(wǎng)格進行四次過采樣。水平直線代表背景噪聲(noise floor)。如果信噪比(SNR)足夠，就可以檢測到具有延遲的信號。在這種情況下，如在圖1的情況下，路徑特征數(shù)據(jù)中該信號的相應峰值足夠明顯。該例中的無線信道包括由于多徑傳播而導致的若干時間可分辨延遲。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種用于以對具有較差SNR的弱信號進行改善的檢測來計算路徑特征數(shù)據(jù)的方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供能夠?qū)哂休^差SNR的弱信號進行檢測的CDMA接收機和基站。本發(fā)明又一個目的是提供實現(xiàn)上述方法的計算機程序產(chǎn)品。
根據(jù)本發(fā)明，上述目的由獨立權(quán)利要求的特征來實現(xiàn)。進一步的實施例由從屬權(quán)利要求的特征來描述。
關(guān)于所述方法，實現(xiàn)上述目的的第一個解決方案可以稱作以本公開為目的的能量組合。在這種方法中，在一個單獨的時隙內(nèi)的P個導頻符號的長度上將已包含導頻模式補償?shù)拈L度為K的解擴向量dk與長度為K的輸入序列向量sk相關(guān)。P和K是整數(shù)。換句話說，對于某個天線i和某個時隙j，在形成元素dk和sk并具有索引k的所有(過采樣的)碼片上對dk和sk的哈達馬(Hadamard)積dksk求和Σkdi,j,k⊗si,j,k]]>索引i表示總數(shù)為I的天線中的一個天線。索引i、j和k是整數(shù)。通常，輸入序列向量s表示用于每個天線i的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出的基帶中的數(shù)字信號。
現(xiàn)在在某個觀察窗的所有天線i和所有時隙j上對所述結(jié)果的絕對值的平方求和。這樣做意味著對所述觀察窗的所有天線i和所有時隙j執(zhí)行非相干平均。對可以搜索到的所有不同的延遲值重復進行這項操作，計算出的總和為
ΣiΣj|Σkdi,j,k⊗si,j,k|2]]>該能量組合方法的優(yōu)點是兩個連續(xù)時隙j和j+1之間的量Σkdijk⊗sijk]]>的相角變化可以是任意的。在實踐中，這意味著移動臺相對于基站的速度可以是任意的。
當時隙j上的總和得到改良時，相比于上述能量組合方法甚至能更好地檢測具有較差SNR的信號。在能量組合方法中，時隙j上的總和是實數(shù)的總和|Σkdijk⊗sijk|2,]]>其中量Σkdijk⊗sijk]]>是復數(shù)。但是，可以將這些量中的至少兩個量相加，由此將復數(shù)相加，然后對所有天線i計算其絕對值的平方。在這種情況下，將這些量選擇為從具有索引j，j+1，j+2，...的至少兩個連續(xù)時隙中生成。如果將恰好兩個連續(xù)時隙中的復數(shù)量相加，則計算出ΣiΣj|Σkdi,j,k⊗si,j,k+Σkdi,j+1,k⊗si,j+1,k|2]]>換句話說，將具有索引j的第一時隙的總和Σkdi,j,k⊗si,j,k]]>與具有索引j+1的第二連續(xù)時隙的至少一個相應第二總和Σkdi,j+1,k⊗si,j+1,k]]>相加，以這種方式在所有時隙上執(zhí)行求和，并且在所有具有索引i的天線和所有時隙上對所得值的平方求和。
當兩個連續(xù)時隙之間的量Σkdijk⊗sijk]]>的相角不超過90°時，第二種解決方案是切實可行的。這對應于發(fā)射機和接收機之間450Hz的總頻率偏移，其包括多普勒偏移(當接收機相對于發(fā)射機具有某一速度時是相關(guān)的)和振蕩器頻率偏移。對于幾乎所有的情況，450Hz都是足夠的。
當計算路徑特征數(shù)據(jù)時，也可以補償在連續(xù)時隙之間測量到的頻率偏移，所以以該第二解決方案可以處理更高的偏移。
可以用幾種方式在時隙上進行新的求和。當求和時，可以將索引j選擇為1，2，3，4，5，...。在這種情況下，對j的所有整數(shù)值執(zhí)行求和，并且將時隙上的總和與時隙1+2，2+3，3+4，4+5的量Σkdijk⊗sijk]]>相加。換句話說，對有重疊的量進行求和。
如上所述，可以將多于兩個連續(xù)時隙的復數(shù)量相加。作為示例，還可以將三個時隙的復數(shù)值相加。在這種情況下，對于時隙1+2+3，2+3+4，3+4+5等，用重疊程度更高的兩個時隙代替一個時隙，對量Σkdijk⊗sijk]]>求和。如果以這種方式將三個而不是兩個時隙相加，則總的頻率偏移將僅為450*(2/3)＝300Hz。靈敏度將提高，并且SNR將更好。
當在所有時隙上求和時，另一種可能方案是只對j的奇數(shù)值執(zhí)行求和。在該第三種解決方案中，對于時隙1+2，3+4，4+5等，對這些量求和，并因此沒有重疊?？梢月晕p小計算負擔。
所有三種解決方案都顯示出路徑特征數(shù)據(jù)的較好的SNR，其中第二種解決方案和第三種解決方案的路徑特征數(shù)據(jù)的SNR比第一種解決方案的SNR更好。改善的SNR可以實現(xiàn)對輸入路徑的改善的檢測。還可以檢測用其他方式不可檢測的較弱路徑。此外，通過檢測由于提高SNR而增加的路徑，還可以獲得時間分集。這在使用具有較低空間分集的線性陣列時特別有用。
擴頻接收機，優(yōu)選的是CDMA接收機，并且特別是RAKE接收機或具有耙形的徑(finger)處理結(jié)構(gòu)的接收機可適用于應用上述方法來計算路徑特征數(shù)據(jù)。在這種情況下，由于使用根據(jù)本發(fā)明的方法所得到的提高的路徑特征數(shù)據(jù)SNR增加了檢測到的路徑數(shù)量并由此增加了可能的RAKE徑的數(shù)量。這增大了在RAKE徑組合器的輸出端測量的SNR并由此增強了例如UMTS系統(tǒng)中的UTRAN接口之類的空中接口的能力。CDMA接收機，特別是如果其為RAKE接收機，可以是用于例如UMTS系統(tǒng)之類的蜂窩通信系統(tǒng)的基站或用戶站的一部分。
當計算WCDMA信號的路徑特征數(shù)據(jù)時，本方法特別有用。
當擴頻接收機適用于采用根據(jù)本發(fā)明的第一種解決方案來計算路徑特征數(shù)據(jù)時，本方法特別有用，另外第二種解決方案和/或第三種解決方案也特別有用。如上所述，當兩個連續(xù)時隙之間的量Σkdijk⊗sijk]]>的相位變化不超過對應于總頻率偏移450Hz的90°時，第二種解決方案是切實可行的。對于第三種解決方案這同樣成立。如果擴頻接收機能夠執(zhí)行速度估計(多普勒頻率估計)和頻率偏移估計，則可以估計總頻率偏移。如果總偏移超過450Hz，則應當使用第一種解決方案，否則具有改善的SNR的第二種解決方案或第三種解決方案就是優(yōu)選的。因此，上述估計可以用于在兩種操作模式之間進行切換。在備選解決方案中，當計算路徑特征數(shù)據(jù)時，對頻率偏移進行補償。
路徑特征數(shù)據(jù)計算可以是在兩個天線上求和。但是，在四個或更多的天線上對每個扇區(qū)執(zhí)行求和時，該解決方案特別有用。原因是在這種情況下功率控制將降低接收到的信號電平。這將導致在路徑特征數(shù)據(jù)中具有不明顯峰值的較差的SNR，并且在檢測輸入路徑時將相應地導致更大的問題。
如上所述，擴頻接收機可適用于采用上述方法來計算路徑特征數(shù)據(jù)。為此，該接收機具有類似于FPGA、ASIC或EPROM、數(shù)字信號處理器之類的為計算路徑特征數(shù)據(jù)提供功能性的硬件邏輯。這種硬件邏輯可以具有能從諸如計算機之類的其他設備中卸下的固件。該固件是計算機程序產(chǎn)品，其可以直接裝載到數(shù)字計算機的內(nèi)存中或裝載到諸如FPGA、EPROM之類的計算實體中，并且該固件包括用于在所述產(chǎn)品在計算機或計算實體上運行時執(zhí)行上述方法的軟件代碼部分。該計算程序產(chǎn)品可以存儲在諸如硬盤、DVD的CD之類的存儲介質(zhì)中，或者可以借助于電載波信號通過諸如因特網(wǎng)之類的計算機網(wǎng)絡中發(fā)送該計算程序產(chǎn)品。
參考下面描述的實施例，可以說明本發(fā)明的這些方面和其他方面，并使其更加明確。應當注意的是，所使用的參考標記不應解釋為對本發(fā)明范圍的限制。


圖1示出了以第一種解決方案進行計算時的路徑特征數(shù)據(jù)；圖2示出了以第二種解決方案進行計算時的路徑特征數(shù)據(jù)；
圖3示出了以第三種解決方案進行計算時的路徑特征數(shù)據(jù)；圖4是具有實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法的邏輯的通信系統(tǒng)的略圖。
具體實施例方式
圖1示出了按照根據(jù)本發(fā)明的第一種方法而計算的路徑特征數(shù)據(jù)。計算了使用步行(Pedestrian)B傳播信道的一個單獨的12.2kbps鏈路。CDMA接收機有四個天線。擴頻因子為256，導頻符號的數(shù)目為6，并且有15個時隙。一個時隙包括2560個碼片，其具有DPCCH(專用物理控制信道)擴頻因子256和在接收機處進行采樣的雙碼片速率。這2560個碼片的60％用于具有索引k的求和，表示具有雙碼片速率的256*2*6＝3172個采樣。如果Tchip表示從第一碼片到第二碼片的持續(xù)時間，那么使用Tchip/2網(wǎng)格中的192個值，并將這些值內(nèi)插到Tchip/4網(wǎng)格。對于所有的192個抽頭，計算ΣiΣj|Σkdi,j,k⊗si,j,k|2]]>的值。相對于延遲對這383個值作曲線圖。豎虛線表示步行B傳播信道的實際輸入路徑。
圖2示出了利用根據(jù)本發(fā)明的第二種方法進行計算時與圖1參數(shù)相同的路徑特征數(shù)據(jù)。將兩個連續(xù)時隙的值無重疊地相加，從而將Σkdi,j,k⊗si,j,k]]>的復數(shù)值相加ΣiΣj{|Σkdi,k,1⊗si,j,1+Σkdi,j,2⊗si,j,2|2+|Σkdi,j,3⊗si,j,3+Σkdi,j,4⊗si,j,4|2+···]]>+|Σkdi,j,14⊗si,j,14+Σkdi,j,15⊗si,j,15|2}]]>這種方法可以稱作相鄰時隙相干組合。
將通過第一種方法獲得的相應值添加到曲線圖上。由圖可見，現(xiàn)在峰值更加明顯，使得SNR得到改善。
圖3示出了利用根據(jù)本發(fā)明的第三種方法進行計算時與圖1參數(shù)相同的路徑特征數(shù)據(jù)。將有重疊的兩個連續(xù)時隙相加。換句話說，將時隙1+2，2+3，3+4等的值以如下方式相加
N*ΣiΣj{|Σkdi,j,1⊗si,j,1+Σkdi,j,2⊗si,j,2|2+|Σkdi,j,2⊗si,j,2+Σkdi,j,3⊗si,j,3|2+]]>|Σkdi,j,3⊗si,j,3+Σkdi,j,4⊗si,j,4|2+···+|Σkdi,j,14⊗si,j,14+Σkdi,j,15⊗si,j,15|2}]]>應用額外的歸一化因子N＝15/19來保持固有背景噪聲不變。第三種解決方案與第二種解決方案相比具有將近兩倍的計算復雜度，但是在諸如FPGA、EPROM之類的計算實體中可以很容易地實現(xiàn)第三種解決方案。
圖4以高度示意性的方式示出了實現(xiàn)上述方法的通信系統(tǒng)。通過用天線陣列3發(fā)送信號到用戶站2的相應天線陣列3’，基站1與用戶站2進行通信。兩個設備都是根據(jù)IEEE 802.16標準操作于低于11Hz的頻率上的UMTS設備。基站1和用戶站2均包括擴頻接收機4，4’。
基站1和/或用戶站2估計多普勒頻率偏移和/或基站1與用戶站2之間的頻率偏移。如果所估計的偏移高于預定的門限值，則擴頻接收機4，4’根據(jù)第一種解決方案來執(zhí)行非相干求平均。如果所估計的偏移低于預定的門限值，則根據(jù)第二種解決方案或第三種解決方案來執(zhí)行相干的求平均。
權(quán)利要求
1.一種用于計算蜂窩通信系統(tǒng)中的路徑特征數(shù)據(jù)的方法，其中求解擴向量dk與輸入序列向量sk的哈達馬積dksk，并且對于具有索引i的某個天線和對于具有索引j的某個時隙，在形成元素dk和sk并具有索引k的所有碼片上對哈達馬積求和 其特征在于，在所有天線和所有時隙上對該總和的絕對值的平方求和(ΣiΣj|Σkdi,j,k⊗si,j,k|2).]]>
2.根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的方法，其特征在于，為了在所有時隙上求和，將具有索引j的第一時隙的總和 與具有索引j+1的第二連續(xù)時隙的至少一個相應第二總和 相加，并且在所有天線和所有時隙上對所得值的平方求和。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，為了在所有時隙上求和，將具有索引j的第一時隙的總和與具有索引j+1的恰好一個第二連續(xù)時隙的總和相加(ΣiΣj|Σkdi,j,k⊗si,j,k+Σkdi,j+1,k⊗si,j+1,k|2).]]>
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，對于j的所有整數(shù)值，在所有時隙上進行求和。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，只對j的奇數(shù)值在所有時隙上執(zhí)行求和。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在至少四個天線上進行求和。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，計算用于WCDMA信號的路徑特征數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法在計算機上運行。
9.一種用于操作基站和/或用戶站的方法，其特征在于，所述基站和/或用戶站估計多普勒頻率偏移以及/或者基站與用戶站之間的頻率偏移，如果所估計的偏移高于預定門限值，則執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，如果所估計的偏移低于預定門限值，則執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法。
10.一種計算機程序產(chǎn)品，可直接載入數(shù)字計算機的內(nèi)存，包括在所述產(chǎn)品在計算機上運行時用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法的軟件代碼部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的計算機程序產(chǎn)品，其在存儲介質(zhì)上或借助于電信號通過計算機網(wǎng)絡來發(fā)送。
12.一種擴頻接收機，適用于應用根據(jù)權(quán)利要求1-8的任何一個所述的方法來計算路徑特征數(shù)據(jù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的擴頻接收機，適用于CDMA接收機。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的擴頻接收機，適用于RAKE接收機。
15.一種用于蜂窩通信系統(tǒng)的基站和/或用戶站，包括根據(jù)權(quán)利要求12-14之一所述的擴頻接收機或根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的計算機程序，或適用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于計算蜂窩通信系統(tǒng)中的路徑特征數(shù)據(jù)的方法，其中諸如CDMA接收機之類的擴頻接收機可以采用本方法。此外，包括這種擴頻接收機的基站和/或用戶站的邏輯可以采用本方法。在CDMA接收中，必須計算每條輸入路徑的延遲。但是只有當信噪比足夠時，才能檢測輸入路徑。本發(fā)明的一個目的是提供一種以對具有較差信噪比的弱信號進行改善的檢測來計算路徑特征數(shù)據(jù)的可能方案。應用三種方法可以實現(xiàn)該目的。一種方法應用能量組合的原理并將所有時隙的絕對值的平方相加。兩種方法應用相干特征數(shù)據(jù)的原理并將兩個連續(xù)時隙的復數(shù)幅度相加，其中一種解決方案將此原理應用到至少兩個相鄰時隙，并且另一種解決方案將此原理應用到有重疊的至少兩個相鄰時隙。
文檔編號H04B1/707GK1770651SQ200510117029
公開日2006年5月10日 申請日期2005年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月3日
發(fā)明者托爾斯滕·維爾德, 科內(nèi)利斯·赫克 申請人:阿爾卡特公司