CN1159874C - 一种wcdma系统中的信干比估测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种WCDMA系统中上行信道的信干比估测方法和装置：该装置包括多径补偿合并模块和信干比计算模块。该方法首先在多径补偿合并模块中对导频符号进行单独补偿合并，同时对信道估计值进行滤波、求能量和合并，获得补偿合并后的导频符号和信道估计能量值后送信干比计算模块，计算导频平均功率和平均干扰功率，可以获得信干比。采用本发明省略了当前信干比的计算方法中大量的求平方的运算，节省了对硬件资源的要求，提高了信干比的估测精度。

Description

一种WCDMA系统中的信干比估测方法和装置

本发明涉及通信系统，具体涉及在宽带多址通信系统中的信干比(SIR)估测的方法和装置。

宽带码分多址(WCDMA)是第三代移动通信系统标准化组织(3^rd 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，已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业务，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。移动台的接收信号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得多。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，实时设定目标信干比下传到基站，目标信干比与基站中对上行信道的接收符号估测出的信干比相比较，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信干比，目标信干比与移动台中对下行信道的接收符号估测出的信干比比较，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。

现有的宽带码分多址(WCDMA)估测信干比的技术研究集中利用了接收的符号或信道估计值(或称为传递函数)来进行信干比估测，其中普遍采用了对接收符号、信道估计值或这些以上这些值线性变化后的值求平方而获得各种功率估算的方法。如申请号为97190522.3的中国专利《测量接收的信干比的方法和设备及传输功率控制器》中描述即是如此。这种估测的准确度较高，但是由于需要计算大量的平方运算，造成复杂度较高，占用的资源也比较多。同时由于平方运算，导致了信干比估测的方差大于线性运算的方差，直接影响了系统容量。

本发明的目的是提出一种在宽带码分多址(WCDMA)系统中利用附加的对导频符号单独补偿和合并，实现无平方运算的估测信干比的方法。

本发明的另一个目的是提出一种在在宽带码分多址(WCDMA)系统中实现上述方法的装置。

本发明的方法是按以下方案实现的：

WCDMA系统中的信干比估测方法，包括以下步骤：

1.对各单径的导频(pilot)符号进行补偿和合并。

①补偿过程如下：

补偿后的导频(pilot)符号＝Re(导频(pilot)符号的信道估计值)×Re(接收的导频(pilot)符号)+Im(导频(pilot)符号的信道估计值)×Im(接收的导频(pilot)符号)；Re代表取复数实部的运算，Im代表取复数虚部的运算。

输入的导频(pilot)符号是从接收机接收的信号解复用而来，对每个导频(pilot)符号使用信道估计的方法都能获得对应此导频(pilot)符号信道估计值。因为求得的信道估计值是导频符号的幅度和相位的估计，因此补偿后的导频符号已经是能量单位。

②接着进行合并，过程如下：

合并后的导频(pilot)符号＝各单径的导频(pilot)符号之和；

如果不特别说明，在后续步骤中导频(pilot)符号都是补偿合并后的导频(pilot)符号。

2.在进行流程1的同时，求各单径的信道估计值滤波后的能量并进行合并：

①信道估计值的滤波：

一个时隙内的所有导频(pilot)符号的信道估计值经过滤波后合成为一个滤波后的信道估计，滤波过程可以是简单的平均运算，也可以是复杂的多阶低通滤波器，目的是消除背景噪声干扰；如果采用平均运算，那么滤波后的信道估计也可称为信道估计平均值。

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2/3毫秒。

②求信道估计的能量：

滤波后的信道估计仍然是I、Q双路并行的复数，其能量是I、Q路的比特的平方的和；

③合并单径的信道估计的能量：

合并后的信道估计的能量等于各单径的信道估计的能量之和；

如果不特别说明，在后续步骤中信道估计的能量都是合并后的信道估计的能量；

3.对补偿和合并后的导频(pilot)符号求绝对值：

所有补偿和合并后的导频(pilot)符号都必须经过求绝对值的过程，因为能量无负值；

如果没有特别说明，在后续步骤中导频(pilot)符号都是指求绝对值后的导频(pilot)符号；

4.测量导频(pilot)符号的平均功率：

其中，导频(pilot)符号的平均功率的获得一般是针对1个时隙内的导频(pilot)符号，一个测量周期的时间就是1个时隙的时间长度，一个周期内估测一次信干比；

导频(pilot)符号的平均功率S等于1个时隙内所有符号的均值；

5.在进行流程4的同时，测量导频(pilot)符号的平均干扰功率I，平均干扰功率反映的是很长一段时间内的干扰信号功率的均值。步骤如下：

①获得每个导频(pilot)符号的干扰能量：

每个导频(pilot)符号的干扰能量等于ABS(1个时隙内所有导频(pilot)符号-信道估计的能量值)，其中ABS是求绝对值函数；

②求得1个时隙的干扰信号功率的均值：

1个时隙的干扰信号功率的均值等于1个时隙内所有导频(pilot)符号的干扰能量的平均值；

③求平均干扰功率I：

平均干扰功率I＝α×前一时隙求得的平均干扰功率+(1-α)×本时隙求得的干扰信号功率的均值；

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。遗忘因子的设置是使前面求得的平均干扰功率影响本次求得的平均干扰功率，从而使得平均干扰功率更加平滑，上下变化的幅度减少。

6.计算信干比：

信干比＝10LOG10(pilot符号的平均功率S÷pilot符号的平均干扰功率)。

本发明的装置是通过以下技术方案实现的：

WCDMA中基于以上方法的信干比估测装置，包括：多径补偿合并模块和信干比计算模块。

多径补偿合并模块包括：滤波器、求平方和模块、对导频符号进行单独补偿模块、求和模块。

信干比计算模块包括：求绝对值模块、对一个时隙内的符号求和模块、平均模块、减法器、加法器、乘法器、延时模块、除法器、10为底对数器。

所述的多径补偿合并模块进行导频符号的补偿和合并以及求信道估计能量值和合并，输出合并的导频符号和信道估计能量到信干比计算模块，然后由信干比测量模块完成一个时隙内符号的平均功率和平均干扰功率计算，获得最终的信干比值。

下面结合附图和实施例进一步说明本发明。

图1是本发明应用于WCDMA上行信道接收系统示意图；

图2是本发明的多径补偿合并装置框图；

图3是本发明的信干比计算装置框图；

图4是本发明所述方法的流程图。

图1是本发明的装置及方法应用于WCDMA上行信道接收系统示意图，但本发明的本质体现并不限于上行信道。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输出接收导频符号值，然后经过信道估计装置14，信道估计值和接收的导频符号一起进入多径补偿合并装置15，得出的结果送入信干比计算装置16，进行计算；算出的估测信干比值，再与由高层来的目标信干比一起进入TPC命令产生装置17进行比较，并产生TPC控制命令比特，将其送给基带发射机。

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，信道估计装置14对每个接收的导频符号进行信道估计的数据给多径补偿合并装置15，同时接收的导频符号也进入多径补偿合并装置15，多径补偿合并装置15传送合并后导频符号和信道估计能量值给信干比计算装置16，信干比计算装置16接收导频符号和信道估计能量值后产生计算得到的信干比，送入TPC命令产生装置17，目标信干比也送入TPC命令产生装置17，在此装置中产生TPC控制命令比特，从而完成了上行信道功率控制的测量过程，使得在信号质量极度恶劣的情况下，仍然可以使接收信号的质量保持稳定。

图2描述的是本发明多径补偿合并的装置，该装置用来对各单径的导频符号进行补偿合并以及求信道估计能量的合并值。本实施例对三条单径进行操作，但本发明的本质体现并不限于具体的单径个数，本发明适用于所有能收集到的多径。本发明多径补偿合并的装置包括：滤波器100、103和106，求平方和装置10l、104和107，对导频符号进行单独补偿装置102、105和108，求和装置109和110。

以第一条单径的操作为例，针对一个时隙内的导频符号求得的信道估计值以复数形式同时进入滤波器100和对导频符号进行单独补偿装置102，在滤波器进行一阶或高阶低通滤波，或者是进行简单的平均操作，仍然以复数形式输出一个信道估计值进入求平方和装置101，进行求平方和运算后输出单径的信道估计的能量。对导频符号进行单独补偿装置102除了接收信道估计值外，还要接收接收机收到的导频符号，然后进行导频符号的单独补偿，补偿方法如下：补偿后的导频(pilot)符号＝Re(导频(pilot)符号的信道估计值)×Re(接收的导频(pilot)符号)+Im(导频(pilot)符号的信道估计值)×Im(接收的导频(pilot)符号)，Re代表取复数实部的运算，Im代表取复数虚部的运算。第二、第三条径的操作与第一条径的操作类同。将三条径输出的补偿的导频符号用求和装置109作合并输出合并后的导频符号，将三条径输出的信道估计能量值用求和装置110作合并输出合并后的信道估计能量值。

图3描述的是本发明信干比计算的装置，该装置1个时隙来计算一次信干比值，其中包括：求绝对值装置200和204，对一个时隙内的符号求和装置201和205，平均装置202和206，减法器203，乘法器207、210和213，加法器208，除法器211，延时装置209，10为底对数器212。

接收的合并后的导频符号进入求绝对值装置200和减法器203，在求绝对值装置200中求绝对值后送入对一个时隙内的符号求和装置201。在减法器203中充当被减数与送入减法器203的充当减数的信道估计能量值进行减法操作获得结果送求绝对值装置204。

一个时隙内的符号求和装置201对送入的导频符号绝对值求和，结果送平均装置，获得一个时隙内导频符号的平均功率S送入除法器211作被除数。

由求绝对值装置204送出的减法结果的绝对值进入对一个时隙内的符号求和装置205进行一个时隙内的求和，结果送入平均装置206获得1个时隙的干扰信号功率的均值。

本时隙求得的平均干扰功率进入乘法器207与(1-α)相乘，这里α称为遗忘因子，其取值范围是0～1之间的实数，优选值为0.98和0.999，乘积送入加法器208做被加数，加法器208的结果I一路送入除法器211做除数，一路送入延时装置209，延时一个时隙后进入乘法器210，与α相乘后的结果送入加法器208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)＝αI(k-1)+(1-α)I(k)。这里k特指测量周期的计数。

除法器211每时隙获得一个被除数，一个除数，相除的结果送入10为底对数器212，然后进入乘法器213求此对数的十倍值即得到信干比。

图4描述的是本发明所述的估测信干比的方法流程：

由接收机分离出的导频符号按照步骤300，获得补偿和合并后的导频符号，通过步骤302可以得到非负的导频符号，进入步骤303，获得一个时隙内的导频符号平均功率；同时由接收机获得的信道估计值通过步骤301获得合并后的信道估计能量值，并与非负的导频符号一起进入步骤304，获得导频符号平均干扰功率；由步骤303和步骤304送出的导频符号平均功率和导频符号平均干扰功率送入步骤305，最后计算出信干比。

本发明提供的WCDMA中的信干比估测方法和装置，在获得导频符号平均功率和干扰平均功率之前采用了一种对导频符号进行补偿合并的方法，在达到一定的信干比估测的精度要求下，实现的整体算法较为简单，占用的硬件资源少；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。

Claims (7)

1、一种WCDMA系统中的信干比估测装置，包括以下模块：多径补偿合并模块和信干比计算模块，其特征在于：所述的多径补偿合并模块包括：滤波器、求平方和模块、对导频符号进行单独补偿模块、求和装置；一条单径所对应的信道估计值同时进入滤波器和对导频符号进行单独补偿装置，接收的导频符号也进入对导频符号进行单独补偿装置，对导频符号进行单独补偿装置输出补偿后的结果，和其他单径的对导频符号进行单独补偿装置输出的结果进入到一个求和装置相加获得合并后的经过补偿的导频符号；同时从每条单径的滤波器出来的信号进入求平方和模块输出单径的信道估计的能量，各径的信道估计的能量进入另外一个求和装置，相加获得合并后的信道估计能量值；

信干比计算模块包括：求绝对值模块、对一个时隙内的符号求和模块、平均模块、减法器、加法器、乘法器、延时模块、除法器、10为底对数器；接收的合并后的导频符号进入到一个求绝对值装置(200)和减法器(203)，在所述的求绝对值装置(200)中求绝对值后分别送到一个对一个时隙内的符号求和装置(201)；和一个减法器(203)中充当被减数，与送入减法器(203)的充当减数的信道估计能量值进行减法操作获得结果送求绝对值装置(204)；所述的一个时隙内的符号求和装置(201)对送入的导频符号绝对值求和，结果送到一个平均装置(202)，以获得一个时隙内导频符号的平均功率S送入除法器(211)作被除数；由求绝对值装置(204)送出的减法结果的绝对值进入到另一个对一个时隙内的符号求和装置(205)进行一个时隙内的求和，结果送入到另一个平均装置(206)获得1个时隙的干扰信号功率的均值，本时隙求得的平均干扰功率进入乘法器(207)与(1-α)相乘，乘积送入加法器(208)做被加数，加法器(208)的结果一路送入除法器(211)做除数，另一路送入延时装置(209)延时一个时隙后进入乘法器(210)，与α相乘后的结果送入加法器(208)做加数，完成一个闭环反馈，求得导频符号的平均干扰功率；除法器(211)每时隙获得一个被除数，一个除数，相除的结果送入10为底对数器(212)，然后进入乘法器(213)求此对数的十倍值即得到信干比；其中：α称为遗忘因子，其取值范围是0～1之间的实数，优选值为0.98或0.999；

所述的多径补偿合并模块进行导频符号的补偿和合并以及求信道估计能量值和合并，输出合并的导频符号和信道估计能量到信干比计算模块，然后由信干比测量模块完成一个时隙内符号的平均功率和平均干扰功率计算，获得最终的信干比值。

2、如权利要求1所述的一种WCDMA系统中信干比估测方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：对各单径的导频符号进行补偿和合并；

步骤2：求各单径的信道估计值滤波后的能量并进行合并；

步骤3：对补偿和合并后的导频符号求绝对值；

步骤4：测量导频符号的平均功率；

步骤5：测量导频符号的平均干扰功率；

步骤6：计算信干比。

3、根据权利要求2所述的WCDMA系统中信干比估测方法，其特征在于：所述的步骤1包括：

首先：所述的补偿过程如下：补偿后的导频符号＝Re(导频符号的信道估计值)×Re(接收的导频符号+Im导频符号的信道估计值)×Im(接收导频符号)；Re代表取复数实部的运算，Im代表取复数虚部的运算；

其次：所述的合并过程如下：合并后的导频符号＝各单径的导频符号之和。

4、根据权利要求2所述的WCDMA系统中信干比估测方法，其特征在于：所述的步骤2包括：

首先：所述的信道估计值的滤波过程是指一个时隙内的所有导频符号的信道估计值经过滤波后合成为一个滤波后的信道估计，滤波过程可以是简单的平均运算，也可以是复杂的多阶低通滤波器；

其次：所述的求信道估计的能量过程是指滤波后的信道估计仍然是I、Q双路并行的复数，其能量是I、Q路的比特的平方的和；

最后：所述的合并单径的信道估计的能量过程如下是指合并后的信道估计的能量＝各单径的信道估计的能量之和。

5、根据权利要求2所述的WCDMA系统中信干比估测方法，其特征在于：所述的步骤4过程如下：导频符号的平均功率的获得一般是针对1个时隙内的导频符号，一个测量周期的时间就是1个时隙的时间长度，一个周期内估测一次信干比，导频符号的平均功率S等于1个时隙内所有符号的均值；

6、根据权利要求2所述的WCDMA系统中信干比估测方法，其特征在于：所述的步骤5包括：

首先：所述的获得每个导频符号的干扰能量过程是指每个导频符号的干扰能量＝ABS(1个时隙内所有导频)符号-信道估计的能量值，ABS是求绝对值函数；

其次：所述的求得1个时隙的干扰信号功率的均值过程是指1个时隙的干扰信号功率的均值＝1个时隙内所有导频符号的干扰能量的平均值；

最后：所述的求平均干扰功率I等过程如下：平均干扰功率＝α×前一时隙求得的平均干扰功率+(1-a)×本时隙求得的干扰信号功率的均值；

其中：α称为遗忘因子，其取值范围是0～1之间的实数，优选值为0.98或0.999。

7、根据权利要求2所述的WCDMA系统中信干比估测方法，其特征在于：所述的步骤6实现过程如下：信干比＝10LOG10(导频符号的平均功率S÷导频符号的平均干扰功率)。

Images