CN101346962A

CN101346962A - 用于使用下行链路前导测量载波干扰噪声比的装置和方法

Info

Publication number: CN101346962A
Application number: CNA2006800493144A
Authority: CN
Inventors: 郭起永; 李康珉; 吴知明
Original assignee: Posdata Co Ltd
Current assignee: POSDATA株式会社; Posdata Co Ltd
Priority date: 2005-12-31
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2009-01-14
Also published as: KR100793315B1; KR20070072225A; WO2007078084A1; EP1966964A1; US20080299983A1

Abstract

本发明提出了一种在数字通信系统中使用下行链路前导测量载波干扰噪声比(CINR)的装置和方法。更具体地，本发明提出了一种在使用正交频分复用(OFDM)技术或正交频分多址(OFDMA)技术的数字通信系统中使用分别与多个小区或扇区对应的接收信号的前导来测量多个CINR以及使用这些CINR来执行切换以及反向功率控制的装置和方法。根据该装置和方法，容易地测量CINR并使用所测量的CINR来执行切换以及反向功率控制是可能的。因此，即使在恶劣的信道环境中，也可以通过将由基站所接收的CINR保持在适当的等级来减少性能上的恶化。

Description

用于使用下行链路前导测量载波干扰噪声比的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于在数字通信系统中使用下行链路前导(preamble)测量载波干扰噪声比(CINR)的装置和方法。更具体地，本发明涉及一种用于在使用正交频分复用(OFDM)技术或正交频分多址(OFDMA)技术的数字通信系统中使用分别与多个小区或扇区对应的接收信号的前导来测量CINR并且使用该CINR来执行切换以及反向功率控制的装置和方法。

背景技术

当信号通过多径信道传输时，由多径引起的符号间干扰(ISI)存在于接收的信号中。为降低由ISI所引起的信号失真，符号周期必须长于信道延时扩展。作为一种能够简单地补偿存在于多径信道中的这种失真的调制方法，已经提出了一种正交频分复用(OFDM)技术(或正交频分多址(OFDMA)技术)。不同于使用单载波的发射技术，OFDM技术使用多个相互正交的子载波来传输数据。更具体地，OFDM技术对输入数据执行与用于调制的子载波的数量相同的次数的串并转换，并使用相应的子载波调制每个转换过的数据，从而将每个子载波的符号周期增加子载波的个数，同时保持原来的数据传输率。由于OFDM技术使用相互正交的子载波，所以其比传统的频分复用(FDM)技术具有更好的带宽效率和更长的符号周期。因此，OFDM技术比单载波调制技术更能抵抗ISI。

在OFDM系统中，收发机单元执行离散傅立叶逆变换(IDFT)和离散傅立叶变换(DFT)的调制/解调过程，这个过程可以由快速傅立叶逆变换(IFFT)和快速傅立叶变换(FFT)来有效地实现。这里，当将比信道延时扩展更长的保护间隔插入到每个发射符号周期中时，就保持了子载波的正交性。

在上述OFDM系统中，信道信号质量的精确测量对于功率控制或调制/解调来说是极其重要的。载波干扰噪声比(CINR)是一个用来评估信道信号质量的量的实例，并用于根据用于自适应功率控制或自适应调制和编码方案(MCS)的装置中的信道质量来控制功率并调整调制和编码方案(MCS)。这里，将CINR定义为总子载波信号功率除以总干扰和噪声功率，并且在OFDM系统中CINR可以是用于确定信道质量的参考量。

同时，在今天的蜂窝移动通信环境中，切换是指，当移动终端在小区内从一个扇区移动到另一个扇区或从一个小区移动到另一个小区时，自动地将当前通信信道改变至另一个通信信道的过程，因此，需要确保终端的移动性。为了切换和其他原因，管理每个小区或扇区的基站需要不断地检查终端的信道状态。此外，终端本身需要通过检查基站的信道质量来保持良好的信道状态。

在本发明中，提出了新的技术，其在数字通信系统中使用接收信号的前导使CINR的测量更简单和精确，并且使用于多种目的(诸如，切换等)的CINR的利用更有效。

发明内容

技术问题

本发明旨在使用前导来更简单地和更精确地测量接收信号的载波干扰噪声比(CINR)。

本发明还旨在通过插值运算和平均运算来从前导符号中更精确地估计前导信号。

本发明还旨在测量和比较分别与多个小区或扇区对应的CINR，从而执行切换来用于确保用户终端的移动性。

本发明还旨在根据频率复用因子(frequency reuse factor)来选择性地提取干扰分量信号和噪声分量信号，从而测量更精确的CINR。

本发明还旨在使用所测量的CINR来控制通信终端的发射功率，从而可以将在基站处所接收到的信号的强度保持在合适的级别上。

本发明还旨在向基站报告由通信终端所测量的CINR，从而基站可以识别通信终端的信道状态等，并将其用于调度。

技术方案

本发明的一方面提供了一种用于测量载波干扰噪声比(CINR)的装置，包括：前导符号获取单元，用于从基带频率信号中获取分别与多个小区或扇区对应的多个前导符号；信号估计单元，用于从每个前导符号来估计前导信号和数据信号；功率计算单元，用于关于每个小区或扇区，计算所估计的数据信号的功率值以及从前导符号和所估计的前导信号来计算噪声信号的功率值；CINR计算单元，用于关于每个小区或扇区，使用数据信号的功率值和噪声信号的功率值来计算CINR；以及切换判决单元，用于相互比较多个CINR并确定是否执行切换。

本发明的另一方面提出了一种使用前导测量CINR的方法，包括以下步骤：从基带频率获取分别与多个小区或扇区对应的多个前导符号；从每个前导符号中估计前导信号和数据信号；关于每个小区或扇区，从前导符号和所估计的前导信号中计算所估计的数据信号的功率值和噪声信号的功率值；关于每个小区或扇区，使用数据信号的功率值和噪声信号的功率值来计算CINR；以及相互比较多个CINR并且确定是否执行切换。

有益效果

根据本发明，可以使用前导更容易地且精确地测量接收信号的载波干扰噪声比(CINR)。

此外，根据本发明，可以通过插值运算和平均运算从前导符号中更有效地估计前导信号。

此外，根据本发明，测量并且相互比较分别与多个小区或扇区对应的多个CINR以执行切换，从而可以在移动期间保持无缝的通信服务。

此外，根据本发明，根据频率复用因子选择性地提取噪声分量信号和干扰分量信号，从而可以更精确地测量CINR。

此外，根据本发明，基站使用CINR来控制通信终端的发射功率，从而可以适当地调整从通信终端接收到的信号的强度。

此外，根据本发明，使用所测量的CINR来生成适于变化的通信环境的最佳发射功率，从而可以进一步提高通信质量。

此外，根据本发明，将由通信终端所测量的CINR报告给基站，从而，基站可以识别通信终端的信道状态，并且适当地克服信道质量的恶化。

附图说明

图1是示出了一般的正交频分复用(OFDM)收发机的结构的框图；

图2示出了根据本发明示例性实施例中的段(segment)的前导结构；

图3是示出了根据本发明示例性实施例的用于测量多个小区或扇区中的载波干扰噪声比(CINR)的装置的框图；

图4是示出了根据本发明示例性实施例的确定是否执行切换的CINR测量装置的结构的框图；

图5是示出了根据本发明示例性实施例的控制发射功率的CINR测量装置的结构的框图；

图6是示出了根据本发明示例性实施例的报告CINR的CINR测量装置的结构的框图；

图7是示出了根据本发明示例性实施例的信号估计单元的结构的框图；

图8是示出了根据本发明示例性实施例的功率计算单元的结构的框图；

图9是示出了根据本发明示例性实施例的基于前导的功率计算单元的结构的框图；

图10是示出了根据本发明示例性实施例的CINR计算单元的结构的框图；

图11是示出了根据本发明示例性实施例使用前导测量多个小区或扇区中的CINR的方法的流程图；

图12是示出了根据本发明示例性实施例使用提供服务的小区中的前导测量CINR的方法的流程图；以及

图13示出了显示根据本发明示例性实施例使用前导测量CINR的仿真结果的曲线图。

*上述附图中主要符号的描述

401：前导符号获取单元

402：信号估计单元

403：功率计算单元

404：CINR计算单元

405：切换判决单元

具体实施方式

在本说明书中，术语“通信终端”指的是便携式电气/电子装置，包括各种手持无线通信装置：具有通信功能的设备、便携式终端、以及国际移动电信(IMT)-2000终端。具有通信功能的设备包括：个人数字蜂窝(PDC)电话、个人通信业务(PCS)电话、码分多址(CDMA)-2000(1X和3X)电话、宽带CDMA(WCDMA)电话、双带/双模电话、全球移动通信系统(GSM)电话、移动宽带系统(MBS)电话、数字多媒体广播(DMB)终端、智能手机、正交频分复用(OFDM)/正交频分多址(OFDMA)通信终端等。便携式终端包括：个人数字助理(PDA)、手持个人计算机(PC)、笔记本计算机、膝上型计算机、无线宽带互联网(WiBro)终端、运动图象专家组层3(MP3)播放器等。并且，IMT-2000终端提供了国际漫游服务和扩展的移动通信服务。通信终端可以具有预定的通信模块，诸如，OFDMA模块、CDMA模块、蓝牙模块、红外通信模块、有线/无线局域网(LAN)卡、以及装配有全球定位系统(GPS)芯片以能够使用GPS系统进行定位的无线通信装置。此外，通信终端装配有能够播放多媒体的微处理器，从而执行特定的操作。

另外，术语“噪声”(或“噪声信号”)包括当频带彼此重叠和信号彼此混合时出现的信道之间的干扰以及在无线通信环境中产生的不想要的异常噪声。噪声不仅包括打算发射的数据信号，还包括在发射/接收过程期间所包含的所有其他信号。因此，在本发明中，可以认为“噪声”以及“噪声与干扰”是相同的。

在下文中，将参照图1至图13详细地描述根据本发明示例性实施例使用下行链路前导(下文被称作为“前导”)来测量载波干扰噪声比(CINR)的装置和方法。然而，本发明并不限于下文所揭露的示例性实施例，而是可以以多种形式来实现。因此，提供本示例性实施例用于本发明的完全公开并且向那些本领域的普通技术人员充分传达本发明的范围。

图1是示出了一般的正交频分复用(OFDM)收发机的结构的框图。如图1所示，一般的OFDM收发机包括：串/并转换器、快速傅立叶变换(FFT)装置或快速傅立叶逆变换(IFFT)装置、以及频率转换器。

发射单元的串/并转换器将串行输入的数据流转换为总计与子载波数相同的并行数据流，IFFT装置对每个并行数据流执行IFFT运算。在频率转换之后，将IFFT数据转换回串行数据并发送出去。接收单元接收经过有线/无线信道所发送的信号，并在解调过程之后输出数据，其中，该解调过程是由发射单元所执行的过程的逆过程。

图2示出了根据本发明示例性实施例中的段的前导结构。如图2所示，将用于减少来自相邻频带的干扰的保护带放置在多个子载波的左侧和右侧，并且还包括直流(DC)子载波(其为无用载波)。此外，如图2所示，每隔两个子载波就是一个前导子载波，并且该子载波可以用于初始同步、小区搜索、频率偏移和信道估计。

图3是示出根据本发明示例性实施例的用于测量多个小区或扇区中的CINR的装置的框图。

如图3所示，分别与多个小区或扇区对应的CINR测量装置302使用FFT单元301对接收到的基带信号执行预定的FFT预处理，以将该信号转换为频域信号。

转换至频域的接收信号包括：可以用于初始同步或小区搜索的前导信号，用于信道和载波频偏估计的导频信号，包括实际数据、噪声分量等的数据信号。在本发明中，使用前导信号来测量CINR。

一般而言，前导信号具有比数据信号和导频信号更高的信号功率级，从而即使在恶劣的信道环境中也可以容易地获得前导信号。因此，本发明使用前导信号来测量CINR，从而提高精确度。

另外，根据本发明，分别与多个小区或扇区对应的FFT单元301或CINR测量装置302可以基于硬件通过时分(time division)来共享一个FFT单元301或一个CINR测量装置302。例如，当仅使用一个FFT单元301来将接收信号变换至频域时，可以将预定时间周期划分为多个足够小的时间间隔，并且将每个时间间隔周期性地分配给每个接收信号。因此，接收信号可以通过FFT单元301而不相互重叠。这样，一个FFT单元301可以容易地将分别从多个小区或扇区接收到的信号变换至频域。

本发明的CINR测量装置302可以在诸如通信终端的数字通信系统中实现，而该数字通信系统可以是基于下述中的至少一个：电气和电子工程师学会(IEEE)802.16d/e标准、无线宽带互联网(WiBro)、以及全球微波接入互操作性(WiMAX)。

同时，切换判决单元303从CINR测量装置302中接收分别与多个小区或扇区对应的CINR，将这些CINR相互比较，并执行向具有更好的通信环境的小区或扇区的切换。换言之，根据本发明，基于分别为多个小区或扇区所测量的CINR执行更积极和有效的切换是可能的。

图4是示出根据本发明示例性实施例的确定是否执行切换的CINR测量装置302的结构的框图。

如图4所示，CINR测量装置302包括前导符号获取单元401、信号估计单元402、功率计算单元403、CINR计算单元404、以及切换判决单元405。

前导符号获取单元401从基带频率信号中获取前导符号(或前导符号信号)。作为本发明的实例，前导符号获取单元401用基带频率信号(其为OFDM/正交频分多址(OFDMA)信号)的多个子载波乘以前导码，或对其执行异或(XOR)运算，从而获得将被用于测量CINR的前导符号。

已经根据每种信道模式调整了前导符号的发射位置，并且前导符号具有正交性。因此，可以通过用具有经调整的统一模式的前导序列(码)乘以接收信号的子载波来容易地提取前导符号。前导码是为每个小区或扇区所确定的唯一值，并且该前导码被从管理该小区或扇区的基站发送至终端。

例如，当使用二进制相移键控(BPSK)来调制具有先前所设置的统一模式的前导信号时，由于使发射信号与两个相位(即，0和π)对应并且通过BPSK发送，故前导序列与复数的1和-1对应。因此，可以通过计算前导序列和接收到的基带信号之间的相关来单独获取期望的前导符号。

信号估计单元402从由前导符号获取单元401获取的前导符号来估计前导信号和数据信号。由于前导信号和噪声与干扰信号混合在由前导符号获取单元401获取的前导符号中，所以信号估计单元402只从前导符号来估计前导信号，然后再基于该前导信号估计噪声和干扰分量信号。另外，信号估计单元402基于所估计的前导信号值来估计数据信号。下面将参照图7进一步详细描述信号估计单元402的操作。

功率计算单元403计算由信号估计单元402所估计的数据信号的功率值，并使用由前导符号获取单元401获取的前导符号和由信号估计单元402所估计的前导信号之间的差值来计算噪声信号的功率值。

换言之，功率计算单元403通过对数据信号和噪声信号取平方来计算功率值。另外，关于多个前导符号，功率计算单元403将数据信号的功率值和噪声信号的功率值分别累加预定次数，从而进一步提高CINR计算的准确性。下面将参照图8进一步详细描述功率计算单元403的操作。

CINR计算单元404使用由功率计算单元403计算的数据信号的功率值和噪声信号的功率值来计算CINR。将CINR定义为总子载波信号功率除以总干扰和噪声功率。因此，CINR计算单元404可以通过数据信号的功率值除以噪声信号的功率值来计算CINR。

(公式1)

CINR = \frac{G \cdot Σ_{n = 0}^{N - 1} {| \hat{h} (n) |}^{2}}{Σ_{n = 0}^{N - 1} {| p (n) - \hat{h} (n) |}^{2}}

公式1表示使用功率计算单元403和CINR计算单元404来计算CINR的过程。这里，表示根据本发明所估计的前导信号，p(n)表示前导信号分量与噪声分量混合的前导符号，N表示每个终端的累加参数，以及G表示用于将使用前导符号所测量的信号调整为数据信号增益的参数。

另外，n表示前导符号子载波索引(index)，而N表示可以基于功耗所确定的并且从下行链路帧中获取的最大前导载波索引。在多区域的情况下，N表示可以从相应的区域获取的最大值。换言之，N是前导符号子载波的个数。

根据本发明的另一示例性实施例，可以测量分别与多个小区或扇区对应的多个CINR，并将其用于切换。

更具体地，使用与每个小区或扇区对应的前导码，前导符号获取单元401可以从与小区或扇区对应的基带频率信号中获取该小区或扇区的前导符号。

另外，信号估计单元402估计分别与由前导符号获取单元401获取的前导符号对应的前导信号和数据信号。随后，关于每个小区或扇区，功率计算单元403计算由信号估计单元402估计的数据信号的功率值以及从由前导符号获取单元401获取的前导符号和由信号估计单元402估计的前导信号之间的差值来计算噪声信号的功率值。

另外，CINR计算单元404使用由功率计算单元403根据小区或扇区所计算的数据信号的功率值和噪声信号的功率值来计算每个小区或扇区的CINR。

本发明的CINR测量装置302还包括切换判决单元405，其相互比较根据多个小区或扇区所测量的多个CINR并确定是否执行切换。

切换判决单元405相互比较根据多个小区或扇区所测量的多个CINR并向具有更好CINR的小区或扇区执行切换。这样，在移动期间保持无缝的通信服务并执行更积极的且有效的切换用来改善通信环境是可能的。

图5是示出了根据本发明示例性实施例的控制发射功率的CINR测量装置的结构的框图。

如图5所示，CINR测量装置包括前导符号获取单元501、信号估计单元502、功率计算单元503、CINR计算单元504、以及发射功率控制单元505。

前导符号获取单元501、信号估计单元502、功率计算单元503、以及CINR计算单元504与前述实施例中的相同。

另外，本示例性实施例的CINR测量装置还包括发射功率控制单元505，其基于CINR在变化的通信环境中生成最佳发射功率。

一般而言，当终端离开基站时信号衰减增加，并且当终端向基站移动时信号衰减减少。因此，需要功率控制以将信号衰减的影响最小化。本发明的发射功率控制单元505使用CINR作为用于确定信号衰减的参考量并根据该信号衰减调整发射功率级。

图6是示出根据本发明示例性实施例的报告CINR的CINR测量装置的结构的框图。

如图6所示，CINR测量装置包括前导符号获取单元601、信号估计单元602、功率计算单元603、CINR计算单元604、以及CINR报告单元605。

前导符号获取单元601、信号估计单元602、功率计算单元603、以及CINR计算单元604与图4和图5中示出的前述实施例中的相同。

CINR报告单元605将从当前服务小区或服务扇区所测量的CINR发送到相应的基站。然后，基站可以使用报告的CINR调度用于有效的通信环境的无线资源因子。

CINR报告单元605将CINR转化为基站所要求的格式，例如，分贝(dB)标度、平均值、以及方差，并将其报告给基站，从而使基站能使用该CINR。

考虑到报告的CINR，基站可以自适应地改变无线资源因子例如，调制方案、编码方案、代码类型、编码率等。另外，基站可以使用该CINR来监控反向信道的状态以获取纠错信息，将其与预定值比较，并命令终端根据该结果增大或减小输出。通过用这种方法来调整反向信道的功率，基站可以满足通信质量需求并同时使容量最大化。

图7是示出根据本发明示例性实施例的信号估计单元402的结构的框图。如图7所示，信号估计单元402包括插值运算单元701和平均运算单元702。

插值运算单元701接收前导符号并在频域中执行插值运算，从而生成预定的虚前导符号集。根据本发明，从前导符号获取单元401获取的前导符号的信息总量(即，数量)并不足以用于估计前导信号或用于其他目的。因此，需要一种方法用于使用前导符号来更有效地估计前导信号。

根据本方法的实例，插值运算单元701复制前导符号以增加数量，并通过预定的差值运算来计算增加的前导符号之间的中间值，从而生成适于估计前导信号的虚前导符号集。

插值运算可以使用线性插值、二次插值、三次样条插值、使用低通滤波器的插值等。可以根据系统需求和精确度恰当地选择插值运算。

平均运算单元702在时域中对由插值运算单元701生成的虚前导符号集执行平均运算，从而估计前导信号。虚前导符号集包括噪声分量信号和干扰分量信号以及前导信号。噪声分量信号和干扰分量信号是形形色色的白噪声并且其生成频率和电平具有随机概率分布。因此，当平均运算单元702在时域中对包含于虚前导符号集中的所有前导符号求和并取平均时，抑制了所有的噪声分量信号和干扰分量信号，而可以容易地仅提取期望的前导信号。

另外，增益映射单元703最后使用前导信号估计数据信号。一般而言，基于信道结构或OFDMA/OFDM的符号结构，前导信号的发射功率不同于数据信号的发射功率。因此，为从前导信号估计数据信号，增益映射单元703用适当的权乘以所估计的前导信号，从而调节增益。

例如，当前导信号的电平比数据信号的电平高出预定功率(以dB所测量的)时，可以通过适当地映射增益来估计数据信号，从而使前导信号电平对应于数据信号电平。

这样，信号估计单元402可以通过插值运算单元701、平均运算单元702、以及增益映射单元703的操作更精确和容易地提取数据信号。

图8是示出了根据本发明示例性实施例的功率计算单元403的结构的框图。如图8所示，功率计算单元403接收所估计的数据信号值、估计的前导信号值以及前导符号，并输出数据信号功率值和噪声信号功率值。

功率计算单元403可以从前导符号和所估计的前导信号之间的差值中提取噪声信号。更具体地，由于前导符号包括前导信号以及干扰和噪声信号，因此通过将所估计的前导信号从前导符号(801)中减去来单独提取干扰和噪声信号是可能的。另外，在平方运算(802)之后，功率计算单元403对数据信号和噪声信号执行预定次数的累加运算(803)，从而计算数据信号功率值和噪声信号功率值。

图9是示出了根据本发明示例性实施例的依靠频率复用因子的功率计算单元的结构的框图。

频率复用因子是指示频率效率的参数，其表示整个频带被划分和分配的个数。频率复用因子被用在增加每单位面积的信道数量的方法中。

在本发明中，可以应用不同的方法来根据频率复用因子计算噪声和干扰分量的功率。

更具体地，当频率复用因子不为1时，不同的频带可以用于一个小区或扇区中。因此，在图2的结构中，只有在发射前导的位置处的噪声和干扰分量才应该考虑。

另一方面，当频率复用因子为1时，相同的频带可以用于一个小区或扇区的各处。因此，在图2的结构中，在未发射前导符号的位置处的符号值包括噪声和干扰分量。因此，当频率复用因子为1时，在CINR的计算中必须考虑噪声和干扰因子。换言之，根据本发明，当频率复用因子为1时，功率计算单元还在噪声信号的功率值中包括除了前导符号之外的符号的功率值。

如图9所示，选择器901根据频率复用因子闭合或断开开关，从而执行将在未发射前导符号的位置处的符号值加为噪声和干扰分量的运算或执行从噪声和干扰分量中除去该符号值的运算。

当频率复用因子为1时，通过下面给出的公式2计算CINR。

(公式2)

CINR = \frac{G \cdot Σ_{n = 0}^{N - 1} {| \hat{h} (n) |}^{2}}{Σ_{n = 0}^{N - 1} {| p (n) - \hat{h} (n) |}^{2} + Σ_{m = 0}^{M - 1} {| p (m) |}^{2}}

这里，

表示根据本发明所估计的前导信号，p(n)表示前导信号分量与噪声分量混合的调制下行链路(DL)前导符号，p(m)表示混合有噪声(包括干扰)分量的未调制的DL前导符号，以及G表示用于将使用前导符号所测量的信号调整为数据信号增益的参数。另外，n表示前导符号子载波索引，N表示可以基于功耗所确定的并从下行链路帧中所获取的最大前导载波索引，以及M表示累加参数。换言之，N是调制过的前导符号子载波数，以及M表示未调制过的前导符号子载波数。同时，p(m)不包括左保护间隔、右保护间隔、以及DC子载波。

当公式2与公式1比较时，公式2还包括指示在未发射前导的位置处的符号值的信号p(m)的功率值，其在指示噪声分量信号和干扰分量信号的总功率的分母中。即，当频率复用因子为1时，在噪声信号的总功率值中还包括除了前导符号之外的符号的功率值。

这样，根据本发明，是否提取噪声分量信号和干扰分量信号取决于频率复用因子，以便可以更精确地测量CINR。

图10是示出了根据本发明示例性实施例的CINR计算单元404的结构的框图。信噪比(SNR)是信号发射系统中的信号电平与噪声电平的比率。在根据本发明的OFDM/OFDMA系统中，CINR可以作为载波信噪声比的实例而被测量。CINR(通常以dB为单位来表示)定义为总子载波信号功率除以总噪声和干扰功率，并且在本发明中可以使用数据信号的功率值和噪声信号的功率值来获得CINR。

在CINR计算单元404中，为计算CINR，取噪声信号功率值的倒数(1001)并且将该倒数与数据信号功率值(1002)一起输入到乘法器。

同时，根据本发明另一示例性实施例，使用前导和频率复用因子执行切换的CINR测量装置包括前导获取单元、信号估计单元、功率计算单元、CINR计算单元、以及切换判决单元。前导获取单元从基带频率信号中获取分别与多个小区或扇区对应的多个前导符号。信号估计单元从每个前导符号估计前导信号和数据信号。关于每个小区或扇区，功率计算单元从前导符号和所估计的前导信号来计算所估计的数据信号的第一功率值和噪声信号的第二功率值。关于每个小区或扇区，CINR计算单元使用第一功率值和第二功率值来计算CINR。切换判决单元相互比较多个CINR并且确定是否执行切换。根据频率复用因子，功率计算单元确定是否在未发送前导符号的位置处的符号的第三功率值加到第二功率值。

图11是示出根据本发明示例性实施例的使用前导测量分别与多个小区或扇区对应的CINR的方法的流程图。

在步骤1101中，从基带频率信号中获取分别与多个小区或扇区对应的多个前导符号。

根据示例性实施例，在步骤1101中，用基带频率信号的多个子载波(其为OFDM/OFDMA信号)乘以预定的前导码，或者对它们执行XOR运算，从而可以获取将被用来测量CINR的多个前导符号。

已经根据每种信道模式预先调节了前导符号的发射位置，并且前导符号具有正交性。因此，通过用具有调节过的统一模式的前导序列(码)乘以接收信号的子载波，来容易地提取多个前导符号。

在步骤1102中，从每个前导符号中估计前导信号和数据信号。由于前导信号以及噪声分量信号和干扰分量信号混合于步骤1101中所获得的前导符号中，所以在本步骤中从前导符号估计前导信号。

步骤1102包括以下子步骤：在频域中对前导符号执行插值运算以生成虚前导符号集，以及在时域中对虚前导符号集执行平均运算以估计前导信号。

由于在步骤1101中所获得的前导符号的信息总量(即，数量)通常并不足以用来估计前导信号或用于其他目的，故需要一种使用前导符号来更有效地估计前导信号的方法。

为此，在生成虚前导符号集的子步骤中，前导符号被输入、复制和增加，并且通过预定的插值运算来计算所增加的前导符号之间的中间值，从而生成适于估计前导信号的虚前导符号集。

插值运算可以使用线性插值、二次插值、三次样条插值、使用低通滤波器的插值等。可以根据系统需求和准确度来恰当地选择插值运算。

另外，在估计前导信号的子步骤中，在时域中对虚前导符号集执行平均运算，从而估计前导信号。虚前导符号集包括噪声分量信号和干扰分量信号以及前导信号。噪声分量信号和干扰分量信号是形形色色的白噪声并且其生成频率和电平具有随机概率分布。因此，在本步骤中，当在时域中对包含于虚前导符号集中的所有前导符号求和并取平均时，抑制了所有的噪声分量信号和干扰分量信号，并且可以容易地仅提取期望的前导信号。

另外，在本步骤中，为了使用前导信号最终来估计数据信号，用适当的权乘以所估计的前导信号值，从而调节增益。例如，当前导信号的电平比数据信号的电平高出预定功率时(以dB为单位)，可以通过适当地映射增益来估计数据信号，从而使前导信号电平对应于数据信号电平。

在步骤1103中，接收所估计的数据信号和前导信号、以及前导符号，并且计算数据信号的功率值和噪声信号的功率值。更具体地，在本步骤中，关于每个小区或扇区，计算在步骤1102中所估计的数据信号的功率值，并从所估计的前导信号和在步骤1101中所获得的前导符号来计算噪声信号的功率值。

前导符号包括前导信号以及干扰和噪声信号。因此，可以通过从前导符号中减去所估计的前导信号来单独提取干扰和噪声信号。此外，在本步骤中，在平方运算之后，对所估计的数据信号和所提取的噪声信号执行预定次数的累加运算，从而计算数据信号功率值和噪声信号功率值。

另外，在本步骤中，可以根据频率复用因子，可以将在未发射前导的位置处的符号值加为噪声和干扰分量或从噪声和干扰分量中除去该符号值，频率复用因子是表示整个频带被划分和分配的个数，即，指示频率效率。

例如，当频率复用因子为3时，在每个小区中可以使用不同频带。因此，在图2的结构中，应当仅考虑在发射前导的位置处的噪声和干扰分量。

另一方面，当频率复用因子为1时，可以在所有小区中使用相同的频带，因而未发射前导的位置处的符号值包括图2的结构中的噪声和干扰分量。因此，当频率复用因子为1时，在CINR计算中必须考虑噪声和干扰分量。换言之，根据本发明，当频率复用因子为1时，功率计算单元还包括除了噪声信号功率值中的前导符号之外的符号的功率值。

在步骤1104中，关于每个小区或扇区，使用在步骤1103中所计算的数据信号功率值和噪声信号功率值来计算CINR。换言之，由于CINR被定义为总子载波信号功率除以总干扰和噪声功率，故在本步骤中可以通过数据信号功率值除以噪声信号功率值来计算CINR。

在步骤1105中，相互比较根据多个小区或扇区所测量的多个CINR，以确定是否执行切换。

更具体地，在本步骤中，相互比较根据多个小区或扇区所测量的多个CINR，并且执行向具有更好CINR的小区或扇区的切换。这样，在移动期间保持无缝的通信服务并执行更积极和有效的切换用来改善通信环境是可能的。

图12是示出根据本发明示例性实施例在提供服务的小区中使用前导测量CINR的方法的流程图。

在步骤1201中，在当前提供服务的小区或扇区中，从基带频率信号中获取前导符号。在本步骤中，用基带频率信号的多个子载波(其为OFDM/OFDMA信号)乘以相应基站的预定前导码，或者将相应基站的预定前导码与子载波一起通过进行XOR运算而进行处理，从而可以获得将被用来测量CINR的前导符号。

在步骤1202中，从前导符号估计前导信号和数据信号。由于前导信号以及噪声和干扰分量信号混合于步骤1201中所获得的前导符号中，故在本步骤中从前导符号单独估计前导信号。

步骤1202包括以下子步骤：在频域中对前导符号执行插值运算以生成虚前导符号集，以及在时域中对虚前导符号集执行平均运算以估计前导信号。

在生成虚前导符号集的子步骤中，前导符号被输入、复制和增加，并且通过预定的插值运算计算所增加的前导符号之间的中间值，从而生成适于估计前导信号的虚前导符号集。

另外，在估计前导信号的子步骤中，在时域中对虚前导符号集执行平均运算，从而估计前导信号。虚前导符号集包括噪声和干扰分量信号以及前导信号。噪声和干扰分量信号是形形色色的白噪声并且其生成频率和电平具有随机概率分布。因此，在本步骤中，当在时域中对包含于虚前导符号集中的所有前导符号求和并取平均时，抑制了所有的噪声分量信号和干扰分量信号，并且可以容易地仅提取期望的前导信号。

另外，在本步骤中，为了使用前导信号来最终估计数据信号，用适当的权乘以所估计的前导信号值，从而调节增益。

在步骤1203中，接收所估计的数据信号和前导信号、以及前导符号，并计算数据信号的功率值和噪声信号的功率值。更具体地，在本步骤中，计算在步骤1202中所估计的数据信号的功率值，并从所估计的前导信号和在步骤1201中所获得的前导符号来计算噪声信号的功率值。

另外，在本步骤中，可以根据频率复用因子，将未发射前导的位置处的符号值加为噪声和干扰分量或从噪声和干扰分量中除去该符号值，频率复用因子是表示整个频带被划分和分配的个数的参数，即，指示频率效率。

在步骤1204中，使用在步骤1203中所计算的数据信号功率值和噪声信号功率值来计算CINR。换言之，由于将CINR定义为总子载波信号功率除以总干扰和噪声功率，故在本步骤中可以通过数据信号功率值除以总噪声信号功率值来计算CINR。

在步骤1205中，根据由步骤1201至1204所测量的CINR来生成有效的发射功率。一般而言，当终端远离基站时信号衰减增加，而当终端向基站移动时信号衰减减少。因此，需要功率控制用来补偿信号衰减。从而，在本步骤中，根据信号衰减使用CINR作为用于确定信号衰减的参考量来有效地调节发射功率电平。

在步骤1206中，将由步骤1201至1204所测量的CINR经过上行链路报告给管理当前提供了服务的小区或扇区的基站。另外，基站可以使用所报告的CINR来调度用于有效通信环境的无线资源因子。

在本步骤中，将CINR转换为基站所要求的格式，例如，dB标度、平均值、以及方差，并将该CINR报告给基站，从而使基站能够使用该CINR。考虑到所报告的CINR，基站可以自适应地改变无线资源因子，例如，调制方案、编码方案、代码类型、编码率等。

至此，已经根据本发明示例性实施例描述了使用前导来测量CINR的方法。可以将图1至图10中示出的实施例的描述不做修改地应用于这些实施例，因而这里不再重申这些描述。

根据本发明示例性实施例使用前导来测量CINR的方法可以被实施为计算机程序指令，并可以被记录在计算机可读介质上。计算机可读介质可以分别地或复合地包括程序指令、数据文件、数据结构等。记录在介质中的程序指令可以是为本发明特别地设计和配置的，或那些计算机软件领域中的普通技术人员所公知的和使用的。计算机可读介质可以是磁介质(例如，硬盘、软盘和磁带)、光学介质(例如，光盘只读存储器(CD-ROM))、以及硬件装置(例如，ROM、随机存取存储器(RAM)、闪存等)，特别地被实现以存储和执行程序指令。介质还可以是传输介质(诸如，光学或金属线路、波导等)，包括传递指示程序指令、数据结构等的信号的载波。程序指令可以是由编译器所生成的机器语言代码和可以由计算机使用解释程序等所执行的高级语言代码。为了执行本发明的运算，可以实现硬件装置以作为至少一个软件模块来运行，反之亦然。

图13示出根据本发明示例性实施例的使用前导通过仿真所测量的CINR的曲线图。

在加性高斯白噪声(AWGN)状态下当频率复用因子为3时以及在频率复用因子为3且终端以根据国际电信联盟无线电通信部门(ITU-R)行人-A(pedestrian-A)信道模型的3公里/小时移动时执行仿真。该仿真利用1024点的FFT，并且曲线图示出了通过平均所测量的3000次的值所获得的结果。

同时，在图13中，“目标CINR”表示期望的CINR值，而“估计的CINR”表示使用根据本发明的前导通过使用测量CINR的算法所测量的结果。“估计的误差”表示“目标CINR”和“估计的CINR”之间的差值，并且表示由根据本发明的CINR测量算法所引起的测量误差。另外，水平轴表示每数据比特的信号功率与噪声功率的比值(Eb/No[dB])，而垂直轴表示实际所测量的值和误差值。因此，最优选地，水平轴的值与垂直轴的值相等，并且误差变为0，或者该误差具有统一的值且形成一条直线。

如图13所示，在AWGN条件1301下的实验结果以及在终端以根据行人-A(pedestrian-A)信道模型1302的3公里/小时移动时所获得的实验结果均示出了非常小的且接近一致的几乎为0的“估计的误差”值。因此，本发明的算法示出了CINR测量的优异的仿真结果。

虽然已经参考本发明的某些示例性实施例示出并描述了本发明，但是本领域普通技术人员应理解，在不背离由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的前提下，可以对本发明进行形式上和细节上的多种改变。

Claims

1.一种数字通信系统，包括：

前导符号获取单元，用于从基带频率信号中获取分别与多个小区或扇区对应的多个前导符号；

信号估计单元，用于从每个前导符号中估计前导信号和数据信号；

功率计算单元，用于关于每个小区或扇区计算所估计的数据信号的功率值以及从所述前导符号和所估计的前导信号计算噪声信号的功率值；

载波干扰噪声比(CINR)计算单元，用于关于每个小区或扇区使用所述数据信号的功率值和所述噪声信号的功率值来计算CINR；以及

切换判决单元，用于相互比较多个所述CINR并确定是否执行切换。

2.一种数字通信系统，包括：

前导符号获取单元，用于从基带频率信号中获取前导符号；

信号估计单元，用于从所述前导符号中估计前导信号和数据信号；

功率计算单元，用于从所述前导符号和所估计的前导信号中计算噪声信号的功率值，以及计算所估计的数据信号的功率值；

CINR计算单元，用于使用所述数据信号的功率值和所述噪声信号的功率值来计算CINR；以及

发射功率控制单元，用于基于所述CINR生成发射功率。

3.一种数字通信系统，包括：

前导符号获取单元，用于从基带频率信号中获取前导符号；

功率计算单元，用于从所述前导符号和所估计的前导信号中计算噪声信号的功率值，并计算所估计的数据信号的功率值；

CINR报告单元，用于向基站发送所述CINR。

4.根据权利要求1所述的数字通信系统，其中，所述前导信号获取单元通过时分从一个快速傅立叶变换(FFT)装置获取分别与小区或扇区对应的所述前导符号。

5.根据权利要求1所述的数字通信系统，其中，所述基带频率信号是正交频分复用(OFDM)信号或正交频分多址(OFDMA)信号。

6.根据权利要求1所述的数字通信系统，其中，所述信号估计单元包括：

插值运算单元，用于在频域内对所述前导信号执行插值运算，并且生成虚前导符号集；以及

平均运算单元，用于对所述虚前导符号集执行平均运算，并且估计所述前导信号。

7.根据权利要求1所述的数字通信系统，其中，所述信号估计单元包括：

增益映射单元，用于调整所估计的前导信号的增益，并且估计所述数据信号。

8.根据权利要求1所述的数字通信系统，其中，当频率复用因子为1时，所述功率计算单元还包括用于计算所述噪声信号的功率值的、位于未发送所述前导符号的位置处的符号的功率值。

9.根据权利要求3所述的数字通信系统，其中，所述基站使用所报告的CINR来调节无线资源因子。

10.根据权利要求9所述的数字通信系统，其中，所述无线资源因子包括下述中的至少一种：调制方案、编码方案、代码类型、以及编码率。

11.根据权利要求1所述的数字通信系统，其中，所述系统基于下述中的至少一种：电气和电子工程师学会(IEEE)802.16d/e标准、无线宽带互联网(WiBro)、以及全球微波接入互操作性(WiMAX)。

12.一种数字通信系统，包括：

前导符号获取单元，用于从基带频率信号中获取分别与多个小区或扇区对应的前导符号；

功率计算单元，用于关于每个小区或扇区计算所估计的数据信号的第一功率值并且从所述前导符号和所估计的前导信号中计算噪声信号的第二功率值；

CINR计算单元，用于关于每个小区或扇区使用所述第一功率值和所述第二功率值来计算CINR；以及

切换判决单元，用于相互比较多个所述CINR并且确定是否在所述多个小区或扇区之间执行切换，

其中，所述功率计算单元根据频率复用因子确定是否将位于未发送所述前导符号的位置处的符号的第三功率值加到所述第二功率值。

13.一种测量CINR的方法，包括以下步骤：

从基带频率信号中获取分别与多个小区或扇区对应的多个前导符号；

从每个前导符号估计前导信号和数据信号；

关于每个小区或扇区，计算所估计的数据信号的功率值以及从所述前导符号和所估计的前导信号中计算噪声信号的功率值；

关于每个小区或扇区，使用所述数据信号的功率值和所述噪声信号的功率值来计算CINR；以及

相互比较多个所述CINR并确定是否在所述多个小区或扇区之间执行切换。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，在获取前导符号的步骤中，使用时分从一个FFT装置的输出信号中获取所述多个前导符号。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，在计算所述数据信号的功率值和所述噪声信号的功率值的步骤中，当频率复用因子为1时，还包括除了所述前导符号的多个符号的功率值，用于计算所述噪声信号的功率值。

16.一种计算机可读记录介质，用于存储实现根据权利要求13所述的方法的程序。