CN100425043C - 用于估计宽带码分多址移动无线系统中无线信道的信道参数的方法 - Google Patents

Abstract

一种例如根据UMTS标准在W-CDMA移动无线系统中估计无线信道参数的方法。根据本发明的方法，把一个一个按时间顺序排列已知码元的最后两序列的信道估计平均值作为在移动接收机高速运动中的信道参数的假设。在来自数据码元之前直接发送的和随后以移动接收机高速运动和低速数据通过率直接发送的已知码元序列的信道参数之间执行内插法。在数据码元之前以移动接收机高速运动和高数据通过率发送的最后两个序列的信道参数之间执行内插法。

Description

用于估计宽带码分多址移动无线系统中无线信道的信道参数的方法

技术领域

本发明涉及一种估计宽带码分多址移动无线系统中无线信道的信道参数的方法，在该系统中基站将已知码元序列在未知数据码元之间发送，并且通过接收序列与已知码元的比较来执行信道估计，比较结果在已知码元序列上积分

背景技术

本发明与W-CDMA(宽带码分多址)蜂窝无线系统中信道估计的问题有关，诸如，例如，在文献“数字移动电话系统的分析和设计”及“用于未来移动多媒体通信的W-CDMA无线接口”中被详细描述(P.Jung“Analysis anddesign of digital mobile phone systems”，B.G.Taubner Verlag，Stuttgart，1997，andin the periodical IEEE Transaction on vehicular technology，volume 47，No.4 ofNovember 1998 in the article“W-CDMA”The radio interface for future mobilemulti-media communication)。该方法是相当重要的，因为正如在“UMTS全球移动通信系统：第三代标准的发展”(IEEE Transaction on vehicular technology，volume 47，No.4 of November 1998 in the article“UMTS Universal mobiletelecommunication system：Development of standard for the third generation”)中所解释的，该方法旨在形成第三代移动电话技术的世界性的标准。

在移动电话系统中，总是有必要考虑移动接收机运动持续地改变传输信道特性的问题。为了确保对发送信号检测的一个优良程度，因此最优先的重要性就是相应的接收机在一个给定的时间内具有最好的关于信道参数的可能假设。

为了该目的，将在系统一侧为移动电话系统提供未来UMTS标准的用于信道估计的各种物理信道。一方面，用户已知的码元序列，称为专用导频码元，通过基站发送到一个特定的用户。另一方面，在所有的用户的连续的操作中，基站在一个公共信道上发送所述用户已知的导频码元序列，称为公共导频信道。

最接近本发明的现有技术是当前可用的美国移动电话系统ANSI-95。但是，该系统专门利用使用公共信道和该信道上发送的所有用户已知的信号即公共导频信号而估计信道参数。ANSI-95系统为此目的使用现有技术算法，这些算法基于使用对这些导频信号积分的信道估计。

但是，上述的方法具有缺陷，即用于公共信道和扩频因子的发送功率不一定也适合用于特定用户使用的信道。不同信道发送的功率或扩频因子的差别越大，作为一种公共信道的信道参数简单变换的结果，在用于单独的用户信道的信道参数确定中系统误差也就越大。

发明内容

因此本发明的目的是将详细说明相当大地改进对特定用户信道的信道参数估计的方法。该目的通过本发明来实现，其中在本发明中，基站在未知数据码元之间发送已知码元序列，并且通过比较接收到的已知码元序列和已知码元来执行信道估计，比较结果在已知码元序列上积分，对最后两个时间上连续的已知符号序列的信道估计平均值被用作中间未知码元区域中实际当前信道参数的假定值。

根据本发明，本发明目的也能够根据以下事实实现，即为了检测数据码元确定信道参数的一个假设，在数据码元之前直接发送的已知码元序列和在数据码元之后直接发送的已知码元序列的信道估计之间执行内插法。

根据本发明目的的一个技术方案根据以下事实也是可能实现的，即为了确定当前实际信道估计的一个假设，在数据码元之前发送的最后两个已知码元序列的信道参数之间执行内插法。

根据本发明，特别优选地，当移动接收机的运动速度低时，第一方法用于确定当前信道参数的一个假设，当移动接收机的运动速度高并且发送的数据率低时，第二方法用于确定当前信道参数的一个假设，当移动接收机的运动速度高并且发送的数据率高时，第三方法用于确定当前信道参数的一个假设。通过这种方式，根据本发明的这三种方法的有利之处以一种最佳方式组合以用于估计信道参数。

如果基站以连续的操作在一个公共信道上对所有用户发射一个已知码元序列，并且除了已知码元(专用导频码元)序列在用户特定信道的未知数据码元之间发送以外，用于用户特定信道的信道参数估计最好参照在公共信道上连续操作中估计的信道参数改变在用户特定信道上的已知码元发射之间执行，其中所述参数的改变被转换成一个对应的用户特定信道参数的改变。通过此方式，能够跟随信道结构中甚至非常快速的改变，而不出现为了发送用于用户特定信道估计的已知码元而使用太多的用于用户数据的发送时间。

根据本发明，用于用户特定信道的估计信道参数的校正将根据下列公式来执行。

${\underset{\‾}{\overset{^}{h}}}_{n+1}^d={\underset{\‾}{\overset{^}{h}}}_n^d+k\·\mathrm{\Δ}{\underset{\‾}{\overset{^}{h}}}_{n+1}^p$

代表在时间n相应用户特定信道的信道脉冲响应的估计，

代表在时间n和n+1之间公共信道的信道脉冲响应估计中的改变，以及k代表一个可调整校正因子。

为了在时间n+1甚至是更加精确的时间接近用户特定信道的信道脉冲响应的估计，根据本发明建议了下列的公式：

${\underset{\‾}{\overset{^}{h}}}_{n+1}^d={\underset{\‾}{\overset{^}{h}}}_n^d+\frac{(\mathrm{\Δ}{\underset{\‾}{\overset{^}{h}}}^d+k\·(h_{n+1}^p-h_n^p))}{2}$

在这里代表一个校正因子，能够根据经验来确定。

附图说明

本发明将参考附图列举的示例性的实施方案在以下更详细解释，其中：

附图1示出了公共信道以及用户特定信道的结构，每一个都以相同的时间轴绘制；

附图2示出了作为一个信道质量的函数而仿真的未经处理的误码率；

附图3示出了在图2中仿真的误码率率。

具体实施方式

本发明描述的示例性的实施方案与移动无线系统UMTS中的信道估计有关。在该移动无线系统中，提供系统侧的不同的物理信道用于信道估计。一方面，用户已知的码元序列、专用导频码元由基站在用户特定信道上发送到一个特定用户。另一方面，基站以连续操作方式在对所有用户的公共信道(公共导频信道)上发送所述用户已知的所述序列。

本发明建议不同的信道估计的方法，所述方法基于用户特定信道中的专用导频码元和通用导频码元以及上述两者的组合。

根据代表当前可用的移动电话系统ANSI95(美国)的现有技术，仅仅可能使用公共信道估计信道参数。目前，基于使用导频码元的积分的信道估计算法被用于此。

但是，在UMTS系统中，以及在公共信道上不断发射导频码元，在每一个用户特定信道中导频码元也是可用的。只要用户特定信道和公共信道的功率或扩频因子彼此位于相对远些，通过公共信道确定用于信道估计的参数不再容易在特定用户信道上发送。作为用户特定信号的检测的质量恶化的结果，在信道参数估计中仍存在一个错误。本发明的目的是相当地改善该信道估计。

在根据本发明的一个移动电话接收机中，信道参数通过一个数字信号处理器中的固件来估计，接收机的每一个瑞克指状部件(RAKE finger)中所有解扩码元能够通过一个数据总线发送到数字信号处理器中。信道的相应的每一个路径的幅度和相位角能够参考每一个瑞克指状部件的单独的码元来估计。

本发明基本上提供三种不同的用于信道参数估计的方法。实际上使用的方法优选地参考移动接收机的操作情况来选择。

-信道参数通过在用户特定信道中形成导频信号的平均值来估计。

本方法能够用于速度最高为100Km/h的移动接收机的所有数据速率。

-通过参考当前导频码元和最后的在先导频码元确定的信道参数之间的内插法进行信道估计。

本方法能够用于移动接收机运动的高速度并且当使用一个具有扩频因子32或更高的单独的编码进行发送时提供最高速率为64kps的服务。

-来自参考已知码元从先前和最后一个发送确定的参数的信道参数的内插法的信道估计。

本方法能够被用于所有的服务。

根据本发明的方法将在下面详细地描述。

信道参数的估计总是基于这样的事实，发送基站已知的码元并由移动接收机将其与实际接收的码元进行比较。通过这种方式，确定信道的发送特性的一个假设是可能的。相应的信道参数通过对一系列已知码元的积分来获得。

在导频码元接收期间，能够通过对解密和解扩后得到的已知导频码元序列的接收模式进行评估来估计信道。既可通过部分也可以通过整个已知的发送导频码元序列的模式参照积分结果来执行该估计。这是指接收信号通过一个瑞克接收机(在每一情况下分别在瑞克指状部件中)来解扩并且均衡，以及通过对接收导频码元的积分来减少噪声的影响。例如，这将得到下面的公式作为瑞克接收机的第一指状部件的信道估计：

$h_l^r=\frac{1}{N_{\mathrm{pilot}}}\·\underset{k=0}{\overset{N_{\mathrm{pilot}-1}}{\mathrm{\Σ}}}\frac{p_k^r\·d_{l;k}^r+p_k^i\·d_{l;k}^i}{{\left(p_k^r\right)}^2+{\left(p_k^i\right)}^2}$

$h_t^i=\frac{1}{N_{\mathrm{pilot}}}\·\underset{k=0}{\overset{N_{\mathrm{pilot}-1}}{\mathrm{\Σ}}}\frac{p_k^r\·d_{l;k}^i-p_k^i\·d_{l;k}^r}{{\left(p_k^r\right)}^2+(p_k^i{)}^2}$

h^r _l为第一路径信道估计的实部以及hⁱ _l为第一路径的信道估计的虚部，N_pilot为要比较的导频码元的数量，以及d_l，k为来自第一路径的接收的信号和p_k为已知导频码元。

通过这种方式，获取每个指状部件的一个估计的信道加权。该估计的信道加权用于组合最大值条件，而所述的组合通过硬件来执行。

根据本发明，在移动接收机一个低速度运动的情形下，即，如果周围环境并且信道脉冲响应波动仅仅非常慢，这里根据两个连续导频码元序列的估计的信道参数来形成一个平均值。

当信道改变非常快并且数据率又低时，诸如例如发生了高速运动，信道脉冲响应改变非常地快，并且与在一个时隙末端的码元有关的当前信道脉冲响应能够因此相当大地偏离估计的信道响应。为了减少该系统估计误差，根据本发明，建议在两个连续已知码元序列之间的信道脉冲响应中纠错这些变化。所选择的算法称为通过内插法相位纠错。该方法基于上面描述的导频码元的积分。通过信道参数确定在两个连续的已知码元序列之间接收的数据码元和控制码元，上述确定通过对两个周围的已知码元序列的信道估计的内插法来执行。通过参考基于当前导频码元和在先的导频码元序列的估计并通过相位和幅度的线性内插法来估计相位角和幅度。但是，这里很有必要在一个时隙的持续时间内缓冲接收的码元，至少缓冲接收到的数据码元和控制码元。然后信道脉冲响应能够通过下列公式计算：

$h_l\left(n\right)=h_l\left(0\right)+\frac{h_l\left(N_s\right)-h_l\left(0\right)}{N_s}\·n,n=0...N_s-1$

n代表码元数量，N_s代表一个时隙中的码元数量，h_l(n)代表在时间n的信道估计，h_l(0)代表参考先前已知码元的信道估计，以及h_l(N_s)代表参考后面的已知码元的信道估计。

尤其是相对高的数据速率时，本方法需要一个相当大开销的存储。用于缓冲在一个用户特定物理数据信道(专用物理数据信道DPDCH)上提供一个64kbps服务的一个时隙的码元必要的存储能够通过以下所述来估计。

假设有六个指状部件跟随两个使用r＝1/3 turbo编码(软切换情形)的基站的三个相关路径，在物理数据信道上可达到192kbps的数据率。所以在一个编码单元速率(码片率)的系统中这将是4.096兆码片/秒的每时隙120比特。当使用一个32的扩频因子时，在每个时隙能够发送144比特。用于缓冲码元的存储需要因此通过假设信道参数的估计计算来确定，估计计算要求两个时隙——一个时隙用于参考内插法的信道参数来检测数据码元和控制码元，一个时隙用于最新的接收的数据码元和控制码元——如下：

2(时隙)*6(指状部件)*80(码元)＝960*16比特(I和Q分量)

对于一个具有16的扩频因子和144kbps的服务来说，相同计算产生结果1920*16比特。

对以高数据速率快速变化信道来说，诸如发生例如高速运动的情形，信道脉冲响应变化非常地快，在一个时隙末端影响的码元的实际信道脉冲响应因此系统地不同于基于在时隙开始导频码元计算的估计信道脉冲响应。根据本发明，因此建议通过使用两个已知码元(导频码元)在先的序列的内插法改善信道估计。

本方法也基于对上面描述的导频码元的积分。通过用两个在先导频码元序列的信道估计的内插法获得的信道参数检测数据码元和控制码元。所以没有必要缓冲在两个时隙的持续期间的码元。信道脉冲响应能够然后按照下面公式再现：

$h_l\left(n\right)=h_l\left(N_s\right)+\frac{h_l\left(N_s\right)-h_1\left(0\right)}{N_s}\·n,n=0...N_s-1$

n为码元的数量，N_s为一个时隙中的码元的数量，h_l(n)为在时间n的信道估计。

另外，当然应该注意到：传统的预测的方法也能够用于移动电话的信道估计。但是，这些方法的不利之处是当滤波器长度增加时信号处理复杂度将大大增加。

当专用和通用导频码元两者都用于当前正标准化的UMTS移动电话系统中时，本发明也将为了改善信道估计而建议组合两个信号的评估。作为结果，将获得移动接收机的一个更好的接收特性。信道脉冲响应的估计因此优选地基于发送到所有用户的通用导频码元和上面描述的根据本发明的方法而被组合。当通用导频信号(公共导频信道)在一个时隙的持续期间不断地发送时，该信道脉冲响应估计能够在确定一个当前信道脉冲响应中特别满意地使用。然而，当该通用导频信号由基站用不同的功率而不是用户特定信号发送时，当在与用户特定信道的实际当前信道脉冲响应相比较中以这种方式确定的当前信道脉冲响应产生错误。特别地满意的结果因此只有与合适信号的信道参数有关的信息用一种合适的方式组合时而获得。

在下面参考图1更加详细地说明。图1示出了基站在公共信道(公共导频信道)上对所有的用户连续地发送已知信号的序列，并且在一个特定用户信道(专用信道)中可替换地发送已知码元序列(导频序列)和未知码元(数据)序列。两种信道在同样的时间轴t上绘制，并且在本实例中具有相同的扩频因子。

根据本发明，然后可能进行如下的处理：在用户特定信道上的已知码元序列(导频序列)发送结束时，当前用户特定信道的信道脉冲响应是已知的。在导频码元称为“n”之后的第一数据携带码元(未知码元)的发送时间

指配。与此同时，当只有已知码元在这个信道上发送时，在每个时间n，n+1...公共信道(公共导频信道)的信道脉冲响应是已知的。相应的信道脉冲响应被指配为

等。

根据本发明，用户特定信道

的信道估计能够在时间n+1根据下列的公式之一的信息迭代计算。为了简化公式的表示，数据携带信道和公共导频信道具有相同的扩频因子。当然，信道估计能够以一种相似的方式对不同的扩频因子实施。接下来所必要的一切是适当地改变公式的标定指数：

${\underset{\‾}{\overset{^}{h}}}_{n+1}^d={\underset{\‾}{\overset{^}{h}}}_n^d+k\·({\underset{\‾}{\overset{^}{h}}}_{n+1}^p-{\underset{\‾}{\overset{^}{h}}}_n^p).$

因子k在这里参考作为一个功率校正因子并指示规因于不同发送功率的公共信道的信道参数中的改变而影响用户特定信道的程度。

为了在时间n+1甚至是更加精确的时间接近用户特定信道的信道脉冲响应的估计，根据本发明建议了下列的公式：

${\underset{\‾}{\overset{^}{h}}}_{n+1}^d={\underset{\‾}{\overset{^}{h}}}_n^d+\frac{(\mathrm{\Δ}{\underset{\‾}{\overset{^}{h}}}^d+k\·(h_{n+1}^p-h_n^p))}{2}$

在这里代表一个校正因子，例如，能够根据经验来确定。

根据本发明的信道估计的好处将现在参考图2和图3表明。图2和图3示例了一个移动电话发送信道的仿真结果，考虑权利要求2中描述的纠错算法(通过内插入的信道参数的纠错)，以及将该算法与通过对导频信号的积分进行信道估计的已知方法比较。这里，未经处理的误码率在图2中绘制出，并且误码率对照在图3中信道的信/噪比绘制。圆圈代表根据现有技术(ANSI95)的信道估计方法的测量值，而*指示根据本发明的内插入方法的仿真结果。根据本发明所实现的相当地更好的结果是明显的。

通过使用COSSAP仿真工具执行仿真。在所有的仿真中假设一个下行链路(由基站到移动接收机的数据传输)。一个信道模型对ITU车辆和一个数据速率为8kbps的声音服务执行仿真。数据率通过一个扩频因子128再现。移动接收机的运动速度是V＝20km/h。无功率控制或功率调整装置在仿真中使用。UTRA说明的1/3码率信道编码器在仿真中使用。仿真也考虑了所有的服务数据，尤其是速率转换，服务数据比特和导频码元。

Claims (3)

1. 一种用于对W-CDMA移动无线系统中无线信道的信道参数进行估计的方法，其中基站以连续操作在公共信道上对所有用户发送已知码元序列，此外在用户特定信道上将已知码元序列在未知数据码元之间发送，通过比较所接收的已知码元序列与所述已知码元来执行信道估计，参考后来发送的所述已知码元来执行用户特定信道的信道参数的估计，其中，参考通过参考公共信道上连续操作中发送的码元而估计的信道参数的变化，在用户特定信道上的已知码元发送之间校正用户特定信道的信道参数的估计。

2. 如权利要求1所述的方法，其中，

根据下面的公式对所述用户特定信道的估计信道参数执行校正：

${\underset{\‾}{\overset{^}{h}}}_{n+1}^d={\underset{\‾}{\overset{^}{h}}}_n^d+k\·\mathrm{\Δ}{\underset{\‾}{\overset{^}{h}}}_{n+1}^p$

代表在时间n个别用户特定信道的信道脉冲响应的估计，

代表在时间n和n+1之间公共信道的信道脉冲响应的估计中的改变，k代表一个可调整校正因子，该标定指数与下列情形有关，其中数据发送信道和公共导频信道具有相同的扩频因子，当扩频因子不同时，所述指数将按照所述扩频因子的比率被转换。

3. 如权利要求1所述的方法，其中，

根据下面的公式对所述用户特定信道的估计信道参数执行校正：

${\underset{\‾}{\overset{^}{h}}}_{n+1}^d={\underset{\‾}{\overset{^}{h}}}_n^d+\frac{(\mathrm{\Δ}{\underset{\‾}{\overset{^}{h}}}^d+k\·(h_{n+1}^p-h_n^p))}{2}$

代表在时间n个别用户特定信道的信道脉冲响应的估计，

代表在时间n和n+1之间公共信道的信道脉冲响应的估计中的改变，

代表一个校正因子，能够根据经验来确定，k代表一个可调整校正因子，该标定指数与下列情形有关，其中数据发送信道和公共导频信道具有相同的扩频因子，当扩频因子不同时，所述指数将按照所述扩频因子的比率被转换。

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