CN101978749B - 在无线接收机中处理数字样本 - Google Patents

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Abstract

一种用于处理来自经由无线通信系统中的无线传输信道接收到的信号的数字样本的系统和方法。所述方法包括：将目标信号质量值与所估计的接收信号质量值相比较；检测所估计的接收信号质量值是否超过目标信号质量值达到一定时段；以及选择不同灵敏度的多个处理例程之一来处理数字样本。

Description

在无线接收机中处理数字样本
技术领域
本发明涉及无线通信系统中的无线电接收机，并且涉及处理无线电信号的方法。
背景技术
可以基于常常由标准指定的多个不同通信系统来实现现代无线通信中的无线电信号的传输。对能够操作以支持这些无线通信系统中的多于一个设备的要求越来越高。移动无线电接收机设备包括模拟射频(RF)/中频(IF)级，其被布置为经由一个或多个天线来接收和发射无线信号。RF/IF级的输出通常被转换成基带，其中模数转换器(ADC)将输入的模拟信号转换成数字样本，其随后被处理以进行信号检测和对由信号载送的信息数据的解码。ADC可以替换地直接在IF下操作，在这种情况下，在数字域中执行到基带的转换。已知数字样本的多种不同类型的前端处理以实现信号检测，包括耙式接收机处理和信道均衡处理。后续处理步骤包括解码和错误检查。
在码分多址(CDMA)无线系统中，使用单独的扩频序列在码域中对不同的物理信道进行复用。在正交扩频码字的情况下，然后可以通过解扩在接收机处有效地分离原始数据符号。
在宽带CDMA(WCDMA)蜂窝系统中，使用正交可变扩频因子(OVSF)码来执行下行链路码复用。然而，只有在理想的时间对准的条件下，OVSF码字才相互正交。在存在多径传播的情况下，码正交性丢失，并且多址干扰(MAI)影响了解扩的操作。
对于在数据信道(DCH)上接收到的信息数据的信号处理而言，CDMA移动无线电接收机按照惯例采用依赖于扩频序列的相关性质的耙式处理器。例如在J.G.Proakis的“Digital Communications”，New York：McGraw-Hill 1995中描述了耙式处理器。
图1是指示3GPP宽带码分多址(WCDMA)接收机的主要功能组件的示意性框图。附图标记2表示天线，其接收无线传输并将其以模拟形式供应给RF和IF级4。接收机前端6包括模数转换的功能并向信号检测块8供应数字样本。可以以多种方式来实现信号检测块8且其负责对接收到的编码信号样本进行解扰和解扩。可以根据信号检测块8的输出来测量接收到的信号的信号与干扰加噪声比(SIR)。对于每个时隙而言，接收包括被复用到专用物理信道(3GPP WCDMA中的DPCH)上的多个传输信道(TrCH)的块。如图1所示，在信号检测和信道解码之后，经解码的数据位被供应给循环冗余校验(CRC)块12。CRC检查指示该数据块是否已被正确地解码。经解码的数据位还被作为信息数据输出，其根据在接收机中实现的QoS测量而被使用或不使用。
对于干扰限制的无线系统而言，诸如基于CDMA技术的那些，由发射功率控制(TPC)机制来执行链路自适应，这保证足够但不过多的功率被发射以获得适当的接收信号质量。也就是说，主动地控制专用下行链路功率以便以最小功率提供指定的QoS。通过以即使在最小功率水平下也将保持QoS的方式来实现信号处理来获得该QoS。
在3GPP WCDMA系统中，功率控制机制包括两个部分：1)所谓的“外回路”算法14，其设置并调整目标信号与干扰加噪声功率比(SIR)以便满足由网络设置的误块率(BLER)目标；以及2)所谓的“内回路”算法16，其向发射机提供快速反馈以便发射机能够调整其发射信号功率从而满足接收机SIR目标。反馈采取作为无线信号发送的升/降(up/down)功率命令的形式。内回路发射功率控制16通常基于目标SIR(SIR1)与根据接收到的信号所估计的SIR(SIRest)之间的比较。外回路机制14响应于误块信息(BEI)的接收而升高或降低SIR目标，其通常由CRC检查12的通过/不通过(pass/fail)来导出。如果正确地接收到数据块(CRC通过)，则降低SIR目标；如果不正确地接收到数据块(CRC不通过)，则升高SIR目标。在正常情况下，内回路功率控制能够向发射机提供反馈以调整发射功率以在短时间内满足新的目标(在WCDMA中，功率可以每时隙改变1dB)。然而，在某些条件下，诸如当发射机已达到其最小允许发射功率时，情况可能是在接收机处估计的实际SIR不能减小至低到目标SIR。在这种情况下，很可能BLER将低于目标比率(其甚至可以是零)。
本发明的目的是优化无线通信环境中的接收机的处理设施，特别地在使所需的计算资源和/或功率消耗最小化的同时考虑所需的信号处理性能，以获得该处理性能。
发明内容
根据本发明的另一方面，提供了一种处理来自经由无线通信系统中的无线传输信道接收到的信号的数字样本的方法，该方法包括：
将目标信号质量值与所估计的接收信号质量值相比较；以及
检测所估计的接收信号质量值是否超过目标信号质量值达到一定时段；以及
选择不同灵敏度的多个处理例程(routine)之一以基于所述检测步骤来处理数字样本。
在3GPP WCDMA的背景中描述本发明，其中，存在向发射机提供比较步骤的结果以基于比较步骤来调整用于信号的发射功率的步骤，但应很容易认识到其可适用于其它背景。
本发明还提供了一种计算机程序产品，其在被处理器运行时实施上述方法。
可以在接收机处实施所述方法步骤，所述接收机接收所述信号中的数据块。
本发明在以下情况下特别有价值，其中当检测到“过度(excess)”信号质量达到一定时段时选择较低灵敏度的处理例程。
所述多个处理例程可以包括不同的算法和/或算法的不同实现。例如，可以控制的处理选择包括：
均衡器对比耙式接收机之间的选择，
速率匹配算法(例如，可以丢弃某些重复位)，
在维特比解码中选择复杂度降低的算法(例如减小回溯(traceback)长度)，
HARQ实现-可以丢弃而不是保存某些数据符号，可以以较低的速率进行信道估计。
处理例程的灵敏度表示其基于输入数字样本的质量来递送用于经处理信息的指定服务质量(QoS)的能力。处理例程越灵敏，其在较低输入质量水平下产生指定QoS的能力越强，但其在其运行中消耗的MIPS(执行例程的处理器的处理循环)和功率越多。可以用多个不同的参数来表示QoS，包括误比特率(BER)、误块率(BLER)、吞吐量和等待时间。通过SIR测量来确定输入信号质量。
根据本发明的另一方面，提供了一种供在无线通信系统中使用的接收机，该接收机包括：
用于接收经由无线传输信道从发射机发射的信号的装置；
用于将目标信号质量值与针对块所估计的接收信号质量值相比较的装置；
用于检测所估计的接收信号质量值是否超过目标信号质量值达到一定时段的装置；
用于保持不同灵敏度的多个处理例程的装置；以及
选择装置，其被耦合到检测装置并且在操作时能够(operable)选择不同灵敏度的多个处理例程之一来处理数字样本。
可以在功率控制中使用目标信号质量值，例如接收机可以包括用于将比较步骤的结果提供给发射机的装置，由此发射机能够基于比较步骤来调整发射功率，例如在W-CDMA系统中。
所述目标信号质量值可以替换地/另外地用于自适应调制和编码。
本发明还提供了用于在无线通信系统中使用的移动终端，该无线通信系统包括：
无线接口，其用于接收和提供数字样本；以及
接收机，其用于如上所定义的那样处理数字样本。
本发明还提供了一种无线通信系统，其包括如上所定义的接收机和发射机，其中，所述发射机在操作时能够基于比较步骤的结果来调整发射功率。
直接基于所述比较步骤或作为比较步骤的结果提供给发射机的功率命令的计数(count)、或基于其组合来实现检测所估计的接收信号质量值(例如SIR)是否超过目标信号质量值。
附图说明
为了更好地理解本发明并示出可以如何将其付诸实践，现在以示例的方式对附图进行参考，在附图中：
图1是示为无线电接收机的功能块处理组件的示意性框图；
图2是无线通信接收机的架构的示意性框图；
图3A是图示选择不同灵敏度的处理例程的一个实施例的功能框图；
图3B是图示选择处理例程的另一实施例的功能框图；
图4是保持不同灵敏度的处理例程的表的示意图；以及
图5是控制回路的实现的示意性框图。
具体实施方式
图2是用于在无线通信系统中发射和接收信号的设备的示意性架构图。可以以多种不同方式来实现此类设备，但是依照图2，一系列RF/IF级32(图1中的块4、6)被布置为经由一个或多个天线2来接收和发射无线信号(TX、RX)。在RF/IF级的输出端处接收到的信号通常被转换成基带，其中ADC将模拟信号转换成数字样本。图2的块32包括用于处理接收到的无线电信号并提供数字信号样本y(k)的组件。这可以以在本领域中已知且在本文中未进一步讨论的不同方式来实现。
样本y(k)被供应给与处理器22、指令存储器24和数据存储器26通信的数据传输引擎30。处理器22负责处理样本y(k)。处理器22可以执行以码序列的形式保持在指令存储器24中的多个不同功能。这提供具有本文进一步讨论的许多优点的所谓的软调制解调器。
图3A是图示本发明的实施例的原理的示意性框图。
以功能块的形式示出信号接收机的组件。应很容易认识到可以在硬件或软件中或以任何适当方式来实现这些组件，并且图3中的布局不一定表示任何物理布局。在表示本发明的一个非限制性示例的在此所描述的架构中，在调度软件的管理下，通过预期(expect)处理器22中的代码序列来实现功能组件。
信号处理块40表示接收机的信号处理功能，包括例如图1中的块8、10和12的功能。块40包括用于估计输入块的SIR的估计功能42。这可以在信号检测功能(8)中实现，其执行数字样本yk的信号检测(例如通过进行处理)，并且，通常作为此类处理的副产品，估计每个块的输入数字样本的信号干扰比SIRest。接收机使用本身已知且在本文中不进一步讨论的外回路功率控制算法14来保持目标信号干扰比SIRt。由内回路功率控制算法16来比较目标信号干扰比SIRt和所估计的信号干扰比SIREST，所述内回路功率控制算法16控制TPC命令到发射机的传输以便升高或降低由发射机向接收机发射的信号的功率。在本说明书的前言中已简要地描述了此机制但在此不对其进一步描述，因为其对于本领域的技术人员而言是已知的。
作为对作为信号处理块8中的信号处理的副产品而生成所估计的信号干扰比的替代，可以提供单独的功能以生成所估计的信号干扰比。
可以使用多个不同的处理例程来实现由块40执行的信号处理。这些以保持在指令存储器24中的单独代码序列的形式用图表示出。为了实现特定的处理例程，适当的代码序列被加载到处理器22中并被运行以依照该处理例程来处理信号。虽然所述处理例程已被示为单独的代码序列，但实际上情况可能比那更复杂。也就是说，处理例程可以是具有基本上公共的代码库且通过可以从指令存储器24或数据存储器26调用的不同参数而改变的相同算法(ALG1、ALG2、ALG3)的变体。算法的实现(处理例程)在灵敏度方面有变化。也就是说，它们随着接收信号功率水平(如估计SIR所指示)的降低而在递送所需服务质量的能力方面有变化。处理例程越灵敏，即使在低SIR下实现信号处理时，在生成指定服务质量方面也越好。然而，更灵敏的处理例程通常利用更多的MIP和处理功率。在3GPP用户设备中，在物理层处，通过由网络选择的物理信道和目标BLER的选择来指定QoS。
如本说明书的前言所解释的，可能出现这样的情况，其中作为内回路功率控制算法16中的比较的结果，接收机不断地向发射机发回“降”功率控制命令，即使发射机已经以其最小功率进行发射。因此，不能对这些命令起作用且结果是发射机继续以其最小功率进行发射。然而，这对于现行无线条件下的接收机的要求而言是过度的，因为接收机可以允许在较低功率水平下接收信号。
为了优化这些条件下的接收机的功能，本发明的实施例提供了选择功能17。选择功能17考虑在内回路功率控制块16中实现的所估计SIR与目标SIR之间的比较。可以将“过度SIR”定义为当前目标SIR与当前SIR的平均SIR估计之间的差。如果存在过度SIR达到适当的时段，则选择功能17确定可以在不降低递送的服务质量的情况下降低处理功能的灵敏度。因此，其选择降低灵敏度的处理例程，亦即在灵敏度方面比当前被信号检测块8利用的处理例程低的例程。所述时段取决于环境且被选择为足够长以避免检测到意外过度的SIR，同时足够短以对处理器的操作有影响。可以快速地升高灵敏度但较缓慢地将其降低。灵敏度升高可以在约50ms的时间段上进行，而降低可以约为几百毫秒。该切换可以取决于算法：例如，Turbo迭代的数目可以每40ms改变，而搜索参数可以每500ms改变。
在图3B中示出可替换实施例。在本实施例中，基于TPC命令的计数而不是目标SIR与所估计SIR之间的比较来实现处理例程的选择。接收机检查其发送到发射机(计数器19)的TPC命令。如果连续地发送了多于预定数目n的“降”命令，则很可能发射机已达到其最小功率，并且接收机处于过度SIR状态。
相反，当处于过度SIR状态时，如果多于预定数目的TPC命令被确定为“升”命令，则可以确定接收机不再处于过度SIR状态，并且可能需要重新确定灵敏度增加的处理例程。
可以改变处理例程以影响其灵敏度的方式包括以下各项：
可以降低耙式处理(块8)中的过采样滤波器的过采样率和质量；
可以减少耙式处理(块8)中的耙齿的数目；
搜索器参数，例如阈值、搜索率(在判定多长时间运行搜索一次的控制代码中实现)；
可以减少Turbo(涡轮)解码功能(块10)中的Turbo迭代的数目。
另一种可能性是将与如此低以致于指示数据很可能具有不值得处理的坏质量的SNR比相关联的数据一起丢弃。
如上所述，处理例程可以表示类似算法的实现。在这种情况下，可以在校准表中限定用于每种实现的灵敏度退化。图4图示了校准表的一个示例。
可替换地，图5示意性地图示了：对于每种算法而言，可以将各种实现排序，控制回路降低实现质量，只要过度SIR保持在阈值之上即可。控制回路本身可以通过在处理器22上执行代码序列来实现。
当灵敏度下降根据信道而变化时，实现控制回路的图5的实施例在控制信道估计的速率的选择时特别有价值。

Claims (9)

1.一种处理来自经由无线通信系统中的无线传输信道从发射机接收到的信号的数字样本的方法，所述方法包括：
将目标信号质量值与所估计的接收信号质量值相比较；
将比较步骤的结果提供给发射机以基于比较步骤来调整用于信号的发射功率；
其中提供步骤包括向发射机发送功率命令，其中降功率命令指示发射机减小其发射功率；
对降功率命令进行计数，并且如果已发送超过预定数目，则检测到过度信号质量；以及
基于所述检测选择不同灵敏度的多个处理例程之一来处理数字样本，其中当检测到过度信号质量时选择降低灵敏度的处理例程。
2.如权利要求1所述的方法，包括生成所估计的接收信号质量值的步骤。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述信号包括块，并且在处理块的数字样本期间实施针对该块生成所估计的接收信号质量值的步骤。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述多个处理例程包括算法的不同实现；信号检测例程；解码例程；滤波例程；估计例程。
5.一种用于在无线通信系统中使用的接收机，所述接收机包括：
用于接收经由无线传输信道从发射机发射的信号的装置；
用于将目标信号质量值与针对块的所估计的接收信号质量值相比较的装置；
用于将比较步骤的结果提供给发射机的装置，由此发射机能够基于比较步骤来调整发射功率；
其中用于提供的装置包括用于向发射机发送功率命令的装置，其中降功率命令指示发射机减小其发射功率；
用于对降功率命令进行计数并且如果已发送超过预定数目则检测到过度信号质量的装置；
用于保持不同灵敏度的多个处理例程的装置；以及
选择装置，其被耦合到用于计数的装置且在操作时能够选择不同灵敏度的多个处理例程之一来处理数字样本，其中当检测到过度信号质量时选择降低灵敏度的处理例程。
6.如权利要求5所述的接收机，包括用于存储包括算法的不同实现的多个所述处理例程的装置，每个实现与相关联的灵敏度一起存储。
7.如权利要求5所述的接收机，包括在操作时能够从不同灵敏度的处理例程的有序集中进行选择的控制回路装置。
8.一种用于在无线通信系统中使用的移动终端，包括：
无线接口，其用于接收和提供数字样本；以及
如权利要求5至7中任一项所述的用于处理数字样本的接收机。
9.一种无线通信系统，包括如权利要求5至7中任一项所述的接收机和发射机，其中所述发射机在操作时能够基于所述比较步骤的结果来调整发射功率。
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