CN101953085B - 用于估计信干比的方法和设备 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于执行部分专用物理信道(F-DPCH)的闭环传送功率控制的方法和设备。接收F-PDCH上的传送功率控制(TPC)符号、以及公共导频信道(CPICH)符号。使用TPC符号来计算短期信号功率估计，并且使用CPICH符号来计算短期噪声功率估计。计算F-DPCH上的短期信干比(SIR)。使用TPC符号来计算长期信号功率估计和长期噪声功率估计。计算长期SIR并与TPC质量目标进行比较。基于长期SIR与TPC质量目标的比较来调整SIR目标。将短期SIR与SIR目标进行比较，并且基于短期SIR与SIR目标的比较来生成TPC命令。

Description

用于估计信干比的方法和设备

技术领域

本申请涉及包括无线通信的数字通信。

背景技术

在码分多址(CDMA)无线系统中，精确的功率控制对于有效地利用无线发射/接收单元(WTRU)和基站共享的频率资源是很重要的。当功率被最优控制时，系统容量会增加，这是因为系统容量与系统中的干扰量高度相关。

在宽带码分多址(WCDMA)系统中，闭环功率控制用于传送功率控制。闭环功率控制基于信干比(SIR)测量。测量的SIR与参考SIR相比较，并且基于SIR比较产生传送功率控制命令。因此，SIR估计的精确性极大地影响传送功率控制和系统容量的稳定性和精确性。基于统计方差的常规估计器(estimator)需要更大量的导频符号来进行合理的SIR估计，其导致了对信道变化的响应很慢。这尤其体现在传输的导频符号数量较小时的情形。

发明内容

公开了一种用于估计信干比(SIR)的方法和设备。接收到的信号包括多个基函数上的信号能量。在接收到的信号中的期望的信号能量被变换到具有稳定极性的第一基函数上。通过对第一基函数上的信号能量进行相干平均(coherently average)来估计期望的信号能量。通过将除第一基函数之外的每个基函数上的信号能量进行平均、累加来自除第一基函数之外的基函数的平均信号能量、以及缩放累加的信号能量以将来自第一基函数的噪声估计考虑在内，来估计噪声功率。通过将期望的信号能量除以噪声功率来估计SIR。

在WCDMA系统中，通过将公共导频信道(CPICH)导频符号的复共轭乘以接收到的CPICH导频符号可以将CPICH导频符号能量变换到实部，并且在变换之后，根据所述实部可以估计CPICH信号功率，并且根据虚部可以估计CPICH噪声功率。然后通过将CPICH信号功率除以CPICH噪声功率来计算CPICH SIR。

专用物理控制信道(DPCCH)导频符号能量可以被变换为实部，并且在变换之后，DPCCH信号功率可以根据DPCCH导频符号的实部被计算出来。CPICH噪声功率可以用缩放因子来缩放，该缩放因子是CPICH扩展因子(spreading factor)与DPCCH扩展因子的比值。然后通过将DPCCH信号功率除以缩放后的CPICH噪声功率来计算DPCCH SIR。

附图说明

从以下描述中可以更详细地理解本发明，这些描述是以实例的形式给出的并且可以结合附图被理解，其中：

图1是根据一个实施方式用于估计SIR的过程的流程图；

图2是根据一个实施方式用于估计对于WCDMA的CPICH SIR的实例设备的框图；

图3示出了根据第一实施方式在静态和平衰减信道条件下的CPICH SIR测量的性能；

图4是根据另一实施方式用于估计DPCCH SIR的实例设备的框图；

图5示出了根据第二实施方式使用CPICH噪声估计的DPCCH SIR估计的性能。

具体实施方式

公开了用于SIR的在后检测测量的实施方式。所公开的实施方式可以用于对衰减和静态信道精确测量SIR，并且能够在大范围的速度和数字调制方案内跟踪(track)SIR。这里公开的设备和方法可以在WTRU或基站中被实施。术语“WTRU”包括但不局限于用户设备(UE)、移动站、固定或移动用户单元、寻呼机、蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、计算机或能够在无线环境中操作的任何其它类型的用户设备。术语“基站”包括但不局限于节点B、站点控制器、接入点(AP)或能够在无线环境中操作的任何其它类型的接口设备。

数字调制信号可以被表示为一组正交信号波形或基函数的线性组合。例如，二进制相移键控(BPSK)或脉冲幅度调制(PAM)的调制波形可以使用单个基函数的形式来表示：

$f_1\left(t\right)=\sqrt{\frac{2}{E_g}}g\left(t\right)\sin 2\mathrm{\π}{f}_{c}t$ 等式(1)

其中E_g表示脉冲形状的能量，g(t)是脉冲形状，且f_c是载波频率。

类似地，正交幅度调制(QAM)和M相移键控(MPSK)的调制波形可以使用两个基函数的形式来表示：

$f_1\left(t\right)=\sqrt{\frac{2}{E_g}}g\left(t\right)\sin 2\mathrm{\π}{f}_{c}t$ 等式(2)

$f_2\left(t\right)=\sqrt{\frac{2}{E_g}}g\left(t\right)\cos 2\mathrm{\π}{f}_{c}t$

在第k个符号持续时间接收到的信号波形可以被表示如下：

$r_k\left(t\right)=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{s}_{\mathrm{kn}}{f}_n\left(t\right)+n\left(t\right)$ 等式(3)

其中n(t)表示噪声和干扰进程，N是需要用来表示调制信号的正交波型的数量，且s_kn表示第k个传输的符号在基函数f_n(t)上的向量投影。

图1是根据一个实施方式用于估计SIR的过程100的流程图。使用接收到的符号的先验知识(priori knowledge)(例如导频符号)、或者传输的符号的估计(即盲估计)，来自多个基函数的期望的信号能量(即一组正交信号波形)被变换到具有稳定极性的单个的基函数上(步骤102)。不失一般性，假设所有信号能量被投影到基函数f₁(t)上。在理想条件下，该变换将意味着期望的信号仅被集中在f₁(t)上，而在其它基函数上的投影包含纯噪声和干扰。

在变换之后，通过对f₁(t)上的投影进行相干平均接着进行平方运算来估计期望的信号能量(步骤104)。通过将除f₁(t)之外的基函数上的投影的平方进行平均来估计噪声功率(步骤106)。这将在除f₁(t)之外的每个基函数上产生平均噪声估计。通过累加来自每个基函数的噪声估计接着进行缩放运算以考虑来自f₁(t)的失去的噪声估计而获得最终的噪声功率估计(步骤108)。

图2是根据第一实施方式用于估计WCDMA的CPICH SIR的实例设备200的框图。应当注意的是，WCDMA系统中的CPICH SIR的估计是作为实例而被提供的，并且所述设备和方法可以用于为任何无线通信系统估计任何信道(例如专用物理控制信道(DPCCH))上的SIR。

设备200包括复共轭单元202、乘法器204、多路分解器206、第一滤波器208、第一功率计算单元210、第二功率计算单元212、第二滤波器214、以及除法器216。设备200接收CPICH导频符号序列。WCDMA中的CPICH导频符号是正交相移键控(QPSK)调制的，并且可以以具有实部和虚部的复数表示法来表示，该实部和虚部表示接收到的信号在由等式(2)定义的两个基函数上的投影。通过将接收到的CPICH导频符号乘以CPICH导频符号的复共轭可以将CPICH导频符号的所有信号能量变换到实轴上。

CPICH导频符号的复共轭(即单位矢量)由复共轭单元202生成，并且通过乘法器204与接收到的CPICH导频符号相乘。然后实部和虚部被多路分解器206从相乘的结果中分离。

在所述变换之后，期望的信号能量被集中到实部，而虚部在理想条件下完全只包括干扰。然后实部值被第一滤波器208滤波。第一功率计算单元210计算CPICH信号功率估计。

假设噪声同样地被分布在实部和虚部之间，则第二功率计算单元212平方虚部，并且然后用因子2对其进行缩放。然后来自第二功率计算单元212的输出被第二滤波器214滤波以获得CPICH噪声功率估计。CPICH SIR由除法器216通过将CPICH信号功率估计除以CPICH噪声功率估计而获得。

QAM调制也可以用类似于QPSK调制的两个基函数来表示。设备200可以被用于估计QAM调制符号的SIR。传输的QAM符号应当是已知的或被先验估计。设备200可以被用于使用DPCCH导频符号来估计DPCCH的SIR。

图3示出了在静态和平衰减信道条件下的CPICH SIR测量的性能。已经使用极点在0.996处的指数移动平均滤波器生成这些结果。这些结果在静态和衰减条件中在宽范围的SIR值上都显示出了良好的一致性。已经发现这种SIR估计方法对很低的SIR值能做出可靠的估计。

这种方法的主要优点之一是信号能量和噪声能量可以互相独立地被测量的事实。这允许使用很低带宽的滤波器来改进最终估计的精确性。基于统计方差测量的常规方法在使用低带宽滤波器尤其对于衰减信道条件时遭受严重的不精确性。在使用非常低带宽的滤波器，或者换句话说，在使用分散在一段较长的持续时间内大量数据时，由于多普勒效应，基于统计方差的噪声估计不能精确地将噪声变化从信号变化中区分出来。

图4是根据第二实施方式用于估计DPCCH SIR的实例设备400的框图。在WCDMA系统中，对于有效率的功率控制操作，需要每个时隙的DPCCHSIR的精确估计。然而，可用于进行SIR估计的DPCCH导频符号的数量是有限的，这导致了SIR估计中的更大方差。下面描述的方法通过利用CPICH噪声估计来测量每个时隙的DPCCH SIR，减轻了这一问题。

在WCDMA系统中，CPICH一直被连续地传输，这可以用于使用上面公开的第一实施方式做出其信号的可靠估计和噪声估计。假设所述可靠的信道估计可用，那么可以示出在不同扩展因子的信道上观测到的噪声与其各自的扩展因子成反比。这一事实被利用以做出DPCCH SIR的更精确的估计。

设备400包括复共轭单元402、乘法器404、多路分解器406、累加器408、功率计算单元410、缩放单元412、以及除法器414。设备400接收DPCCH导频符号序列。DPCCH导频符号是QPSK调制的，并且可以以具有实部和虚部的复数表示法来表示，该实部和虚部表示接收到的信号在由等式(2)定义的两个基函数上的投影。通过将接收到的DPCCH导频符号序列乘以DPCCH导频符号序列的复共轭可以将DPCCH导频符号的所有信号能量变换到实轴上。

DPCCH导频符号的复共轭(即单位矢量)由复共轭单元402生成，并且通过乘法器404与接收到的DPCCH导频符号相乘。然后实部和虚部被多路分解器406从相乘的结果中分离。

在所述变换之后，DPCCH信号能量被集中到所述实部上。实部值可以通过累加器404而被累加，并且所累加的值被功率计算单元410平方以计算DPCCH信号功率估计。

可以使用上面公开的过程200或任何其它方法来估计CPICH噪声功率估计。缩放单元412使用缩放因子来缩放CPICH噪声功率估计，该缩放因子是DPCCH的扩展因子与CPICH的扩展因子的比值。除法器414通过将DPCCH信号功率估计除以缩放后的CPICH噪声功率估计而获得DPCCHSIR估计。

图5示出了根据第二实施方式使用CPICH噪声估计的DPCCH SIR估计的性能。已经使用用于CPICH噪声估计的极点在0.975的单极点指数加权移动平均(EWMA)滤波器产生结果。可以观察到所述结果在宽范围的SIR情况下显示出了良好的一致性。

当CPICH和DPCCH都使用相同的扰码时，使用CPICH噪声估计的DPCCH SIR估计将产生精确的估计。但是，DPCCH可以在不同的扰码上。在这种情况中，更合适的是使用通过使用DPCCH导频符号进行测量的噪声功率估计。DPCCH噪声估计可以使用上面的第一实施方式而被估计。

所述实施方式的主要优点之一是信号能量和噪声能量可以互相独立地被测量。这允许使用很低带宽的滤波器来改进最终估计的精确性。通过用单独的滤波器用于信号和噪声测量，两个滤波器的带宽可以被独立控制，从而所述滤波器中的每一个都根据它们变化的速率而被调谐。例如，在码分多址(CDMA)系统中，噪声和干扰变化比信号慢得多，这可以经受多普勒效应。从而更低带宽的滤波器可以被用于噪声测量以产生更好的估计。

实施例

1.一种估计SIR的方法。

2.根据实施例1所述的方法，该方法包括接收信号，该信号包括在多个基函数上的信号能量。

3.根据实施例2所述的方法，该方法包括将期望的信号能量变换到具有稳定极性的第一基函数上。

4.根据实施例3所述的方法，该方法包括通过对所述第一基函数上的信号能量进行相干平均来估计期望的信号能量。

5.根据实施例3-4中任一实施例所述的方法，该方法包括通过对除所述第一基函数之外的每个基函数上的信号能量进行平均、累加来自除所述第一基函数之外的基函数的平均信号能量、以及缩放所累加的信号能量以将来自所述第一基函数的噪声估计考虑在内，从而估计噪声功率。

6.根据实施例5所述的方法，该方法包括将期望的信号能量除以所述噪声功率来计算SIR。

7.一种估计SIR的方法。

8.根据实施例7所述的方法，该方法包括接收导频符号，该导频符号以具有实部和虚部的复数表示法来表示。

9.根据实施例8所述的方法，该方法包括通过将导频符号的复共轭乘以所接收到的导频符号来将导频符号能量变换到实部。

10.根据实施例9所述的方法，该方法包括在变换之后根据所述导频符号的实部计算信号功率。

11.根据实施例10所述的方法，该方法包括在变换之后根据所述导频符号的虚部计算噪声功率。

12.根据实施例11所述的方法，该方法包括通过将所述信号功率除以所述噪声功率来计算SIR。

13.根据实施例11-12中任一实施例所述的方法，其中假设噪声同样地分布在所述实部和所述虚部之间来计算所述噪声功率。

14.根据实施例8-13中任一实施例所述的方法，其中所述导频符号是CPICH导频符号。

15.根据实施例8-13中任一实施例所述的方法，其中所述导频符号是DPCCH导频符号。

16.根据实施例7-15中任一实施例所述的方法，该方法还包括接收DPCCH导频符号，所述DPCCH导频符号以具有实部和虚部的复数表示法来表示。

17.根据实施例16所述的方法，该方法包括将DPCCH导频符号的复共轭乘以所接收到的DPCCH导频符号来将DPCCH符号能量变换到实部。

18.根据实施例17所述的方法，该方法包括在变换之后根据所述DPCCH导频符号的实部计算DPCCH信号功率。

19.根据实施例14-18中任一实施例所述的方法，该方法包括用缩放因子乘以所述CPICH噪声功率，该缩放因子是CPICH扩展因子与DPCCH扩展因子的比值。

20.根据实施例19所述的方法，该方法包括通过将所述DPCCH信号功率除以缩放后的CPICH噪声功率来计算DPCCH SIR。

21.一种用于估计SIR的设备。

22.根据实施例21所述的设备，该设备包括接收机，该接收机用于接收导频符号，该导频符号以具有实部和虚部的复数表示法来表示。

23.根据实施例22所述的设备，该设备包括乘法器，该乘法器用于通过将导频符号的复共轭乘以所接收到的导频符号来将导频符号能量变换到实部。

24.根据实施例23所述的设备，该设备包括第一功率计算单元，该第一功率计算单元用于在变换之后根据所述导频符号的实部计算信号功率。

25.根据实施例23-24所述的设备，该设备包括第二功率计算单元，该第二功率计算单元用于在变换之后根据所述导频符号的虚部计算噪声功率。

26.根据实施例25所述的设备，该设备包括除法器，该除法器用于将所述信号功率除以所述噪声功率来计算SIR。

27.根据实施例25-26中任一实施例所述的设备，其中假设噪声同样地分布在所述实部和所述虚部之间来计算所述噪声功率。

28.根据实施例22-27中任一实施例所述的设备，其中所述导频符号是CPICH导频符号。

29.根据实施例22-27中任一实施例所述的设备，其中所述导频符号是DPCCH导频符号。

30.根据实施例22-29中任一实施例所述的设备，其中所述接收机还被配置成接收DPCCH导频符号，所述DPCCH导频符号以具有实部和虚部的复数表示法来表示。

31.根据实施例30所述的设备，该设备包括第二乘法器，该第二乘法器用于通过将DPCCH导频符号的复共轭乘以所接收到的DPCCH导频符号来将DPCCH符号能量变换到实部。

32.根据实施例31所述的设备，该设备包括第三功率计算单元，该第三功率计算单元用于在变换之后根据所述DPCCH导频符号的实部计算DPCCH信号功率。

33.根据实施例28-32中任一实施例所述的设备，该设备包括第三乘法器，该第三乘法器用于用缩放因子乘以所述CPICH噪声功率，该缩放因子是CPICH扩展因子与DPCCH扩展因子的比值。

34.根据实施例33所述的设备，该设备包括第二除法器，该第二除法器用于通过将所述DPCCH信号功率除以缩放后的CPICH噪声功率来计算DPCCH SIR。

虽然本发明的特征和元素以特定的结合进行了描述，但每个特征或元素可以在没有其它特征和元素的情况下单独使用，或在与或不与其它特征和元素结合的各种情况下使用。这里提供的方法或流程图可以在由通用计算机或处理器执行的计算机程序、软件或固件中实施，其中所述计算机程序、软件或固件是以有形的方式包含在计算机可读存储介质中的。关于计算机可读存储介质的实例包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、寄存器、缓冲存储器、半导体存储设备、内部硬盘和可移动磁盘之类的磁介质、磁光介质以及CD-ROM磁盘和数字多功能光盘(DVD)之类的光介质。

举例来说，恰当的处理器包括：通用处理器、专用处理器、常规处理器、数字信号处理器(DSP)、多个微处理器、与DSP核相关联的一个或多个微处理器、控制器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)电路、任何一种集成电路(IC)和/或状态机。

与软件相关联的处理器可以用于实现一个射频收发机，以便在无线发射接收单元(WTRU)、用户设备(UE)、终端、基站、无线电网络控制器(RNC)或任何主机计算机中加以使用。WTRU可以与采用硬件和/或软件形式实施的模块结合使用，例如相机、摄像机模块、可视电话、扬声器电话、振动设备、扬声器、麦克风、电视收发机、免提耳机、键盘、蓝

模块、调频(FM)无线电单元、液晶显示器(LCD)显示单元、有机发光二极管(OLED)显示单元、数字音乐播放器、媒体播放器、视频游戏机模块、因特网浏览器和/或任何无线局域网(WLAN)或超宽带(UWB)模块。

Claims (22)

1.一种估计信干比SIR的方法，该方法包括：

接收信号，其中所接收的信号携带调制后的符号并包括噪声，且其中所述调制后的符号能够以具有实部和虚部的复数表示法来表示；

通过将所接收的信号乘以导频信号的复共轭来将所接收的信号的符号能量变换到实部，其中所述导频信号具有实部和虚部；

根据变换后的信号的实部来计算信号功率；

根据变换后的信号的虚部来计算噪声功率；以及

通过将所述信号功率除以所述噪声功率来计算所述SIR。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：

计算所述信号功率包括：

对变换后的信号的实部进行滤波；以及

根据变换后的信号的滤波后的实部来计算所述信号功率；并且计算所述噪声功率包括：

对变换后的信号的虚部进行滤波；以及

根据变换后的信号的滤波后的虚部来计算所述噪声功率，其中假设所述噪声同样地分布在变换后的信号的实部和虚部之间来计算所述噪声功率。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所接收的信号通过公共导频信道CPICH接收。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所接收的信号通过专用物理控制信道DPCCH接收。

5.根据权利要求1所述的方法，该方法由无线发射/接收单元执行。

6.根据权利要求1所述的方法，该方法由基站执行。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述导频信号为所接收的信号的估计。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述导频信号表示不受噪声影响的所接收的信号。

9.根据权利要求3所述的方法，该方法还包括：

接收包括噪声的专用物理控制信道DPCCH信号中的DPCCH导频符号，所述DPCCH导频符号以复数表示法来表示；

通过将所接收的DPCCH信号乘以所述DPCCH导频符号的复共轭来将所接收的DPCCH信号的DPCCH符号能量变换到实部；

根据变换后的DPCCH信号的实部来计算DPCCH信号功率；

用缩放因子乘以所述CPICH噪声功率，该缩放因子是CPICH扩展因子与DPCCH扩展因子的比值；以及

通过将所述DPCCH信号功率除以缩放后的CPICH噪声功率来计算DPCCH SIR。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述符号根据正交相移键控QPSK而被调制。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述符号根据二进制相移键控BPSK而被调制。

12.一种用于估计信干比SIR的设备，该设备包括：

接收机，被配置为接收信号，其中所接收的信号携带调制后的符号并包括噪声，且其中所述调制后的符号能够以具有实部和虚部的复数表示法来表示；

乘法器，被配置为通过将所接收的信号乘以导频信号的复共轭来将所接收的信号的符号能量变换到实部，其中所述导频信号具有实部和虚部；

第一功率计算单元，被配置为根据变换后的信号的实部来计算信号功率；

第二功率计算单元，被配置为根据变换后的信号的虚部来计算噪声功率；以及

除法器，被配置为通过将所述信号功率除以所述噪声功率来计算所述SIR。

13.根据权利要求12所述的设备，其中：

所述第一功率计算单元被配置为：

对变换后的信号的实部进行滤波；以及

根据变换后的信号的滤波后的实部来计算所述信号功率；并且所述第二功率计算单元被配置为：

对变换后的信号的虚部进行滤波；以及

根据变换后的信号的滤波后的虚部来计算所述噪声功率，其中假设所述噪声同样地分布在变换后的信号的实部和虚部之间来计算所述噪声功率。

14.根据权利要求12所述的设备，其中所接收的信号通过公共导频信道CPICH接收。

15.根据权利要求12所述的设备，其中所接收的信号通过专用物理控制信道DPCCH接收。

16.根据权利要求12所述的设备，该设备被配置为无线发射/接收单元。

17.根据权利要求12所述的设备，该设备被配置为基站。

18.根据权利要求12所述的设备，其中所述导频信号为所接收的信号的估计。

19.根据权利要求12所述的设备，其中所述导频信号表示不受噪声影响的所接收的信号。

20.根据权利要求14所述的设备，其中所述接收机还被配置为接收包括噪声的专用物理控制信道DPCCH信号中的DPCCH导频符号，所述DPCCH导频符号以复数表示法来表示，该设备还包括：

第二乘法器，被配置为通过将所接收的DPCCH信号乘以所述DPCCH导频符号的复共轭来将所接收的DPCCH信号的DPCCH符号能量变换到实部；

第三功率计算单元，被配置为根据变换后的DPCCH信号的实部来计算DPCCH信号功率；

第三乘法器，被配置为用缩放因子乘以所述CPICH噪声功率，该缩放因子是CPICH扩展因子与DPCCH扩展因子的比值；以及

第二除法器，被配置为通过将所述DPCCH信号功率除以缩放后的CPICH噪声功率来计算DPCCH SIR。

21.根据权利要求12所述的设备，其中所述符号根据正交相移键控QPSK调制。

22.根据权利要求12所述的设备，其中所述符号根据二进制相移键控BPSK调制。

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