CN1095534A - 接收机中估算信道质量的方法和装置 - Google Patents

Abstract

每个信道分为监测间隔和子间隔。子间隔的持 续时间选择为该信道静止时的最大间隔。CQE (131)产生子间隔(401)的每个符号的差错信息并收 集符号间隔(403)的差错信息产生子间隔差错值。 CQE将子间隔差错值变为子间隔误码率(DER)估 算(405)。该变换取决于具体的无线电系统是非线 性函数。CQE在监测间隔(407)期间平均子间隔 DER估算，产生间隔BER估算。CQE将间隔BER 估算与预定阈值(409)比较产生监测间隔的信道质 量估算决定。

Description

本发明涉及接收机，具体涉及在接收机检测数字调制方案中估算信道质量的方法。

在无线电话系统中估算接收信道的质量是有好处的。无线电话系统一般包含多个固定地点的收发信机，这些收发信机能够服务于多个无线电话。每个固定地点的收发信机和特定的无线电话之间的业务质量是变化的。如果该无线电话能够估算接收信道的质量，则该无线电话系统可选择最合适的固定地点的收发信机。

存在着几种不同的常规的估算接收信道质量的方法。典型地，信道质量的估算包括比特误码率（BER）的估算。一种时分多址（TDMA）无线电话系统将时间划分为超帧（srperframe）、帧和时隙，系统技术规范要求对每个超帧进行信道质量估算（CQE）。每个超帧称为一个监测间隔。无线电话应识别四个可能的性能类别的一个类别，每个类别相应于一个规定的信道BER范围，如图2的表200中所表示的。此外，该技术规范要求该无线电话识别在40Hz平坦的瑞利（Rayleiyh）衰落中在标准的BER的正确性能类别。

常规的信道质量估算技术的精度是不够的，因为在前述的要求每个超帧一个CQE的TDMA系统中，在CQE监测间隔内比特数受限制。可参考1984年1月出版的在通信技术中专题IEEE杂志（IEEE    Journal    on    Selected    Areas    in    Commumica-tions）SAC-2卷第1期，“在数字通信的模拟中估算误码率的技术”，以确定合适的比特数，以便监测具有期望的可靠度的估算的BER。

在这个系统中的一个超帧包括36个帧。一帧包含分配给每个无线电话的140个符号。因此，一个无线电话接收每个超帧5040个符号。每个符号包含2比特。两个常规的CQE技术包括：（1）计算在该帧的已知部分的比特差错（例如同步字，前置码，等等），和（2）再编码已解码的数据比特并将得到的比特流与接收的信道比特比较。这第二个技术只在前向纠错（FEC）比特才进行。这两个技术都不适合这个特定的系统，因为在一个超帧监测的比特差错数不足以提供期望的精度。

CQE的精度可使用在解调器的输出可得到的软差错信息来改善。相位差错信息是一个特定类型的软差错信息。累加在该CQE监视间隔的相位差错的大小（或者平方的相位差错的大小）并将该结果与预先确定的一组阈值比较将改善CQE。但是，这个技术对信道衰落率太敏感并且对静态的和衰落的环境提供不同的结果。这是检测器差错幅度（或平方差错幅度）是信道误码率的非线性函数的结果。

在TDMA接收机中希望使用一种精确的CQE，对具有有限监测比特数的一个监测间隔，在衰落和静态环境中该CQE应该精确到一个预定的可信度。

图1是根据本发明的一个无线电话系统的方框图。

图2包括描述一个特定无线电话系统的要求的一个表。

图3示出图1中所示的本发明的相位解调器的详细方框图。

图4示出图1中所示的本发明的信道质量估算器（CQE）电路的详细方框图。

图5是根据本发明的一般的CQE监测间隔的说明图。

图6包括常规的CQE和优选实施例的CQE之间比较性能的一个表。

图7包括说明由图3的CQE电路产生的CQE判定的一个表。

图8包括说明在优选实施例中叙述的系统非线性映射的一个表。

图9示出线性和非线性CQE映射的平均CQE值与平均比特差错概率的关系曲线图。

图10示出使用常规的CQE的静态和瑞利衰落信道的平均CQE值与平均比特差错概率的关系曲线图。

图11是根据本发明绘出相位差错幅度超过该阈值5π/32弧度的概率对静态信道误码率的关系曲线图。

优选的实施例概括了用以在接收机中估算信道质量的方法和装置。信道质量估算器（CQE）将接收的数据划分为相等长度和相等间距的监测间隔和子间隔。CQE为每个监测间隔产生一个独立的估算，反映该接收信道的质量。

首先，CQE为接收信号的每个符号产生差错信息。在优选实施例中，信道质量估算器使用在每个符号间隔得到的相位差错幅度信息产生该差错信息。CQE还实施其它的相等地有效的和共同的差错信息发生器。其次，CQE收集为每个子间隔产生的差错信息，形成一个子间隔差错值。子间隔的持续时间选择为最大的间隔，在该间隔中信道是基本上静止的。然后，CQE把子间隔差错值映射为子间隔信道质量估算。在优选的实施例中，子间隔信道质量估算是误码率估算，而映射是非线性函数，取决于特定无线系统。最后，CQE平均在整个监测间隔的子间隔信道质量估算，形成一个间隔的信道质量估算。

在优选的实施例中，CQE将该间隔信道质量估算与一个预定的阈值进行比较，形成对每个监测间隔的信道质量估算判决。该无线电话可使用CQE决定，或者无线电话可发送回CQE决定给固定台收发信机。一般地，CQE决定影响无线电话系统的判决。这些决定包括选择合适的固定台收发信机服务该无线电话和该固定台收发信机和/或该无线电话的功率输出调节。

图1是本发明的无线电话系统的方框图。在该无线电话系统中，固定台收发信机103发送和接收去往和来自移动的和便携的无线电话的射频（RF）信号，该移动的和便携无线电话包含在由固定台收发信机103服务的一个固定地理区域内。无线电话101是由该固定台收发信机103服务的一个这样的无线电话。

在无线电话101从固定台收发信机130接收信号时使用天线105耦合RF信号。无线电接收机111接收电的RF信号用于无线电话系统110中。接收机111产生中频信号115，在图1中以r₁（t）表示。这个中频信号（IF）115输入到相位解调器119。相位解调器119输出符号判决信号123供处理器121使用和相位差错幅度信号127供CQE电路131使用。图3表示相位解调器119的详细情况。CQE电路131使用相位差错幅度信号127产生一个CQE判决信号129。处理器121同样也使用CQE判决信号129。图4示出CQE电路131的详细情况。处理器121包括一个诸如可从莫托罗拉公司得到的MC68000微处理器和相关的存储器。处理器121将符号判决信号123格式化为用户接口125的话音和/或数据。用户接口包含一个送话器、扬声器和一个键盘。

在从便携式无线电话101向固定台收发信机发送RF信号时，处理器121将用户接口125来的话音和/或数据信号格式化。在优选实施例中，格式化的信号包括CQE判决信号129。格式化的信号被输入到发射机109。发射机109变换格式化的数据为电的RF信号。天线105接收该电的RF信号并以RF信号输出该信号。收发信机103接收RF信号。

图3是如图1中所示的相位解调器119的方框图。相位解调器119包括一个限幅器301、一个差分解调器303、一个符号限制器305和相位差错幅度信号发生器331。限幅器301接收IF信号并将IF信号115电压限制在相应于逻辑电平1和0的参考电平上。限幅器301输出限幅的接收信号321。差分解调器303是数字的并且包括产生相位信号323的鉴相器311。相位信号323输入到一个延迟器313和一个加法器315，形成符号率取样器317的相位差信号333。符号率取样器317每个符号一次地取样相位差信号333，以产生取样的差分相位信号327。从差分解调器303输出的取样的差分相位信号327被输入到符号限制器305。符号限制器305确定差分相位信号327最接近的判决点并输出相应的决定点值，作为符号判决值123。相位差错发生器331产生相位差错幅度信号127。首先，相位差错发生器331产生一个相位差错信号329，该信号等于取样的差分相位信号327和该信号的最接近的已知符号判决值123之间的差别值。绝对值发生器方框309输出该相位差错信号329的绝对值，产生相位差错幅度信号127。

相位差错幅度信号127提供每个接收的符号的瞬时信道质量的量度。图11的曲线1100示出了按照信道比特差错概率的函数计算的相位差错幅度信号127超过5π/32弧度的概率。这个图假定π/4正交相移键控（QPSK）信令在静态加法性白高斯噪声信道中。

基准测量曲线1101和模拟测量曲线1103示出误码率性能与测量的相位差错幅度的相关性。但是，在优选的实施例中无线电话的误码率与测量的相位差错幅度之间的关系是一个非线性的关系。因为这个非线性关系，在静态和衰落环境的特性太大的偏离。在图10的曲线图1000的曲线1001和1003表示出了这种偏离。结果，在接收信道质量变化的一个时间间隔上求相位差错幅度的平均值不足以确定在那个相同时间间隔的误码率。

优选实施例的信道质量估算技术通过将监测间隔分为子间隔解决了前述的非线性问题。子间隔的长度通过对特定系统的实施确定。最佳的子间隔持续时间是接收信道好像接收静止的最大间隔，即，信道质量被估算是恒定时的最大间隔。

图5是图表500示出了监测间隔和确定用于提供优选实施例的无线电系统的最佳性能的子间隔。一般地讲，监测间隔有N个符号，如501所示。L子间隔的每个间隔包含M个符号，这样N等于L乘以M。优选的实施例假定系统的最大衰落率约等于100赫芝。使用最大衰落率测试该系统确定最佳持续时间M是10个符号，得到静态接收信道质量。在优选的实施例中监测间隔N等于5040，如无线电话系统所要求的。因此，在优选实施例中子间隔数L等于504。

图4是图1的信道质量估算电路131的详细方框图。这里，信道质量估算器电路131接收相位差错幅度信号127和产生CQE决定信号129。方框401使用相位差错幅度信号127产生第P个子间隔的第K个符号的瞬时信道质量估算。K从1到M间变化，而P表示子间隔数，从1到L间变化。在优选的实施例中，M等于10，而L等于504。瞬时信道质量估算一般称为符号间隔差错信息。方框401表示在相位差错幅度超过一个预定阈值时的符号间隔差错。在优选的实施例中，预定的阈值是5π/32弧度。根据特定接收机系统的要求，这个阈值可变化。

瞬时信道质量估算值信号411输入到方框403。方框403确定在具有相位差错幅度超过预定阈值的一个给定子间隔P中的符号数。方框403产生L子间隔的每个子间隔的子间隔差错值信号413。

子间隔差错值信号413输入到方框405。方框405使用一个预定的静态信道质量变换将子间隔差错值信号413变换为相应的信道质量估算。优选的实施例使用估算的误码率（BER）变换。BER特性是调制方案、解调器结构、瞬时变换功能和无线电系统的子间隔长度的函数。图8的表800是优选实施例的无线电系统规定的非线性变换的图例。列801代表子间隔P的一个给定符号的相位差错幅度超过预定阈值5π/32弧度的次数。在列805中相应的误码率是从静态CQE与前面讨论的图1的曲线图1100的误码率曲线的关系确定的。列803是在第P个子间隔期间瞬时相位差错幅度超过5π/32弧度的概率。列807中的变换的CQE数大约线性地正比于列805中的BER数。根据表800中的列803和807之间的关系，方框405将子间隔差错值信号413变换为BER估算信号415。信号415输入到方框407。

方框407根据下面的方程式，通过求出L个变换的子间隔BER估算的平均值来计算整个监测间隔的平均信道质量估算417：

监测间隔的平均CQE值417输入到在方框409的一个阈值比较器。

方框409作出CQE决定，将平均的CQE与预定的阈值组进行比较。优选的实施例使用图7的表700。选择701的阈值T1、T2和T3以便按照在优选实施例中无线电话系统规定的CQE精度要求的提供最大的容限。本发明不需要阈值方框比较器409，但是它是优选实施例要求的另一个特征。优选实施例阈值方框409的输出是信道质量估算决定信号129，该信号是由列703确定的2比特CQE决定。信道质量估算电路131可用可编程的门阵列如从Xilinx公司可得到的Xilinx3090来实现。

图9的曲线图900绘出在静态和衰落环境中作为平均比特差错概率的函数的平均信道质量估算曲线。曲线909和911反映在监测间隔的线性变换，如在现有技术中所叙述的并称为常规的方法那样。曲线909模拟在静态环境中，而曲线911模拟在衰落环境中。曲线909和911的差别说明在处理常规方法方面的问题。特别是，根据接收机所面临的条件、衰落和静态，常规的方法得到不同的信道质量估算。

曲线905和907反映如在优选的实施例中所叙述的CQE。曲线905是在静态环境中测量的，在而曲线907是在衰落环境中测量的。注意，曲线905、907几乎互相一致。这个“几乎一致”表示平均的CQE值是在静态和衰落两环境中的平均比特差错概率的精确估算。此外，曲线901和903代表类似于在曲线905和907中所反映的系统的CQE。由曲线901和903代表的第二系统在大量的子间隔L上求平均值。如由曲线901、903、905、907所示的，当监测间隔的长度增加时得到在静态和衰落特性曲线之间的几乎一致。

标准测量概述在图6的表600中。表600提供常规的CQE方法和优实施例的方法的性能比较。常规方法利用在监测间隔上的线性变换。在图2的表200中规定的标准BER中，两种方法预测在40Hz瑞利衰落中具有超过85%的精度的合适的性能类别。当工作在静态环境中的时候，优选的实施例的方法保持这个精度。但是，在工作在静态环境中时，常规的方法很少预测合适的性能分类。因此，如这里所叙述的，该CQE在衰落和静态两环境中在具有有限数量的监测比特的监测间隔上提供一个精确的估算。

Claims (8)

1、一种用以在具有数字调制方案和接收有符号间隔的符号的接收机中在第一预定间隔长度上估算信道质量的方法，该方法其特征在于，包括以下步骤：

将第一预定间隔长度划分为预定数目的子间隔；

产生(401)每个符号间隔的差错信息；

在第每个子间卫上组合(403)所述的差错信息，形成子间隔差错值；

将所述子间隔差错值变换(405)为子间隔信道质量估算；和

在第一预定间隔期间求出所述子间隔信道质量估算，得到一个间隔信道质量估算。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述产生每个符号间隔的差错信息的步骤还包括步骤：

测量每个符号的相位差错幅度;

将所述的每个符号的相位差错幅度与一个预定阈值比较;和

响应所述相位差错幅度超过所述预定阈值，指示符号间隔差错。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的划分步骤还包括选择信道质量保持恒定的最大子间隔的步骤。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述变换步骤还规定为非线性变换子间隔差错值为子间隔误码率成比例的子间隔信道质量估算。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述变换步骤取决于接收机的特性、调制方案和子间隔长度。

6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括步骤：

将所述间隔信道质量估算与至少一个阈值比较（409）;和

响应于上述比较步骤产生一个信道质量估算（129）。

7、一种能够在多个固定台收发信机之间进行通信的无线电话（101），该无线电话（101）包括一个接收机（111）和一个发射机（109），并且在第一信道上从至少一个第一固定台收发信机（103）接收射频信号，无线电话（101）其特征在于包括：

从接收的射频信号产生符号判决（119）的装置;

估算装置，用以在第一时间周期期间，使用预定数量的子间隔估算（131）在第一预定间隔长度期间的第一信道的质量，所述的估算装置包括：

产生装置，用于产生（401）每个符号判决的差错信息，

组合装置，用于在每个子间隔组合（403）上述差错信息产生一个子间隔差错值的装置，

映射装置，用于将所述子间隔差错值（405）映射为一个子间隔误码率（BER）估算，

平均装置，用以在第一预定间隔内平均上述子间隔BER估算，形成一个间隔BER估算信号，

产生装置，使用所述间隔BER估算信号产生（409）第一信道质量估算判决;和

发送装置，用于发送（109）所述第一信道质量估算到所述第一固定台收发信机。

8、根据权利要求7的无线电话，其特征在于还包括：

估算装置，用于在第二时间周期期间估算在第二预定间隔长度的第二信道的质量产生第二信道质量估算;和

发送装置，用于发送（109）所述第二信道质量估算到所述第一固定台收发信机（103），使得所述第一固定台收发信机（103）可选择优选的固定台收发信机。

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