CN1483254A - 用于自适应天线系统的干扰功率估测 - Google Patents

Abstract

提出了在利用自适应天线技术的通信系统的接收机中确定干扰功率估测的技术。该技术使用通过天线信号和波束信号发送的信息确定干扰功率的估测。

Description

用于自适应天线系统的干扰功率估测

技术领域

本发明涉及一种用于估测自适应天线系统的接收机中的干扰功率的技术，特别但不唯一涉及在移动通信系统中移动站接收机的快速功率控制的目的。

背景技术

在宽带码分多址系统(W-CDMA)中，精确的功率控制对于高系统容量来说是一个基本要求。在下行链路中发射功率将保持尽可能的低以最小化干扰，但又足够地高以保证要求的服务质量。此外，在下行链路中，希望为小区边缘的移动站提供附加功率余量，因为它们更多地受到其他小区的干扰。

尽管一个相对慢的功率控制算法可以补偿大范围衰减，距离衰减和盲区衰落，但对于缓慢移动的终端的多路径衰减仍然需要一个快速功率控制算法。

在宽带码分多址系统(W-CDMA)的前向链路，即下行链路中，内环功率控制调整基站发射功率，以便把下行链路接收信号干扰比(SIR)保持在一个给定的目标水平(在移动站)。根据要求的质量定义SIR目标。为了得到可靠的SIR估测，需要使用窄带估测(在解扩展之后)。这在W-CDMA系统的下行链路方向特别重要，因为使用了正交信道化编码。功率控制的严格延迟需求要求以逐个时隙的方式得到SIR估测。

SIR估测分成：a)信号功率估测；和b)干扰功率估测。

在宽带码分多址系统(WCDMA)的前向链路中，在整个小区或扇区广播一个主公共导频信道(P-CPICH)。在使用多波束方案(每个扇区有多路波束)和在特定于用户的波束形成的情况下，P-CPICH同样被广播。因此，每个扇区始终存在一个这样信道，不管应用的传输模式如何。

在单天线传输的情况下，通常根据主公共导频信道执行干扰功率估测。然而当利用自适应天线技术时，通常通过窄波束发送专用信道，这意味着P-CPICH和下行链路物理信道(DL-DPCH)在传输到移动站天线时经历不同的信道特征。因此，和P-CPICH相比，DL-DPCH的衰减几乎不相关。相关性取决于无线信道的角展度(从无线收发机基站的角度观察)。

在当前已知的系统中，因为P-CPICH(天线信号)在传输到移动站天线的过程中通常不经历相同的信道特征，所以下行链路专用物理控制信道(DL-DPCCH)被用于自适应天线系统的DL-DPCH(波束信号)的功率干扰估测。

本发明的一个目的就是提供一种用于估测自适应天线系统的接收机中干扰功率的改进技术。

发明内容

依据本发明的一个方面，提供一种在具有自适应天线发射机的通信系统的接收机中估测干扰功率的方法，包括：接收波束信号；接收天线信号；并根据通过接收的天线信号所接收的信息来估测接收波束信号的干扰功率。

在本文中，天线信号是针对许多用户共同广播(在整个扇区上发送)的信号，而波束信号是特定于用户的传输(在多波束系统的情况下，是特定于一组用户的传输)。也可以通过从天线阵列的所有单元发送天线信号来产生天线信号。波束信号通常在一部分扇区上发送。在自适应天线传输模式的情况下，所谓的天线信号和波束信号在传输到移动站天线的过程中可以经历不同的信道特征。估测干扰功率的步骤可以进一步基于接收到的波束信号。天线信号可以包含公共导频信道，其中估测干扰功率的步骤基于通过公共导频信道接收的信号。波束信号可以包含专用信道，其中估测干扰功率的步骤进一步基于通过专用信道接收的信号。通信系统可以是W-CDMA系统。天线信号可以包含主(primary)公共导频信道。波束信号可以包含次(secondary)公共导频信道。估测干扰功率的步骤可以利用通过主公共导频信道发送的导频信号。可以利用通过次公共导频信道发送的导频信号进行估测干扰功率的步骤。波束信号可以包含专用物理信道。可以利用通过专用物理信道发送的导频信号进行估测干扰功率的步骤。可以使用等增益混合来估测干扰功率。

可以使用下式估测干扰功率：

${\hat{h}}_l^{\left(c\right)}=\frac{1}{N_C}\underset{i=1}{\overset{N_c}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{l,i}^{\left(c\right)}{a}_i^{{\left(c\right)}^{*}}$

$\hat{I}=\frac{1}{L}\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{N_c}\underset{i=l}{\overset{N_C}{\mathrm{\Σ}}}{|r_{l,i}^{\left(c\right)}-{\hat{h}}_l^{\left(c\right)}|}^2$

其中： ${\hat{h}}_l^{\left(c\right)}=P-\mathrm{CPICH}$ 信道的信道估测，l是路径索引

N_c＝在P-CPICH信道中每个时隙的导频符号数量

a_i ^(c)＝P-CPICH信道的复导频符号，i是符号索引

r_i，l ^(c)＝从P-CPICH信道接收的复导频符号

可以使用最大比混合(maximal ratio combining)估测干扰功率。

可以使用下式估测干扰功率：

${\hat{h}}_l^{\left(d\right)}=\frac{1}{N_d}\underset{i=1}{\overset{N_d}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{l,i}^{\left(d\right)}{a}_i^{{\left(d\right)}^{*}}$

$\hat{I}=\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\left[{\left|{\hat{h}}_l^{\left(d\right)}\right|}^2\frac{1}{N_c}\underset{i=1}{\overset{N_c}{\mathrm{\Σ}}}{|r_{l,i}^{\left(c\right)}-{\hat{h}}_l^{\left(c\right)}|}^2\right]$

其中： ${\hat{h}}_l^{\left(d\right)}=\mathrm{DL}-\mathrm{DPCCH}$ 信道的信道估测，l是路径索引

N_d＝时隙中的专用导频符号数量

a_i ^(d)＝专用复导频符号，i是符号索引

r_i，l ^(d)＝从专用信道接收的复导频符号

本发明进一步提供一种在具有自适应天线发射机的W-CDMA通信系统的接收机中估测干扰功率的方法，包括：接收具有专用物理控制信道的波束信号；接收具有主公共导频信道的天线信号；并根据通过主公共导频信道接受的导频信号估测接收的波束信号的干扰功率。

还可以根据通过专用物理信道接收的专用符号估测干扰功率。还可以根据通过次公共导频信道接收的导频信号估测干扰功率。依据本发明的另一方面，提供具有自适应天线发射机的通信系统的一种接收机，包括：用于接受波束信号的第一输入装置；用于接受天线信号的第二输入装置；和连接到第二输入装置、用于根据通过天线信号接收的信息估测接收的波束信号的干扰功率的估测装置。

估测装置还可以连接到第一输入装置，用以根据通过波束信号另外接收的信息来估测参数。天线信号可以包含公共导频信道，其中通过公共导频信道接收信息。波束信号可以包含专用信道，其中通过专用信道另外接收信息。W-CDMA系统可以包含这样的接收机。W-CDMA系统可以包含至少一个具有这样的接收机的移动站。天线信号可以包含主公共导频信道。波束信号可以包含次公共导频信道。可以利用通过主公共导频信道发送的导频信号估测干扰功率。可以利用通过次公共导频信道发送的导频信号估测干扰功率。波束信号可以包含专用物理信道。可以利用通过专用物理信道发送的信号估测干扰功率。

附图说明

参照附图，通过例子可以更好的理解发明。其中：

图1说明了在每个(三扇区结构)中利用不同传输模式的示例性W-CDMA基站小区；

图2以模块图的形式说明了实现本发明所需的接收机的单元；而

图3说明了现有技术和本发明技术相比较的模拟结果。

具体实施方式

参照附图1，现在描述用于说明本发明的多扇区W-CDMA小区的例子。但是，本发明在任何情况下都并不是限制于这样一个特殊的例子。

多个移动站或用户设备在小区内漫游。例如，如图1所示，移动站130连接到小区106，移动站132连接到小区104，而移动站134连接到小区104和108。

基站小区102被分成N个扇区，在图1所示的例子中N＝3。

如图1的扇区106所示，每个扇区可以被分成使用无线收发站112的固定波束或可操纵(特定于用户的)波束。波束116代表次公共导频信道，波束120代表下行链路专用物理信道，波束118表示主公共导频信道。

图1的扇区104说明了利用无线收发站110时的传统单天线传输模式。波束120表示下行链路专用物理信道，波束118表示主公共导频信道。

图1的扇区108说明了使用无线收发站114时的特定于用户的波束形成。波束120表示下行链路专用物理信道，波束118表示主公共导频信道。

因而图1说明了在不同传输模式中需要的CPICH，和单用户的DL-CPCH。

为了描述本发明，图1所示三个无线收发基站中的两个使用自适应天线技术与小区的不同扇区中的移动站通信。两个使用自适应天线技术的扇区是扇区106和108。自适应天线技术在本领域是公知的，本发明不直接涉及这样的技术的任何具体实施细节。本领域技术人员知道，当使用自适应天线技术时，无线收发机基站100通过窄波束发送特定于移动站的数据到移动站。

对于自适应天线系统，W-CDMA规范定义了前向链路中的三个不同类型的导频信道。这些导频信道是：

1.P-CPICH(主公共导频信道)；

2.S-CPICH(次公共导频信道)；和

3.在DPCCH(专用物理控制信道)的专用导频符号。

在多扇区结构中的整个扇区上广播P-CPICH，并且每个扇区仅有一个这样的信道。P-CPICH用于切换测量和小区选择/再选择过程。当公共信道与专用信道不相干或与自适应天线技术无关时，P-CPICH的另一个功能是帮助移动站对专用信道进行信道估测，并给公共信道提供信道估测参考。

S-CPICH可以在整个小区或部分小区上发送。每个小区或扇区可以有零个，一个或几个S-CPICH。S-CPICH的一个典型应用领域是与在每个扇区具有多个波束(固定的)的基站进行操作。S-CPICH用于在移动站上识别不同的波束。

专用导频符号被多路复用到下行链路专用物理信道(DPCH)中。它们被用于信号干扰比(SIR)估测和信道估测。如果移动站或用户装置被通知这样的信息：P-CPICH不是相位基准并且没有可用的S-CPICH，则DL-DPCCH中的专用导频比特成为DL-DPCH的相位基准。例如在特定于用户的射束形成时可能发生这种情况。

依据本发明，建议在自适应天线系统的接收机中使用主公共导频信道P-CPICH估测移动站或用户设备中的干扰功率。

即使特定于用户的射束形成被应用于自适应天线系统，也必须广播P-CPICH。

下面提供一个依据本发明的干扰功率估测技术的推荐实施例。

如果认为干扰是附加的高斯白噪声(AWGN)型干扰，并且在估测周期信道保持恒定，则估测未知方差的最优选择是最小无偏差方差(MVU)。下面说明依据本发明的MVU干扰估测方法。

接收信号被表示成X，其定义为：

x(n)＝A+w(n)                 (1)

这里，A是信号的振幅，w(n)是具有功率σ²的零均值白噪声。噪声功率的MVU估测是：

${\widehat{\mathrm{\σ}}}^2=E\left({|X-E\left(X\right)|}^2\right)---\left(2\right)$

其可以简化成：

${\widehat{\mathrm{\σ}}}^2=E\left({\left|X\right|}^2\right)-{\left|E\left(X\right)\right|}^2---\left(3\right)$

(2)的期望值是

$E\widehat{\left({\mathrm{\σ}}^2\right)}=\frac{p}{p+1}{\mathrm{\σ}}^2---\left(4\right)$

这里p是估测所使用的样本数量。

(2)的方差是：

$\mathrm{var}\widehat{\left({\mathrm{\σ}}^2\right)}=\frac{2(p-1){\mathrm{\σ}}^4}{p^2}---\left(5\right)$

当在W-CDMA系统实施MVU估测时，思路是分别针对rake接收机(DL-DPCH指针位置)的每个时间rake指针(temporal rakefinger)计算干扰功率。通过混合特定于指针的估测来给出总的干扰功率估测(rake混合之后)。这可以通过例如取特定于指针的估测的平均值(等增益混合)，或者使用专用信道的估测进行加权(最大比混合)来做到。

下面给出利用等增益混合的第一实施例的例子：

${\hat{h}}_l^{\left(c\right)}=\frac{1}{N_C}\underset{i=1}{\overset{N_c}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{l,i}^{\left(c\right)}{a}_i^{{\left(c\right)}^{*}}---\left(6\right)$

$\hat{I}=\frac{1}{L}\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{N_c}\underset{i=l}{\overset{N_C}{\mathrm{\Σ}}}{|r_{l,i}^{\left(c\right)}-{\hat{h}}_l^{\left(c\right)}|}^2---\left(7\right)$

${\hat{h}}_l^{\left(c\right)}=P-\mathrm{CPICH}$ 信道的信道估测，l是路径索引

N_c＝P-CPICH信道中每个时隙的导频符号数量

a_i ^(c)＝P-CPICH信道的复导频符号，i是符号索引

r_i，l ^(c)＝从P-CPICH信道接收的复导频符号

下面给出在第二实施例中最大比混合的例子：

${\hat{h}}_l^{\left(d\right)}=\frac{1}{N_d}\underset{i=1}{\overset{N_d}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{l,i}^{\left(d\right)}{a}_i^{{\left(d\right)}^{*}}---\left(8\right)$

$\hat{I}=\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\left[{\left|{\hat{h}}_l^{\left(d\right)}\right|}^2\frac{1}{N_c}\underset{i=1}{\overset{N_c}{\mathrm{\Σ}}}{|r_{l,i}^{\left(c\right)}-{\hat{h}}_l^{\left(c\right)}|}^2\right]---\left(9\right)$

这里：

${\hat{h}}_l^{\left(d\right)}=\mathrm{DL}-\mathrm{DPCCH}$

信道的信道估测，l是路径索引

N_d＝时隙中的专用导频符号数量

a_i ^(d)＝专用复导频符号，i是符号索引

r_i，l ^(d)＝从专用信道接收的复导频符号

参照图2，说明了在典型的W-CDMA系统中适合实施本发明的接收机的主要单元的模块图。

参照图2，这里提供了相关器组202，MVU估测器204，混合器206和滤波器208。

对于线210上天线接收的主公共导频信道的接收机，相关器组202充当该接收机的输入装置。相关器组202提供输出到MVU估测器204。MVU估测器204也在线212上接收DL-DPCH rake指针的延迟位置(即DL-DPCH的指针分配)。MVU估测器204的输出向混合器206提供输入。混合器206的输出可选地被滤波器208滤波。滤波器208的输出提供第i个时隙的窄带干扰功率估测。

执行链路级模拟以研究在特定于用户的波束形成的情况下的干扰功率估测性能。主要模拟和无线环境相关参数在下面的表I中列出。假设使用具有8个天线单元的均匀线性天线阵列发送波束信号(DL-DPCH)。使用天线阵列的第一单元发送P-CPICH。

比较的干扰功率估测方法	1.基于DL-DPCH的MVU估测值2.基于P-CPICH的MVU估测值
		信道分布	2路径瑞利(Rayleigh)
移动速度	3km/h
		几何数值	9.0dB
天线阵列的单元间距离	λ/2
		平均入射角	0度
角展度	60度
		DL-DPCH的扩展因子	128
DL-DPCH符号的数量	4
		P-CPICH的扩展因子	256
P-CPICH符号的数量	10
		P-CPICH的功率	-10dB
工作点	0.18的未编码误码率
		功率控制	关闭

表I

在特定于用户的波束形成(以逐个时隙的方式)的情况下，比较基于DL-DPCCH和P-CPICH的干扰功率估测值(MVU)。

这个模拟结果在图3中示出。图3表明，即使在角展度较大的情况下(即天线信号和波束信号几乎不相关)，P-CPICH也可以被用于DL-DPCH的干扰功率估测。可以看出，从P-CPICH得到干扰功率估测(图3中的中央粗线)跟随DL-DPCH的正交干扰的变化。图2还表明，从P-CPICH得到的I估测的方差远小于从DL-DPCH估测的结果，其在图3中用浅轮廓线说明。这是由于两个原因：

1.在P-CPICH信道中，有多个样本(解扩展符号)来计算MVU估测(见公式5)。

2.由于更高的扩展因子(见公式5)，在P-CPICH信道中估测的噪声方差小于在DPCCH信道估测的结果。

因此本发明提供一种技术，其中在优选实施例中，主公共导频信道用于下行链路物理信道的干扰功率估测，下行链路物理信道的干扰功率估测是SIR估测的一部分。这一技术可以用在利用波束形成、不管P-CPICH和DL-DPCH之间的相关的天线结构中。建议的干扰功率估测器的性能不取决于P-CPICH信道的发送功率。

这里所描述的基于P-CPICH的干扰功率估测方法可以估测DL-DPCCH的正交干扰，即使两个信道完全不相关。对于这里所描述的基于P-CPICH的干扰功率估测的唯一约束是：时间rake指针的延迟位置必须在P-CPICH(天线信号)与DL-DPCCH(波束信号)中相同。

Claims (30)

1.一种在具有自适应天线发射机的通信系统的接收机中估测干扰功率的方法，包含：接收波束信号；接收天线信号；并根据通过接收的天线信号接收的信息估测接收的波束信号的干扰功率。

2.如权利要求1所述的方法，其中，进一步根据接收到的波束信号进行估测干扰功率的步骤。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中，天线信号包含公共导频信道，根据通过公共导频信道接收的信号进行估测干扰功率的步骤。

4.如权利要求2或3所述的方法，其中，波束信号包含专用信道，根据通过专用信道接收的信号进行估测干扰功率的步骤。

5.如权利要求1到4的任一权利要求所述的方法，其中，通信系统是W-CDMA系统。

6.如权利要求5所述的方法，其中，天线信号包含主公共导频信道。

7.如权利要求5所述的方法，其中，波束信号包含次公共导频信道。

8.如权利要求6所述的方法，其中，利用通过主公共导频信道发送的导频信号进行估测干扰功率的步骤。

9.如权利要求7所述的方法，其中，利用通过次公共导频信道发送的导频信号进行估测干扰功率的步骤。

10.如权利要求5到9的任一权利要求所述的方法，其中，波束信号包含专用物理信道。

11.如权利要求10所述的方法，其中，利用通过专用物理信道发送的导频信号进行估测干扰功率的步骤。

12.如权利要求10所述的方法，其中，利用等增益混合估测干扰功率。

13.如权利要求12所述的方法，其中，利用下式估测干扰功率：

${\hat{h}}_l^{\left(c\right)}=\frac{1}{N_C}\underset{i=1}{\overset{N_c}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{l,i}^{\left(c\right)}{a}_i^{{\left(c\right)}^{*}}$

$\hat{I}=\frac{1}{L}\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{N_c}\underset{i=l}{\overset{N_C}{\mathrm{\Σ}}}{|r_{l,i}^{\left(c\right)}-{\hat{h}}_l^{\left(c\right)}|}^2$

其中： ${\hat{h}}_l^{\left(c\right)}=P-\mathrm{CPICH}$ 信道的信道估测，l是路径索引

N_c＝P-CPICH信道中每个时隙的导频符号数量

a_i ^(c)＝P-CPICH信道的复导频符号，i是符号索引

r_i，l ^(c)＝从P-CPICH信道接收的复导频符号。

14.如权利要求10所述的方法，其中，利用最大比混合估测干扰功率。

15.如权利要求14所述的方法，其中，利用下式估测干扰功率：

${\hat{h}}_l^{\left(d\right)}=\frac{1}{N_d}\underset{i=1}{\overset{N_d}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{l,i}^{\left(d\right)}{a}_i^{{\left(d\right)}^{*}}$

$\hat{I}=\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\left[{\left|{\hat{h}}_l^{\left(d\right)}\right|}^2\frac{1}{N_c}\underset{i=1}{\overset{N_c}{\mathrm{\Σ}}}{|r_{l,i}^{\left(c\right)}-{\hat{h}}_l^{\left(c\right)}|}^2\right]$

这里： ${\hat{h}}_l^{\left(d\right)}=\mathrm{DL}-\mathrm{DPCCH}$ 信道的信道估测，l是路径索引

N_d＝时隙中的专用导频符号数量

a_i ^(d)＝专用复导频符号，i是符号索引

r_i，l ^(d)＝从专用信道接收的复导频符号。

16.一种在具有自适应天线发射机的W-CDMA通信系统的接收机中估测干扰功率的方法，包含：接收具有专用物理控制信道的波束信号；接收具有主公共导频信道的天线信号；并根据通过主公共导频信道接收的导频信号估测接收的波束信号的干扰功率。

17.如权利要求16所述的方法，其中，另外根据通过专用物理信道接收的专用符号估测干扰功率。

18.如权利要求16所述的方法，其中，另外根据通过次公共导频信道接收的导频信号估测干扰功率。

19.具有自适应天线发射机的通信系统的接收机，包括：用于接收波束信号的第一输入装置；用于接收天线信号的第二输入装置；和连接到第二输入装置、用于根据通过天线信号接收的信息估测接收的波束信号的干扰功率的估测装置。

20.如权利要求19所述的接收机，其中，估测装置还连接到第一输入装置，用以根据通过波束信号另外接收的信息来估测参数。

21.如权利要求19或20所述的接收机，其中，天线信号包含公共导频信道，通过公共导频信道接收信息。

22.如权利要求19或20所述的接收机，其中，波束信号包含专用信道，通过专用信道另外接收信息。

23.一个W-CDMA系统，包含如权利要求19到22的任一权利要求所述的接收机。

24.一个W-CDMA系统，包含至少一个移动站，所述移动站包含如权利要求19到24的任一权利要求所述的接收机。

25.如权利要求21或22所述的接收机，其中，天线信号包含主公共导频信道。

26.如权利要求21或22所述的接收机，其中，波束信号包含次公共导频信道。

27.如权利要求23所述的接收机，其中，利用通过主公共导频信道发送的导频信号估测干扰功率。

28.如权利要求23所述的接收机，其中，利用通过次公共导频信道发送的导频信号估测干扰功率。

29.如权利要求24到28的任一权利要求所述的接收机，其中，波束信号包含专用物理信道。

30.如权利要求29所述的接收机，其中，利用通过专用物理信道发送的信号估测干扰功率。

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