CN101119167A - 用于测量无线电信道质量的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在无线电通信系统中测量无线电信道质量的方法。在本方法中，在通信信道上接收调制信号。通过利用调制参数以调制该调制信号。解码器对调制信号进行解码(305)并形成解码数据。解码器产生(306)依赖于解码数据的解码器性能指标。然后，产生无线电信道质量指标(RCQI)，无线电信道质量指标基本上不依赖于调制参数。

Description

用于测量无线电信道质量的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于在通信系统中测量无线电信道质量的方法。本发明还涉及与其相应的集成电路、解调器以及软件程序产品。

背景技术

在许多通信系统架构中，例如数字视频广播(DVB)，相同的内容从一个或数个发送器在不同的无线电信道上广播。如果接收质量指标或等级下降且低于某个阈值，则在无线电通信系统中接收信号可被切换至不同的信道。这个过程就是公知的信号移交。

因为接收器在通信网络中移动或者例如有移动物体经过接收器，从而使无线电信道将随时间变化。因此，接收器将不得不测量不同无线电信道的质量以确定哪个信道能够提供足够好的服务质量，并且将信号移交至该信道。

对于分时多元信号而言，当发送信号没有运用接收器当前的接收频率，则接收器可尝试接收另一种频率。

接收器的功率耗损是一个重要的问题。接收器可以是一种由电池供电的装置，如移动电话或任何种类的移动通信装置。因此，为了当前的无线电信道以及可能的信号移交信道，接收器必须尽可能快地评估接收质量指标。

不同的接收质量指标表示信号交接的需求。此种指标可以为例如接收的无线电频率功率或信号强度。在评估不同信道的接收信号强度之后，接收器将做出是否要进行信号移交的决定。评估可基于固定的阈值或不同信道的比较。不同的接收质量指标的其他实施例为：固定的接收导频信号功率、相对的接收导频信号功率或接收的信号噪声比。

这些指标在使用上的主要缺点为对于多重路径的大频带信号或衰减的信道环境而言，信号移交决定不是非常可靠。这些信道经历了改变频率选择和时变衰减，使得用于接收的导频信号的绝对功率意义发生改变。即使是在不同接收信道之间的相对阈值也不能可靠地证明接收器能够解调相应的信号。

Richard W.Koralek等人发表的一篇公开文献“维特比解码器同步与使用度量值的比特误码率测量(Viterbi decoder synchronization andBER measurement using metric values)”表明，维特比解码器中度量值的分布是依赖于通信连接的E_b/N_o的。为了同步和误码率的目的而发展出了度量分布的特殊测量。

公开号为0865176A2的欧洲专利申请涉及一种传送波的接收器，其中具体信息的数据信号以及其正确识别数据信号在相同的频带上被传送。

发明内容

本发明的一个目的是为了解决上述已确定的缺陷。更具体地说，本发明提出了一种更先进的用于测量无线电信道质量的方法。

根据本发明的一方面，提供了一种用于在无线电通信系统中测量无线电信道质量的方法，包括以下步骤：

在无线电信道上接收调制信号，所述调制信号是根据调制参数而被调制的；

对所述调制信号进行解码以形成解码数据；

其特征在于：

根据所述解码数据产生解码器性能指标，其中所述解码器性能指标基于与纠错码的解码相关联的虚拟故障值；

从一组与所述调制参数相关联的确定的函数中选择转移函数；以及

通过利用所述被选择的函数对所述解码器性能指标进行线性化，以形成无线电信道质量指标(RCQI)，其中所述无线电信道质量指标基本上独立于所述调制参数。

根据本发明的实施例，本发明的优点为由于已将调制参数的影响降到最低，从而能够可靠地评估无线电信道质量。无线电质量指标基本上依赖于解码器的对接收数据进行解码的能力。由于只需要几千个数据位就能提供可靠数值，所以无线电信道质量指标提供了一种非常快速的、对接收信号质量的评估。

本发明可进一步包括基于无线电信道质量指标而将无线电信号接受切换至另一个通信信道。

本发明的另一个优点是能够快速完成将无线电信号接受切换至另一个通信信道，并且在接收终端能够有效地使用极少的电力。

本发明还涉及分别在权利要求8、9和10中所述的计算机程序、集成电路以及解调器。

本发明的其他方面将在权利要求中表述。

附图说明

以下将结合附图和非限定性的实施例对本发明的特征和有点作详细的描述。

图1为可应用于本发明的实施例中的现有技术卷积编码器的方框图；

图2为本发明的实施例可应用于其中的通信系统的示意图；

图3为根据本发明实施例的方法的流程图；

图4为解码器性能指标关于接收信号质量的曲线图；以及

图5为无线电信道质量指标关于接收信号质量的曲线图。

在附图中，各标号所代表的部件列表如下：

卷积编码器       101     输入寄存器        102

状态寄存器       103     二进制加法器A     104A

二进制加法器B    104B    换向器开关        105

交错编码位X_j     X_j      交错编码位Y_j      Y_j

发送器           201、202

接收器           203     解调器            204

天线             205     调谐器            206

维特比解码器     207     测量模块          208

接收调制信号       301       均衡                 302

滤波               303       放大                 304

对调制信号进行解码 305       产生解码器性能指标   306

选择转移函数       307       线性化解码器性能指标 308

重新调节           309       确定平均窗口长度     310

平均               311       RCQI≥阈值           312

比较其他信道的RCQI 313

选择适当的信道     314       虚拟故障             PS

瞬时RCQI           INST.RCQI

平均RCQI           AV.RCQI

具体实施方式

本发明可应用于连接任何使用格状调制的系统。格状调制(trellismodulation)，或称格状编码调制，是一种能够在有限频带的信道上高效地传送信息的调制方案。可通过使用卷积解码器，如维特比解码器(Viterbi decoder)，使格状调制数据解调。在调制器端，需要相应的卷积编码器。卷积编码被广泛地使用，例如使用在电信和DVB系统中。

在电信系统中，卷积码是一种纠错码，在纠错码中被编码的每一个m位信息符号被转换为一个n位符号，其中m/n是编码率(n＞＝m)。用于卷积编码的基本硬件单元是一个L+1阶的分接移位寄存器，其中L代表卷积编码器的存储阶数。

图1示出了简单的常规卷积编码器101的一个实施例。该编码器包括用于输入数据的输入寄存器102以及状态寄存器103。在此简化的实施例中，该编码器包括六个状态寄存器。编码器101进一步包括两个二进制加法器104A和104B。在此实施例中，如果各输入位具有相同的值，则二进制加法给出的输出为0，如果各输入位为不同的值，则二进制加法给出的输出为1。对应于各自的加法器104A和104B的不同输出分支x与y的编码位由换向器开关105在编码器输出中结合，以交错编码位x_j与y_j。

图1所示的编码器101按以下方式操作。状态寄存器103首先由某些位初始化，如零位。然后提供第一输入位进入输入寄存器102，并且在二进制加法并从两个不同的加法输出分支中交错位x_j与y_j之后得到编码器输出位。

此外，还可收缩(puncture)编码器101的输出位序列，从而不使所有编码位被传送至接收器进行解码。在编码之后，来自于编码器101的不同输出分支的输出位x_j与y_j被交错，从而由各自的、编码器101的输出分支得到每个其它位，以形成位序列x_j、y_j、x_j+1、y_j+1、x_j+2、y_j+2……。

根据编码方案，可将某些位从位序列中除去，以形成被发送至解码器的收缩位序列。如果在发送的位序列中仍然存在具有相同标示的位，如位x_j+1、y_j+1，则这些位被称为未收缩位。因为需要在无线电信道上传送的位较少，所以收缩可节省频带宽度。如果只有合理数量的位被收缩，则解码性能将不会显著降低。

对于将卷积码解码，存在三种普通的方法。在一种极端情况下，维特比算法执行最大概似法解码且达到最佳性能，但是需要大量的硬件储存与计算。在另一个极端情况下，为了简化硬件，反馈解码牺牲了性能。在这两种极端情况之间，序贯解码依赖于解码器的复杂性在某种程度上接近最佳性能。

在以下示例性的实施例中将使用维特比解码器。最大概似法解码器检测全部被接收的序列，然后尝试从被接收的码中找到具有最小汉明距离(Hamming distance)的有效路径。两个矢量之间的汉明距离被定义为等于在矢量中不同元素的数目。例如，如果X＝(010)且Y＝(001)，则汉明距离为2，这是因为两个向量的第二元素与第三元素均是不同的。通常，可用路径的数目非常大，因此，维特比算法应用最大概似法原则以限制存留的路径。

维特比解码可以由包含多个分支的编码格表示，并且维特比解码器从接收码的相应分支中对每一个存留路径的每一个分支指定度量，该度量等于其汉明距离。对各分支度量相加产生累加路径度量，并且被接收的码最终被解码为具有最小路径度量的存留路径。

维特比解码器也可被称为正反向解码器。在正向解码算法的过程中，对于编码器的每一个可能的输出计算累加路径度量。在正向阶段的末端，将最低路径度量选定为反向阶段的起始点。在反向阶段的过程中，对应于具有最小路径度量值的路径在编码格中被反向追踪，从而对该编码器的输入进行解码。

图2示出了一个通信系统，其中应用了本发明的实施例。在该系统中，数个发送器201和202向接收器203发射出相同内容，如数字电视流。这些数据流在依赖于环境和发送器的不同的无线电信道上传送。例如，发送器201与202使用不同的频率且每一次传送均经历了回波。

在本实施例中，接收器203是通过通用串行总线(USB)连接至解调器204的便携式计算机203。该解调器通常包括接收来自不同无线电信道的信号且连接至调谐器206的天线205。

调谐器206适于选择无线电信道，并且适于处理相应的数据流，从而为维特比解码器207提供处理的数据流。接着，维特比解码器207为计算机203提供解码数据。

解调器204进一步包括用于测量无线电信道的质量并为调谐器206提供相应的无线电信道质量指标(RCQI)的测量模块208，这将在下面做更详细地描述。

在本实施例中还利用了解调器204的其他常规原件，但在此并没有一一示出。

下面参照图3对本发明的一个实施例进行更详细地描述。在步骤301中，解调器204接收调制信号。该调制信号已通过使用某些调制参数调制。例如，调制方案和编码率均可作为调制参数。

在步骤302中，接收信号被均衡。对在由发送器向接收器传送信号的过程中产生的均衡信号失真进行补偿。

然后，在步骤303中，对均衡信号进行滤波，从而过滤掉不需要的频率，然后在步骤304中，将信号放大，以使其更适于解码。

步骤301至304是由调谐器206和解调器204的其他常规元件以常规的方式完成的，在此将不作更详细地描述。

在步骤305中，参照图1的描述，通过利用正反向解码方案由解码器207对调制信号进行解码。

在解码的正向阶段的过程中，在步骤306中，计算解码器性能指标以表示解码器效率。在已描述的实施例中，解码器性能指标是基于虚拟故障(PS)值的。该虚拟故障是介于0和1之间的变量，并且其表示了解码器输入样本的可能性，如与卷积生成兼容的符号。在本文中，卷积生成的兼容性表示接收位与编码器的连续状态兼容。

虚拟故障可以由几种方法计算。计算虚拟故障的一种方法在C.Berrou和C.Douillard的文章“用于在任何编码率下管理维特比解码器的虚拟故障方法(Pseudo-syndrome method for supervising Viterbidecoders at any coding rate)，IEEE Electronics Letters，1994年6月23日，vol 30n°13”中公开。

在此实施例中，通过编码数据流，对应于相同寄存器状态的未收缩位x_j与y_j的不同输出分支的，以及在解码格中计算未收缩位引入解码格中不同路径的次数，计算虚拟故障。然后将该数字与未收缩位的总数相比较以得到虚拟故障值，在本实施例中其即为解码器性能指标。

所得到的解码器性能指标依赖于调制参数，且并不是实际无线电信道质量的良好指标。此外，解码器性能指标表示瞬时值，并且如果无线电信道随时间变化，则其无法给出解码器性能指标的非常可靠的表征。

解码器性能指标可以由如接收信号的比特误码率(BER)来表征。

图4示出了如何参照接收信号质量，如比特误码率的值，来表征解码器性能指标的一个实施例。

在已描述的实施例中，是直接由解码器207产生解码器性能指标的。

然后，基于解码器性能指标产生无线电信道质量指标(RCQI)。

产生过程包括在步骤307中从一组确定的转移函数中选择转移函数。这些函数是基于调制参数而确定的，一个特定的函数与每一组调制参数相关联。

产生过程进一步包括在步骤308中通过使用与当前调制参数相对应的转移函数而线性化性能指标。结果，产生瞬时的RCQI，其基本上不依赖于调制参数，并且只表示无线电信道的质量。

为了达到此目的，可利用如线性函数。对于每一个调制参数，可定义一组参数(a，b)。利用所有可能的参数值，通过模拟得到参数组(a，b)。然后，可得到RCQI，例如，根据下式：RCQI＝a×PS+b。

然后在步骤309中重新调节瞬时的RCQI以遍布适合的范围，如0到100之间。由于RCQI值是基于表示瞬时值的解码器性能指标，所以在此阶段得到的RCQI值也表示瞬时值。

为了得到平均RCQI值，在平均窗口中对数个瞬时RCQI的样本进行平均。在步骤310中，确定平均窗口的长度。有利地，平均窗口的长度依赖于无线电信道特性。例如，如果接收器正在迅速改变无线电信道，那么平均窗口长度将增加，反之当无线电信道质量在某一段时间内基本稳定时，窗口的长度可更短。

然后在步骤311中，表示瞬时信道质量的RCQI样本被平均，从而形成可表示平均无线电信道质量的RCQI值。因此，平均的目的是为了使RCQI值在无线电信道上不受到干扰变化的影响。例如，通过将瞬时RCQI值作平均使得在被检测的无线电信道质量上的经过车辆的影响减到最小。

图5示出了RCQI相对于接收信号质量的示意图。在此，表示接收信号质量的单位是多重协议封装误帧率(MFER)。由于用于RCQI的计算方法，该指标线性地依靠于信号质量，并且可由图5所示的直线表示，高RCQI值对应于高信道质量。

根据本发明的一个实施例，RCQI仅依赖于接收器对接收数据进行解码的能力。基于表征平均信道质量的RCQI值，如果解码器能够不依赖于调制参数和接收缺陷类型对接收数据进行解码，则可可靠地确定RCQI值。

根据本发明，所得到的RCQI为无线电信道质量的表征，并且不依赖于调制参数，如调制协议和频率等。当多个RCQI不依赖于其各自的调制参数时，则能够直接比较不同无线电信道的RCQI，即无需换算表等。因此，所得到的RCQI可快速地、可靠地确定无线电信道的质量而不依赖于调制参数。

在本实施例中，由调谐器206使用RCQI值，例如在移交过程中确定是否需要将接收无线电信号切换至另一个信道。为了达到此目的，接收器扫描其它可用的信道并估算它们的RCQI。

在步骤312中，将表征当前通信信道的平均信号质量的RCQI与固定的阈值t比较。如果RCQI等于或大于该阈值t，则可以推定当前信道的质量足以进行通信并且不需要执行移交。然后无线电信道质量评估程序再次启动以更新RCQI值。

另一方面，如果RCQI低于该阈值t，则可推定当前信道的无线电信道质量是不够好的。然后，在步骤313中，将当前信道的RCQI与其他信道的RCQI值进行比较。通过比较不同信道的RCQI，接收器可靠地决定哪一个信道可提供最佳无线电信道质量。如果所有其他信道的RCQI值均高于当前信道的RCQI值，则在步骤314中，有利地执行移交至具有最高RCQI值的信道。之后，无线电信道质量评估将再次启动。

以上公开了本发明的一个实施例，但是其他实施例也是可能实现的。例如，编码器可具有任意数目的状态寄存器103且本发明同样不受二进制加法器104的数目的限制。

在本发明的一些实施例中，可不需要等化、滤波、或/及放大等。此外，它们可按与上述不同的顺序分布。

RCQI或其他依赖于RCQI的信号质量信息也可为了接收器的使用者而显示在接收器的显示器上，如计算机203。

本发明还涉及当在系统的计算机装置上加载并执行时，能够执行根据本发明实施例的方法的相应的计算机程序产品。

本发明同样涉及执行根据本发明实施例的任何方法步骤的集成电路。

此外，本发明还涉及执行根据本发明实施例的任何方法步骤的相应的解调器。该解调器能够被实施为例如集成电路。

虽然上述本发明的实施例是在DVB的背景下，但可以理解，而本发明同样可用于其他通信系统。

Claims (10)

1.一种用于在无线电通信系统中测量无线电信道质量的方法，包括以下步骤：

在无线电信道上接收调制信号(301)，所述调制信号是根据调制参数而被调制的；

对所述调制信号进行解码以形成解码数据(305)；

其特征在于：

根据所述解码数据产生解码器性能指标(306)，其中所述解码器性能指标基于与纠错码的解码相关联的虚拟故障值；

从一组与所述调制参数相关联的确定的函数中选择转移函数(307)；以及

通过利用所述被选择的函数对所述解码器性能指标进行线性化(308)，以形成无线电信道质量指标，其中所述无线电信道质量指标基本上独立于所述调制参数。

2.如权利要求1所述的用于在无线电通信系统中测量无线电信道质量的方法，其中所述解码步骤包括对收缩位序列进行卷积解码(305)。

3.如前述权利要求中任意一项所述的用于在无线电通信系统中测量无线电信道质量的方法，其中产生所述解码器性能指标的步骤(306)包括计算未收缩位在解码格中引入不同路径的次数，以及将所获得的次数与未收缩位的总数进行比较。

4.如前述权利要求中任意一项所述的用于在无线电通信系统中测量无线电信道质量的方法，其中产生所述无线电信道质量指标的步骤包括重新调节所述无线电信道质量指标(309)。

5.如前述权利要求中任意一项所述的用于在无线电通信系统中测量无线电信道质量的方法，其中产生所述无线电信道质量指标的步骤包括基于无线电信道特性确定平均窗口的长度(310)，以及对所述平均窗口中的多个无线电信道质量指标进行平均(311)。

6.如前述权利要求中任意一项所述的用于在无线电通信系统中测量无线电信道质量的方法，进一步包括在用户终端显示器上显示所述无线电信道质量指标。

7.如前述权利要求中任意一项所述的用于在无线电通信系统中测量无线电信道质量的方法，进一步包括基于所述无线电信道质量指标在无线电信道之间切换无线电信号接收(314)。

8.一种计算机程序产品，包括当在所述系统的计算机装置上加载并运行时，用于执行权利要求1至7中任意一项所述的方法步骤的指令。

9.一种用于在无线电通信系统中测量无线电信道质量的集成电路，其中所述集成电路包括以下装置：

在无线电信道上接收调制信号的装置，所述调制信号是根据调制参数而被调制的；

对所述调制信号进行解码以形成解码数据的装置；

其特征在于所述集成电路还包括以下装置：

根据所述解码数据产生解码器性能指标的装置，其中所述解码器性能指标基于与纠错码的解码相关联的虚拟故障值；

从一组与所述调制参数相关联的确定的函数中选择转移函数的装置；以及

利用所述被选择的函数对所述解码器性能指标进行线性化、以形成无线电信道质量指标的装置，其中所述无线电信道质量指标基本上独立于所述调制参数。

10.一种用于在无线电通信系统中测量无线电信道质量的解调器(204)，其中所述解码器包括以下装置：

在无线电信道上接收调制信号的装置，所述调制信号是根据调制参数而被调制的；

对所述调制信号进行解码以形成解码数据的装置；

其特征在于所述解调器(204)还包括以下装置：

根据所述解码数据产生解码器性能指标的装置，其中所述解码器性能指标基于与纠错码的解码相关联的虚拟故障值；

从一组与所述调制参数相关联的确定的函数中选择转移函数的装置；以及

利用所述被选择的函数对所述解码器性能指标进行线性化、以形成无线电信道质量指标的装置，其中所述无线电信道质量指标基本上独立于所述调制参数。

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