CN1193525C - 宽带码分多址闭环发射机天线分集系统天线相位估计算法 - Google Patents

Abstract

一种在基站(BS)利用发送天线分集的宽带CDMA电信系统中使用户设备(UE)可以对从BS的两个天线接收的信道执行信道估计的方法，它包括：a)计算从两个天线之一收到的公共导引信道和专用导引信道之间的估计相位差；b)根据估计相位差来旋转公共导引信道估计而确定信道估计，其中相位差是作为公共导引信道和专用导引信道之间的复系数算得的。另一方面，一种用于发送天线分集系统中使UE可检验由UE以前发送给BS的天线相移的方法，它包括：a)使用BS旋转角度的先验知识，其方式是：根据用于复旋转系数的估计的决策规则，考虑向量x，它包括关于所有可能旋转角度的BS复旋转系数的所有假设；b)通过考虑先验知识来评估假设m的成本函数。

Description

宽带码分多址闭环发射机天线分集系统天线相位估计算法

技术领域

本发明一般涉及无线电信设备与系统，更具体地说，涉及对移动电话或移动台使用天线分集发送技术的定点或基站设备，此处也将移动电话或移动台称为用户设备(UE)。

背景技术

目前在开发中的一个现代无线电信系统通常被称为第三代(3G)宽带码分多址(WCDMA)系统。在3G-WCDMA系统中建议使用闭环反馈模式发射机分集。图1A描述了目前建议的下行链路(基站(BS)到用户设备(UE))发射机结构1，用于支持闭环发送分集。图1中，DPCH指专用控制信道，而CPICH指公共导引信道。DPCH包括一个(专用)导引信号信道(DPCCH)和数据信号，并在扩频和倒频前进行了信道编码和交错。扩频复值信号被送入两个发射机天线分支(天线1和天线2)，并分别通过天线特定加权因素w1和w2进行加权。加权因素是复值信号，加权因素(实际为相应的相位调整)由UE2确定，并通过上行链路DPCCH用信号发送到BS1。

实际上有两种反馈模式，由模式特定天线加权值集合唯一标识。图1B显示了反馈信号信息(FSM)的结构，从图看到FSM具有两个部分。FSM的第一部分是发送相位设置的FSM_ph，而第二部分是发送功率设置的FSM_po。图1C是一张表，汇总反馈模式的特征，其中，N_FBD是每个时隙的反馈比特数，N_w是时隙中的反馈命令的长度，更新率是反馈命令速率，N_po是功率比特数，而N_ph是每个信号字的相位比特数。

UE 2使用公共导引信道CPICH来单独估计从每个天线(天线1和天线2)看到的信道。每个时隙一次，UE 2从模式特定发送加权值集合中选择一个最佳加权值，这样，该值在BS 1应用时，便会在UE2最大化接收功率。随后，UE 2便会向BS 1反馈FSM，通知BS 1要使用的功率/相位设置。如果N_po为零，则两个发送天线采用了相同的功率。

在第一种反馈模式中，相同的功率施加到天线1和天线2，UE 2随后只须确定天线1和天线2之间的相位调整。这是利用从CPICH算得的信道估计来完成的。BS 2对两个连续时隙的相位求平均，这意味着反馈模式1中的可能发送加权正好是QPSK的星座点。

因此，可以理解在操作的闭环发送分集模式中，用户设备2确定用于BS传输天线(天线1和天线2)的最佳相移，并发送(一比特)反馈(FB)命令给BS。在发送DPCCH给UE 2时，BS使用两个连续的一比特FB命令，以便分别确定用于天线1和天线2的传输加权w1和w2。用于天线1的加权(w1)始终是单一的，而用于天线2的加权w2的值为e^iφ，其中φ∈{π/4，3π/4，-π/4，-3π/4}。

在图1A建议的实施例中，BS 1使用正交公共导引模式用于天线1和天线2的CPICH信道。这些信道对于小区范围内的所有UE 2是公用的，并没用通过UE特定传输加权来发送。然而，由于更高的传输功率会产生更可靠的信道估计，因此UE 2一般希望在信道估计中利用CPICH信道。为了适当组合对应于CPICH1和CPICH2的信道估计，UE 2必须知道BS 1利用的传输加权w2。对模式1闭环发送分集的更详细描述，可以参照3GPP规范TS25.214：“物理层规程(FDD)”。

然而，反馈信道不是无错的，它被用来将FSM从UE 2发送到BS 1，BS 1使用FSM来控制天线2的相移。同样地，由于反馈信道的接收错误，BS 1可能不会始终利用UE 2确定的最佳相移来发送DPCCH。由于UE在信道估计中利用公共导引信道，因此它必须知道w2的值，即天线2应用的相移。如果不知道这个值，UE 2将假定天线2具有零相移，组合基于CPICH的信道估计，从而产生错误的信道估计值和UE性能的降低。

上述3GPP规范TS25.214：“物理层规程(FDD)”中给出了确定发送天线加权的示例算法。建议的算法利用传输加权的普赖里(priori)概率，即它假定，与对应于反向FB命令(FB命令被反馈信道中的错误改变)的传输加权相比，对应于被发送的反馈命令的相移可能性更大。该算法确定反馈错误发生的可能性是否比不发生的可能性更大，并基于此决定，该算法选择与被发送的反馈命令的序列相对应、依据确定的反馈错误事件修改的传输加权值w2。

这种建议的算法需要知道专用和公共导引信道的相对功率电平以及噪声加干扰方差。然而，噪声方差的可靠估计是计算费用高的任务，因此由UE 2执行是不合需要的。虽然要进行某些形式的方差估计，但在信号变化快的传播环境，求平均次数应减少，因而估计的可靠性低。同样的考虑因素和问题适用于专用和公共导引信道相对功率电平的估计，特别是在专用信道功率由快速功率控制算法来改变时。

上述模式1闭环发送分集操作中存在的问题是可以理解的。

发明内容

本发明的第一目标和优点是为用户设备提供一种确定w2值的改进技术。

本发明的另一个目标和优点是为用户设备提供一种检验w2值的方法，其中该方法不需要估计噪声方差或专用和公共导引信道的相对功率。

本发明的另一个目标和优点是为用户设备提供一种检验w2值的方法，其中该方法一方面不需要确定发送到BS的反馈命令的普赖里概率，另一方面提供一种使用普赖里概率的更简单的技术。

按照本发明实施例的方法和设备克服上述及其它问题并实现上述目标和优点。

一方面，本发明讲授了一种在宽带CDMA天线分集系统中使用户设备UE能对从基站BS接收的信道执行信道估计的方法，其中，所述BS利用两个天线向所述UE发送信号，所述方法包括以下步骤：

计算从所述天线分集系统的一个天线接收的公共导引信道和专用导引信道之间的估计相位差；以及

通过根据所述估计相位差来旋转公共导引信道估计而确定所述信道估计，其中所述相位差是作为所述公共导引信道和所述专用导引信道之间的复系数来计算的。

又一方面，一种在基站BS使用发送天线分集的宽带CDMA电信系统中使用户设备可以对从所述基站的两个天线接收的信道执行信道估计的方法，所述方法包括以下步骤：

计算从所述两个天线中的一个天线接收的公共导引信道和专用导引信道之间的估计相位差；以及

通过根据所述估计相位差来旋转公共导引信道估计而确定所述信道估计，其中所述相位差是作为所述公共导引信道和所述专用导引信道之间的复系数来计算的。

再一方面，一种用于在宽带CDMA发送天线分集系统中使用户设备UE能检验由所述UE以前发送信号到基站BS的天线相移的方法，其中，所述BS利用两个天线向所述UE发送信号，所述方法包括以下步骤：

计算从多个发送天线的一个天线接收的公共导引信道和专用导引信道之间的估计相位差；

根据BS旋转角度的先验知识对所述估计相位差进行量化；以及

通过根据所述量化相位差来旋转公共导引信道估计而确定所述信道估计。

另一方面，本发明讲授了一种用于发送天线分集系统中使UE可以检验由UE以前发送给BS的天线相移的方法。这种方法包括第

$\widehat{\mathrm{\α}}=x\left({\hat{m}}_j\right)$

一步骤：(a)使用BS旋转角度的先验知识，其方式是：依照用于等式的复旋转系数的估计的决策规则，考虑向量x，它包括了关于所有可能旋转角度的BS复旋转系数的所有假设。该方法的第二个步骤通过考虑先验知识来评估假设m的成本函数(cost function)。根据反馈信息和相位调整统计数据，步骤(b)评估假设m的成本函数可以按照以下公式执行：

其中，f(x(m_j，w^)是复旋转假设x(m_j)和估计相位差w^的函数，u_j是向量x的复旋转假设的索引并且从UE发送的反馈比特算得。关于假设x(m_j)＝-x(m^_j-1)用于估计相位差、复旋转假设和常量a的函数，通过执行决策变量Ω(m_j)，BS相位调整的统计数据被考虑。关于假设m_j＝u_j用于估计相位差、复旋转假设和常量b的函数，通过执行决策变量Ω(m_j)，UE发送的反馈比特信息被考虑。否则，决策变量Ω(m_j)作为相位差和复旋转假设的函数被执行。

通过使用反馈信息也可以执行假设m的成本函数，如下所示：

关于假设m_j＝u_j用于估计相位差、复旋转假设和常量a的函数，通过执行决策变量Ω(m_j)，由UE发送的反馈比特信息被考虑。否则(m_j≠u_j)并且决策变量作为相位差和复旋转假设的函数执行。

根据BS相位调整的先验知识，评估假设m的成本函数的步骤也可以执行如下：

关于假设x(m_j)＝-x(m^_j-1)用于估计相位差、复旋转假设和常量b的函数，通过执行决策变量Ω(m_j)，BS相位调整的统计数据被考虑。否则x(m_j)≠-x(m^_j-1)并且决策变量作为相位差和复旋转假设的函数被执行。

在最佳实施例中，系统也是宽带CDMA系统，其中BS使用两个天线向UE发送信号。

附图说明

参照附图阅读随后的发明详述时，本发明的上述和其它特征会更明显，附图中：

图1A是建议的3G-WCDMA基站发射机布置的简图，示出了两个天线分集，以及两个天线仅用一个用于相移专用用户设备传输的加权生成；

图1B示出建议的反馈信号消息(FSM)的结构；

图1C是一个表，汇总两个建议的操作反馈模式的特征；

图2A和2B描述了用于以前建议的天线相位检验程序的数学表达式；

图3A和3B描述了用于本发明方法的两个实施例的数学表达式；

图4A、4B和4C描述了对理解本发明方法的第二实施例有帮助的数学表达式；以及

图5A和5B相对于从以前指定算法预期的性能来比较第一种方法与第二种方法的性能，其中，图5A示出车载UE(120kmh)语音服务应用的模拟情况，而图5B示出在3kmh步行速度下144KBPS组装数据服务应用的模拟情况，其中，对于144KBPS情况，假设反馈出错率为4％，而对于语音服务情况，假设出错率为20％。

具体实施方式

继续描述本发明的方法前，复习以前建议的、上述3GPP规范TS25.214：“物理层规程(FDD)”中指定的天线检验步骤，特别是3GTS25.214 V3.2，2000-03第37页，这是有益的。反馈模式1的天线检验算法使用从DPCCH的导引符号获得的信道估计。因此，两个天线的DPCCH导引模式需要正交。该算法对每个时隙应用两个假设的测试，假定对应于所考虑时隙的反馈比特以及在BS 1的反馈比特的错误百分比均已知。如果假定在φ_Rx·＝π时的假设是还没有出现反馈错误，则在图2A所示的条件有效时反馈错误已经存在。

等同地，对于奇数时隙，确定w2的虚部。如果假定在φ_Rx·＝-π/2时还没有出现反馈错误，则在图2B所示的条件有效时，反馈比特中已存在错误。

上述技术可以视为应用BS 1接收的反馈命令的一种MAP评估形式。

依照本发明的第一个实施例，UE 2计算从天线2收到的CPICH和DPDCH信道之间的相位差，然后，执行最后信道估计，根据估计相位差来旋转CPICH信道估计。依照图3A所示的表达式，相位差作为天线2发送的DPDCH和CPICH信道之间的复系数计算，在图3A中，列向量 h ₂ ^d表示从DPCH导引算得的天线2的估计信道系数，并且列向量 h ₂ ^c表示从CPICH导引算得的天线2的估计信道系数。CPICH用于信道估计时，用于最大比率组合的信道估计是依照图3B算得的，其中， h ₁ ^c表示从CPICH导引算得的天线1的估计信道系数，而 c^是用于最大比率组合的列信道估计向量。

依照本发明的第二种方法，根据上面参考3GPP规范TS25.214：“物理层规程(FDD)”，采用了下面的先验知识：(1)反馈命令由UE 2发送，以及(2)BS 1的发射机结构中旋转角度φ的量化。根据所述规范，有四个以前提到的可能旋转角度，即{π/4，3π/4，-π/4，-3π/4}。旋转角度的统计数据由BS 1的发射机结构处理。由于BS 1对接收相位的两个连续时隙使用滑动平均技术来计算旋转角度，因此在联机操作中仅有三个可能旋转角度，如图4A所示，其中，φ_j是BS 1发射机最近的旋转角度，而φ_j-1是前一个时隙中使用的旋转角度。

通过本发明的实施例，旋转角度的这一先验知识以一种简单的方式被使用。更具体地说，向量 x包括了关于所有可能旋转角度的BS1的复旋转系数的所有假设，如图4B所示。用于复旋转系数估计的决策规则是图4C所示的形式，其中，m是向量 x的复旋转假设的索引。复旋转系数的估计值因而为

$\widehat{\mathrm{\α}}=x\left({\hat{m}}_j\right).$

该假设m的成本函数随后通过使用反馈信息被执行，对于所述情况，如下所示：

其中，f(x(m_j)是复旋转假设x(m_j)和估计相位差w^的函数，u_j是向量x的复旋转假设的索引并从UE 2发送的反馈比特算得。关于假设m_j＝u_j用于估计相位差、复旋转假设和常量a的函数，通过执行决策变量Ω(m_j)，UE 2发送的反馈比特信息被考虑。否则，(m_j≠u_j)并且决策变量作为相位差和复旋转假设的函数执行。

依照BS 1相位调整的先验知识，可以使用以下公式执行评估假设m的成本函数的步骤：

其中f(x(m_j)是复旋转假设x(m_j)和估计相位差w^的函数，x(m^_j-1)是以前估计的旋转系数。关于假设x(m_j)＝-x(m^_j-1)用于估计相位差、复旋转假设和常量b的函数，通过执行决策变量Ω(m_j)，BS 1相位调整的统计数据被考虑。否则，x(m_j)≠-x(m^_j-1)并且决策变量做为相位差和复旋转假设的函数执行。

依照反馈信息和相位调整统计数据，可以使用以下公式执行评估假设m成本函数的步骤：

$f(x\left(m_j\right),w^{^},a)\mathrm{if}{m}_j=u_j$

关于假设x(m_j)＝-x(m^_j-1)用于估计相位差、复旋转假设和常量b的函数，通过执行决策变量Ω(m_j)，BS 1相位调整的统计数据被考虑。关于假设m_j＝u_j用于估计相位差、复旋转假设和常量a的函数，通过执行决策变量Ω(m_j)，UE 2发送的反馈比特信息被考虑。否则，决策变量Ω(m_j)作为相位差和复旋转假设的函数被执行。

关于用于常量b(b＞1)的以前估计旋转系数-x(m^_j-1)的相位，通过将BS 1相位调整的统计数据乘以决策变量Ω(m_j)，可以考虑BS 1相位调整的统计数据。

对于m_j＝1到4

        Ω(m_j)＝|x(m_j)-w^|²

        如果x(m_j)＝-x(m^_j-1)

                 则Ω(m_j)＝bΩ(m_j)

        如果m_j＝u_j

                 则Ω(m_j)＝aΩ(m_j)

结束

其中，u_j是向量x的复旋转假设的索引并且从UE 2发送的反馈比特算得，即u_j涉及无决策错误完成的复旋转。

本发明讲授的另一方面是在发送天线分集系统中使用，并涉及一种用于使UE 2可检验由UE 2以前发送到BS 1的天线相移的方法。这种方法包括以下步骤：(a)计算从多个天线之一接收的公共导引信道(CPICH)和专用导引信道(DPCCH)之间的估计相位差；(b)根据BS 1旋转角度的先验知识对估计相位差进行量化；以及(c)通过根据量化相位差来旋转公共导引信道估计而确定信道估计值。BS 1旋转角度的先验知识是通过最小化决策规则确定的：

${\hat{m}}_j=\arg \underset{m\∈\{\mathrm{1,2}...,q\}}{\min }\mathrm{\Ω}\left(m_j\right),$

其中，q是可能加权值的数量，并且成本函数的决策规则Ω(m_j)为：

Ω(m_j)＝|x(m_j)-w^|，

其中，x(m_j)是复旋转假设，而w^是估计相位差。

图5A和5B是曲线图，对比上述第一种方法与第二种方法的性能，并与上述3GPP规范TS25.214：“物理层规程(FDD)”中指定算法预期的性能相比较，其中，图5A示出反馈错误百分比可高达20％的车载UE(120kmh)语音服务应用的模拟，而图5B显示在3kmh的步行速度下144KBPS组装数据服务应用的模拟情况。曲线把为用户消耗的BS 1功率的百分比作为几何参数G的函数给出。几何参数G可以设为I_c/I_or，其中I_c表示UE 2上来自最近BS 1的总接收功率，而I_or描述来自所有其它基站的接收功率及热噪声。其它小区干扰最好模拟为AGWN。同样，G可以视为表示UE 2与其服务基站之间的距离。

G＝自己小区发送功率与其它小区干扰功率的比率(从UE 2看)

I_c＝自己信号的平均发送功率

I_or＝其它信号的平均发送功率

Tx_I_c/I_or＝与全部基站Tx功率相比的平均所需信号Tx功率比

可以看到，本发明的第二种方法在图5A和5B所示的两种情况下均提供了最佳性能，即使在用a和b常量值模拟时也是如此。此外，该方法的第一实施例与具有大反馈出错率的第二实施例表现得几乎一样好。同样，与上述3GPP规范TS25.214：“物理层规程(FDD)”中建议的更复杂的天线检验算法相比，第二方法似乎还提供更佳的性能。

通常，如果没有BS 1相位滑动的先验知识可用，则第一方法可能最佳，而在UE 2可得到所述信息时，第二方法可能最佳。

虽然就本发明的最佳实施例来具体说明和描述本发明，但本领域的技术人员明白，在不脱离本发明的范围和精神下可以在形式和细节上作出更改。

Claims (10)

1.一种在宽带CDMA天线分集系统中使用户设备(UE)能对从基站(BS)接收的信道执行信道估计的方法，其中，所述BS利用两个天线向所述UE发送信号，所述方法包括以下步骤：

计算从所述天线分集系统的一个天线接收的公共导引信道和专用导引信道之间的估计相位差；以及

通过根据所述估计相位差来旋转公共导引信道估计而确定所述信道估计，其中所述相位差是作为所述公共导引信道和所述专用导引信道之间的复系数来计算的。

2.一种在基站(BS)使用发送天线分集的宽带CDMA电信系统中使用户设备(UE)能对从所述基站的两个天线接收的信道执行信道估计的方法，所述方法包括以下步骤：

计算从所述两个天线中的一个天线接收的公共导引信道和专用导引信道之间的估计相位差；以及

通过根据所述估计相位差来旋转公共导引信道估计而确定所述信道估计，其中所述相位差是作为所述公共导引信道和所述专用导引信道之间的复系数来计算的。

3.权利要求1的方法，其特征在于，通过使用BS旋转角度的先验知识计算所述公共导引信道和所述专用导引信道之间的复系数，所述方法包括以下步骤：

使用BS旋转角度的先验知识，其方式是：依照用于形式如

$\widehat{\mathrm{\α}}=x\left({\hat{m}}_j\right)$

的复旋转系数的估计的决策规则，考虑向量x，它包括了关于所有可能旋转角度的所述BS的复旋转系数的所有假设；以及

通过考虑所述先验知识来评估假设m的成本函数。

4.权利要求3的方法，其特征在于根据反馈信息按照以下公式执行评估所述假设m的所述成本函数的步骤：

其中，f(x(m_j)是所述复旋转假设x(m_j)和估计相位差w^{^}的函数，u_j是向量x的所述复旋转假设的所述索引并且从所述UE发送的反馈比特算得，其中，关于假设m_j＝u_j用于所述估计相位差、复旋转假设和常量a的所述函数，通过执行所述决策变量Ω(m_j)，所述UE发送的所述反馈比特信息被考虑，否则(m_j≠u_j)并且所述决策变量作为所述相位差和所述复旋转假设的函数被执行。

5.权利要求3的方法，其特征在于根据BS相位调整的先验知识按照以下公式执行评估所述假设m的所述成本函数的步骤：

其中，f(x(m_j)是所述复旋转假设x(m_j)和估计相位差w^{^}的函数，是以前估计旋转系数，其中，关于假设 $x\left(m_j\right)=-x\left({m^{^}}_{j-1}\right)$ 用于所述估计相位差、复旋转假设和常量b的函数，通过执行所述决策变量Ω(m_j)，BS相位调整的统计数据被考虑，否则 $x\left(m_j\right)\≠-x\left({m^{^}}_{j-1}\right)$ 并且所述决策变量作为所述相位差和所述复旋转假设的函数被执行。

6.权利要求3的方法，其特征在于根据反馈信息和BS相位调整统计数据按照以下公式执行评估所述假设m的所述成本函数的步骤：

其中，f(x(m_j)是所述复旋转假设x(m_j)和估计相位差w^{^}的函数，u_j是向量x的所述复旋转假设的索引并且从所述UE发送的所述反馈比特来计算，其中，关于假设 $x\left(m_j\right)=-x\left({m^{^}}_{j-1}\right)$ 用于所述估计相位差、复旋转假设和常量b的函数，通过执行所述决策变量Ω(m_j)，所述BS相位调整的统计数据被考虑，关于假设m_j＝u_j用于所述估计相位差、所述复旋转假设和利用常量a的函数，通过执行所述决策变量Ω(m_j)，所述UE发送的所述反馈比特信息被考虑，否则，所述决策变量作为所述相位差和所述复旋转假设的函数被执行。

7.权利要求3的方法，其特征在于根据以下方法执行评估所述假设m的所述成本函数的步骤：

对于m_j＝1到4

$\mathrm{\Ω}\left(m_j\right)={|x\left(m_j\right)-w^{^}|}^2$

如果 $x\left(m_j\right)=-x\left({m^{^}}_{j-1}\right)$

则Ω(m_j)＝bΩ(m_j)

如果m_j＝u_j

则Ω(m_j)＝aΩ(m_j)

结束

其中，u_j是向量x的所述复旋转假设的索引并且从所述UE发送的反馈比特算得，其中，关于假设m_j＝u_j用于常量a(a＜1)，通过将所述UE发送的所述反馈比特信息乘以决策变量Ω(m_j)，所述UE发送的所述反馈比特信息被考虑，关于以前估计旋转系数

的相位用于常量b(b＞1)，通过将BS相位调整的统计数据乘以所述决策变量Ω(m_j)，计及所述BS相位调整的统计数据。

8.权利要求3的方法，其特征在于所述系统是宽带CDMA系统，所述BS利用两个天线向所述UE发送信号。

9.一种用于在宽带CDMA发送天线分集系统中使用户设备(UE)能检验由所述UE以前发送信号到基站(BS)的天线相移的方法，其中，所述BS利用两个天线向所述UE发送信号，所述方法包括以下步骤：

计算从多个发送天线的一个天线接收的公共导引信道和专用导引信道之间的估计相位差；

根据BS旋转角度的先验知识对所述估计相位差进行量化；以及

通过根据所述量化相位差来旋转公共导引信道估计而确定所述信道估计。

10.权利要求9的方法，其特征在于通过最小化所述决策规则来确定所述BS旋转角度的所述先验知识：

${\hat{m}}_j=\arg \underset{m\∈\{\mathrm{1,2}...,q\}}{\min }\mathrm{\Ω}\left(m_j\right),$

其中，q是可能加权值的数量，并且所述成本函数的所述决策规则Ω(m_j)为：

$\mathrm{\Ω}\left(m_j\right)=|x\left(m_j\right)-w^{^}|$

其中，x(m_j)是所述复旋转假设，并且w^{^}是所述估计相位差。

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