CN102652398A - 数据导频功率比估计 - Google Patents

Abstract

一种CDMA接收机计算数据导频功率比的精确估计。首先，根据数据和导频信道来获得数据导频功率比的偏置估计。然后根据导频信道来计算乘性校正因子，并将其应用于偏置的数据导频功率比估计。这个因子是基于偏置估计和基于导频信道的SINR。能够根据不同的方法来运算这个SINR。

Description

数据导频功率比估计

技术领域

本发明一般涉及无线通信，并且更具体来说涉及估计CDMA系统中的数据导频功率比的方法。

背景技术

无线通信在许多方面是现代生活中无处不在的一部分。一种众所周知且广泛部署的无线通信协议是码分多址（CDMA）。CDMA网络使用扩频技术，其用不同的正交码对不同用户的数据编码（扩频）以及通过相同的频率传送更高带宽编码的信号。在CDMA系统中，每个码序列包括单独的通信信道。通过与数据符号分开的单独信道来传送（也就是，用与数据符号不同的码来扩频）已知的参考符号（称为导频符号）。接收机使用导频信道来估计所要求的接收机量。

注意根据导频信道获得的估计是根据导频信道功率缩放的，导频信道功率通常显著高于数据信道功率。要求根据数据信道功率缩放的估计的接收机操作可以通过使用数据导频功率比来获得适当缩放的估计。例如，可以使用导频信道来估计净信道系数（                                               

）。一些接收机操作要求根据数据信道功率缩放的净信道系数的估计（

）。使用关系

，其中

（即，数据导频功率比的平方根），接收机能够获得具有适当缩放的净信道估计。

数据导频功率比在许多上下文中都是有用的。一个示例是用于特播（turbo）解码的软值缩放。对于16 QAM和64 QAM星座，位b _j 的对数似然能够写为：

其中z表示估计的符号值，s _i 是实际符号值，γ是信号噪声比，以及w是组合权重的向量。使用数据导频功率比和基于导频的信道估计，能够经由如下等式对等式（1）求值：

要求精确的数据导频功率比的另一个接收机操作是信号干扰和噪声比（SINR）估计。罗森奎斯特（Rosenqvist）等人提交的共同未决的美国专利申请“Data-Aided SIR Estimation”（该申请与本申请同时提交且转让给本申请的受让人，以及其通过引用其整体来并入本文）公开使用估计的数据符号来改进SINR估计的可靠性和精确性。通用方法是：

1. 获得估计的数据符号；

2. 将这些符号归一化以与所传送星座的功率匹配（备选地，缩放参考星座来匹配接收数据的功率）；

3. 确定每个估计的数据符号的最接近星座点（即，硬符号决策）；

4. 将信号功率确定为所检测星座点的平均功率；

5. 将噪声功率确定为缩放的数据符号与所检测星座点之间的差的平均功率；以及

6. 校正不正确的硬符号决策导致的偏置。

这个过程中的步骤2要求数据符号的归一化。能够将估计的数据符号值写为：

所以适当的归一化因子是

。使用数据导频功率比和基于导频的信道系数，能够根据如下等式获得A的良好估计：

本领域中已知多种用于确定数据导频功率比的方法。凯恩斯（Cairns）在2005年2月23日提交的共同未决的美国专利申请序列号11/064,351“A Method and Apparatus for Estimating Gain Offsets for Amplitude-Modulated Communication Signals”（该申请转让给本申请的受让人，以及通过引用其整体并入本文）提供截至2004年已知方法的概述及这些方法中的每种方法的缺点。自从2004年起采用两种附加的方法。

一种方法是代数解决方案。能够经由如下等式来获得数据导频功率比：

其中

这里，z_k ^c是对应于码c的第k个估计的数据符号，C是所使用的码的数量，以及K是每个时隙的数据符号的数量。

代数解决方案的主要缺点是等式（5）的分子趋于含非常多噪声。含噪声分子必定意味着含噪声的数据导频功率估计。这导致特播解码和SINR估计的性能下降。分子含噪声主要由于两个原因。首先，存在假设

。这仅对于G-Rake（通用Rake）接收机并且仅在准确地确定了组合权重时是成立的。实际中，一般使用用于确定w的某种迭代方法，所以组合权重不是准确的。分子含噪声的第二个原因是，基于导频的净信道估计使用有限数量的符号。由于估计错误导致的噪声能够是大的，尤其是当SINR低时。因此，在实际中，代数解决方案未得到精确的数据导频功率比估计。

另一种方法是参数G-Rake解决方案，其中将数据导频功率比确定为确定参数G-Rake接收机的缩放因子的副产品。通常，参数G-Rake接收机使用根据导频信道获得的损害协方差矩阵（impairment covariance matrix）的估计来确定缩放因子。于2009年9月15日公布的弗尔杰姆（Fulghum）等人的美国专利号7,590,167“A Method and Apparatus for QAM Demodulation in a Generalized Rake Receiver”（该专利转让给本申请的受让人，以及通过引用其整体来并入本文）公开数据协方差矩阵的使用。能够通过将该数据协方差矩阵的组成部分写成以下等式来看到这个方法的效用：

当通过'167专利中描述的最小平方拟合过程来确定缩放因子时，作为副产品获得数据导频功率比的估计。但是，这个方法仅适用于G-Rake接收机。

发明内容

根据本文公开和要求保护的实施例，通过首先获得数据导频功率比的偏置估计来导出数据导频功率比的精确估计。然后根据导频信道计算乘性校正因子，并将其应用于偏置的数据导频功率比估计。

一个实施例涉及一种确定CDMA无线通信网络中的数据导频功率比的方法。在导频信道中接收导频符号，以及在数据信道中接收数据符号。获得基于数据符号的数据导频功率比的偏置估计。根据导频信道计算乘性校正因子。将校正因子应用于偏置的数据导频功率比估计以获得更精确的数据导频功率比估计。

另一个实施例涉及CDMA接收机。该接收机包括接收机电路，该接收机电路可操作以接收数据信道中的数据符号和导频信道中的导频符号。CDMA接收机还包括控制器，该控制器可操作以控制接收机电路的操作，以及还可操作以基于数据符号来获得数据导频功率比的偏置估计；根据导频信道来计算乘性校正因子；以及将校正因子应用于偏置的数据导频功率比估计以获得更精确的数据导频功率比估计。

又一个实施例涉及可在CDMA无线通信网络中操作的用户设备（UE）。该UE包括一个或多个天线和接收机，该接收机可操作地耦合到天线并且可操作以接收数据信道中的数据符号和导频信道中的导频符号。该UE还包括控制器，该控制器可操作以控制接收机电路的操作，以及还可操作以基于数据符号来获得数据导频功率比的偏置估计；根据导频信道来计算乘性校正因子；以及将校正因子应用于偏置的数据导频功率比估计以获得更精确的数据导频功率比估计。

附图说明

图1是估计CDMA系统中的数据导频功率比的方法的流程图，以及图2描绘可操作以实现估计CDMA系统中的数据导频功率比的方法的代表性UE。

具体实施方式

根据本发明的实施例，获得数据导频功率比的偏置估计,以及然后应用以乘性缩放项形式的偏置校正以获得数据导频功率比的更精确估计。图1中描绘这个方法10。假定使用来自C个码的组合数据符号，这些符号的平均功率是：

将等式（8）除以给出数据导频功率比的期望偏置估计（图1，框12）如下：

按如下计算用于校正估计中的偏置的缩放因子（图1，框14）：

注意缩放因子取决于我们希望估计的真实量，其通常是一个问题。但是，考虑到等式（10）具有形式X/(X + Y)。只要，X的任何正值都会导致大于0且小于1的缩放因子。因此，缩放因子减小数据导频功率比的偏置估计。因为数据导频功率比是最初被公式（9）过高估计的，所以偏置的估计将朝真值的方向适当地减小。使用已经获得的偏置估计，将缩放因子应用于偏置估计（图1，框16）：

本文中呈现多个实施例，其演示实现方法10的实际方式。这些实施例在如何获得导频信道的SINR上有所不同。一个实施例执行导频SINR的直接测量。另一个实施例执行导频SINR的间接测量。

根据直接测量导频SINR的一个实施例，可以按如下步骤来执行方法10：

1. 获得平均组合数据符号功率：

2. 计算基于导频的净信道系数：

，其中

是对应于一个时隙中的第i个导频符号周期的解扩导频符号的向量，以及s(i)是对应的导频符号。

3. 组合导频符号：

。

4. 计算组合的导频符号的平均值和方差：

5. 计算导频SINR的估计

6. 计算数据导频功率比的偏置估计（图1，步骤12）：

7. 计算校正缩放因子（图1，步骤14）：

8. 应用缩放因子以获得数据导频功率比（图1，步骤16）：

根据间接测量导频SINR的另一个实施例，可以按如下步骤来执行方法10： 

1. 获得平均组合数据符号功率：

2. 计算基于导频的净信道系数：

3. 组合导频符号：

。

4. 计算组合的导频符号的平均值和方差：

5. 计算导频SINR的估计：

。

6. 计算数据导频功率比的偏置估计（图1，步骤12）：

7. 计算校正缩放因子（图1，步骤14）：

8. 应用缩放因子以获得数据导频功率比（图1，步骤16）：

获得数据导频功率比的精确估计的方法10可以在如基站或节点B的固定网络接入点中的接收机中实现，或在移动用户设备（UE）中的接收机中实现。图2描绘可操作以实现方法10的代表性UE 20。UE 20包括收发信机24、天线22、控制器26、存储器28和用户接口30。UE 20可以包括为了清楚而图2中未描绘的附加电路、模块和功能块。可以连接到一个或多个天线22的收发信机24包括传送机和接收机电路，传送机和接收机电路可操作以向CDMA网络发送和从CDMA网络接收数据。在一个实施例中，UE 20可以仅包括接收机。由控制器26来控制收发信机24的操作以及UE 20的全体操作，控制器26可以包括运行软件程序的通用的、存储程序的微处理器；数字信号处理器；逻辑状态机；或本领域中已知的其它控制器。控制器26可操作地连接到存储器28，存储器28可以存储可操作以在控制器26上实现方法10的一个或多个软件模块。在另一个实施例中，存储器28可以与控制器26集成。

用户接口30允许用户与UE 20交互并控制UE 20的操作。用户接口30可以包括至收发信机24的直接连接，从而允许其在控制器26的控制下向收发信机24发送语音信号和从收发信机24接收音频。用户接口30可以包括输入装置，如小键盘、键盘、按钮、开关、触摸屏、麦克风（microphone）、摄像头或诸如此类，并且还可以包括输出装置，如一个或多个显示屏、LED、扬声器或诸如此类，正如本领域中已知的。在UE 20可以包括至其它数据处理或通信设备的数据通信接口的一些实施例中，用户接口30可以省略。

控制器26可操作以控制收发信机24和其它UE 20电路以获得数据和导频符号以及其它相关信息和度量，并且可操作以执行运算和计算来实现图1中所描绘的获得数据导频功率比的精确估计的方法10。

本发明的实施例得到比现有技术方法所提供那些数据导频功率估计含更少噪声的数据导频功率估计。实现方法10非常简单，并且对于HSDPA的预期操作区域，估计是非常精确的。

当然，在不背离本发明的基本特性的前提下，可以采用非本文确切地阐述的那些方式的其它方式来实施本发明。本发明实施例在所有方面中均被认为是说明性的而非限制性的，并且进入所附权利要求书的含义和等效范围内的所有更改均打算被包含在其中。

Claims (10)

1. 一种确定CDMA无线通信网络中的数据导频功率比的方法，包括：

接收导频信道中的导频符号以及数据信道中的数据符号；

基于所述数据符号来获得所述数据导频功率比的偏置估计；

根据所述导频信道来计算乘性校正因子；以及

将所述校正因子应用于偏置的数据导频功率比估计以获得更精确的数据导频功率比估计。

2. 如权利要求1所述的方法，其中基于所述数据符号来获得所述数据导频功率比的偏置估计包括：

获得平均组合数据符号功率；

计算基于导频的净信道系数；

组合所述导频符号；

计算所组合的导频符号的平均值和方差；

基于至少所组合的导频符号的方差来计算导频SINR的估计；以及

基于所述平均组合数据符号功率和基于导频的净信道系数来计算所述数据导频功率比的偏置估计。

3. 如权利要求2所述的方法，其中基于至少所组合的导频符号的方差来计算所述导频SINR的估计包括：基于所组合的导频符号的平均值和方差来计算所述导频SINR的估计。

4. 如权利要求3所述的方法，其中所述导频SINR是直接测量的。

5. 如权利要求2所述的方法，其中基于至少所组合的导频符号的方差来计算所述导频SINR的估计包括：基于所述基于导频的净信道系数和所组合的导频符号的方差来计算所述导频SINR的估计。

6. 如权利要求5所述的方法，其中所述导频SINR是间接测量的。

7. 如权利要求2所述的方法，其中根据所述导频信道来计算乘性校正因子包括：基于所述数据导频功率比的偏置估计和所述导频SINR的估计来计算乘性校正因子。

8. 如权利要求2所述的方法，其中将所述校正因子应用于所述偏置的数据导频功率比估计以获得更精确的数据导频功率比估计包括：将所述数据导频功率比的偏置估计乘以所述乘性校正因子。

9. 一种CDMA接收机，包括：

接收机电路，可操作以接收数据信道中的数据符号和导频信道中的导频符号；以及

控制器，可操作以控制所述接收机电路的操作，以及还可操作以：

基于所述数据符号来获得数据导频功率比的偏置估计，

根据所述导频信道来计算乘性校正因子，以及

将所述校正因子应用于偏置的数据导频功率比估计以获得更精确的数据导频功率比估计。

10. 可在CDMA无线通信网络中操作的用户设备，包括：

一个或多个天线；

接收机，可操作地耦合到所述天线以及可操作以接收数据信道中的数据符号和导频信道中的导频符号；以及

控制器，可操作以控制所述接收机电路的操作，并且还可操作以：

基于所述数据符号来获得数据导频功率比的偏置估计，

根据所述导频信道来计算乘性校正因子，以及

将所述校正因子应用于偏置的数据导频功率比估计以获得更精确的数据导频功率比估计。

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