CN1272914C - 码分多址接收机中的自适应通路搜索器 - Google Patents

码分多址接收机中的自适应通路搜索器 Download PDF

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Abstract

用于在CDMA接收机中的通路选择方法，该方法用于选择传输信道的真正通路，包括比较分布图能量和门限值的步骤，其特征在于该门限值作为从传输信道分布图估计得出的噪声和干扰通路平均值的函数来动态确定。

Description

码分多址接收机中的自适应通路搜索器
技术领域
本发明涉及RAKE接收机的通路搜索器。
背景技术
在移动无线系统中，由于障碍物的反射，所发射的信号可能沿不同的路径到达接收机。该现象生成多通路信道和大量具有不同时延的多通路之间的干扰。因此收到的信号可能在某些频率选择性衰落。
在码分多址(CDMA)接收机内，需要选择传输信道的相关路径/延迟以便在出现噪声和干扰时执行信道估计和数据检测。RAKE接收机必须相干合成信道的不同估计通路。由于噪声、干扰和多普勒扩展，可以选择一些实际信道冲激响应(CIR)中并不存在的通路。因此，接收机必须从分布图中所有检测的样值选择传输信道真正的信道通路以便执行信道估计。
RAKE接收机包括能从已知的导频序列中估计选频信道通路的数目和位置(即时延)的通路搜索器。然后信道估计器利用延迟估计值得到广播信道的复数系数和所有被检测通路的信道冲激响应。合成器相干合成从每条通路得到的信道系数估计值以便在检测前增强有用的数据信号。
为检测通路，该通路搜索器利用专用物理信道(DPC)或任何其它信道的导频序列。通路搜索器在通路选择操作之前需要功率分布图。该分布图最好通过计算一个时隙一个时隙执行的瞬时信道分布图的非相干平均值得出。每个瞬时分布图包括执行一系列的相关。在CDMA系统中，接收机知道一部分信号(叫做导频序列)。在接收机，生成扩展的导频序列。使此信号与收到的信号相关允许估计通路的能量。因为可以在一定的时间周期内扩展信道，通路搜索器在预定的时间窗口内执行相关。该通路搜索器为信道的每条通路生成能量峰值和关于其它时延噪声和干扰电平的错误样值。这组值叫作分布图。然后，通路搜索器执行瞬时分布图的求和。该总和允许通过求寄生噪声的平均值来检测信道的真正通路。通路搜索器接下来的任务就是根据预定规则求出可能寄生通路的门限。
从该分布图中，路径搜索器必须找到相应于传输信道的通路，该传输信道相应于原始发射的信息。
已知计算不同的门限以确定具有低误差概率的理想通路。通过比较被检测通路的能量和整个CIR的能量或最重要通路的能量得出被检测通路的门限值。
通常，不需要尝试建立干扰模型或估计其功率。得出唯一的门限值变量以便与信道抽头的整个瞬时功率比较。
一般的通路选择算法通常选择超出预定固定门限值的多个最强的样值。如果该固定门限值太低，则错误选择分布图中大量噪声样值的概率不可忽略。相反，如果该固定门限值太高，就不会选择某些具有较低功率的信道抽头，因此将导致浪费能量和/或多样性。
在EP0643504中，公开了一种对传统方法的改进方法。计算判决变量并比较固定质量门限值。该方法给出了一种计算判决变量的方法，即所估计的信号功率与包含所发射信号的整个接收信号加上干扰功率的比值。另外，为了估计该判决变量的可靠性，利用该系统所要求的最小信噪比(SIRmin)计算参考门限值。
不需要尝试明显地估计干扰功率电平。该方法不考虑噪声和干扰电平，它是CDMA系统中的一个关键问题。通过相加位于K个样值间隔内所有可能的信道抽头的能量得到所估计的功率。因此假设已经知道包含信道冲激响应的精确窗口，但是没有提出任何方法精确地跟踪该窗口。而且，不需要区分存在有效信道抽头的样值和K个所考虑的窗口样值中只有噪声的样值。对于低的SIR，所估计的门限质量下降非常快；在抽头选择中，必须通过模拟计算一组预定的门限值，该模拟不能认为是自适应的算法。
在IEICE Trans.Commun.1998年7月卷E81-B“用于宽带DS-CDMA移动无线系统的基于滤波器的匹配RAKE合成器”(SatoruFukumoto-Mamoru Sawahashi)中，建议了一种基于最低噪声电平的门限值。不仅考虑最重要的样值和直接得出门限，它还考虑不太重要的样值并从中得出第二门限值。如果必须选择一条通路就决定使用两个门限值的最大值。此方法不考虑整个分布图及其属性。如果该信号不包含足够重要的通路，则此方法认为此信号为噪声并找到了质量差的信号。
发明内容
本发明给出了一种寻找相应于传输信道通路的新方法，该方法根据噪声和干扰电平动态的确定可靠的自适应门限值。
本发明的目的在于利用大的功率分布图(大的时间观察窗口或大量的样值)可靠地选择信道抽头，该分布图在时间上可能具有非相干的平均值。
一种CDMA接收机中的通路选择方法，该方法用于选择传输信道的真正通路，包括估计功率分布的步骤，根据估计的功率分布推导噪声和干扰通路平均值的步骤，比较分布图能量和门限值的步骤，根据分布图能量和门限值的比较来获得真正通路的步骤，其特征在于该门限值根据从传输信道分布图估计得出的噪声和干扰通路平均值来动态确定。
本发明包括CDMA接收机中的通路选择方法，该方法用于选择传输信道的真正通路，包括比较传输信道能量和门限值的步骤。该门限值根据从传输信道分布图得出的噪声和干扰样值平均值来动态确定。
通过压缩至少一个最重要的估计通路，可以从传输信道分布图中得出噪声和干扰通路。这些最重要的通路将代表大约十分之一的样值。
本发明的最佳用途是移动电话。
附图说明
图1示出了多个估计的功率分布图和自适应门限。
具体实施方式
在一实施例中，只根据分布图噪声样值的统计模型和表征选择信道抽头。然后得出抽头选择门限以便与每个候选信道抽头的平均功率相比较。
该门限值根据直接从分布图自身得出的平均干扰电平来计算。通过中心x2变量(chi-squared variable)可以大致建立噪声样值的统计分布。利用所观察的分布图噪声样值估计此变量的分布函数。最后，设置该动态门限值，因此超出该门限值的噪声样值概率非常低。该方法对于所有的SIR值都很强壮。
对功率分布图的精确统计研究表明从zd的平均值可以得出适当的门限值，其中zd是分布图中值的dth次方。假设接收机可以处理多达LMAX路径。因此我们应当设计一种能够尽可能好地区分分布图峰值的算法，其中只有噪声的峰值中存在信道抽头。
首先我们从寻找分布图中LMAX能量最大的峰值。接着选择算法应该当能只保持LUSED峰值(LUSED的范围是从1到LMAX)，怀疑这些LUSED峰值极有可能是信道抽头。
如果窗口大小(WINDOW_SIZE)足够大，通路搜索器所计算的值提供了一组统计足够的变量zd的独立实现。相应于分布图中时延的Tc间隔确保了该独立性。
可以看出对于没有通路相对应的每个d，vd值是高斯白噪变量，其均值为0，方差依赖于导频序列。但如果d对应于信道的一条通路，则vd与相应抽头的能量有关。因此，此值不能用于衡量噪声的统计特性。
所实现的算法包括计算简挡的WINDOW_SIZE值。为了简便，我们假设信道中的主要通路数不大于LMAX。因此当估计分布图中的噪声电平时，我们认为LMAX不是最大值。
在此假设下，我们知道通过实现具有2*AVG_LENGTH自由度的x2随机变量可以建立所组成的一组zd值。
然后我们计算变量zd的平均值和方差，让我们考虑这组zd值，其中d＝1，...，WINDOW_SIZE。每个zd值是2*AVG-LENGTH个统计独立和相同分布变量的和。利用中心极限定理，高斯分布的随机变量可以接近每个zd变量(如果AVG_LENGTH足够大)。
在通路搜索器内，门限η可以如下表示为平均值m、方差σ和参数α的函数：
η＝mzd+ασzd
最后，比较LMAX能量最大的峰值和门限允许找到LUSED真正的通路。然后，LUSED通路的位置传送到估计每条通路冲激响应的信道估计器和相干合成被检测通路的合成器。
图1表示了多个估计的功率分布图和自适应门限。我们可以看出该自适应门限值以区分广播信道真正通路的方式跟随干扰底部。在此模拟中，在求16个瞬时功率分布图(AVG_LENGTH＝16)平均值之后每帧估计通路延迟。在此例中，80个样值表示一个功率分布图。这么多样值表示该门限如何动态地适应于每个样值。
该分布图可用于估计噪声。可能相应于信道一条通路的最大能量值存储在单独的存储器中并压缩在分布图中。分布图值的期望值m与噪声电平成正比。也计算分布图的方差σ2。然后计算门限η＝m+ασ，接收机利用该门限判决分布图中的值是否是通路。此门限适合于每个时隙并计算其值以去除与噪声程度较高的相关的通路。
根据选择的α值，例如α≥3，该门限可以压缩99％以上的寄生通路。α值的选择完全独立于分布图并具有统计意义。因此，如果时间窗口足够大，则该门限不再依赖某些特定通路值，该特定通路不具有统计意义行为。
为了确定至少选择一个通路，总可以保持能量最大的通路，即使其能量电平不在此门限定义的范围内。如果分布图中不包含特殊的通路则可以发生。
本发明范围并不限制此特定应用并包括搜索真正通路相关的所有通信系统。

Claims (5)

1.一种CDMA接收机中的通路选择方法，该方法用于选择传输信道的真正通路，包括估计功率分布的步骤，根据估计的功率分布推导噪声和干扰通路平均值的步骤，比较分布图能量和门限值的步骤，根据分布图能量和门限值的比较来获得真正通路的步骤，其特征在于该门限值根据从传输信道分布图估计得出的噪声和干扰通路平均值来动态确定。
2.根据权利要求1的CDMA接收机中的通路选择方法，其特征在于通过压缩至少一个最重要的估计通路，可以从传输信道分布图中得出噪声和干扰电平。
3.根据权利要求1或2的CDMA接收机中的通路选择方法，其特征在于通过压缩估计通路中最重要的十分之一个通路，可以从传输信道分布图中得出噪声和干扰电平。
4.根据权利要求1或2的CDMA接收机中的通路选择方法，其特征在于门限η由η＝m+ασ给出，其中m是噪声通路的平均值、σ2是噪声通路的方差和α是变量判决。
5.根据权利要求4的CDMA接收机中的通路选择方法，其特征在于σ至少等于3。
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