專利名稱：用于計(jì)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(dú)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(dòng)通信系統(tǒng))對數(shù)字信息進(jìn)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(jī)和包括所述CDMA接收機(jī)的基站或用戶站(移動(dòng)臺)。該CDMA接收機(jī)應(yīng)用一種用于計(jì)算路徑特征數(shù)據(jù)的方法，該方法可實(shí)現(xiàn)為計(jì)算機(jī)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(gè)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(dòng)通信設(shè)備的通信鏈路，并通過所建立的通信鏈路與移動(dòng)通信設(shè)備進(jìn)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(kuò)頻系統(tǒng)。在這種CDMA擴(kuò)頻系統(tǒng)中，除發(fā)射機(jī)之外，移動(dòng)通信設(shè)備還具有CDMA接收機(jī)，典型地是所謂的RAKE(瑞克)接收機(jī)，具有多個(gè)徑(finger)以分解多徑接收擴(kuò)頻信號的分量并對分解后的分量進(jìn)行組合以便改善接收信號的信噪比。擴(kuò)頻信號接收自通過使用擴(kuò)展序列將數(shù)據(jù)信號擴(kuò)展到一個(gè)頻帶上的發(fā)射機(jī)。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(gè)參考點(diǎn)，例如關(guān)于已經(jīng)選中的觀察窗的起點(diǎn)來對每條輸入路徑的延遲進(jìn)行估計(jì)。為此，需要計(jì)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(jī)檢測具有某個(gè)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(diǎn)對碼片網(wǎng)格進(jìn)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(yīng)峰值足夠明顯。該例中的無線信道包括由于多徑傳播而導(dǎo)致的若干時(shí)間可分辨延遲。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于以對具有較差SNR的弱信號進(jìn)行改善的檢測來計(jì)算路徑特征數(shù)據(jù)的方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供能夠?qū)哂休^差SNR的弱信號進(jìn)行檢測的CDMA接收機(jī)和基站。本發(fā)明又一個(gè)目的是提供實(shí)現(xiàn)上述方法的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
根據(jù)本發(fā)明，上述目的由獨(dú)立權(quán)利要求的特征來實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步的實(shí)施例由從屬權(quán)利要求的特征來描述。
關(guān)于所述方法，實(shí)現(xiàn)上述目的的第一個(gè)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(gè)單獨(dú)的時(shí)隙內(nèi)的P個(gè)導(dǎo)頻符號的長度上將已包含導(dǎo)頻模式補(bǔ)償?shù)拈L度為K的解擴(kuò)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(gè)天線i和某個(gè)時(shí)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(dá)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(gè)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(gè)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(gè)觀察窗的所有天線i和所有時(shí)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(shí)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(fù)進(jìn)行這項(xiàng)操作，計(jì)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(diǎn)是兩個(gè)連續(xù)時(shí)隙j和j+1之間的量Σkdijk⊗sijk]]>的相角變化可以是任意的。在實(shí)踐中，這意味著移動(dòng)臺相對于基站的速度可以是任意的。
當(dāng)時(shí)隙j上的總和得到改良時(shí)，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(shí)隙j上的總和是實(shí)數(shù)的總和|Σkdijk⊗sijk|2,]]>其中量Σkdijk⊗sijk]]>是復(fù)數(shù)。但是，可以將這些量中的至少兩個(gè)量相加，由此將復(fù)數(shù)相加，然后對所有天線i計(jì)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(gè)連續(xù)時(shí)隙中生成。如果將恰好兩個(gè)連續(xù)時(shí)隙中的復(fù)數(shù)量相加，則計(jì)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(shí)隙的總和Σkdi,j,k⊗si,j,k]]>與具有索引j+1的第二連續(xù)時(shí)隙的至少一個(gè)相應(yīng)第二總和Σkdi,j+1,k⊗si,j+1,k]]>相加，以這種方式在所有時(shí)隙上執(zhí)行求和，并且在所有具有索引i的天線和所有時(shí)隙上對所得值的平方求和。
當(dāng)兩個(gè)連續(xù)時(shí)隙之間的量Σkdijk⊗sijk]]>的相角不超過90°時(shí)，第二種解決方案是切實(shí)可行的。這對應(yīng)于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間450Hz的總頻率偏移，其包括多普勒偏移(當(dāng)接收機(jī)相對于發(fā)射機(jī)具有某一速度時(shí)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(dāng)計(jì)算路徑特征數(shù)據(jù)時(shí)，也可以補(bǔ)償在連續(xù)時(shí)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(shí)隙上進(jìn)行新的求和。當(dāng)求和時(shí)，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(shí)隙上的總和與時(shí)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(jìn)行求和。
如上所述，可以將多于兩個(gè)連續(xù)時(shí)隙的復(fù)數(shù)量相加。作為示例，還可以將三個(gè)時(shí)隙的復(fù)數(shù)值相加。在這種情況下，對于時(shí)隙1+2+3，2+3+4，3+4+5等，用重疊程度更高的兩個(gè)時(shí)隙代替一個(gè)時(shí)隙，對量Σkdijk⊗sijk]]>求和。如果以這種方式將三個(gè)而不是兩個(gè)時(shí)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(dāng)在所有時(shí)隙上求和時(shí)，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(shí)隙1+2，3+4，4+5等，對這些量求和，并因此沒有重疊。可以略微減小計(jì)算負(fù)擔(dān)。
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(shí)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(shí)間分集。這在使用具有較低空間分集的線性陣列時(shí)特別有用。
擴(kuò)頻接收機(jī)，優(yōu)選的是CDMA接收機(jī)，并且特別是RAKE接收機(jī)或具有耙形的徑(finger)處理結(jié)構(gòu)的接收機(jī)可適用于應(yīng)用上述方法來計(jì)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(qiáng)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(jī)，特別是如果其為RAKE接收機(jī)，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(dāng)計(jì)算WCDMA信號的路徑特征數(shù)據(jù)時(shí)，本方法特別有用。
當(dāng)擴(kuò)頻接收機(jī)適用于采用根據(jù)本發(fā)明的第一種解決方案來計(jì)算路徑特征數(shù)據(jù)時(shí)，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(dāng)兩個(gè)連續(xù)時(shí)隙之間的量Σkdijk⊗sijk]]>的相位變化不超過對應(yīng)于總頻率偏移450Hz的90°時(shí)，第二種解決方案是切實(shí)可行的。對于第三種解決方案這同樣成立。如果擴(kuò)頻接收機(jī)能夠執(zhí)行速度估計(jì)(多普勒頻率估計(jì))和頻率偏移估計(jì)，則可以估計(jì)總頻率偏移。如果總偏移超過450Hz，則應(yīng)當(dāng)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(jì)可以用于在兩種操作模式之間進(jìn)行切換。在備選解決方案中，當(dāng)計(jì)算路徑特征數(shù)據(jù)時(shí)，對頻率偏移進(jìn)行補(bǔ)償。
路徑特征數(shù)據(jù)計(jì)算可以是在兩個(gè)天線上求和。但是，在四個(gè)或更多的天線上對每個(gè)扇區(qū)執(zhí)行求和時(shí)，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(dǎo)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(shí)將相應(yīng)地導(dǎo)致更大的問題。
如上所述，擴(kuò)頻接收機(jī)可適用于采用上述方法來計(jì)算路徑特征數(shù)據(jù)。為此，該接收機(jī)具有類似于FPGA、ASIC或EPROM、數(shù)字信號處理器之類的為計(jì)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(jì)算機(jī)之類的其他設(shè)備中卸下的固件。該固件是計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其可以直接裝載到數(shù)字計(jì)算機(jī)的內(nèi)存中或裝載到諸如FPGA、EPROM之類的計(jì)算實(shí)體中，并且該固件包括用于在所述產(chǎn)品在計(jì)算機(jī)或計(jì)算實(shí)體上運(yùn)行時(shí)執(zhí)行上述方法的軟件代碼部分。該計(jì)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送該計(jì)算程序產(chǎn)品。
參考下面描述的實(shí)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(yīng)當(dāng)注意的是，所使用的參考標(biāo)記不應(yīng)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(jìn)行計(jì)算時(shí)的路徑特征數(shù)據(jù)；圖2示出了以第二種解決方案進(jìn)行計(jì)算時(shí)的路徑特征數(shù)據(jù)；
圖3示出了以第三種解決方案進(jìn)行計(jì)算時(shí)的路徑特征數(shù)據(jù)；圖4是具有實(shí)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(shí)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(jì)算的路徑特征數(shù)據(jù)。計(jì)算了使用步行(Pedestrian)B傳播信道的一個(gè)單獨(dú)的12.2kbps鏈路。CDMA接收機(jī)有四個(gè)天線。擴(kuò)頻因子為256，導(dǎo)頻符號的數(shù)目為6，并且有15個(gè)時(shí)隙。一個(gè)時(shí)隙包括2560個(gè)碼片，其具有DPCCH(專用物理控制信道)擴(kuò)頻因子256和在接收機(jī)處進(jìn)行采樣的雙碼片速率。這2560個(gè)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(gè)采樣。如果Tchip表示從第一碼片到第二碼片的持續(xù)時(shí)間，那么使用Tchip/2網(wǎng)格中的192個(gè)值，并將這些值內(nèi)插到Tchip/4網(wǎng)格。對于所有的192個(gè)抽頭，計(jì)算ΣiΣj|Σkdi,j,k⊗si,j,k|2]]>的值。相對于延遲對這383個(gè)值作曲線圖。豎虛線表示步行B傳播信道的實(shí)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(jìn)行計(jì)算時(shí)與圖1參數(shù)相同的路徑特征數(shù)據(jù)。將兩個(gè)連續(xù)時(shí)隙的值無重疊地相加，從而將Σkdi,j,k⊗si,j,k]]>的復(fù)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(shí)隙相干組合。
將通過第一種方法獲得的相應(yīng)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(jìn)行計(jì)算時(shí)與圖1參數(shù)相同的路徑特征數(shù)據(jù)。將有重疊的兩個(gè)連續(xù)時(shí)隙相加。換句話說，將時(shí)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(yīng)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(jì)算復(fù)雜度，但是在諸如FPGA、EPROM之類的計(jì)算實(shí)體中可以很容易地實(shí)現(xiàn)第三種解決方案。
圖4以高度示意性的方式示出了實(shí)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(yīng)天線陣列3’，基站1與用戶站2進(jìn)行通信。兩個(gè)設(shè)備都是根據(jù)IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)操作于低于11Hz的頻率上的UMTS設(shè)備。基站1和用戶站2均包括擴(kuò)頻接收機(jī)4，4’。
基站1和/或用戶站2估計(jì)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(jì)的偏移高于預(yù)定的門限值，則擴(kuò)頻接收機(jī)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(jì)的偏移低于預(yù)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(jì)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(kuò)向量dk與輸入序列向量sk的哈達(dá)馬積dksk，并且對于具有索引i的某個(gè)天線和對于具有索引j的某個(gè)時(shí)隙，在形成元素dk和sk并具有索引k的所有碼片上對哈達(dá)馬積求和 其特征在于，在所有天線和所有時(shí)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(shí)隙上求和，將具有索引j的第一時(shí)隙的總和 與具有索引j+1的第二連續(xù)時(shí)隙的至少一個(gè)相應(yīng)第二總和 相加，并且在所有天線和所有時(shí)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(shí)隙上求和，將具有索引j的第一時(shí)隙的總和與具有索引j+1的恰好一個(gè)第二連續(xù)時(shí)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(shí)隙上進(jìn)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(shí)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(gè)天線上進(jìn)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(jì)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(jì)算機(jī)上運(yùn)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(jì)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(jì)的偏移高于預(yù)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(jì)的偏移低于預(yù)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(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，可直接載入數(shù)字計(jì)算機(jī)的內(nèi)存，包括在所述產(chǎn)品在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)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(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其在存儲介質(zhì)上或借助于電信號通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來發(fā)送。
12.一種擴(kuò)頻接收機(jī)，適用于應(yīng)用根據(jù)權(quán)利要求1-8的任何一個(gè)所述的方法來計(jì)算路徑特征數(shù)據(jù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的擴(kuò)頻接收機(jī)，適用于CDMA接收機(jī)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的擴(kuò)頻接收機(jī)，適用于RAKE接收機(jī)。
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(kuò)頻接收機(jī)或根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的計(jì)算機(jī)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(jì)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(jī)之類的擴(kuò)頻接收機(jī)可以采用本方法。此外，包括這種擴(kuò)頻接收機(jī)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(jì)算每條輸入路徑的延遲。但是只有當(dāng)信噪比足夠時(shí)，才能檢測輸入路徑。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種以對具有較差信噪比的弱信號進(jìn)行改善的檢測來計(jì)算路徑特征數(shù)據(jù)的可能方案。應(yīng)用三種方法可以實(shí)現(xiàn)該目的。一種方法應(yīng)用能量組合的原理并將所有時(shí)隙的絕對值的平方相加。兩種方法應(yīng)用相干特征數(shù)據(jù)的原理并將兩個(gè)連續(xù)時(shí)隙的復(fù)數(shù)幅度相加，其中一種解決方案將此原理應(yīng)用到至少兩個(gè)相鄰時(shí)隙，并且另一種解決方案將此原理應(yīng)用到有重疊的至少兩個(gè)相鄰時(shí)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