CN1373575A - Wcdma上行(反向)链路的sir测量方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明设计的SIR测量方法适用于WCDMA通信系统上行链路功率控制中内环SIR测量。本发明的独到之处在于提出了一种SIR测量的新思想:在RAKE合并前对来自不同路径的信号分别进行各自的SIR测量,接收信号总的SIR是各路径信号SIR之和。此想法以单径测量为模块,算法实现简单灵活,而且通过减少信道估计误差的引入来提高测量精度。
Description
(一)技术领域：
本发明涉及WCDMA(宽带码分多址)系统上行(反向)链路的SIR测量方法和装置，以及由此为基础的反向闭环功率控制。
(二)背景技术：
1999年11月，国际电联(ITU)通过了第三代移动通信系统IMT-2000无线传输部的建议标准。该系统是真正的宽带移动多媒体通信系统，能实现高质量宽带多媒体综合业务，全球无缝覆盖，全球漫游，满足在任何时间、任何地方以任何方式进行信息交流的要求。在通过的建议标准中采用CDMA技术的标准占了主导地位，最重要的是建立在欧洲、日本提出的WCDMA标准基础之上的IMT-DS标准和建立在北美提出的CDMA2000标准基础上的IMT-MC标准。当前，移动通信发展瞬息万变，高速、宽带业务的高质量传输迫切要求第三代宽带移动通信系统的早日商用。本发明就是在研究与开发商用化的WCDMA通信系统下提出的。
众所周知，CDMA系统是一个有着巨大潜在优势的通信系统，但也是一个干扰受限系统，其优越性的体现有赖于各种关键技术的使用。尤其是功率控制技术的研究与应用得到了广泛业内人士的重视，从集中式功率控制到分布式功率控制，从等功率控制到基于业务质量的功率控制，穿插其中运用的算法还又分为统一门限和自适应门限算法，单比特定步长功率控制和多比特变步长功率控制等算法，无不为了追求通信质量最佳化，系统容量最大化的目标。但这些都是以假设能对信道特性进行准确估计，对接收信号进行精确测量的前提下研究的功率控制策略。实际上，由于受到测量方法、可实现的测量工具精度的限制，要做到对接收信号无误差的测量是不可能的，只能寻求性能更好的测量方法：它既要有更高精度的测量性能，又要便于硬件实现，具有更好的可操作性。
IMT-2000中指定系统之一的WCDMA在3GPP协议中把闭环功率控制定位于基于QoS(业务质量)的定步长快速功率控制。据此，我们确定了内环+外环的定步长快速闭环功率控制方案，通过功率控制改变信号的发送功率，使内环实测的SIR(信号与平均干扰加背景噪声之比)保持在外环给出的目标SIR上，从而满足业务质量要求。其中，内环SIR测量是功率控制机制良好运转的基础，没有精确的内环SIR测量，内、外环SIR的比较就毫无意义，也就根本谈不到性能良好的功率控制。
从RF(射频)的CIR测量到基带的SIR测量的研究工作一直得到了各国学者的探讨，多数进行的是理论研究，具体的测量方法基本采用最经典的由[1]给出的基于导频符号与数据时分复用帧结构的SIR测量方法。在进行WCDMA功率控制策略研发前期，我们也曾根据该算法的思想，结合WCDMA系统建议的帧结构进行性能仿真工作，测量性能却总不甚如意。后经仔细逐点分析该算法，发现是由于这种算法扩大了由信道估计带来的误差而最终导致SIR测量不准确。一般地，理论上认为理想的信道估计利用的是多址干扰加背景噪声的总体统计特性，但快速闭环功率控制机制下要求每时隙给出一个内环SIR测量值，这就使实际中的信道估计所取样本的容量不够大(最多为2560chip)；而且，3GPP现有协议规定上行控制信道导频符号数为3、4、5、6、7、8，即可用于内环SIR测量的样本容量更少，就必然会导致信道估计误差。
(三)发明内容：
本发明设计的SIR测量方法的应用领域是具有图1帧结构的通信系统的基带SIR测量，尤其适用于WCDMA通信系统上行链路功率控制中内环SIR测量。本发明的独到之处在于提出了一种SIR测量的新思想：在RAKE合并前对来自不同路径的信号分别进行各自的SIR测量，接收信号总的SIR是各路径信号SIR之和。此想法以单径测量为模块，算法实现简单灵活，而且通过减少信道估计误差的引入来提高测量精度。
具体实现方案如下：(测量以时隙为单位，不妨以某用户第K时隙的SIR测量为例说明)
1、在基站接收端，把某用户被分解为L条单径的各径DPCCH解扩信号第K时隙分别输入各单径SIR测量模块，并行进行L个第K时隙的单径SIR测量。
单径SIR测量的具体步骤如下：
(1)用单径瞬时信号功率测量器测量第K时隙单径瞬时信号功率
(2)用单径瞬时多址干扰和背景噪声功率测量器测得第K时隙单径的瞬时多址干扰和背景噪声功率
(3)把(2)得到瞬时多址干扰和背景噪声功率
输入噪声平均器(E1.3)与前一个(第K-1个)时隙得到的平均多址干扰和背景噪声功率Iupdpcch，l(k-1)进行加权平均，得出第K时隙单径平均多址干扰和背景噪声功率(简称平均噪声功率)
Iupdpcch，l(k)；
(4)用(1)得到的第K时隙单径瞬时信号功率
除以(3)得到第K时隙单径平均噪声功率
Iupdpcch，l(k)，就可得到该用户第K时隙的单径SIR测量值SIRupdpcch，l(k)。
2、把由1得到的L个第K时隙的单径SIR测量值输入SIR合并器相加，就得到该用户第K时隙的上行SIR测量值SIRuplink(k)。
由此可知WCDMA系统上行(反向)链路的SIR测量装置包括：单径SIR测量模块(包括单径瞬时信号功率测量器、单径瞬时多址干扰和背景噪声功率测量器、噪声平均器、单径SIR相除器)和SIR合并器。具体应用中需用的单径SIR测量模块数L由系统要求决定，即等于系统要求的RAKE合并径数。
首先，图1是根据3GPP协议所规定的WCDMA上行链路专用物理信道DPCH的帧结构提炼出应用本发明进行SIR测量方法所基于的帧结构。图1中上行链路专用物理信道DPCH的DPDCH和DPCCH在每个无线帧里I/Q复用，由于DPCCH和DPDCH分别用正交的信道化码(OVSF码)扩频，故只需DPCCH由已知的导频符号和未知的数据构成。由协议规定每个上行DPCCH时隙(slot)有10个比特。其中，导频符号Pilot的符号数目Npilot＝3-8；数据data的构成由上层决定，可包括TFCI(传输格式组合指示)、FBI(反馈信息)、TPC(传输功率控制)，其数目Ndata＝(10-Npilot)。而每个上行DPDCH的比特数Ndata＝(10*2k)，由k决定，也即由不同业务选用不同的扩频因子SF＝256/2k决定，它不影响用本发明进行SIR的测量。
图4给出了本发明SIR的测量装置，体现出本发明的创新思想：在RAKE合并前对来自不同路径的信号分别进行各自的SIR测量，接收信号总的SIR是各路径信号SIR之和。测量单位为一个时隙(在WCDMA反向链路系统中1slot等于
)。具体测量时间小于一个时隙，与测量所用导频符号数有关(一般选用Npilot，则测量时间等于
。本发明SIR测量装置包括的实体有L个单径SIR测量模块(E1)和一个SIR合并器(E2)。L为系统要求RAKE合并的径数。其中，单径SIR测量模块(E1)包括：单径瞬时信号功率测量器(E1.1)、单径瞬时多址干扰和背景噪声功率测量器(E1.2)、噪声平均器(E1.3)、单径SIR相除器(E1.4)。SIR合并器(E2)是一个加法器。
图5描述的是如图4所述单径SIR测量模块(E1)的具体结构。
其中单径瞬时信号功率测量器(E1.1)包括：乘法器(E1.11)、Npilot符号积分平均器(E1.12)、复数求模装置(E1.13)、平方器(E1.14)；
单径瞬时多址干扰和背景噪声功率测量器(E1.2)包括：减法器(E1.21)、复数求模装置(E1.22)、平方器(E1.23)、Npilot符号积分平均器(E1.24)；
噪声平均器(E1.3)包括：乘法器(E1.31)、乘法器(E1.32)、平方器(E1.33)、延时器(E1.34)；
单径SIR相除器(E1.4)包括：除法器(E1.41)。
当完全同步时，基站接收机经过接收处理后得到RAKE合并径数L(I2.1)，导频符号(I2.2)，导频符号数(I2.3)和各径信道估计(I2.4)，并把某用户的多径混合信号分解为单径的各径解扩信号。
以下说明第1径DPCCH解扩信号的第K个时隙进入单径SIR测量模块(E1)得到第1径的SIRupdpcch，l(k)的处理过程：第1径DPCCH解扩信号的第K个时隙与导频符号输入乘法器(E1.11)，逐比特相乘结果分别输入Npilot符号积分平均器(E1.12)和计算单径瞬时多址干扰和背景噪声功率的测量器(E1.2)中的减法器(E1.21)做被减数。在单径瞬时信号功率测量器(E1.1)的Npilot符号积分平均器(E1.12)中对Npilot个数据进行积分平均，平均值输入复数求模装置(E1.13)求模后进入平方器(E1.14)得到平方值，每时隙抽样得到第1径第K时隙瞬时信号功率
。在单径瞬时多址干扰和背景噪声功率的测量器(E1.2)中的减法器(E1.21)中，第1径的信道估计做减数，相减得到的结果输入复数求模装置(E1.22)求模后，进入平方器(E1.23)得到平方值，再进入Npilot符号积分平均器(E1.24)进行Npilot个数据的积分平均，对其结果进行第时隙抽样得到第1径第K时隙的瞬时多址干扰和背景噪声功率
。 把
输入噪声平均器(E1.3)中的乘法器(E1.31)与(1-α)相乘，结果送入加法器(E1.33)做被加数，在另一个乘法器(E1.32)中前一时隙(即第K-1时隙)的平均多址干扰和背景噪声功率Iupdpcch，l(k-1)(即由前一时隙加法器(E1.33)的输出结果经过延时器(E1.34)延时1时隙得到的)与α因子相乘，结果送入加法器(E1.33)做加数；这里，α为遗忘因子，取值0--1之间，一般取0.99或0.999以平滑由于功率控制而导致多址干扰功率波动对求平均噪声功率的影响。加法器(E1.33)的输出结果就是第1径第K时隙平均噪声功率
Iupdpcch，l(k)。在单径SIR相除器(E1.4)中，把第1径第K时隙瞬时信号功率
送入除法器(E1.41)做被除数，第1径第K时隙平均噪声功率
Iupdpcch，l(k)送入除法器(E1.41)做除数，二者相除的结果就是第1径第K时隙的SIR测量值SIRupdpcch，l(k)。
与此同时，得到并行处理的L个单径SIR测量值SIRupdpcch，l(k)(1＝1--L)输入SIR合并器(E2)相加，就得到要求的该用户的第K时隙SIR测量值。
本发明的有益效果：(1)在实现难易方面，本发明以RAKE合并前的单径为研究对象，易实现模块化。当RAKE合并径数变化时，本发明通过增删单径SIR测量模块来满足要求。(2)在测量性能方面，本发明从尽量减少误差的引入着手，直接对接收到的各径解扩信号进行SIR测量。这样就可以避免信道估计误差的二次引入，使SIR的测量精度得到提高。进一步，以此高精度的SIR测量为内环功率控制的核心，实施WCDMA系统反向链路的闭环功率控制可更好地保证QoS，从而大大地提高系统容量。
(四)附图说明：
图1为应用本发明进行SIR测量的帧结构。
图2为应用本发明的WCDMA反向链路系统框图。
图3为基站以本发明为基础的闭环功率控制。
图4为本发明的装置框图。
图5为本发明中单径SIR测量模块。
各附图之间的关系是图1所示的是图2中DPDCH(T15)和DPCCH(T16)；图3是图2中的基站以本发明为基础的闭环功率控制(R1)；图4是图3中的SIR测量装置(R114)；图5是图4中单径SIR测量模块(E1)。
(五)具体实施方式：
图3是基站以本发明为基础的闭环功率控制机制，为满足3GPP协议要求的基于QoS(业务质量)的定步长快速功率控制，采用内环+外环的结构：内环给出实测SIR测量值(R115)，外环包括RAKE合并(R105)、译码器(R106)、误块检测(R107)、低通滤波器(R108)、比较器(R110)、外环目标SIR生成器(R111)、延时器(R112)等实体，根据不同业务要求的误块率(BLER)(R109)给出目标SIR(R113)，内环SIR测量值与目标SIR比较得出功率控制命令(TPC)(T31)，形成回路控制移动台功率发送控制器(T1)。其中特殊之处在于，内环SIR的测量(R114)就是本发明(见图4所示)；因此，内环的输入点在RAKE合并器之前(R104)，而且输入的各单径解扩信号在内环SIR测量中是并行处理的。按照图3所示以本发明为基础的闭环功率控制机制能提供高精度的内环SIR，从而更好地满足不同业务的要求(见发明效果)。
图2给出的是实施本发明的WCDMA反向链路系统框图。按照3GPP协议，发送端移动台首先对要传送的信息进行基带处理，包括添加CRC(循环冗余校验)码(T10)、尾比特(T11)、信道编码(T12)、交织(T13)、物理信道映射(T15和T16)、扩频(T19和T20)、加扰(T24)，经过成形滤波器(T25和T26)后进行QPSK调制(T29和T30)，再送入功率放大器(T36)放大发射。其中，扩频码为OVSF码(正交可变扩频因子码)，控制信道DPCCH专用扩频码(T18)cQ＝c256，0，数据信道DPDCH的扩频码c1(T17)用非cQ＝c256，0的OVSF码。图2合并器(T21和T21)的输入信号虚线
表示一个连接只有一个DPCCH，实线
表
示数据可占多个DPDCH码道，点划线
表示可同时合并一个DPCCH或几个DPDCH，接着DPCCH与DPDCH构成的复信号I+jQ才能与复扰码(T23)进行复数相乘。要注意的是：MS功率发送控制器(T1)根据接收到基站以本发明为基础的闭环功率控制(R1)发来的功率控制命令(T31)来调整移动台的发射功率。MS功率发送控制器(T1)包括乘法器(T33)、延时器(T34)、加法器(T35)和功率放大器(T36)。其控制机理满足
，这里，k为时隙，p(k)为移动台发出的功率(单位dBm)；Δ为功率调整步长，取值1dB或2dB；TPCcommand为功率控制命令(T31)，取值+1(当图3中目标SIR(R113)＞内环SIR测量值(R115)时)或-1(当图3中目标SIR(R113)＜内环SIR测量值(R115)时)。在如图2的WCDMA反向链路系统的功率控制中应用本发明可取得很好的效果。
Claims (7)
1.WCDMA系统上行(反向)链路的SIR测量方法，其特征在于：(1)在基站接收端，把某用户被分解为L条单径的各径DPCCH解扩信号第K时隙分别输入各单径SIR测量模块，并行进行L个第K时隙的单径SIR测量。
(2)把由1得到的L个第K时隙的单径SIR测量值输入SIR合并器相加，就得到该用户第K时隙的上行SIR测量值SIRuplink(k)。
2.如权利要求1所述的WCDMA系统上行(反向)链路的SIR测量方法，其特征在于，按照以下步骤进行：
(1)用单径瞬时信号功率测量器测量第K时隙单径瞬时信号功率
(2)用单径瞬时多址干扰和背景噪声功率测量器测得第K时隙单径的瞬时多址干扰和背景噪声功率
(3)把(2)得到瞬时多址干扰和背景噪声功率
输入噪声平均器(E1.3)与前一个(第K-1个)时隙得到的平均多址干扰和背景噪声功率Iupdpcch，l(k-1)进行加权平均，得出第K时隙单径平均多址干扰和背景噪声功率(简称平均噪声功率)
Iupdpcch，l(k)；
(4)用(1)得到的第K时隙单径瞬时信号功率
除以(3)得到第K时隙单径平均噪声功率
Iupdpcch，l(k)，就可得到该用户第K时隙的单径SIR测量值SIRupdpcch，l(k)。
3.WCDMA系统上行(反向)链路的SIR测量装置，其特征在于：装置包括单径SIR测量模块(包括单径瞬时信号功率测量器、单径瞬时多址干扰和背景噪声功率测量器、噪声平均器、单径SIR相除器)和SIR合并器。具体应用中需用的单径SIR测量模块数L由系统要求决定，即等于系统要求的RAKE合并径数。
4.如权利要求3所述的WCDMA系统上行(反向)链路的SIR测量装置，其特征在于：单径SIR测量模块(E1)包括单径瞬时信号功率测量器(E1.1)、单径瞬时多址干扰和背景噪声功率测量器(E1.2)、噪声平均器(E1.3)、单径SIR相除器(E1.4)。SIR合并器(E2)是一个加法器。
5.如权利要求3所述的WCDMA系统上行(反向)链路的SIR测量装置，其特征在于：单径瞬时信号功率测量器(E1.1)包括乘法器(E1.11)、Npilot符号积分平均器(E1.12)、复数求模装置(E1.13)、平方器(E1.14)。
6.如权利要求3所述的WCDMA系统上行(反向)链路的SIR测量装置，其特征在于：单径瞬时多址干扰和背景噪声功率测量器(E1.2)包括减法器(E1.21)、复数求模装置(E1.22)、平方器(E1.23)、Npilot符号积分平均器(E1.24)。
7.如权利要求3所述的WCDMA系统上行(反向)链路的SIR测量装置，其特征在于：噪声平均器(E1.3)包括乘法器(E1.31)、乘法器(E1.32)、平方器(E1.33)、延时器(E1.34)。
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Legal Events
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
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| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: MINISTRY OF INFORMATION INDUSTRY INSTITUTE OF TEL Free format text: FORMER OWNER: MINISTRY OF INFORMATION INDUSTRY INSTITUTE OF TELECOMMUNICATIONS TRANSMISSION; BEIJING UNIV. OF POST AND TELECOMMUNICATION Effective date: 20070420 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20070420 Address after: 100045 Beijing City, 11 South Street on the altar Co-patentee after: Beijing University of Posts and Telecommunications Patentee after: Telecommunication Transmission Inst., Ministry of Information Industry Co-patentee after: Spreadtrum Communications (Shanghai) Co., Ltd. Address before: 100045 Beijing City, 11 South Street on the altar Co-patentee before: Beijing University of Posts and Telecommunications Patentee before: Telecommunication Transmission Inst., Ministry of Information Industry |
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| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20040922 |
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| CX01 | Expiry of patent term |