CN1505891A

CN1505891A - 通过群分析评估数据流中的信号对相应的传输信道的从属性的方法和装置

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Publication number: CN1505891A
Application number: CNA028089871A
Authority: CN
Inventors: S・贝尔; S·贝尔; じ衤; N·施韦格曼; 芴; H·施密特; 吡形斯基; F·科瓦列维斯基; 厣扯; T·戈特沙尔; H-N·蔡
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-02-27
Filing date: 2002-01-28
Publication date: 2004-06-16
Anticipated expiration: 2022-01-28
Also published as: EP1364502B1; WO2002069589A1; CN1505891B; EP1364502A1; DE50214039D1; DE10109340A1

Abstract

提出一种方法，用于通过群分析评估数据流中的信号对相应的、传输各个信号的传输信道的从属性，其中所述的信号包含有用数据和标识数据，并且其中把所述的标识数据各划分一个对传输各个信号的信道的信道评估。根据本发明的方法的其特征在于，所述的信道评估借助于至少一个相似性量度按群划分给一或者多个分级为相似的信道评估，其中至少一些信道评估可以在每一个群中引起测出一个代表该群的信道评估。此外，本发明还涉及相应地构成的装置，相应的计算机程序和相应的计算机程序产品。

Description

通过群分析评估数据流中的信号对相应的传输信道的从属性的方法和装置

本发明涉及评估数据流中信号对相应的、传输各个信号的信道的从属性的方法和装置，其中所述的信号包含有用数据和标识数据，并且其中把所述的标识数据各划分一个针对传输各个信号的信道的信道评估。

本发明还涉及相应的装置及与所述方法相应的计算机程序以及相应的计算机程序产品。

众所周知前序部分所述类型的方法应用在例如按照移动无线电标准UMTS(通用移动电信系统)的TDD模式(时分复用)工作的第三代移动无线电系统中，对此参见：“WCDMA for UMTS-Radio Access For Third Generation MobileCommunications，H.Holma，A.Toskala，John Wiley & Sons，New York，2000.”。在码分多址(CDMA，码分多址)过程中可以让多个不同的用户的数据流同时经过共同的频带传输，对此参见“Analyse und Entwurf digitaler Mobil funksysteme，P.Jung，B.G.Teubner，Stuttgart，19997”。在图1中示出一种有用数据信号的编码，其中在有用数据上用伪噪音序列(PN码)或所谓的扩展码进行一种异或(XOR)逻辑运算。在此例中有用数据符号相应于一个比特周期。伪噪音序列或扩展码由小的部分组成，即所谓的码片组成。得到的编码信号在图1的下方，表示为两个相互关联的信号。

在UMTS TDD模式中，物理信道由扩展码、时隙和频率信道确定。给每个扩展码在此划分一个参照信号，即所谓的中置码，它伴随着发送。在图2示出UMTSTDD模式中的，专用物理信道(DPCH)的脉冲串结构。对此参见“Mobilfunknetzeund ihre Protokolle，Band1，S.415ff.，B.Walke，B.G.Teubber，2000.”。DPCH存在于上行和下行线路段上并且用作传输有用数据和控制数据，每个脉冲串由有用数据字段组成，其间有所述的控制数据字段或者参照信号用于信道评估，也就是中置码。为了能够均衡不同的用户信号的运行时差，一个脉冲串比一个时隙短96码片(GP，守护同期)。

用不同的扩展码经共同的频带同时传输的数据流一般相互干扰。一方面多路传播导致依次发送的数据符号重迭(ISI，码间干扰)。CDMA编码和多路传播是多路用户干扰(MAI)的原因。对于ISI和MAI的详细说明参阅上述由P.Jung所著的书。ISI和MAI可以在接收机中通过联合检测(JD)消除。在此同样地从接收的的信号中评估所有用户的数据，即使只对一个用户的数据感兴趣。

在接收机中，联合检测算法(JD算法)旨在对每个扩展码中从共同的数据流中算出所属的有用信号。为此JD算法需要前置的信道评估器提供的所谓的信号评估。所述的信道评估器借助于所属的中置码对每个扩展码进行信号评估。因为是评估，这样得出的信号评估有误差。

还公知，可以有多个扩展码属于一个用户，其中每个用户的扩展码数是按当前的传输的需要而定的。因此对于这样的用户计算出多个一般的情况下不是完全相同，而是非常相似的并且从而有误差的信号评估。但是，有多个扩展码属于一个用户或者说由该用户使用的信息，却没有对移动接收机中的JD算法提供。

在固定的发射机中通过多个发射天线传输用户信息并对这种信息进行传播时，一个用户可以使用多个扩展码的方式就被复杂化了。这种过程称为聚束。在聚束时这样地控制N个天线：使之可以有一种对接收机在空间上定向的传输。在这种情况下，给每个天线指定一确定的天线系数，所述的天线系数对于不同用户是不同的，但是对于所有由一个用户利用/使用的扩展码是相同的。对于一个用户的所有扩展码适用相同的天线系数。在图3中示出这种两个用户1和2对相应两个或者三个不同的扩展码和两个发射天线的划分，所述扩展码的标号是11、12、13及，所述发射天线的天线系数是α和β。对于天线1向用户1的三个扩展码11、12和13划分天线系数α₁，而对天线2划分天线系数β₁，对于天线1向用户2的二个扩展码21和22划分天线系数α₂，而对天线2划分天线系数β₂。

对于每个天线用户信息/用户信号可以相同，也就是“复制”，或者是含在多个部分中的“大”信息。

由于在聚束中天线距离(半波长的数量级)非常小，每个发射天线向接收天线的电磁波的传播特性非常相似，从而可以认为它们是相同的。通过信道评估的移动无线电信道还附加地包含高频技术(HF)特有的特性和所谓的天线系数的影响。这意味着，每个天线发出的信号尽管有相同的传播特性，由于用系数进行了加权在信道评估以后每个发射天线到接收天线的传播途径却显得有些不同。其原因在于，信道评估，例如通过接收信号(或者接收信号的含有中置码的部分)与从属于扩展码的中置码相关进行。因为在发射天线，作为完整的脉冲串的一部分的中置码也用天线特定的系数加权，经过本来相同的信道传输不同的中置码。因此通过与原中置码的相关性还得出不同的信道评估。

图4中再次汇总示出了公知的方法。多个由有用数据和中置码(数量是K)组成的数据脉冲串在接收机中被接收。每个中置码都在信道评估器中被划分给一个传输信道并且输送到JD算法，有用数据也在另一个途径向JD算法提供。所述的JD算法从整个数据流中对每个中置码K(也就是对每个扩展码)或者说对相应的评估的信道计算出所属的有用信号。

在这种公知的方法中缺点是，从信道评估器提供的信道评估由JD算法利用，没有得到多个信道评估属于一个单个用户的信息。所述的JD算法多次地从不同的用户出发并且按扩展码测量从而按信号进行信道评估。

本发明的任务是，提供前序部分所述类型的方法及相应的装置及与所述方法相应的计算机程序以及相应的计算机程序产品，从而在移动无线电装置的接收机中为JD算法提供可靠的信道划分，以此JD算法确保改善的信号检测。一般地该任务还在涉及其它的领域，例如语音信号处理中产生改善了的信道划分。

该任务通过前序部分中所述类型的方法这样地解决：所述的信道评估借助于至少一个相似性量度按群划分给一或者多个分级为相似的信道评估，其中至少一些信道评估在每一个群中引起测出一个代表该群的信道评估。

此外该任务通过一种装置这样地解决，所述的装置具有一个处理器，将所述的处理器安排得由它执行根据本发明的方法步骤。

此外该任务还通过根据权利要求22和23的计算机程序以及根据权利要求24的计算机程序产品解决。

本发明的优点还尤其在于，在接收由借助于UMTS TDD模式发射和接收的数据时，信道评估器提供的属于扩展码的信道评估检验相似性，并且在提供给JD算法前被预先处理。以此方式，尽管有不同的扩展码和有时有不同的天线聚束，也能够向接收机提供多个信道评估属于一个用户的信息，而不必详尽地传输该信息。对于相互从属的信道评估的适当的进一步处理为JD算法提供准确的输入值，因为该信道评估较少误差，从而作为JD算法的结果可以对每个用户得到较好的检测结果。

通过这样进行的信道评估之间的相似性检验，可以和/或很可能检测出若干信道评估之间的共同性，所述的共同性可以归结到起源于一个用户的信号。如以上所述，用JD算法的进一步处理由此得到简化。

总之可以由此对JD算法提供改善了的对用户的信道评估从而改善了关联的检测结果。在这种情况下，既可以消除码间干扰也可以消除多路用户干扰(ISI、MAI)。

确定信道评估的相似性可以优选地通过信道评估的相互比较进行，也是相对地进行，或者通过把信道评估与一个绝对值进行。

在相对的相似性判断时，优选地多个并且特别优选地各两个信道评估在相似性量度方面相互比较，其中把一个相似性值作为所述分群测量的基础是适宜的。在此每两个信道评估之间的欧几里德距离用来作为相似性量度，欧几里德距离在下面简称距离。然后把相似性适当地用数字表示。如果把两个以上的信道评估同时进行相互比较，可以构成相应的尺度矩阵，用各个相似性值作为矩阵元。

原则上可以定义不同的相似性量度，用相似性值表达。在下面特别以采用评估的欧几里德距离作为相似性量度为例说明，而不因此对本发明形成限制。

就是说，如果把两个信道的距离作为相似性量度，在一个优选的变例中定义一个距离阈值，根据超过或者低于它的情况就把两个信道评估相应地分类为相似或者不相似。所述的阈值可以在比较信道评估的开始定义，或者在第一个(完全的或者部分的)或者多个信道评估的比较进行过程以后在该比较得出距离的基础上确定，例如确定为得出的信道评估距离的分数或者倍数。

上述的变例是统计分析信道评估距离的例子(一般相对于一个相似性量度的相似性值)。依赖于把信道评估分类为相似或者不相似方面的分析方法确定阈值对于统计分析是适宜的。

优选地在统计排列所测出的距离时采取一个极限值作为阈值，优选地在对比各个距离的出现频度时用作该距离的函数。在此以有利的方式把此函数中的第一个最小值用作阈值。

特别优选地，从至少一个，最好所有的，建立的信道评估群中选择一个代表该群的信道评估，把该信道评估输送到所述的JD算法。选择所有信道评估的算术平均值作为相应代表群的信道评估的选择标准是适宜的。通过平均值可以实现减少信道评估的误差。

有利的扩展是从属权利要求的特征。下面借助于附图说明本发明。在附图中，

图1 表示公知的通过把有用数据与PN序列相乘产生CDMA信号；

图2 UMTS TDD模式中公知的脉冲串结构示例；

图3 从用户对扩展码和天线的划分的公知的原理图；

图4 相应于现有技术的测定信道划分，而

图5 根据本发明的测定信道划分，

图6 直方图，以测出的各个信道评估作为各个距离值的函数。

在图5中示意地画出根据本发明的在UMTS TDD模式中进行数据检测的方法。与公知的，在图4中示出的方法相对比，在提供K个不同的信道评估的信道评估器后，设置一个后处理装置。在此后处理装置中进行相似性检验，并且根据是否满足相似性量度或者说相似性量度，把一个群划分为相互间相似的信道评估或者不划分为相互间相似的信道评估。这种相似性检验的结果然后输送或者说提供到JD算法。

下面分步骤地说明本发明的信道评估的相似性检验，包括一个相应的分群，这两者最好都借助于移动通信装置的接收机中的计算机程序实现：

步骤1：定义相似性量度，例如，两个任意的信道评估之间的欧几里德距离。

步骤2：在所有的可能的信道评估对之间得出相似性量度。以下选择欧几里德距离，简称距离，作为相似性量度。如果在一定的阈值以下或者以上，视距离的定义，把两个信道评估分析为“相似的”或者“不相似的”。

步骤3：然后用一定的方法，把视为相似的信道评估分群。一个信道评估可以最多属于一个群，并且一个群代表一个信道或者一个用户。

下面举例说明用之得出具有相似性的群的步骤3的方法：

步骤3a：在所有的还不属于某群的信道评估中，找出一对按时所选择的相似性量度最相似的，也就是说，具有最小(或者说最大的，参见前文)的距离的。这两个信道评估构成一个新的群。如果不存在这样的群，就不能够构成另外的群。

步骤3b：找出与迄今为止处于该群中的评估相似的所有信道评估。如果这确实有符合的信道评估，就把它收入该群中。如果不止一个信道评估符合，就把对目前处于该群中的信道评估的距离之和最小(或者最大的，参见前文)的信道评估收入该群。如果没有符合的，这个群就不能够扩大了。从而就确定了该群，可以继续从步骤3a开始找出另外的群。

步骤3c：继续步骤3b逐步扩大该群。

所述的方法的结果是，把所述的相互相似的信道评估构成一个群。在这种情况下，于一个优选的实施例中一个群中每个信道评估都必须与该群所有的其它的信道评估相似。如果k1、k2、k3是信道评估，k1与k2相似，但是k1不与k3相似，就不能够把这三个信道评估确定为一个群。

在得出了具有相似的信道评估的群后，计算每个群的平均信道评估，以把该平均值向JD算法提供。这样就按群把所有的信道评估优选地通过所属的平均信道评估取代。

下面借助于两个具体的实施例用示例性数值说明以上的步骤1、2、3a、3b、和3c：

假定H1，…H6是信道评估器对六个所使用的扩展码提供的六个信道评估。在步骤1中确定的相似性量度，为下列的距离值(步骤2)：

	H1	H2	H3	H4	H5	H6
	H1	H2	H3	H4	H5	H6	H1	0	2	7	1	2	3
H2	2	0	8	2	7	9	H1	0	2	7	1	2	3
H2	2	0	8	2	7	9	H3	7	8	0	7	3	10
H4	1	2	7	0	6	2	H3	7	8	0	7	3	10
H4	1	2	7	0	6	2	H5	2	7	3	6	0	8
H6	3	9	10	2	8	0	H5	2	7	3	6	0	8

所以区分“相似”与“不相似”的阈值，在该第一实施例中应当确定为3(见步骤2)。

在第二实施例中，借助于信道评估距离的统计，选择出从其开始把两个信道评估分类为相似的距离值。所述的距离统计借助于图6中所示的直方图说明。区分“相似”与“不相似”的阈值(见步骤2)，在该实施例中应当确定直方图中显著最小的距离。该直方图在距离4和距离6具有这样的显著最小。因此，把所有的距离小于4或者5的信道评估视为相似。

在第三实施例中确定相似性阈值，其中把信道评估的平均距离的分数或者倍数定义为阈值。在以上举例中，所述的平均距离为5.13。

在所有的三个实施例中现在进行根据上述的方法的以相似的相似的信道评估构群(步骤3)：

“相似”和有最小距离的这一对的值为1(H1、H4)(参见步骤3a)。H2和H6对于H1和H4不论是根据第一实施例(距离小于或者等于3)还是根据第二实施例(距离小于或者等于4或5)都是“相似”。这对于第三实施例(距离小于或者等于5.13)也成立。H1与H4的距离之和对H2得出值4，对于H6得出值5。由此把H2添加进该群(参见步骤3b)。现在用所有还没有分群的信道评估关于元H1、H4和H2继续地进行相似性检验(参见步骤3b)。对与H1、H4和H2相似的信道评估的寻找却没有结果。因此该群不能够进一步地扩大，从而不论是按第一实施例、第二实施例还是第三实施例都被确定了。

下面的过程不再考虑第一群(H1、H4、H2)。从而前面的表可以有不同的表达：

	H3	H5	H6
	H3	H5	H6	H3	0	3	10
H5	3	0	8	H3	0	3	10
H5	3	0	8	H6	10	8	0

在剩余的信道评估中重新采用所述的方法：

“相似”和有最小距离的对的值为3(H3、H5)。因为没有对H3和H5相似的信道评估，所以根据所有三个实施例该群不能够进一步地扩大，从而被确定了。

现在划掉H3和H5，只剩下H6。这样不能够再构成群，所述方法结束。其结果是：找到了三个群。第一个群由信道评估H1、H2和H4构成。第二个群由信道评估H3和H5构成，而第三个群只含有信道评估H6.

因为根据相似性检验假定，一个群中的所有信道评估都属于相同的用户从而属于相同信道，可以把该群内的信道评估相应地进行后处理，然后再输入到JD算法。

对于第一组信道评估是实的，并且是四维向量，例如H1＝(1，10，2，0)，H2＝(1，11，1，1)；H4＝(0，10，1，2)。其平均值得出信道评估(0.66，10.33，1.33，1)。信道评估H1、H2和H4由该平均的信道评估值取代，然后再输入到JD算法。

第二组信道评估是同样是实的，并且是四维向量，例如H3＝(8，6，1，0)，H5＝(9，6，1，1)。其平均值得出信道评估(8.5，6，1，0.5)。信道评估H3和H5由该平均的信道评估值取代，然后再输入到JD算法。

信道评估H6作为第三群不加改变地输入到JD算法。

根据本发明就可以通过至少一个相似性检验确定哪个信道评估属于同一个用户。借助于相似性检验从而可以附加地从信道评估中得出信息。相应的在接收机的信息空缺可以排除，由此可以得到较好的检测结果。不需要为此信息附加的传输资源。

本发明还针对具有处理器的装置，借助于所述处理器可以实现本发明所述的方法步骤。如果所述的装置构成为移动的电信发射装置，它除了接收模块之外还优选地包括发射模块。所述接收模块设计用于接收根据本发明传播的信号。

本发明所述的方法优选地借助于相应的计算机程序和计算机程序产品实现。

本发明不只能够用于详细说明的用在移动通信尤其是必须传输和接收UMTSTDD模式的方法中，而是还可以用于基于信道评估的相似性的阈值判断的其它相似性检验，例如其它的群分析方法。

Claims

1.方法，用于评估数据流中的信号对相应的、传输各个信号的传输信道的从属性，其中所述的信号包含有用数据和标识数据，并且其中给所述的标识数据各划分一个传输相应信号信道的信道评估，

其特征在于，

所述的信道评估借助于至少一个相似性量度按群划分给一或者多个分类为相似的信道评估，其中至少一些信道评估可以在每一个群中引起测出一个代表该群的信道评估。

2.如权利要求1所述的方法，

其特征在于，

所述的信号是移动无线电信号，尤其是按照UMTS-TDD模式传输和接收的移动无线电信号。

3.如以上权利要求之一所述的方法，

其特征在于，

所述的标识数据包含扩展码，所述的扩展码分别被划分给至少一个数据序列，优选地是相应于按UMTS-TDD模式传输的信号的中置码。

4.如以上权利要求之一所述的方法，

其特征在于，

至少一些信号用天线系数加权，所述的天线系数属于通过它发射这些信号的天线。

5.如以上权利要求之一所述的方法，

其特征在于，

借助于至少一个，用相似性值表达的相似性量度，确定信道评估的相互间相对的或者绝对的相似性，最好是与一或者多个与各个信道评估无关的值成比例的相似性。

6.如权利要求5所述的方法，

其特征在于，

在多个，最好两个，信道评估之间借助于至少一个相似性量度测出相似性值，以用该相似性作为所述分群的基础。

7.如权利要求6所述的方法，

其特征在于，

采用每两个信道评估之间欧几里德距离作为相似性量度。

8.如权利要求7所述的方法，

其特征在于，

采用每两个信道评估之间的确定的距离值作为关于相似性和非相似性分类的阈值，。

9.如以上权利要求之一所述的方法，

其特征在于，

采取相应的多个，最好每两个，信道评估的相似性值的统计分析，其中优选地依赖于统计分析的阈值用于在相似性或者非相似性方面的分类。

10.如权利要求9所述的方法，

其特征在于，

测出一个极限值作为在相似性或者非相似性方面的分类用的阈值，优选地是各个相似性的出现频度的表达中的作为相似性值的函数的第一最小值。

11.如权利要求9所述的方法，

其特征在于，

采用测出的信道评估的相似性平均值的分数或者倍数作为在相似性或者非相似性方面的分类用的阈值，。

12.如以上权利要求之一所述的方法，

其特征在于，

把信道评估分为相应的一个群按以下条件进行：每个信道评估对于同一群中所有其它的信道评估必须被分类为相似。

13.如以上权利要求之一所述的方法，

其特征在于，

为了构成群和群的划分，首先把最大程度满足至少一个相似性量度的信道评估分到一个群中，并且把其它的信道评估与已经分入群的的信道评估在达到阈值方面进行比较。

14.如权利要求13所述的方法，

其特征在于，

在多个信道评估达到阈值的情况下，对于到目前处在该群中的信道评估，把具有最小的或者最大的相似性值之和的信道评估收入到该群中。

15.如以上权利要求之一所述的方法，

其特征在于，

按顺序进行如权利要求12至14之一所述的分群，直到所有的信道评估都划分到相应的一个群中。

16.如以上权利要求之一所述的方法，

其特征在于，

从至少一个信道评估的群中选择一个代表该群的信道评估。

17.如以上权利要求16所述的方法，

其特征在于，

采用所有在该群中的信道评估的算术平均值作为代表相应的一个群的信道评估选择标准，。

18.如权利要求16或17所述的方法，

其特征在于，

按群把所有的信道评估用所属代表的，最好根据权利要求17所述的平均信道评估取代。

19.如以上权利要求之一所述的方法，

其特征在于，

把代表该群的信道评估提供给联合检测算法，所述的联合检测算法对每个扩展码或者对每个代表一群的信道评估计算出所属的信号的有用数据。

20.具有处理器的装置，把所述的处理器安排成由该处理器执行权利要求1至19之一的方法步骤。

21.如权利要求1所述的装置，

其特征在于，

所述的装置构成为具有接收模块的移动电信装置并且最好还含有发射模块。

22.计算机程序，所述计算机程序可以在一个装置上，尤其在如如权利要求20至21所述的装置上，运行，使得计算机程序与装置一起执行权利要求1至19的方法步骤。

23.计算机程序，所述计算机程序可以在一个装置上，尤其如权利要求20至21之一所述的装置上，运行，把所述装置编程使其能够或者说适于执行权利要求1至19之一的方法步骤。

24.计算机程序产品，所述计算机程序产品含有计算机可读的存储媒体，在其上存储一个程序，所述的程序可以在一个装置上，尤其如权利要求20至21之一所述的装置上，运行，使得计算机程序与装置一起执行权利要求1至19之一的方法步骤。