CN1168244C - Wcdma系统下行(前向)链路的sir测量方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了应用于WCDMA系统下行链路中的SIR测量方法：通过对SIR测量参数修正后，UE(用户设备)把RAKE合并前来自不同路径的信号分别进行各自的SIR测量，接收信号总的SIR是各路径信号之和。本发明以单径SIR测量为模块，根据系统要求调整具体的DIR测量装置：包括SIR参数修正器、L个单径SIR测量模块、SIR合并器。
Description
(一)技术领域：
本发明涉及WCDMA(宽带码分多址)系统下行(前向)链路功率控制中的内环SIR测量方法和装置。
(二)背景技术：
CDMA系统是一个同频自干扰系统，为克服远-近问题和快衰落，功率控制被引入且一直倍受关注。由于多个用户共用同一个频带而产生的多址干扰(MAI)极大程度地限制了CDMA的系统容量，因此众多研究集中在反向链路的功率控制。事实上，下行链路也存在干扰和衰落，尤其是在WCDMA系统中要实现高质量宽带多媒体综合业务，为了追求不同业务的通信质量最佳化和系统容量最大化，有必要采取下行功率控制。本发明就是在研究与开发商用化的WCDMA通信系统下提出的。
在3GPP协议中规定在WCDMA系统下行链路实行基于QoS(业务质量)的定步长快速闭环功率控制。在前向链路功率控制中，一般考虑UE处在非软切换区，即UE只和一个基站相互通信；当UE处在软切换区时，它首先通过各小区ID号进行主小区识别，由UE确定为非主小区的将被切断功率传输，UE只和主小区进行前向功率控制。据此，我们确定了内环+外环的定步长快速闭环功率控制方案，通过功率控制改变信号的发送功率，使内环实测的SIR(信号与平均干扰加背景噪声之比)保持在外环给出的目标SIR上，从而满足业务质量要求。其中，内环SIR测量是功率控制机制良好运转的基础，没有精确的内环SIR测量，内、外环SIR的比较就毫无意义，也就根本谈不到性能良好的功率控制。
基带SIR测量的研究工作一直得到了各国学者的重视，但多数进行的是理论研究，且这些都研究是以假设能对信道特性进行准确估计，对接收信号进行精确测量的前提下进行的。实际上，由于受到测量方法、可实现的测量工具精度的限制，要做到对接收信号无误差的测量是不可能的。一般地，理论上认为理想的信道估计利用的是多址干扰加背景噪声的总体统计特性，但3GPP要求的快速闭环功率控制机制(即DPC_MODE＝0)下要求UE(用户设备)每时隙给出一个TPC命令(传输功率控制命令)，也即要求每时隙给出一个内环SIR测量值，这就使实际中的信道估计所取样本的容量不够大(最多为2560chip)；而且，现有协议规定下行对应的导频符号数占每时隙符号总数的比例(见附表1)也不大，即可用于内环SIR测量的样本容量更少，这就必然会导致信道估计误差。所以，为了在实行WCDMA系统下行链路的快速闭环功率控制中得到高精度的内环SIR测量值，只能寻求性能更好的SIR测量方法：它既要有更高精度的测量性能，又要便于硬件实现，具有更好的可操作性。
因此，我们从尽量减少误差的引入出发，脱离传统的先合后分的算法思想，根据WCDMA系统的帧结构提出了本发明：具有先分后合算法思想的下行链路功率控制中的内环SIR测量方法。仿真、研究其性能，并与[1]中经典内环SIR的测量方法进行了比较。结果表明本发明不仅易实现模块化，而且，在测量性能上也优于[1]中所提方法(详见发明效果)。
本发明就是立足3GPP协议规定的WCDMA系统下行链路专用物理信道帧结构，考虑实际信道估计必然存在误差的现实性，为追求高精度和硬件操作灵活性的目标而提出的WCDMA系统下行链路功率控制中的内环SIR测量方法和装置。通过仿真结果表明用本发明可很好地实现WCDMA系统下行链路基于QoS的闭环功率控制，从而实现系统容量最大化。
(三)发明内容：
本发明设计的SIR测量方法的应用领域是具有图1帧结构的通信系统的基带SIR测量，尤其适用于WCDMA通信系统下行链路功率控制中内环SIR测量。本发明首先基于图1帧结构给出了修正导频符号dpilot的选用方法，并在此基础上提出了SIR测量思想：在RAKE合并前对来自不同路径的DPCH复信号分别进行各自的SIR测量，接收信号总的SIR是各路径信号SIR之和。此方法以单径测量为模块，算法实现简单灵活，而且通过减少信道估计误差的引入来提高测量精度。
具体方法流程如下：(测量以时隙为单位，不妨以测量基站第K时隙的SIR测量为例说明)
1、在UE接收端，把收到的所在小区基站发来的多径混合信号经接收处理装置分解为L条单径的各径解扩信号得到SIR测量参数：RAKE合并径数L，导频符号，导频符号数，各径信道估计。
2、由步骤1得到的I支路导频符号经SIR测量参数修正器修正得到修正导频符号，将其与由步骤1得到的其它三个参数输入单径SIR测量模块。
3、把由步骤1得到的各单径第K时隙分别输入各单径SIR测量模块，并行进行L个第K时隙的单径SIR测量。
4、把由步骤3得到的L个第K时隙的单径SIR测量值输入SIR合并器相加，就得到该用户第K时隙的下行SIR测量值SIRdownlink(k)。
单径SIR测量的具体步骤如下：
(1)用单径瞬时信号功率测量器测量第K时隙单径瞬时信号功率
(2)用单径瞬时多址干扰和背景噪声功率测量器测得第K时隙单径的瞬时多址干扰和背景噪声功率
(3)把步骤(2)得到瞬时多址干扰和背景噪声功率
输入噪声平均器(E1.3)与前一个(第K-1个)时隙得到的平均多址干扰和背景噪声功率Idownlink，l(k-1)进行加权平均，得出第K时隙单径平均多址干扰和背景噪声功率(简称平均噪声功率)
Idownlink，l(k)；
(4)用步骤(1)得到的第K时隙单径瞬时信号功率
除以步骤(3)得到第K时隙单径平均噪声功率
Idownlink，l(k)，就可得到该用户第K时隙的单径SIR测量值SIRdownlink，l(k)。
基于上述方法，WCDMA系统下行(前向)链路的SIR测量装置包括：SIR测量参数修正器、单径SIR测量模块(包括单径瞬时信号功率测量器、单径瞬时多址干扰和背景噪声功率测量器、噪声平均器、单径SIR相除器)和SIR合并器。具体应用中需用的单径SIR测量模块数L由系统要求决定，即等于系统要求的RAKE合并径数。
图1中由DPCCH和DPDCH时分复用构成的下行链路专用物理信道DPCH经串/并变换形成的两路信号在每个无线帧里I/Q复用，因I路和Q路信号用相同的信道化码扩频，故要求I路和Q路有一样的帧结构，即I、Q两路的导频符号数一样，Npilot为1、2、4、8。数据data的构成由上层决定，可包括TFCI(传输格式组合指示)、TPC(传输功率控制)和传输的信息，其比特数 由k决定，也即由不同业务选用不同的扩频因子SF＝256/2k决定，它不影响用本发明进行SIR的测量。
本发明有益效果：(1)本发明以RAKE合并前的单径为对象，易实现模块化。当RAKE合并径数变化时，本发明通过增删单径SIR测量模块来满足要求，(2)在测量性能方面，本发明直接对接收到的各径解扩信号进行SIR测量。这样就可以避免信道估计误差的二次引入，使SIR的测量精度得到提高。进一步，以此高精度的SIR测量为内环功率控制的核心，实施WCDMA系统前向链路的闭环功率控制可更好地保证QoS，从而大大地提高系统容量。
(四)附图说明：
图1为应用本发明进行SIR测量的帧结构；
图2为应用本发明的WCDMA前向链路系统框图；
图3为基站以本发明为基础的WCDMA下行链路闭环功率控制；
图4为本发明的装置框图；
图5为本发明中单径SIR测量模块。
各附图之间的关系是图1所示的是图2中I(BT15)和Q(BT16)；图3是图2中的基站以本发明为基础的闭环功率控制(MR1)；图4是图3中的SIR测量装置(MR114)；图5是图4中单径SIR测量模块(E1)。
(五)具体实施方式：
图4给出了本发明SIR的测量装置，体现出本发明的创新思想：在RAKE合并前对来自不同路径的信号分别进行各自的SIR测量，接收信号总的SIR是各路径信号SIR之和。测量单位为一个时隙(在WCDMA前向链路DPCH中1slot等于0.66ms)。本发明SIR测量装置包括的实体有接收处理装置、SIR测量参数修正器(E2)、L个单径SIR测量模块(E1)和一个SIR合并器(E3)。所述接收处理装置与SIR测量参数修正器和单径SIR测量模块连接以便做参数修正和单径测量，SIR测量参数修正器与单径SIR测量模块连接做L个并行K时隙的单径SIR测量模块，单径SIR测量模块与SIR合并器连接以将单径测量值相加。
L为系统要求RAKE合并的径数。其中，单径SIR测量模块(E1)包括：单径瞬时信号功率测量器(E1.1)、单径瞬时多址干扰和背景噪声功率测量器(E1.2)、噪声平均器(E1.3)、单径SIR相除器(E1.4)；SIR合并器(E3)是一个加法器，所述单径瞬时信号功率测量器与单径SIR相除器连接，单径瞬时多址干扰和背景噪声功率测量器与噪声平均器连接；SIR测量参数修正器(E2)包括乘法器(E2.1)。
图5描述的是如图4所述单径SIR测量模块(E1)的具体结构。
其中单径瞬时信号功率测量器(E1.1)包括：乘法器I(E1.11)、Npilot符号积分平均器I(E1.12)、复数求模装置I(E1.13)、平方器I(E1.14)，所述乘法器I(E1.11)与Npilot符号积分平均器I(E1.12)、复数求模装置I(E1.13)、平方器I(E1.14)依次串接。
单径瞬时多址干扰和背景噪声功率测量器(E1.2)包括：减法器(E1.21)、复数求模装置II(E1.22)、平方器II(E1.23)、Npilot符号积分平均器II(E1.24)，所述减法器(E1.21)与复数求模装置II(E1.22)、平方器II(E1.23)、Npilot符号积分平均器II(E1.24)依次串接。
噪声平均器(E1.3)包括：乘法器II(E1.31)、乘法器III(E1.32)、加法器(E1.33)、延时器(E1.34)，所述乘法器II(E1.31)、乘法器III(E1.32)分别与加法器(E1.33)连接，加法器(E1.33)与延时器(E1.34)连接。
单径SIR相除器(E1.4)包括：除法器(E1.41)。
当完全同步时，基站接收机经过接收处理后得到RAKE合并径数L(I2.1)，导频符号(I2.2)，导频符号数(I2.3)和各径信道估计(I2.4)，并把某用户的多径混合信号分解为单径的各径解扩信号。
以下说明第1径DPCH解扩复信号的第K个时隙进入单径SIR测量模块(E1)得到第1径的SIRdownlink，l(k)的处理过程：第1径DPCH解扩复信号的第K个时隙与修正导频符号输入乘法器I(E1.11)，逐比特相乘结果分别输入Npilot符号积分平均器I(E1.12)和计算单径瞬时多址干扰和背景噪声功率的测量器(E1.2)中的减法器(E1.21)做被减数。在单径瞬时信号功率测量器(E1.1)的Npilot符号积分平均器(E1.12)中对Npilot个数据进行积分平均，平均值输入复数求模装置I(E1.13)求模后进入平方器I(E1.14)得到平方值，每时隙抽样得到第1径第K时隙瞬时信号功率
在单径瞬时多址干扰和背景噪声功率的测量器(E1.2)中的减法器(E1.21)中，第1径的信道估计做减数，相减得到的结果输入复数求模装置II(E1.22)求模后，进入平方器II(E1.23)得到平方值，再进入Npilot符号积分平均器II(E1.24)进行Npilot个数据的积分平均，对其结果进行每时隙抽样得到第1径第K时隙的瞬时多址干扰和背景噪声功率
把
输入噪声平均器(E1.3)中的乘法器II(E1.31)与(1-α)相乘，结果送入加法器III(E1.33)做被加数，在另一个乘法器III(E1.32)中前一时隙(即第K-1时隙)的平均多址干扰和背景噪声功率
Idownlink，l(k-1)(即由前一时隙加法器(E1.33)的输出结果经过延时器(E1.34)延时1时隙得到的)与α因子相乘，结果送入加法器(E1.33)做加数；这里，α为遗忘因子，取值0--1之间，一般取0.99或0.999以平滑由于功率控制而导致多址干扰功率波动对求平均噪声功率的影响。加法器(E1.33)的输出结果就是第1径第K时隙平均噪声功率
Idownlink，l(k)。在单径SIR相除器(E1.4)中，把第1径第K时隙瞬时信号功率
送入除法器(E1.41)做被除数，第1径第K时隙平均噪声功率
Idownlink，l(k)送入除法器(E1.41)做除数，二者相除的结果就是第1径第K时隙的SIR测量值SIRdownlink，l(k)。
与此同时，得到并行处理的L个单径SIR测量值SIRdownlink，l(k)(l＝1--L)输入SIR合并器(E3)相加，就得到要求的小区基站的第K时隙SIR测量值。
图3是UE以本发明为基础的闭环功率控制机制，为满足3GPP协议要求的基于QoS(业务质量)的定步长快速功率控制，采用内环+外环的结构：内环给出实测SIR测量值(MR115)，外环包括RAKE合并(MR105)、译码器(MR106)、误块检测(MR107)、低通滤波器(MR108)、比较器(MR110)、外环目标SIR生成器(MR111)、延时器(MR112)等实体，根据不同业务要求的误块率(BLER)(MR109)给出目标SIR(MR113)，内环SIR测量值与目标SIR比较得出功率控制命令(TPC)(BT29)，形成回路控制基站功率发送控制器(BT1)。其中特殊之处在于，内环SIR的测量(MR114)就是本发明(见图4所示)；因此，内环的输入点在RAKE合并器之前(MR104)，而且输入的各单径解扩信号在内环SIR测量中是并行处理的。按照图3所示以本发明为基础的闭环功率控制机制能提供高精度的内环SIR，从而更好地满足不同业务的要求(见发明效果)。
图2给出的是实施本发明的WCDMA前向链路系统框图。按照3GPP协议，发送端基站首先对要传送的信息进行基带处理，包括添加CRC(循环冗余校验)码(BT10)、尾比特(BT11)、信道编码(BT12)、交织(BT13)、串并变换(BT14)、扩频(BT18和BT19)、加扰(BT22)，经过成形滤波器(BT23和BT24)后进行QPSK调制(BT27和BT28)，再送入功率放大器(BT34)放大发射。其中，扩频码为OVSF码(正交可变扩频因子码)，选用除了主CPICH用cch，256，0，主CCPCH用cch，256，1之外的码字。I路与Q路构成的复信号I+jQ与复扰码(T23)进行复数相乘。要注意的是：基站功率发送控制器(BT1)根据接收到MS端以本发明为基础的闭环功率控制(MR1)发来的功率控制命令(BT29)来调整基站DPCH的发射功率。基站功率发送控制器(BT1)包括乘法器(BT30)、延时器(BT32)、加法器(BT33)和功率放大器(BT34)。其控制机理满足p(k)＝p(k-1)+TPCcommand*Δ，这里，k为时隙，p(k)为基站DPCH发出的功率(单位dBm)；Δ为最小功率调整步长，取值为1dB或0.5dB；TPCcommand为功率控制命令(BT29)，取值+1(当图3中目标SIR(R113)＞内环SIR测量值(R115)时)或-1(当图3中目标SIR(R113)＜内环SIR测量值(R115)时)。在如图2的WCDMA前向链路系统的功率控制中应用本发明可取得很好的效果。
Claims (1)
1.CDMA系统下行链路的SIR测量方法，其特征在于，按照以下步骤进行：
(1)在UE接收端，把收到的所在小区基站发来的多径混合信号经接收处理装置分解为L条单径的各径解扩信号得到SIR测量参数：RAKE合并径数L，导频符号，导频符号数，各径信道估计；
(2)由步骤(1)得到的I支路导频符号经SIR测量参数修正器修正得到修正导频符号，将其与由步骤1得到的其它三个参数输入单径SIR测量模块；
(3)把由步骤(1)得到的各单径第K时隙分别输入各单径SIR测量模块，并行进行L个第K时隙的单径SIR测量，这里的单径SIR测量按照以下步骤进行：
(I)用单径瞬时信号功率测量器测量第K时隙单径瞬时信号功率
(II)用单径瞬时多址干扰和背景噪声功率测量器测得第K时隙单径的瞬时多址干扰和背景噪声功率
(III)把步骤(II)得到瞬时多址干扰和背景噪声功率
输入噪声平均器(E1.3)与前一个时隙得到的平均多址干扰和背景噪声功率
Idownlink，l(k-1)进行加权平均，得出第K时隙单径平均多址干扰和背景噪声功率
Idownlink，l(k)；
(IV)用步骤(I)得到的第K时隙单径瞬时信号功率
除以步骤
(III)得到第K时隙单径平均噪声功率
Idownlink，l(k)，就可得到该用户第K时隙的单径SIR测量值SIRdownlink，l(k)；
(4)把由步骤(3)得到的L个第K时隙的单径SIR测量值输入SIR合并器相加，就得到该用户第K时隙的下行SIR测量值SIRdownlink(k)。
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Legal Events
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Owner name: MINISTRY OF INFORMATION INDUSTRY INSTITUTE OF TEL Free format text: FORMER OWNER: MINISTRY OF INFORMATION INDUSTRY INSTITUTE OF TELECOMMUNICATIONS TRANSMISSION; BEIJING UNIV. OF POST AND TELECOMMUNICATION Effective date: 20070420 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20070420 Address after: 100045 Beijing City, 11 South Street on the altar Co-patentee after: Beijing University of Posts and Telecommunications Patentee after: Telecommunication Transmission Inst., Ministry of Information Industry Co-patentee after: Spreadtrum Communications (Shanghai) Co., Ltd. Address before: 100045 Beijing City, 11 South Street on the altar Co-patentee before: Beijing University of Posts and Telecommunications Patentee before: Telecommunication Transmission Inst., Ministry of Information Industry |
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| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20040922 |
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| CX01 | Expiry of patent term |