CN1148024C - Wcdma中基于非连续导频的sir估测方法和装置 - Google Patents

Wcdma中基于非连续导频的sir估测方法和装置

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WCDMA中基于非连续导频的SIR估测方法和装置，包括：测量数据符号平均功率模块、测量导频符号平均功率模块、测量信道估计功率模块、减法器、测量干扰功率的多时隙平均值模块、计算信干比模块、结果分析装置；测量导频符号平均功率模块和测量信道估计功率模块分别将其结果送入减法器取差值，再进入测量干扰功率的多时隙平均植模块、计算信干比模块，测量数据符号平均功率模块将得到数据也送入计算信干比模块，计算分析，可达到质量控制目的。

Description

WCDMA中基于非连续导频的SIR估测方法和装置
本发明涉及通信系统，具体涉及在宽带多址通信功率控制中信干比(SIR)估测的装置和方法。
宽带码分多址(WCDMA)是第三代移动通信系统标准化组织(3rd GenerationPartnership Project(3GPP))提出的无线传输技术(RTT)方案。其它多址技术，如时分多址(TDMA)和频分多址(FDMA)在本领域是人们所熟知的，付诸实用的码分多址(CDMA)调制技术是存在大量系统用户的时候进行通信的技术。但是这些使用这些技术的业务主要局限于话音和低速率数据传输，而第三代移动通信系统能在移动通信中提供与固定网络类似的多媒体业务，支持全球漫游并具有良好服务质量。
宽带码分多址(WCDMA)系统是一种同频自干扰系统，存在着“远近效应”问题，同时“快慢衰落”对移动通信系统也造成了不良影响。如果各移动台以相同的功率发射信号，则信号到达基站时，靠近基站的移动台发射的信号比远离基站的移动台的信号强，从而将其淹没，这就是所谓的“远近效应”。
一般在蜂窝无线环境中，无线电传播的条件是不断变化的。移动台接收信号的和基站接收的信号都处在持续变化之中，即衰落。衰落可快可慢，并且通常同步发生。信号的快衰落一般由无线环境的多径传播引起，其中信号沿发射机和接收机之间的若干不同路径传播，形成的信号分量具有不同的相位和幅度，信号分量在接收机中累加，或者放大，或者衰减，衰落最多可达数十分贝；信号的慢衰落是由于在无线传输环境中存在着引起额外衰减的因素，比如建筑物等，它以快衰落中值为中心变化，且比快衰落引起的变化要慢的多。闭环功率控制监控接收信号由快慢衰落引起的持续强度变化，使基站接收到的功率尽可能相同，以解决“远近效应”问题，并在保证质量的条件下，使发射机的发射功率尽可能低。
在宽带码分多址(WCDMA)系统中，闭环功率控制是功率控制中基于质量的一种功率控制方式，系统网络通过比较接收到的信号的误帧率与系统的服务质量要求(用误帧率表示)的不同，实时设定目标SIR下传到基站，目标SIR与基站中对接收符号估测出的信干比(SIR)比较，以确定传输功率控制(TPC)命令，并传回移动台，从而达到控制移动台功率发射的目的；同时，网络也给移动台下传目标SIR，目标SIR与移动台中对接收符号估测出的信干比(SIR)比较，以确定传输功率控制(TPC)命令，并传回基站，从而达到控制基站功率发射的目的。
现有的估测信干比(SIR)的技术研究集中在窄带CDMA功率控制的SIR估测方面。尽管宽带码分多址(WCDMA)的功率控制的SIR估测与它有相似之处，但宽带码分多址(WCDMA)功率控制中SIR估测的实现与窄带CDMA的有着本质差别，其差别体现在窄带CDMA的SIR估测或者不利用导频信道，或者只利用连续导频信道的连续导频做SIR估测，但在WCDMA系统中公共连续导频信道另有他用，只提供了插入非连续导频符号的数据信道；同时传统的SIR估测在提供了SIR的结果后，还需要系统网络的反馈才能达到质量控制的目的，这一过程是一个缓慢的过程，从而导致极低的信噪比时，接收信号的误帧率不能满足质量要求，而此时又无法快速进行质量控制。
本发明的目的就是针对上述现有技术的不足，提出一种在宽带码分多址(WCDMA)系统中利用插入在数据信道的非连续导频符号实现估测信干比(SIR)的方法和装置，并附加结果分析，可达到进行快速质量控制的目的。
本发明的方法及装置是分别按以下方案实现的：
WCDMA中基于非连续导频的信干比SIR估测方法，包括以下步骤：测量数据符号的平均功率；测量pilot(导频)符号的平均干扰功率；计算信干比SIR值；对信干比SIR值进行分析。
从下式可以看出：要估测信干比(SIR)，必须测算出数据符号的平均功率和pilot符号的平均干扰功率。
SIR＝10LOG10(数据符号的平均功率÷pilot符号的平均干扰功率)
其中，数据符号的平均功率的获得一般是对n个时隙内的数据符号求平均功率，n可以取1～15。时隙是WCDMA系统中传送多个符号的时间度量单位，一个时隙占0.666毫秒；
pilot符号的平均干扰功率的获得有以下四个步骤：
①测量单时隙的pilot符号的平均功率；
②测量信道估计值的功率，信道估计是在各种衰落、干扰和噪声情况下的信道环境中，对包括包络和相位等反映信道变化特性的因素的估计；
③单时隙的pilot符号的平均干扰功率＝单时隙的pilot符号的平均功率一信道估计值的功率；
④pilot符号的平均干扰功率＝多个单时隙的pilot符号的平均干扰功率的平均值。
本发明中还对信干比(SIR)估测结果的分析设定了最低门限值，因为当SIR低于一定值时，信道译码后的误码率太高，已达不到通信质量要求，当估测的信干比(SIR)低于此门限值时，认为估测的SIR无效，反馈的分析结果使产生的TPC命令恒为1，此时发射机的发射功率一直增加，导致接收符号的估测SIR不断升高，从而达到系统规定的误码率要求。最低门限值随着不同数据速率、不同服务质量的要求可变，是一个高层可设定的参数，可取-20dB～20dB。
WCDMA中基于非连续导频的SIR估测装置，包括：测量数据符号平均功率模块、测量导频符号平均功率模块、测量信道估计功率模块、减法器、测量干扰功率的多时隙平均值模块、计算信干比模块、结果分析装置；所述的测量导频符号平均功率模块和测量信道估计功率模块分别将其结果送入减法器做为被减数和减数，减法器得到的差值进入测量干扰功率的多时隙平均植模块，之后再将得到的pilot符号的平均干扰功率送入计算信干比模块，测量数据符号平均功率模块将得到数据符号平均功率也送入计算信干比模块，计算信干比，其输出再进入结果分析装置进行分析。
本发明提供的WCDMA中基于非连续导频的SIR估测方法和装置，它有效地利用了插入数据信道的非连续导频符号实现SIR估测，估测的精度高，可测的动态范围大；并对估测结果进行分析，实现了在信号质量极度恶劣的情况下，不需系统网络的反馈，就可快速进行质量控制的目的，能够在“远近效应”、“快慢衰落”情况下，提供更好的通信质量，提高系统的容量。本发明是一个综合的手段，可以针对不同的协议要求、通信质量和数据速率进行调整与改变。
下面结合附图和实施例进一步说明本发明。
图1是本发明的装置框图；
图2是本发明应用于WCDMA系统中的实施框图。
图1描述的是本发明SIR估测的装置，该装置按照时隙最佳值n为1个时隙来实现的，其中包括：测量数据符号平均功率模块1、测量导频符号平均功率模块2、测量信道估计功率模块3、减法器4、测量干扰功率的多时隙平均值模块5、计算信干比模块6、结果分析装置7。
其中测量数据符号平均功率模块1包括：实部求模装置101、Nm(Nm是一个时隙内非导频符号的个数)符号积分平均器102、第一求复数模值的装置103、第一平方器104；
测量导频符号平均功率模块2包括：第二求复数模值的装置201、第二平方器202、Npilot符号积分平均器203；
测量信道估计功率模块3包括：第三求复数模值的装置301、四次方器302、第一乘法器303；
测量干扰功率的多时隙平均值模块5包括：第二乘法器501和第三乘法器504、加法器502、延时器503；
计算信干比模块6包括：除法器601和10倍对数器602。
作为输入数据的门限值是实数信号，以dB为单位，RAKE合并后的数据符号、导频符号、信道估计，这些都是复数信号；RAKE合并后的数据进入测量数据符号平均功率模块1：首先进入实部求模装置101求模，然后送入Nm符号积分平均器102，对Nm个数据进行积分平均，这里Nm最大不超过每时隙的数据符号数，平均值进入第一求复数模值的装置103求模后，又进入第一平方器104获得平方值，以每个时隙一个抽样 S(K)，即得到数据符号的平均功率，并将其送入计算信干比模块6中的除法器601做为被除数。
而提取的导频符号则进入测量导频符号平均功率模块2：首先在第二求复数模值的装置201里求模，然后进入第二平方器202求平方，再送入Npilot符号积分平均器203求平均值，Npilot是一个时隙内的导频符号数，求得的均值，即是单时隙的pilot符号的平均功率，将其送入减法器4做被减数。
对于信道估计则是在测量信道估计功率模块3中：经过第三求复数模值的装置301求模后，进入四次方器302求四次幂，结果送入第一乘法器303乘2后，即是信道估计值的功率，进入减法器4做减数，相减得到的结果就是单时隙的pilot符号的平均干扰功率；其值是以每个时隙一个抽样I(K)送入测量干扰功率的多时隙平均值模块5中：第二乘法器501，相乘因子是1-α，这里α称为遗忘因子，其取值范围是0～1之间的实数，最佳值为0.98和0.999，乘积送入加法器502做被加数，加法器502的结果 I(K)一路送入计算信干比模块6中的除法器601做除数，再送入延时器503，延时一个时隙后进入第三乘法器504，与α相乘后的结果送入加法器502做加数，完成一个闭环反馈，求得pilot符号的平均干扰功率。从中可以看出，实际的递推关系如下： I(k)＝α I(k-1)+(1-α)I(k)，其中k是时隙的序号。
计算信干比模块6中：除法器601每时隙获得一个被除数，一个除数，相除的结果送入10倍对数器602，求对数的十倍即得到SIR。
而SIR又进入结果分析装置7与输入的门限值比较，输出质量指示标志；当SIR低于门限值时，质量指示标志为1，当SIR高于门限值时，质量指示标志为0。此装置利用了专用数据信道中插入的非连续导频符号来估计噪声能量，从而求得SIR；同时也完成了对SIR的门限限制。
图2是本发明的装置及方法应用于WCDMA系统中的实施框图。在图2，接收的信号进入射频前端装置10，经A/D变换器11，滤波器12后，经由解扰解扩装置13输出符号值，然后经过RAKE合并装置14、导频提取器15、信道估计器16，得出的结果送入估测SIR装置17，进行计算；算出的估测SIR值，再与由高层来的目标SIR一起进入TPC命令产生装置18进行比较，并产生TPC控制命令比特，将其送给基带发射机；而门限值(其最佳取值为3dB)提供最低门限进入SIR估测装置17，产生质量指示标志送入TPC命令发生装置18，控制产生TPC控制命令比特的过程，若质量指示标志为1，则TPC控制命令比特恒为1。
在该实例中，进入射频前端装置10的是扩展频谱通信信号，经A/D变换器11，滤波器12后成为基带信号，并由解扰解扩装置13进行解扰解扩，RAKE符号合并器14、导频提取器15、信道估计器16三者与估测SIR装置17之间传送的信号分别是多径符号合并后的数据、从合并后的符号中提取的导频符号和各径信道估计后的合并值；估测SIR装置17接收上述三种信号和由系统网络送来的门限值后产生两路输出，一路是估测的SIR，一路是质量指示标志都送入TPC命令产生装置18，目标SIR也送入TPC命令产生装置18，在此装置中产生TPC控制命令比特，从而完成了信干比SIR的估测，又对信干比SIR的估测的结果进行了分析，使得在信号质量极度恶劣的情况下，不需系统网络的反馈，就可快速进行质量控制。

Claims (9)

1、一种WCDMA中基于非连续导频的信干比SIR估测方法，包括以下步骤：测量数据符号的平均功率；测量导频符号的平均干扰功率；计算信干比SIR值；对信干比SIR值进行分析，信干比值与设定的门限值比较，输出质量指示标志；当信干比值低于所述门限值时，质量指示标志为1，当信干比值高于所述门限值时，质量指示标志为0；若质量指示标志为1，则传输功率控制命令比特恒为1。
2、如权利要求1所述的WCDMA中基于非连续导频的信干比SIR估测方法，其特征在于：所述的测量导频符号的平均干扰功率的获得包括以下步骤：
①测量单时隙的导频符号的平均功率；
②测量信道估计值的功率；
③利用上面两步得到的结果计算单时隙的导频符号的平均干扰功率；
④利用得到的单时隙的导频符号的平均干扰功率计算导频符号的平均干扰功率。
3、如权利要求1或2所述的WCDMA中基于非连续导频的信干比SIR估测方法，其特征在于：所述的信干比SIR与所述的数据符号的平均功率、导频符号的平均干扰功率符合以下关系式：
SIR＝10LOG10(数据符号的平均功率÷pilot符号的平均干扰功率)。
4、一种WCDMA中基于非连续导频的SIR估测装置，包括：测量数据符号平均功率模块(1)、测量干扰功率的多时隙平均值模块(5)、计算信干比模块(6)，其特征在于还包括测量导频符号平均功率模块(2)、测量信道估计功率模块(3)、减法器(4)、结果分析装置(7)；所述的测量导频符号平均功率模块(2)和测量信道估计功率模块(3)分别将其结果送入减法器(4)做为被减数和减数，减法器(4)得到的差值进入测量干扰功率的多时隙平均植模块(5)，之后再将得到的导频符号的平均干扰功率送入计算信干比模块(6)，测量数据符号平均功率模块(1)将得到的数据符号平均功率也送入计算信干比模块(6)计算信干比，其输出再进入结果分析装置(7)进行分析。
5、如权利要求4所述的WCDMA中基于非连续导频的SIR估测装置，其特征在于：所述的测量数据符号平均功率模块(1)包括：实部求模装置(101)、Nm符号积分平均器(102)、第一求复数模值的装置(103)、第一平方器(104)；RAKE合并后的数据进入进入实部求模装置(101)求模，然后送入Nm符号积分平均器(102)，对Nm个数据进行积分平均，平均值进入第一求复数模值的装置(103)求模后，在第一平方器(104)获得平方值，即得到数据符号的平均功率，其中Nm是一个时隙内非导频符号的个数。
6、如权利要求4或5所述的WCDMA中基于非连续导频的SIR估测装置，其特征在于：所述的测量导频符号平均功率模块(2)包括：第二求复数模值的装置(201)、第二平方器(202)、Npilot符号积分平均器(203)；导频符号进入第二求复数模值的装置(201)进行求模，然后进入第二平方器(202)求平方，再送入Npilot符号积分平均器(203)求平均值，求得的均值，即是单时隙的导频符号的平均功率。
7、如权利要求4或5所述的WCDMA中基于非连续导频的SIR估测装置，其特征在于：所述的测量信道估计功率模块(3)包括：第三求复数模值的装置(301)、四次方器(302)、第一乘法器(303)；信道估计值经过第三求复数模值的装置(301)求模后，进入四次方器(302)求四次幂，结果送入第一乘法器(303)乘2后，即是信道估计值的功率。
8、如权利要求4或5所述的WCDMA中基于非连续导频的SIR估测装置，其特征在于：测量干扰功率的多时隙平均植模块(5)包括：第二乘法器(501)、加法器(502)、延时器(503)、第三乘法器(504)；干扰功率每时隙抽样进入第二乘法器(501)，与因子(1-α)相乘，乘积送入加法器(502)做被加数，加法器(502)的结果送入计算信干比模块(6)中的除法器(601)做除数，加法器(502)的结果同时送到延时器(503)，延时一个时隙后进入第三乘法器(504)，与α相乘后的结果送入加法器(502)做加数，完成一个闭环反馈，求得导频符号的平均干扰功率，其中，α称为遗忘因子，其取值范围是0～1之间的实数，最佳值为0.98和0.999。
9、如权利要求4或5所述的WCDMA中基于非连续导频的SIR估测装置，其特征在于：所述的计算信干比模块(6)包括：除法器(601)和10倍对数器(602)；除法器(601)每时隙获得一个数据符号的平均功率做被除数，一个导频符号的平均干扰功率做除数，相除的结果送入10倍对数器(602)，求对数的十倍即得到信干比值。
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