CN1605164A - 用于根据信道状态生成质量测量目标值的方法和设备 - Google Patents

用于根据信道状态生成质量测量目标值的方法和设备 Download PDF

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Abstract

一种通信设备使用对于相应的通信信道估算的信道参数来生成质量测量目标值(例如，信号干扰比(SIR)目标)。

Description

用于根据信道状态生成质量测量目标值的方法和设备
发明背景
通常在无线通信系统内中实施功率控制方法来将发射功率减到最小，同时仍然保持所需的通信性能水平。在一种流行的功率控制技术中，具有外部循环和内部循环的嵌套循环结构被用于控制发射功率。在外部循环中，接收数据的块差错率(BLER)被监控并与期望的BLER相比较。随后，基于该比较，导出(develop)用于接收机的信号干扰比(SIR)目标。在该内部循环中，接收信号的测量的SIR与该SIR目标进行比较。随后，可以基于SIR比较的结果(例如，表示是否发射功率修改是否是所希望的)产生功率控制消息，以便传送给发射机。这种功率控制技术(及其他类似的方法)具有的问题是，BLER测量相对慢，并因此发射功率不能迅速地适应信道状态的变化。如可以理解的，这可能在具有非固定信道的通信系统中导致差的通信质量。
附图的简要说明
图1是说明能够执行功率控制功能的现有技术通信设备的方框图；
图2是说明按照本发明一个实施例的通信设备的方框图；
图3是说明图2的设备的一种可能实施例的方框图；
图4是说明按照本发明一个实施例适于在执行码分多址(CDMA)技术的蜂窝系统内使用的通信设备的方框图；和
图5是说明按照本发明一个实施例使用SIR目标信息来执行SSDT功能的通信设备的方框图。
详细说明
在下面的详细说明中，参照附图，这些附图通过实例示出其中可以实践本发明的特定实施例。这些实施例被足够详细地描述，以使本领域技术人员能够实践本发明。应理解，本发明的各种各样的实施例虽然不同，但不一定是互相排斥的。例如，不脱离本发明的精神和范围，在此处结合一个实施例描述的特定的特点、结构或者特征可以在其他的实施例内实施。此外，应理解，不脱离本发明的精神和范围，在每个公开的实施例内各个单元的位置或者分布可以改动。因此，以下的详细说明不以限制意义来进行，并且本发明的范围仅利用适当解释的权利要求书以及这些权利要求等效的全部范围来限定。在附图中，遍及若干视图相同的附图标记指相同的或者类似的功能。
本发明涉及用于在通信系统中基于信道状态更新质量测量目标值(例如，SIR目标)的方法和结构。这些方法和结构能够对系统中的信道状态变化提供相对快速的反应。在功率控制的情形下，通过消除对等待相应的差错率信息的需要，使用信道状态信息来更新质量测量目标值可以在功率控制环路中导致快速收敛。当差错率信息可利用时，差错率信息则可以被用于细化该质量测量目标值。用于更新质量测量目标值的方法和结构还应用于包括位置选择分集发射(SSDT)工作模式的系统和设备中。本发明的原理可以在各种各样的不同的无线通信系统应用中使用。本发明的原理在具有可以随时间迅速变化的信道的系统(例如，移动通信系统)中特别有益。
图1是说明能够执行功率控制功能的现有技术通信设备10的方框图。如所说明的，该通信设备10包括：接收天线12、接收机14、信道估算器16、SIR估算器18、块差错率估算器20、SIR目标发生器22、比较单元24、消息发生器26、发射机28和发射天线30。在接收天线12上经由无线通信信道从远程收发信机接收通信信号。接收的信号被传送给接收机14和信道估算器16。该接收机14处理接收的信号并将其转换为基带表示。该信道估算器16处理接收的信号，以估算无线信道的信道参数。该块差错率估算器20从该接收机14接收基带信息，和使用该信息去确定用于该通信设备10的块差错率(BLER)。
该SIR目标发生器22基于由块差错率估算器20确定的估算的BLER和设备10的期望BLER来生成该通信设备10的SIR目标。该SIR估算器18使用由信道估算器16确定的信道参数来估算接收信号的SIR。该比较单元24比较估算的SIR与由该SIR目标发生器22产生的SIR目标，并输出比较结果给该消息发生器26。随后，该消息发生器26基于该比较结果产生功率控制消息。随后该发射机28和发射天线30被用于经由无线信道发射该消息给远程收发信机。该消息例如可以包括将发射功率增加或者降低固定量的请求。接收和发射天线12、30通过增加适当的双工功能可以利用单个天线来代替。
因为通信系统中的差错率典型地是小的，所以测量接收信息的BLER的过程典型地将是相对慢的。也就是说，收敛时间将至少在1/BLER数量级上。因此，由该SIR目标发生器22产生的SIR目标典型地对信道状态的变化作出反应将是缓慢的。由于这个缘故，当信道状态变化时，可能有几个时间周期，在其期间该设备10试图保持不足以实现该设备10的期望BLER的SIR(即，SIR目标)。
图2是说明按照本发明一个实施例的通信设备32的方框图。如将更详细地描述的，该通信设备32能够比较迅速地响应信道变化而更新SIR目标。该通信设备32可以实施为任何形式的可以在无线通信系统内使用的通信设备或者子系统，例如包括手持通信器、蜂窝基站收发信机、卫星上行链路、下行链路或者交叉链路收发信机、陆上无线链路内的收发信机、本地多点分布系统(LMDS)或者多点多信道分布系统(MMDS)收发信机、双向无线电设备、无线局域网(LAN)内的收发信机、城域网(MAN)和广域网(WAN)、无线本地环路收发信机等等。如所说明的，该通信设备32包括：接收天线34、接收机36、信道估算器38、SIR估算器40、性能估算器42、SIR目标发生器44、比较单元46、消息发生器48、发射机50和发射天线52。与图1的设备10内相应的模块不同，图2的SIR目标发生器44使用由信道估算器38估算的信道参数去导出该SIR目标。由该性能估算器42估算的性能信息(例如，块差错率)还可以由该SIR目标发生器44使用去导出该SIR目标。通过使用信道参数去导出该SIR目标，在已经测量相应的性能信息之前，该目标能够迅速地适应在信道状态方面的变化。如前所述，接收信号的SIR是由SIR估算器40估算的，并且与该SIR目标相比较。因而，基于该比较结果可以产生消息并且将此消息传送给远程收发信机。
应该理解，在图2中(以及在此处所涉及的其他方框图中)所示的块实际上是功能性的，并且未必表示分立的硬件单元。例如，在至少一个实施例中，在设备32中一个或多个块在单个(或者多个)数字处理设备内以软件来实现。例如，这可以包括通用微处理器、数字信号处理器(DSP)、简化指令系统计算机(RISC)、复杂指令系统计算机(CISC)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)和/或其他的以及以上所述的组合。
该性能估算器42可以估算对于确定该SIR目标值可能有用的任何类型的性能信息。例如，这可以包括块差错率、误码率、符号差错率及其他性能度量。该信道估算器38可以估算由SIR目标发生器44为了确定SIR目标值而可能需要的任何形式的信道信息。例如，这可以包括在信道中路径的数目、路径强度、移动速度、路径衰落速率、符号能量变化、不同块的符号之间的变化、总的块能量的变化和/或其他。除了由SIR目标发生器44使用的信道参数之外，该信道估算器38还可以估算由该SIR估算器40或者在该通信设备32内的其他功能可能需要的任何其他的信道参数。
在所表示的实施例中，该比较单元46被显示为确定在该SIR目标和该SIR估算之间的差值的差分(difference)单元。其他的比较技术和/或结构可以被选择使用(例如，比率单元等等)。当使用差分单元时，该消息发生器48可以使用该差值的符号(和可能地使用大小)来导出消息，以便传送给远程收发信机。例如，如果该差值是负的，那么SIR估算大于SIR目标，并且该消息发生器可以产生请求远程收发信机将发射功率降低一个固定量(例如，1分贝(dB))的消息。如果该差值是正的，那么该SIR估算小于该SIR目标，并且该消息发生器可以产生请求远程收发信机将发射功率增加一个固定量的消息。在请求改变发射功率之前，该消息发生器48可以选择地要求该差值的大小大于一个阈值电平。如将理解的，还可以使用许多用于导出功率控制消息的选择方法。例如，该消息发生器48可以只发送差值信息给远程收发信机，并且让该远程收发信机据此作出功率控制决定。类似地，该消息发生器48可以发送SIR估算和SIR目标信息给远程收发信机，从而不需要该通信设备32内的比较单元46。如将理解的，用于传送功率控制信息给远程收发信机的许多其他的技术也是可能的。
图3是说明通信设备54的方框图，其表示图2的设备32的一种可能的实施例。如所说明的，SIR目标估算器56用于基于由该信道估算器38导出的信道参数来估算SIR目标。也提供SIR目标校正单元58来在相应的性能信息(例如，差错率信息)可利用时校正由SIR目标估算器56进行的估算。组合单元60组合估算的SIR目标与校正信息，以产生实际的SIR目标。在所说明的实施例中，该组合单元60确定估算的SIR目标和校正项的和。还可以使用许多选择的组合技术和/或结构。
在本发明的至少一个实施例中，该性能估算器42确定在导出校正项中供SIR目标校正单元58使用的接收机36的BLER。通常，无线通信设备的实际BLER将取决于在该系统中信号的格式参数(例如，编码方案、块长度等等)、信道参数和该设备的SIR目标(或者另一质量测量目标值)。因此，如果格式参数和期望的BLER是已知的，理论上使用当前信道参数计算SIR目标是可能的。但是，通常很难获得描述格式参数、信道参数、BLER和SIR目标之间关系的功能，但是可以推导出许多好的近似值。在至少一个实施例中，该SIR目标估算器56使用这些近似值之一来确定SIR目标估算。
因为一旦已确定了估算的信道参数通常相对容易计算近似值，所以估算的SIR目标可以迅速地对信道状态的改变作出反应。一旦差错信息是可利用的，该SIR目标校正单元58可以使用该差错信息来校正SIR目标估算。因此，即使还没有获得相应的测量差错率信息，在用于实现期望误码率的信道状态改变之后不久，相对精确的SIR目标值是可利用的。因此，可以避免在信道状态改变之后非常不适当的SIR目标值被用于扩展的持续时间的情形。应该理解，甚至在结果估算不是非常精确时，该SIR目标近似功能将改善系统定时。甚至一些SIR目标差错利用近似值进行补偿的事实将减少从SIR目标校正单元58中需求的校正项，因此导致较短的收敛时间。一般，SIR目标近似值越精确，结果收敛时间将越短。在本发明的至少一个实施例中，没有SIR目标校正单元58(即，不根据测量的性能水平进行任何校正)而使用SIR目标估算器56。
在一个实施例中，该SIR目标估算器56使用下列等式来近似SIR目标：
SIR目标＝C+D*σ2
这里σ2是总的块能量(即，所有码块符号上接收的能量值)的方差，而C和D是取决于已知技术(例如，编码方案、比特率、期望的BLER等等)参数的变量。该方差σ2可以直接由信道估算器38进行测量，或者其可以根据其他的估算信道参数进行计算。在一种方案中，用于C和D的值被存储在通信设备54中的查找表格内，并且在需要时检索适当的值。
图4是说明按照本发明另一个实施例的通信设备62的方框图。该通信设备62适合于在执行码分多址(CDMA)技术的蜂窝类型系统内使用。该通信设备62可以实施为蜂窝类型系统内的移动通信器或基站收发信机。如所说明的，该通信设备62包括：接收天线34、解扩器64、瑞克(rake)接收机66、信道估算器38、SIR估算器40、解码器68、循环冗余校验(CRC)单元70、SIR目标估算器56、SIR目标校正单元72、组合单元60、比较单元46、消息发生器48、发射机50和发射天线52。当该设备62被作为移动通信器实现时，接收天线34将从一个或多个远程基站接收扩展频谱CDMA信号。该解扩器64使用CDMA技术来解扩一个或多个信号。然后，该信道估算器38处理解扩的信息，以估算用于相应信道的信道参数。然后，该SIR估算器40使用由信道估算器38确定的信道参数来估算接收信号的SIR。该SIR目标估算器56基于由信道估算器38确定的信道参数来估算SIR目标值。该SIR目标值被传送给组合单元60。
瑞克接收机66隔离与特定基站相关的各种各样的多路径分量，并且相干地组合它们。该解码器68解码结果信号。该CRC 70使用来自解码器68的解码的信号信息来检测和定量在该设备62内的CRC差错(例如，作为CRC差错的百分比)。SIR目标校正单元72按照每个CRC结果更新SIR目标校正项。校正CRC将使校正项降低恒量DELTA_UP，同时差错CRC将使校正项增加恒量DELTA_DOWN。如以前所述的，该SIR目标估算器56一般将迅速地对信道状态的变化作出响应。一旦差错信息是可利用的，该SIR目标校正单元72则将更新该SIR目标估算。估算的SIR目标与校正项在组合单元60中进行组合，并且结果SIR目标与SIR估算在比较单元46中进行比较。然后，该消息发生器48基于比较结果产生消息，并且该消息被使用发射机50和发射天线52传送给远程基站。虽然接收天线34将从一个或多个远程用户而不是从一个或多个远程基站接收CDMA信号，但是在通信设备62实施为蜂窝基站时，可以使用类似的方案。
在本发明的至少一个方面中，在基于蜂窝的通信系统内使用SIR目标计算来支持位置选择分集发射(SSDT)操作模式。在这种操作模式中，移动通信器能够在特定的时间上选择多个不同的基站之中的哪一个将发送给它。例如，当信道自一个基站衰落时，操作在SSDT模式中的移动站可以切换到另一个其信道没有衰落的基站。在从一个基站过渡到另一个基站期间，新基站的信道状态通常与先前基站的信道状态完全不同，如果先前基站的SIR目标和新基站一起使用，因此可以导致相对大的SIR目标差错。但是，使用本发明的原理，可以基于新基站的信道状态进行SIR目标值的相对迅速的调整。例如，在一种方案中，在正常操作期间移动站跟踪每个候选基站的信道状态。因而，用于新基站的近似SIR目标值可以在选择新基站时(或者稍后)加以使用。即使其他基站的信道状态没有被跟踪，本发明的SIR目标计算的迅速响应一般将显著地加速用于新基站的收敛。
在过去，操作在SSDT模式中的移动站一般将基于从每个候选基站接收的总功率来选择基站。但是，接收机的性能(例如，BLER等等)可能不只是接收功率的函数，而可以还是其他信道参数的函数。忽略这个事实可以导致过渡到具有较高接收功率的基站，但是这导致较低的性能水平。因此，在本发明的至少一个实施例中，提供了一种使用SIR目标值的系统，这些SIR目标值是使用估算的信道参数计算为SSDT类型基站选择标准的一部分。
图5是说明按照本发明一个实施例的使用SIR目标信息去执行SSDT功能的通信设备80的方框图。如所说明的，该设备80类似于图4的设备62，但是，已增加了SSDT管理器82。如所示的，该SSDT管理器82从SIR目标估算器56接收用于当前被信道估算器38跟踪的基站(即，基站1)的当前SIR目标估算。该SSDT管理器82还从该设备80中与一个或多个其他基站(例如，图5中的BASE 2-BASEM)有关的SIR目标估算器中接收SIR目标估算。这些其他的SIR目标估算在设备80中与所示的相同或者类似的其他的接收信道内导出。该SSDT管理器82使用这些目标估算去选择一个基站用作该设备80的服务基站。除了SIR目标估算之外，该SSDT管理器82还可以考虑其他的标准作为基站选择处理过程的一部分(例如，每个基站的总的接收功率电平等等)。
代替在SIR目标估算器56中产生的SIR目标估算，该SSDT管理器82可以使用由组合单元60输出的校正的SIR目标信息(或者其他的有关信息)。因为SIR目标估算(或者校正的SIR目标信息)一般将迅速地对信道状态的相应变化作出响应，所以该SSDT管理器82可以能够以近似实时方式动态地选择最佳基站。这种基站选择的方案还可以在基于非CDMA的蜂窝系统中实现。在图5的设备80中，SIR目标估算在也执行功率控制的设备中被作为SSDT基站选择处理过程的一部分来使用。应该理解，这些技术还可以在不使用功率控制的设备中使用。
在上述的实施例中，信号干扰比(SIR)被用作通信质量度量。应该理解，按照本发明可以选择使用其他的通信质量度量，包括例如信噪比(SNR)、信号对干扰和噪声比(SINR)、误码率、信号功率等等。
虽然已经结合某些实施例描述了本发明，但是应理解，如本领域技术人员所容易明白的，可以进行修改和变化而不脱离本发明的精神和范围。这样的修改和变化被认为是在本发明和所附的权利要求书的范围和范畴之内的。

Claims (25)

1.一种通信设备，包括：
信道估算器，用于根据从通信信道接收的信号来估算用于该通信信道的信道参数；和
质量测量目标发生器，用于使用由所述信道估算器估算的信道参数来生成用于该通信设备的质量测量目标值，所述质量测量目标值表示用于与该通信设备相关的质量测量的期望值。
2.根据权利要求1的通信设备，其中：
所述质量测量目标发生器生成信号干扰比(SIR)目标值。
3.根据权利要求1的通信设备，其中：
所述质量测量目标发生器包括质量测量目标估算器和质量测量目标校正单元，所述质量测量目标估算器使用由所述信道估算器估算的信道参数来确定估算的质量测量目标值，所述质量测量目标校正单元根据性能信息来校正所述估算的质量测量目标值。
4.根据权利要求3的通信设备，其中：
所述性能信息包括块差错率(BLER)信息。
5.根据权利要求1的通信设备，其中：
所述质量测量目标发生器使用与该通信信道相关的符号能量变化信息来生成所述质量测量目标值。
6.根据权利要求1的通信设备，包括：
质量测量估算器，用于对于从该通信信道接收的信号估算实际的质量测量值。
7.根据权利要求6的通信设备，包括：
消息发生器，用于根据估算的质量测量值和质量测量目标值来生成功率控制消息。
8.根据权利要求1的通信设备，其中：
所述通信设备是手持通信器。
9.根据权利要求1的通信设备，其中：
所述通信设备是基站收发信机。
10.根据权利要求1的通信设备，其中：
所述通信设备是码分多址(CDMA)系统的一部分。
11.用于在通信设备内生成质量测量目标值的一种方法，包括：
根据从通信信道接收的信号，估算用于该通信信道的信道参数；和
使用估算的信道参数来计算质量测量目标值。
12.根据权利要求11的方法，其中：
计算质量测量目标值包括使用估算的信道参数来确定估算的质量测量目标值。
13.根据权利要求12的方法，其中：
计算质量测量目标值进一步包括根据与该通信设备相关的性能信息来校正估算的质量测量目标值。
14.根据权利要求13的方法，其中：
所述性能信息包括块差错率(BLER)信息。
15.根据权利要求11的方法，其中：
估算信道参数包括至少估算以下之一：该通信信道中路径的数目；该通信信道中路径的强度；该通信设备的相对速度；该通信信道中路径的衰落速率；该通信信道中符号能量变化；和该通信信道内不同块的符号之间的变化。
16.根据权利要求11的方法，其中：
计算质量测量目标值包括计算信号干扰比(SIR)目标。
17.一种通信设备，包括：
信道估算器，用于根据从通信信道接收的信号来估算用于该通信信道的信道参数；
性能估算器，用于估算该通信设备的性能参数；和
质量测量目标发生器，用于生成用于该通信设备的质量测量目标值，其中所述质量测量目标发生器使用由所述信道估算器估算的信道参数和由所述性能估算器确定的估算的性能参数来生成所述质量测量目标值。
18.根据权利要求17的通信设备，其中：
所述性能估算器估算该通信设备的接收差错率，并且所述质量测量目标发生器使用所述接收差错率来生成该质量测量目标值。
19.根据权利要求17的通信设备，其中：
所述质量测量目标发生器使用这些信道参数来确定近似的质量测量目标值，并使用估算的性能参数来校正近似的质量测量目标值。
20.根据权利要求17的通信设备，其中：
所述信道估算器至少估算以下之一：该通信信道中路径的数目；该通信信道中路径的强度；该通信设备的相对速度；该通信信道中路径的衰落速率；该通信信道中的符号能量变化；和该通信信道内不同块的符号之间的变化。
21.根据权利要求17的通信设备，包括：
质量测量估算器，用于估算从该通信信道接收的信号的质量测量；和
消息发生器，用于根据估算的质量测量和该质量测量目标值来生成功率控制消息。
22.一种移动通信器，包括：
第一质量测量目标发生器，用于使用对于所述移动通信器和第一远程基站之间的通信信道估算的信道参数来生成用于所述第一远程基站的第一质量测量目标值；
第二质量测量目标发生器，用于使用对于所述移动通信器和第二远程基站之间的通信信道估算的信道参数来生成用于所述第二远程基站的第二质量测量目标值；和
位置选择管理器，用于至少使用所述第一质量测量目标值和所述第二质量测量目标值来选择一个远程基站用作该移动通信器的服务基站。
23.根据权利要求22的移动通信器，其中：
所述第一和第二质量测量目标发生器包括SIR目标发生器。
24.根据权利要求22的移动通信器，包括：
至少一个其他的质量测量目标发生器，用于为至少一个其他的远程基站生成至少一个其他的质量测量目标值，其中所述位置选择管理器使用所述至少一个其他的质量测量目标值来选择所述远程基站用作所述服务基站。
25.根据权利要求22的移动通信器，进一步包括：
消息发生器，用于根据相应的质量测量目标值来生成用于一个远程基站的功率控制消息。
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