CN1349322A - 估计下行链路信道的方法 - Google Patents

Abstract

估计移动电信系统的基站和移动终端之间的下行链路信道的方法,根据该方法,所述基站估计所述移动终端和所述基站之间的上行链路信道,从上行链路信道中的变化导出下行链路信道中的变化,并自第一时刻的初始估计起,在第二时刻估计所述下行链路信道和所述第一和第二时刻之间的所述下行链路信道中的变化。

Description

估计下行链路信道的方法

一般地说，本发明涉及在移动电信系统中估计信道的方法，更具体地说，涉及到由基站进行的下行链路信道估计的方法。

在移动电信系统中，基站向移动终端发送信号并从移动终端接收信号。从基站到移动终端的传输信道称为下行链路信道；而从移动终端到基站的传输信道称为上行链路信道。无论是上行链路或是下行链路，每个传输信道均包括发射机和接收机之间的多个路径，每个路径均具有延迟、到达方向、衰减和相位旋转特性。只需路径的一个复数乘法系数特性，便可以模拟衰减和相位旋转效果。

众所周知，可以使用天线阵形成射束和/或消除一个或多个方向的干扰。天线处理包括复系数乘不同天线输出的加权，随后是对加权输出求和，选择系数以获得所需的等价天线图。因此，在将干扰信号的到达方向置零的同时，可以在有用信号的到达方向形成射束。射束形成(也称为信道形成)已应用到移动电话，尤其是为了将接收射束从基站定向到移动终端(上行链路)。基站因而配有自适应天线(称为“智能天线”)，可指向移动终端发送信号的传播路径的到达方向。

移动电话系统按码分多址(CDMA)模式运行时，从不同移动终端传来的信号由适合于不同用户特征标记的滤波分开。采用的特征标记必须具有良好的相关特性，即低相互相关值和非常显著的自相关峰值。

这两个特性中的第一个特性使得分离从不同用户传来的信号成为可能。自然，这种分离实际上并不完善，并且取决于不同传输信道之间的正交性因素。

第二个特性使得其中及时分离自适应滤波输出的相关峰值成为可能，并由此隔离不同路径上传播的用户信号。为了提高信噪比，通过在分离多径接收机中组合这些信号，可以利用路径分集。在接收机不同分支使用的复系数被选择，以致等同于有关路径采用的复乘法系数的共轭值。为此，接收机实现上行链路信道的估计。实际上，它通过移动终端发送的导引符号来确定沿组成信道的路径的信号经历的衰减和相位旋转的系数。结果的滤波操作是适合于信道的等价滤波器的滤波。

除上行链路信道估计外，在基站可进行下行链路信道估计可能会有利。这是因为基站可因此以上行链路路径的方向发送用于相位预补偿的信号，以便信号在移动终端处再次同相。这样的预补偿有利于提高接收信噪比。

为了在基站进行下行链路信道估计，可以设想为在移动终端进行此项估计，并将获得的估计发送到基站。然而，如果信道在其传递函数中表现快速变化，例如，在移动终端快速移动时，必须很频繁地发送估计，这会使用大量的传送资源。自然，相反地，如果不频繁发送估计，基站将不能跟随下行链路信道的变化，因而不能正确实现相位预补偿。

本发明的目的是提出一种不需要移动终端发送大量信息、由基站进行下行链路信道估计的方法。

为此，本发明通过一种用于在移动电信系统中由基站和移动终端估计下行链路信道的方法来定义，根据本发明，所述基站估计所述移动终端和所述基站之间的上行链路信道，推导上行链路信道和下行链路信道中的变化，并自第一时刻的初始估计起，在第二时刻估计所述下行链路信道和所述第一和第二时刻之间所述下行链路信道中的变化。

例如，下行链路信道的初始估计由移动终端获得并由其发送到基站。

根据第一实施例，对于所述信道的每个传播路径(i)，上行链路信道的估计包括第一复数乘法系数(c_i ^u)的估计，该系数表示沿所述路径传播的第一频率(f_u)的信号经历的衰落和相位旋转；而每个相同路径的下行链路信道的估计包括第二复数乘法系数(c_i ^d)的估计，该系数表示沿所述路径传播的第二频率(f_d)的信号经历的衰落和相位旋转。

最好，对于给定路径(i)和给定时间间隔(Δt)，根据Δc_i ^d/c_i ^d＝f_d/f_uΔc_i ^u/c_i ^u，从所述时间间隔期间第一复数乘法系数中的变化(Δc_i ^u)来计算所述时间间隔期间第二复数乘法系数中的变化(Δc_i ^d)。

不同路径的第二复数乘法系数(c_i ^d)可以通过随着时间的过去将其各个变化(Δc_i ^d)和移动终端发送的初始值(c_i ^d(0))相加而得到。

根据第二实施例，对于属于有角度地对所述基站服务区域取样的多个(N)方向的每个方向(θ_k)，上行链路信道的估计包括第一复数乘法系数(c_k ^u)的估计，该系数表示由移动终端发送并且基本上以所述方向到达所述基站的第一频率(f_u)的信号经历的衰减和相位旋转；而对于每个所述方向(θ_k)，下行链路信道的估计包括第二复数乘法系数(c_k ^d)的估计，该系数表示由所述基站以此方向发送到所述移动终端的第二频率(f_d)的信号经历的衰减和相位旋转。

有利地是，对于给定方向(θ_k)和给定时间间隔(Δt)，根据Δc_k ^d/c_k ^d＝f_d/f_uΔc_k ^u/c_k ^u，从所述时间间隔期间第一复数乘法系数(c_k ^u)中的变化来计算所述时间间隔期间第二复数乘法系数(c_k ^d)中的变化。

通过随着时间的过去将其各个变化(Δc_k ^d)和移动终端发送的初始值(c_k ^d(0))相加，可以得到不同方向的第二复数乘法系数(c_k ^d)。

本发明还通过用于估计下行链路信道的设备来定义，该设备要安装到移动电信系统中的基站中，并包括应用此处公开的方法的装置。

通过参照所附图形阅读下面的说明，将更好地理解本发明的上述特征以及其它特征，附图中：

图1示意性示出基站和移动终端之间的传输信道；

图2示意性示出本发明的第一实施例；

图3示意性示出本发明的第二实施例。

本发明的大意是提出一种从上行链路信道的估计来估计下行链路信道并可能地更新由移动终端发送的信息的方法。

图1描述了基站和移动终端之间的传输信道。信道包括多个路径T₁、T₂…T_p，每个路径i引入信号S的衰减和相位旋转，信号的衰落和相位旋转可通过复数乘法系数c_i＝α_i.exp(jv_i+j_i)来模拟，其中α_i是路径i的系数；v_i＝2πfL_i/c是所述路径上的相位旋转；L_i是路径的长度；c是光的传播速度；f是使用的频率；而_i是入射信号的极化。

下文将假定上行链路信道的路径与下行链路信道的路径相同。于是基站和移动终端接收的信号分别表示为：

其中，S_u和R_u分别为通过上行链路发送和接收的信号；

S_d和R_d分别为通过下行链路发送和接收的信号；

F_d和f_u分别是在下行链路和上行链路上使用的频率。与上行链路信道和下行链路信道的路径i相关的复数乘法系数分别表示为c_i ^u＝α_i.exp-j(2πf_uL_i/c+_i)和c_i ^d＝α_i.exp-j(2πf_dL_i/c+_i)。

图2说明符合本发明第一实施例的基站接收机。该设备包括天线阵(20₁)...(20_L)，例如线性阵列或均匀环形阵列，每个天线输出由适合于用户特征标记和不同路径i＝1...P的一组滤波器(21₁)...(21_P)滤波。对应于一个和相同路径i的滤波器的输出信号在信道形成器(channel former)(22₁)...(22_P)中加权和相加。信道形成器(22_i)在路径i＝1...P的到达方向形成射束。为此，它们从估计器(23₁)...(23_P)接收不同路径的到达方向的估计值θ_i。信道形成器的输出因而在分离多径滤波器(29)中的组合。与上行链路信道的不同路径相关的复数乘法系数c_i ^u的估计受接收信道形成器(22₁)...(22_P)输出信号的路径估计器(24₁)...(24_P)影响。例如，可以传统的方式，通过移动终端发送的导引符号确定复数乘法系数c_i ^u。有利地是，乘法系数的估计和到达方向会共同受到影响，如以申请者的名义在2000年8月29日在法国申请的本申请No.0011160中所述。系数c_i ^u发送到差接滤波器(25₁)...(25_P)，而其复共轭值发送到多径分离滤波器(29)。差接滤波器(25_i)分别计算：

其中，Δt是两个连续估计c_i ^u之间的时间间隔；

如果认为在不同路径上的衰减系数在时间间隔Δt期间变化很小，则等式可以大约表示为： $\mathrm{\Δ}{c}_i^u\≈-j.(2\mathrm{\π}{f}_u{L}_i/c).c_i^u.\frac{\∂L_i}{\∂t}\mathrm{\Δt}---\left(4\right)$

这些值除以复系数c_i ^u得到(26₁)...(26_P)，然后乘以系数f_d/f_u得到(26’₁)...(26’_P)，并被发送到积分器(27₁)...(27_P)。这些积分器进行以下计算：

c_i ^d(t+Δt)＝c_i ^d(t)(1+η_i(t).Δt)  (5)

其中η_i(t)是乘法器(26_i)的输出，c_i ^d(0)是移动终端发送的P个初始值。为避免由于积分而产生任何差异，由移动终端实现c_i ^d值的估计并定期进行发送，积分器(27_i)在每次刷新时被重新初始化。选择刷新频率，以便刷新频率足够，但不会在上行链路产生非常高的传输率。

这给出： $\mathrm{\Δ}{c}_i^d=j.(2\mathrm{\π}{f}_d{L}_i/c).c_i^d.\frac{\∂L_i}{\∂t}\mathrm{\Δt}---\left(6\right)$

c_i ^d值被发送到相位预补偿和信道形成模块(28)。此模块从要通过下行链路信道发送的信号S_d来计算相位预补偿的信号c_i ^d*.S_d。每个预补偿的信号c_i ^d*.S_d随后由天线系数加权，以便在对应的入射路径方向θ_i形成传输射束。如果假定下行链路信道的路径与上行链路信道的路径相同，则预补偿的信号会同相到达移动终端，这提高了接收信噪比。

图3说明按照本发明第二实施例的基站接收机。该装置包括天线阵(30₁)...(30_L)和在有角度地对基站服务区域进行取样的N个方向形成射束的信道形成器(32)，例如，对于线性网络，在等分布的方向中，θ_k＝k.π/N，k＝0...N-1。上行链路信道可以由带有N个分量的矢量 C_u＝(c₀ ^u，c₁ ^u，...，G_N-1 ^u)^T模拟，其中，如果信道在θ_k方向具有长度为L_k的路径，则c_k ^u＝α_k.exp-j(2π f_u.L_k/c+_k)；否则c_k ^u＝0。同样地，下行链路信道可以由矢量 C^d＝(c₀ ^d，c₁ ^d，…，c_N-1 ^d)^T模拟，其中c_k ^d＝αk.exp-j(2πf_d.L_k/c+_k)和c_k ^d＝0具有同样的约定。信道形成器(32)的N个输出提供给估计矢量 C^u的分量的信道估计模块(34)。此矢量的分量随后发送到差接滤波器(35)，在分离两个连续估计的时间间隔Δt期间估计矢量 C^u中的变化。此矢量中的变化可以表示为Δc^u＝(Δc₀ ^u，Δc₁ ^u，...，Δc_N-1 ^u)^T，其中，在假定条件与(4)处相同时，

。然后，该矢量Δc^u在(36)处乘以矩阵M＝Diag(f_d/f_u.1/c_k ^u)。这样得到的矢量Δc^d被发送到积分器(7)，通过c_k ^d(t+Δt)＝c_k ^d(t)(1+η_k(t).Δt)，积分器执行对矢量 C^d的分量c_k ^d的计算。定期用重新初始化积分器，刷新矢量 C^d(0)的非零分量是在路径方向θ_k上由移动终端提供的估计c_k ^d。然后，共轭分量c_k ^d*的矢量C^d*被发送到θ_k方向的相位预补偿和信道形成模块。此模块以与前面实施例类似的方式，从要通过下行链路信道发送的信号S_d来计算相位预补偿的信号c_k ^d*.S_d。然后，每个预补偿的信号c_k ^d*.S_d由天线系数加权，以便在θ_k方向形成传输射束。

为简单起见，通过功能模块的方式对上述装置进行了描述。然而，不言而喻，各种功能可由为此目的编程的处理器或多个专用处理器执行。

Claims (9)

1.估计移动电信系统中基站和移动终端之间的下行链路信道的方法，其特征在于：所述基站估计所述移动终端和所述基站之间的上行链路信道，从所述上行链路信道中的变化导出所述下行链路信道中的变化，并自第一时刻的初始估计起，在第二时刻估计所述下行链路信道和所述第一和第二时刻之间的所述下行链路信道中的变化。

2.根据权利要求1的估计方法，其特征在于：所述下行链路信道的所述初始估计由所述移动终端获得并由其发送到所述基站。

3.根据权利要求1或2的估计方法，其特征在于：对于所述信道的每个传播路径(i)，所述上行链路信道的所述估计包括第一复数乘法系数(c_i ^u)的估计，所述系数表示在所述路径上传播的第一频率(f_u)的信号经历的衰减和相位旋转；以及，对于每个相同路径，所述下行链路信道的所述估计包括第二复数乘法系数(c_i ^d)的估计，该系数表示在所述路径上传播的第二频率(f_d)的信号经历的衰落和相位旋转。

4.根据权利要求3的估计方法，其特征在于：对于给定路径(i)和给定时间间隔(Δt)，根据Δc_i ^d/c_i ^d＝f_d/f_u.Δc_i ^u/c_i ^u，从所述时间间隔期间所述第一复数乘法系数中的变化(Δc_i ^u)来计算所述时间间隔期间所述第二复数乘法系数中的变化(Δc_i ^d)。

5.根据权利要求4的估计方法，其特征在于：不同路径的所述第二复数乘法系数(c_i ^d)是通过随着时间的过去将它们的各个变化(Δc_i ^d)和所述移动终端发送的初始值(c_i ^d(0))相加而得到的。

6.根据权利要求1或2的估计方法，其特征在于：对于属于有角度地对所述基站服务区域进行取样的多个(N)方向的每个方向(θ_k)，所述上行链路信道的所述估计包括第一复数乘法系数(c_k ^u)的估计，该系数表示由所述移动终端发送并且基本上以所述方向到达所述基站的第一频率(f_u)的信号经历的衰减和相位旋转；而对于每个所述方向(θ_k)，所述下行链路信道的所述估计包括第二复数乘法系数(c_k ^d)的估计，该系数表示由所述基站以此方向发送到所述移动终端的第二频率(f_d)的信号经历的衰减和相位旋转。

7.根据权利要求6的估计方法，其特征在于：对于给定方向(θ_k)和给定时间间隔(Δt)，根据Δc_k ^d/c_k ^d＝f_d/f_u.Δc_k ^u/c_k ^u，从所述时间间隔期间所述第一复数乘法系数中的变化(Δc_k ^u)来计算所述时间间隔期间所述第二复数乘法系数中的变化(Δc_k ^d)。

8.根据权利要求7的估计方法，其特征在于：所述不同方向的所述第二复数乘法系数(c_k ^d)是通过随着时间的过去将其各个变化(Δc_k ^d)和所述移动终端发送的初始值(c_k ^d(0))相加得到的。

9.用于估计下行链路信道的设备，该设备要安装到移动电信系统的基站中，其特征在于所述设备包括用于实现按照上述权利要求其中一项的方法的装置。

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