CN100417277C - 一种宽带码分多址系统上行链路的信干比测量方法 - Google Patents

Abstract

一种宽带码分多址系统上行链路的信干比测量方法，将一个时隙中上行专用物理控制信道的数据进行分离，用导频符号对导频信号进行相位搬移，得到相位一致的导频信号；用该信号得到接收信号符号功率和干扰信号符号功率的值，对后者进行无限冲击响应滤波；利用上一相邻时隙中专用物理控制信道的数据信号得到另一个接收信号符号功率；将两个接收信号符号功率合并，得到最终的接收信号符号功率；最终得到信干比值。因结合专用物理控制信道的数据信号进行接收信号符号功能的计算，大大提高了估计的精度，也就提高了信干比测量的精度。当信干比测量精度提高后，为达到相同的误块率，发射功率可以有显著的降低，整个系统容量就会变大。

Description

一种宽带码分多址系统上行链路的信干比测量方法

技术领域：

本发明涉及无线移动通信领域中直接扩频码分多址系统中信干比(SIR)的测量方法，更具体而言是在宽带码分多址系统(WCDMA)中如何进行准确的上行链路SIR测量。

背景技术：

在第三代移动通讯系统中，无线信道足够宽，利用扩频和码分多址，多个用户可以使用相同的信道。WCDMA系统是一个干扰受限系统，其优越性的实现很大程度上依赖于功率控制技术。功率控制技术从集中式功率控制到分布式功率控制，从等功率控制到基于业务质量的功率控制，无不是为了追求通信质量最佳化，系统容量最大化的目的。但这些都是假设能对信道特性，特别是衰落进行准确估计，对接收信号进行准确测量的前提下研究的功率控制策略。实际上，由于受到测量方法，可实现测量工具精度的限制，要做到对接收信号完全无误差的测量是不可能的，只能寻求性能更好的测量方法，提高信干比SIR测量的精度。

实际的功率控制分为内环功率控制和外环功率控制，外环功率根据业务质量要求和接收机的误块率设定目标SIR给内环功率控制。内环功率控制通过控制移动台的发射功率使内环实测的SIR保持在外环功控给出的目标SIR上，从而满足业务质量的要求。其中SIR测量是功率控制机制良好运转的基础，没有精确的SIR测量，内外环SIR的比较就没有太大的意义，也就不可能有好的功率控制性能。图1是上行链路功率控制的示意图，由基站来测量SIR，然后和目标SIR相比较，决定移动台的发射功率大小。

目前在WCDMA系统中使用导频符号来进行SIR测量，基本的过程如下：从接收到的专用物理传输信道的码片信号中分离出导频信号。由于导频符号已知，使用导频符号对导频信号进行相位搬移，使得导频信号都在相同的相位。之后用相位相同的导频信号分别计算接收信号符号功率(Received Signal Code Power，RSCP)和干扰信号符号功率(Interference Signal Code Power，ISCP)，然后得到SIR估计值SIR_est。具体公式表示如下：

${\mathrm{SIR}}_{\mathrm{est}}=\frac{{\mathrm{RSCP}}_s}{{\mathrm{ISCP}}_s},$

${\mathrm{RSCP}}_s\left(m\right)=\frac{1}{N^2}\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{\left|\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{y}_{i,l}{x}_i\right|}^2-\frac{L}{N}{\mathrm{ISCP}}_s\left(m\right),$

$\mathrm{ISCP}\left(m\right)=\frac{1}{2(N-1)L}\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{(y_{i,l}{x}_i-y_{i+1,l}{x}_{i+1})}^2$

ISCP_s(m)＝ISCP_lastframe，

其中N是信号的个数，L是多径个数，m是时隙编号，x_i是第i个导频信号对应的已知导频符号，y_i是接收到的导频信号。

但是由于专用物理控制信道发射功率的有限，同时一个时隙中的导频数目比较小，一般是6个导频符号。造成统计得到的RSCP值受噪声影响比较大，该统计量的方差比较大，严重影响SIR测量值的准确度。而ISCP由于进行了时隙间的IIR滤波，统计结果比较准确。但如果对RSCP也进行无限冲击响应(IIR)滤波，虽然测量值的方差会变小，但对发射功率的变化就没法快速的测量出来，造成很大的延时。我们可以利用非导频符号来提高RSCP的统计精度。图2是上行专用信道的帧结构，其一帧长度都是10ms，15个时隙组成一帧。上行链路的时隙，专用物理控制信道(Dedicated Physical Control Channel，DPCCH)和专用物理数据信道(Dedicated Physical Data Channel，DPDCH)是并行发送的。通过使用更多的信号进行RSCP检测，就可以得到准确的估计值。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术中因RSCP值噪声影响比较大，因而该统计量的方差比较大，影响信干比SIR测量值的准确度的问题。

本发明的技术方案为：

1.1将一个时隙中上行专用物理控制信道的数据进行分离，用导频符号对导频信号进行相位搬移，得到相位一致的导频信号；

1.2用步骤1.1中相位搬移后的导频信号计算干扰信号符号功率ISCP值，并对该值进行无限冲击响应(IIR)滤波；

1.3用步骤1.1中相位搬移后的导频信号计算得到一个接收信号符号功率RSCP_pilot；

1.4用上一相邻时隙中专用物理控制信道的数据信号计算得到另一个接收信号符号功率RSCP_data；

1.5步骤1.3和步骤1.4中的两个接收信号符号功率合并，得到最终的接收信号符号功率RSCP；

1.6用步骤1.5中最终的接收信号符号功率RSCP除以步骤1.2中经过无限冲击响应滤波的干扰信号符号功率ISCP，得到信干比值。

本发明因结合专用物理控制信道的数据信号进行RSCP计算，大大提高了RSCP估计的精度，也就提高了SIR测量的精度。当SIR测量精度提高后，为达到相同的误块率，发射功率可以有显著的降低，整个系统容量就会变大。

附图说明：

图1是功率控制的示意图；

图2是上行链路专用信道的帧结构示意图；

图3是本发明的流程图；

图4是经过IIR滤波后ISCP测量值的图；

图5是本发明中的RSCP估计值的方差图。

具体实施方式：

下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述。

图1是上行功率控制的示意图，外环功率根据业务质量要求和接收机的误块率设定目标SIR给内环功率控制。内环功率控制通过控制移动台的发射功率使内环实测的SIR保持在外环功控给出的目标SIR上，从而满足业务质量的要求。其中SIR测量是功率控制关键，它的性能好坏直接决定了功率控制的质量。

图2是上行专用信道的帧结构图，其中一个时隙共有十个信号，N_pilot个导频信号，N_data个数据信号。

图3是本发明的流程图。下面对本发明的具体步骤进行详细说明。

第一步：把来自天线口的数据按照各径时延分别进行解调，得到各径的专用物理控制信道(DPCCH)和专用物理数据信道(DPDCH)分量。对专用物理控制信道的信号进行分离，将导频信号和非导频信号分开。

第二步：用一个时隙中的导频信号计算ISCP，计算公式如下所示：

$\mathrm{ISCP}\left(m\right)=\frac{1}{2(N-1)L}\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{(y{\left(m\right)}_{i,l}x{\left(m\right)}_i-y{\left(m\right)}_{i+1,l}x{\left(m\right)}_{i+1})}^2,$

并对得到的ISCP进行IIR滤波，得到比较精确的结果。图4就是经过IIR滤波后的ISCP测量值。

SIR测量的瓶颈就在于RSCP的测量，由于RSCP随时间变化特别显著，如果也采用IIR滤波就会造成测量值没法迅速反映实际RSCP的变化。而由于噪声的影响，造成RSCP测量值波动很大，计算可得RSCP测量值的方差是：

$\mathrm{var}\left({\mathrm{RSCP}}_{\mathrm{pilot}}\right)=\frac{4{\mathrm{RSCP}}_{\mathrm{real}}^2{\mathrm{\σ}}^2}{N_{\mathrm{pilot}}}+\frac{2{\mathrm{\σ}}^4}{N_{\mathrm{pilot}}^2},$

其中RSCP_real表示实际的RSCP值，σ²是噪声方差。

在本发明中，我们结合专用物理控制信道的数据来计算RSCP，用导频信号和得到的ISCP计算RSCP_pilot，用数据信号和得到的ISCP计算RSCP_data，将两者用一定的方式合并，得到最终的RSCP。

第三步：用一个时隙中的导频信号和得到的ISCP计算RSCP_pilot，计算公式如下所示：

${\mathrm{RSCP}}_{\mathrm{pilot}}\left(m\right)=(\frac{1}{{N_{\mathrm{pilot}}}^2}\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{\left|\underset{i=1}{\overset{N_{\mathrm{pilot}}}{\mathrm{\Σ}}}y{\left(m\right)}_{i,l}x{\left(m\right)}_i\right|}^2-\frac{L}{N_{\mathrm{pilot}}}\mathrm{ISCP}\left(m\right))$

如果使用当前时隙中的数据信号会造成功控时延的增大，这里我们采用上一个时隙中的数据信号，它们刚好和本时隙的导频信号相邻，可以很好的代表当前信号的功率。但是由于当前时隙是经过之前delay_step个时隙的功控控制增益的作用，当前时隙的发射功率是上一个时隙的Gain(delay_step)倍，因此在用上一个时隙的信号求得信号功率时需要乘以这个倍数。

第四步：用上一相邻时隙中的数据信号和得到的ISCP计算RSCP_data，计算公式如下所示：

${\mathrm{RSCP}}_{\mathrm{data}}\left(m\right)=(\frac{1}{{N_{\mathrm{data}}}^2}\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{N_{\mathrm{data}}}{\mathrm{\Σ}}}{\left|y{(m-1)}_{i,l}\right|}^2-L*\mathrm{ISCP}\left(m\right))*\mathrm{Gain}(\mathrm{delay}\_\mathrm{step})$

其中y(m-1)表示上一个时隙的数据信号，delay_step是功控命令产生到移动台按此功控命令调整发射功率之间相差的时隙个数，实际系统一般存在1～3个时隙的延时，Gain(delay_step)是当前时隙之前delay_step个时隙的功控调整增益。

其方差计算如下：

$\mathrm{var}\left({\mathrm{RSCP}}_{\mathrm{data}}\right)=(\frac{4{\mathrm{RSCP}}_{\mathrm{real}}^2{\mathrm{\σ}}^2}{N_{\mathrm{data}}}+\frac{2{\mathrm{\σ}}^4}{N_{\mathrm{data}}})*\mathrm{Gain}{(\mathrm{delay}\_\mathrm{step})}^2.$

第五步：合并由导频信道得到的RSCP_pilot和由数据信号得到的RSCP_data，得到最终的RSCP：

RSCP(m)＝a*RSCP(m)_pilot+(1-a)*RSCP(m)_data

当我们要结合RSCP_data和RSCP_pilot时，需要计算使用到的a。

var(a*RSCP_pilot+(1-a)*RSCP_data)＝E(a*RSCP_pilot+(1-a)*RSCP_data-RSCP_real)²

为求使上式最小的a，对上式求导，并求使其为零的a，就可以得到：

$a=\frac{({\mathrm{SIR}}_{t\arg \mathrm{et}}\frac{4}{N_{\mathrm{data}}}+\frac{2}{N_{\mathrm{data}}})*\mathrm{Gain}{(\mathrm{delay}\_\mathrm{step})}^2}{({\mathrm{SIR}}_{t\arg \mathrm{et}}\frac{4}{N_{\mathrm{data}}}+\frac{2}{N_{\mathrm{data}}})*\mathrm{Gain}{(\mathrm{delay}\_\mathrm{step})}^2+{\mathrm{SIR}}_{t\arg \mathrm{et}}\frac{4}{N_{\mathrm{pilot}}}+\frac{2}{N_{\mathrm{pilot}}^2}}$

其中SIR_target是由外环功控设定的SIR目标值。

第六步：根据得到的RSCP和ISCP，计算SIR，公式如下：

$\mathrm{SIR}{\left(m\right)}_{\mathrm{est}}=\frac{\mathrm{RSCP}\left(m\right)}{\mathrm{ISCP}\left(m\right)}.$

这里为了说明算法的优越性，给出一种情况下的仿真结果。这里设定SIR_target＝3dB，使用高斯信道，这样实际的接收信号的功率就是不变的。导频信号的个数是6个，数据信号的个数是4个。经过计算得到a＝0.6429。

图5中给出了不同a值下RSCP测量值的方差大小，可以看出在a＝0.6429时，测量值的方差最小。

Claims (5)

1. 一种宽带码分多址系统上行链路的信干比测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1.1将一个时隙中上行专用物理控制信道的数据进行分离，用导频符号对导频信号进行相位搬移，得到相位一致的导频信号；

1.2用步骤1.1中相位搬移后的导频信号计算干扰信号符号功率ISCP值，并对该值进行无限冲击响应滤波；

1.3用步骤1.1中相位搬移后的导频信号计算得到一个接收信号符号功率RSCP_pilot；

1.4用上一相邻时隙中专用物理控制信道的数据信号计算得到另一个接收信号符号功率RSCP_data；

1.5步骤1.3和步骤1.4中的两个接收信号符号功率合并，得到最终的接收信号符号功率RSCP，其中，合并两个接收信号符号功率的方法为：

RSCP(m)＝a*RSCP(m)_pilot+(1-a)*RSCP(m)_data，a是一加权系数，m是时隙编号；

1.6用步骤1.5中最终的接收信号符号功率RSCP除以步骤1.2中经过无限冲击响应滤波的干扰信号符号功率ISCP，得到信干比值。

2. 权利要求1所述的宽带码分多址系统上行链路的信干比测量方法，其特征在于，所述步骤1.2中的计算干扰信号符号功率的方法为：

$\mathrm{ISCP}\left(m\right)=\frac{1}{2(N-1)L}\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{(y{\left(m\right)}_{i,l}x{\left(m\right)}_i-y{\left(m\right)}_{i+1,l}x{\left(m\right)}_{i+1})}^2,$

式中，N是信号的个数，L是多径个数，m是时隙编号，x_i是第i个导频信号对应的已知导频符号，y_i是接收到的导频信号。

3. 权利要求1所述的宽带码分多址系统上行链路的信干比测量方法，其特征在于，所述步骤1.3中的用导频信号计算接收信号符号功率的方法为：

${\mathrm{RSCP}}_{\mathrm{pilot}}\left(m\right)=(\frac{1}{{N_{\mathrm{pilot}}}^2}\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{\left|\underset{i=1}{\overset{N_{\mathrm{pilot}}}{\mathrm{\Σ}}}y{\left(m\right)}_{i,l}x{\left(m\right)}_i\right|}^2-\frac{L}{N_{\mathrm{pilot}}}\mathrm{ISCP}\left(m\right)),$

N_pilot是导频信号的个数，L是多径个数，m是时隙编号，x_i是第i个导频信号对应的已知导频符号，y_i是接收到的导频信号。

4. 权利要求1所述的宽带码分多址系统上行链路的信干比测量方法，其特征在于，所述步骤1.4中的用数据信号计算接收信号符号功率的方法为：

${\mathrm{RSCP}}_{\mathrm{data}}\left(m\right)=(\frac{1}{{N_{\mathrm{data}}}^2}\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{N_{\mathrm{data}}}{\mathrm{\Σ}}}{\left|y{(m-1)}_{i,l}\right|}^2-L*\mathrm{ISCP}\left(m\right))*\mathrm{Gain}(\mathrm{delay}\_\mathrm{step}),$

其中y(m-1)表示上一个时隙的数据信号，delay_step是功控命令产生到移动台按此功控命令调整发射功率之间相差的时隙个数，Gain(delay_step)是当前时隙之前delay_step个时隙的功控调整增益。

5. 权利要求1所述的宽带码分多址系统上行链路的信干比测量方法，其特征在于，所述步骤1.5中，

$a=\frac{({\mathrm{SIR}}_{t\arg \mathrm{et}}\frac{4}{N_{\mathrm{data}}}+\frac{2}{N_{\mathrm{data}}})*\mathrm{Gain}{(\mathrm{delay}\_\mathrm{step})}^2}{({\mathrm{SIR}}_{t\arg \mathrm{et}}\frac{4}{N_{\mathrm{data}}}+\frac{2}{N_{\mathrm{data}}})*\mathrm{Gain}{(\mathrm{delay}\_\mathrm{step})}^2+{\mathrm{SIR}}_{t\arg \mathrm{et}}\frac{4}{N_{\mathrm{pilot}}}+\frac{2}{N_{\mathrm{pilot}}^2}},$

SIR_target是由外环功控设定的SIR目标值，N_data是数据信号的个数，N_pilot是导频信号的个数，delay_step是功控命令产生到移动台按此功控命令调整发射功率之间相差的时隙个数，Gain(delay_step)是当前时隙之前delay_step个时隙的功控调整增益。

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