CN101523747B - 用于迭代地计算信道响应估计的方法和设备 - Google Patents

Abstract

迭代地确定信道响应和损伤相关估计。根据执行信道估计用于接收的信号处理的一个实施例，信道响应估计基于初始损伤相关估计和从接收的信号导出的所测量的信道响应来计算。修订的损伤相关估计基于信道响应估计使用参量方法进行计算并且信道响应估计基于修订的损伤相关估计重新计算。根据无线通信设备的一个实施例，该设备包括参数估计单元，该单元被配置来基于参量损伤相关估计和从接收的信号导出的所测量的净信道响应迭代地计算介质信道响应估计。无线通信设备还包括电路，被配置来控制参数估计单元计算介质信道响应估计的次数。

Description

用于迭代地计算信道响应估计的方法和设备

技术领域

本发明总的涉及无线通信设备，特别是涉及迭代地计算用于接收信号处理中的信道响应估计。

背景技术

在比如码分多址(CDMA)或宽带CDMA(WCDMA)系统之类的无线通信系统中传输的信号当它们通过无线电信道传播时受到多个干扰源和噪声的影响。影响无线通信系统中的信号传输和接收的干扰和噪声分量宽泛地称作损伤。某些类型的损伤可能是相关的。也就是说，两个看似独立的信号损伤事实上可能是有关的，并且因此被称作是相关的。一些常规接收机类型，比如广义RAKE(G-RAKE)接收机和它的码片均衡器(CEQ)对应物使用损伤相关知识以改善接收信号处理。G-RAKE接收机和CEQ还在它们的接收信号处理中使用多径衰落信道响应的估计。

例如，G-RAKE接收机包括各种信号“指”，其中每个指具有指定的路径延迟用于接收多径信号的特定图像；以及相关器，用于解扩接收的图像。结合起来，信号指解扩接收的多径信号的多个信号图像，从而利用多径信道弥散现象。额外的“探测指”可以被放置偏离路径延迟用于捕捉损伤相关信息。指输出被加权和相干地结合来改善接收的信号解调和/或接收的信号质量接收估计，例如信干比(加噪声)(SIR)估计。指定给指输出的处理权值通常是信道响应和损伤相关的函数。同样，信号损伤的知识可以用来改善接收的信号处理。以类似的方式，CEQ利用损伤相关信息以改善接收的信号处理，其中在CEQ中选择均衡滤波器抽头可与在G-RAKE接收机中放置指匹敌，并且生成均衡滤波器系数可与生成G-RAKE合并权值匹敌。

参量G-RAKE接收机使用建模方法估计损伤相关。该模型采用参数，有时称作拟合参数，可以以多种方式比如最小二乘拟合来估计。参量损伤相关建模过程取决于相应的模型拟合参数和取决于信道响应估计。然而，信号损伤影响信道响应估计过程，尤其是当损伤严重时。因此，损伤相关估计和信道响应估计可能是相互依存的，特别是当干扰严重时。

发明内容

根据这里所讲授的方法和设备，迭代地确定信道响应及损伤相关估计。参数估计可以用于接收的信号处理，例如解调或信号质量接收估计。通过考虑损伤相关和信道响应之间的相互依存，迭代地计算信道响应和损伤相关估计提高了参数估计的准确性和可靠性。

根据接收机电路的一个实施例，接收机包括基带处理器。基带处理器被配置基于初始损伤相关估计和从接收的信号导出的所测量的信道响应来计算信道响应估计。基带处理器使用参量方法，比如最小二乘近似来基于信道响应估计而计算修订的损伤相关估计。基带处理器然后基于修订的损伤相关估计重新计算信道响应估计。

根据无线通信设备的一个实施例，该设备包括参数估计单元，被配置用于基于参量损伤相关估计和从接收的信号导出的所测量的净信道响应迭代地计算介质信道响应估计(medium channel response estimate)。该无线通信设备还包括电路，被配置来控制参数估计单元计算介质信道响应估计的次数。

当然，本发明不限于上述特征和优势。本领域的技术人员一经阅读下面的详细说明和一经查看附图将认识到更多的特征和优势。

附图说明

图1是无线通信设备的一个实施例的方框图，该设备具有迭代地计算信道响应和损伤相关估计的基带处理器。

图2是包括在图1的无线通信设备中的基带处理器的一个实施例的方框图。

图3示例了用于迭代地计算信道响应和损伤相关估计的处理逻辑的一个实施例。

具体实施方式

图1示例了无线通信设备10比如基站、蜂窝电话或其他移动通信终端或设备的实施例。无线通信设备10具有一个或多个天线12、前端电路14、基带处理器16和后处理器18。(一个或多个)天线12接收通过一个或多个多径衰落信道传播的信号能量并且和前端电路14滤波器下转换所接收的信号以产生相应的基带信号(r_s)。由(一个或多个)天线12接收的信号能量可能通过下行链路通信信道或通过上行链路通信信道比如宽带码分多址(W-CDMA)DPCCH信道已传播到无线通信设备10。无论如何，基带处理器16，例如G-RAKE接收机或码片均衡器，基于基带信号产生软比特值(sbv)或符号估计。后处理器18对软比特值执行其它信号处理操作，例如纠错、硬判决译码等等。

基带处理器16包括使用迭代信道响应估计过程的参数估计单元20，该过程部分地基于损伤相关估计。参数估计单元20使用参量建模过程产生损伤相关估计，该建模过程部分地基于它所产生的信道响应估计。同样，损伤相关和信道响应之间的相互依存，反映在由参数估计单元20所产生信道响应估计和损伤相关，从而提高参数估计的准确性和可靠性。

迭代控制单元22包括在基带处理器16中或者与之相关联，确定参数估计单元20重新计算信道响应和损伤相关估计的次数。这使得基带处理器16能够基于理想的迭代次数改进参数估计。在一个实施例中，参数估计过程继续预定的迭代次数。在另一实施例中，参数估计过程继续直到满足门限，例如直到在连续估计值之间发生可接受的变化。无论如何，无线通信设备10使用由参数估计单元20所产生的参数估计用于接收的信号处理，例如解调或信号质量接收估计。

图2示例了基带处理器16的一个实施例，基带处理器16包括参数估计单元20和迭代控制单元22。根据这一实施例，参数估计单元20包括延迟估计器24、信道响应估计器26和损伤相关估计器28。延迟估计器24产生与从其接收信号的一个或多个多径衰落信道相关联的一组M个信道路径延迟τ的估计，例如通过评估在延迟值范围上的(一个或多个)信道的冲激响应。延迟估计器24还产生一组J个信号处理延迟d用于解扩所接收的信号(例如G-RAKE指延迟或码片均衡器滤波器抽头位置)。请注意，路径延迟可能是一子组的处理延迟。信号处理延迟值和路径延迟值被提供给信道响应估计器26和损伤相关估计器28，分别用于生成信道响应和损伤相关估计。

信道响应估计器26使用该路径延迟计算介质信道响应估计g和使用该信号处理延迟计算净信道响应估计h。介质和净信道响应估计由损伤相关估计器28使用来生成损伤相关矩阵R。接下来，信道响应估计器26使用该损伤相关矩阵来修订介质和净信道响应估计。迭代控制单元22确定参数估计被修订的次数。

更具体地，介质信道响应估计g反映了正在考虑的每个多径衰落信道延迟的响应，而净信道响应估计h反映了信号传输系统的总体响应，包括发射机、信道和接收机的响应。作为计算信道响应估计的一部分，该信道响应估计器26首先基于解扩导频符号、训练数据、或对无线通信设备10来说称为先验的其他信号来测量净信道响应。在一个实施例中，净信道响应通过在任何给定的信号处理延迟d上平均导频符号解扩值y_k来测量，如下式所给出的：

$h_m=\frac{1}{K}\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{y}_k---\left(1\right)$

其中h_m是所测量的净信道响应并且K是导频符号的符号时段数量，如图3的步骤100所示例的。

在信道响应估计器26计算介质和净信道响应估计之前，损伤相关估计器28初始化损伤相关矩阵R，如图3的步骤102所示例的。损伤相关矩阵是J×J矩阵，其中J对应信号处理延迟d的数量。在一个实施例中，损伤相关矩阵R被初始化为归一化噪声相关矩阵R_n，如下式所给出的：

R＝R_n    (2)

归一化噪声相关矩阵R_n的第m行第j列由下式给出：

r_r(d_j-d_m)≈r_p(d_j-d_m)            (3)

其中r_r(τ)是接收滤波器自相关函数(已知或估计的)，它可以由r_p(τ)即码片脉冲自相关函数近似。

在损伤相关矩阵被初始化之后，信道响应估计器26计算在路径延迟τ上的介质信道响应g的初始估计，如图3的步骤104所示例的。根据一个实施例，介质信道响应估计g按照一步最小均方误差(MMSE)过程来计算，如下式给定的：

g＝R_gB^H(BR_gB^H+R)^-1h_m    (4)

其中B是J×M矩阵，它使在路径延迟τ上的介质信道响应与在信号处理延迟d上的所测量的净信道响应相关。B矩阵的第m行第j列元素给定为：

b_m，j＝r_tr(d_j-τ_m)≈r_p(d_j-τ_m)     (5)

其中r_tr(d_j-τ_m)是发射和接收滤波器(未显示)的卷积，其可近似为码片脉冲自相关函数r_p(τ)。

矩阵R_g对应路径系数相关矩阵(衰落相关矩阵)，它可以使用已知技术来估计，比如平均g估计的外积。可以使用一种近似形式，其中R_g被约束为对角矩阵，其对角线元素代表在路径延迟τ上信道系数的平均功率。当衰落相关矩阵被约束为对角时，第j个处理延迟的净信道响应的测量由下式给出：

|h_m，j|²＝|g_j|²+|i_j|²+|n_j|²    (6)

其中|h_m，j|²代表在第j个处理延迟上的净信道系数测量的平均功率，|g_j|²是在第j个处理延迟上介质信道系数的平均功率。等式6中的第二和第三项分别代表干扰和噪声功率。干扰和噪声功率项之和对应第j个处理延迟的损伤相关矩阵R的对角线元素。可替换地，干扰和噪声功率项可以集中到单一损伤功率项。不管如何，因为损伤相关矩阵被估计，|g_j|²的平均可以通过从平均净响应简单的减法来计算并且约束该值为正(如果减法产生负值，|g_j|²被设置为可以忽略不计的值例如零)。

根据另一实施例，介质信道响应估计按照两步的MMSE过程来计算，其中净信道响应h_MMSE的MMSE估计首先被计算，如下式所给定的：

h_MMSE＝BR_gB^H(BR_gB^H+R)^-1h_m    (7)

接下来，介质信道响应g_MMSE的MMSE估计从净信道响应的MMSE估计产生，如下式所给定的：

g_MMSE＝(B^HB)^-1B^Hh_MMSE    (8)

根据又一实施例，介质信道响应估计根据最大似然(ML)估计过程来计算，如下式所给定的：

g＝(B^HR^-1B)^-1B^HR^-1h_m     (9)

除了生成介质信道响应的初始估计和测量净信道响应之外，参数估计单元20还测量在信号处理延迟d上的损伤相关，如图3的步骤106所示例的。在一个实施例中，损伤相关估计器28基于所测量的净信道响应h_m和解扩导频符号y_k来测量损伤相关，如由下式所给定的：

$R_m=\frac{1}{K-1}\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}(y_k-h_m){(y_k-h_m)}^H---\left(10\right)$

其中R_m是所得到的J×J损伤相关矩阵。在另一实施例中，损伤相关估计器28基于净信道响应h测量损伤相关，如由下式所给定的：

$R_m=\frac{1}{K-1}\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}(y_k-h){(y_k-h)}^H---\left(11\right)$

其中净信道响应从介质信道响应估计g估计出，如由下式所给定的：

h＝Bg    (12)

在这一点上，使用解扩导频符号或对无线通信设备10称作先验的其他信号，参数估计单元20已经测量净信道响应(h_m)和损伤相关(R_m)。参数估计单元20还产生介质信道响应(g)的初始估计。损伤相关估计器28然后利用这些参数来产生模型拟合参数，用于修订损伤相关估计R，R先前被初始化为归一化的噪声相关估计，如图3的步骤108所示例的。在一个实施例中，参数化模型拟合过程比如最小二乘拟合被采用来生成模型拟合参数α和β，如由下式所给定的：

R_m≈αR_I(g)+βR_N    (13)

其中R_N是噪声相关项并且R_I(g)是干扰相关项，具有与介质信道响应估计相关联的元素。干扰和噪声相关项可以按照任何适当的公式来确定，例如于2004年3月12日提交的共同待审且共同转让的美国专利申请10/800,167中给出的公式，该申请这里整个被引入作为参考。

该模型拟合参数α和β根据它们的相应损伤(干扰和/或噪声)功率的贡献缩放各自的干扰和噪声项。这些拟合参数可以使用模型拟合过程或使用获得噪声和干扰功率估计的其他方式来获得。本领域的技术人员将容易认识到，额外的损伤相关项可以包括在模型拟合过程中，从而产生额外的模型拟合参数，例如本小区和其他小区干扰项。有关参量模型拟合过程的进一步细节对于理解本发明没有必要，因为本领域的技术人员将容易认识到，各种模型拟合过程可以用来生成模型拟合参数。然而，用于生成模型拟合参数的典型细节可从上面提到的美国专利申请10/800,167得到，该专利申请全部内容被引入作为参考。

不论模型拟合参数如何确定，损伤相关估计器28然后利用该模型拟合参数来修订初始损伤相关估计R，如下式所给定的：

R＝αR_I(g)+βR_N    (14)

同样，修订的损伤相关估计R基于介质信道响应估计g和模型拟合参数，其可以使用测量的损伤相关矩阵R_m来确定。(14)中的估计是R的“参量”估计，与R的“非参量”估计比如平滑所测量的损伤相关相反。介质信道响应估计在参数估计过程期间至少修订一次。介质信道响应估计可以按照等式4至9重新计算，其中初始损伤相关矩阵用修订的矩阵替换，如图3的步骤110所示例的。

在初始介质信道响应估计已经修订一次之后，迭代控制单元22确定参数估计过程是否继续下去，如图3的步骤112所示例的。如果要进行随后的迭代，则损伤相关估计器28被允许使用当前的介质信道响应估计和模型拟合过程来修订损伤相关估计，如图3的步骤114所示例的。每次损伤相关估计例如根据等式13和14被修订时，模型拟合参数可以被更新，其中R_I(g)、α和β每个都被更新。可替换地，先验的模型拟合参数值可以用来例如根据公式14修订损伤相关估计，其中R_I(g)被更新，但α和β没有更新。无论如何，信道响应估计器26使用新近修订的损伤相关估计重新计算介质信道响应估计(图3的步骤110)。参数估计过程继续进行直到迭代控制单元22确定该过程将停止或直至异常中断(图3的步骤112)。例如，在固定数量的迭代之后或直至修订信道估计和/或损伤相关矩阵中的变化较小(如平方差之和)该过程可能才会终止。

当参数估计过程终止时，参数估计单元20确定损伤相关估计R是否是将要修订最后一次，如图3的步骤116所示的。如果是这样，损伤相关估计器28使用当前的介质信道响应估计和模型拟合过程来修订损伤相关估计，如图3的步骤118所示例的。如果不是，则损伤相关估计不被修订。无论哪种方式，信道响应估计器26基于介质信道响应的当前值生成净信道响应估计h，如等式12所给出的，如图3的步骤120所示例的。

基带处理器16使用净信道响应估计h用于接收的信号处理。在一个实施例中，基带处理器16还包括处理权值计算器30用于根据如下式给定的损伤相关估计的当前值来计算处理权值w，比如G-RAKE合并权值或均衡器滤波器抽头系数：

w＝R^-1h    (15)

基带处理器16也具有信号质量估计器32，用于基于损伤相关估计的当前值产生接收信号质量的估计，比如信号损伤比(SIR)。在G-RAKE实施例中，信号质量估计器32按照下式计算SIR：

SIR＝h^HR^-1h    (16)

在RAKE实施例中，信号质量估计器32按照下式计算SIR：

$\mathrm{SIR}=\frac{{\left(g^{H}h\right)}^2}{g^H\mathrm{Rh}}---\left(17\right)$

或者，不太准确的，如：

$\mathrm{SIR}=\frac{{\left(h^{H}h\right)}^2}{h^H\mathrm{Rh}}---\left(18\right)$

可选地，可能产生附加缩放因子来解决所接收的有关通信信道之间的功率偏置。

包括在基带处理器16中或者与之相关联的迭代控制单元22可以选择一子组的可用处理延迟d用于接收信号处理。因此，当处理接收的信号时并非所有的处理延迟可以使用。这里所描述的迭代参数估计过程可以基于所有可用的处理延迟，或者可替换地，它可以基于由路径搜索器34所选择的M个路径延迟。同样，用于迭代参数估计过程的延迟可以动态改变。也就是说，基带处理器16可以在不同阶段的估计过程期间改变用于计算信道响应和损伤相关参数的延迟。

用于参数估计过程的延迟值可以在每迭代的基础上、每分组迭代地改变，或者在启动迭代参数估计过程期间可以被选择一次。同样，基带处理器16能够改变在参数估计期间中使用的延迟值，从而减少估计过程的复杂性，并且减少迭代过程初期的估计误差。如果参数估计过程使用由路径搜索器34所选择的延迟，如等式9所给出的介质信道响应g的ML估计减化为下式所示：

$g=B_M^{-1}h---\left(19\right)$

其中B_M是(5)中所描述的M×M矩阵。

根据另一实施例，信道响应估计器26可以测量在子集A的可用处理延迟d上的净信道响应h_m。同样，如果所测量的损伤相关矩阵R_m根据等式10基于所测量的净信道响应h_m来计算，那么对应G-RAKE指或均衡器滤波器抽头的不包括在该子组中的所测量的净信道响应值可以设置为0。同样，与所有可用处理延迟d相关联的总体损伤相关矩阵R具有J×J的大小，其对应于d延迟。与选定子组的处理延迟A相关联的第二个损伤相关矩阵R_A具有A×A的大小，其对应该子组的A延迟。同样，R_A用来代替等式2至9中的R并且矩阵B具有A×M的大小。在余下的等式中，使用J×J的总体损伤相关矩阵R。

记住上述一系列的变化和应用，但是应该理解的是，本发明不限于上述描述，也不受限于附图。相反，本发明受限于下列权利要求和它们的合法等价形式。

Claims (22)

1.一种执行信道估计以用于接收的信号处理的方法，包括：

基于初始损伤相关估计和从接收的信号导出的所测量的净信道响应来计算介质信道响应估计，所述介质信道响应估计反映了正在考虑的每个多径衰落信道延迟的响应，而所测量的净信道响应反映了信号传输系统的总体响应并且包括发射机、信道和接收机的响应；

基于所述介质信道响应估计使用参量方法来计算修订的损伤相关估计；以及

基于所测量的净信道响应和所述修订的损伤相关估计来重新计算所述介质信道响应估计。

2.根据权利要求1的方法，其中基于所述初始损伤相关估计和从所述接收的信号导出的所测量的净信道响应来计算所述介质信道响应估计包括使用最大似然估计过程来计算所述介质信道响应估计。

3.根据权利要求2的方法，其中使用所述最大似然估计过程来计算所述介质信道响应估计包括基于所述初始损伤相关估计、所测量的净信道响应和使在路径延迟上的信道响应与在处理延迟上的信道响应相关的信息来计算所述介质信道响应估计。

4.根据权利要求1的方法，其中基于所述初始损伤相关估计和从所述接收的信号导出的所测量的净信道响应来计算所述介质信道响应估计包括使用最小均方误差MMSE估计过程来计算所述介质信道响应估计。

5.根据权利要求4的方法，其中使用所述MMSE估计过程来计算所述介质信道响应估计包括基于所述初始损伤相关估计、所测量的净信道响应和与各个信道系数相关联的平均功率来计算所述介质信道响应估计。

6.根据权利要求4的方法，其中使用所述MMSE估计过程来计算所述介质信道响应估计包括：

基于所述初始损伤相关估计、所测量的净信道响应和与各个信道系数相关联的平均功率来计算净信道响应估计；以及

基于所述净信道响应估计来计算所述介质信道响应估计。

7.根据权利要求1的方法，其中基于所述介质信道响应估计使用所述参量方法计算所述修订的损伤相关估计包括：

基于所述介质信道响应估计来计算一个或多个模型拟合参数；以及

基于所述一个或多个模型拟合参数计算所述修订的损伤相关估计。

8.根据权利要求1的方法，其中基于所测量的净信道响应和所述修订的损伤相关估计重新计算所述介质信道响应估计包括使用最大似然估计过程来重新计算所述介质信道响应估计。

9.根据权利要求8的方法，其中使用所述最大似然估计过程重新计算所述介质信道响应估计包括基于所述修订的损伤相关估计、所测量的净信道响应和使在路径延迟上的信道响应与在处理延迟上的信道响应相关的信息来重新计算所述介质信道响应估计。

10.根据权利要求1的方法，其中基于所测量的净信道响应和所述修订的损伤相关估计重新计算所述介质信道响应估计包括使用最小均方误差MMSE估计过程重新计算所述介质信道响应估计。

11.根据权利要求10的方法，其中使用所述MMSE估计过程重新计算所述介质信道响应估计包括基于所述修订的损伤相关估计、所测量的净信道响应和与各个信道系数相关联的平均功率来重新计算所述介质信道响应估计。

12.根据权利要求10的方法，其中使用所述MMSE估计过程重新计算所述介质信道响应估计包括：

基于所述修订的损伤相关估计、所测量的净信道响应和与各个信道系数相关联的平均功率来重新计算净信道响应估计；以及

基于所述净信道响应估计来重新计算所述介质信道响应估计。

13.根据权利要求1的方法，进一步包括基于重新计算的介质信道响应估计来重新计算所述修订的损伤相关估计。

14.根据权利要求13的方法，其中基于重新计算的介质信道响应估计来重新计算所述修订的损伤相关估计包括：

基于重新计算的介质信道响应估计来计算一个或多个模型拟合参数；以及

基于所述一个或多个模型拟合参数重新计算所述修订的损伤相关估计。

15.一种接收机电路，包括基带处理器，被配置来基于初始损伤相关估计和从接收的信号导出的所测量的净信道响应来计算介质信道响应估计，基于所述介质信道响应估计使用参量方法计算修订的损伤相关估计，以及基于所测量的净信道响应和所述修订的损伤相关估计重新计算所述介质信道响应估计，其中，所述介质信道响应估计反映了正在考虑的每个多径衰落信道延迟的响应，而所测量的净信道响应反映了信号传输系统的总体响应并且包括发射机、信道和接收机的响应。

16.根据权利要求15的接收机电路，其中所述基带处理器被配置来使用最大似然估计过程计算所述介质信道响应估计。

17.根据权利要求15的接收机电路，其中所述基带处理器被配置来使用最小均方误差MMSE估计过程计算所述介质信道响应估计。

18.根据权利要求15的接收机电路，其中所述基带处理器被配置来基于所述介质信道响应估计计算一个或多个模型拟合参数和基于所述一个或多个模型拟合参数计算所述修订的损伤相关估计。

19.根据权利要求15的接收机电路，其中所述基带处理器被配置来使用最大似然估计过程重新计算所述介质信道响应估计。

20.根据权利要求15的接收机电路，其中所述基带处理器被配置来使用最小均方误差MMSE估计过程重新计算所述介质信道响应估计。

21.根据权利要求15的接收机电路，其中所述基带处理器进一步被配置来基于重新计算的介质信道响应估计重新计算所述修订的损伤相关估计。

22.一种无线通信设备，包括权利要求15的接收机电路。

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