CN101065909A - 低复杂性适应信道估算 - Google Patents

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CN101065909A CNA2005800404771A CN200580040477A CN101065909A CN 101065909 A CN101065909 A CN 101065909A CN A2005800404771 A CNA2005800404771 A CN A2005800404771A CN 200580040477 A CN200580040477 A CN 200580040477A CN 101065909 A CN101065909 A CN 101065909A
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Abstract

本发明提供一种无线通讯信号的信道估测装置及方法，该信号是接收自至少一相对移动无线传输/接收单元(WTRU)。具有独特索引值的预设滤波器系数储存于存储器装置中。一索引产生器将移动单元速率及SNR的估测值与一特定的滤波器系数集合相匹配，且选择对应索引值，借此，该存储器根据该索引值执行一搜寻功能，并输出一滤波器系数向量。该无线通讯信号的信道估测是在滤波器的输出执行，或者，可使用一组平行滤波器，其连续性地执行，以产生数个信道估测，借此，可根据相关最小均方误差或最高SNR值选择最终的估测。

Description

低复杂性适应信道估算
技术领域
本发明是关于无线通讯系统，尤其是关于一种在此种系统中的适应性信道估测。
背景技术
专用术语「基站」、「无线传输/接收单元(WTRU)」、以及「移动单元」是以其一般公知的观念使用。在本文中，一无线传输/接收单元(WTRU)，其包含但并未限制于，用户设备、移动站台、固定或移动用户单元、呼叫器、或是任何形式可在无线环境中操作的其他装置。WTRUs包含个人通讯装置，例如：电话、视讯电话、以及据有网络连接的网际网络准备电话。除此之外，WTRUs包含可携式个人电脑装置，例如：具有无线数据机的PDAs以及笔记本电脑，其具有相似的网络功能，而可携式或是其他改变位置方式的WTRUs皆视为移动单元。此后，在本文中，一基站为一WTRU，其包含但不限制于，基站、节点B、站台控制器、存取点、或是在无线环境中的其他界面装置。
无线远程通讯系统为熟悉此技术的人士所公知，为了提供无线系统的全球连接性，便发展出标准并加以实施。一个现行广泛使用的标准便是熟知的移动通讯全球系统(GSM)，这是目前被视为所谓的第二代移动无线系统标准(2G)，且其后有修正版本(2.5G)，GPRS和EDGE便是2.5G技术的例子，其提供相对于(2G)GSM网络更高速的数据服务。每该这些标准都试图在先前的标准上附加特征来改善，然而，在1998年一月时，欧洲通讯标准机构-特别移动组(ETSI SMG)同意一种第三代无线系统的无线存取机制，亦称为全球移动通讯系统(UMTS)，为了更进一步实施UMTS标准，于是在1998年十二月成立第三代伙伴计划(3GPP)，由3GPP持续努力于第三代移动无线标准。
一个典型的移动配置10绘于图1A中，其中，信元20包含一基站25及移动WTRUs 35、45。一般来说，基站的主要功能，如节点Bs，为提供基站网络及WTRUs间沿着实体信道的无线连结。图1B所示则为一个典型的无线区域网络(WLAN)，与图1A中的移动配置相似，WLAN 50包含一中央存取点，以及移动WTRUs 56和57，在此，无线通讯系经由存取点55发生于WTRUs 56和57之间，其是根据IEEE 802.11及相关的WLAN标准。好的信道品质估测为高效能接收器的一个重要部分，该接收器是在基站25和WTRUs 35、45，以及存取点55和WTRUs 56、57中。
在典型的无线信道中进行信道估测的一个问题，便是信道会随时间改变状态，或换句话说，该信道会衰退。如果衰退的数值固定且此数值可由接收器所知的话，则可在该接收器中使用一最佳化信道估测滤波器或是演算法，且实施复杂度会较低。然而，在不同的情况下，实际的信道衰退数值会随时间变换，如当一移动单元的速度改变时，因此，在此情况中，利用一固定的滤波器并无法获得最佳的效能。
图2所示为一信道估测滤波器效能的表示图。曲线11和12代表信道的总处理能力，作为由一移动平均形式滤波器所使用的平均时间功能，其是分别代表为具有移动WTRUs 35、45的无线通讯的两个信道110、120。WTRU 35具有3kph速率，而WTRU 45是以120kph的速率传导。如图2所示，一滤波器并无法同时对两个信道最佳化，在3kph方面，最佳化滤波器长度恰好在1.4时槽上，同时120kph移动单元的最佳长度则低到0.6时槽，甚至在3GPP中，250kph信道所获得的滤波器长度会更低。
发明内容
本发明提供一种无线通讯信号的信道估测装置及方法，该信号是接收自至少一相对移动无线传输/接收单元(WTRU)。较佳地，一WTRU的一接收器，例如一基站，是配置以决定该移动接收器的速率估测，以及该移动WTRU传输的信号杂讯比估测。较佳地，该接收器为一关联器、存储器装置、一索引产生器、以及一联合滤波器。该关联器较佳地是配置以接收该通讯信号数据并产生导引符号。具有唯一索引值的预设滤波器系数较佳地是储存于存储器装置中。该索引产生器较佳地是配置以将速率估测值以及SNR估测值与一特定的滤波器系数集合相配，且选择对应索引值。因此，该存储器较佳地是配置以根据该索引值执行一搜寻功能，并输出一滤波器系数向量。实作上，是滤波该导引符号，而得到该无线通讯信号的信道估测。
在另一个实施例中，较佳地是提供多个信道估测滤波器系，其是配置以连续地执行产生多个候选信道估测，每该候选信道估测较佳地是自我评估该估测的品质，其是通过计算该信道估测的均方差(MSE)估测。具有最低MSE估测值的该候选信道估测是选作为最终的信道估测。有另一个变形是配置该装置，使得每该候选信道估测的SNR估测是由该MSE决定，且具有该最高SNR值的候选信道估测是选作为该最终信道估测。
本发明的另一个目的和优点，通过下文详细地描述并参照附图，对熟悉此技术的人士来说是显而易见的。
附图说明
图1A所示为在一基站和无线传输/接收单元间的无线通讯的一典型实体配置示意图。
图1B所示为在一存取点和无线传输/接收单元间的无线LAN通讯的一典型实体配置示意图。
图2所示为模拟信道估测效能图表，其是一移动平均滤波器的总处理能力损失，其以平均时间函数表示。
图3所示为一适应性信道估测滤波器方块图，其是根据本发明的第一实施例。
图4所示为一种适应性信道估测方法流程图，其是由图3的滤波器所执行。
图5所示为一适应性信道估测滤波器方块图，其是根据本发明的第二实施例。
图6所示为一种适应性信道估测方法流程图，其是由图5的滤波器所执行。
具体实施方式
尽管本实施例是配合第三代伙伴计划宽频码分多重存取(W-CDMA)系统描述，但本发明的实施例使用于任何混合码分多重存取(CDMA)/时分多重存取(TDMA)通讯系统。此外，实施例适用于CDMA系统，例如CDMA2000、TD-SCDMA、3GPP W-CDMA所提议的频分双工(FDD)模式、以及正交频分多工(OFDM)。尽管根据本发明所制作的接收器主要应用于配置作为基站或UEs的WTRUs，但其亦可应用于任何由其他在一相对移动模式中的WTRU以接收信号的WTRU形式。
图3所示为一接收器的一适应性信道估测滤波器方块图，其是根据本发明的第一实施例所配置。适应性滤波器配置300包含一搜寻表(LUT)310、一导引关联器320、以及一滤波器330。LUT 310包含一组预计算滤波器，较佳地是具有有限脉冲响应(FIR)形式系数，该滤波器系数的一较佳的FIR形式使用范例为一FIR华纳(Wiener)滤波器，或者，亦可使用较不复杂的有限脉冲响应(IIR)系数。小数量的滤波器，举例来说，六(6)个滤波器，便足以有效地涵盖移动WTRU速率(3kph至250kph)及SNRs(-3dB至16dB)集合，该范围是在典型的FDD部署下所预期能观察到。小数量的滤波器主要是由于多数多重路径雷利(Rayleigh)信道将展现近似古典的多普勒(Doppler)频谱，大大的限制了所需滤波器的范围。莱斯(Rician)信道将倾向于具有足够的SNR，因此在信道估测方面不需要任何特别的滤波器。较佳地，该LUT 310可更新，使得该小数量的滤波器可根据所观察的状态趋势，通过延伸范围及/或增加系数集合以便增加密度来调整，以便涵盖该移动WTRU速率及SNRs的假设范围。
LUT 310接收移动WTRU速率估测输入301及信道SNR估测302，其是在其他地方通过非本发明所保护的装置计算，像是多普勒(Doppler)展开估测。
因为仅有小数量的滤波器系数需要储存在LUT存储器中，因此，该估测速率301和SNR 302是用以选择最接近的邻近滤波器系数集合。LUT 301较佳地包含滤波器系数集，其足够密集以最小化关于使用最接近邻近滤波器的效能损失。索引产生器350通过将目前的移动WTRU速率估测301及SNR估测302与预设的移动速率估测和SNR估测相比，并选择最接近的配对，由LUT 310中选择最佳化滤波器系数，因此，该信道估测适应于该移动WTRU速率及SNR估测。
该通讯信号303为一多重路径信号，且一分离SNR估测302是对每该P最强壮信号路径有效，接着，LUT 310可提供每该P信号路径一组系数311，否则，一信号SNR估测302可制造一单一系数集合311，其仍可产生具有最小效能损失的一信道估测。
导引关联器320是配置以从所接收的通讯信号303将导引信号去展开成导引符号321，其是根据关于标准CDMA信号处理的已知展开码。较佳地，该导引关联器320作为一向量关联器，其中该输入和输出信号为向量形式，同样地，该接收信号303较佳地是以标准CDMA信号处理去展开，其是在该导引关联器320去展开处理之前。该通讯信号303为一多重路径信号，导引关联器320较佳地是配置以产生一组导引符号321，较佳地是给预设数量P个路径的每个路径一个符号，其搭载在一特定门槛值之上的最强壮多重路径信号。
滤波器330较佳地是配置以执行该导引符号321及该滤波器系数311(亦即一FIR滤波器)的一内积函数(亦即一向量内积)，其是产生接收器340的一信道估测331。亦可使用IIR及/或非线性滤波器。该多重系数集合311及该导引符号321为有效，其是因为LUT 310及导引关联器的P多重路径信号考量，滤波器330较佳地是配置以产生p信道路径估测Cj以便由接收器340做更进一步的处理，其中(j由1至P)。该信道路径估测Cj的合成集合是收集以作为一信道估测331。
图4所示为根据图3所描述的适应性信道估测滤波器方法流程图。方法400是由步骤410开始，其中预设滤波器系数集合是使用不同的假设参数建立，如使用速率、SNR、以及多普勒(Doppler)频谱。在步骤420中，该滤波器系数是储存于存储器中以作为搜寻表(LUT)310，接着，索引产生器350通过将目前的移动速率估测301及SNR估测302，与储存于该LUT310中的滤波器系数的预设移动速率假设和SNR假设相比，并选择最接近的配对，从LUT 310中选择最佳化滤波器系数(步骤430)，或者，该决定边界可由MSE分析或是效能模拟器预先计算。在步骤440中，滤波器330以该滤波器系数311将该导引符号321滤波，其产生该接收器340的一信道估测331，较佳地，滤波器330执行该导引符号321及该滤波器系数311的一内积函数。
图5所示为根据本发明的适应性信道估测的第二实施例。信道估测电路500包含导引关联器520、滤波器5301-530n、加法器5321-532n、强度平方单元5331-533n、低通滤波器5341-534n、以及选择器535。导引关联器520较佳地是配置以根据关于标准CDMA信号处理的展开码，由该接收通讯信号503去展开该解密导引符号521，每该滤波器5301-530n代表一候选滤波器系数集合，且较佳地是配置给所有连续性运作已产生候选信道估测5311-531n，而非向第一实施例的信道估测电路300中所描述，选择一单一滤波器系数集合，较佳地，一华纳(Wiener)形式滤波器是选择给每该滤波器5301-530n。每该n滤波器系预先设定及选择，以便最小化由于必须由一有限数量滤波器中选择的效能损失，同时仍可涵盖所预期的信道状态范围，较佳地，信道估测电路500所选择的滤波器是与由信道估测电路300所获得的滤波器相同，然而，由于所有的候选滤波器5301-530n是连续性地执行，因此关于过渡的滤波器并非是个问题，且使用较低复杂度的IIR滤波器会较佳，然而，仍可使用FIR滤波器。较佳地，信道估测选择是通过决定每该候选信道估测5311-531n的信号品质所达成，其系通过如下的计算单元所完成。在每该滤波器5301-530n方面，一总和器5321-532n是以该信道估测5311-531n减去来自导引关联器520的输出，其会产生一包含杂讯的估测误差。接着，由强度平方单元5331-533n进行强度平方，并由一低通滤波器5341-534n平均，以产生关于该信道估测5311-531n的一均方误差(MSE)估测Q1-Qn。因此，每该候选信道估测滤波器5301-530n具有其自身的评估电路，以便决定该信道估测的品质。选择器535由具有最小均方误差估测Q1-Qn，或是具有最佳品质信号的该候选信道估测5311-531n中选择该信道估测531F。或者，选择器535计算关于每该候选信道估测5311-531n的一SNR值，并将具有最高SNR的候选信道估测5311-531n选择作为该信道估测531F。因此，选择器535产生一适应性信道估测，其通过选择以涵盖信道状态范围的一滤波器集合，对不同的信道状态做出回应。
当该通讯信号503为一多重路径信号时，导引关联器530较佳地是配置以为每该路径产生一组导引符号521，较佳地为在一特定门槛值上搭载P个最强壮信号的P个预设路径。每该滤波器5301-530n接着为每该信道估测产生P个信道路径估测Cij，且每该候选信道路径估测5311-531n具有n个对应的MSE值，其中，i为估测索引，i由1至n，而j为路径索引，j由1至P。较佳地，由一单一MSE电路执行信道路径估测的多重向量的MSE运算，该电路包含一加法器、一强度平方单元、以及一低通滤波器。举例来说，为了处理关于滤波器5301的多重路径信道路径估测的MSE，该加法器5321、该强度平方单元5331、以及该低通滤波器5341是用以连续性地处理每该向量。或者，多重平行MSE电路可用于同时进行多重路径导引符号以及关于一特定滤波器的信道路径估测的向量处理。
最后，由P个多重路径值组成的该合成信道估测531F，是由该接收器540所处理。最高品质路径估测是被选择给该合成信道估测531F的每该P多重路径元件，举例来说，对P＝8路径及n＝6滤波器来说，信道估测531F是由下列信道估测的合成集合所组成：[Ci1，Ci2，Ci3，Ci4，Ci5，Ci6，Ci7，Ci8]，其中，最佳路径估测(i＝1至6)是独立为每该八个路径选择。
信道估测电路500及信道估测电路300的差别，在于该最佳信道估测是由选择器535由数个候选5311-531n中选出，而不是如同信道估测电路300一样为该信道估测预测最佳滤波器。信道估测电路500的另一个不同处在于，没有移动单元速率估测或SNR估测的正确性考量，因为这些参数并非依赖该信道估测滤波器5301-530n。
图6所示为该适应性信道估测电路500的方法流程图。在步骤610中，是建立一预设的候选信道估测滤波器集合。该多候选信道估测滤波器是连续地运作以同时产生多重信道估测(步骤620)。该接收数据信号是根据已知CDMA展开码以该导引关联器以一去展开程序处理(步骤630)。每该信道估测的一误差估测是决定以作为该信道估测值及该关联器输出之差(步骤640)。接着，是计算误差估测的均方误差(MSE)(步骤650)。选择性地，该SNR估测可由该信道估测及该MSE估测所获得(步骤655)。最后，是选择最佳的信道估测，其具有最低的相关MSE估测值，或是最高的SNR估测值(步骤660)。
尽管第一和第二实施例是以关于一基站和移动WTRUs之间的无线通讯描述，本发明可轻易地适用于在一IEEE 802.11形式系统中通过一存取单元在移动单元间进行的无线通讯上。

Claims (29)

1.一种在一接收器中用于信道估测的装置，该接收器配置以接收来自至少一相对移动无线传输/接收单元(WTRU)的无线通讯信号，该接收器配置以决定相对移动速率的一估测，以及该相对移动WTRU传输的信号杂讯比的一估测，该装置包含：
一关联器，其配置以接收该通讯信号数据，且产生导引符号；
一存储器，其配置以储存具有独特索引值的预设滤波器系数集合；
一索引产生器，其配置以将速率估测值及SNR估测值与一特定滤波器系数集合匹配，并选择与该存储器相关的一对应索引值，以便输出一选择滤波器系数集合；以及
一滤波器，其配置以执行该导引符号与该导引符号的一内积运算，以便产生一信道估测，该选择滤波器系数集合输出来自与该索引产生器相关的该存储器。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于其配置以处理具有P路径的无线通讯信号，其中，该关联器是配置以产生P个导引符号集合，该索引产生器是配置以选择P信道路径估测的对应索引，以及该滤波器是配置以产生包含P信道路径估测的一合成信道估测。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，存储器包含预设系数滤波器集合，其对应FIR华纳(Wiener)形式滤波器。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于其配置以处理一形式的无线通讯信号，该形式为FDD、W-CDMA、TD-SCDMA、OFDM、无线LAN、或前述组合其中之一。
5.一种无线传输/接收单元(WTRU)，其特征在于其具有一包含如权利要求1所述装置的接收器。
6.根据权利要求5所述的WTRU，其特征在于其配置作为一蜂巢式网络的一基站。
7.根据权利要求5所述的WTRU，其特征在于其配置作为一无线区域网络(WLAN)的一存取点(AP)。
8.根据权利要求5所述的WTRU，其特征在于其配置作为一移动单元。
9.一种在一接收器中用于信道估测的装置，该接收器是配置以接收来自至少一相对移动无线传输/接收单元(WTRU)的无线通讯信号，该接收器是配置以决定相对移动速率的一估测，以及该相对移动WTRU传输的信号杂讯比的一估测，该装置包含：
一关联器，其配置以接收通讯信号数据，且产生接收信号的导引符号；
多个N滤波器，其配置以处理所产生的该导引符号，各具有独特滤波器系数以依序产生第一至第N候选信道估测；
一计算元件，其配置以计算第一至第N候选信道估测各候选信道估测的一信号品质；以及
一选择器，其配置以接收第一至第N候选信道估测及信号值的对应品质，以便选择一信道估测，其具有最佳信号品质的该候选信道估测。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于：
该计算元件包含一加法器，其配置以将该候选信道估测减去该导引符号；一强度平方单元，其配置以计算加总输出的平方值；以及一低通滤波器，其从该强度平方单元输出产生一均方误差；以及
该选择器是配置以选择搜寻表中具有最低均方误差的信道估测。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，该计算元件配置以决定一信号杂讯比，且该选择器配置以选择具有最高SNR的该信道估测。
12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于其是配置以处理具有P路径的无线通讯信号，其中，该关联器是配置以产生P组导引符号，该多个N滤波器是配置以产生信道路径估测Cij，其中i表示对应一特定滤波器的信道估测索引，i由1至n，而j表示路径索引，j由1至P，且该选择器为一滤波器，其配置以通过选择各路径的最佳品质候选信道估测而产生一合成信道估测，各该路径是以[Ci1，Ci2，…，CiP]表示。
13.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，该多个N滤波器对应IIR华纳(Wiener)形式滤波器。
14.根据权利要求9所述的装置，其特征在于其是配置以处理一形式的无线通讯信号，该形式为FDD、W-CDMA、TD-SCDMA、OFDM、无线LAN、或前述组合其中之一。
15.一种无线传输/接收单元(WTRU)，其特征在于其具有一包含如权利要求9所述装置的接收器。
16.根据权利要求9所述的WTRU，其特征在于其配置作为一蜂巢式网络的一基站。
17.根据权利要求9所述的WTRU，其特征在于其配置作为一无线区域网络(WLAN)的一存取点(AP)。
18.根据权利要求9所述的WTRU，其特征在于其配置作为一移动单元。
19.一种无线通讯信号的信道估测的方法，该信号由一第一无线传输/接收单元(WTRU)从至少一另一相对移动WTRU所接收，该方法包含：
建立预设信道估测滤波器系数集合，其是根据多个假设相对移动速率以及多个假设信号杂讯比(SNR)值；
估测该至少一传输站台的相对速率；
估测该信道的SNR；以及
根据该估测速率及假设速率间，以及该估测SNR值及假设SNR值间一最接近匹配，选择一滤波器集合。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，该选择是根据均方误差(MSE)估测分析。
21.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，该选择是根据效能模拟。
22.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，该建立通过维持滤波器系数集合的一密度以将与最接近邻近滤波器有关的损失最小化。
23.根据权利要求19所述的方法，其特征在于还包含将该滤波器系数集合储存于一存储器中。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，该存储器是配置作为一搜寻表。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于还包含以额外的滤波器系数集合更新该搜寻表系数，其是根据后续的相对移动速率及信道SNR的测量。
26.一种无线通讯信号数据的信道估测的方法，该信号是由一第一无线传输/接收单元(WTRU)从至少一另一相对移动WTRU所接收，其包含：
去展开该接收通讯信号数据，以产生该接收信号的导引符号；
由多个N滤波器处理各滤波器独特滤波器系数的导引符号集合，以产生第一至第N候选信道估测；
计算第一至第N候选信道估测各候选信道估侧的一信号品质；以及
根据具有最佳信号品质的候选信道估测，从第一至第N候选信道估测中选择一信道估测。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，计算各候选信道估测的信号品质还包含：
从该候选信道估测减去该导引符号，以产生一误差估测值；
计算该误差估测的强度平方值；
从该强度平方单元输出产生一均方误差；以及
选择具有最小均方误差的信道估测。
28.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，该计算该信号品质决定一信号杂讯比，而该选择该信道估测是根据具有最高SNR的该候选信道估测。
29.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，该无线通讯线号包含P路径，该去展开产生P组导引符号，多个N滤波器的处理是产生信道路径估测Cij，其中i表示对应一特定滤波器的信道估测索引，i为1至n，而j表示路径索引，j为1至P，且该选择是通过选择各路径的最佳候选信道估测而产生一合成信道估测，各路径是以[Ci1，Ci2，…，CiP]表示。
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