CN104255005A - 用于增强上行链路通用rake信道估计的方法和装置 - Google Patents

Abstract

在一个实施方式中，一种用于信道估计的装置包括第一接收机(133)，该第一接收机(133)被配置用于获取与在该装置和用户设备(110)之间的通信信道相关联的第一信道估计。该装置还包括第二接收机(134)。第二接收机包括信道估计单元(135)和正规接收机处理单元(136)。信道估计单元被配置用于计算与通信信道相关联的信道条件的第二信道估计。正规接收机处理单元被配置用于使用第二信道估计单元来计算权重。信道估计单元还被配置用于获取在第一信道估计的获取与权重的计算之间的延迟，并且被配置用于使用该延迟和第一信道估计来计算第二信道估计。

Description

用于增强上行链路通用RAKE信道估计的方法和装置

背景技术

无线通信系统典型包括多个基站，所述基站策略性地定位，以在选定的区域或地区中提供无线通信覆盖。每个基站通常服务于包括多个扇区的小区。

为了实现低时延的因特网型数据通信，需要特别设计的数据分组。允许数据通信的系统往往包括在各个用户之间共享的调度的上行链路信道。根据移动台的位置、移动台的速度以及其他已知因子，不同的用户将会具有不同的信道条件。相应地，不同的用户在调度的上行链路上将会具有不同的突发速率。

用于处理在上行链路通信信道上发射的以及在基站处接收的数据信号的典型系统包括RAKE接收机。众所周知，通用RAKE接收机包括使用若干个基带相关器来个别地处理若干个信号多径分量的技术。将相关器的输出相结合，以实现改善的通信、可靠性和性能。然而，RAKE接收机具有一定的局限性。例如，RAKE接收机生成要与上行链路或下行链路通信信道上发往用户设备的信号相关的加权系数。常规RAKE接收机基于可用的信道估计来确定此类权重。然而，这些信道估计可能由于基站与用户设备之间的定时关系而被延迟。此外，信道经受多普勒效应，该效应导致这些估计的进一步失真。这样的局限性可能会导致无线系统性能的劣化。

发明内容

各实施方式提供用于信道估计的方法和/或装置。

在一个实施方式中，用于信道估计的装置包括第一接收机，该第一接收机被配置用于获取与该装置和用户设备之间的通信信道相关联的第一信道估计。该装置还包括第二接收机。第二接收机包括信道估计单元和正规接收机处理单元。信道估计单元被配置用于计算与通信信道相关联的信道条件的第二信道估计。正规接收机处理单元被配置用于使用第二信道估计单元来计算权重。信道估计单元还被配置用于获取在第一信道估计的获取与权重的计算之间的延迟，并被配置用于使用该延迟和第一信道估计来计算第二信道估计。

在一个实施方式中，第一接收机为RAKE接收机，并且第二接收机为通用RAKE接收机。

在一个实施方式中，第一接收机被配置用于获取多普勒估计，并且信道估计单元被配置用于使用该延迟、第一信道估计和多普勒估计来计算第二信道估计。

在一个实施方式中，第一接收机和第二接收机各自包括多个子接收机，并且第一接收机和第二接收机获取子接收机信息，该子接收机信息指示出子接收机的位置信息。在一个实施方式中，信道估计单元被配置用于基于该延迟、第一信道估计、多普勒估计和子接收机信息来计算第二信道估计。

在一个实施方式中，信道估计单元确定多普勒估计是否从第一接收机可用。如果多普勒估计从所述第一接收机可用，则信道估计单元基于多普勒估计来生成相关矩阵，并且信道估计单元使用该相关矩阵来计算第二信道估计。

在一个实施方式中，如果多普勒估计从第一接收机不可用，则信道估计单元生成样本相关矩阵。信道估计单元使用该相关矩阵来计算第二信道估计。

在一个实施方式中，信道估计单元使用相关矩阵或样本相关矩阵来计算系数，并且信道估计单元基于计算出的系数和第一信道估计来计算第二信道估计。

在一个实施方式中，用于信道估计的方法包括由第一接收机获取与基站和用户设备之间的通信信道相关联的第一信道估计。该方法还包括由第二接收机计算与通信信道相关联的第二信道估计。该方法还包括由第二接收机获取在由第一接收机获取第一信道估计时与在由第二接收机计算权重时之间的延迟。

附图说明

由本文在以下给出的详细描述和附图，将会更全面地理解示例实施方式，在附图中相似的元件由相似的参考标号所表示，并且附图仅以示例说明的方式给出且因此不具限制性，其中：

图1图示了根据一个实施方式的无线系统；

图2图示了根据一个实施方式的基站的细节；

图3图示了根据一个实施方式的GRAKE接收机；并且

图4图示了根据一个实施方式的、用于确定改进的信道估计的方法。

具体实施方式

现将参考其中示出一些示例实施方式的附图来更详细地描述各个示例实施方式。贯穿附图描述，相似的标号指代相似的元件。

应当理解，尽管术语第一、第二等可以在本文中用于描述各种元件，但这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅仅用于区分不同的元件。例如，第一元件可被称为第二元件，并且类似地，第二元件可被称为第一元件，而不偏离示例实施方式的范围。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项目的任何及所有组合。

本文所使用的术语只是为了描述特定实施方式，而并不旨在限制示例实施方式。除非上下文另有明确说明，否则本文所使用的单数形式“一种”、“一个”以及“该”还旨在包括复数形式。还应当理解，当本文使用术语“包含”、“由...组成”、“包括”和/或“含有”等时，指定所述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组的存在或添加。

还应当注意，在一些备选实现中，提到的功能/行动可不按图中提到的顺序发生。例如，连续示出的两个功能或行动可能实际上同时执行或者可能有时以相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能/行动。

除非另有定义，否则本文所使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与示例实施方式所属领域中正规技术人员的通常理解相同的含义。还应当理解，术语——例如那些在常用字典中定义的术语——应当被解释为具有与其在相关领域背景下的含义相一致的含义，并且将不会以理想化的或过于正式的意义加以解释，除非本文明确定义如此。

在以下描述中，将会参考操作的行动及符号表示(例如，以流程图的形式)来描述示例说明性实施方式，所述操作可实现为当被执行时执行特定任务或实现特定抽象数据类型并且可在现有网络元件处使用现有硬件实现的、包括例程、程序、对象、组件、数据结构等在内的程序模块或功能过程。此类现有硬件可以包括一个或多个中央处理器(CPU)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路、现场可编程门阵列(FPGA)计算机或者一旦被编程即成为特定机器的类似机器。

然而，应当牢记，所有这些术语和类似的术语均应关联于适当的物理量，并且只是适用于这些量的方便标记。除非另有特别说明，或者从讨论中显而易见，否则诸如“获取”、“计算”、“确定”等术语是指计算机系统或相似的电子计算设备的如下行动和过程：其将表示为计算机系统的寄存器和存储器内的物理、电子量的数据操纵和变换成类似地表示为计算机系统存储器或寄存器或者其他此类信息存储、传输或显示设备内的物理量的其他数据。这些功能由一个或多个处理器来执行。

本文所使用的术语“用户设备”可被视为同义于并可在下文中偶尔被称为终端、移动单元、移动台、移动用户、订户、用户、远程站、接入终端、接收机等，并且可以描述处于无线通信网络中的无线资源的远程用户。

术语基站(BS)可被视为同义于和/或被称为基站收发台(BTS)、节点B、扩展的节点B(eNB)、毫微微小区、接入点等，并且可以描述为网络与一个或多个用户之间的数据和/或语音连接性提供无线电基带功能的设备。

图1图示了根据一个实施方式的无线系统100。

无线系统100包括一个或多个用户设备110，以及连接至网络140的基站130。网络140可被视为核心网络，并且包括用于将信息路由至与网络140相连的其他组件的一个或多个网关。网络140可以执行与核心网络相关联的其他已知功能。另外，由于网络140的组件是公知的，因此为了简洁起见而省略了网络140的细节。

用户设备110包括天线115，用于从和向基站130接收和发射信号。尽管在图1中示出了一个天线，但实施方式包含任何数目的天线。类似的，基站130包括一个或多个天线120，用于从和向用户设备110和/或网络140接收和发射信号。这些信号通过一个或多个空中接口来发射。用于建立和维持用户设备110与基站130或者基站130与网络140之间的空中接口的技术是公知的。

图2图示了根据一个实施方式的基站130的细节。

参考图2，基站130包括所述一个或多个天线120、射频(RF)单元131、基带单元132、RAKE接收机133以及通用RAKE(GRAKE)接收机134。RAKE接收机是一种被设计用于对抗多径衰落效应的无线电接收机类型。例如，RAKE接收机133包括多个“子接收机”(例如，被称为耙齿(finger))，每个子接收机被分配给不同的多径分量。每个子接收机或耙齿独立地解码单一多径分量。RAKE接收机133可使用公知的方法构建。

GRAKE接收机与RAKE接收机相似。例如，在至少一个示例实施方式中，GRAKE接收机包括多个子接收机或“耙齿”，每个子接收机被分配给不同的多径分量。然而，GRAKE接收机附加地实现：(i)耙齿布置算法(例如，L₀RAKE至L个GRAKE耙齿)和(ii)可以减小弥散信道影响的线性最小均方误差(LMMSE)解。例如，GRAKE接收机可以部分地恢复来自期望的基站的扩频码之间丢失的正交性。GRAKE接收机可以“白噪声化”来自于其他源(例如，相邻小区、其它系统、接收滤波)的干扰信号。耙齿布置算法和LMMSE解可以根据已知方法来实现。参考图3进一步解释GRAKE接收机134。

RF单元131经由天线120从用户设备110接收信号。RF单元130以已知的方式提取并下变频转换接收到的信号。基带单元132以公知的方式将从RF单元131输出的信号转换成基带信号。

RAKE接收机133获取子接收机信息或“耙齿”信息。子接收机信息包括指示出多个子接收机(“耙齿”)的信息和指示出子接收机位置的位置信息。位置信息可以包括子接收机偏移。子接收机偏移包括指示出以码片时间的分数度量的时间延迟。例如，子接收机偏移可以是指示出以码片为单位度量的RAKE子接收机延迟跨度(例如，L＝以码片为单位的RAKE子接收机延迟跨度)。如果使用多个天线，则子接收机信息可以包括指示出针对接收到信号的天线120的天线源标识号的信息。

RAKE接收机133附加地经由基站130(图1中所示)从网络140接收网络消息。网络消息包括指示出扩频因子(例如，正交可变扩频因子(OVSF))和扰码(SV)的信息。基于接收到的扩频因子和扰码，RAKE接收机133计算信道估计和多普勒估计。

RAKE接收机133根据任何类型的已知信道估计方法来确定信道估计和多普勒估计。RAKE接收机133向GRAKE接收机134发送子接收机信息、信道估计和多普勒估计以供进一步处理。

图3图示了根据一个示例实施方式的GRAKE接收机134。GRAKE接收机134基于从RAKE接收机133接收到的子接收机信息来获取指示出GRAKE子接收机延迟跨度的信息(例如，E＝GRAKE耙齿的延迟跨度)。例如，GRAKE接收机134可以使用耙齿位置算法来计算延迟跨度，该算法使用L个RAKE耙齿位置的先验知识来确定如何布置E GRAKE耙齿。如上所述，耙齿位置算法可以根据公知的方法来实现。GRAKE接收机134从基带单元132取得基带信号，从RAKE接收机133和GRAKE接收机134取得子接收机信息，并且从RAKE接收机133取得信道估计和多普勒估计。GRAKE接收机134使用该信息来计算要向传出信号施加的GRAKE(GR)权重。

GRAKE接收机134包括信道估计单元135和正规GRAKE处理单元136。RAKE接收机133和GRAKE接收机134各自包括一个或多个处理器用于执行其相应的功能。信道估计单元135和正规GRAKE处理单元136在所述一个或多个处理器上执行。

根据一个实施方式，信道估计单元135计算改善的信道估计。改善的信道估计对在RAKE接收机133中确定的原始信道估计加以改善。正规GRAKE处理单元136按已知的方式使用改善的信道估计来计算GR权重。在一个实施方式中，为了计算改善的信道估计，信道估计单元135可将由RAKE接收机133计算出的时隙值与在正规GRAKE处理单元136中计算出的时隙值之间的差异纳入考虑，以便提供更准确的信道估计。这个时隙差异可以是任何类型的值。另外，在至少一个实施方式中，时隙差异可由基站130来实时测量或估计。

信道估计单元135可从内部存储器获取时隙延迟，该内部存储期将时隙延迟储存为固定值。备选地，可以基于由基站130执行的估计过程来获取时隙延迟。时隙可由针对DPCCH信道的3GPP物理层规范25.211所定义。例如，可以将时隙定义成使得每帧有15个时隙。时隙延迟是当在RAKE接收机133中计算出信道估计时的时隙数与当在正规GRAKE处理单元136中计算出权重时的时隙数之间的数值差异。

信道估计单元135基于时隙延迟、多普勒估计以及原始信道估计来预测改善的信道估计单元。

图4图示了根据一个实施方式的、用于确定改善的信道估计的方法。

在步骤S410中，信道估计单元135取得在RAKE接收机133中计算出的原始信道估计和多普勒估计。然而，本申请的实施方式包含不在RAKE接收机133中计算多普勒估计的情况。这样，信道估计单元135可取得原始信道估计而不获取多普勒估计。此外，信道估计单元135如前文所述那样取得时隙延迟信息。

在步骤S420中，信道估计单元135确定多普勒估计是否从RAKE接收机133可用。如果多普勒估计可用，则在步骤S440中，信道估计单元135基于多普勒估计来生成相关矩阵。然而，如果多普勒估计不可用，则在步骤S430中，信道估计单元135使用样本相关矩阵来生成相关矩阵。

给定具有L个信道抽头的在离散时间n处的信道h_n(即，hn＝[hn,L-1,hn,L-2,...,hn,0])，第一信道抽头的相关矩阵R_hh,l可以表示如下：

公式(1): $R_{\mathrm{hh},l}=\left[\begin{array}{cccc}{R}_{\mathrm{hh},l}\left[0\right]& R_{\mathrm{hh},l}\left[1\right]& \·\·\·& R_{\mathrm{hh},l}\left[p\right]\\ R_{\mathrm{hh},l}[-1]& R_{\mathrm{hh},l}\left[0\right]& \·\·\·& \·\·\·\\ \·\·\·& & & \\ R_{\mathrm{hh},l}[-p]& R_{\mathrm{hh},l}[-p+1]& \·\·\·& R_{\mathrm{hh},l}\left[0\right]\end{array}\right]---\left(1\right)$

其中：R_hh,l[k]为矩阵R_hh,l的元素；

$R_{\mathrm{hh},l}\left[k\right]=E\left[h_{n,l}{h}_{n-\mathrm{kN},l}^{*}\right],$ 其中

N＝分隔开N、2N、...、MN(时隙速率)的信道向量的滞后。滞后N

并且E[.]为期望值

l＝1、..、L个信道抽头，即，GRAKE耙齿；

p＝FIR滤波器抽头的顺序(或自回归(AR)过程)；并且

hh表示k＝0、....p。

如果多普勒估计可用，并且假设信号已经受瑞利衰落，则信道估计单元135使用以下自相关公式来计算公式1的相关矩阵元素：

公式(2):

其中：h为时变信道估计，使得h_q,i和h_m,j是第q滞后和第m滞后的时变信道样本；

E[.]为期望值；

Ts为样本周期；

Ts|q-m|为两个符号之间的滞后；

fd为最大多普勒频移。假设每个信道抽头独立地衰落，并且假设信道抽头上的最大多普勒频移相同。(i,j代表相同的信道抽头)。并且J_o为第一类零阶贝塞尔函数，其中具有恒定速率的运动的瑞利衰落信道的单位方差(归一化)自相关函数为第一类零阶贝塞尔函数。

如果多普勒估计不可用，则信道估计单元135通过对使用从先前帧可用的信道估计的样本相关矩阵进行近似来计算相关矩阵。

当计算相关矩阵之后，信道估计单元135利用尤尔-沃克公式(Yule-Walker Equation)、使用相关矩阵来计算自回归(AR)系数。AR系数可为第一系数和第二系数(预测误差)。信道估计单元135使用以下公式对这些AR系数求解：

公式(3): $R_{\mathrm{hh},l}{a}_l={\mathrm{\σ}}_p^{2}U,---\left(3\right)$

其中：l＝0、1、2、...、L-1，

U＝转置单位向量：U＝[1 0 0 ...... 0]^T；

L＝信道抽头，即，GRAKE耙齿；并且

a_l为第l信道抽头AR模型系数。

公式(4):

其中：U＝[1 0 0 ...... 0]^T；

p＝滤波器抽头的顺序；并且

T＝单位向量的转置。

公式(5):其中：r_l为第l信道抽头，信道估计相关向量。(参见公式(1))。

公式(6):

其中：

矩阵“a”代表L-信道抽头；并且

L＝矩阵“a”的列，矩阵“a”中的每个值都是尺寸为p的转置向量。

公式(7):

其中：矩阵“r”代表L-信道抽头，并且

r_L-1为第L-1信道抽头，信道估计相关向量。(参见公式(1)和公式(5))。

公式(8): ${\mathrm{\σ}}_p^2=\frac{1}{L}\left[\begin{array}{cccc}{r}_{L-1}& r_{L-2}& \·\·\·& r_0\end{array}\right]a---\left(8\right)$

$r_{\mathrm{hh},l}=\left[\begin{array}{cccc}{R}_{\mathrm{hh},l}\left[0\right]& R_{\mathrm{hh},l}\left[1\right]& \·\·\·& R_{\mathrm{hh},l}\left[p\right]\end{array}\right]$

公式(9):并且                                        (9)

$a={\left[\begin{array}{ccc}{a}_{L-1}^T& a_1^T& a_0^T\end{array}\right]}^T$

对于较大的滤波器抽头p和限带信道噪声，预测误差方差并且该项将被忽略，其中

在确定第一AR模型系数和第二系数预测误差方差之后，在步骤S460中，信道估计单元135基于第一AR模型系数和第二预测误差方差系数以及原始信道估计来计算改善的信道估计。例如，信道估计单元135基于以下公式来计算改进的预测信道估计：

公式(10):对于每个时隙，n＝N、2N、....、MN。

此外，以时间间隔N、2N、...、MN(时隙速率)计算预测信道估计

返回参考图3，正规GRAKE处理单元136从信道估计单元135接收改善的信道估计并且从RAKE接收机133接收子接收机信息，并根据公知的方法来计算GR权重。

不应将示例实施方式的变体视为脱离示例实施方式的精神和范围，并且对本领域技术人员而言显而易见的所有此类变体旨在包括于本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种用于信道估计的装置，包括：

第一接收机(133)，被配置用于获取与在所述装置和用户设备之间的通信信道相关联的信道条件的第一信道估计；以及

第二接收机(134)，包括信道估计单元(135)和正规接收机处理单元(136)，所述信道估计单元被配置用于计算与所述通信信道相关联的信道条件的第二信道估计，所述正规接收机处理单元被配置用于使用所述第二信道估计来计算权重，所述信道估计单元还被配置用于获取在所述第一信道估计的获取与所述权重的计算之间的延迟，并且被配置用于使用所述延迟和所述第一信道估计来计算所述第二信道估计。

2.根据权利要求1所述的装置，其中

所述第一接收机被配置用于获取多普勒估计，并且

所述信道估计单元被配置用于使用所述延迟、所述第一信道估计和所述多普勒估计来计算所述第二信道估计。

3.根据权利要求3所述的装置，其中

所述第一接收机和所述第二接收机各自包括多个子接收机，并且所述第一接收机和所述第二接收机获取子接收机信息，所述子接收机信息指示出所述子接收机的位置信息，并且

所述信道估计单元被配置用于基于所述延迟、所述第一信道估计、所述多普勒估计和所述子接收机信息来计算所述第二信道估计。

4.根据权利要求1所述的装置，其中

所述信道估计单元确定多普勒估计是否从所述第一接收机可用，

如果所述多普勒估计从所述第一接收机可用，则所述信道估计单元基于所述多普勒估计来生成相关矩阵，并且

所述信道估计单元使用所述相关矩阵来计算所述第二信道估计。

5.根据权利要求5所述的装置，其中

如果所述多普勒估计从所述第一接收机不可用，则所述信道估计单元生成样本相关矩阵，并且所述信道估计单元使用所述相关矩阵来计算所述第二信道估计。

6.一种用于信道估计的方法，包括：

由第一接收机获取(S410)与在基站和用户设备之间的通信信道相关联的第一信道估计；

由第二接收机计算(S450)与所述通信信道相关联的第二信道估计；以及

由所述第二接收机获取在由所述第一接收机获取所述第一信道估计时与在由所述第二接收机计算权重时之间的延迟，

所述计算使用所述延迟和所述第一信道估计来计算所述第二信道估计。

7.根据权利要求8所述的方法，还包括：

由所述第一接收机获取多普勒估计，

其中计算步骤使用所述延迟、所述第一信道估计和所述多普勒估计来计算所述第二信道估计。

8.根据权利要求9所述的方法，还包括：

由所述第一接收机和所述第二接收机获取子接收机信息，所述子接收机信息指示出子接收机的位置信息，

其中计算步骤基于所述延迟、所述第一信道估计、所述多普勒估计和所述子接收机信息来计算所述第二信道估计。

9.根据权利要求8所述的方法，还包括：

由所述第二接收机确定多普勒估计是否从所述第一接收机可用；以及

如果所述多普勒估计从所述第一接收机可用，则由所述第二接收机基于所述多普勒估计来生成相关矩阵，

其中所述计算步骤使用所述相关矩阵来计算所述第二信道估计。

10.根据权利要求11所述的方法，还包括：

如果所述多普勒估计从所述第一接收机不可用，则由所述第二接收机生成样本相关矩阵，

其中计算步骤使用所述相关矩阵来计算所述第二信道估计。