CN101390318A - 符号级适配方法，用于实现该方法的存储器、均衡器以及接收机 - Google Patents

Abstract

一种对均衡器的至少一个系数进行适配的符号级适配方法，其中，该方法包括步骤：a)确定(144)是否存在缩短的导频信道化码，所述缩短的导频信道化码具有比全导频信道化码的扩频因子短的扩频因子，并且同时仍然与任何其它同时有效的信道化码正交，b)如果存在缩短的导频信道化码，则使用该缩短的导频信道化码对导频信道进行解扩(162)以获得导频符号估计，以及c)根据从步骤b)获得的导频符号估计与相应的期望导频符号之间的误差来对均衡器系数的值进行适配(168)。

Description

符号级适配方法，用于实现该方法的存储器、均衡器以及接收机

技术领域

本发明涉及一种用于均衡器系数的符号级适配方法，一种用于实现该方法的存储器、均衡器以及接收机。

背景技术

贯穿本说明书所使用的术语与关于诸如UMTS(通用移动电信系统)之类的CDMA(码分多址)通信系统的3GPP(第三代合作伙伴计划)标准中所定义的术语一致。

注意到，在CDMA通信系统中，将扩频应用到用于将数据符号从发射机传输至接收机的物理信道。扩频至少包括将每个数据符号转换为由多个码片组成的码片序列的信道化操作，从而增大了传输信号的带宽。码片是最小持续时间键控元素。将每个数据符号的码片的数目称作扩频因子。

在信道化操作中，将来自一个信道的每个数据符号与信道化码相乘。通常，同时将多个信道从发射机传输至接收机。每个信道与其自身的信道化码相关联。在正交CDMA系统中，信道化码是正交的。例如，使用OVSF(正交可变扩频因子)码。

在CDMA通信系统中，从发射机到接收机的传输包括：至少一个导频信道和多个业务信道。导频信道用于传输每个接收机已知的预先确定的数据符号。将这些预先设定的数据符号称作导频符号。可以通过所有接收机对导频信道进行解扩。

意在利用单独的接收机对每个业务信道进行解扩。因此，使用只有发射机和该接收机已知的信道化码对每个业务信道进行解扩。相反地，使用发射机和所有接收机已知的信道化码对导频信道进行扩频。

在正交CDMA接收机中使用均衡器来均衡在接收机处接收的信道，从而近似地恢复在接收的码片序列中的正交性并且减少码片间干扰(ICI)。换言之，均衡器校正码片级的信道失真。

信道失真随时间变化。因此，有必要适配均衡器系数以跟踪信道改变。为此，存在根据信道失真适配均衡器系数的方法。现有方法包括步骤：

-根据在由解扩器输出的导频符号估计与相应的期望导频符号之间的误差来适配均衡器系数的值。

因为将要最小化的误差是在解扩导频符号与相应的期望导频符号之间的误差，所以将这些现有的方法称为“符号级自适应”。相反地，如果将要最小化的误差是在导频符号的码片与期望导频符号的相应的码片之间的误差，则将该适配方法称为“码片级适配”。在文献D1(ColinD.Frand，Eugene Visotsky and Upamanyu Madhow“Adaptiveinterference suppression for the downlink of a direct sequence CDMAsystem with long spreading sequence”；Journal of VLSI Signal Processing，vol.30，no.1，pp 273-291，March 2002)中进一步详细描述了符号级适配和码片级适配之间的差别。

已经证实了符号级适配方法是有效的。然而，仅能够以导频符号速率进行符号级适配。事实上，有必要在开始对该导频码片序列进行解扩之前等待对导频符号的每个码片的接收，以获得对导频符号的可靠估计，根据所述估计能够计算误差。例如，如果导频信道化码具有256的扩频因子，则仅能够每隔256个码片间隔执行符号适配。因此在跟踪快速变化的信道时，符号级适配方法是较慢的。

在Visotsky等人的US 6,175,588中提出了该问题的一种解决方案。更准确地，US 6,175,588公开了如何使用比全导频信道化码短的信道化码来对导频符号进行解扩，以便以比导频符号速率高的速率产生导频符号估计。然而，较短的导频信道化编不与其它同时使用的信道化码正交。结果，所获得的导频符号估计受到了通过其它信道同时接收到的其它符号的强烈干扰。这种方法的可靠性较差。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种能够更好地跟踪快速变化的信道的符号级适配方法。

本发明提供了一种符号级适配方法，其中，所述方法包括步骤：

a)确定是否存在缩短的导频信道化码，所述缩短的导频信道化码具有比全导频信道化码的扩频因子短的扩频因子，并且同时仍然与任何其它同时有效的信道化码正交，如果利用某一信道化码解扩的信号的功率比预定阈值高，则该信道化码是“有效的”，以及

b)如果存在缩短的导频信道化码，则使用该缩短的导频信道化码对导频信道进行解扩以获得导频符号估计，或者在不存在这种码的情况下，使用全导频信道化码对导频信道进行解扩以获得导频符号估计，以及

c)根据从步骤b)获得的导频符号估计与相应的期望导频符号之间的误差来对均衡器系数的值进行适配。

因为如果存在缩短的导频信道化码，则能够每导频符号周期执行多于一次的导频信道解扩，所以能够以比导频符号速率高的速率执行上述符号级适配方法。此外，在以比导频符号速率高的速率进行导频符号解扩时，导频符号估计的可靠性保持不变，这是因为用于这一目的的缩短的导频信道化码仍然与任何其它当前使用的信道化码正交。因此，可以比仅使用全导频信道化码的现有方法更快地对均衡器系数进行适配，同时所述均衡器系数保持与这些现有方法一样可靠。

因为至少偶尔使用缩短的导频信道化码，所以上述符号级适配方法还使得导频符号的解扩更快。

以上方法的实施例可以包括以下特征中的一个或几个：

-步骤a)包括：对利用当前使用的信道化码之一解扩的信号的功率进行估计的操作，以及将所估计的功率与预定阈值进行比较以确定该信道化码是否是有效的信道化码的操作，

-选择足够高的预定阈值，以便对于步骤a)将同时用于传送不干扰导频信道的解扩的低功率信号的信道化码视为非有效的信道化码。

-步骤a)包括：根据通过信道之一接收到的指令来确定信道化码是否是非有效的信道化码的操作。

-步骤a)包括：在OVSF(正交可变扩频因子)码树中选择与同全导频信道化码相关联的节点的父节点相关联的信道化码的操作，该父节点：

-不具有与同时有效的信道化码相关联的其它子节点；以及

-尽可能地接近OVSF码树的根节点。

-如果存在其扩频因子全导频信道化码的扩频因子的1/x的缩短的导频信道化码，则在每个缩短的导频符号周期T_SS的末端至少执行步骤b)和c)，周期T_SS定义如下：

T_SS＝T_fs/x，其中T_fs是全导频符号周期。

该方法的上述实施例呈现出了以下优点：

-对解扩信号的功率进行估计，以区分有效的与非有效的码，这导致以下事实：与仅将非当前使用的信道化码视为非有效的信道化码的情况相比，更频繁地遇到非有效的信道化码，从而更频繁地进行对均衡器系数的适配，

-使用从发射器接收到的指令来确定当前使用的是哪个信道化码，从而使得可以避免对利用该信道化码进行解扩的信号的功率进行估计，以及

-使用OVSF码树能够简单地确定仍然与任何其它有效的信道化码正交的最短的可能导频信道化码，并且最终导致快速均衡器系数适配。

本发明还涉及一种包括指令的存储器，所述指令用于在由电子计算器执行时，执行上述符号级自适配方法。

本发明还涉及适于执行上述符号级适配方法的均衡器，以及配备有这样的均衡器的正交CDMA接收机。

根据以下描述、附图以及权利要求，本发明的这些和其它方面将显而易见。

附图说明

图1是正交CDMA通信系统的结构的示意图；

图2是图1中使用的OVSF码树的图解；

图3是能够在图1的系统中使用的自适应均衡器的特定实施例的示意图；

图4是在图1的系统中传送的码片序列的图解；以及

图5是在图1的系统中实现的符号级适配方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了正交CDMA通信系统2。在下列描述中，不详细描述本领域技术人员所熟知的功能或结构。

例如，图2是诸如UMTS之类的无线电信网络。

为了简单起见，仅示出一个基站4和一个用户设备。例如，用户设备是诸如移动电话之类的无线电接收机6。

基站4具有无线正交CDMA发射机10，以将数据符号发送至小区内的许多用户设备。

例如，发射机10遵从与扩频和调制有关的3GPP TS 25.213标准的规范。因此，这里仅描述对理解本发明必不可少的发射机10的详情。

将发射机10设计为：同时发送K个数据符号a_1，n，a_2，n，...，a_i，n，...，a_K，n，其中指数i表示信道，索引n标识通过信道i传送的符号的序号。仅为了例证目的，假设符号a_1，n是将要在被称为PCPICH(基本公共导频信道)的信道中传送的导频符号。还假设a_2，n是将要通过PCCPCH(基本公共控制物理信道)传送的符号。例如，其它符号a_3，n至a_K，n是将要在诸如业务信道之类的其它信道(在UMTS标准中限定的)中传送的符号。

将每个符号a_i，n传送至各自的用于执行信道化操作的模块S_pi。更准确地，每个模块S_pi将接收到的符号a_i，n与信道化码C_i相乘，其中信道化码C_i与同时用于其它信道的任何其它信道化码正交。

例如，在图2的OVSF码树中选择信道化码C_i。在图2中，标记C_ch，SF，n表示具有扩频因子SF的第n个信道化码。

在3GPP TS 25.213标准中描述了图2的码树以及将每个码分配给各自信道。

在图2中，仅全部表示了码树级I、II和III，并且仅部分示出了码树级VII、VIII和IX。图2中未示出码树级IV和VI。

级I仅包括与信道化码C_ch，1，0相对应的根节点20。

级II包括根节点20的两个子节点22和24。节点22和24分别与信道化码C_ch，2，0和C_ch，2，1相对应。这两个信道化码是正交的。在级II中，每个信道化码具有等于2的扩频因子。

节点22和24还分别是子节点26、28和30、32的父节点。节点26、28、30和32与信道化码C_ch，4，0、C_ch，4，1、C_ch，4，2和C_ch，4，3相对应。级III的信道化码具有等于4的扩频因子，并且彼此正交。

级III的每个节点是级IV中的两个子节点的父节点，等等。

图2仅示出了：

-在级VII中与信道化码C_ch，64，0相对应的节点34；

-在级VIII中分别与信道化码C_ch，128，0和C_ch，128，1相对应的两个子节点36和38；以及

-在级IX中分别与信道化码C_ch，256，0、C_ch，256，1、C_ch，256，2和C_ch，256，3相对应的四个节点40、42、44和46。

应该注意的是，与图2中的OVSF码树的一个节点相对应的信道化码与跟同级节点相关联的任何信道化码正交。该信道化码还与跟其它同级节点之一的子节点相关联的任何信道化码正交。例如，信道化码C_ch，2，1与信道化码C_ch，2，0以及跟节点22的子节点相关联的任何信道化码正交。因此，信道化码C_ch，2，1与信道化码C_ch，256，0或C_ch，256，1正交。

与上述相反，跟父节点相关联的信道化码不与跟其子节点相关联的信道化码正交。例如，信道化节点C_ch，128，0不与信道化码C_ch，256，0或C_ch，256，1正交，而是与信道化码C_ch，256，2正交。

为了例证的目的，假设以上定义的信道化码C₁和C₂分别与信道化码C_ch，256，0和C_ch，256，1相等。

每个模块S_pi的输出端连接至加法器50。加法器50将与每个扩频符号a_i，n相对应的码片序列相加。

加法器50将所产生的总码片序列输出至扰码器52。扰码器52对总码片序列进行扰码。更准确地，扰码器52将总码片序列与扰码S[I]相乘，以获得加扰后的总码片序列b[l]。在利用天线56将序列b[l]作为无线电信号58辐射到空中之前，通过不同模块(未示出)来传送序列b[l]。在CDMA通信系统中，将无线电信号58称为“下行链路信号”。

接收机6具有：天线60，用于接收无线电信号58；以及射频接收机62，用于将接收到的无线电信号转换为基带加扰总码片序列y[l]。

可以根据以下关系估计序列y[l]：

y[l]＝b[l]*h[l]+v[l]          (1)

其中：

-b[l]是加扰后的总码片序列，

-h[l]是时变码片速率离散时间系统，

-v[l]是模拟平均高斯噪声和来自其它基站的干扰的扰动项；以及

-符号“*”是卷积运算。

序列y[l]进入自适应均衡器64，均衡器64输出估计的加扰总码片序列

。对序列y[l]的均衡引入了等于l_d的延迟。

通过用于对所估计的码片序列进行解扰的解扰器66接收估计的总码片序列

。事实上，解扰器66在时刻l-l_d处将序列

与发射机10中所使用的扰码S[l-l_d]的复共轭S*[l-l_d]相乘。

然后将解扰后的总码片序列传送至解扩器D_s1和解扩器D_sj。

解扩器D_s1对解扰后的总码片序列进行解扩，以获得导频符号估计

。为此，解扩器D_s1将解扰后的总码片序列与信道化码C₁相乘。

将导频符号估计

传送至减法器70，减法器70从导频符号估计

中减去相应的期望导频符号a_1，n，以得到误差e。应注意，导频符号是在利用接收机6进行接收之前已知的预定导频。减法器70将误差e传送至均衡器64，以便均衡器64能够适配其自身系数，以使该误差e最小。将参考图3，更详细地描述均衡器64的特定实施例。

解扩器D_sj使用另一信道化码的共轭来对解扰后的总码片序列进行解扩，以获得通过信道j传送的符号的符号估计

图1示出了接收机6的实施例，在接收机6中均衡发生在解扰和解扩之前。然而，在图3中，在解扰和解扩发生在均衡之前的情况下更详细地描述了均衡器64。在上文中提到的文献D1中描述了图3中的均衡器64的一般特性。

均衡器64具有用于接收序列y[l]的输入端90以及用于输出导频符号估计的输出端92。

均衡器64包括由以下方程限定的自适应滤波器96：

$C\left(z\right)=\underset{m=L1}{\overset{L2}{\mathrm{\Σ}}}{W}_m{Z}^{-m}---\left(2\right)$

其中：

-具有L₁≤m≤L₂的W_m是滤波器96的L₂-L₁+1个系数；以及

-z^-m表示m个码片间隔的延迟。

滤波器96可以采取有限横向滤波器或任何其它适当的结构的形式。均衡器64适配滤波器96的系数，以使由噪声、干扰以及码片间干扰所引起的平方误差最小。由误差e驱动自适应均衡器64的适配，误差e向均衡器指示系数应该移动到的方向，以便更精确地表示数据。

因此，均衡器64具有与输入端90相连接、并且包括L₁+L₂的延迟块T_L1至T_L2的抽头延迟线94。每个延迟块将序列y[l]延迟一个码片间隔。

滤波器96具有L₂-L₁+1个并联支路。每个支路的一端连接至滤波器96的相应输入端，而另一端连接至加法器98，加法器98将每个并联支路输出的结果相加。每个并联支路包括乘法器，该乘法器将在该支路一端输入的信号与相应的系数W_m相乘。在图3中，根据系数的顺序来布置并联支路，以使得最高支路将输入信号与W_L1相乘，而最低并联支路将输入信号与系数W_L2相乘。

最高并联支路的输入端通过解扩器D_s1和解扰器66连接至输入端90。其它并联支路通过解扩器D_s1和解扰器66连接至延迟块T_Li的相应输出端。如文献D1中所阐述的，上述结构在均衡之前首先执行解扰和解扩。

均衡器64还包括计算器110，该计算器10能够修改滤波器96的每个系数W_m的值，以便根据信道变化来适配均衡器64。更准确地，计算器110能够执行自适应算法，该自适应算法计算使误差e最小的系数W_m的值。为此，计算器110所执行的算法是MMSE(最小均方误差)算法。优选地，在不同的MMSE算法中，在本实施例中使用的自适应算法是LMS(最小均方)算法或NLMS(标准化最小均方)算法。在下列文献中进一步详细描述了LMS和NLMS算法：

“On the statistical efficiency of the LMS family of adaptivealgorithms”(Berbark Widrow and Max Kamenetsky，ISL-Deparment ofElectrical Engineering，Stanford University，Stanford CA)。

图4示出了与三个连续导频符号130至132的接收相对应的码片序列。为了简单起见，针对具有等于6的扩频因子的全导频信道化码，示出了导频符号130至132。因此，每个扩频导频符号包括六个连续码片。

在导频符号周期T_fs期间，传送与同一导频符号相对应的每个连续码片。周期T_fs等于码片间隔T_c乘以全导频信道化码的扩频因子。

如果存在其扩频因子是全导频信道化码的扩频因子的1/6的缩短的导频信道化码，并且该缩短的导频信道化码同时仍然与由发射机10同时使用的任何其它信道化码完全正交，那么可以定义缩短的导频符号周期T_SS。周期T_SS等于周期T_fs除以x。

例如，图4示出了缩短的导频符号周期T_SS。在这种特定情况下，缩短的导频信道化码是全信道化码的1/2。

现在将参考图5对接收机6的操作进行描述。

在步骤140，在建立发射机10与接收机6之间的连接期间，发射机10将指令传送至接收机6。这些指令中的一些指定将哪些信道化码分配用于发射机10与接收机6之间的连接。

这里假设在步骤142接收机10构造仅包括要在该连接期间使用的信道化码在内的列表L。根据在步骤140期间接收到的指令建立列表L。

然后，在步骤144中，在数据符号的接收期间，计算器110确定是否存在其扩频因子比全导频信道化码的扩频因子短、并且仍然与任何其它同时有效的信道化码正交的缩短的导频信道化码。下面，如果利用某一信道化码解扩的接收信号的功率高于预定阈值S₁，则认为该信道化码是“有效的”。

首先，在操作146中，计算器110确定不属于列表L的任何信道化码是非有效码。在不对利用不在列表L中的那些码来解扩的接收信号的功率进行估计的情况下，执行操作146。

随后，在操作148中，将节点40设置为“当前节点”。

然后，在操作150中，计算器110选择当前节点的相邻节点。相邻节点是：与OVSF码树中的当前节点处于同级、并且直接在当前节点级以下的级中具有相同父节点的节点。

在操作152中，计算器110检测所选的相邻节点是否与属于列表L的信道化码相关联。如果是，则计算器110前进至操作154。在操作154期间，计算器110对利用与所选相邻节点相关联的信道化码解扩的信号的功率进行估计。然后，在操作156中，将估计的功率与阈值S₁相比较。如果估计的功率大于阈值S₁，则在步骤158中选择当前信道化码作为将要被用于导频信道的随后解扩的信道化码。

相反地，如果估计的功率小于阈值S₁，或如果与相邻节点相关联的信道化码不属于列表L，则计算器110前进至操作160。在操作160中，将在码树级中直接处于当前节点的级以下的当前节点的父节点设置为新的当前节点。然后，该方法转向操作150。只要在操作158中尚未选定最短的导频信道化码，则重复操作150至160。

在操作158之后，在步骤162中，如果在步骤144中选定了缩短的导频信道化码，则在每个周期T_SS的末端，步骤144停止并且进行导频符号解扩。否则，在每个周期T_SS的末端使用全导频信道化码执行解扩。

随后，在步骤164中，对解扩后的导频符号进行均衡，以获得导频符号估计

然后，在步骤166中计算误差e。

一旦计算了新的误差e，则在步骤168中，计算器110对均衡器系数的值进行适配，以使得误差e最小。在步骤168期间，计算器110执行诸如MMSE算法和优选地LMS算法或NLMS算法之类的自适应算法。

一旦适配了均衡器64的系数，如果尚未达到周期T_fs的末端，则该方法转向步骤162。在周期T_fs的末端，方法转向步骤150，以确定是否仍存在缩短的导频信道化码。

例如，在公共CDMA通信系统中，信道PCCPCH并非在全部时间都是有效的。因此，在这些周期期间，可以使用信道化码C_ch，128，0代替信道化码C_ch，256，0来对导频信道PCPICH进行解扩。因此，可以以每128个码片而不是每256个码片进行对导频信道的解扩。这使得可以在256个码片导频符号周期期间对均衡器进行两次适配，而不是一次。

许多其它实施例是可能的。可以在与图3中详细描述的均衡器具有不同结构的均衡器中实现上述教义。例如，如在以下文献中所描述的，均衡器64的结构可以是所谓的微小间隔方案：

F.Petre，M.Moonen，M Engels，B.Gyselinckx，and H.D.Man，“Pilotaided adaptive chip equalizer receiver for interference suppression inds-cdma forward link，”Proc.Vehicular Technology Conf.，pp.303-308，Sept 2000.

MMSE算法族包括许多使误差e的平方最小的其它迭代算法。例如，该族还包括RLS(递归最小二乘法)算法。

已经在用户设备中实现的均衡器的特定情况下描述了符号级适配方法。然而，以上教义适用于任何正交CDMA接收机，例如像在基站中实现的接收机。

在本说明书和权利要求中，在元素前面的词“一”或“一个”不排除多个这种元素的存在。此外，词“包括”不排除所列出的那些以外的其它元素或步骤的存在。

权利要求中的括号中包含的附图标记旨在帮助理解而不旨在限定。

Claims (9)

1、一种用于对均衡器的至少一个系数进行适配的符号级适配方法，所述均衡器用于正交CDMA(码分多址接入)接收机中以在芯片级校正信道失真，所述接收机同时接收以全导频信道化码扩频的导频信道以及以各自信道化码扩频的其它信道，每个信道化码与任何其它同时使用的信道化码正交，其中，所述方法包括步骤：

a)确定(144)是否存在缩短的导频信道化码，所述缩短的导频信道化码具有比全导频信道化码的扩频因子短的扩频因子，并且同时仍然与任何其它同时有效的信道化码正交，如果利用某一信道化码解扩的信号的功率比预设阈值高，则所述信道化码是“有效的”，以及

b)如果存在缩短的导频信道化码，则使用所述缩短的导频信道化码对导频信道进行解扩(162)以获得导频符号估计，或者在不存在这种码的情况下，使用全导频信道化码对导频信道进行解扩以获得导频符号估计，以及

c)根据从步骤b)获得的导频符号估计与相应的期望导频符号之间的误差来对均衡器系数的值进行适配(168)。

2、根据权利要求1所述的方法，其中，步骤a)包括：对利用当前使用的信道化码之一解扩的信号的功率进行估计的操作(154)，以及将所估计的功率与预定阈值进行比较以确定所述信道化码是否是有效的信道化码的操作(156)。

3、根据权利要求2所述的方法，其中，选择足够高的预定阈值，以便对于步骤a)将同时用于传送不干扰导频信道的解扩的低功率信号的信道化码视为非有效的信道化码。

4、根据前述任一权利要求所述的方法，其中，步骤a)包括：根据通过信道之一接收到的指令来确定信道化码是否是非有效的信道化码的操作(146)。

5、根据前述任一权利要求所述的方法，其中，步骤a)包括：在OVSF(正交可变扩频因子)码树中选择与同全导频信道化码相关联的节点的父节点相关联的信道化码的操作(158)，所述父节点：

-不具有与同时有效的信道化码相关联的其它子节点；以及

-尽可能地接近OVSF码树的根节点。

6、根据前述任一权利要求所述的方法，其中，如果存在扩频因子是全导频信道化码的扩频因子的1/x的缩短的导频信道化码，则在每个缩短的导频符号周期T_SS的末端至少执行步骤b)和c)，如下定义周期T_SS：T_SS＝T_fs/x，其中T_fs是全导频符号周期。

7、一种存储器(116)，包括计算器指令，所述计算器指令用于在由电子计算器执行时，执行根据前述任一权利要求所述的符号级适配方法。

8、一种自适应均衡器，具有：至少一个可调系数；以及计算器(110)，能够执行根据权利要求1至6中任一项所述的符号级适配方法。

9、一种正交CDMA(码分多址接入)接收机(6)，具有根据权利要求8所述的均衡器(64)。

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