CN101040457B - Ds-cdma接收机中rake支路分配的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分配探测相关器(44)和组合相关器/支路(33)的直接序列码分多址(DS-CDMA)接收机和方法。前端处理器(32)将已接收无线电信号转换为基带样本。基于平均路径强度，控制器(34)将探测相关器(44)自适应分配给信号路径以将某些已接收信号解扩。基于路径功率估计，控制器将组合相关器(33)自适应分配给信号路径。分配可使得接收机的总接收功率降到最低，或者为所有用户实现可接受的性能。

Description

DS-CDMA接收机中RAKE支路分配的方法和设备

本发明的技术领域

本发明涉及通信系统。更具体地，但不是限制，本发明涉及在直接序列码分多址(DS-CDMA)接收机中分配Rake支路的方法和设备。

相关技术说明

直接序列码分多址(DS-CDMA)在诸如WCDMA、cdma2000和IS-95等第二代和第三代数字蜂窝系统中使用。DS-CDMA还在某些无线局域网(WLAN)系统中使用。利用DS-CDMA的基站遇到重要的资源分配问题。基站从许多不同的用户接收信号，并且必须指配解调资源以恢复这些信号。传统上，解调由Rake接收机执行，在该接收机中，Rake支路分配给信号的不同延迟图像。这些不同的图像是由于多径传播环境而引起的。由于若干原因，捕捉尽可能多的信号能量很重要。首先，它降低了覆盖区域中用户所需的信号发射功率电平。这使用户能够以更低功率发射，因而延长了电池寿命。它还允许基站适当地接收从位于覆盖区域外缘的用户以最大功率发射时的信号。另外，通过降低所需的发射功率电平，对其它用户产生更少的干扰。这允许更多用户共存，从而增加了容量。

虽然本文的说明集中在基站和多个用户上，但类似的情况出现在下行链路中的移动接收机和多条链路上。移动台必须监视一个或多个基站的各种通信链路，从而将支路分配给对应于这些不同信号的路径。因此，术语“用户”和“链路”在本文的说明中可交换使用。

Rake支路分配的标准方案是为每个用户提供固定数量的Rake支路。例如，Qualcomm提供的CSM2000^TM基站芯片为每个上行链路用户提供4个Rake支路。然而，为每个用户分配固定数量的Rake支路并不总是有效。一个用户可能不使用提供给它的所有Rake支路，而另一用户可受益于使用另外的Rake支路。此外，可能更重要的是分配更多Rake支路给某些用户以保持低的总接收功率。

具有解决现有方法的缺点的分配Rake支路的方法和设备会是有利的。本发明提供了此类方法和设备。

发明概述

在一方面，本发明涉及一种包括将已接收无线电信号转换为基带样本的前端处理器、组合相关器池和控制器的无线电接收机。控制器包括：一组将基带样本解扩的探测相关器；以及分配单元，用于从该组探测相关器中分配探测相关器以将某些已接收信号解扩，并从组合相关器池中分配组合相关器以实现每个信号的性能目标。性能目标可包括将在接收机的总接收功率降到最低。

在另一方面，本发明涉及一种在具有用于处理多个用户的信号路径的多个Rake支路的直接序列码分多址(DS-CDMA)接收机中分配Rake支路的方法。该方法包括以下步骤：确定初始相关器分配；以及基于初始相关器分配计算每个用户的分配比。分配比取决于信干比(SIR)值和收集的功率部分。该方法还包括：基于分配比选择至少一个用户；并且对于至少一个选定用户，计算新相关器分配和新分配比。该方法还可重复选择和计算步骤，直至相关器分配利用接收机中预定数量的相关器。

在仍有的另一方面，本发明涉及一种在具有用于处理多个用户的信号路径的相关器集的DS-CDMA接收机中分配相关器的方法。该方法包括以下步骤：a)在用户之间分派相关器集，由此为每个用户指配相关器子集；b)将指配给每个用户的相关器子集划分为探测相关器和组合相关器；c)将探测相关器指配给信号路径；以及d)将组合相关器指配给信号路径。步骤b)和c)可以例如路径出现和消失的速率重复进行，并且步骤d)可以衰落信道系数变化的速率重复进行。

在还有的另一方面，本发明涉及一种在具有用于处理多个用户的信号路径的相关器集的DS-CDMA接收机中分配相关器的方法。该方法包括以下步骤：a)将相关器集分为第一探测相关器子集和第二组合相关器子集，其中，探测相关器的数量大于组合相关器的数量；b)在用户之间分派第一探测相关器子集；以及c)在用户之间分派第二组合相关器子集。步骤a)可以例如用户出现和消失的速率重复进行；步骤b)可以路径出现和消失的速率重复进行；以及步骤c)可以衰落信道系数变化的速率重复进行。

在还有的另一方面，本发明涉及一种在DS-CDMA无线电接收机中的控制器。该控制器包括：用于将探测相关器自适应分配给信号路径的装置；以及用于将组合相关器自适应分配给信号路径的装置。

在还有的另一方面，本发明涉及一种在具有用于处理多个用户的信号路径的多个相关器的DS-CDMA接收机中分配组合支路的方法。该方法包括以下步骤：计算初始支路分配；使用初始支路分配计算下降方向；以及使用初始支路分配和下降方向计算第二支路分配。该方法还可包括以下步骤：使用第二支路分配计算第二下降方向；以及使用第二支路分配和第二下降方向计算第三支路分配。

附图简述

在以下部分中，将参照图中所示的示范实施例描述本发明，其中：

图1是适合结合本发明的DS-CDMA通信系统的简化图；

图2(现有技术)是常规基站接收机的简化方框图；

图3是根据本发明示范实施例的基站接收机的简化方框图；

图4是本发明的基站接收机中控制单元的示范实施例的简化功能方框图；

图5是示出从由F个组合支路组成的池中分配组合支路的Delta方案的步骤的流程图；

图6是用于分配组合支路的单步最速下降方案的图形表示；

图7是用于分配组合支路的多步最速下降方案的图形表示；

图8是用于分配组合支路的单步投影搜索方案的图形表示；

图9是用于分配组合支路的多步投影搜索方案的图形表示；

图10是线性衰减轮廓模型的图形表示；以及

图11是平坦轮廓模型的图形表示。

实施例详细说明

根据本发明的讲授内容，提供了在用户之间共享解调资源的改进方法和设备。各种策略被用于改进覆盖或增加容量(即，增加可服务的用户数量或者增大给定用户的数据速率)。

图1是适合结合本发明的DS-CDMA通信系统的简化图。移动台(MS)发射机11a和11b发送RF信号12a和12b到基站接收机13。基站可具有一根、两根或更多根接收天线14。

图2是常规基站接收机的简化方框图。通过使用一般将信号放大、滤波并向下混合为基带的前端22，将已接收天线信号21转换为基带样本。随后，信号提供给多个信道单元23a到23n。每个信道单元解调单个用户的信号。每个信道单元包括将已接收信号的不同图像解扩的Rake支路。这些解扩值经组合形成符号估计。这些符号估计虽然未示出，但一般通过使用纠错解码并随后转换成方便用户的格式(例如，语音或显示的网页)而作进一步处理。

图3是根据本发明示范实施例的基站接收机的简化方框图。通过使用将信号放大、滤波并向下混合为基带的前端32，将已接收天线信号31转换为基带样本。这些基带信号随后提供给资源池33，该资源池包含诸如Rake支路或相关器、信道跟踪器等解调资源并还可能包含其它资源。控制单元34确定哪些资源用于解调某个特殊用户信号。符号估计虽然未示出，但通过使用纠错解码并随后转换成方便用户的格式而作进一步处理。

在本说明通篇中，术语“支路”和“相关器”可交换使用。Rake支路一般通过与复合扩频序列相关以产生实解扩值或复解扩值而将复合基带样本流解扩。另外，应注意的是，每个支路无需对应于一个物理支路。例如，相关协处理器可以高速率运行，以便在物理相关器产生一个相关所需的时间内可执行多个相关。这种情况被视为具有多个支路。相关还可用软件执行，需要诸如DSP中MIPs等计算资源。这种情况下，可用的支路数量可对应于相关的MIPs预算。

在本说明通篇中，多根天线只是被视为更多路径的源。例如，各自具有两条路径的两根接收天线被视为具有四条路径的已接收信号。

图4是从资源池33中将资源分配给不同用户信号的控制单元34的示范实施例的简化功能方框图。已接收样本41提供给搜索器42，搜索器执行常规路径搜索以查找每个用户的路径延迟和平均路径强度。此信息提供给分配单元43。分配单元将探测相关器44或支路指配给每个用户。探测相关器基于平均路径强度将最强路径上的导频/控制信道解扩。探测相关器为信道跟踪器45提供用于在不同路径上信道估计的导频/控制解扩值。这使信道跟踪器可跟踪不同路径的瞬时衰落值。这些信道估计提供给路径功率单元46以确定每条路径的瞬时路径功率。路径功率单元可只进行信道估计的量值平方。它还可使用一种形式的信道预测来预测将来的路径功率。信道估计也在47提供给资源池33以形成Rake组合的组合权重。这些估计可进一步延迟或改进以便解调。

路径功率单元46将路径功率提供给分配单元43。分配单元通过控制包含组合支路资源的资源池33，使用路径功率将组合支路分配给每个用户。对于给定用户，分配单元从指配给该用户的探测支路延迟集中选择延迟。例如，用户可将四个探测支路指配给其路径中的四条路径。组合支路可基于路径功率估计而指配给这些路径中的三条路径。因此，分配单元执行两个功能：分配探测支路和分配组合支路。这些功能在下面更详细地论述。

通常，分配问题是确定如何利用Q个相关器或支路。每个支路可作为探测相关器分配，从而监视路径上的衰落，或者是它可作为组合相关器分配，从而将业务数据解扩以便进行解调。另外，必须确定哪个用户将使用每个相关器。下面描述解决此问题的两个方案。第一个方案称为“用户第一方案”，包括两个操作。第一操作称为类属支路分配。首先，在用户之间分派Q个相关器组成的集合，将qi个相关器分配给用户i。第二操作称为本地支路划分和指配。对于每个用户，指配给该用户的相关器划分成探测和组合相关器并指配给路径。此操作中有三个步骤：(a)将支路划分为探测和组合支路；(b)将探测支路指配给路径；以及(c)将组合支路指配给路径。

第一和第二操作以某个速率重复进行，这可取决于一个慢速率(路径出现和消失的速率或用户出现和消失的速率)。第二操作的步骤(a)和(b)也可以慢速率(路径出现和消失的速率)执行，而步骤(c)可以更快的速率(衰落信道系数变化的速率)执行。

第二个方案称为“相关器第一方案”，包括三个操作。第一操作称为全局支路划分。在此操作中，由Q个相关器组成的集合分成两个集合：E个探测支路和F个组合支路(E+F＝Q)。第二操作称为探测支路分配。在此操作中，在用户之间分派这E个探测支路。对于给定用户，基于搜索器42提供的平均路径强度，将探测支路指配给最强(按平均计算)的路径。第三操作称为组合支路分配。在此操作中，在用户之间分派F个组合支路。第一操作可以慢速率执行，也许是用户出现和消失的速率或路径出现和消失的速率。第二操作也可以诸如路径出现和消失的速率等慢速率执行。第三操作可以诸如衰落变化的速率等快速率执行。下面更详细地论述用户第一方案和相关器第一方案的操作。

类属支路分配

在类属支路分配中，在用户之间分派Q个支路，将q_i个支路分配给每个用户。在一个实施例中，使用了固定分配。例如，如果接收机量定为通过Q＝160个支路处理最多16个用户，则每个用户可分配10个支路。在现有技术中，这些支路中的5个支路会为探测支路，并且5个支路会为组合支路。这5个探测支路会将信道估计提供给这5个组合支路以进行Rake组合。在本发明中，如下所述，每个用户的划分是自适应的。

固定分配方案的一个简单扩展是在存在的用户之间平均分派支路。因此，如果上述接收机只有8个用户，则每个用户分配20个支路。如果添加一个新用户，则一些用户会得到18个支路，而一些用户会得到19个支路。这通过从一些用户取走2个支路而从其它用户取走1个支路来实现。因此，分配是根据存在的用户数量自适应进行的。

在另一实施例中，类属支路分配基于每个用户的色散程度进行修改。例如，可根据用户具有的路径数量按比例分派支路。具有更多路径的用户分配有更多的支路。

另一分配标准是基于平均能量收集，这与路径数量有关，但还考虑路径的强度。例如，支路可一次指配两个并视为覆盖(cover)一条路径(探测+组合)。最初，基于搜索器42的平均强度，为每个用户提供一对相关器以覆盖用户的最强路径。接着，一次为其收集的平均能量部分最小的用户提供一对支路。此过程继续进行，直至相关器已全部分配。如果相关器的数量为奇数，则最后的“对”将只有一个支路。

本地相关器划分和指配

通常，基站可基于延迟扩展、路径强度、信道的多普勒扩展、数据速率及诸如此类，为每个用户决定如何使用指配的支路。例如，可指配Z个支路为组合支路，并且可指配剩余支路为探测支路。基于平均强度，探测支路被指配给最强的路径。组合支路基于瞬时路径强度自适应指配。Z的值是自适应的。例如，Z可选择为使得Z个最大平均路径强度收集至少80％的平均路径能量。如果这无法实现，则相关器只是平均地分为探测和组合相关器并指配给最强(按平均计算)路径。

通过监视在收集的已探测瞬时能量部分，还可知道Z的优值。如果基于阈值测试未收集到足够的能量，则指配给最弱路径的探测支路可更改为组合支路。如果延迟扩展随时间而增大，则可再次执行划分。此外，用户可以不同于可用支路总数变化的速率的速率将支路从探测更改为组合。

以上论述描述了快速组合支路分配，其中，组合支路以衰落速率或功率控制速率分配给路径。然而，组合支路分配也可以慢得多的速率操作以降低复杂性。具体地，可以接近于路径出现和消失的速率的速率分配组合支路。如果这样，则可能有相同数量的探测和组合支路，并且一对此类支路指配给具有最强平均强度的路径。因此，在搜索器42了解哪些路径最强时，支路相应地移动。

全局支路划分

对于相关器第一方案，Q个相关器组成的池分成E个探测支路和F个组合支路。在一个实施例中，使用固定分派确定E和F。例如，60％的支路可分配为探测支路，而剩余的支路分配为组合支路。注意，探测支路的数量至少必须与组合支路一样多，这是因为探测支路提供Rake组合所需的信道估计。

或者，划分可以是自适应的。例如，可假设使用用户第一方案。一旦完成后，便可统计创建的探测支路数，并使用此数量表示E。(还可保持路径的探测支路指配。)在新用户进入系统或者每个用户的路径数量变化时，可重新计算E值。

探测支路分配

本发明还在不同用户之间分派探测支路资源。在一个实施例中，利用了固定分配。例如，将E/max(K)个探测支路指配给新用户，其中，max(K)是允许的最大用户数量。还可利用E/K个探测支路，其中，K是存在的实际用户信号(或单独的代码信道)数量。还可使用以下标准之一或其组合，在用户之间不均匀地指配探测支路：

·延迟扩展：为具有更多路径的用户指配更多支路；

·信道速度：在信道随时间快速变化时，为高速度用户指配更多支路；

·数据速率：为具有更高数据速率的用户指配更多支路，以允许它们具有所需的业务质量来保持该速率；

·业务优先级：为具有更高优先级业务的用户指配更多支路；以及

·平均功率：为具有低功率的用户指配更多支路(逆向注水类型的方案)。

或者，可通过考虑系统的负载而在用户之间自适应分配探测支路。最初，系统负载轻时，有足够的资源可简单地将探测支路指配给新用户的所有路径。因此，对于负载轻的系统，此策略会增大范围并降低引入到其它小区中的干扰。然而，在某个时刻，资源将被完全利用，因此将需要从现有用户取走探测支路以供应给新用户。

例如，如果延迟扩展用于分配探测支路，则每个用户最初可分配对应于其最强路径(按平均计算)的一个探测支路。随后，可基于收集的平均路径能量累积部分，一次指配一条剩余的探测支路。每个支路提供给至此已收集最小量平均路径能量的用户。平均路径能量根据搜索器路径强度确定，对于平均路径能量，衰落通常已达到平均数。如果用户第一方案用于确定E，则相同的方案可用于确定探测支路分配。

组合支路分配

首先，有若干个将组合支路资源分配给不同用户的方案。在上行链路中，使用功率控制，并且在如何分配支路与功率控制之间存在交互。分配给给定用户的组合支路越多，收集的现有能量就越多，从而降低了命令用户发射更多功率的需要。

另一个组合支路分配的适当标准是在基站的总接收机功率的最小化。常见的许可控制策略是限制总接收机功率。因此，将此功率降到最低可使容量达到最大。同时，每个用户的SIR要求必须得到满足。通过使用下标i表示用户，可方便地定义以下量：

·p_i是用户i接收的总多径功率；

·N是噪声最低值(其它小区干扰+热噪声)；

·s_i是Rake组合后用户i所需的SIR；

·L_i是用户i的扩频因子；

·φ_i是用户i的路径数量；

·f_i是分配给用户i的组合支路数量；

·F是可用的组合支路总数；

·a_i是使用f_i个支路的用户i的收集的多径能量部分；

·g_i＝s_i/L_i，“每个码片”所需的SIR；

·h_i＝g_i/(g_i+a_i)，一个有用的称为分配比的量；以及

·K是用户总数。

我们可以将用户i的SIR表示为：

$S_i=\frac{\left(a_i\right)\left(p_i\right)}{\left(\text{1/}{L}_i\right)[N+\underset{m=1,m\≠i}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{p}_m]}.---(D-1)$

在对于所有用户都满足此要求时，则总接收功率(由噪声最低值N归一化)表示为：

${\tilde{P}}_R=\left(P_R\right)/N=\frac{\underset{m=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{h}_m}{1-\underset{m=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{h}_m}.---(D-2)$

从(D-2)可看到，要将总接收功率降到最低，必须控制h_m的值。这些值取决于g_m和a_m。g_m项是所需SIR和扩频因子的函数。如果已经为该用户确定无线电接入承载(RAB)，则这些量是固定的。如下所述，可执行速率自适应，其中，作为支路分配的一部分控制这些量。然而，可以控制是用户m的收集的能量部分的a_m。这取决于衰落情况和指配给用户m的组合支路。

图5是示出从由F个组合支路组成的池中分配组合支路的Delta方案的步骤的流程图。用户i具有φ_i条路径，这些路径已按递减瞬时功率排序，即，

R_i(1)≥R_i(2)≥...R_i，(φ_i)，

其中，R_i(m)是用户i在路径m中的瞬时功率。实际上，这些功率由路径功率单元46估计。这些瞬时功率已由其总功率归一化，因而它们的总和为1。因此，收集的功率部分为 $a_i=\underset{m=1}{\overset{f_i}{\mathrm{\Σ}}}{R}_i\left(m\right).$

希望从由F个支路组成的池中为K个用户分配支路，从而将归一化的总接收功率降到最低。进程在步骤51开始，并且在步骤52，分配支路的进程预先考虑将足够的支路分配给每个用户以包括所有路径，即，f_i＝φ_i。这对应于支路总数 $F_{\mathrm{full}}=\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\φ}}_i,$ 该数量假定为大于F。否则，支路只是指配给所有路径。

在步骤53，计算分配比。总接收功率最初可使用方程(D-2)计算，这可表示为由分子除以分母：

${\tilde{P}}_R\left(0\right)=\frac{\mathrm{NUM}\left(0\right)}{\mathrm{DENOM}\left(0\right)}.$

在步骤54，确定支路的数量是否等于F。如果不是，则进程移到步骤55，在该步骤中，一次取走一个支路，直至剩余F个支路，这是实际可用的支路总数。此时，进程在步骤56结束。在每次迭代时，总接收功率的增大被降到最低。因此，在第1次迭代时，我们考虑从用户1取一个支路，或从用户2取一个支路，并以此类推。如果从用户i取支路，则新的总接收功率为：

${\tilde{P}}_R\left(1\right)=\frac{\mathrm{NUM}\left(0\right)+d_i\left(1\right)}{\mathrm{DENOM}\left(0\right)-d_i\left(1\right)},$

其中

d_i(1)＝h_i(1)-h_i(0)是由于支路去除而引起的分配比变化。注意，在去除支路时，去除指配给最弱路径的支路。

还可以尝试单独为每个具有2个或更多支路的用户去除支路，并随后确定哪种情况将此新的总接收功率降到最低。(每个用户需要至少一个支路收集一些信号能量。)结果是这相当于为每个用户确定分配比的变化并识别分配比变化最小的用户。一旦识别要从中取支路的用户后，便可为该用户更新分配比。

进程随后重复进行，从K个用户之一取走又一个支路。在已分配F个支路的步骤，搜索结束。此方案称为“Delta”方案，这是因为它将在去除支路时总接收功率的变化(增大)降到最低。

某些衍生方案也可用于分配组合支路。再次考虑用户i具有按递减归一化瞬时功率排序的φ_i条离散路径R_i(m)。申请人发现，根据差分方程，将支路分配给第m条路径会更改总接收功率：

(1) $\mathrm{\Δ}{\tilde{P}}_i=\frac{1}{{(1-{\mathrm{\Σ}}_{k=1}^K{h}_k)}^2}\×\frac{-g_i}{{(g_i+a_i)}^2}\×R_i\left(m\right)$

此方程可在有效搜索良好的支路分配中使用。注意，项R_i(m)表示相对于支路分配的a_i的导数。

图6是用于分配组合支路的单步最速下降方案的图形表示。进程可从某个支路分配f^s＝(f₁ ^s，Λ，f_K ^s)开始，具有对应的总数F^s。希望找到其总数满足目标总数F^e的另一支路分配f^e＝(f₁ ^e，Λ，f_K ^e)。此方案使用以f^s开始并以f^e结束的最速下降搜索。目的是达到良好的分配f^e，而不论起点f^s是否是良好的分配。良好的分配是指分配接近给定值F^e的最佳分配。通常，不可能导出闭合形式，但在有效搜索中采用以上差分方程是可能的。在两个实施例中，本发明利用最速下降搜索和投影搜索变体，它们采用差分方程并提供可行的搜索机制。

首先，考虑F^e≠F^s的情况。F^e＝F^s的情况以不同方式处理。F^s的一个可能选择是 $F^s={\mathrm{\Σ}}_{m=1}^K{\mathrm{\φ}}_m,$ 对应的f^s＝(φ₁，Λ，φ_K)，即，完全分配以收集所有信号能量。F^s和f^s的其它选择如下所述。

在其最简单形式中，最速下降搜索由单个步骤组成。首先，我们在起点f^s根据(1)评估差分向量u^s＝(u₁ ^s，Λ，u_K ^s)，也就是说：

(2) $u_i^s=\mathrm{\Δ}{\tilde{P}}_i{|}_{f^s}$

向量u^s确定在f^s最速下降的方向。在u^s的方向上通过f^s的线条由所有i的方程组确定：

(3) $f_i=u_i^s\×v+f_i^s,$

变量v通过将约束：

(4) $\underset{m=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{f}_m^e=F^e$

包含到(3)中而确定。最终分配f^e表示为：

(5) $f_i^e=u_i^s\×\frac{F^e-F^s}{{\mathrm{\Σ}}_{m=1}^K{u}_m^s}+f_i^s.$

如果F^e接近F^s，并且f^s是良好的起始解，则预计此结果是良好的结果。

图7是用于分配组合支路的多步最速下降方案的图形表示。将单步方法推广为包括多个步骤是简单直接的。也就是说，对于步骤数量的某个选择W，我们定义增量：

(6) $\mathrm{\ΔF}=\frac{F^e-F^s}{W}$

并且最速下降方法应用W次。第一步使用在f⁽⁰⁾＝f^s时评估的导数向量u⁽⁰⁾＝u^s，确定其总数为F⁽¹⁾＝F_s+ΔF的第一中间解f⁽¹⁾。第二步使用在f⁽¹⁾评估的导数向量u⁽¹⁾，确定其总数为F⁽²⁾＝F^s+2ΔF的第二中间解f⁽²⁾，并以此类推。在步骤l，使用类似于(5)的方程组得到中间解f⁽¹⁾：

(7) $f_i^{\left(l\right)}=u_i^{(l-1)}\×\frac{\mathrm{\Δ}F}{{\mathrm{\Σ}}_{m=1}^K{u}_m^{(l-1)}}+f_i^{(l-1)}.$

在W个步骤后的解f^(W)具有总数F^(W)＝F^s+W×ΔF＝F^e。项f^(W)用作最终解f^e。

图8是用于分配组合支路的单步投影搜索方案的图形表示。同样地，考虑情况是从某个支路分配f^s＝(f₁ ^s，Λ，f_K ^s开始，具有对应的总数F^s。然而，在此方案中，希望达到其总数F^e＝F^s的良好支路分配f^e＝(f₁ ^e，Λ，f_K ^e)。最速下降向量u^s不一定位于以下方程确定的(K-1)维空间：

(8) $\underset{m=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{f}_m=F^s.$

要保持最终解f^e在同一空间，必须通过将最速下降向量投影到该空间而修改该向量。为此，去除了沿垂直于该空间的轴的u^s分量。因此，投影向量

表示为：

(9) ${\hat{u}}_i^s=u_i^s-\frac{1}{K}\underset{m=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{u}_m^s.$

必须定义搜索步骤，并且描述了两个变体，固定换算变体和固定步长变体。在固定换算变体中，步长在

中被认为是隐式的。也就是说，如果

大，则表示需要大步，而如果

小，则需要小步。项

可通过因子ρ换算。随后，单步形式简单地表示为：

(10) $f^e=f^s+\mathrm{\ρ}\×{\hat{u}}^s.$

在固定步长变体中，利用固定步长Δ，忽略中的变化。因此：

(11) $f^e=f^s+\mathrm{\Δ}\×\frac{{\hat{u}}^s}{\left|\right|{\hat{u}}^s\left|\right|}.$

图9是用于分配组合支路的多步投影搜索方案的图形表示。如(10)所示，到多步搜索的简单扩展使用投影向量

(在中间步骤不更新)和小的换算因子ρ。假设W表示步骤数，则步骤l表示为：

(11) $f^{\left(l\right)}=f^s+l\×\mathrm{\ρ}\×{\hat{u}}^s$

对于每个向量f^(l)，计算得出对应的总归一化功率

，并且产生最小

的向量被选择为最终解f^e。或者，如0中所示，我们也可以使用

(在中间步骤不更新)和小的步长Δ。搜索的剩余部分相同。一种更成熟的搜索在中间步骤更新投影向量。在步骤(l-1)，投影向量

从在前一中间解f^(l-1)评估的导数向量u^(l-1)导出，类似于(9)：

(12) ${\hat{u}}_i^{(l-1)}=u_i^{(l-1)}-\frac{1}{K}\underset{m=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{u}_m^{(l-1)}.$

多步搜索现在可使用固定换算或固定步长继续。使用固定换算时，在步骤l的中间向量表示为：

(13) ${f^{\left(l\right)}=f}^{(l-1)}+\mathrm{\ρ}\×{\hat{u}}^{(l-1)}.$

注意，更新投影向量允许在解接近最佳值时搜索有效地放慢。

在搜索方法中，使用良好的起始解f^s(至少不是差的解)始终是有益的。一个实施例使用比例分配，其中，假定总数为F^s，则为K个用户中每个用户分配：

(14) $f_i^s=\frac{F^s{\mathrm{\φ}}_i}{{\mathrm{\Σ}}_{m=1}^K{\mathrm{\φ}}_m}.$

这假定 $F^s\≤{\mathrm{\Σ}}_{m=1}^K{\mathrm{\φ}}_m$ 。在另一实施例中，利用了同等分配，在用户之间同等共享可用支路。

在混合策略中混合最速下降和投影搜索可能是有益的。例如，在通常的F^e≠F^s的情况下，可先利用单步或多步最速下降方法达到总数为F^e的中间支路分配解。随后，可通过将该中间解用作单步或多步投影方法的起点而改善该解。另一个实施例将一个最速下降步骤和一个投影步骤交替进行。还可利用其它替代混合策略。

申请人的模型考虑了连续分配，这便于分析。当然，实际上在任一给定时间必须利用整数分配。简单直接的方案是将非整数解四舍五入以得到整数分配。仅在分配极小，例如，不到5个支路时，才应考虑量化效应。

另一个方案是将非整数分配理解为整数分配之间的时间平均值。也就是说，通过对四分之三的关注时期使用5个支路并且对四分之一的时期使用6个支路，可实现5.25个支路的分配。符号是同一码字的一部分时此理解可进一步得到验证，随后，解码器将能够从此类方案中获益。

直接使用离散信道路径R_i(m)的一个替代选择是使用连续信道模型R_i(t)，其中，t是连续变量。随后，R_i(t)、a_i与f_i之间的关系表示为：

(5) ${\mathrm{\α}}_i=\underset{0}{\overset{f_i}{\∫}}{R}_i\left(t\right)\mathrm{dt}$

建模的优点在于简化了搜索的某些方面，在一种情况下完全消除了它。缺点在于模型拟合带来了误差。

在一个衍生的方案中，在连续模型中不使用差分方程，而是使用相对于支路分配的总接收功率的导数，对于所有i，该导数表示为：

(16) $\frac{\∂\tilde{P}}{\∂f_i}=\frac{1}{{(1-{\mathrm{\Σ}}_{k=1}^K{h}_k)}^2}\×\frac{-g_i}{{(g_i+a_i)}^2}\×R_i\left(t\right)$

图10是如下表示的线性衰减轮廓模型的图形表示：

(17) $R_i\left(t\right)=\frac{2}{{\mathrm{\φ}}_i}-\frac{2t}{{{\mathrm{\φ}}_i}^2},$

0≤t<φ_i，并且

(18) $a_i=\frac{{2f}_i}{{\mathrm{\&phi;}}_i}-\frac{{f_i}^2}{{{\mathrm{\&phi;}}_i}^2},$

0<f_i≤φ_i。参数φ_i适用于拟合输入R_i(m)。还可使用其它模型，如指数延迟。

图11是如下表示的平坦轮廓模型的图形表示：

(19) $R_i\left(t\right)=\frac{1}{{\mathrm{\&phi;}}_i},$

0≤t<φ_i，并且

(20) $a_i=\frac{f_i}{{\mathrm{\&phi;}}_i},$

0≤f_i<φ_i。平坦模型能够为最佳支路分配导出闭合形式解。也就是说，如果F是目标支路总数，则分配表示如下：

(21)f_i=cg₁ ^1/2φ₁ ^1/2-g₁φ₁

其中：

(22) $c=\frac{F+{\mathrm{\&Sigma;}}_{m=1}^K{g}_m{\mathrm{\&phi;}}_m}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{m=1}^K{g_m}^{1/2}{{\mathrm{\&phi;}}_m}^{1/2}}.$

我们还可写下：

(23) ${\tilde{p}}_i=\frac{{g_l}^{1/2}{{\mathrm{\&phi;}}_i}^{1/2}}{c-\underset{m=1}{\overset{K}{\mathrm{\&Sigma;}}}{g_m}^{1/2}{{\mathrm{\&phi;}}_m}^{1/2}},$

和：

(24) $\tilde{P}=\frac{\underset{m=1}{\overset{K}{\mathrm{\&Sigma;}}}{g_m}^{1/2}{{\mathrm{\&phi;}}_m}^{1/2}}{c-\underset{m=1}{\overset{K}{\mathrm{\&Sigma;}}}{g_m}^{1/2}{{\mathrm{\&phi;}}_m}^{1/2}}.$

可能的是，最佳支路分配将违反最大支路边界。具体地，对于给定的约束值F，对于所有i的最佳分配f_i可根据(21)得到。如果对于某一i，f_i>φ_i，则需要将那些值设为f_i＝φ_i，并且应再次求解优化问题。在不失去一般性的情况下，假设对于K′<K，值i≤K′满足边界，并且保留在优化集中，而值i>K′违反它们，并且不包括在优化集内。因此，我们设置f_i＝φ_i，i>K′，并定义新约束。

(25) $F\&prime;=F-\underset{m=K\&prime;+1}{\overset{K}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&phi;}}_m,$

之后，使用F′求解i≤K′的优化问题。如果新解违反边界，则重复相同的步骤，让更多用户在优化集之外。最终，所有用户将满足f_i≤φ_i。

第二种情况是用户不包括在优化集内，这在强制用户具有某个数量的支路时发生，并且其它用户被优化。也就是说，对于一些K′<K和一些所需值 ${\stackrel{\&OverBar;}{f}}_i\&le;{\mathrm{\&phi;}}_i,$ 我们设置 $f_i={\stackrel{\&OverBar;}{f}}_i,$ i>K′，并且那些用户不包括在优化集内。我们还修改约束：

(26) $F\&prime;=F-\underset{m=K\&prime;+1}{\overset{K}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\stackrel{\&OverBar;}{f}}_m.$

在i≤K′和F′的情况下，优化像以前一样启动。同样地，如果该解违反支路边界，则对应的用户不包括在优化集内，并以此类推。

至此，我们尝试了将对用户解调的基站的总接收功率降到最低。然而，可利用其它标准。一个标准是将在被解调的用户的发射功率之和降到最低。假设w_i表示信道的传播损耗，因此，发射功率q_i表示为q_i＝w_ip_i。随后，总发射功率表示为：

${\tilde{P}}_T=\left(P_T\right)/N=\frac{\underset{m=1}{\overset{K}{\mathrm{\&Sigma;}}}{w}_m{h}_m}{1-\underset{m=1}{\overset{K}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_m}.$ (D-3)

可稍微修改delta方案以转为将发射功率降到最低。在考虑去除一个支路时，会计算：

${\tilde{P}}_T\left(1\right)=\frac{\mathrm{NUM}\left(0\right)+w_i{d}_i\left(1\right)}{\mathrm{DENOM}\left(0\right)-d_i\left(1\right)}$

并尝试将它降到最低。传播损耗会需要由基站根据已接收信号估计。这可通过跟踪使用的初始功率和功率控制命令的效应而进行。最终，只需要相对传播损耗。

另一个标准会是所有基站相加的总接收功率，因而计及用户如何干扰其它小区。这可通过让基站测量用户的功率电平并将该信息传递到服务基站或中心网络节点而进行。

仍有的另一标准是服务等级。例如，某些用户可由于协商的服务协议或事务的本质(如紧急情况911呼叫)原因而具有优先级。这种情况下，可在剩余用户之间分配前对它们使用完全支路指配。此外，如果某个用户在小区边缘，则在剩余用户之间分配前可能初始提供给该用户更多支路。

另一种帮助在小区边缘的用户的方式是使用(D-3)并将wi重新定义为加权参数。为某些用户将此值设大将确保它们指配有更多支路。可迭代修改这些权重，直至某些用户不再达到其发射功率限制。对于会要发射太多功率的用户，会增大权重。

功率分配

通过快速组合支路分配，分配组合支路的方案还确定每个用户所需的接收功率。此信息可在基站别处用于命令移动用户增大或降低其功率。一个方案是使用以下方程计算用户的新接收功率：

${\tilde{p}}_i=\left(p_i\right)/N=\frac{h_m}{1-\underset{m=1}{\overset{K}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_m}.$

此功率可与以前的值进行比较，以确定如何命令移动用户更改其功率。如果新功率比旧功率强2x dB，其中x为功率控制步长，则一系列的2“增大”命令发送到移动单元。

如果命令的频率不够快，则可能有益的是，重新进行支路分配，尝试使所有功率更改保持在功率控制算法的范围内。这可通过调整初始解迭代进行，将更多支路提供给其功率必须太快增大的用户，而将更少的支路分配给其功率降低太快的用户。

实际上，发射机具有有限的发射范围(最小和最大功率)，因此，发射功率限制必须包含在内。先考虑最大功率约束，可理解，基站可通过注意何时移动用户一直忽略“增大”功率命令而检测到何时移动用户以最大功率发射。这可通过跟踪衰落信道进程、预测其在下一功率控制间隔中的值、然后将此预测与实际值进行比较而进行。比率应反映对功率控制命令的任何响应。检测到此情况时，可通过为该用户提供更多支路而保持用户的连接。因此，从池中取更多支路，并且随后只对剩余用户应用分配进程。

还存在最低功率约束。这可以类似于最大功率情况的方式检测。检测到此情况时，可从此用户取走一些支路，随后只对剩余用户应用分配进程。

速率自适应

在另一实施例中，结合支路分配利用了速率自适应的灵活性。速率自适应通常与数据业务一起使用。假设允许用户i以某个位速率发射。这通过定义编码、调制、扩频因子、代码数量等的某个格式实现。通常，位速率越高，在基站接收机的所需的目标SNR即s_i就越高。如上所述，基站在用户之间分配其支路F。现在假设要么(1)无有效分配，要么(2)结果总接收功率确定为太高。解决此问题的一种方式是让用户i降低其速率。此操作降低其s_i，对于条件(1)，这增大了发现有效分配的机会，并且对于条件(2)，这降低了总功率。如果s_i的更改足够大，则分配给用户i的一些支路可重新分配给其它用户。

还真实的是，如果支路总数F增大，则支持更高数据速率用户的机会增大。通常，这在支路分配和可实现的速率之间建立了关系。

高级接收机

在干扰为非白干扰时，可通过使用通用Rake(G-Rake)接收机来提高链路上的性能。此外，高数据速率用户可从使用G-Rake接收机来执行均衡中受益。G-Rake接收机经常在性能上从使用更多支路资源受益。因此，通过确定哪些用户可从使用G-Rake接收机受益最大，并允许它们使用更多支路资源，所有用户的性能均可得到提高。另外，可基于例如数据速率在用户之间不均匀地指配支路(即，更多支路指配给具有更高数据速率的用户)，以允许它们使用G-Rake接收机。在使用G-Rake接收机时，SIR要求可以随支路数量而变化。或者，可以不同方式为G-Rake接收计算SIR。

正如本领域的技术人员将认识到的一样，本申请中描述的创新概念可在多个应用内修改和改变。因此，专利主题的范围应不限于上述任一特定示范讲授内容，而只由随附权利要求书限定。

Claims (31)

1.一种具有适于将已接收无线电信号转换为基带样本的前端处理器(32)的无线电接收机，所述接收机的特征在于还包括组合相关器池(33)以及控制器(34)，其中，所述控制器包括：

一组将所述基带样本解扩的探测相关器(44)；

分配单元(43)，所述分配单元适于从所述一组探测相关器中分配探测相关器以将某些已接收的用户信号解扩，并从所述组合相关器池中分配组合相关器以实现每个信号的性能目标；

搜索器，用于为所述分配单元提供每个用户的路径延迟和平均路径强度；

信道估计器，用于从所述探测相关器接收解扩的基带样本，并产生每条路径的信道估计；以及

路径功率单元，用于接收每条路径的信道估计，并为所述分配单元提供每条路径的瞬时路径功率估计，

其中，所述分配单元基于从所述搜索器接收的平均路径强度分配所述探测相关器，并且基于从所述路径功率单元接收的瞬时路径功率估计分配组合相关器。

2.如权利要求1所述的无线电接收机，其中，所述分配单元从所述组合相关器池中分配组合相关器，以便将总接收功率降到最低。

3.如权利要求1所述的无线电接收机，其中，所述分配单元将更多组合相关器分配给需要更多相关器以实现预定信号质量级别的信号。

4.一种在具有用于处理多个用户的信号路径的相关器集的直接序列码分多址(DS-CDMA)接收机中分配相关器的方法，所述方法包括以下步骤：

a)在所述用户之间分派所述相关器集，由此为每个用户指配相关器子集；

b)将指配给每个用户的相关器子集划分为探测相关器和组合相关器；

c)将探测相关器指配给信号路径；以及

d)将组合相关器指配给信号路径。

5.如权利要求4所述的方法，其中，步骤b)和c)以第一速率重复进行，并且步骤d)以第二速率重复进行。

6.如权利要求5所述的方法，其中，所述第一速率是路径出现和消失的速率，并且所述第二速率是衰落信道系数变化的速率。

7.如权利要求4所述的方法，其中，步骤a)包括将相等数量的相关器分配给每个用户。

8.如权利要求4所述的方法，其中，步骤a)包括根据每个用户具有的路径数量按比例将多个相关器分配给每个用户。

9.如权利要求4所述的方法，其中，步骤a)包括根据每个用户的路径的总接收能量按比例将多个相关器分配给每个用户。

10.如权利要求4所述的方法，其中，步骤b)包括将数量Z个相关器分配为组合相关器，以致Z个最高平均路径强度收集至少预定百分比的平均路径能量。

11.如权利要求4所述的方法，其中，步骤c)包括基于平均路径强度将探测相关器指配给最强的信号路径，并且步骤d)包括基于瞬时路径强度将组合相关器自适应指配给信号路径。

12.一种在具有用于处理多个用户的信号路径的相关器集的直接序列码分多址(DS-CDMA)接收机中分配相关器的方法，所述方法包括以下步骤：

a)将所述相关器集分为第一探测相关器子集和第二组合相关器子集，其中，探测相关器的数量大于组合相关器的数量；

b)在所述用户之间分派所述第一探测相关器子集；以及

c)在所述用户之间分派所述第二组合相关器子集。

13.如权利要求12所述的方法，其中，步骤a)以第一速率重复进行，步骤b)以第二速率重复进行，以及步骤c)以第三速率重复进行。

14.如权利要求13所述的方法，其中，所述第一速率是用户出现和消失的速率，所述第二速率是路径出现和消失的速率，以及所述第三速率是衰落信道系数变化的速率。

15.如权利要求12所述的方法，其中，步骤b)包括将所述探测相关器分配给每个用户的最强平均路径。

16.如权利要求12所述的方法，其中，步骤b)包括基于至少以下标准之一将所述探测相关器分配给所述用户：

延迟扩展；

信道速度；

数据速率；

服务优先级；以及

平均功率。

17.如权利要求12所述的方法，其中，步骤b)包括在网络负载条件限制可用于新用户的探测相关器数量时将所述探测相关器重新分配给所述用户。

18.如权利要求12所述的方法，其中，步骤c)包括在所述用户之间分派所述第二组合相关器子集，以便将在所述接收机的总接收功率降到最低。

19.如权利要求12所述的方法，其中，步骤c)包括以下步骤：

确定初始组合相关器分配；

基于所述初始组合相关器分配计算每个用户的分配比，所述分配比取决于信干比(SIR)值和收集的功率部分；

基于所述分配比选择至少一个用户；以及

对于所述至少一个选定用户，计算新组合相关器分配和新分配比。

20.如权利要求19所述的方法，还包括重复所述选择和计算步骤，直至所述组合相关器分配利用所述接收机中预定数量的组合相关器。

21.如权利要求12所述的方法，其中，步骤c)包括在所述用户之间分派所述第二组合相关器子集，以便将在被解调的用户的发射功率之和降到最低。

22.如权利要求12所述的方法，其中，步骤c)包括在将组合相关器分配给高优先级用户的所有路径后，在其它用户之间分派剩余组合相关器。

23.如权利要求12所述的方法，其中，步骤c)包括在将更多组合相关器分配给在小区边缘的用户后，在其它用户之间分派剩余组合相关器。

24.如权利要求12所述的方法，其中，步骤c)包括将比分配给其它用户的组合相关器的数量更大的组合相关器分配给在小区边缘的用户。

25.如权利要求12所述的方法，其中，步骤c)包括将更大数量的组合相关器分配给以最大功率发射的用户。

26.如权利要求25所述的方法，其中，所述将更大数量的组合相关器分配给以最大功率发射的用户的步骤包括通过检测到用户忽略了至少一个增大发射功率的命令而确定所述用户在以最大功率发射。

27.如权利要求12所述的方法，其中，步骤c)包括将更少数量的组合相关器分配给以最低功率发射的用户。

28.如权利要求27所述的方法，其中，所述将更小数量的组合相关器分配给以最低功率发射的用户的步骤包括通过检测到用户忽略了至少一个降低发射功率的命令而确定所述用户在以最低功率发射。

29.如权利要求12所述的方法，其中，步骤c)包括以下步骤：

计算初始组合相关器分配；

使用所述初始组合相关器分配计算下降方向；以及

使用所述初始组合相关器分配和所述下降方向计算第二组合相关器分配。

30.如权利要求29所述的方法，还包括以下步骤：

使用所述第二组合相关器分配计算第二下降方向；以及

使用所述第二组合相关器分配和所述第二下降方向计算第三组合相关器分配。

31.如权利要求29所述的方法，其中，所述使用所述初始组合相关器分配和所述下降方向计算第二组合相关器分配的步骤包括投影所述下降方向以便分配的组合相关器和等于指定的组合相关器总数。

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