CN1390397A - 传输质量监视方法 - Google Patents

Abstract

无线通信中,需要监视通信信道传输质量,以维持系统的工作和运营。本发明提供一种在接收机处测量信道中误码率的方法,无需在发射机的信号中插入质量监视数据,不会减少信道吞吐量。

Description

传输质量监视方法

发明背景

I、发明领域

本发明涉及无线通信网。具体而言，本发明涉及一种监视无线通信信道传输质量的改进且新颖的方法。

II、相关技术说明

系统运作需要监视无线通信网络中通信信道的传输质量。没有准确的实时传输质量反馈信息，就不能维持系统的运营和工作。

根据误码率(BER)测量传输质量。电信传输中，误码率是相对于传输中所接收总位数的差错位百分比。BER常用百分比表示。例如，某一传输可能具有4％的BER，这意味着所发送的100位中4位接收差错。

目前，没有理想的无线通信系统传输质量监视方法。已知的监视方法涉及仅为监视目的而对发射信号增添信息。一种这样的传输质量监视方法，其完成是借助发射信号中插入已知位组合，并将接收位组合与实际发送位组合比较，以计算BER。当前的另一种方法则对发射信号增添循环冗余码(CRC)。循环冗余校验是一种通信链路上所发送数据的差错校验方法。发送装置对要发送的数据块施加16位或32位多项式，并将所得的CRC添加到该数据块。接收端对数据施加相同的多项式，将其结果与发送方增添的结果比较。如果CRC相符合，则数据接收无差错。

对发送信号添加已知位组合或CRC位的任何传输质量监视方法都减小信道的通信业务流吞吐量。此外，CRC仅指示数据块差错的存在，不是BER的实际度量。

发明内容

本发明是一种改进且新颖的无线通信传输信道质量监视方法，不必占用先前用于插入监视信息的部分信道吞吐量、能量和时间。本发明的方法通过重复使用信道中为其他目的载送的信息，改善信道吞吐量，并提供较接近实际BER的度量。通过利用诸如导频码元之类的已知信息计算BER，本发明不必为计算BER而占用信道带宽，就能监视传输质量。

为了监视无实际差错度量的信道的未知质量，本发明从已知信道信息形成代理BER。本发明用与处理监视信道相同的方法处理已知信道信息，从而产生代理BER。

附图说明

通过以下结合附图所作详细说明，本发明的特征，目的和优点会更清楚，附图内相同的参考字符各处都作相同的标示，其中，

图1是无线通信信道高层次框图；

图2是反向链路功率控制子信道结构的框图；

图3是本发明方法用于监视信道质量的设备的框图；

图4是本发明用于判断功率控制位极性的方法的高层次流程图；

图5是本发明信道质量监视方法的高层次流程图；

图6是本发明用于控制功率控制子信道差错率而使业务信道差错维持在不同比率的设备的框图。

较佳实施例详细说明

图1示出基站100与接入终端102之间的无线通信链路的高层次框图。接入终端102在无线通信系统中也称为移动台。基站100与接入终端102在称为前向链路104和反向链路106的2条链路上通信。信息在前向链路104上从基站100运行到接入终端102。接入终端102是前向链路104中的接收方。信息在反向链路106上从接入终端102运行到基站100。基站100是反向链路106中的接收方。

IS2000系统中，反向链路106有4个信道：反向基本信道，反向专用控制信道，反向导频信道，反向补充信道。在沃尔什(Walsh)信道化和PN扩展前，通过抽删将反向功率控制子信道压入反向导频信道。一些二进制位以+1或-1的值压入。功率控制子信道位供给接入终端102一种命令基站100升高或降低前向链路104上发射功率的机构，以便接入终端102达到所规定接收帧擦除率(FR)的水平。基站100告知接入终端102前向链路104需要何种程度的FER，然后，基站100通过在反向链路106接收的功率控制命令或反馈保持该程度的FER。在前向链路104达到需要的FER，使无线通信系统可用为保持允许的通信质量而尽可小的基站功率，并且形成尽可能小的网络干扰。基站所用功率和对其他接入终端干扰的减小，使系统容量增加。

基站100按照接入终端102的功率控制命令，依据接入终端102所接收BER高于或低于基站100设定的期望速率，增加(+1)或减小(-1)前向链路104的功率。另一实施例中，功率控制命令可以是含所要求功率调整量的多位命令。

反向功率控制子信道不载送任何纠错。它以功率控制命令或反馈的形式严格载送有关前向链路104的传输质量的信息。反向功率控制子信道不载送用户通信业务位。其目的是用于前向链路104的功率控制。反向功率控制子信道的质量未知，除非进行某种监视。本发明通过采用以下附图说明的代理或外插法，监视反向功率控制子信道的质量，无需插入监视信息。

由于从已知信道信息建立未知信道信息的代理BER这种方法具有的性质，本领域的技术人员会明白，反向链路示范实施例用的质量监视方法可用于任何无线通信信道。

按照“cdma2000扩频系统的物理层标准”的规定，定义无线通信信道。该标准按参考文献在此引入。本发明提供一种机构，用于测试该标准限定的IS-2000物理层性能。会理解，本发明同样可用于其他通信系统，并且本发明不限于IS-2000 CDMA系统的范围，而是能应用到其他无线通信系统。

图2示出示范实施例的反向链路功率控制子信道的结构。每1.25毫秒在反向导频信道发送一功率控制组(PCG)204。每一PCG204中，3/4的信号属于反向导频信道200，1/4的信号属于反向功率控制子信道202。导频信道200是恒定+1值的信号，不载送信息。反向功率控制子信道是接入单元102产生的前向功率控制位命令+1或-1的重复。CDMA技术中，常用码片为单位衡量时间。在IS-2000系统的扩展率为1时，CDMA码片速率为每秒1.2288M码片，1码片＝1/(每秒1.2288M码片)＝813.8纳秒。一PCG204包含384个导频信号码片200和128个功率控制码片202。

示范实施例中，以额定相同功率电平发射PCG内反向导频信道上送的全部码片，这意味着导频信号码片200和功率控制码片202具有相同的幅度，并且总持续时间比率为3∶1。本领域的技术人员会明白，本发明可扩展到导频码元与功率控制位之间存在其他关系的情况。本发明利用这些已知信号特性。通过监视已知导频信道信号，本发明在反向功率控制子信道上产生与未知信息实际BER类似的代理BER。

本发明提供一种监视具有诸如导频码元或导频信道之类已知特性的信道的BER的方法，无需采用CRC位或向位流本身插入任何其他的已知位组合。通过察看从已知特性(诸如导频信道)产生的附带信息，可对未知信息(如反向功率控制)间接判断BER。

CDMA通信信道中，其他已知信息的例子是导频码元。与导频信道同样地处理导频码元。

图3示出本发明用于监视信道质量和测试无线通信系统物理层性能的设备示范实施例的框图。所示的设备从组合接收信号分开导频信道和功率控制信道。将码片分开，使其能取相干和，以便产生导频信道的仿真位差错，用作功率控制位的BER代理。图3示出仅通过本发明用于监视信号质量的硬件的接收信号通路。

天线300是将RF(射频)场变换成交流(AC)信号或反之的换能器。接收天线截取RF能量，并将AC信号传给电子设备。接收的模似信号到达天线单元300后，由接收解调器单元302下变频为基带模拟信号。

在解调单元302进行下变频后，可从信号中的其他信道分出反向功率控制子信道。

接收信号由乘法器304a和304b分别分成同相(I)分量和正交(Q)分量，从而产生复数流。

解扩单元306乘出伪随机(PN)序列，或分出码片。PN序列是无线通信中用于在基站接收机分出用户信号的伪随机数。解扩器306用仍组合的源信号中的全部信道产生源信号的I取样和Q取样。

乘法器308和加法器310从源信号分出反向导频信道和反向功率控制子信道。乘法器308通过将组合信号乘以信道的沃尔什码，使各个信道从组合信号分出，这也称为去除沃尔什覆盖。沃尔什码是无线通信中用于分离信道的正交序列。

加法单元310在全部时间将分离信道中的复数(即码片或码片取样)加以相干组合或进行相加。

开关312在存在反向功率控制子信道信号的1.25毫秒PCG时间段的1/4的期间将分离信道码片流切换到功率控制位矢量加法器单元314。该单元314的输出是接收功率控制位矢量。

在存在反向导频信道信号的1.25毫秒PCG时间段的3/4期间，开关312将分离信道码片流切换到导频滤波加法器单元316和仿真矢量加法器单元318。导频滤波加法器单元314的输出是产生导频滤波器基准矢量的导频信道码片总和的滑动窗口。仿真位矢量加法器单元314是本发明的新颖点。该仿真控制位矢量加法器单元314的输出是代表仿真功率控制位矢量的导频滤波器基准矢量中提取的部分。

本发明将功率控制位矢量投射到导频滤波器基准矢量，以判断功率控制位的极性。与此类似，将仿真功率控制位矢量投射到导频滤波器基准矢量，以产生未知功率控制位的代理BER。

通过在功率控制位(PCB)的持续时间内对全部码片相干求和(将矢量或复数相加成复数总和)，从反向功率控制子信道的波形中取出该PCB(+1/-1)。通过在优化诸如快衰落和慢衰落等不同信道条件基准用的所选给定持续时间内对全部码片相干求和，从反向功率控制子信道的波形中取出导频信道信号。

通过采用导频信道码片相干求和中产生的矢量，本发明在功率控制信道外插入不能直接测量的间接差错度量。以下的附图中详细说明该外插方法。

图4是本发明用于判断功率控制位极性的方法的高层次流程图。功率控制位在发送时使其值为+1或-1。接收机必须判断该位的极性(+1或-1)。接收信号中的噪声会使接收机将该位颠倒，或者选择不正确的接收功率控制位极性，由于在无纠错信息的情况下发送功率控制位，所以接收机不能知道这些位的BER。换句话说，接收机不能知道选择错误极性的频率。提供功率控制位极性判断方法，以说明本发明提供代理BER的未知信息。

在框400中开始进行位极性判断，其中通过对导频信道码片相干求和产生+1值码片的基准矢量，即导频信号的已知值。该矢量是话多个导频信道码片的总和。求和的导频信道码片越多，在信道保持静态的范围内，导频信道矢量变得越大。取样的随机噪声分量相互抵消，同时导频矢量在相同方向变大。产生高信噪比(S/N)的稳定+1值基准矢量，与此相对照，接收机能判决功率控制位的极性。

框402中，对给定功率控制位的全部PCG功率控制码片相干求和，以产生PCB矢量。

框404中，取2个矢量的内积。该内积将功率控制位矢量投射到导频信道基准矢量。内积的结果给出指示极性的符号值。

框406中，通过审查内积(或点积)的符号，判断功率控制位的极性。如果符号为正或角度小于90度，将接收功率控制位判断为+1或与已知+1基准对准。如果符号为负或角度大于90度，则将接收功率控制位判断为-1或与已知+1基准逆对准。

不用本发明的质量监视方法，接收机不能知道BER或噪声造成过程失效的频率。

图5是本发明信道质量监视方法的高层次流程图。

本发明的示范实施例中，在导频信道产生仿真位差错，并且将仿真位的BER用作功率控制子信道BER的代理BER。由于两个信道的差错率在统计上相同，所以能用代理BER。

框500中，采用与判断功率控制位极性(图4的框400)相同的方法产生导频信道基准矢量。本发明利用导频信道总是极性相同，不载送信号并且恒定的特性。由于恒定，可提取矢量的一段(一段持续时间)代表仿真位。本领域的技术人员会明白，采用信道已知特性可扩展到具有已知模式的任何导频信道或导频码元。

框502中，从导频信道矢量提取码片，以形成一段矢量。将所提取导频信道矢量段的码片相干相加，形成复数(矢量)，代表仿真功率控制位(也称为反馈位)。可将该段当作功率控制位用。由于功率控制位用与导频类似的方法在反向链路上发送，可提取一段导频矢量，作为测试信号(或仿真位)处理，以测试极性是正确(+1)还是不正确(-1)。

一小段PCG矢量中的信号按与导频矢量其余部分相同的方向发送。然而，由于该信号具有有限持续时间，所以该持续时间中可能存在足以使该信号翻转的噪声。对该小段取总和，以得到新矢量或仿真功率控制位。即使反向导频信道码片不那样发送，此仿真位也能代表功率控制位。通过判断仿真位的极性能产生功率控制位的代理BER。由于已知发现仿真位极性为-1时，其结果为差错。将-1极性的结果规定为位差错。可判断计算此差错结果的频率。此计算是仿真位误码率的度量，在统计上与功率控制位实际BER等效。由于功率控制位存在的1/4时间中与导频存在的3/4时间中具有相同的统计噪声，所以BER在统计上等效。本发明利用这种测试具有与未知信号相同的S/N的已知信号的方法，外插未知信息的BER。

能在反向链路上与解调功率控制位并行地监视本发明仿真产生的功率控制位，以产生实时代理BER。

无线通信系统用本发明的代理BER保持传输质量，将传输质量固定在特定水平，确保各个信道具有各质量水平，并且测试该系统的物理层。

框504中，取导频矢量与仿真位矢量的内积。该内积将仿其功率控制位矢量投射到导频信道矢量。该内积的结果给出指示极性的带符号结果。

通过审查内积(或点积)的符号，在框506判断仿真功率控制位的极性。如果符号为正或角度小于90度，将仿真功率控制位判断为+1或与已知+1导频信号对准。根据定义，此结果正确。如果符号为负或角度大于90度，将仿真功率控制位判断为-1或与已知+1导频矢量逆对准。根据定义，仿真位的-1极性为差错。

框508中，从仿真位的BER计算功率控制子信道的代理BER，并进行校准，以达到提取这些仿真位的导频信道的信道特性。

本发明通过调整持续时间长度或求和持续时间校准代理BER，以补偿信道条件的变化，如果信道为静态，信号矢量保持相同方向。相关求和永远在相同方向产生较长的矢量。这是以平均高斯白噪声(AWGN)为特征的信道。在AWGN信道中，信道特性在全部时间不变化。矢量间看到的实际噪声是独立的，S/N比高。求和的取样越多，产生稳定的基准矢量也越多。

然而，如果信道随时间变化，或者随时间衰落，基准导频矢量就通过在不同角度变长和变短而变化。这种情况下，对长持续时间求总和会导致矢量之间相互抵消。

在长求和持续时间不产生较稳定基准的衰落信道中，本发明校准导频基准矢量的求和持续时间。

本发明通过在测试环境中将信道分类，按诸如慢衰落、快衰落、无衰落(AWGN)等等类别的每一类将已知信息模式送到接收机，并将代理BER与根据测试方可得已知信息模式判定的实际BER比较，从而产生校准表。接收机通过审查诸如导频信号变化和接收机分支锁定数的信息将信道环境分类。接收机根据信道分类使用校准表。例如，可示出实施例的校准表如下：

代理BER	1×10-1	1×10-1至1×10-3	1×10-1至1×10-5
				无衰落	+0.001％	0.002％	-0.001％
慢衰落	+0.005％	+0.004％	+0.003％

快衰落

+0.007％

0.008％

+0.009％

接收机可将该表用于信道细分类和纠正，或者可作更一般的分类并且用平均纠正值。在信道类型不能归类的情况下，本发明利用校准表平均值，对不同的信道条件进行纠正。然后，将纠正值放回到代理BER计算中。

在前向链路104上，信道S/N比与反向链路106不同。通过增添调整前向链路信道未知功率比的额外步骤，本发明的BER外插方法不仅可用于反向链路信道，而且能用于前向链路信道。

在前向链路上，不用与导频相同的功率电平将功率控制位通过抽删压入前向链路功率控制子信道。前向链路导频功率电平比功率控制位的电平高得多。接收机未知功率控制位与前向导频信道之间的功率比。前向导频信道功率通常是蜂窝区功率的固定百分比(约20％)。前向功率控制子信道的功率电平也依赖前向基本信道或主信道。本发明选择较短的求和持续时间，以在前向链路实现导频基准窗，它在产生前向链路代理BER的矢量时形成与功率控制位相同的能量电平。

为了从导频基准提取数量正确的码片，使两个信道的取样能量相同，本发明采用的方法查看导频信道接收S/N比和功率信道取样，测量信道取样间的幅度差别，并且通过计算判定S/N比。从这些计算能产生相对准确的校准纠正。本发明还用来自基站的消息中包含的S/N比有关信息校准前向链路BER。

图6说明用于控制功率控制子信道差错率并且同时使业务信道差错率保持不同比率的设备。将PN解扩数据供给业务解调器600，根据预定业务沃尔什序列(Wt)将解扩数据解调。示范实施例中，将解调码元供给循环冗余校验(CRC)单元602，它判断是否正确接收解调码元。将CRC校验结果供给控制处理器604。

此外，还将功率控制位矢量、导频基准矢量和仿真位矢量供给控制处理器604。控制处理器604按照上文所述那样计算功率控制子信道的误码率。控制处理器604对业务信道和功率控制子信道都计算差错率。

示范实施例中，基站100发送消息，请求接入终端102增大或减小导频信道与业务信道之间的发射能量差。此操作的进行可替换为独立控制导频信道和业务信道的发射能量。

示范实施例中，消息发生器606一般产生上升/下降命令，总体控制接入终端102的发射能量，还产生消息，指示导频信道与业务信道之间发射能量关系的变化。

将这些消息供给调制器608进行调制，以便发送调制后的码元提供给发射机610，对这些码元进行上变频，放大和滤波，以便通过天线612发射。

提供上述较佳实施例说明，使本领域任何技术人员能制作或使用本发明。这些技术人员不难明白上述实施例的各种更改，并且可将这里规定的一般原理用于其他实施例而无需施展发明本领。因此，本发明不要受这里所示实施例的限制，但要符合这里揭示各原理和新颖特性一致的最大范围。

Claims (10)

1、一种监视无线通信信道中未知信息质量的方法，其特征在于，包含以下步骤：

从已知信道信息产生代理误码率；

将代理误码率用于未知信道信息。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，发送信号中不为质量监视而插入信息。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包含以下步骤：

从已知信道信息建立仿真位，以产生所述代理误码率。

4、如权利要求3所述的方法，其特征在于，产生所述仿真位的所述步骤包含以下步骤：

对已知信息的发送码片求总和；

其中，所述仿真位投射到已知基准矢量，以产生所述代理误码率。

5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，产生所述代理误码率的所述步骤包含以下步骤：

校准所述误码率，以达到信道特性。

6、如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述误码率用于达到监视信息质量的目的。

7、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述误码率用于达到测试物理层的目的。

8、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述误码率用于维持传输质量。

9、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述位差错用于将传输质量固定在特定水平。

10、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述误码率用于提供各个信道的传输质量水平。

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