CN1175604C - Cdma无线电通信系统中干扰测量时码的保留 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于快速和精确地测量与在CDMA无线电通信系统中接收到的信号有关的干扰的方法和结构。通过利用从一个有限集的正交信道化码中保留的一个信道化码对接收到的信号去扩频来实现干扰测量。该被保留的码并未用于对通信业务扩频，因而，当接收机将接收到的信号与被保留的码相关时，提供与接收到的信号有关的干扰的估值。

Description

CDMA无线电通信系统中干扰测量时码的保留

技术领域

本发明一般涉及无线电通信系统，更具体而言，涉及用于测量与码分多址(CDMA)系统中接收到的信号有关的干扰的技术和结构。

背景技术

传统上，无线电通信系统采用频分多址(FDMA)或者采用时分多址(TDMA)来分配对可用的无线电频谱的接入。两种方法试图保证在相同的时间内没有两个可能干扰的信号占用相同的频率。例如，FDMA分配不同信号到不同的频率。TDMA分配不同的信号到相同频率上的不同时隙。TDMA方法通过利用同步电路在预先规定的时隙上选通对信息的接收来降低邻道干扰。

相反，CDMA允许干扰信号在相同的时间内共同使用相同的频率。更具体而言，CDMA系统通过将每个信号乘以一个唯一的扩频码序列使信号“扩展(spread)”到一个公共的通信信道上。然后，将信号扰频并以重迭的方式作为一个组合信号在该公共信道上发送。每个移动接收机将该组合信号与各自的唯一的去扩频码序列相关，从而抽出对它寻址的信号。

对移动接收机未被寻址的信号在CDMA中认为起着干扰的作用。为了实现对信号的可靠接收，信号对干扰之比应该在每个移动站预先规定的阈值之上(称为“所需的信号对干扰”的电平，或SIR_req)。例如，如在图1A中所示，考虑三个移动站分别接收来自一个公共的CDMA通信频段的三个信号。每个信号分别具有与其相应的能量  也就是能量水平E1，E2和E3。该通信频段也包含一定的噪声电平(N)。对于第一移动站，为了接收其所指定的信号，在E1与E2，E3和N的合计电平之间的比率应该高于第一移动站的所需信号-干扰比。

为了改进一个移动站的信号干扰比，将信号的能量增加到适当的水平。然而，增加与一个移动站有关的能量也增加了与其他邻近的移动站有关的干扰。因此，在共同使用相同的公共信道的所有移动站的要求之间建立一种平衡对于无线电通信系统是所希望的。当对于一个给定的无线电通信系统内所有移动站的SIR要求都得到满足时，就达到了一种稳态条件。一般说来，通过使用不太高也不太低的功率水平发送给每个移动站可以实现所平衡的稳态。在不必要的高电平上发送消息增加了在每个移动接收机上承受到的干扰，并限制了可在公共信道上成功地通信的信号数目(也就是降低系统容量)。

一旦稳态条件被达到，对于移动通信系统内的各种变化进行调节。例如，当一个新的移动站进入一个通信小区，它在该系统内产生了附加的干扰。例如，如图1B中所示，第四移动站引入到图1A中所示的稳态条件，将一个具有能量E4的新信号强加到公共通信信道上。这个新的信号能量E4添加到已经在小区中的第一到第三移动站经受到的合计的干扰上。因此，为了满足第一到第三站所需的信号干扰比，与头三个移动站有关的功率E1-E3可能不得不要作相应的调整。当已经位于无线电通信小区边界内的一个移动站从不活动状态切换到活动状态，发送或接收在公共信道上的消息时，可能经受到相同的破坏性的结果。

当一个移动站离开无线电通信小区时，也破坏了该稳态条件。例如，如果图1A中所示的稳态条件被第三移动站离开无线电通信小区破坏时，其余两个移动站的信号干扰比由于在公共信道上缺少了能量E3而得以改进，如图1C中所示。因此，信号的功率E1-E2可被降低以保证该公共通信信道的有效利用。当该无线电通信小区内的第三移动站从活动状态切换到不活动状态时(例如，终止呼叫)，也可达到这种相同的效果。

当无线电通信小区内的一个或多个移动站改变其操作特性时，也可发生该稳态的另一种破坏。例如，如图1D中所示，如果第三移动站从低数据速率的通信模式切换到高数据速率的通信模式时，在小区内的其余两个移动站经受到被增加的干扰水平。为了抵消在该通信频段中干扰水平的增加，该系统可能不得不调整功率水平E1和E2。当移动站从高数据速率模式切换到低数据速率模式时，可能产生相反的效果。

先前的基于CDMA的系统使用一个或多个功率控制环路来适当地调节系统内信号传输的功率水平，以便抵消以上所描述的对稳态条件的破坏。依据一种示范性的现有技术，对于下行，该移动站监测它从该基站接收到的信号的强度。如果该信号太微弱，该移动站发送消息到与它有关的基站，通知该基站增加它发送到移动站的功率。该基站相应地作出响应。然而，额外的时间，该基站通过缓慢地减少到移动站的功率来“调理”移动站，直到该移动站通知该基站再次增加对该移动站的发送功率为止。这就保证了该基站不与使用不必要的高功率水平的移动站进行通信。

例如，在第四移动站进入一个小区的图1B的情况下，其他的移动站可以通知该基站增加对这些移动站的功率水平。基站通过将功率增加一个增量相应地作出响应。如果不足以满足移动站的SIR要求，也就是，在基站中组合器级以后的信号对干扰仍然不够，移动站重复它们对该基站的消息，再次请求该基站增加它发送消息到移动站的电平。可通过在该基站与该移动站之间一系列的通信重复这个程序。如果该基站“过调节”该移动站的功率要求，它可能不得不降低对该移动站的功率水平。

为了达到和保持这种所希望的稳态条件，需要一种方法来快速和精确地测量移动站的信号-干扰比。在采用宽带码分多址(WCDMA)的系统中，通常利用正交信道化码和相同的扰频码将信道从一个基站发送；因此，为了在这样一种WCDMA系统中确定SIR，应该不仅考虑与所要的信号正交的来自基站的干扰，而且要考虑与所要的信号非正交的来自其他基站的干扰。当对一个信号进行去扩频并在移动站上组合时，本领域的技术人员将认识到与所要的信号正交的干扰并不损伤该信号。然而，这不可能认为对于所要的信号是非正交的干扰也是这样，因此，在估计移动站的SIR中考虑这种非正交干扰是重要的。

存在几种方法用于测试与接收信号有关的干扰功率。依据第一方法，RAKE接收机的搜索器产生该接收信号的脉冲响应估值。该脉冲响应估值是由，例如，将接收信号与包含在发送信号中的接收机已知的信号(也就是，导频信号)进行匹配滤波产生的。所有接收到的功率，除了峰值以外，被用于估算该干扰。将这种概念用图形方式表示在图2中，但承受慢的缺点，并且也对正交性不灵敏，或者缺乏对干扰的正交性。

第二方法包含在导频符号去扩频和组合以后估算该接收的功率。假定该接收信号功率对于某个时间周期是常数，可估算损伤该信号的干扰的方差。通过利用接收的去扩频和组合的导频符号的平均值，计算从去扩频和被组合的导频符号的每个样本到这个平均值的距离，来实现这种估计。利用这些“噪声向量”，可估计干扰的方差。如果测量是对于所有在去扩频过程中所考虑的路径完成的，则这种方法包含正交性的方面。然而，它依赖于导频符号的存在。如果该导频符号是时间多路复用的，因而是不连续地发送，测量只可能在导频符号被发送时进行，从而导致间歇的SIR计算。与这种方法有关的另一种可能的问题是因为工作周期小于100％，对于如功率控制所需的完成连续地估算或许是不可能的。

用于确定与接收到的信号有关的干扰的第三方法包含将该接收信号与在无信号发送到移动站期间分配到该连接的信道化码相关。因为没有“所要的”信号，将接收信号去扩频将得到良好的干扰估值。用这种方法的一个问题是该移动站必须知道何时无信息发送给它。这可通过预先确定无传输的时间来解决，但这样一种解决方案有一定的容量损失，因为干扰测量需要被完全有规则地更新。

在以上被认定的，有关的申请中，一种较快速的自动增益控制(AGC)单元被实现在接收机中，将对RAKE的输入功率保持恒定的水平。这样通过用一个常数乘以去扩频的导频符号能够依次计算该SIR。

然而，在此仍然存在一个问题，即如何快速和精确地测量在CDMA系统，特别是WCDMA系统中的干扰，既考虑对所要的信号正交的又考虑对所要的信号非正交的信号干扰。

概述

发明内容

本发明试图通过提供快速和精确地测量与CDMA无线电通信系统中的接收信号有关的干扰的方法和结构来克服以上认定的缺陷。依据本发明的示范性实施方案，通过利用一种从一个有限集的正交信道化码中被保留的信道化码对接收到的信号去扩频，来实现干扰的测量。该被保留的码并不用于(或很少用于)扩展通信业务，因此当接收机将接收信号与该被保留码相关时，提供与接收信号有关的干扰的估值。申请者还表明，为干扰测量目的保留至少一个码是可行的，并没有过分地降低系统容量。

附图说明

通过以下参考附图对优选实施方案的描述本发明以上的目的和特征将更为明显，其中：

图1A示出在稳态条件下，一个公共频段内信号能量的示范性分布；

图1B示出在引入一个新的移动站以后，一个公共频段内信号能量的示范性分布；

图1C示出移去一个移动站以后，一个公共频段内信号能量的示范性分布；

图1D示出在移动站从低切换到高数据速率模式以后，一个公共频段内信号能量的示范性分布；

图2是提供由作为用于测量干扰的通常技术的部件的搜索器产生的脉冲响应的例子的图形；

图3是示出一个基站和几个移动站的小区简图；

图4是一种示范性的正交的可变扩频因数的码树；

图5示出来自图4的码树的正交选择；

图6示出一种本发明的干扰测量技术可被引用的示范性移动站；

图7更详细地示出图6的RAKE接收机单元；和

图8是一种本发明可被实施的示范性无线电通信系统的方框图。详述

具体实施方式

以下的详述提供对各种示范性实施方案的讨论，这些实施方案是被指望用作说明，而不是限制本发明的范围。因此，对特定类型的系统，电路，等的参考只是指望提供一个可随同本发明被采用的这些特点的例子。同样，有关其他系统特点，电路图等的详情对于本领域的技术人员是众所周知的而被略去，以避免使本发明含糊不清。

考虑图3中所示的示范性的情况。其中，一个基站100目前正在管理与三个移动站M1，M2和M3的连接。对于这个示范性实施方案的目的，考虑图3中所示的系统利用具有双工下行(也就是基站到移动站方向)和上行(也就是移动站到基站方向)信道的WCDMA技术进行工作。

在下行中，基站100利用与这些移动站中每一个有关的某个功率水平发送到移动站M1，M2和M3中每一个。从基站100发送的示范性信号被利用正交码字扩频。在上行中，移动站M1，M2和M3，每个利用某个功率水平与基站100通信。然而未示出，基站100与无线电网络控制器(RNC)通信，并被依次连到公共交换电话网(PSTN)。

在图3中所示的示范性WCDMA系统中信号的传输可将特征表示如下。一个待发送的信息数据流首先被与一个信道化码相乘。然后与一个扰频码相乘。信息数据流和扰频码可以具有相同的或不同的位速率。信息数据流和扰频码通过将两个位流相乘被组合在一起。每个信息数据流或信道被分配一个唯一的信道化码。依据本发明，唯一的信道化码是一个唯一的正交码字。多个编码的信息信号被在射频载波上发送和作为一个组合信号在接收机上被一起接收。每个编码的信号与所有其他的编码信号，以及与信号有关的噪声无论在频率还是时间上都重迭。

在移动站，接收到的组合信号被处理以产生原始消息的估值。这种过程被称为解调。解调通常由RAKE接收机实施，该接收机是接收机的一种类型，在其中几个传播路径可一起被检测和组合，或“扫视”。一个无线电信号的这些不同的传播路径的产生，例如，是由于来自建筑物或其他大型的近处障碍物的反射。这种组合或“扫视”是在检测所要的信号中利用尽可能多的发射能量的一种有利的方法。

组合信号被接收机利用用户特有的，与要恢复的特定的发送信号有关的扩频码去扩频。当用户特有的扩频码是相互正交时，接收到的信号可与特定的用户扩频码相关，使得只有所希望的与特定的扩频码有关的信号被增强，而所有其他用户的与所要的信号正交的其他信号未被增强。

正交的可变扩频因数(OVSF)码被使用以便保持链路的正交性，而仍然使不同用户数据速率能够被调节。OVSF方案可用码树来描述，它的一个例子示于图4中。其中，假定二进制字母表和母码为“1”，虽然这种概念可被一般化。在树中的每个等级提供一组相互正交的码。例如，第三等级由码“1111”，“1100”，“1010”和“1001”组成。每个长度为4。因此，采用这种码树的CDMA系统利用扩频因数(SF)4的码可以支持四个同时的正交用户。或者，可以支持SF＝8(在码树中下一个等级)的八个同时的正交用户，等。因为在DS-CDMA系统中的片速率典型情况下是常数，较高的SF通常对应于较低的信息位速率。

然而，也希望支持多个具有不同信息位速率，也就是，不同的SF值的同时的正交用户。利用相同的码可以实现这点，只要在码树中某个“分支”上的一个码被采用，如果并且只有如果在树根前的路径上没有码被使用的话。从树选择码方面的这种限制保留在一个小区中所用的被选取的码之间的正交性。一个例子将用于说明这点。图5示出用于对三个不同用户的数据流有关的信息位扩频的三个不同的信道化码(“10”，“1100”和“11111111”)的用法。这三个不同的信道化码提供三个不同的扩频因数，对应于三个不同的用户信息位速率。这三种速率中无论哪一种被在接收机中检测到(去扩频)，其他两种将始终是正交的，假定它们被同步地发送。例如，当对最慢的符号速率信号(“11111111”)去扩频时，每个符号的八片被简单地累加，在八片期间来自其他两个信号的累加贡献将同样为零(用“+1”/“-1”表示法，对应于“1”/“0”位的BPSK调制)。

当一个OVSF树被用于前向链路中信道化时，可以假定，除了永远存在的热噪声外，在前向链路中对于用户所希望的信息信号不存在干扰。事实上，如果无线电信道的脉冲响应由单一路径组成，没有来自与由相同的基站发送的信号有关的其他用户信号的干扰，也就是，没有小区内的干扰。那末干扰仅由周围小区发送的信号(也就是，小区间干扰)和热噪声组成。然而，如果无线电信道的脉冲响应由多个路径组成，同样将存在小区内干扰。这是由于这样的事实，即接收到的信号将包括发送信号的多个时间推移的回波，在去扩频过程中来自回波的贡献将并不相加为零，因为回波并不与去扩频过程同步。

图6示出一种示范性的移动站，本发明的干扰测量技术可在其中实施。图6中，移动站包括用于接收所发送的模拟信号的天线305，用于调节接收到的模拟信号的功率到所希望的水平的自动增益控制器(AGC)310，用于将被调节的模拟信号转换为数字信号的模数(A/D)转换器320，和用于隔离和组合接收到的信号的各条射线的RAKE接收机330。本领域的技术人员将认识到，在另一种方案中，接收到的信号可以是数字信号。这样将消除对A/D转换器的需要。在这样一种情况下，AGC310的输出将直接传送到RAKE接收机330。一旦被组合，信号要经受后处理340。本领域的技术人员将认识到，图6中所示的移动站包括帮助发送，接收和处理数据的附加电路(未示出)。

正如以上所指出的那样，移动站接收的模拟信号既包括指定用于移动站的信号又包括干扰。接收到的信号(RS)的功率包括接收到的所要信号(S)的功率和来自相同的基站与所要信号正交的任何存在的干扰(I_ORTH)的功率。另外，接收到的信号的功率包括来自其他基站与所要信号非正交的任何噪声和干扰的功率(I_NONORTH)。以下的等式示出这种关系：

          RS＝S+I_ORTH+I_NONORTH         (1)

在RAKE接收机330中，通过用与特定的移动站有关的唯一的正交码字乘以信号来将数字信号去扩频，该码字，例如，是从图4的码树选得的码，提供所希望的数据速率，同时保持正交性。结果，所要信号的幅度增加，干扰的正交部分消失。干扰的其余部分的功率(也就是非正交的干扰)未改变。

图7示出一种示范性RAKE接收机的操作。在图7中，接收到信号被相应于每个被测量的路径延时，以便使路径时间调成一致。可以按照对于本领域的技术人员已知的多种技术中任何一种实施为了由所谓的RAKE“手指”进行去扩频选择一个或多个路径。然后，每个路径被用扩频序列进行去扩频并用信道估值的复数共轭相乘，这样对重要性加权并将不同路径的相位调成一致。最后，路径被组成。

依据本发明的示范性实施方案，图7的RAKE接收机也可用于产生与接收到的信号有关的干扰的估值。通过用一个被保留的干扰测量码对接收到的信号的去扩频来实现。因为被保留的干扰测量码决不(或至少非典型地)在前向链路中发送，通过将接收到的前向链路信号与被保留的码相关，其结果将是干扰的估值，包括小区内干扰，小区间干扰和热噪声。如果这种相关是在去扩频过程中对每个被选的路径实现的，则获得每条路径的干扰的良好估值。

申请者认识到，这种方案的一个潜在的缺陷是正交信道码不足的风险。然而，在一种典型的系统中，典型情况下存在所谓的公共控制信道(CCCH)，它们是较低速率的，因此将在具有相当大SF，例如，SF为256的物理信道上传送(也就是，利用信道化码)。除了这些公共控制信道外，或许也可能建立非常低信息位速率的专用信道。因此，可能码树的“底部”将是SF＝256或更高。这样一来，SF＝256码或更高可被保留作为干扰测量码，这样的保留并不强加任何重大的码资源损失。例如，假定有一个SF＝256的单一物理信道传送广播控制信道(BCCH)，在具有SF＝256的码树中位于平行子分支中的码可被保留用于干扰测量码。在这种情况下，信道化码资源的1/256(或小于0.5％)将被保留。

如果多重的，平行的OVSF组被用在一小区中(或者使用多重的不同OVSF组，或者使用相同的OVSF组的多重版本但带有多重扰频码)，可为每组保留一个干扰测量码。可以在一个广播信道，例如，BCCH或专用控制信道上发送识别测量码的信息将为干扰测量保留的码通知所有的移动站。另一种方案是，被保留的码可以预先规定并存储在终端存储器中，使得所有的终端知道它而不需要在一个无线电信道上广播此码。

图8示出本发明可在其中实施的示范性无线电通信系统的其他示范性部件。在其他的功能单元中，无线终端805包括一个发送接收机810，用于利用将依据正与它通信的无线电通信系统的类型而改变的技术，通过通信业务和控制信道在一个空中接口上发送和接收无线电信号。另外，各种I/O设备820，例如，键盘，显示器和扬声器包括在终端805中，使得该设备将能够输出在空中接口上接收到的信息和允许用户输入信息到终端。典型情况下终端805也将包括处理器和存储器(未示出)。

许多基站中一个移动交换中心(MSC)支持与终端设备的无线电通信。图8中所示的是一种这样的基站(BS)830的方框图，在空中接口上发送和接收信息来自和到终端805。典型情况下基站830将有许多发送接收机单元835，以便能够支持与许多终端同时地连接。基站830通过通信链路840，例如，可以是连到MSC850的PCM链路，链接到固定网的其他部分。

以上已经描述了本发明的原理，优选实施方案和操作模式。然而，本发明不应该被解释为局限于以上所讨论的特定的实施方案。例如，虽然以上所描述的实施方案利用正交的扩频码，本领域的技术人员将认识到可以采用其他的扩频码而不偏离本发明的精神和范围。因此，以上所描述的实施方案应该被认为是用作说明而不是限制，应该认识到本领域的技术人员可在这些实施方案中完成各种改变而不偏离如以下的权利要求中所规定的本发明的范围。

Claims (9)

1.一种用于估计在CDMA无线电通信系统中的干扰的方法，包括以下步骤：

在一组码中保留至少一个码用于干扰测量；

接收信号；和

利用所接收的信号和所述的至少一个被保留的码在接收机上估计所述的干扰，其中至少一个被保留的码并不用于发送信号。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：

提供一组信道化码，从一组信道化码中所选的一个所选的码被用于在发送前处理所述的信号，其中所选择的码与保留的至少一个码不同；

将所述信号与所述的所选择的码相乘；和

发送所述的信号。

3.如权利要求1的方法，

还包括以下步骤：

将所述的至少一个码存储在终端的存储器中。

4.如权利要求1的方法，还包括以下步骤：

将识别所述的至少一个码的信息广播到所述的接收机。

5.一种在CDMA无线电通信系统中使用的移动站，该移动站包括：

一个接收机，用于在空中接口上接收信号并利用至少一个信道化码对所述的信号去扩展；

一个处理器，用于提供所述的至少一个信道化码给所述的接收机，所述的至少一个信道化码包括一个被保留的码，用于估计与所述的接收到的信号有关的干扰，其中，所述的保留的码不用于扩展在空中接口传输到接收机的信号。

6.如权利要求5的移动站，进一步包括一个用于存储所述的被保留的码的存储器。

7.如权利要求5的移动站，其中所述的接收机在所述的空中接口上接收识别所述的被保留的码的信息。

8.如权利要求5的移动站，其中所述的与所述的通信业务信道有关的码是根据在所述的移动站和无线电通信系统之间的连接所希望的用户位速率选取的。

9.一种在CDMA无线电通信系统中使用的基站，该基站包括：

一个用于在空中接口上发送信号的发送接收机；

和一个用于控制所述的发送接收机并提供识别一个被保留的信道化码的信息的处理器，该信息由所述的发送接收机在广播控制信道BCCH上发送，所述的信息用于在接收端估计干扰。

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