CN101026388B - 无线通信系统的信道存储长度选择方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于无线通信系统的信道存储长度选择方法及装置。根据本发明的信道存储长度选择方法包含估计无线通信系统的初始信道脉冲响应、根据初始信道脉冲响应决定具有第一组阶值的第一精确化信道脉冲响应和具有第二组阶值的第二精确化信道脉冲响应，其中第二组阶值的阶数小于第一组阶值的阶数、以及根据基于第一精确化信道脉冲响应和第二精确化信道脉冲响应的一种能量集中判定标准选择第一组阶值的阶数或第二组阶值的阶数为信道存储长度。

Description

无线通信系统的信道存储长度选择方法及装置

技术领域

本发明有关于数字通信，特别是关于一种用于无线通信系统的信道存储长度选择(channel memory length selection)方法及装置。

背景技术

许多无线通信环境的传输信道均遭遇随时间变化的频率选择性衰减(selective fading)的问题。这些随时间变化的频率选择性衰减于无线通信系统的接收端造成符码间干扰(inter-symbol interference；ISI)的问题。在传送的数据序列被均衡器(equalizer)估算出来之前，必须尽可能精确地先估计目前传输信道的信道存储长度和脉冲响应(impulse response)。

实务上，无线通信系统可能于具有相当不同的延迟扩展(delay spread)特性的信道上运行。举例而言，在GSM/EDGE(Global System for Mobilecommunication/Enhanced Data rates for Global Evolution)系统中，于田野区域模式(rural area(RA)model)中，最大的延迟时间可能是0.5微秒(us)，而山区地带模式(hilly terrain(HT)model)中，最大的延迟时间却可能高达20微秒。由于GSM单一符码(symbol)的持续时间约为3.69微秒，因此前述二模式的最大延迟时间将分别涵盖至第一阶(tap)符码和第六阶符码附近。此现象使得其极难对所有可能的信道分布设定一固定的信道存储长度。对于信道存储长度的高估和低估都将导致后续均衡器处理品质的降低。

图1表示根据公知技术的典型均衡器100的方块示意图。均衡器100包含信道估计单元110和数据估计单元120。信道估计单元110输入一接收信号r(k)和一训练序列(training sequence)b(k)而输出一估计信道脉冲响应(channel impulse response；CIR)h(k)至数据估计单元120以进行后续的均衡处理。举例而言，根据GSM的协定，每一突发(burst；以下或称突发信号)接收信号r(k)于其所对应的时隙(time slot)内平均包含156.25位的数据。训练序列b(k)位于突发信号内用以重建传送信号的已知模型(pattern)。本技术领域技术人员应能理解，其可利用以下算式计算接收信号r(k)和训练序列b(k)的交互关联(cross-correlation)而获得信道脉冲响应h(k)包含的所有阶值。

$h\left(k\right)=\frac{1}{N}\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}b\left(i\right)*r(k+i),$ k＝0，1，…L-1

其中N为根据系统设计而适当选定的数，而L则是指足以涵盖最严苛通信条件的信道脉冲响应包含的总阶数。例如，N可以是26以使用所有训练序列位来估计信道脉冲响应。在考虑效率的情况下，通常仅用到训练序列位的一部分。其他本技术领域技术人员公知的方法亦可以用来估计信道脉冲响应。

图2表示针对实际通信条件选择适当信道存储长度的公知方法。此方法包含计算初始信道脉冲响应估计值(步骤20)、通过初始信道脉冲响应估计值的滑移窗口(sliding window)搜寻，以决定长度为L_M且具有最大能量值E_M的精确化信道脉冲响应(refined CIR)(步骤22)、以及剔除精确化信道脉冲响应中，小于最大能量值E_M和一比例R的乘积的阶，其中信道脉冲响应的能量等于该信道脉冲响应所有阶值的总和(sum)(步骤24)。选择所述的精确化信道脉冲响应总阶数为信道存储长度(步骤26)，意即该精确化信道脉冲响应将使用于后续均衡器的处理。

前述的方法并未考虑不同通信环境间的变异。在一典型的低延迟扩展环境中，大部分能量均集中于有限的阶数内，因此可能需要一较大的比例值R来移除由衰减效应或噪声引起的多余阶数。反之，于高延迟扩展的环境，能量可能分散至较多的信道阶，此种情形则需要较小的比例值R以保留较多的阶数。是故，其有必要提出改良的无线通信系统信道存储长度选择方法，以更能适应不同条件的通信环境。

发明内容

本发明的一目的在于提出一种用于无线通信系统的信道存储长度选择方法，此方法即时调整信道存储长度的选定。

本发明的另一目的在于提出一种基于不同信道的脉冲响应的能量比较的信道存储长度选择方法。

本发明的另一目的在于提出一种根据本发明信道存储长度选择方法的信道存储长度选择装置。

根据本发明的一特色，本发明提出一种用于无线通信系统的信道存储长度选择方法。根据本发明的信道存储长度选择方法包含估计无线通信系统的初始信道脉冲响应；根据初始信道脉冲响应决定具有第一组阶值的第一精确化信道脉冲响应和具有第二组阶值的第二精确化信道脉冲响应，第二组阶值的阶数小于第一组阶值的阶数；以及根据基于第一精确化信道脉冲响应和第二精确化信道脉冲响应的一种能量集中判定标准选择第一组阶值的阶数或第二组阶值的阶数为信道存储长度，其中的第一精确化信道脉冲响应于初始信道脉冲响应中所有阶数等于第一组阶值的阶数的信道脉冲响应选择具有一最大特征值者，而第二精确化信道脉冲响应于初始信道脉冲响应中所有阶数等于第二组阶值的阶数的信道脉冲响应选择具有一前述的最大特征值者，该能量集中判定标准包含该第二精确化信道脉冲响应的该特征值对该第一精确化信道脉冲响应的该特征值的比例值，若该比例值大于一特定值，则该信道存储长度设定为该第二组阶值的阶数，否则该信道存储长度设定为该第一组阶值的阶数。

本发明亦提出另一用于无线通信系统的信道存储长度选择方法。根据本发明的信道存储长度选择方法包含估计无线通信系统的初始信道脉冲响应；于初始信道脉冲响应的所有阶数等于第一阶数的信道脉冲响应选择具有最大能量值者判定其为第一精确化信道脉冲响应；于初始信道脉冲响应的所有阶数等于第二阶数的信道脉冲响应选择具有最大能量值者判定其为第二精确化信道脉冲响应，其中第二阶数小于第一阶数；由目前突发信号的第一精确化信道脉冲响应的能量和前一突发信号的第一平滑化能量估算(smoothedenergy evaluation)导出目前突发信号的第一平滑化能量估算；由目前突发信号的第二精确化信道脉冲响应的能量和前一突发信号的第二平滑化能量估算导出目前突发信号的第二平滑化能量估算；以及根据基于第一平滑化能量估算和第二平滑化能量估算的判定标准将信道存储长度设置为第一阶数或第二阶数，其中该判定标准取决于该目前突发信号的第二平滑化能量估算对该目前突发信号的第一平滑化能量估算的比例值，当该比例值于一特定数目的突发信号期间均大于一特定值时，选择该第二组阶值的阶数作为该信道存储长度，当该比例值于该特定数目的突发信号期间均小于该特定值时，选择该第一组阶值的阶数作为该信道存储长度。

本发明亦提出一种用于无线通信系统的信道存储长度选择装置。根据本发明的信道存储长度选择装置包含处理单元和存储单元。处理单元包含主控模块(main control module)、用于估计初始信道脉冲响应的估计模块(estimating module)、用于判定精确化信道脉冲响应的判定模块(determining module)、用于计算平滑化能量估算的导出模块(derivingmodule)、和用于切换信道存储长度至某一精确化信道脉冲响应的长度的信道选择模块(channel selecting module)，其中该判定标准取决于目前突发信号的不同平滑化能量估算的比例值，该信道选择模块根据该比例值和一特定值的比较结果而被切换为该具有特定阶数的信道脉冲响应所对应的该信道存储长度。

本发明提出改良的无线通信系统信道存储长度选择方法和装置，以更能适应不同条件的通信环境的变异。

附图说明

本发明的诸多特点可经由以下附图更进一步理解，其中：

图1表示根据公知技术的典型均衡器的方块示意图；

图2表示针对实际通信环境选择适当信道存储长度的公知方法；

图3表示根据本发明一较佳实施例的信道存储长度选择方法的流程图；

图4表示根据本发明另一实施例的信道存储长度选择方法的流程图；

图5表示根据本发明一实施例的信道存储长度选择装置的方块示意图。

具体实施方式

以下将配合附图详细说明根据本发明的用于无线通信系统的信道存储长度选择方法的较佳实施例。

图3表示根据本发明一较佳实施例的信道存储长度选择方法的流程图。表示于图3的方法包含估计初始信道脉冲响应h0(步骤30)、以L1和L2的窗口大小于初始信道脉冲响应h0上执行滑移窗口搜寻二次以找出分别具有最大能量E1和E2的二精确化信道脉冲响应h1和h2，其中L1大于L2(步骤32)、以及若比例值E2/E1大于一特定值Ra，则将信道存储长度设为L2，否则将信道存储长度设为L1(步骤34)。步骤30和32将窗口尺寸设为L1和L2并执行滑移窗口搜寻的意义，在于初始信道脉冲响应h0中针对具有L1和L2阶数的信道脉冲响应的子集合做搜寻。窗口尺寸L1可以选定为实际系统中可能的最大信道脉冲响应长度(阶数)，并将最长的延迟扩展路径和对应的均衡器所需的复杂度一并列入考虑。同样地，L2可以选择为具有极短延迟扩展特性的信道中的信道脉冲响应长度，且一并考虑传送器/接收器滤波器和传输环境的特性。

在一较佳实施例中，根据本发明，所述特定值Ra最好大于0.9。Ra的一典型实例为0.95。当比例值E2/E1大于此特定值Ra时，其意味着大部分的信道能量集中于数目为L2的阶数中。因此，将信道存储长度设定为L2是合理的，且可减少运算量。另一方面，当比例值E2/E1小于于此特定值Ra时，则应考虑无线信号延迟时间较为复杂的情况，因此信道存储长度被设为较大的L1。

本发明的决定精确化信道脉冲响应并不限于通过检视其能量实现。本发明的其他变异实施例中，信道脉冲响应的其他特征值亦可以用以决定精确化信道脉冲响应。

本发明的实施例中，信道存储长度选择方法基于以突发信号为基础的方式执行。实务上，行动终端设备设备并不会在诸如山区、城市或乡间等不同信号特性区域间快速持续变动。因此，信道分布的统计特性于一段时间内应维持相当稳定。是故，信道存储长度于该段时间内应保持不变。不同信道存储长度间的切换不应过于频繁。本发明的以下变异实例将会把此特性列入考虑。

图4表示根据本发明另一实施例的信道存储长度选择方法的流程图。图4的方法包含估计初始信道脉冲响应h0(步骤40)、以L1和L2的窗口大小于初始信道脉冲响应h0上执行滑移窗口搜寻二次以找出分别具有最大能量E1和E2的二精确化信道脉冲响应h1和h2，其中L1大于L2(步骤42)、利用算式Ei_avg＝r*Ei_avg_p+(1-r)*Ei由突发信号能量E1和E2分别导出平滑化能量估算E1_avg和E2_avg，其中i表示1或2，r为线性组合的加权系数(weighting coefficient)，而Ei_avg_p对应至前一突发信号的平滑化能量估算(步骤44)、若比例值E2_avg/E1_avg于一特定数目的突发信号中均大于一特定值Rb，则将信道存储长度切换至L2(步骤46)、以及若比例值E2_avg/E1_avg于所述特定数目的突发信号中均小于该特定值Rb，则将信道存储长度切换至L1(步骤48)。

在一较佳实施例中，根据本发明，所述特定值Rb最好大于0.9。Rb的一典型实例为0.95。在一较佳实施例中，该线性组合为其二加权系数均等于0.5的算数平均值(arithmetic mean)。

根据本发明的一较佳实施例，所述信道存储长度选择方法以程序代码的形式实行，其利用一计数变数和一阈值跟踪E2_avg/E1_avg大于所述特定值Rb的次数以及/或所述突发信号的特定数目。其他软件机制亦可以用来实现相同的目的。然而本发明并未限于用以微调程序代码效率的变数总数。

如上所述，根据本发明的方法可以程序代码的形式实现，根据本说明书公开的内容，本领域技术人员应能轻易地完成这些程序代码。执行所公开的信道存储长度选择方法的程序代码可实现于诸如数字信号处理器(digitalsignal processor；DSP)、用通微处理器(general purposemicroprocessor)、或是类似专用集成电路(application specificintegrated circuit；ASIC)的计算机结构。

本发明亦包含一种用于无线通信系统的信道存储长度选择装置。图5表示根据本发明一实施例的信道存储长度选择装置500的方块示意图。信道存储长度选择装置500包含处理单元510和存储单元520。处理单元510包含主控模块511、估计模块512、判定模块513、导出模块514以及信道选择模块515。

处理单元500可以是诸如，但不限于，数字信号处理器、专用集成电路、或微处理器结构中的一个子系统。所述模块511至515可以是于处理单元500中执行的例行程序(routines)或副例行程序(subroutines)。主控模块511可以是用于控制主要例行程序流程的软件程序。公开于前述各实施例的方法可以通过正确设计的逻辑运算元件或是程序指令，于主控模块511中适度地召用(invoke)估计模块512、判定模块513、导出模块514和信道选择模块515以实现该方法欲实现的信道存储长度选择功能。或者，模块511至515亦可以是专用集成电路中适当组构的逻辑电路构件以实现本文所公开的信道存储长度选择方法。

具体而言，估计模块512用以估算初始信道脉冲响应，例如以h0进行初始信道脉冲响应。判定模块513用以决定精确化信道脉冲响应，意即将于该初始信道脉冲响应所包含的具有特定阶数的信道脉冲响应中，将具有最大能量值者选定为一精确化信道脉冲响应。例如分别以L1和L2的窗口大小于初始信道脉冲响应h0上执行滑移窗口搜寻二次以找出分别具有最大能量E1和E2的二精确化信道脉冲响应h1和h2，其中L1大于L2。导出模块514用于计算平滑化能量估算，意即用以自目前突发信号的该精确化信道脉冲响应的能量和前一突发信号的平滑化能量估算导出目前突发信号的平滑化能量估算。例如以算式Ei_avg＝r*Ei_avg_p+(1-r)*Ei由突发信号能量E1和E2分别导出平滑化能量估算E1_avg和E2_avg，其中i表示1或2，r为线性组合的加权系数，而Ei_avg_p对应至前一突发信号的平滑化能量估算。信道选择模块515则适用于根据前述实施例提及的方式将信道存储长度切换至某一精确化信道脉冲响应，意即根据基于该目前突发信号的平滑化能量估算的一判定标准切换该信道存储长度。例如该判定标准为E2_avg/E1_avg大于一特定值Rb的次数以及/或突发信号的特定数目。

存储单元520包含，但不限于，动态随机存取存储器(DRAM；dynamicrandom access memory)、静态随机存取存储器(SRAM；static random accessmemory)、或是普通用途的寄存器。前述实例中提及的特定值Ra和Rb等特定常数可以存储于存储单元520中。

在一实施于增强式泛用分组射频服务(EGPRS；Enhanced General PaeketRadio Service)系统的较佳实施例中，所述的L1、L2、r、Rb以及特定数目的突发信号分别被设为7、4、0.5、0.95和20。此实施例中，由于线性组合加权系数r被设为0.5，因此目前突发信号的平滑化能量估算等于目前突发信号所对应的精确化信道脉冲响应的能量和前一突发信号的平滑化能量估算的算术平均值(arithmetic mean)。本发明和固定式信道脉冲响应(CIR)方法产生的区块错误率(BLER；Block Error Rate)比较结果如下表所示：

其中SI、CCI和ACI分别表示″干扰敏感度(SensitivityInterference)″、″共信道干扰(Co-Channel Interference)″和″邻近信道干扰(Adjacent-Channel Interference)″。I/f表示干扰(interference)。由上表可知，本发明的方法在所有传输环境中的性能均优于未使用信道存储长度选择的系统。

以上实施例仅为可能的实作范例。许多变化或修改均可在不脱离本发明的原理下实现。这些变化或修改均应视为在本发明范畴的内而为所提出的权利要求范围所保护。

Claims (10)

1.一种用于无线通信系统的信道存储长度选择方法，其包含：

估计该无线通信系统的初始信道脉冲响应；

根据该初始信道脉冲响应判定具有第一组阶值的第一精确化信道脉冲响应和具有第二组阶值的第二精确化信道脉冲响应，其中该第二组阶值的阶数小于该第一组阶值的阶数；以及

根据基于该第一精确化信道脉冲响应和该第二精确化信道脉冲响应的一能量集中判定标准选择该第一组阶值的阶数或该第二组阶值的阶数为信道存储长度，

其中该第一精确化信道脉冲响应于该初始信道脉冲响应中所有阶数等于该第一组阶值的阶数的信道脉冲响应中选择具有最大的特征值者，而该第二精确化信道脉冲响应于该初始信道脉冲响应中所有阶数等于该第二组阶值的阶数的信道脉冲响应中选择具有最大的该特征值者，

该能量集中判定标准包含该第二精确化信道脉冲响应的该特征值对该第一精确化信道脉冲响应的该特征值的比例值，若该比例值大于一特定值，则该信道存储长度设定为该第二组阶值的阶数，否则该信道存储长度设定为该第一组阶值的阶数。

2.如权利要求1所述的用于无线通信系统的信道存储长度选择方法，其中该特征值为信道脉冲响应中所有阶值的总和。

3.如权利要求1-2中任意一项所述的用于无线通信系统的信道存储长度选择方法，其中该第一组阶值和该第二组阶值均为该初始信道脉冲响应中连续的序列。

4.如权利要求1-2中任意一项所述的用于无线通信系统的信道存储长度选择方法，其中该初始信道脉冲响应的估计为计算一训练序列和一突发信号中接收信号的特定数目位的交互关联。

5.一种用于无线通信系统的信道存储长度选择方法，其包含：

估计该无线通信系统的初始信道脉冲响应；

于该初始信道脉冲响应所有阶数等于一第一组阶值的阶数的信道脉冲响应中，将具有最大能量值者判定为第一精确化信道脉冲响应；

于该初始信道脉冲响应所有阶数等于一第二组阶值的阶数的信道脉冲响应中，将具有最大能量值者判定为第二精确化信道脉冲响应，其中该第二组阶值的阶数小于该第一组阶值的阶数；

自目前突发信号的该第一精确化信道脉冲响应的能量和前一突发信号的第一平滑化能量估算导出目前突发信号的第一平滑化能量估算；

自目前突发信号的该第二精确化信道脉冲响应的能量和前一突发信号的第二平滑化能量估算导出目前突发信号的第二平滑化能量估算；以及

根据基于该目前突发信号的第一平滑化能量估算和该目前突发信号的第二平滑化能量估算的判定标准将该信道存储长度设置为该第一组阶值的阶数或该第二组阶值的阶数，

其中该判定标准取决于该目前突发信号的第二平滑化能量估算对该目前突发信号的第一平滑化能量估算的比例值，当该比例值于一特定数目的突发信号期间均大于一特定值时，选择该第二组阶值的阶数作为该信道存储长度，当该比例值于该特定数目的突发信号期间均小于该特定值时，选择该第一组阶值的阶数作为该信道存储长度。

6.如权利要求5所述的用于无线通信系统的信道存储长度选择方法，其中该目前突发信号的第一平滑化能量估算为自目前突发信号的该第一精确化信道脉冲响应的能量和该前一突发信号的第一平滑化能量估算的一线性组合导出，且该目前突发信号的第二平滑化能量估算为自目前突发信号的该第二精确化信道脉冲响应的能量和该前一突发信号的第二平滑化能量估算的该线性组合导出。

7.如权利要求6所述的用于无线通信系统的信道存储长度选择方法，其中该线性组合为其二加权系数均等于0.5的算术平均值。

8.一种用于无线通信系统的信道存储长度选择装置，其包含一处理单元和一存储单元，该处理单元包含：

一估计模块，用以估算该无线通信系统的初始信道脉冲响应；

一判定模块，用以于该初始信道脉冲响应所包含的具有特定阶数的信道脉冲响应中，将具有最大能量值者选定为一精确化信道脉冲响应；

一导出模块，用以自目前突发信号的该精确化信道脉冲响应的能量和前一突发信号的平滑化能量估算导出目前突发信号的平滑化能量估算；以及

一信道选择模块，根据基于该目前突发信号的平滑化能量估算的比例值确定切换该信道存储长度，

其中该判定标准取决于目前突发信号的不同平滑化能量估算的比例值，该信道选择模块根据该比例值和一特定值的比较结果而被切换为该具有特定阶数的信道脉冲响应所对应的该信道存储长度。

9.如权利要求8所述的用于无线通信系统的信道存储长度选择装置，其中该目前突发信号的平滑化能量估算为自该目前突发信号的精确化信道脉冲响应的能量和该前一突发信号的平滑化能量估算的一线性组合导出。

10.如权利要求9所述的用于无线通信系统的信道存储长度选择装置，其中该线性组合为其二加权系数均等于0.5的算术平均值。

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