專利名稱：路徑搜索器窗定位方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及其中要估計時變衰落信道的各多徑分量的延遲的數(shù)字無線通信系統(tǒng)。該數(shù)字無線通信系統(tǒng)例如可以包括使用碼分多址(CDMA)RAKE接收器的系統(tǒng)，更具體地，可以包括使用在衰落環(huán)境下進行操作并且具有有限處理資源的接收器(如寬帶CDMA(WCDMA)接收器)的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在無線通信中，通過無線電鏈路在發(fā)送器與接收器之間形成物理信道。在大多數(shù)情況下，發(fā)送器的天線并不嚴格地對準接收器。除了可能的直接路徑以外，在發(fā)送器與接收器之間往往還存在許多其他傳播路徑。這些其他傳播路徑通常源自于從發(fā)送器或接收器附近的物體的反射。具有類似傳播距離的射線根據(jù)瞬時相位關(guān)系在接收器處合成，并形成相異的多徑分量。多條射線的合成的效果取決于載波波長的瞬時相位關(guān)系，并且還取決于這些射線間的距離差。在相消干涉的情況下，多條射線的合成會導致路徑增益量級的顯著降低(即，衰落)。
如果利用由許多多徑分量攜帶的信號能量，則會改進CDMA接收器的性能?？梢酝ㄟ^RAKE接收器來實現(xiàn)對CDMA接收器性能的希望改進。在RAKE接收器中，對多個多徑分量中的每一個都分配一解擴器(即，RAKE指(finger))。所述多個解擴器中的每一個都分配有一擴頻碼基準副本。這些擴頻碼基準副本中的每一個都在時間上延遲等于對應(yīng)多徑分量的路徑延遲的量。然后通過RAKE合成器將各解擴器的輸出相干地合成起來，以產(chǎn)生碼元估計。
RAKE接收器優(yōu)選地利用針對所有檢測到的路徑的多徑延遲和信道脈沖值的知識。為了在RAKE合成器的輸出處實現(xiàn)最佳可能信噪比，應(yīng)當收集來自盡可能多的物理路徑的信號能量。此外，對盡可能多的不同物理路徑進行跟蹤(即，最大利用多樣性)會顯著改進信號接收魯棒性(robustness)，這是因為降低了所有路徑的同時強衰落的概率。所有路徑的同時強衰落是通常導致嚴重的誤塊率(BLER)劣化的現(xiàn)象。
傳播信道結(jié)構(gòu)(即，各多徑分量的絕對延遲和相對延遲)通常不會隨時間保持恒定。由于發(fā)送器、接收器以及附近物體的相對運動，現(xiàn)有路徑的延遲可能會變化，舊的路徑可能會消失，而新的路徑可能會出現(xiàn)。此外，在發(fā)送器與接收器的相應(yīng)電路之間的頻率偏移會產(chǎn)生時鐘漂移。時鐘漂移本身通常表現(xiàn)為整個延遲分布(delay profile)的漸進時間軸移動。為了確保RAKE接收器的恰當操作，應(yīng)當跟蹤所有已知多徑分量的正在變化的延遲，并且在新路徑出現(xiàn)之后應(yīng)當迅速發(fā)現(xiàn)該新路徑。
由于該物理信道結(jié)構(gòu)，在大多數(shù)情況下附近物體的相對位置會改變。因此，新路徑的路徑長度通常不會與現(xiàn)有路徑的路徑長度相差太大。信道的宏觀結(jié)構(gòu)(例如，導致信號反射的山或建筑群)相對來說很少變化。因此，通常，新路徑的延遲相對來說類似于現(xiàn)有的已知路徑的延遲。因此，通過在現(xiàn)有路徑的已知延遲附近進行搜索，可以檢測到新路徑的延遲。
圖1是典型的RAKE接收器的框圖。RAKE接收器100包括延遲估計器模塊102、信道估計器模塊104以及RAKE解擴器/合成器模塊106。將接收到的數(shù)據(jù)饋送給延遲估計器模塊102。延遲估計器模塊102在信道的可能延遲的范圍上對該信道的脈沖響應(yīng)進行評估。然后可以使所得延遲分布(其可以是復(fù)數(shù)延遲分布或功率延遲分布)經(jīng)受峰值檢測，并將檢測到的峰值位置報告給RAKE解擴器/合成器模塊106，作為對多徑分量的延遲估計。信道估計器模塊104還使用該延遲估計，通過對導頻序列進行解擴并且可能地隨時間對結(jié)果進行濾波以減小噪聲和干擾的效應(yīng)，來估計對應(yīng)的復(fù)數(shù)信道系數(shù)。在延遲估計器模塊102(其確定RAKE解擴器/合成器模塊106的解擴器部分的時間對準)與信道估計器模塊104(其對要由RAKE解擴器/合成器模塊106的合成器部分使用的復(fù)數(shù)系數(shù)進行估計)之間的協(xié)作下估計信道參數(shù)。還進行了噪聲干擾功率估計。
進行延遲估計的簡單方法包括在信道的可能延遲的整個范圍(即，最大假定延遲擴展)上對該信道的脈沖響應(yīng)進行評估。然后可以使所得的復(fù)數(shù)延遲分布或功率延遲分布經(jīng)受峰值檢測，并由延遲估計器模塊102將檢測到的峰值位置報告給信道估計器模塊104和RAKE解擴器/合成器模塊106，作為延遲估計。然而，頻繁執(zhí)行全路徑搜索例程的處理和功耗開銷通常是高昂的。因此，典型的實現(xiàn)可以使用具有比全搜索區(qū)(即，最大假定延遲擴展)短的觀測窗的路徑搜索器。此外，可以降低路徑搜索器的分辨率，并使用解擴器的附加密集采樣窗(其產(chǎn)生功率延遲分布的特定區(qū)的較高分辨率估計)。在任何情況下，對于任何實用的延遲估計，出于檢測新路徑的目的，定期地執(zhí)行路徑搜索，以對延遲范圍進行再掃描。
一旦由路徑搜索器發(fā)現(xiàn)了多個路徑位置，延遲估計算法就提取這些路徑位置并按足夠的精度查找路徑延遲。路徑搜索器窗被定位成將新路徑包括在該路徑搜索器窗內(nèi)。由于以足夠高的概率獲知新路徑將出現(xiàn)在當前已知路徑的附近(就路徑的相應(yīng)延遲而言)，所以通常將路徑搜索器窗設(shè)置成覆蓋當前已知路徑。
在時間n處，窗定位算法可以提供與當前已知路徑的位置和功率有關(guān)的某些信息(例如，被跟蹤路徑列表和/或路徑的量級、來自路徑搜索器的最新功率延遲分布估計，等等)，并且可以產(chǎn)生時間n處的瞬時窗位置估計(被表示為τ(n))。由于實際瞬時窗位置可能取決于信道的瞬間衰落狀態(tài)和殘余噪聲干擾實現(xiàn)(residual noise-plus-interference realization)，所以通常不建議直接使用瞬時位置估計。相反，通常使用某種濾波形式對當前瞬時位置估計值與以往瞬時位置估計值進行合成。對當前瞬時位置估計值與以往瞬時位置估計值的合成會顯著降低噪聲效應(yīng)，并避免可能由于衰落模式而產(chǎn)生的瞬時位置估計的不可接受的波動，對于實際路徑搜索器激活調(diào)度，該衰落模式從一個路徑搜索器激活到下一個路徑搜索器激活可能是完全無關(guān)的。
典型的濾波處理使用指數(shù)平滑作為平均化方案。如下得出平均位置估計τ(n)
τ(n)＝ατ(n-1)+(1-α)τ(n)(1)其中，遺忘因子α由濾波處理的希望時間常數(shù)來確定。
在具有小衰落或沒有衰落的環(huán)境下，公式(1)的平均化方案是可接受的，并以低計算和存儲需求實現(xiàn)了對噪聲誘導波動的抑制。然而，當存在衰落時，已經(jīng)觀察到延遲估計的精度受到影響。因此，需要一種克服了這些和其他缺點的用于進行路徑搜索器窗定位的方法和系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例提供了一種用于路徑搜索器窗定位的方法和裝置。在本發(fā)明的一個實施例中，提供了一種用于確定平均位置估計的方法，其包括確定路徑搜索器窗的平均信號功率的步驟。所述確定平均信號功率的步驟包括使用先前確定的平均信號功率和瞬時信號功率的步驟。所述方法還包括確定平均位置估計的步驟。所述確定平均位置估計的步驟包括使用瞬時位置估計、先前確定的平均位置估計、所述先前確定的平均信號功率以及所述瞬時信號功率的步驟。
在本發(fā)明的另一實施例中，提供了一種用于確定平均位置估計的裝置，其包括信道估計器、解擴器以及延遲估計器。所述延遲估計器可相互操作地連接到所述信道估計器和所述解擴器。所述延遲估計器用于確定路徑搜索器窗的平均信號功率并用于確定所述平均位置估計。確定平均信號功率包括使用先前確定的平均信號功率和瞬時信號功率。確定平均位置估計包括使用瞬時位置估計、先前確定的平均位置估計、所述先前確定的平均信號功率以及所述瞬時信號功率。


結(jié)合附圖時閱讀以下對本發(fā)明的示例性實施例的詳細描述，可以更完全地理解本發(fā)明的示例性實施例，其中圖1是如前所述的典型RAKE接收器的框圖；和圖2是例示根據(jù)本發(fā)明原理的路徑搜索器窗定位的流程圖。
具體實施例方式
在非衰落環(huán)境下，或者對于接近于1的α值，公式(1)的平均化方案是可接受的，并以低計算和存儲器存儲需求實現(xiàn)了對噪聲誘導波動的抑制。然而，在存在衰落時，在任何給定時間n處可用于位置估計的信號能量隨衰落而變化，而預(yù)期的噪聲能量保持相對恒定。由此，判定條件隨時間不是恒定的。實際上，有些判定甚至可能受噪聲支配。瞬時衰落模式確定了信號能量在對應(yīng)觀測區(qū)中的分布；然而，公式(1)將所有位置估計τ(n)處理成相等的，并對具有相等重要性的所有位置估計進行合成，這會導致在平均化處理中包括過多的噪聲和波動。
本發(fā)明的實施例通過對多個瞬時窗位置估計進行合適的合成以可靠定位新搜索的路徑搜索器窗，而改進了對無線電傳播信道中的新多徑分量進行檢測的魯棒性。根據(jù)本發(fā)明的原理，對路徑搜索器窗位置進行時間濾波，以跟蹤現(xiàn)有路徑并檢測現(xiàn)有路徑附近的新路徑，并使路徑結(jié)構(gòu)中的殘余噪聲干擾和衰落誘導變化的效應(yīng)最小化。
在計算瞬時窗位置的同時，記錄窗區(qū)內(nèi)的瞬時信號功率。例如，使用指數(shù)平滑對信號功率進行時間濾波，以得到平均信號功率。使用瞬時信號功率和平均信號功率作為相應(yīng)的合成權(quán)重，將瞬時位置加入平均位置。結(jié)果，按相對低的權(quán)重累加了僅反映部分路徑結(jié)構(gòu)或受噪聲支配的情況的信道實現(xiàn)，而具有高信噪比的完全實現(xiàn)對平均的貢獻最大。此外，記錄平均功率和窗位置使得可以通過功率加權(quán)求和對各種不相交窗位置估計的位置進行方便的合成。
再參照圖2，圖2是例示根據(jù)本發(fā)明原理的路徑搜索器窗定位的流程圖。流程200始于步驟202，在步驟202處，在時間n處進行瞬時窗位置估計τ(n)。在步驟204處，優(yōu)選地，通過對用于確定瞬時窗位置估計的多個功率延遲分布分量進行求和并減去任何預(yù)期噪聲分量，來計算在時間n處由窗覆蓋的信號功率P(n)。在本發(fā)明的某些實施例中，可以通過觀測功率延遲分布估計的噪聲基底(noise floor)來估計所述預(yù)期噪聲分量。在步驟206處，計算針對路徑搜索器窗的平均信號功率P(n)?？梢匀缦掠嬎鉖(n)
P(n)＝αP(n-1)+(1-α)P(n)(2)根據(jù)瞬時功率延遲分布計算出的位置估計會固有地隨路徑分布衰落變化而波動。即使不存在任何殘余噪聲或干擾，瞬時位置估計也會顯著不同于平均位置估計，平均位置估計是實際關(guān)注量。對于實際遺忘因子α，如在公式(1)中那樣對所有順序瞬時位置估計值進行等權(quán)重平滑是次最優(yōu)的，這是因為對平均值的貢獻與在瞬時功率延遲分布中實際存在的信號分量無關(guān)，對根據(jù)強衰落、只有噪聲的功率延遲分布實現(xiàn)的本質(zhì)上隨機的位置估計賦予與基于完全、很好地定義的路徑分布的位置估計相等的重要性。因此，在步驟208處，使用瞬時位置估計、瞬時信號功率、先前(例如，在時間n-1處)計算出的平均信號功率以及先前(例如，在時間n-1處)計算出的平均位置估計來計算平均位置估計。在步驟208處進行的計算如下地通過引入功率加權(quán)而改進了平均位置估計的質(zhì)量τ‾(n)=αP‾(n-1)τ‾(n-1)+(1-α)P(n)τ(n)αP‾(n-1)+(1-α)P(n)---(3)]]>從步驟208得到的平滑化位置估計主要基于根據(jù)強信道實現(xiàn)的位置估計，而只有噪聲的分布和部分分布受到抑制。本發(fā)明的實施例使用恰當修正了噪聲(即，只含有平均噪聲能量等于零的信號能量)的功率估計P(n)。任何殘余噪聲分量都會降低功率加權(quán)的有效性，但是，即使仍然存在殘余噪聲分量，本發(fā)明的實施例也將具有超越現(xiàn)有技術(shù)方法的顯著好處。
本發(fā)明的實施例提供了穩(wěn)定的窗位置平均化，其改進了對噪聲的抑制，并降低了由于路徑分布中的衰落相關(guān)變化而導致的波動。根據(jù)本發(fā)明的原理，在衰落過程中的隨機的、噪聲誘導的位置估計對平均位置值的影響最小。由此，在衰落過程中路徑搜索器窗不會波動，而顯著地降低了丟失現(xiàn)有活動區(qū)的風險。
與現(xiàn)有技術(shù)方法相比，本發(fā)明的實施例還導致少量的計算增量。增加了平均功率計算和用于位置濾波累積的稍微復(fù)雜的權(quán)重計算。由于不頻繁計算路徑搜索器窗位置，所以計算代價可被視為微不足道的。
本發(fā)明的上述實施例是許多不同的可能實施例中的一個。例如，可以使用復(fù)數(shù)延遲分布來代替功率延遲分布，在此情況下，通過將復(fù)數(shù)系數(shù)乘以其復(fù)數(shù)共軛數(shù)來得到各延遲分布單元的功率。本發(fā)明的原理還適用于不同類型的瞬時位置估計，舉例來說如重心和功率捕獲型位置判定。源數(shù)據(jù)例如可以是連續(xù)功率延遲分布估計、其峰值的子集、或被跟蹤路徑的列表(帶有它們的量級)。盡管可以使用不同的信號功率測度，但是優(yōu)選地它們是無偏移的。根據(jù)本發(fā)明原理的可靠位置估計和對應(yīng)的平均功率估計還適用于需要對數(shù)個不相交觀測區(qū)的位置估計進行合成的情況(例如，當在當前跟蹤的區(qū)域以外執(zhí)行擴展路徑搜索以檢測新的路徑活動簇時)。可以通過使用平均功率作為合成權(quán)重對不相交區(qū)的平均位置估計進行合成。然后可以將所得位置用于對路徑搜索器窗進行定位。
盡管在附圖中例示了并在以上詳細說明書中描述了本發(fā)明的實施例，但是應(yīng)當明白，本發(fā)明并不限于所公開的實施例，而是能夠在不脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的情況下進行眾多重排、修改以及替換。
權(quán)利要求
1.一種用于確定平均位置估計的方法，該方法包括以下步驟確定路徑搜索器窗的平均信號功率，所述確定平均信號功率的步驟包括使用先前確定的平均信號功率和瞬時信號功率的步驟；和確定平均位置估計，所述確定平均位置估計的步驟包括使用瞬時位置估計、先前確定的平均位置估計、所述先前確定的平均信號功率以及所述瞬時信號功率的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述確定平均信號功率的步驟包括使用遺忘因子的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述確定平均位置估計的步驟包括使用遺忘因子的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述確定平均位置估計的步驟包括以下步驟利用與所述先前確定的平均信號功率相關(guān)聯(lián)的因子對所述先前確定的平均位置估計進行加權(quán)；和利用由與所述瞬時信號功率相關(guān)聯(lián)的因子加權(quán)的瞬時位置估計，對所述先前確定的平均位置估計進行調(diào)節(jié)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，與當前瞬時信號功率的較小值相比，當前瞬時信號功率的較大值會導致所述平均位置估計與所述先前確定的位置估計之間的更大的差異。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下步驟確定所述瞬時信號功率；和確定所述瞬時位置估計。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述平均信號功率由P(n)＝αP(n-l)+(1-α)P(n)表示；α為遺忘因子；P(n-l)為先前確定的平均信號功率；并且P(n)為當前瞬時信號功率。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述平均位置估計由τ‾(n)=αP‾(n-l)τ‾(n-l)+(1-α)P(n)τ(n)αP‾(n-l)+(1-α)P(n)]]>表示；α為遺忘因子；P(n-l)為先前確定的平均信號功率；P(n)為當前瞬時信號功率；τ(n)為瞬時位置估計；并且τ(n-l)為先前確定的平均位置估計。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述確定平均位置估計的步驟包括指數(shù)平滑和功率加權(quán)求和的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，當前瞬時信號功率經(jīng)受了噪聲修正。
11.一種用于確定平均位置估計的裝置，該裝置包括信道估計器；解擴器；以及延遲估計器，可相互操作地連接到所述信道估計器和所述解擴器，所述延遲估計器用于執(zhí)行以下步驟確定路徑搜索器窗的平均信號功率，所述確定平均信號功率的步驟包括使用先前確定的平均信號功率和瞬時信號功率的步驟；和確定平均位置估計，所述確定平均位置估計的步驟包括使用瞬時位置估計、先前確定的平均位置估計、所述先前確定的平均信號功率以及所述瞬時信號功率的步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述確定平均信號功率的步驟包括使用遺忘因子的步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述確定平均位置估計的步驟包括使用遺忘因子的步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述確定平均位置估計的步驟包括以下步驟利用與所述先前確定的平均信號功率相關(guān)聯(lián)的因子對所述先前確定的平均位置估計進行加權(quán)；和利用由與所述瞬時信號功率相關(guān)聯(lián)的因子加權(quán)的瞬時位置估計，對所述先前確定的平均位置估計進行調(diào)節(jié)。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中，與當前瞬時信號功率的較小值相比，當前瞬時信號功率的較大值會導致所述平均位置估計與所述先前確定的位置估計之間的更大的差異。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述延遲估計器還用于執(zhí)行以下步驟確定所述瞬時信號功率；和確定所述瞬時位置估計。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述平均信號功率由P(n)＝αP(n-l)+(1-α)P(n)表示；α為遺忘因子；P(n-l)為先前確定的平均信號功率；并且P(n)為當前瞬時信號功率。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述平均位置估計由τ‾(n)=αP‾(n-l)τ‾(n-l)+(1-α)P(n)τ(n)αP‾(n-l)+(1-α)P(n)]]>表示；α為遺忘因子；P(n-l)為先前確定的平均信號功率；P(n)為當前瞬時信號功率；τ(n)為瞬時位置估計；并且τ(n-l)為先前確定的平均位置估計。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述確定平均位置估計的步驟包括指數(shù)平滑和功率加權(quán)求和的步驟。
20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中，當前瞬時信號功率經(jīng)受了噪聲修正。
21.一種用于確定平均位置估計的制造物品，該制造物品包括至少一個計算機可讀介質(zhì)；和包含在所述至少一個計算機可讀介質(zhì)上的多個處理器指令，所述多個處理器指令被設(shè)計成可由至少一個處理器從所述至少一個計算機可讀介質(zhì)讀取，從而使得所述至少一個處理器可以進行操作以執(zhí)行以下步驟確定路徑搜索器窗的平均信號功率，所述確定平均信號功率的步驟包括使用先前確定的平均信號功率和瞬時信號功率的步驟；和確定平均位置估計，所述確定平均位置估計的步驟包括使用瞬時位置估計、先前確定的平均位置估計、所述先前確定的平均信號功率以及所述瞬時信號功率的步驟。
全文摘要
使用瞬時位置估計、先前確定的平均位置估計、先前確定的平均信號功率以及瞬時信號功率來確定平均位置估計。使用先前確定的平均信號功率和瞬時信號功率來確定平均信號功率。
文檔編號H04B1/707GK1910827SQ200580002270
公開日2007年2月7日 申請日期2005年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月12日
發(fā)明者安德烈斯·雷亞 申請人:Lm愛立信電話有限公司