CN100423465C - Rake接收机和rake接收机中控制多径延时的方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种用于在无线通信系统中提供先进的RAKE延时控制的方法和系统。本发明的RAKE延时控制方法和系统可以随时间跟踪当前已知路径，并可以将跟踪结果与新的路径搜索结果合并。本发明尤其适用于检测多径分量可用的资源(如计算负荷、功率)受限的装置。结果是资源高效结构，用于定位RAKE耙指以便最佳地提取信道中可用的信号功率，并利用由于信号的多径特性的固有分集。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信系统，具体来说涉及用于提供RAKE延时控制的先进方法和系统。
背景技术
在无线通信中，发射机和接收机之间的物理信道是由无线电链路形成的。在多数情况下，发射机不是窄窄地聚向接收机，除了可能的直达路径，由于环境中的物体的存在，在各方之间还有许多其他传播路径。参照图1，例如，接收机100可在某直接畅通路径(路径1)上接收来自发射机102的无线电信号。然而，还可存在许多其他传播路径(如路径2、路径3).因此，当部分无线电信号被环境中的各种物体和障碍物(如房屋104、建筑物106)反射时，接收机100可能收到同一发射的多个实例。
这些多径信号将在直达信号之后延迟不同的时间量到达接收机100，并会具有与直达信号不同的幅度。具有相似传播距离的多径信号随后可根据传输系统的时间分辨率和多径信号的瞬时相位关系而被组合，以形成不同的多径分量。组合的效果有赖于载体波长和距离差的瞬时关系，在破坏性干扰的情况下，可导致幅度的显著减少或路径增益的衰落。
在基于CDMA(码分多址)的系统中，RAKE接收机用于识别和跟踪给定信道的各个多径分量。该RAKE接收机包括多个解扩频器或多个RAKE耙指(finger)，它们每一个被分配了一个多径分量。解扩频器各具有CDMA扩频码的拷贝，它被延迟了等于相应多径分量的路径延时的时间。随后，解扩频器的输出被相干组合，以便产生符号估计。
为了有效，RAKE接收机需要知道每条路径的多径延时和信道脉冲响应的值。这是因为没被检测的路径仍然充当RAKE中的其他耙指的干扰源，即便是它们承载的信号能量并未有效地利用，情况也如此。此外，接收机上可用的路径数量(所用的分集)越少，它们可能经历同时强衰落的可能性就越大，从而导致块错误率(BLER)严重变差。
用于识别多径信号的技术例如在美国专利公开No.2001/0009562、2004/0053592和2004/0052304以及国际专利公开No.WO 02/29994和WO 00/21201中有所描述。一种识别多径信号并确定其延时的途径是在可能延时的范围搜索可能路径。这种路径搜索可通过从发射机发射导频信号，并在接收机上施加一系列预定的解扩频延时来实现。在预定延时刚好与多径信号的到达时间一致时，将会得到更大幅度的信道估计。所得的延时分布可以是复延时分布(CDP：complex delay profile)或功率延时分布(PDP：power delayprofile)，随后它们可受到峰值检测，并且峰值的位置被作为信道的多径延时估计而报告给RAKE接收机。
图2显示了针对经过一次或反复多次的路径搜索的给定信道的示范性PDP。图2中的纵轴表示被检测信号的幅度，而横轴表示所施加延时的大小。图2中的PDP显示了由接收机接收的所有信号，包括噪声和干扰信号。只有PDP中的峰值对应于该信道的多径信号。这些峰值一起形成该信道的脉冲响应。
然而，在许多情况下，频繁执行此路径搜索例程所耗费的处理和功率消耗是不容许的。因此，有必要采取使该解决方案可行的折衷措施。因此，实际实现可采用降低的搜索器分辨率，并且可引入附加的短程解扩频器组，以产生特定PDP区域的更高分辨率估计。这类结构的示例可从已公布的PCT申请WO0035112及图3得知。
参照图3，RAKE延时控制器(RDC)300的示范性实现包括使用了路径搜索器302、路径调谐级304以及控制器306，它们均按图所示的那样互连接。路径搜索器302是计算在延时范围上瞬时信道脉冲响应估计(复或功率)的装置，其中上述延时构成了系统所允许的最大延时扩展的主要部分。给定延时值的CDP或PDP是通过将针对导频符号的接收数据与扩频序列的适当延时的拷贝互相关来估计的，此方法在本领域中众所周知。通常，路径搜索器302主要用作检测路径存在的装置，因此，它的输出分辨率可稍低于RAKE接收机所要求的分辨率。
路径调谐级304在狭窄延时窗上产生高分辨率瞬时CDP或PDP。路径调谐级304具有可包括若干解扩频器的调谐耙指，这些解扩频器类似于路径搜索器的RAKE耙指的解扩频器，不同之处是它们通常是更紧密地间隔开。由于更高的分辨率，路径调谐级304一般用于在本地细化路径搜索器302所提供的较粗略的PDP信息。
控制器306从路径搜索器302和路径调谐级304输出提取物理路径位置信息。随后，此位置信息作为延时估计提供给随后的接收机级，并且不同的路径被分配给RAKE耙指。控制器的复杂程度可随系统参数而有很明显的不同，可在简单的峰值检测到复杂的去卷积和滤波算法之间的范围变化。
图3所示RDC300的特性在于，它是固有顺序结构，在计算细化的延时估计时只使用最近产生的路径搜索器结果。而且，当新的路径搜索器输出估计可得时，根据新的估计重新分配由调谐耙指用于细调谐的位置。因此，细调谐过程不会明显地跟随或解释现有路径位置。即，在RAKE处理中路径的包括仅取决于路径的衰落状态。由于各个路径的衰落和干扰水平的变化，可能会一起漏掉检测一些多径分量，从而降低了衰落环境中的瞬时信扰比(SIR)和所用的分集。
因此，希望提供一种能够随时间跟踪当前已知路径并将跟踪结果与新的路径搜索器结果合并的RAKE延时控制结构。一旦分配了这些路径，便希望这种分配在相当的时间保持恒定，以实现可靠的功率和干扰估计。还希望这种RAKE延时控制结构可以用在资源(如计算负荷、功率)受限的装置中。同时，也希望具有其他的支持功能，比如具有确定路径搜索器搜索区域和激活次数以及调谐耙指的布局的能力。
发明内容
本发明涉及在无线通信系统中提供RAKE延时控制的先进方法和系统。本发明的RAKE延时控制方法和系统可以随时间跟踪当前已知路径，并将跟踪结果与新的路径搜索器结果进行合并。本发明尤其适用于检测多径分量可用的资源(如计算负荷、功率)受限的装置。结果是资源高效结构，用于定位RAKE耙指以便最佳地提取信道中可用信号功率以及利用由于信号的多径特性而固有的分集。
一方面，本发明一般针对在RAKE接收机中控制多径延时的系统。该系统包括路径搜索器，它被配置成搜索无线电信道来找多径分量位置，以及可提供多径分量位置的低分辨率估计。该系统还包括路径调谐级，它被配置成基于多径分量位置的低分辨率估计搜索信道来找多径分量，并提供多径分量位置的高分辨率估计。路径跟踪级被配置成跟踪由调谐耙指提供的现有多径分量位置，使得现有多径分量位置即使在它们已发生改变之后也是已知的。路径选择级被配置成把现有多径分量位置与路径调谐级提供的新的多径分量位置合并，包括基于至少一个预定标准从现有多径分量位置和新的多径分量位置中选择一个或多个多径分量。
另一方面，本发明一般针对在RAKE接收机中控制多径延时的方法。该方法包括以下步骤：搜索无线电信道来找多径分量位置，以提供多径分量位置的低分辨率估计，并基于多径分量位置的低分辨率估计搜索信道来找多径分量，以提供多径分量位置的高分辨率估计。该方法还包括基于高分辨率估计提供的信息来跟踪现有多径分量位置，使得现有多径分量位置即使在它们已发生变化之后也是已知的，以及组合现有多径分量位置与高分辨率估计提供的新的多径分量位置，包括基于至少一个预定标准从现有多径分量位置和新的多径分量位置中选择一个或多个多径分量。
应当强调的是，术语“包括/包含”在用于本说明书中时用来规定所述特征、整数、步骤或分量的存在，而不排除还存在或添加了一个或多个其他特征、整数、步骤、分量或其组合。
附图说明
通过参照以下结合附图时所作的详细说明可以更透彻地理解本发明的方法和系统，其中：
图1说明各种示范性多径传播路径；
图2说明对于给定信道的示范性功率延时分布和信道脉冲响应；
图3说明示范性多径延时估计系统。
图4说明根据本发明实施例的多径延时估计系统；以及
图5说明根据本发明实施例的多径延时估计方法。
具体实施方式
以下是本发明的详细说明，其中对于相同或相似的元件，标号是接转使用的。为使说明简洁，将针对功率延时分布(PDP)来描述本发明。然而，应注意本发明同样适用于PDP和复延时分布(CDP)二者。
本发明的一些实施例提供了RAKE延时控制结构，它将粗略和细化的分辨率PDP评估组合起来。本发明的RAKE延时控制结构执行已知路径的跟踪，并灵活地将各种类型的信息组合起来，以便随时间以高精度维持多径位置。随后新的多径位置在它们被检测到的时候添加到该处理中。
现在，参照图4，图中显示了根据本发明实施例的RAKE延时控制400。本发明的RDC400包括路径搜索器402、路径调谐级404、路径跟踪级406、路径选择级408、路径管理级410以及RAKE耙指选择级412。还包括在内的有路径搜索器布局(placement)和调度器功能414和调谐耙指布局和调度器功能416。注意图4中，实线指示数据或信息信号，而虚线指示控制信号(它也可包括数据或信息)。在一些实施例中，上述级和功能实现于有限处理资源的装置中，如移动无线电终端(未明确显示)。以下将逐个说明这些级和功能。
路径搜索器402和路径调谐级404与现有路径搜索器和调谐级(如图3中所示的那些)相同或类似。路径搜索器402的功能是基于接收的无线电信号样本在允许的延时范围内提供信道中多径分量的低分辨率检测。在一些实施例中，路径搜索器402的输出是信道的CPD或PDP，峰值指示了路径位置(参见图2)。路径调谐级404的功能类似于路径搜索器的功能，区别在于路径调谐级404的分辨率更高(如高两倍)并且延时范围更窄。路径调谐级404之后输出一个或多个细化的路径位置。
路径跟踪级406通过按需(基于所接收的样本和路径管理级410提供的信息)更新路径位置来跟踪当前已知路径的位置。这允许路径位置即使在该路径已经移动并且还没有新的路径搜索器信息可用的时候也可被识别。在一些实施例中，路径跟踪级406通过在被跟踪的每个多径分量周围定位调谐耙指来执行跟踪/更新。利用从路径管理级410获取的关于当前被跟踪路径的信息来定位路径跟踪级406的调谐耙指。注意，路径跟踪级406和路径调谐级404采用类似的调谐耙指硬件用于它们各自的操作，不同之处在于路径跟踪级406的调谐耙指是更频繁激活的。
路径选择级408从路径调谐级404和路径跟踪级406接收细化的路径估计，并通过从两级中共同选择最佳候选对象来组合或合并结果。也就是说，路径跟踪级406提供当前已知路径的最新位置，而路径调谐级404可包括由路径搜索器402新发现的附加路径的位置。在一些实施例中，路径选择级408也可利用基于当前已知路径列表(如来自路径管理级410)的信息。在一些实施例中，路径选择级408所用的选择标准可基于在上一调谐耙指评估期间的候选对象的信号功率。在一些实施例中，所有的已知路径均从路径调谐级404提供的列表中删除，而其余路径与路径跟踪级406提供的列表中的路径合并。随后，从合并的列表中选择信号功率高于某个水平的路径。在一些实施例中，路径选择级408也可从路径管理级410接收信息。在一些实施例中，合并可能会考虑新旧位置之间的相对距离，由此要求在延时估计分配之间保持最小间隔。
路径管理级410接收路径选择级408的选择，并将它们与先前选择进行比较。具体地说，路径管理级410确定自上一次评估以来路径是否已经移动。此确定可基于路径的最新位置(如前x位置)的比较。如果检测到有移动，可利用调谐耙指报告的瞬时延时位置执行与该路径相关联的PDP或CDP的滤波。该滤波也可是特定路径的信号功率的低通线性或非线性平均，或者它可以是路径的信号功率关于时间的平均。平均的值随后可用来维持衰落(衰落独立)期间的路径位置。滤波还可包括把当前发现的路径位置与先前的位置进行比较，并确定出路径位置是否已经移动(即中值滤波的变量)。过滤的路径延时位置随后又被处理为关于当前路径的控制信息，用于下一路径跟踪循环中。路径管理级410还维持各个路径的标识，使得给定延时值与相同路径相关联。为实现此目的，路径管理级410可维持在感兴趣位置上的CDP或PDP估计的过滤的值，以避免在强衰落期间失去路径跟踪。通过这样，便可维持特定延时值和被跟踪的相应路径分量之间的联系，即使在多径分量已经移动了之后，也是如此。
耙指选择级412接收最终由前一级选择的延时，并又对它们进行处理，以检测出可能不对应于物理路径但由于接收机中的噪声和干扰而被报告的那些延时值。在一些实施例中，耙指选择级412可配置成利用阈值处理来选择这些延时。即，耙指选择级412可配置成只选择CDP或PDP超过某阈值的那些延时值，并拒绝低于该阈值的任何延时值。在不背离本发明范围的情况下，也可采用其他方法。
耙指选择级412选择的路径延时值随后报告给RAKE接收机。RAKE接收机随后利用此信息来组合由所选择的耙指跟踪的多径分量。注意，报告给RAKE接收机的特定延时值和被跟踪的相应多径分量之间的联系即使在多径分量已移动了之后也可被维持(如上所述)。
路径搜索器布局和调度器功能414控制(虚线)路径搜索器激活次数。这可通过例如检测在RAKE输出的SIR中的劣化、检测信道结构的变化或通过施加其频率可能依赖环境的固定时间表(如“多普勒散布展宽”估计)来进行。也可采用其他激活方法，如在美国专利公开No.2004/0053592中所公开的方法。路径搜索器布局和调度器功能414还通过利用关于现有路径的信息来控制搜索窗(即被评估的延时范围)的宽度和布局。关于现有路径的这种信息可基于前一路径搜索器运行的结果，或者可基于当前已知路径列表(如来自路径管理级410的)。在一些实施例中，窗位置控制是通过以当前被跟踪路径的PDP为基础计算路径重心来进行的。在一些实施例中，路径搜索器窗大小也可通过路径搜索器布局和调度器功能414基于实际信道延时扩展(这由物理环境中的传播路径确定)来调节。
调谐耙指布局和调度器功能416控制(虚线)激活次数和定位，并对路径跟踪级的调谐耙指分配给各个路径位置进行管理。在一些实施例中，路径选择级408采用基于当前已知路径列表(如来自路径管理级410)的信息来控制激活次数和定位。典型调谐耙指的分配涉及将调谐耙指放在已知路径中心位置，并根据固定时间表激活调谐耙指。在一些实施例中，设置物理调谐耙指的数量可以比要跟踪的路径或要调谐的路径搜索器峰值的数量少。在这种情况下，可实施调谐耙指的时间复用。
现在，参照图5，图中显示了可用于结合本发明的改进型RAKE延时控制400的方法500。该方法开始于步骤502，其中采用例如路径搜索器发起多径分量的信道搜索。在步骤504上，根据基于例如由路径搜索器产生的CDP或PDP的路径搜索结果估计路径位置。在步骤506上，采用例如上述调谐耙指来细调谐估计的路径位置。在步骤508上，通过根据细调谐步骤(步骤506)和路径跟踪步骤(本文稍后将说明的步骤516)选择最佳路径候选对象来合并路径位置。在步骤510上，按需调节路径位置，例如如果已检测出路径有移动则通过过滤路径位置来进行。在步骤512，用于组合多径分量的RAKE耙指的选择是基于估计的路径进行的。RAKE耙指的选择可基于确定路径例如是否超过阈值PDP或CDP值。在步骤514，确定是否将要根据例如路径搜索器的固定的或事件驱动的时间表运行新的路径搜索。如果对于步骤514的答案是肯定的话(不太频繁)，则方法500返回到在步骤502上的路径搜索步骤。另一方面，如果答案是否定的话(较频繁)，则方法500继续进行到步骤516，在这里，各个路径的位置受到跟踪。这允许路径的位置即使在它们移动了之后也可被识别。路径跟踪步骤516跟踪的路径随后作为候选对象提供给路径合并步骤508，以便与细调谐步骤506的候选对象进行合并。
本发明的前述实施例提供了若干优于现有解决方案的优点。例如随时间跟踪已知路径位置，因此可在即便是它们移动了并且没有新的路径搜索器信息可用的时候也维持它们。此外，路径搜索器发现的新路径包括在RAKE延时组中，而没有不必要地抛弃(dismiss)旧路径。而且，报告给RAKE的延时值在延长的时间里维持它们与特定多径分量的联系，实现了针对信道和干扰估计的长期平均。此外，延时的滤波/平均引入了用于维持已知路径知识的“存储器”，该“存储器”即便是在这些路径已经衰落了的时候也保留它们的知识。最后，本发明改善了RAKE接收机的性能，而不需要太多的资源，诸如需要更频繁运行路径搜索器或调谐耙指。
Claims (18)
1. 一种RAKE接收机，它包括：
路径搜索器(402)，其配置成搜索无线电信道来查找多径分量位置，并提供所述多径分量位置的低分辨率估计；
路径调谐级(404)，其配置成基于多径分量位置的低分辨率估计搜索所述信道，并提供所述多径分量位置的高分辨率估计；
所述RAKE接收机的特征在于：
路径跟踪级(406)，其配置成：通过按需更新多径分量位置，跟踪所述路径调谐级(404)提供的现有多径分量位置，使得所述现有多径分量位置即使在它们已发生了改变之后也是已知的；以及
路径选择级(408)，其配置成将所述路径跟踪级(406)提供的跟踪的现有多径分量位置与所述路径调谐级(404)提供的新的多径分量位置合并，包括基于至少一个预定标准从所述现有多径分量位置和所述新的多径分量位置中选择一个或多个多径分量。
2. 根据权利要求1所述的RAKE接收机，其中所述路径选择级(408)还配置成维持选择的一个或多个多径分量之间的最小间隔。
3. 根据权利要求1所述的RAKE接收机，还包括路径管理级，其配置成基于所述现有多径分量位置和所述新的多径分量位置之间的差异确定多径分量是否已经移动，以及在确定所述多径分量已经移动的情况下过滤与所述多径分量相关联的信息。
4. 根据权利要求3所述的RAKE接收机，其中所述路径管理级还配置成：即使在多径分量已经移动之后，也维持多径分量位置和选择的多径分量之间的联系。
5. 根据权利要求1所述的RAKE接收机，还包括耙指选择级，其配置成选择所述RAKE接收机的一个或多个耙指，其中所述一个或多个耙指被分配以跟踪选择的一个或多个多径分量。
6. 根据权利要求5所述的RAKE接收机，其中所述耙指选择级在相应多径分量具有超过预定阈值的复延时分布或功率延时分布的情况下选择所述RAKE接收机的耙指。
7. 根据权利要求1所述的RAKE接收机，还包括路径搜索器布局和调度器功能，其配置成控制与所述路径搜索器(402)执行的搜索相关联的一个或多个参数，包括搜索激活次数、搜索窗大小和搜索窗位置。
8. 根据权利要求1所述的RAKE接收机，还包括调谐耙指布局和调度器功能，其配置成控制与所述路径跟踪级(406)的调谐耙指相关联的一个或多个参数，包括激活次数、搜索窗位置和调谐耙指分配。
9. 根据权利要求1-8中任何一项权利要求所述的RAKE接收机，其中所述RAKE接收机实现于移动无线电终端中。
10. 一种在RAKE接收机中控制多径延时的方法，包括：
搜索无线电信道来查找多径分量位置，以提供所述多径分量位置的低分辨率(502，504)估计；
基于多径分量位置的低分辨率估计，搜索所述信道来查找多经分量，以提供所述多径分量位置的高分辨率(506)估计；
所述方法的特征在于：
通过按需更新多径分量位置，基于所述高分辨率估计所提供的信息，跟踪(516)现有多径分量位置，使得所述现有多径分量位置即使在它们已经改变之后也是已知的；以及
将跟踪(516)的现有多径分量位置与所述高分辨率估计所提供的新的多径分量位置相结合(508，510，512)，包括基于至少一个预定标准从所述现有多径分量位置和所述新的多径分量位置中选择(508，510，512)一个或多个多径分量。
11. 根据权利要求10所述的方法，还包括维持选择的一个或多个多径分量之间的最小间隔。
12. 根据权利要求10所述的方法，还包括：基于所述现有多径分量位置和所述新的多径分量位置之间的差异，确定多径分量是否已经移动，以及在确定所述多径分量已经移动的情况下，过滤与所述多径分量相关联的信息。
13. 根据权利要求12所述的方法，还包括：即使在所述多径分量已经移动之后，也维持多径分量位置和选择的多径分量之间的联系。
14. 根据权利要求10所述的方法，还包括选择所述RAKE接收机的一个或多个耙指，其中所述一个或多个耙指被分配以跟踪选择的一个或多个多径分量。
15. 根据权利要求14所述的方法，其中选择所述RAKE接收机的一个或多个耙指的所述步骤包括在相应多径分量具有超过预定阈值的复延时分布或功率延时分布时选择耙指。
16. 根据权利要求10所述的方法，还包括控制与所述低分辨率估计搜索相关联的一个或多个参数，包括搜索激活次数、搜索窗大小和搜索窗位置。
17. 根据权利要求10所述的方法，还包括控制与所述高分辨率估计搜索相关联的一个或多个参数，包括搜索激活次数、搜索窗位置和调谐耙指分配。
18. 根据权利要求10所述的方法，其中所述RAKE接收机实现于移动无线电终端中。
Applications Claiming Priority (4)
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Publications (2)
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