CN1352829A - 执行干扰估计的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在扩频系统中利用具有不同码长的多个扩频码来执行干扰估计的方法和装置,其中根据在一个预定码周期内积分的解扩抽样的方差估计获得该干扰估计,在此周期内,所述多个扩频码正交。由此能得到具有高精度和正确考虑码正交性的无偏干扰估计。

Description

执行干扰估计的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种在诸如WCDMA系统的扩频系统中利用具有不同码长的多个扩频码执行干扰估计的方法和装置。

背景技术

在类似WCDMA系统的扩频系统中，通过引入具有扩频(SS)码的附加调制可扩展频谱。SS码是由所谓的码片构成的序列。对SS码采用正交码序列，可根据系统的目的改变其特性。通过将PN(SS)码与数据信号相乘，可根据SS码的频谱带宽扩展频谱。数据信号在时域与PN码相乘将导致在频域卷积积分。如果使用对每个数据符号长为N个码片的SS码，那么SS码的码片率为数据率的N倍。因此，该频谱带宽比原数据频谱带宽增加(扩展)了N倍。

实际上，(移动)无线信道要经历多路径衰落。在该信道中，窄带信号要被均匀衰落，在此信号的所有频率分量同时减小相同幅度。因此，信号电平可能降至低于正常通信所需的门限值。由于信号带宽变得与多路径信道的相干带宽相比拟或更宽，因此信号经历频率选择性衰落，而且信号电平极少降至低于门限值，这就是宽带信号的优势所在。

SS系统提供了一种有效减小多路径衰落的简单技术。这种技术称为RAKE接收机，使用与信道传输特性匹配的滤波器。在RAKE接收机中匹配滤波器在抽样时刻输出一个通过相干组合多路径信号分量所得到的信号。由于多路径信号分量被独立衰落，因此组合的信号具有分集增益。由于具有高时间分辨率，因此SS系统能产生匹配滤波器(RAKE)接收机所必需的信道冲激响应。由此，SS RAKE接收机能很容易实现宽带传输的优势。

在移动通信系统中，上行链路闭环功率控制用于调整移动台发射功率，以便保持接收的上行链路信号对干扰比(SIR)在一个给定的SIR目标值。基站用于估计在当前频带的总上行链路接收干扰。基站接着根据估计的SIR和目标SIR之间的关系生成TPC(传输功率控制)指令。如果估计的SIR大于目标SIR，则生成TPC指令“down”。如果估计的SIR小于目标SIR，则生成TPC指令“up”。一接收到TPC指令，移动台就在给定方向调整其发射功率一个步长Δ_TPC dB。步长Δ_TPC参数随不同小区而异。

在WCDMA系统中，根据干扰估计器在RAKE接收机中的位置可将干扰估计方法分为两类。

如果干扰估计器位于解扩接收的SS信号之前，则基于宽带功率测量。在这种解决方案中，从宽带信号中测量信号加干扰功率，接着通过从测量的宽带功率中减去信号功率来估计干扰。然而，由于数据率可能未知，在WCDMA中减去信号功率是一个难题，因而很难估计信号功率。此外，这种干扰估计不能正确地考虑扩频码的正交性。

或者，干扰估计器可以位于解扩接收的SS信号之后，在此情况下，干扰估计基于在不同符号电平时执行的方差估计。这是假设在一个测量周期期间WCDMA信道近似恒定，而通过已知符号测量这个方差的。在这种估计中，以适当方式跟踪正交性的变化。然而，由于已知符号数量很少，这种估计器的方差很大。此外，快速衰落也是这种估计的难题，因为在估计周期期间WCDMA信道的改变可能使干扰估计质量下降。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种能改进估计精度并且正确考虑码正交性的干扰估计方法和装置。

通过一种用于在扩频系统中使用具有不同码长的多个扩频码来执行干扰估计的方法可实现这个目的，该方法包括步骤：

接收一个扩频信号；

通过在一个预定的码周期范围内求平均生成一个解扩抽样信号，在此周期内所述多个扩频码都正交；以及

依据所述解扩抽样信号计算方差估计。

另外，通过一种用于在扩频系统中利用具有不同码长的多个扩频码来执行干扰估计的装置可实现上述目的，该装置包括：

接收装置，用于接收一个扩频信号；

抽样装置，通过在一个预定的码周期范围内求平均生成一个解扩抽样信号，在此周期内所述多个扩频码都正交；以及

估计装置，用于依据所述解扩抽样信号得到方差估计。

因此，基于在一个码周期内积分的解扩抽样的方差估计可得到干扰估计，该周期长度内所有扩频码都正交。因此，即使WCDMA系统的不同信号被具有不同扩频因子的扩频码解扩，但根据与一个码段(由此生成所有其它码)相关的正交码周期也能进行干扰估计。由于每个解扩抽样对应一个正交码周期，因此干扰估计可正确地区分正交性。由于该估计中使用了更多的抽样，因此相比基于符号电平的估计能得到更高的精度。此外，估计精度不取决于已知的导引符号数，因为根据本发明的方法和装置可用于未知符号。

鉴于在一个控制符号期间能执行一个方差估计，因此相比在多个符号期间执行一个方差估计的基于符号电平的估计，相应无线信道的变化影响要小。此外，即使扩频因子或不同码信道的功率未知也能执行干扰估计，而这在通过宽带功率测量来估计干扰时是不可能做到的。

最好通过求取接收的扩频信号的扩频码长度的解扩抽样信号的平均值计算方差估计。

预定的码周期最好对应于所述多个扩频码中最短码的长度。

该方差估计可以是通过下述公式计算的MVU(最小无偏方差)： ${\widehat{\mathrm{\σ}}}^2\left(i\right)=E\left({\left|X\right|}^2\right)-{\left|E\left(X\right)\right|}^2$

其中

表示对所述接收的扩频信号中符号i的方差估计，X表示解扩抽样信号，E(X)表示该解扩抽样信号的期望值，而E(|X|²)表示所述解扩抽样信号的平均功率。

方差估计的期望值表示为： $E\left({\widehat{\mathrm{\σ}}}^2\right)=\frac{\mathrm{\ρ}}{\mathrm{\ρ}+1}{\mathrm{\σ}}^2$ 其中p表示该估计中使用的抽样数。

解扩抽样信号可根据下述公式生成： $X\left(n\right)=\frac{1}{m}\underset{k=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}r\left(k\right)$ 其中，m表示该预定码周期的码片数，k表示所述接收的频谱信号的扩频码的码片索引，r(k)表示在所述码片索引k，通过从所述接收的扩频信号中去除所述扩频码得到的信号的值，而X(n)表示在抽样索引n中所述解扩抽样信号的值。

此外，该期望值可根据下述公式得到： $E\left(X\right)=\frac{1}{c/m}\underset{n=1}{\overset{c/m}{\mathrm{\Σ}}}X\left(n\right)$ 其中c表示所述接收的扩频信号的扩频码长，m表示所述预定的码周期的码片数，n表示所述解扩抽样信号的抽样索引，而X(n)表示在抽样索引n中所述解扩抽样信号的值。

此外，解扩抽样信号的平均功率是根据下述公式得到的： $E\left({\left|X\right|}^2\right)=\frac{1}{c/m}\underset{n=1}{\overset{c/m}{\mathrm{\Σ}}}{\left|X\left(n\right)\right|}^2$ 其中c表示所述接收的扩频信号的扩频码长，m表示所述预定的码周期的码片数，n表示所述解扩抽样信号的抽样索引，而X(n)表示在抽样索引n中所述解扩抽样信号的值。

最好根据下述公式得到干扰估计： $\hat{I}=m\frac{c+m}{c}\·\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}I\left(i\right)$ 其中，表示干扰估计，m表示所述预定的码周期的码片数，N表示执行所述方差估计的所述接收的扩频信号的平均符号数。

干扰估计装置的抽样装置可包括一个积分装置，用于在该预定的码周期范围内，对从接收的扩频信号中去除扩频码得到的信号积分。

此外，所述干扰估计装置的估计装置可包括第一积分装置，用于在接收的扩频信号的扩频码长范围内积分该解扩抽样信号；第二积分装置，用于在所述扩频码长范围内积分对应该解扩抽样信号的功率的信号；以及减法装置，用于从第二积分装置的输出信号中减去通过自来第一积分装置的输出信号得到的信号。

此外，该估计装置可包括一个求平均装置，用于在预定数量的接收扩频信号符号范围内对减法装置的输出信号求平均。在此情况下，求平均装置可包括一个积分装置，或者，一个数字滤波器。

干扰估计装置可以是SIR估计器，用于在WCDMA收发信机中执行功率控制。

附图说明

下面根据一个优选实施例参考附图详细描述本发明，其中：

图1示出了WCDMA收发信机的原理方框图，根据本发明的优选实施例在此收发信机实施干扰估计；

图2示出了根据该优选实施例的干扰估计的原理步骤的流程图；以及

图3示出了根据本发明的优选实施例的干扰估计器的原理方框图。

具体实现方式

下面将根据可用于移动通信系统基站的WCDMA收发信机描述根据本发明的方法和装置的优选实施例。

图1示出了根据本发明的WCDMA收发信机的原理方框图，包括扩频收发信机(SS-TRX)1，用于为每个同步设备2、RAKE接收机3和SIR估计器5提供接收的SS信号。同步设备2基本上包括用于基于传输同步传输的匹配滤波器。同步设备2生成RAKE参数，提供给RAKE滤波器3，以便使其滤波器特性适应接收的SS信号的传输信道的信道特性。RAKE接收机3的输出信号提供给解码器4，解码器4用于解码接收的信号，例如，用于WCDMA传输的扰码。

根据本发明的SIR估计器5用于对包含于接收的SS信号中的功率控制信号的干扰进行方差估计。在SIR估计器5中得到的估计的SIR值I提供给功率控制单元6，单元6生成各个TCP指令用于在相应的发射移动台执行功率控制。生成的TCP指令通过SS-TRX1传送到各个移动台。

根据该优选实施例进行多码传输，其中多个扩频码(信道化码)用于WCDMA传输。信道化码为正交可变扩频因子(OVSF)码，可利用码树定义。码树中的每个电平定义信道化码的码长对应该扩频码的扩频因子。然而，无法同时使用该码树内的所有码。如果而且只有当在从该特定码到码树根部的路径上或在该特定码之下的子树中不使用其它码时才可使用该特定码。这意味着可用的信道化码的数量并不固定，而是取决于每个物理信道的速率和扩频因子。

因此，具有不同数据率的信号被具有不同扩频因子的扩频码解扩。码树中最短的码已知，由此可生成所有其它码。实际上，当接收机不知道码长时，首先根据最短码(最小扩频因子)进行解扩。在此情况下，在最短码周期长度内所有码必须正交。因此，可根据在正交码周期(例如，现有的最短码周期)范围内求平均或积分的解扩抽样的方差估计进行干扰估计。

图2示出了根据优选实施例的干扰估计的基本步骤流程图。在步骤100，SIR估计器5从SS-TRX1接收一个SS信号。接着，在步骤S101，通过例如将接收的SS信号与功率控制信道的扩频码相乘去除该扩频码。

接着，在最短扩频码的码长，即，用于WCDMA系统的所有扩频码的正交码周期范围内，对所得到的信号求平均。由此得到抽样信号X(n)，它正确地反映了接收信号分量的正交分量。根据下述公式(1)可得到平均值： $X\left(n\right)=\frac{1}{m}\underset{k=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}r\left(k\right)---\left(1\right)$ 其中，m表示最短码周期的长度，k表示码片索引，n表示在最短码长范围内积分的抽样索引，而X(n)表示在抽样索引n中得到的解扩抽样信号的值。

之后，根据解扩抽样信号的噪声方差估计估算控制符号i的干扰估计I(i)(步骤S103)。假设在该传输信道中干扰对应加性高斯白噪声(AWGN)，那么这种干扰的最佳估计器为下述公式(2)定义的MVU(最小无偏方差)： ${\widehat{\mathrm{\σ}}}^2=E\left(\right|X-E\left(X\right){|}^2)---\left(2\right)$ 其中E(X)表示值X的期望值。

根据“统计信号处理基础：估计原理”S.M.Kay，Prentice Hall，1993，上述公式(2)可精简为： ${\widehat{\mathrm{\σ}}}^2=E\left({\left|X\right|}^2\right)-{\left|E\left(X\right)\right|}^2---\left(3\right)$ 即，通过从X抽样的平均功率的期望值减去抽样X的期望值的平方可得到干扰估计。

该方差估计的期望值由下述公式表示： $E\left({\widehat{\mathrm{\σ}}}^2\right)=\frac{\mathrm{\ρ}}{\mathrm{\ρ}+1}{\mathrm{\σ}}^2---\left(4\right)$ 其中，P表示用于估计的抽样数。

最后，根据上述公式(3)计算的干扰估计在一个预定的控制间隔内被平均(步骤S104)，以便获得用作SIR估计的最终干扰估计提供给功率控制单元6。该预定控制间隔特别对应预定数量的平均控制符号。

在步骤S103用于计算干扰估计的抽样X的期望值和抽样X的平均功率可从下述公式(5)和(6)获得： $E\left(X\right)=\frac{1}{c/m}\underset{n=1}{\overset{c/m}{\mathrm{\Σ}}}X\left(n\right)---\left(5\right)$ $E\left({\left|X\right|}^2\right)=\frac{1}{c/m}\underset{n=1}{\overset{c/m}{\mathrm{\Σ}}}{\left|X\left(n\right)\right|}^2---\left(6\right)$ 其中c表示接收的控制信号的扩频码，即控制信道的长度。

此外，在步骤S104执行的求平均可基于下述公式(7)得到： $\hat{I}=m\frac{c+m}{c}\·\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}I\left(i\right)---\left(7\right)$ 其中，表示最终干扰估计，N表示平均符号数，I(i)表示对控制符号i的干扰估计。

通过信号处理器、求平均电路或积分电路可实现上述计算。基于公式(7)的最后平均可通过在一个TPC控制间隔内积分执行。或者，通过数字滤波器，如IIR(无限冲激响应)滤波器可求平均。

图3示出了图1所示的SIR估计器5的原理方框图。通过信号处理器中的相应信号处理功能或通过分立的硬件电路可实现这个方框图中的特定组件。

根据图3，包含功率控制符号的接收SS信号提供给乘法器M1，以便将接收的SS信号与用于功率控制信道的扩频码相乘。由此从接收的SS信号中去除该扩频码。接着，已去除扩频码的信号提供给第一积分器I1，I1在最短码长mτ范围内积分，其中τ表示扩频码一个码片的持续时间。在积分器I1的输出端，提供一个开关，在定时t+mτ关闭，以便在积分周期结束时对积分的输出信号进行抽样操作。所得到的解扩抽样信号提供给第二积分器I2和第一平方电路Q1，以得到抽样信号绝对值的平方。因此，平方电路Q1的输出对应抽样信号的平均功率。这个平均功率信号提供给第三积分器I3。

第二和第三积分器I2和I3分别用于在对应控制信道扩频码长度的时间周期(c/m)τ内积分抽样信号和平均功率信号。在第二和第三积分器I2和I3的输出端分别提供一个开关，在定时t+(c/m)τ对输出信号抽样，以便得到对应于在该扩频码长度积分的输出值。第二积分器I2的输出值对应解扩抽样信号的期望值E(X)。由于第一积分器I1和第二积分器I2的总积分对应整个控制信道扩频码长度内的积分，因此积分器I2的输出端可用作控制符号输出端，在此可得到控制符号以便提供给例如功率控制单元6使用。

此外，第二积分器I2的输出值提供给第二平方电路Q2，以生成对应期望值E(X)的绝对值的平方的输出值。第二平方电路Q2的输出值提供给乘法器M2，以便将第二平方电路Q2的输出值乘以值(-1)，以及为加法器A1提供乘法结果。加法器A1用于将第三积分器I3的输出值，即，值E(|X|²)，与乘法器M2的乘法结果相加。因此，加法器A1的输出值对应控制符号i的干扰估计I(i)。

最后，从加法器A1得到的输出值提供给第四积分器I4，I4在对应于一个TPC控制间隔的时间周期Ncτ内积分，其中N表示TPC控制间隔的平均符号数。在积分器I4的输出端也提供一个开关以便在定时t+Ncτ执行抽样操作。

总之，第一积分器I1执行的处理对应上述公式(1)。此外，第一和第二积分器I2和I3、第一和第二平方电路Q1和Q2、乘法器M2以及加法器A1执行的处理对应上述公式(3)与公式(4)和(5)。

此外，应注意，乘法器M2和加法器A1执行的处理对应减法操作，这样就可用单个减法器取代设备M2和A1。

最后，第四积分器I4执行的处理对应上述公式(6)。

由于根据本优选实施例的干扰估计基于源于一个正交码周期，例如，所有扩频码中的最短码周期的解扩抽样，因此可得到比基于符号电平估计更高的精度。此外，也能确保正确考虑正交性。另外，即使信道衰落很快干扰估计也没有偏差。

总之，本发明涉及一种用于在扩频系统中利用具有不同码长的扩频码执行干扰估计的方法和装置，其中根据在一个预定码周期内(在此周期内所述多个扩频码都正交)积分的解扩抽样的无偏干扰估计得到该干扰估计。由此可得到具有高精度和正确考虑码正交性的干扰估计。

注意，在该优选实施例中描述的干扰估计方法和装置可应用于使用多个扩频码的任何通信网络。上面对优选实施例和附图的描述旨在示意本发明。建议的MVU干扰估计方法可替换为适用于导出解扩码抽样的干扰估计的任何估计方法。因此可在所附权利要求书的范围内改变本发明的优选实施例。

Claims (20)

1.一种用于在扩频系统中使用具有不同码长的多个扩频码来执行干扰估计的方法，包括步骤：

a)接收一个扩频信号；

b)通过在一个预定的码周期范围内求平均来生成一个解扩抽样信号，在此周期内所述多个扩频码都正交；以及

c)依据所述解扩抽样信号来计算方差估计。

2.根据权利要求1的方法，其中通过在所述接收的扩频信号的扩频码长度范围内，对所述解扩抽样信号求平均来计算所述方差估计。

3.根据权利要求1或2的方法，其中所述预定的码周期对应所述多个扩频码的最短码长度。

4.根据前述任何一个权利要求的方法，其中所述方差估计为利用下式计算的MVU： ${\widehat{\mathrm{\σ}}}^2\left(i\right)=E\left(\right|X{|}^2)-|E\left(X\right){|}^2$

其中 表示对所述接收的扩频信号中符号i的所述方差估计，X表示所述解扩抽样信号，E(X)表示所述解扩抽样信号的期望值，而E(|X|²)表示所述解扩抽样信号的平均功率。

5.根据权利要求4的方法，其中根据下式生成所述解扩抽样信号： $X\left(n\right)=\frac{1}{m}\underset{k=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}r\left(k\right)$ 其中，m表示所述预定码周期的码片数，k表示所述接收的频谱信号的扩频码的码片索引，r(k)表示在所述码片索引k，通过从所述接收的扩频信号中去除所述扩频码得到的信号的值，而X(n)表示在抽样索引n上所述解扩抽样信号的值。

6.根据权利要求4或5的方法，其中根据下式得到所述期望值： $E\left(X\right)=\frac{1}{c/m}\underset{n=1}{\overset{c/m}{\mathrm{\Σ}}}X\left(n\right)$ 其中c表示所述接收的扩频信号的扩频码长，m表示所述预定码周期的码片数，n表示所述解扩抽样信号的抽样索引，而X(n)表示在抽样索引n上所述解扩抽样信号的值。

7.根据权利要求4到6中任何一个的方法，其中根据下式得到所述解扩抽样信号的所述平均功率： $E\left(\right|X{|}^2)=\frac{1}{c/m}\underset{n=1}{\overset{c/m}{\mathrm{\Σ}}}{\left|X\left(n\right)\right|}^2$ 其中c表示所述接收的扩频信号的扩频码长，m表示所述预定的码周期的码片数，n表示所述解扩抽样信号的抽样索引，而X(n)表示在抽样索引n上所述解扩抽样信号的值。

8.根据权利要求4到7中任何一个的方法，其中根据下式得到干扰估计： $\hat{I}=m\frac{c+m}{c}\·\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}I\left(i\right)$ 其中，表示所述干扰估计，m表示所述预定的码周期的码片数，N表示执行所述方差估计的所述接收的扩频信号的平均符号数。

9.根据前述任何一个权利要求的方法，其中所述扩频系统为WCDMA系统。

10.一种用于在扩频系统中利用具有不同码长的多个扩频码来执行干扰估计的装置，包括：

a)接收装置(1)，用于接收一个扩频信号；

b)抽样装置(I1)，通过在一个预定的码周期范围内求平均来生成一个解扩抽样信号，在此周期内所述多个扩频码都正交；以及

c)估计装置(I2、I3、I4、Q1、Q2、A1、M2)，用于依据所述解扩抽样信号得到方差估计。

11.根据权利要求10的装置，其中所述预定的码周期对应所述多个扩频码中最短扩频码的长度。

12.根据权利要求10或11的装置，其中所述抽样装置包括积分装置(I1)，用于在所述预定的码周期范围内，对通过从所述接收的扩频信号中去除扩频码所得到的信号积分。

13.根据权利要求10到12中任何一个的装置，其中所述估计装置包括第一积分装置(I2)，用于在所述接收的扩频信号的扩频码长内积分所述解扩抽样信号；第二积分装置(I3)，用于在所述扩频码长内积分对应于所述解扩抽样信号功率的信号；以及减法装置(A1，M2)，用于从所述第二积分装置(I3)的输出信号中减去通过自乘所述第一积分装置(I2)的输出信号得到的信号。

14.根据权利要求10到13中任何一个的装置，其中所述估计装置包括平均装置(I4)，用于在预定数量的所述接收扩频信号的符号范围内平均所述减法装置(A1，M2)的输出信号。

15.根据权利要求14的装置，其中所述平均装置包括一个积分装置(I4)。

16.根据权利要求14的装置，其中所述平均装置包括一个数字滤波器。

17.根据权利要求10到16中任何一个的装置，其中所述干扰估计装置为SIR估计器(5)，用于在扩频收发信机中执行功率控制。

18.根据权利要求10到17中任何一个的装置，其中所述扩频系统为WCDMA系统。

19.一种利用具有不同码长的多个扩频码的扩频系统中的收发信机，包括：

a)接收装置(1)，用于接收一个扩频信号；

b)抽样装置(I1)，通过在一个预定的码周期范围内求平均来生成一个解扩抽样信号，在此周期内所述多个扩频码都正交；

c)估计装置(I2、I3、I4、Q1、Q2、A1、M2)，用于依据所述解扩抽样信号得到方差估计；以及

d)功率控制装置(6)，用于根据所述方差估计生成一个发射功率控制信号。

20.根据权利要求19的收发信机，其中所述收发信机为WCDMA收发信机。

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