CN1302487A - 在移动通信系统中估计信号对干扰比 - Google Patents

Abstract

本发明描述了在蜂窝通信系统中信号对干扰比的估计,其中对干扰的估计为沿每个多径的单个干扰估计的加权之和,同样也是沿每个多径根据信号功率估计来加权的。

Description

在移动通信系统中估计信号对干扰比

本发明涉及在移动通信系统中估计信号对干扰比(SIR)，特别是涉及RF信号从第一站沿多个多径在第二站被接收的情况。

本发明特别但不是唯一涉及WCDMA通信系统(宽带码分多址)，在WCDMA系统中，通过使用每个信道唯一的扩频码调制要发射的数据符号，编码信息信号用以发射。在从基站出发的下行链路上发射的扩频码最好正交，以减小发送到多个不同移动台的信号之间的干扰。

这样产生的效果是，在任何一个特定移动台接收的信号不仅包含该移动台本身预定的信息，而且包含网络中其它移动台所预定的信号构成的干扰。这个干扰可包含与谈论中的移动台处于同一小区的通信信道I_OR，而且可包含来自该小区之外的干扰I_OC。此外，在从基站到移动台的传送中，信号很可能沿多个多径传输，这取决于蜂窝通信系统所处的环境。也就是说，多径效应依赖于基站和相关的移动台之间的障碍、反射等。在一个已知的宽带CDMA终端中，所谓的宽带信号(即在基站和移动台之间传输的信号包含多个互相重叠的通信信道)被提供给多个瑞克指状元件，每个瑞克指状元件通过使用该特定信道唯一的扩频码，解扩包含在信号中的信息来产生一个窄带信号。多个窄带信号的生成表示沿每个多径所接收的信号。当然，这样还不可能精确确定信息信号在基站和移动台之间传输的多径的特征，因此瑞克指状元件的数量要根据特定环境来选择，以试图估计所涉及路径的可能数量。同步设备试图根据接收的信号确定路径的数量以及路径间的相差，以将这个信息提供给每个瑞克指状元件。

已知的宽带CDMA终端也包含一个快速闭合环路功率控制(TPC)，它生成一个功率控制比特，功率控制比特从移动台被传送到基站，以控制下行链路的发射功率，以便下行链路信号接收时的电平能确保信息被正确解码。这个快速闭合环路功率控制使用SIR估计来确定应如何设置TPC比特。

快速环路功率控制的目的在于，在使基站发射功率最小的同时，使信号质量，即所要求信息信号电平相对于噪声电平比尽可能保持稳定。这要求精确估计所要求的信息信号电平相对于从同一小区或其它小区内的其它信道接收的干扰的比值。

用来产生SIR估计所做的一个尝试是，使用宽带信号(解扩前)估计SIR的干扰部分。然而在下行链路，这并不考虑在每个小区内提供多个正交扩频码的效果。例如，如果只有一个路径信道，而且移动终端对服务基站关闭，那么信号对干扰比大大低于预计值，因为来自服务基站的所有干扰被包含在宽带干扰估计中，尽管事实上在解扩操作后它被从信号中清除掉，因为从唯一的扩频码中分开的所有正交码已从生成的窄带信号中移走。

根据另一尝试，平均窄带干扰被用作干扰估计。这是对使用宽带信号的一种改进，但它只考虑同样强的多径情况下的平均正交。在一种更为现实的情形下，沿多个多径接收的信号功率电平可能根本不同，SIR低于估计值。

本发明的目的是提供一种改进的SIR估计，它正确地考虑到蜂窝通信系统内多径环境中的正交扩频码的使用。

根据本发明的一个方面，提供了一种在蜂窝通信系统中估计信号对干扰比的方法，其中信号从第一站沿多个不同路径传输到第二站，该方法包括：估计沿每个路径接收的信号的功率电平；估计沿每个路径接收的信号中的干扰；通过累加从所有路径接收的功率电平估计，生成组合功率估计；以及生成信号对干扰比(SIR)作为组合功率估计相对于组合干扰估计的比值，组合干扰估计是在所有路径上的干扰估计的累加，通过除以组合功率估计的该路径的相应预计功率电平加权而得到的。

SIR的产生可包含，通过用该路径的预计功率电平加权每个路径的干扰估计，来生成组合干扰估计，累加所有路径上的加权干扰估计，并用组合功率估计除产生的和数。

除了码分多址，信号也可在诸如TDMA系统的时隙序列中传输。在信号对干扰比用在第二站以生成一个功率控制比特用于传送到第一站，来控制从第一站到第二站的发射功率的情况下，信号对于扰比可在第一时隙时计算，而且功率控制比特可用于控制下一个时隙时下行链路上的发射功率。

根据本发明的另一方面，提供了一种电路用于在蜂窝通信系统中估计信号对干扰比，其中信号从第一站沿多个不同路径传输到第二站，该电路包括：估计沿每个路径接收的信号的功率电平和干扰的装置；通过累加从每个路径接收的功率电平估计，生成组合功率估计的装置；以及一个信号对干扰比(SIR)生成器，用于生成信号对干扰比(SIR)作为组合功率估计相对于组合干扰估计的比值，组合干扰估计是在所有路径上的干扰估计的累加，通过除以组合功率估计的该路径上相应预计功率电平加权而获得的。

信号对干扰生成器可包含，通过用该路径的预计功率电平加权每个路径的干扰估计，累加所有路径上的加权的干扰估计，以及用信号估计除产生的和数，来生成组合干扰估计的装置。

根据本发明的其他方面，提供了一种移动台，它包含用于在蜂窝通信系统中估计信号对干扰比的电路，其中信号从第一站沿多个不同路径传输到第二站，该电路包括：估计沿每个路径接收的信号的功率电平和干扰的装置；通过累加从每个路径接收的功率电平估计，生成组合功率估计的装置；以及一个信号对干扰比(SIR)生成器，用于生成信号对干扰比(SIR)作为组合功率估计相对于组合干扰估计的比值，组合干扰估计是在所有路径上的干扰估计的累加，通过除以组合功率估计的该路径上相应预计功率电平加权而得到的。

在此描述的实施例描述了移动通信系统中下行链路的情况。即图3示意的接收电路位于移动台内，用于接收来自基站的信号。然而，在此描述的SIR估计技术也可用于上行链路，即位于基站的接收方。

为更好地理解本发明，以及显示本发明如何付诸实现，可参考附图的例子，其中：

图1为一种蜂窝通信网络的原理框图；

图2为示意基站和移动台之间多径通信的原理框图；

图3为移动台接收方的输入组件的方框图；

图4为示意本发明的一个实施例的框图；

图5为示意快速闭合功率控制环路的方框图；以及

图6为在此描述的SIR估计与已知的SIR估计的比较图。

图1为示意本发明使用环境的原理框图。即CDMA移动通信系统可用于由小区组成的蜂窝网络中，小区由图1中的虚线指示。尽管在图1中小区表示为六角形，但它们也可为任何方便的形状。每个小区由一个基站BTS服务，在图1的结构中一个基站服务三个小区。CDMA移动通信系统允许多个移动台MS1,MS2,MS3经相应信道CH1,CH2,CH3,与单个小区CELL1内的基站BTS1通信。信道以已知的方式通过使用扩频码区别于其它信道。举例来说，移动台MS3经信道CH3与基站BTS1通信，这个移动台实际上接收了多个信号。这在图2中示意更为详细。首先，移动台MS3经多个不同路径d1,d2,d3从小区内的衍生信号中接收其自身的信息信号S，其中多路径d1,d2,d3是由各种障碍、反射等引起的。可能只有一个路径或多个这种路径，但显然多于一个路径的效果是，信号S到达移动台时的相差因路径长度不同而异。另外，移动台MS3接收由基站BTS1发射的其它信号构成的干扰I_OR，特别是在图1的例子中，干扰I_OR包括指定与小区中其它移动台MS1,MS2通信的信道CH1,CH2。干扰的另一原因为来自网络中其它小区的信号，在图1和图2中标记为I_OC。最后，移动台MS3接收噪声N。

要理解的是，I_OC、I_OR通常用单位功率表示，该术语在此用于表示干扰的特征，因此它们可认为是本文所要求的信号电平或信号。

现在参考图3描述移动台内的接收电路。输入天线30的信号由RF设备28接收，并提供给模数(A/D)变换器32。前面提到，信号可经过具有不同传播时延dn的多条路径到达移动台。A/D变换器32将数字输入信号提供给同步设备34和多个解扩频器36a,36b,36c。解扩频器的数量取决于信号从基站到移动台所经历路径的可能数量，由此取决于所处环境。同步设备34在电源打开后和切换时，处理移动台和基站BTS的同步。这包括搜索用该移动台唯一的扩频码发射的信号。由此同步设备34从码生成器22接收唯一码。该代码用于发射前在发射方使用扩频器20来扩展信号。为实现搜索功能，同步设备34使用码生成器22生成的唯一码，并使其与输入信号相关，直到检测到很强的相关。同步过程完成后，就可建立专用业务信道。同步设备也处理传播时延dn的估计，以便能够为每个解扩频器36a,36b,36c提供所要求的扩频码相位φ。最强相关时的相位值提供给第一解扩频器36a，而且该过程继续进行，以提供相应的相位值φ给其余的解扩频器36b和36C。每个解扩频器包含一个相应的码生成器，它可根据确定的相差解扩信号。另外，每个解扩频器36a到36c都包含一个信道估计器，它为每个解扩频器产生幅度估计a_i，以及估计为以a_i为基础的变量的干扰估计σ_i ²。每个解扩频器产生的解扩窄带信号称为X_i。

现在参考图4。在图4中，每个解扩频器称为瑞克指状元件RAKE1,RAKE2等，而且示意可能有L个瑞克指状元件。已经提到每个瑞克指状元件产生一个窄带信号X_i(t)，它与幅度估计a_i(t)以及窄带干扰估计σ_i ²作为以a_i为基础的变量。每个瑞克指状元件与乘法器40₁、40₂等相关联，乘法器用其预计幅度a_i乘每个窄带信号X_i。产生的被乘数提供给相干合路器50，它以一种已知的方式为接下来的解调、比特检测以及解码产生组合信号，在此不再进一步描述。每个瑞克指状元件也与其他乘法器42₁，42₂，…42_L相关联，这些乘法器用该瑞克指状元件的窄带干扰估计，乘以代表每个瑞克指状元件的功率电平的幅度估计的平方。第一加法器44通过累加所有乘法器42的所有输出生成第一个值。第二加法器46接收通过幅度估计a_i平方而产生的每个瑞克指状元件的功率估计。它提供所有功率估计之和，平方后作为第二个值提供给SIR估计器52，SIR估计器52也接收第一个值。接着，根据本发明的这个实施例： ${\mathrm{SIR}}_{\mathrm{est}}=\frac{{\[\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{\left|{\mathrm{\α}}_i\right|}^2\]}^2}{\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{\left|\mathrm{\αi}\right|}^2{{\mathrm{\σ}}_i}^2}$ 或 ${\mathrm{SIR}}_{\mathrm{est}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{\left|{\mathrm{\α}}_i\right|}^2}{\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{\left|{\mathrm{\α}}_i\right|}^2{{\mathrm{\σ}}_i}^2/\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{\left|{\mathrm{\α}}_i\right|}^2}$ 公式1

即信号功率S为来自瑞克指状元件的估计功率之和，而干扰I为瑞克指状元件的干扰估计的加权平均值，该加权为信号功率估计。

图5示意了来自SIR估计器52的SIR估计如何用来控制从基站BTS到移动台MS的下行链路上的发射功率电平。辅助标记100表示上文参考图3和图4所示意的移动台内的接收电路，尤其包含SIR估计器52。由SIR估计器52估计的SIR值提供给TPC比特生成器102，它比较SIR估计与从外部环路功率控制提供的SIR门限。如果SIR估计小于SIR门限，功率控制比特TPC被设置为1，否则功率控制比特TPC设置为0。功率控制比特TPC提供给多路复用器106，在此它与用户数据多路复用以由移动台通过上行链路传播信道发射。在BTS，接收信号被处理，而功率控制比特TPC从用户数据被提取出来。用户数据提供给基站BTS中的单元用于解码等。功率控制比特TPC在基站BTS上用来控制到移动台MS的下行链路信号发射功率。这在功率控制块108执行。发射功率在此称为Ptx。功率控制通过设置功率差分增量(dB)来建立，由此如果功率控制比特TPC等于1，那么初始发射功率Ptx被增大，反之减小。因此：

如果TPC bit=one

Ptx=PtxOld+delta(dB)其他

Ptx=PtxOld-delta(dB)

初始发射功率Ptx0ld在块110表示的一个时隙延迟后提供给功率控制块108。新发射功率Ptx提供给发射块110，它使用新发射功率形成发射到移动台的信号。

基站BTS发射块110内的单元对本领域的技术人员是熟知的，因此在此不再描述。要理解的是，块110示意了BTS一个信道的发射电路。最后从基站BTS发射的信号也包括来自BTS其它信道的信号。组合信号经下行链路传播信道提供给移动台。

图6为示意在此描述的优选实施例中的SIR估计，与前面使用的SIR估计之间的差值图，其中：SIR=S1I，而 $S=\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{\left|{\mathrm{\α}}_i\right|}^2$ 和 $I=\frac{1}{L}\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{{\mathrm{\σ}}_i}^2$ ，其中L为瑞克指状元件的数量，|a_i|²为每个指状元件的功率估计，而σ_i ²为每个指状元件的(窄带)干扰估计。

在图6中，假定有两个多径，路径间具有不同功率电平差△。

Claims (13)

1．一种在蜂窝通信系统中估计信号对干扰比的方法，其中信号从第一站沿多个不同路径传输到第二站，该方法包括：

估计沿每个路径接收的信号的功率电平；

估计沿每个路径接收的信号中的干扰；

通过累加从所有路径接收的功率电平估计，生成组合功率估计；以及

生成作为组合功率估计相对于组合干扰估计比值的信号对干扰比(SIR)，组合干扰估计是在所有路径上的干扰估计的累加，该干扰估计通过该路径的相应估计功率电平除以组合功率估计后加权而得到。

2．根据权利要求1的方法，其中信号对干扰比在第二站用于生成一个功率控制比特，用以传送到第一站，以控制从第一站到第二站的发射功率。

3．根据权利要求1或2的方法，其中第一站为基站，而第二站为移动台。

4．根据前述任何一个权利要求的方法，其中从第一站到第二站传输的信号包含由第二站的唯一扩频码定义的通信信道上的信息。

5．根据权利要求4的方法，其中从第一站到第二站传输的信号包含多个通信信道，每个信道包含由相应的扩频码扩展的信息，所述扩频码正交以减小干扰。

6．根据权利要求4或5的方法，包含步骤：在估计沿每个路径的功率电平和干扰之前，采用第二站的唯一扩频码来解扩预定给第二站的通信信道。

7．根据前述任何一个权利要求的方法，其中信号以时隙序列发射，信号对干扰比对于每个时隙生成。

8．根据权利要求2和7的方法，其中在一个时隙生成的功率控制比特用于控制下一个时隙时从第一站到第二站的发射功率。

9．用于在蜂窝通信系统中估计信号对干扰比的电路，其中信号从第一站沿多个不同路径传输到第二站，该电路包括：

估计沿每个路径接收的信号的功率电平和干扰的装置；

通过累加从每个路径接收的功率电平估计，生成组合功率估计的装置；以及

一个信号对干扰比(SIR)生成器，其用于生成作为组合功率估计相对于组合干扰估计比值的信号对干扰比(SIR)，组合干扰估计是在所有路径上的干扰估计的累加，该干扰估计通过该路径的相应估计功率电平除以组合功率估计后而加权得到。

10．根据权利要求9的电路，其中用于估计沿每个路径接收的信号的功率电平和干扰的装置包含多个瑞克指状元件。

11．根据权利要求9或10的电路，包含一个功率控制比特生成器，它使用信号对干扰比来生成一个功率控制比特，用于传输到第一站以控制从第一站到第二站的发射功率。

12．根据权利要求11的电路，包含一个多路复用器，其用于复用功率控制比特与用户数据，以包含在从第二站传输到第一站的信号中。

13．一种移动台，包含用于在蜂窝通信系统中估计信号对干扰比的电路，其中信号从第一站沿多个不同路径传输到第二站，该电路包括：

估计沿每个路径接收的信号的功率电平和干扰的装置；

通过累加从每个路径接收的功率电平估计，生成组合功率估计的装置；以及

一个信号对干扰比生成器，用于生成作为组合功率估计相对于组合干扰估计比值的信号对干扰比，组合干扰估计是在所有路径上的干扰估计的累加，该干扰估计通过该路径的相应估计功率电平除以组合功率估计后而加权得到。

Images