CN1353888A - 在cdma无线通信系统中的信道估计 - Google Patents

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Abstract

码分多址(CDMA)通信装置接收导频信号和话务信号。一旦解码话务信号,就对它进行重新编码(302)、交织(304)并与延迟的(307)未解码话务信号相比较(305)。该延迟匹配计算延迟。将重新编码和未解码话务信道相比较是信道条件的一种测量方法。然后,可将该测量与来自导频信号的测量组合(308)以给出比只用导频信号更加好的信道条件估计。

Description

在CDMA无线通信系统中的信道估计
发明领域
本发明涉及码分多址(CDMA)无线通信系统。具体地说，本发明涉及在CDMA无线通信系统中运用解码数据估计信道条件的新颖和经改进的方法和装置。
相关技术描述
在无线电话通信系统中，许多用户通过无线信道进行通信。通过无线信道进行的通信可以是允许在有限频谱内有大量用户的多种多址技术中的一种。这些多址技术包括时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)和码分多址(CDMA)。
CDMA技术具有许多优点。在名为“运用卫星或地面中继器的扩展频谱多址通信系统(Spread Spectrum Multiple Access Communication System UsingSatellite Or Terrestrial Repeaters)”的美国专利4,901,307中描述了示例CDMA系统，上述专利在1990年2月13日颁布并转让给本发明的受让人，且作为参考资料在此引入。在名为“在CDMA蜂窝电话系统中产生信号波形的系统和方法(System And Method For Generating Signal Waveforms In A CDMACellular Telephone System)”的美国专利5,103,459中进一步描述了示例CDMA系统，上述专利在1992年4月7日颁布，并转让给本发明的受让人，且作为参考资料在此引入。
在每个上述专利中，揭示前向链路(基站到移动站)导频信号的使用。在典型的CDMA无线通信系统中，诸如在EIA/TIA IS-95中所述的，导频信号是发送恒零(constant zero)码元的“信标”，且以话务承载信号(traffic bearingsignal)所用的相同伪噪声(PN)序列扩展。一般用全零沃尔什序列覆盖导频信号。在初始系统捕获期间，移动站搜索PN偏置以定位基站的导频信号。一旦它捕获到导频信号，它可产生用于相干解调的稳定的相位和幅值基准，如在名为“用于扩展频谱多址通信系统的移动解调器体系结构(Mobile DemodulatorArchitecture For A Spread Spectrum Multiple Access CommunicationSystem)”的美国专利5,764,687中所述的那样，上述专利在1998年6月9日颁布，并转让给本发明的受让人，且作为参考资料在此引入。
图1示出CDMA基站所用的典型的现有技术前向链路数据格式器(formatter)的功能方框图。例如，数据源102可以是可变速声码器，诸如在名为“可变速声码器(Variable Rate Vocoder)”的美国专利5,657,420中所述的那样，上述专利在1997年8月8日颁布并转让给本发明的受让人，且作为参考资料在此引入。数据源102产生以数字数据帧形式的话务信道信息。CRC和尾位发生器104计算循环冗余校验(CRC)位和尾位，并将它们附加在数据源102产生的帧上。于是，向编码器106提供帧，如现有技术中已知的那样，上述编码器对帧进行前向检错编码，诸如，卷积编码。向重复发生器(repetitiongenerator)120提供经编码的码元，上述发生器重复重新排序的码元以提供适当的调制码元速率。于是，向交织器108提供经重复码元，上述交织器根据预定交织器格式重新对码元排序。在话务沃尔什覆盖器122中用一组正交沃尔什序列中的一个覆盖交织码元流，且在增益元件124中进行增益调节。应理解，在现有技术中已知有其它前向链路数据格式器。例如，已知可将重复发生器120设置在交织器108之后。
导频信号发生器128产生导频信号，它可以是全1序列。于是，用全1沃尔什序列覆盖导频信号，并在组合器136中将它与增益元件124的输出组合。于是，运用PN发生器140产生的复(complex)PN码，在PN扩展器138中扩展组合导频信道和话务信道数据(可以正1或负1)，并用射频发生器142通过天线144发送。在名为“高数据速率CDMA无线通信系统(High Data Rate CDMAWireless Communication System)”的待批美国专利申请08/886,604中揭示了类似的前向链路数据格式器，上述专利已转让给本发明的受让人，且作为参考资料在此引入。
还存在其它数据格式化技术。例如，在cdma2000反向链路中，根据功率控制命令对导频信号进行时间多路复用。此外，在W-CDMA中，前向链路运用与其它信息时间多路复用的专用导频信号。
图2示出在CDMA移动站中使用的典型的现有技术数据解调器的功能方框图。接收机202接收和下变频由图1的发射机142发送的信号。运用发生器206产生的复PN码，在PN去扩展器204中去扩展接收机202的数字基带输出，上述复PN码与如图1的PN发生器140产生的复PN码相同。
于是，运用与图1的话务信道沃尔什覆盖器122的沃尔什序列相同的沃尔什序列，在话务信道沃尔什去覆盖器208中沃尔什去覆盖去扩展信号。于是，在沃尔什码片加法器210中将沃尔什去覆盖码片累加成沃尔什码元，并作为话务信道信号向点积电路212提供。在一些应用中，在沃尔什码片加法器210和点积电路212之间加入附加延迟元件(未图示)以计及导频滤波器216引入的延迟。然而，如果导频滤波器216是物理可实现滤波器(causal filter)，这样的延迟元件(未图示)不是必需的。点积电路还称为“共轭乘积(conjugateproduct)”电路。它进行由下列等价形式之一数学表示的运算：<a，b>＝a·b＝ab*.
还向沃尔什码片加法器214提供去扩展信号，上述加法器将它们累加成沃尔什码元并作为导频信道码元向导频滤波器216提供。注意，由于在图1的沃尔什覆盖器134中，用全1沃尔什序列覆盖导频信道，是一种空操作(vacuousoperation)，相应的去覆盖器也作空操作。然而，在一般情况下，可运用与用来覆盖它的沃尔什序列相同的沃尔什序列来去覆盖导频信号，导频滤波器216用来滤去在导频码元中的噪声，为点积电路212提供相位和标度基准。
点积电路212对每个码元计算与导频滤波器216产生的导频信道信号同相的话务信道信号的分量一次。如名为“导频载波点积电路(Pilot Carrier DotProduct Circuit)”的美国专利5,506,865中所述，点积按照相干解调的需要调节接收信号的相位和标度，其中上述专利在1996年4月9日颁布并已转让给本发明的受让人，且作为参考资料在此引入。
在去交织器218中，运用图1的交织器108所用的相同格式，去交织来自点积电路212的码元输出。于是，根据图1的编码器106采用的纠错码，在解码器220中解码去交织码元。由质量指示器222逐帧分析所得解码码元以保证适当地解码帧。如果适当地解码帧，那么前送解码帧用于进一步处理。质量指示器222一般检查帧的CRC部分，但是还可用其它帧质量指示，诸如Yamamoto度量。
在典型的CDMA无线通信系统中，诸如在EIA/TIA IS-95中所述的那样，根据数据速率，导频信号能量可以小于话务信号能量。此外，在最近提出的第三代(3G)CDMA无线通过系统中，不能连续地发送导频信号，而是它可与功率控制信号共享时间。例如，在cdma2000系统中，反向链路导频信号与多路复用功率控制位共享时间。在W-CDMA系统中，时间多路复用前向链路专用导频信道。当导频信号很弱或者不存在时，相干解调特性会恶化。于是，CDMA无线通信系统将大大收益于用来提供相干信道基准的附加信号能量并用来估计信道统计。
发明概述
本发明是用于估计在具有导频信号和话务信道的码分多址(CDMA)通信系统中的信道条件的新颖的经改进的方法和装置。如这里所用到的那样，用术语“话务”信号表示除了导频信号之外的其它数据承载信号。例如，话务信道可携带由一个或多个用户产生的语音或数据，或者它可携带由通信系统产生的附加信息。
该装置包括用来根据导频信号产生导频信道估计的导频滤波器，以及在解码之后重新构成话务信息位的电路。用重新构成的话务信道位解调原始话务信号，且将它称为“基于话务的信道基准”。预测信道估计电路根据基于话务的信道基准和延迟导频信号，产生预测信道估计。解调器运用预测信道估计和基于导频的信道估计，解调话务信号。通过运用包含来自话务信号和来自导频信号的信号能量的预测信道估计，可以更加精确地估计信道条件。
预测信道估计电路包括延迟导频信号来匹配重新构成的话务信道的定时的延迟元件。组合器将延迟导频信号和基于话务的信道基准信号相组合。根据重新构成的话务信道信息位的质量指示器，组合器可相对于延迟导频信号加权基于话务的信道基准信号。预测信道估计器根据组合延迟导频信号和基于话务的信道基准信号，产生预测信道估计。
用于产生基于话务信道基准信号的电路是基于用来产生数据信号波形的格式。然而，在较佳实施例中，它包括用于编码从话务信号恢复的数据码元的编码器和用于交织数据码元的交织器。此外，解调器可包括用于根据预测信道估计的相关使用期限(age)，加权预测信道估计的控制器。
在本发明的一个应用中，控制器还确定在预定时间期间内，导频信号信道估计和预计信道估计的信道统计量是否相关。本发明还包括估计信道条件的方法。这里所述的方法可由这里所述的装置执行。
附图简述
结合附图，从下述详细描述中，本发明的特征、目的和优点将更加显而易见，其中相同标号作相应表示：
图1是CDMA基站所用的典型的现有技术前向链路数据格式器的功能方框图；
图2是在CDMA移动站中使用的典型现有技术数据解调器的功能方框图；
图3是本发明的装置的示例功能方框图；和
图4是本发明的方法的流程图。
较佳实施例的详细描述
图3示出本发明的装置的示例功能方框图。用与图2相同的标号标示的方框对应于如参照图2所述的类似元件，并执行类似功能。然而，图3示出在图2中没有表示的重要附加功能框，它们形成本发明的基础。
如图2所示，提供质量指示器222的输出作为用户数据，以进一步处理来恢复包含在其中的信息。然而，与图2的解调器相反，向编码器302提供质量指示器222的输入，上述编码器运用与图1的编码器106相同的前向纠错编码技术来重新编码数据码元。然后，向交织器304提供来自编码器302的重新编码码元，上述交织器根据图1的交织器108所调用交织格式来重新交织码元。于是，交织器304的输出包括重新编码、重新交织的数据码元。如果如质量指示器222所确定的那样适当地解码它们，那么来自交织器304的这些重新构成数据码元输出表示对由沃尔什码片加法器210输出的数据码元的符号的良好估计。
在解调器305中，用表示重新构成的话务信道信息位的这些重新编码、重新交织的数据码元来解调从沃尔什码片加法器210输出的话务信道码元，由延迟元件307延迟。设计延迟元件307引入的延迟量以匹配点积电路212、去交织器218、解码器220、编码器302和交织器304引入的延迟。这里将从解调器305输出到组合器308的所得解调信号输出称为基于话务的信道基准。
在延迟元件306中延迟沃尔什码片加法器214的输出。设计延迟元件306引入的延迟量以匹配去交织器218、解码器220、编码器302、交织器304和解调器305的计算延迟，从而将来自延迟元件306的导频信号输出与来自解调器305的基于话务的信道基准输出时间对准。在组合器308中组合导频码元和基于话务的信道基准，并向预测信道估计器310提供。组合器308根据解码话务帧的质量指示器(诸如，CRC检查器222)，以加权方式组合延迟导频码元和基于话务的信道基准信号。在更加一般的情况下，还可用其它质量指示器，诸如话务码元的信噪比估计。例如，如果适当地解码话务帧(并以高置信度己知各位)，那么赋予基于话务的信道基准信号的权重高于在不能适当地解调话务帧的情况下的权重。
预测信道估计器310从来自组合器308的组合导频和基于话务信道基准输出中恢复信道基准的幅度和相位信息。在较佳实施例中，预测信道估计器310在结构上类似于导频滤波器216，而且可以是简单的第一阶IIR滤波器或FIR滤波器。
接收从导频滤波器216输出的导频码元和从预测信道估计器310输出的组合导频和基于话务信道基准信号作为到控制器312的输入。控制器312组合从导频滤波器216输出的导频码元，以及从预测信道估计器310输出到点积电路212的组合导频和基于话务的信道基准信号，以供在由点积电路212执行的相位调节和定标操作中使用。
当将从导频滤波器216输出的导频码元与从预测信道估计器310输出的导频和基于话务信道基准信号组合时，控制器312最好使用动态加权组合技术。加权组合技术考虑了从预测信道估计器310输出的组合导频和基于话务信道基准信号的相关等待时间或“使用期限”。由于重新编码和重交织重新构成数据码元所需的时间，它们在估计信道条件方面的用处很大程度上依赖于信道条件如何快速变化。如果与重新构成话务信道数据码元所需的时间相比，信道条件相对较慢地改变，那么重新构成的数据码元能量比信道条件快速变化的情况下更加有用。在任一种情况下，随着时间流逝，从预测信道估计器310输出的预测信道估计变得陈旧。
于是，在较佳实施例中，控制器312根据其使用期限，加权从预测信道估计器310输出的组合导频和基于话务信道的基准信号输出。例如，在连续帧的第一部分期间，当计算预测信道估计时，控制器312用相对较高加权因子加权它。然而，在帧期间，随着时间流逝，控制器312用连续越来越小的加权因子加权它，从而它对向点积电路212提供的信道估计的贡献越来越少。当预测信道估计器310计算新的预测信道估计时，控制器312再次用相对较高的加权因子对它加权，等等。通过这种方法，控制器312考虑了预测信道估计的“使用期限”或等待时间。
在本发明的另一个方面，控制器312还用来自预测信道估计器310的预测信道估计的附加能量来确定信道统计量。例如，当包含本发明的移动站是静止时，或者慢速移动时，信道条件随着时间流逝相对较稳定。相反，当包含本发明的移动站以相对较快的速度移动时，一般信道条件将会随着时间流逝而不相关。
控制器312以不同的时间对(而每对的时间偏置是固定的)采样来自预测信道估计器310的预测信道估计输出，然后取该成对采样的共轭乘积以确定相关性。如果采样是高度相关的，那么我们推断信道条件随着时间流逝相对稳定。如果两个采样不相关，那么我们推断信道条件在由固定时间偏置隔开的采样时间对之间有显著变化。通过运用从话务信道恢复的附加能量，控制器312还能够比只通过使用导频滤波器216的输出更精确地确定信道统计量。
图4示出本发明的方法。在框400中，根据当前导频信号产生信道估计。例如，这可由图3的导频滤波器216来执行。在框404中，根据重新构成的话务信道位产生基于话务的信道基准。这可包括由重编码器302进行重新编码、由交织器304进行重新交织和由解调器305进行解调。在框406中，根据基于话务的信道基准产生预测信道估计。例如，这可通过预测信道估计器310来实现。在框408中，运用来自框406的预测信道估计和来自框402的基于导频的信道估计，共轭相乘接收到的话务信号。例如，这可通过控制器312结合点积电路212来实现。
在本发明中，应注意，还由控制器312用来自预测信道估计的附加能量来帮助确定信道统计是否在预定时间帧内相关。在预测信道估计中的附加能量增加确定的精确度。然而，估计信道统计只表示一种附加应用，该应用除了辅助相干解调之外还用于根据预测信道估计恢复的附加信道能量。本发明的教义同样可用于多个其它应用，其中附加信号能量可能在更加精确地确定信道条件方面十分有用。
于是，本发明提供一种运用基于话务的信道基准来估计用于相干解调的信道条件的方法和装置。此外，还可用上述本发明来帮助确定在预定时间期间内信道统计的相关性。于是，当导频信号能量很弱或者不存在时，本发明增加信道估计的精确度。
提供本发明的上述描述以使得熟悉该技术领域的人员能够进行或运用本发明。对于熟悉本技术领域的人员而言，对这些实施例的各种变化是显而易见的，而不用进行任何创造性劳动。于是，本发明并不局限于这里所示的实施例，而是根据这里解释的原理和新颖性已知的最宽范围。

Claims (10)

1.一种在具有导频信号和话务信号的码分多址(CDMA)通信系统中估计信道条件的方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：
根据所述导频信号产生导频信号信道估计；
重新构成所述话务信号；
根据所述重新构成话务信道产生基于话务的信道基准信号；
根据所述基于话务的信道基准信号产生预测信道估计；和
运用所述预测信道估计和所述导频信号信道估计解调所述话务信号。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述产生预测信道估计的步骤还包括下列步骤：
延迟所述导频信号；
将所述延迟的导频信号与所述基于话务的信道基准信号组合；和
根据所述组合延迟导频信号和基于话务的信道基准信号产生所述预测信道估计。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述重新构成所述话务信道的步骤还包括下列步骤：
编码从所述话务信道恢复的数据码元；和
交织所述数据码元。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述解调所述话务信道的步骤还包括根据所述预测信道估计的相关使用期限，加权所述预测信道估计的步骤。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还进一步包括确定所述预测信道估计的信道统计量在预定时间期限内是否相关的步骤。
6.一种用于在具有导频信号和话务信号的码分多址(CDMA)通信系统中估计信道条件的装置，其特征在于，所述装置包括：
导频滤波器，用于根据所述导频信号产生导频信号信道估计；
用于重新构成所述话务信号的电路；
用于根据所述重构话务信号产生基于话务的信道基准信号的电路；
预测信道估计电路，用于根据所述基于话务的信道基准信号产生预测信道估计；和
解调器，用于运用所述预测信道估计和所述导频信号信道估计解调所述话务信号。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述预测信道估计电路还包括：
延迟元件，用于延迟所述导频信号；
组合器，用于将所述延迟导频信号与所述基于话务的信道基准信号组合；和
预测信道估计器，用于根据所述组合延迟导频信号和基于话务的信道基准信号产生所述预测信道估计。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，用于重新构成所述话务信号的所述电路还包括：
编码器，用于编码从所述话务信号恢复的数据码元；和
交织器，用于交织所述数据码元。
9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述解调器还包括控制器，用于根据所述预测信道估计的相关使用期限，加权所述预测信道估计。
10.如权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括控制器，用于确定所述预测信道估计的信道统计量是否在预定时间期限内相关。
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