CN103354473A

CN103354473A - 用于低负载lte信号的频谱估计

Info

Publication number: CN103354473A
Application number: CN2013100654171A
Authority: CN
Inventors: Y·佩雷特斯; D·本伊莱; D·耶林
Original assignee: Marvell International Ltd
Current assignee: ASR Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2012-02-07
Filing date: 2013-02-07
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2033-02-07
Also published as: CN103354473B; US20130201853A1; US9014119B2

Abstract

本发明涉及用于低负载LTE信号的频谱估计。提供一种方法，包括在通信终端中接收信号。基于接收的信号，估计在发射该信号的发射机的全负载条件下该信号应该具有的功率谱密度。使用估计的功率谱密度，在该通信终端中执行操作。

Description

用于低负载LTE信号的频谱估计

相关申请的交叉引用

该申请要求2012年2月7日提交的美国临时专利申请第61/595,870号的优先权，通过引用将其公开内容结合于此。

技术领域

本发明总体上涉及无线通信，并且更具体地涉及用于估计所接收信号的频谱密度的方法和系统。

背景技术

在各种通信系统中，发射机发射已知参考信号，并且接收机执行对于参考信号的测量。参考信号被用于例如演进的通用陆地无线接入(E-UTRA)系统，也被称为长期演进(LTE)系统。在LTE系统中参考信号的格式和使用是由第三代合作伙伴项目(3GPP)在2009年9月的题为“Technical Specification Group Radio Access Network；Evolved University Terrestrial Radio Access(E-UTRA)；PhysicalChannels and Modulation(Release8)”，TS36.211，版本8.8.0，第6.10节规定的，通过引用将其内容整体结合于此。

提供了上述描述作为本领域相关技术的整体描述，并且不应该将被解释为承认了上述描述所包含的信息构成针对本专利申请的现有技术。

发明内容

这里所描述的实施方式提供一种方法，包括在通信终端中接收信号。基于所接收的信号，估计在发射该信号的发射机的全负载条件下该信号将具有的功率谱密度。使用估计的功率谱密度，在该通信终端中执行操作。

在一些实施方式中，执行该操作包括：使用该估计的功率谱密度，在该终端处搜索与之进行通信的公共陆地移动网络(PLMN)。在一个实施方式中，执行该操作包括：识别由PLMN使用的无线接入技术(RAT)。

在一些实施方式中，估计该功率谱密度包括：定义多个假设，每个假设指定在其中该信号被假设为包括参考信号的一个或多个时频仓的一个相应集合，在该集合的每一个集合中测量该信号的相应接收功率电平，选择其中接收功率电平最大的假设，并且基于所选择的假设来估计在该全负载条件下的功率谱密度。

在一个实施方式中，定义该假设包括：在给定频率子带中指定该多个假设的时频仓，并且其中估计在该全负载条件下的该功率谱密度包括替换该选定假设的测量的功率电平以作为对于该频率子带的该估计的功率谱密度。在一个实施方式中，估计该功率谱密度包括独立于该信号的其它频率子频带，处理该频率子频带。

在另一实施方式中，定义该多个假设包括：针对在一个或多个预定义的时频仓图案中发射该参考信号的通信协议，在时间和频率中的至少一项上，定义覆盖该预定义的图案的可能的平移的多个平移。在一个实施方式中，该一个或多个预定义的图案对应于由该发射机的发射天线所使用的相应的参考信号图案。

在又一实施方式中，定义该假设包括定义该参考信号的预定义图案的多个时间平移，其中选择该假设包括对于每个频率仓选择对于该频率仓具有最大接收功率电平的假设，并且其中估计该功率谱密度包括替换该最大接收功率电平以作为对于该频率仓的该估计的功率谱密度。在一个实施方式中，估计该功率谱密度包括计算在该频率仓和一个或多个相邻频率仓上的最大接收功率电平的最大值，并且替换计算的最大值以作为对于该频率仓的该估计的功率谱密度。

在又一实施方式中，接收该信号包括接收具有周期的时分双工信号(TDD)，并且其中测量该接收的功率电平包括在至少该周期上估算该功率电平。

根据这里描述的一个实施方式，还提供一种装置，包括：接收电路和处理器。接收电路被配置为经由移动电信空中接口接收信号。处理器被配置为基于接收的信号，估计在发射该信号的发射机的全负载条件下该信号将具有的功率谱密度，并且使用估计的功率谱密度执行操作。

在一些实施方式中，通信终端包括所公开的装置。在一些实施方式中，在通信终端中用于处理信号的芯片组包括所公开的装置。

参考附图，根据下文对于本发明的实施方式的更具体的描述，将会更全面的理解本公开。

附图说明

图1是示意性示出根据这里所描述的实施方式的无线通信系统的框图；

图2是示意性示出根据这里所描述的实施方式的用于全负载频谱估计的流程图；

图3和图4是示意性示出根据这里所描述的实施方式的用于全负载频谱估计的假设的图。

具体实施方式

在一些通信系统中，发射机的业务负载随时间改变，并且这些负载变化导致所发射信号的功率谱密度相应地变化。例如，考虑服务移动通信终端的基站。由于所服务终端的数目和/或发射到每个终端的业务量的变化，基站的业务负载可能随时间变化。

在当前上下文中，术语“业务负载”或者简称“负载”是指在整个可用信道资源中、在给定时间由发射机实际使用的一部分信道资源。例如当发射机在多个时频仓发射信号时，发射机的负载是指在给定时间实际用于发射的可用时频仓的百分比。例如在发射机利用所有或者近乎所有可用信道资源时发生全负载情况。

当发射机是全负载的，即完全利用其可用信道资源以用于发射，PSD通常是跨向发射机所分配的频谱均匀的。在低负载或相反部分负载的情况下，PSD通常偏离全负载的分布，这是因为对于时间和/或频率资源的部分利用造成的。

这种在PSD中的变化在一些场景下是有问题的。例如考虑这样的移动通信终端，其估计接收信号PSD作为识别与其进行通信的候选无线网络的手段。根据业务负载变化而产生的在PSD中的变化可能使得该终端的估计测量失真，并且影响网络搜索过程的性能。

这里所描述的实施方式提供用于频谱估计的改进的方法和系统。在一些实施方式中，接收机接收在接收机的特定负载条件下发射的信号。基于接收的信号，接收机估计信号在全负载条件下的PSD，而无论信号是在何种实际负载条件下所发射的。

换而言之，虽然可能已经在部分负载条件下发射了该接收的信号，但是接收机能够估计已经再全负载条件下所测量的PSD。该全负载PSD反映了分配给发射机的整个频谱，而不是在给定时间点实际的频谱利用。

当所公开的技术被应用移动通信终端时，例如，所估计的全负载PSD能够被用于作为在终端中执行的网络搜索过程(有时也称为“PLMN搜索”)的部分。PLMN搜索因此变得更快、更准确和更加鲁棒，这是因为其对于基站的变化的业务负载条件不敏感。

在一些实施方式中，接收机利用如下事实：信号包括参考信号，其频率、时序和功率电平不取决于负载条件。例如，LTE下行链路信号通常包括通用参考信号(CRS)，其分布在时频仓的已知的周期性图案中。在一个实施方式中，接收机显示地或者隐含地识别可应用的图案，并且由此能够测量参考信号功率电平。在测量参考信号功率电平之后，接收机替换在相关频率子带中的该功率电平，从而产生估计的全负载PSD。

在实践中，即使参考信号的图案对于接收机是已知的，接收机经常不具有关于被用于所接收信号的具体图案或者图案的时频偏移的先验信息。而且，当接收机执行频谱估计过程时，其可能在时间和/或频率上未与实际发射的信号相同步，这是因为其仍然没有知晓实际使用的频率信道或者其时序。因此，在一些实施方式中，接收机定义多个假设。每个假设对应于被假设为包括参考信号的一个或多个时频仓的相应集合。

接收机在每个集合中测量(即针对每个假设)所接收的功率电平，并且选择具有最高接收功率电平的假设。接收机然后使用所选择的假设估计全负载PSD。这里描述定义并且测试这些假设的多个示例性的方案。

图1是示意性示出根据这里所描述的实施方式的无线通信系统20的框图。在当前示例中，系统20根据如上引用的LTE规范进行操作。然而，在可选的实施方式中，系统20可以根据任何其它适合的通信标准或协议进行操作。

系统20包括移动通信终端24(在LTE术语中称为用户设备-UE)，其与基站28(在LTE术语中称为eNodeB)进行通信。UE24包括一个或多个天线32、接收电路36以及UE处理器40。接收电路36通常经由天线32接收下行链路射频(RF)信号、将该信号下变频到基带，对基带信号进行数字化并且将数字信号提供到UE处理器40。

UE处理器40处理数字信号。除了其它任务以外，UE处理器还执行对于与其通信的候选公共陆地移动网络(PLMN)的处理。处于清晰的目的，图1的示例示出了单个的基站，诸如符合LTE的eNodeB，但是在现实的场景中，UE通常接收来自多个基站(BS)的信号。BS可以属于在各种频谱频带中并且根据各种无线接入技术(RAT)进行操作的各种PLMN。UE处理器40包括PLMN搜索单元44，其执行PLMN搜索过程。可以使用任何适当的PLMN搜索处理。

在所公开的实施方式中，UE处理器40包括频谱估计单元48。单元48使用在下文中更全面描述的技术来估计若基站28在全负载条件下操作则下行链路信号将具有的PSD。频谱估计单元48提供估计的全负载PSD作为对于PLMN搜索单元44的输入。通过在所估计的全负载PSD上(而不是接收信号的实际PSD上)进行操作，PLMN搜索单元44能够以更优的精确度和可靠性来识别PLMN特征(例如，信道带宽、信道间距或者RAT)。

在图1中示出的UE配置是示例性的配置，出于简化的目的图1仅以高度简化的方式进行了描绘。在可选实施方式中，可以使用任何其它适合的UE配置。出于清晰的目的，已经从附图中省略了对于理解所公开的技术非强制性的那些UE元件，比如与上行链路传输有关的元件。

在各种实施方式中，UE24的一些或者所有元件，例如接收电路36和包括单元44和48的UE处理器40是以硬件实现的。例如，接收电路36可以利用一个或多个射频集成电路(RFIC)来实现，并且UE处理器40可以利用一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)或者专用集成电路(ASIC)来实现。在可选实施方式中，UE24的特定元件是以软件实现的，或者利用硬件和软件元件的组合来实现的。UE24的元件中的一些元件例如接收电路36和UE处理器40可以实现在信号处理芯片组中。

在一些实施方式中，特定UE元件例如单元44和/或48的功能是在可编程处理器中实现的，该可编程处理器在软件编程以执行这里所描述的功能。软件可以整体地或者部分地以电子形式通过网络被下载到处理器，或者可选地或附加地，软件可以被提供和/或存储在非瞬时有形媒体中，诸如磁、光或电子存储器。

图1的底部示出了在一个示例性实施方式中由基站28发射的下行链路信号的结构。LTE信号包括一序列的正交频分复用(OFDM)符号，每个符号包括多个子载波。因此，在多个时频仓52中发射该信号，其中时频仓也被称为资源单元(RE)。在该示例中，每个RE52的带宽是15KHz。14个OFDM符号的12个RE的块被称为一个资源块(RB)，在该示例中在时频平面中占用了1毫秒180KHz。在可选地实施方式中，可以使用任何其它适合的RE和RB维度。通常，在为基站所分配的频谱之内，基站在频域上并行地发射多个RB。

在全负载条件下，所有或者几乎所有RE52被用于进行发射，并且由此包括一些信号能量。另一方面，在低负载条件下，多个RE并不用于进行发射，并且包括很少的能量或者没有能量。

一些RE52包括通用参考信号(CRS)。CRS以预定义的图案进行发射，预定义的图案通常取决于诸如以下因素：基站ID、基站天线数目、以及是使用短循环前缀还是使用长循环前缀。通常无需考虑负载条件并且以固定的功率电平对CRS进行发射。

图1通过示例方式示出了两个RS图案(表示为56A和56B)，在图中使用不同的阴影来标记。这些图案通常在相邻的RB中周期性地复制。当基站包括单个天线以及通过双天线基站的第一天线基站时使用图案56A。通过双天线基站的第二基站天线进行发射时，使用图案56B。图案56A和56B被用于短CP模式。在一些实施方式中，UE处理器40识别接收信号中的CRS图案，并且基于CRS的接收功率电平来估计全负载PSD。

虽然UE处理器40知晓潜在地存在于所接收信号中的可能的CRS模式，但是其通常不具有关于所使用的实际图案和图案的时频偏移的信息。例如在PLMN搜索期间，UE处理器并不知晓基站ID或者基站天线数目，并且因此不可能推断出实际的CRS图案。

因此，在一些实施方式中，UE处理器40定义并且测试多个假设。每个假设指定被假设为包括CRS的时频仓的各个不同的集合。测试给定假设意味着验证对应的时频仓集合实际上是否包括CRS。在找到真值假设之后，UE处理器40基于在该假设的仓中的测量的功率来估计信号的全负载PSD。

图2是示意性示出根据这里所描述的实施方式的用于全负载频谱估计的流程图。在接收操作60中，该方法以UE24的接收电路36接收下行链路信号开始。总体上，UE24不具有关于实际时间偏移、频率偏移、RAT或者发射信号时利用的负载条件的先验信息。

在假设定义操作64中，UE24的UE处理器40中的频谱估计单元48定义多个假设。每个假设指定所接收信号中被假设包括CRS的一个或多个时频仓的一个相应集合。两个假设定义的示例在以下的图3和图4中示出。

在功率测量操作68中，单元48测量所接收的信号在每个时频仓集合(即针对每个假设)之上的平均功率。在估计操作72中，单元48然后估计全负载PSD，即如果基站28以全负载进行发射则所接收的信号将具有的PSD。频谱估计单元48向PLMN搜索单元44提供全负载PSD，以辅助进行PLMN搜索过程。在一些实施方式中，对于PLMN的搜索还包括识别由PLMN使用的RAT。

图3是示意性示出根据这里所描述的实施方式的用于全负载频谱估计的假设的图。在该实施方式中，单元48定义并且测试针对14符号(1毫秒)乘6OFDM子载波(90KHz)的每个块的共21个假设(设定为短CP模式)。在该示例中，给定共21个假设标记为h₀...h₂₀，存在7个可能的时频仓偏移乘三个可能的频率仓偏移。

正如在图中所见，每个假设指定被假设为包括CRS的时频仓的一个相应集合。通过将相应的视频平移施加到预定义的CRS图案，来形成各个假设。

通常，时频仓集合中的一个集合将包括CRS(其不考虑负载条件而以固定的最大功率进行发射)，因此其它时频仓集合可能包括或者可能不包括数据，这取决于基站的负载条件。因此，具有最大接收功率电平的仓的集合或者是包括CRS的集合，或者其是具有接收功率电平与之相接近的集合。

因此，在一些实施方式中，单元48在每个假设的时频仓之上测量平均接收功率电平。例如在假设h₀中，单元48在仓[0/0]，[4/3]，[7/0]和[11/3]之上测量平均功率，其中第一索引表示符号索引，并且第二索引表示频率仓索引。

单元48然后选择具有最大接收功率电平的假设。单元48将这些最大功率电平替换作为在估计的全负载PSD中整体6个子频带(90KHz)频率子频带的功率电平。针对其它90KHz块以类似方式重复该处理。每个子频带通常独立于其它子频带进行处理。

注意到，虽然在该阶段UE24未与基站28在时间或者频率上同步并且不具有关于CP模式的信息，但是由这些不确定性所引起的性能损失不大。越长的平均时间(例如在5ms上而不是1ms上进行平均)通常将会以增加估计时间为代价而提高频谱估计精度。

还注意到，估计的全负载PSD能够被用于第三代RAT中或者更高(例如，LTE)RAT以及第二代RAT(例如GSM)中的PLMN搜索，因为在这两种情况中，90KHz的频谱解析度低于RAT带宽。最大化操作仅向估计中引入少量的失真，这是因为在90KHz频带上的信号频谱通常相当的平坦。

图4是示意性示出根据这里所描述的实施方式的用于全负载频谱估计的假设的图。在该示例中，频谱估计单元48在两个阶段中估计全负载PSD。

在第一阶段中，单元48单独地检查每个15KHz频率仓。在每个频率仓中，单元48测试7个假设(CRS图案的7个可能时间平移)h₀...h₆，如图所示。单元48在每个假设的RE上测量平均接收功率电平，即，对于h₀的时间仓0和7的平均功率，对于h₁的时间仓1和8的平均功率，等等。在频率仓f中对于第k个假设的平均功率可以被记作式1)：

其中P(t，f))表示在时间t和频率f处的单个RE中的接收功率电平。

单元48然后选择在该频率仓中具有最大平均功率的假设，并且替换在估计的全负载PSD中针对该15KHz频率仓的最大功率电平。针对不同的15KHz频率仓重复该第一阶段。针对频率仓f的估计的全负载PSD的值因此可以被记作式2)：

P_est1(f)＝Max{P₀(f)，P₁(f)，...，P₆(f)}

第一阶段的输出是针对每个15KHz频率仓的相应的最大平均功率值。在第二阶段中，单元48将每个15KHz频率仓的最大平均功率值替代为该仓的值或者其相邻频率仓的一个或多个值之中的最大值。在当前示例中，针对给定频率仓估计的全负载PSD被设置为该频率仓和任何一侧相邻的仓中(即总共3个仓)的P_est1(f)最大值。

对于在N个相邻频率仓上进行最大化的一般情况，针对频率仓f的估计的全负载PSD可以由式3)给出：

P_est2(f)＝Max{P_est1(k)}

其中取最大值。频谱估计单元48将估计的全负载PSDP_est2(f)提供到PLMN搜索单元44，以用于PLMN搜索过程。

相对于上述图3的方案的90KHz的解析度，图4的方案利用15KHz的精细解析度来估计全负载PSD。更精细的解析度可以提高PLMN搜索过程的性能。例如，当使用图4的方案时，PLMN搜索过程能够为具有精细解析度的频率信道分配相应的分值。

图3和图4的方案是用于基于与参考信号的时频位置的有关的多个假设来估计全负载PSD的示例性的方案。在可选实施方式中，单元48可以使用其它适当的估计方案。

在一些实施方式中，由UE24接收的下行链路信号是时分双工(TDD)信号。在这种信号中，除了变化的业务负载以外，所接收的信号还包括分配给上行链路方向的周期性时间间隔。在下行链路信号中的这些时间间隔不包含信号能量，并且具体地不包含参考信号。在一些实施方式中，频谱估计单元48设置用于对接收的功率测量进行平均的时间周期，以便允许对于TDD信号进行足够的平均。平均时间通常应该被选择得足够长，以便甚至在不具有活动用户的小区中它也将包括下行链路能量。

例如，LTE-TDD信号包括每5毫秒有至少一个1毫秒下行链路子帧，并且由此平均可以被设定为5毫秒或者更高。作为另一示例，TD-SCDMA信号包括每10毫秒有至少一个0.66毫秒的下行链路时隙，并且由此平均可以被设定为10毫秒或更高。

虽然这里描述的实施方式主要针对在通信终端中进行的频谱估计，但是这里描述的方法和系统也能够被用于其它应用中，这些应用涉及对于信号频谱的分类或分析(比如在测试设备中)。

注意到，上文所描述的实施方式是以示例方式引用的，并且本发明并不限于上文已经特别示出以及描述的那些实施方式。相反，本发明的范围包括上文所描述的各种特征的组合和子组合，以及本发明的那些在阅读上文的说明的基础上本领域技术人员能够想到的并且那些未在现有技术中公开的变形和修改。通过引用结合到本专利申请的文件将被认为是本发明的有机部分，除非在一定程度上在这些结合的文件中的任何术语与本发明说明书中显示或者隐含地作出的定义相冲突，此时则应仅考虑本说明书中的定义。

Claims

1.一种方法，包括：

在通信终端中接收信号；

基于所接收的信号，估计在发射所述信号的发射机的全负载条件下所述信号将具有的功率谱密度；以及

使用估计的功率谱密度，在所述通信终端中执行操作。

2.根据权利要求1所述的方法，其中执行所述操作包括：使用所述估计的功率谱密度，在所述终端处搜索与之进行通信的公共陆地移动网络(PLMN)。

3.根据权利要求2所述的方法，其中执行所述操作包括：识别由所述PLMN使用的无线接入技术(RAT)。

4.根据权利要求1所述的方法，其中估计所述功率谱密度包括：定义多个假设，每个假设指定在其中所述信号被假设为包括参考信号的一个或多个时频仓的一个相应集合，在所述集合的每一个集合中测量所述信号的相应接收功率电平，选择其中所述接收功率电平最大的假设，以及基于所选择的假设来估计在所述全负载条件下的功率谱密度。

5.根据权利要求4，其中定义所述假设包括：在给定频率子带中指定所述多个假设的时频仓，并且其中估计在所述全负载条件下的所述功率谱密度包括替换所述所选择的假设的测量的功率电平以作为针对所述频率子带的所述估计的功率谱密度。

6.根据权利要求5所述的方法，其中估计所述功率谱密度包括独立于所述信号的其它频率子频带，处理所述频率子频带。

7.根据权利要求4所述的方法，其中定义所述多个假设包括：针对在一个或多个预定义的时频仓图案中发射所述参考信号的通信协议，在时间和频率中的至少一项上，定义覆盖所述预定义的图案的可能的平移的多个平移。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述一个或多个预定义的图案对应于由所述发射机的发射天线所使用的相应的参考符号图案。

9.根据权利要求4所述的方法，其中定义所述假设包括：定义所述参考信号的预定义图案的多个时间平移，其中选择所述假设包括：对于每个频率仓，选择对于所述频率仓具有最大接收功率电平的假设，并且其中估计所述功率谱密度包括替换所述最大接收功率电平以作为对于所述频率仓的所述估计的功率谱密度。

10.根据权利要求9所述的方法，其中估计所述功率谱密度包括：计算在所述频率仓和一个或多个相邻频率仓之上的最大接收功率电平的最大值，并且替换计算的最大值以作为对于所述频率仓的所述估计的功率谱密度。

11.根据权利要求4所述的方法，其中接收所述信号包括：接收具有周期的时分双工信号(TDD)，并且其中测量所述接收的功率电平包括在至少所述周期上估算所述功率电平。

12.一种装置，包括：

接收电路，其被配置为经由移动电信空中接口来接收信号；以及

处理器，其被配置为基于所接收的信号，估计在发射所述信号的发射机的全负载条件下所述信号将具有的功率谱密度，并且使用估计的功率谱密度执行操作。

13.根据权利要求12所述的装置，其中所述处理器被配置为使用所述估计的功率谱密度搜索与之进行通信的公共陆地移动网络(PLMN)。

14.根据权利要求13所述的装置，其中所述处理器被配置为识别由所述PLMN使用的无线接入技术(RAT)。

15.根据权利要求12所述的装置，其中所述处理器被配置为定义多个假设，每个假设指定在其中所述信号被假设为包括参考信号的一个或多个时频仓的一个相应集合，在所述集合的每一个集合中测量所述信号的相应接收功率电平，选择其中所述接收功率电平最大的假设，并且基于所选择的假设来估计在所述全负载条件下的功率谱密度。

16.根据权利要求15所述的装置，其中所述处理器被配置为在给定频率子带中指定所述多个假设的时频仓，并且通过替换所述选择的假设的测量的功率电平以作为对于该频率子带的所述估计的功率谱密度，来估计在所述全负载条件下的所述功率谱密度。

17.根据权利要求15所述的装置，其中针对在一个或多个预定义的时频仓图案中发射所述参考信号的通信协议，所述处理器被配置为通过在时间和频率中的至少一项上，定义覆盖所述预定义的图案的可能的平移的多个平移，来定义所述多个假设。

18.根据权利要求15所述的装置，其中所述处理器被配置为通过定义所述参考信号的预定义图案的多个时间平移来定义所述假设，对于每个频率仓选择对于所述频率仓具有最大接收功率电平的假设，并且通过替换所述最大接收功率电平以作为对于所述频率仓的所述估计的功率谱密度，来估计所述功率谱密度。

19.一种通信终端，包括根据权利要求12所述的装置。

20.一种芯片组，用于在通信终端中处理信号，包括根据权利要求12所述的装置。