CN1735083B - 扩频接收机中的码片均衡器的噪声因子计算方法 - Google Patents

Abstract

一种为扩频接收机中的码片均衡器计算噪声因子的方法，该方法包括以下步骤：计算扩频接收机接收的码片信号的多个分离的衰落路径的信道估计和噪声方差估计；计算信道估计的功率的总和；估计码片信号的码片能量；以及从码片能量估计、信道估计和噪声方差估计、信道估计的功率的总和以及导频信号的扩展因子中计算噪声因子。

Description

扩频接收机中的码片均衡器的噪声因子计算方法

技术领域

本发明一般地涉及扩频接收机，特别涉及优化通过多个分离的衰落路径信道传输的扩频信号的均衡的方法。本发明适于在包括W-CDMA传输技术的应用中使用，并且关联该示例性应用来描述本发明将是很方便的。

背景技术

在W-CDMA通信系统中，在发射机处的多码信号是互相正交的。然而，当这些信号通过多径衰落信道传播时，该正交性消失。在W-CDMA接收机中使用码片均衡器作为恢复信号正交性的装置，由此来提高接收机的性能。典型地，码片均衡器被作为有限冲激响应(FIR)滤波器来实施。该码片均衡器试图通过倒置信道来补偿多径干扰。一种使用直接倒置矩阵方法来计算最佳码片均衡器滤波器系数的已知方法包括从公式G＝H^HH+βI中估计矩阵G，其中H^HH是信道相关矩阵，I是单位矩阵，β是W-CDMA系统中的标量噪声因子。

信道估计以获得信道相关矩阵的方法通常是直接的，并且能够基于W-CDMA系统中的通用导频信号来估计。然而，迄今为止对于W-CDMA系统中的标量噪声因子的估计的最佳计算方法只有有限的考虑，或者还没有任何考虑。仅仅使用信道估计知识而不考虑噪声方差的码片均衡器与考虑了两种因子的接收机相比，导致了较次的性能。

发明内容

考虑到上面的原因，本发明的一个目的在于提供一种将接收的多径失真的码片信号进行均衡的方法，该方法改进或者克服了现有技术中的一个或者多个缺点。

本发明的另一个目的在于提供一种为扩频接收机中的码片均衡器计算噪声因子的方法，该方法优化了对所接收的码片信号的均衡。

本发明的又一个目的在于提供一种为扩频接收机中的码片均衡器计算噪声因子的方法，该方法对于实施来说简单并且实用。

根据本发明的第一方面，提供了一种为构成扩频接收机的码片均衡器计算所使用的噪声因子的方法，该方法包括以下步骤：

计算所述扩频接收机接收的码片信号的多个分离的衰落路径的信道估计和噪声方差估计；

计算信道估计的功率的总和；

估计码片信号的码片能量；和

从码片能量估计、信道估计和噪声方差估计、信道估计的功率的总和以及导频信号的扩展因子中计算噪声因子。

在前述的第一方面，计算信道估计和噪声方差估计的步骤可以通过使用与每个衰落路径对应的解扩的导频信号来实施。

同样，计算信道估计的功率的总和

的步骤可以根据公式(1)实施：

$\hat{P}=\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{\left|{\hat{h}}_l\right|}^2---\left(1\right)$

其中L是衰落路径的数目，

是第l衰落路径的信道估计。

此外，在计算噪声因子的步骤中，优选地，选择并使用具有最大功率的衰落路径的信道估计和噪声方差估计。

而且，选择具有最大功率的衰落路径的信道估计和噪声方差估计的步骤可以根据公式(2)来实施：

$m=\arg \left[\max \right\{{\left|{\hat{h}}_l\right|}^2\left\}\right]---\left(2\right)$

其中m是具有最大功率的衰落路径的指数，

是第l衰落路径的信道估计。

另外，计算噪声因子β的步骤可以根据公式(3)来实施：

$\mathrm{\β}=\frac{{\hat{E}}_c{\left|{\hat{h}}_m\right|}^2}{{\hat{E}}_c-\mathrm{SF}{\widehat{\mathrm{\σ}}}_m^2}-\hat{P}---\left(3\right)$

其中

是码片信号的码片能量估计，

是具有最大功率的衰落路径的信道估计，

是具有最大功率的衰落路径的噪声方差估计，SF是所述扩频接收机接收的导频信号的扩展因子，是信道估计的功率的总和。

根据本发明的第二方面，提供了一种为构成扩频接收机的码片均衡器FIR(有限冲激响应)滤波器确定所使用的滤波器系数的方法，该方法包括：

计算所述扩频接收机接收的码片信号的多个分离的衰落路径的信道估计和噪声方差估计；

计算信道估计的功率的总和；

估计码片信号的码片能量；

从码片能量估计、信道估计和噪声方差估计、信道估计的功率的总和以及导频信号的扩展因子中计算标量噪声因子；

根据公式(4)构建一个矩阵G：

G＝H^HH+βI    (4)

其中H^HH是信道相关矩阵，I是单位矩阵，β是标量噪声因子；并且

基于矩阵G计算滤波器系数。

根据本发明的第三方面，提供了一种在扩频接收机中使用的码片均衡器，包括用于计算所述扩频接收机接收的码片信号的多个分离的衰落路径的信道估计和噪声方差估计的装置；用于计算信道估计的功率的总和的装置；用于估计码片信号的码片能量的装置；和用于从码片能量估计、信道估计和噪声方差估计、信道估计的功率的总和以及导频信号的扩展因子中计算噪声因子的装置。

附图说明

本发明上面的和其它的目的、优点和特点将从下面结合了附图的描述变得更加清楚，其中：

图1是一个根据本发明的优选实施例的扩频接收机的示意图；

图2是一个形成为组成图1中示出的扩频接收机的解扩单元的一部分的码片均衡器的示意图。

具体实施方式

下面的描述将更详细地提到本发明的多个特点。为了便于本发明的理解，在关于附图的描述中做出参考，在一个优选实施例中例示了用于扩频接收机中的码片均衡器的噪声因子计算方法。然而，将被理解，本发明并不局限于在附图中例示的优选实施例。

现在参考图1，概括地示出了扩频接收机10，包括用于接收扩频信号的天线12，用于解调天线12接收的扩频信号的解调器14，以及用于数字化已解调信号的模数转换器16。通过使用与解扩器18相结合的码发生器20本地产生的码序列，该扩频接收机10使用相干解调来解扩已解调的信号。为了执行解扩操作，扩频接收机10不但必须知道用于扩展信号的信道化码序列，而且必须知道已接收信号的码，并且本地产生的码必须被同步。码同步/跟踪单元22执行该操作。解扩之后，数据符号在数据调制和信道编码单元24中被解调和信道解码，以便获得信息数据。

常规瑞克接收机中的解扩器单元18由多个解扩单元组成，每个用于接收一个不同的多径信号。在每个耙指(finger，也被称之为支路)中，接收的信号通过一个扩展码相关，其与多径信号的延时是时间对准的。对于每个多径，解扩的信号乘以(加权)信道估计的共轭，并且通过RAKE组合相干地相加以形成输出信号。

图2示出了执行码片均衡功能的解扩器单元18以及该解扩器单元18的多个计算单元。码片均衡器的主要功能是为滤波输入信号的FIR滤波器40估计所使用的系数以及恢复多码信号的正交性。然后，一个码信号的输出数据由解扩单元41处理。在接收多码信号的情况下，FIR滤波器40的输出反馈给多个解扩单元41，由此形成多码的输出数据。为了估计FIR滤波器系数，需要多径信道估计单元42、噪声因子计算单元44以及系数计算单元46。

多径信道估计单元42用于计算扩频接收机接收的码片信号的多个分离衰落路径的信道和噪声方差估计。通过将该路径的多个解扩导频符号进行平均，单元42能够根据公式(5)导出第l衰落路径的信道估计

${\hat{h}}_l=\frac{1}{K}\×\underset{K}{\mathrm{\Σ}}p{\left(k\right)}^{*}\×y_l\left(k\right)---\left(5\right)$

其中p(k)^*是导频符号的共轭，并且|p(k)|＝1，K是用于估计的导频符号的数目，y_l(k)是第l路径的解扩的导频符号。

在第l路径解扩器输出的无偏噪声方差估计

由多径估计单元42根据公式(6)来计算：

${\widehat{\mathrm{\σ}}}_l^2\≈\frac{K}{K-1}(\frac{1}{K}\underset{K}{\mathrm{\Σ}}{\left|y_l\left(k\right)\right|}^2-{\left|{\hat{h}}_l\right|}^2)---\left(6\right)$

噪声因子计算单元44包括一个最强信道估计单元48，一个信道功率计算单元50，一个码片能量估计单元52以及一个标量噪声因子计算单元54。为了在第l路径的分析的基础上来估计来估计标量噪声因子β，下面的因素在码片均衡器的设计中已被考虑。首先，码片能量估计(接收的码片能量的平均值

)能够从公式(7)中获得：

${\hat{E}}_{\mathrm{chip}}=E\left[{\left|r\left(m\right)\right|}^2\right]\≈\frac{1}{M}\underset{M}{\mathrm{\Σ}}{\left|r\left(m\right)\right|}^2---\left(7\right)$

其中M是估计中使用的码片数目，r(m)是码片。

其次，信道估计的功率的总和

和具有最大信道估计功率的衰落路径的指数m能够从公式(8)和(9)中计算出：

$\hat{P}=\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{\left|{\hat{h}}_l\right|}^2---\left(8\right)$

$m=\arg \left[\max \right\{{\left|{\hat{h}}_l\right|}^2\left\}\right]---\left(9\right)$

其中L是衰落路径的数目，

是第l衰落路径的信道估计。

最后，噪声因子估计

能够使用公式(10)估计：

$\widehat{\mathrm{\β}}=\frac{{\hat{E}}_{\mathrm{chip}}{\left|{\hat{h}}_m\right|}^2}{{\hat{E}}_{\mathrm{chip}}-\mathrm{SF}{\widehat{\mathrm{\σ}}}_m^2}-\hat{P}---\left(10\right)$

其中SF是扩频接收机接收的导频信号的扩展因子。

因此，码片均衡器的多径信道估计单元42根据上面提及的公式(5)和(6)计算信道估计

和噪声方差估计

用于码片信号的多个分离衰落路径中的每个的信道估计和噪声方差估计都被提供给信道功率计算单元50，在那里可以从信道估计

很容易地获得信道估计的功率的总和

该信道估计的功率的总和然后被提供给贝它计算单元54。该码片能量估计单元52根据公式(7)从输入I/Q码片采样导出码片能量估计

更好的，通过从具有最大功率的衰落路径中选择信道和噪声方差估计来计算噪声因子。在这点上，最强信道估计单元48用于从具有最大功率的衰落路径中导出信道估计和噪声方差估计

然后，该信道估计和噪声方差估计被提供给标量噪声因子计算单元54，该单元使用码片能量估计、最强衰落路径的信道估计和噪声方差估计、信道估计的功率的总和以及导频信号的扩展因子来导出在计算滤波器系数中使用的噪声因子的估计。

在滤波器系数计算单元46中，增益矩阵G＝H^HH+βI被构建，以便计算FIR滤波器40的滤波器系数，其中H^HH是信道相关矩阵，I是单位矩阵，β是W-CDMA系统中的标量噪声因子。

图2中示出的码片均衡器的各种计算单元，以及图1中示出的扩频接收机的其它元件，都可以使用数字信号处理技术来实现。

显然，本发明并不限于根据上面实施例的用于码片均衡器的噪声因子计算方法，而是在不与本发明的范围和精神相分离的情况下，可以做出改变和修改。

Claims (3)

1.一种为扩频接收机中的码片均衡器计算噪声因子的方法，包括以下步骤：

计算所述扩频接收机接收的码片信号的多个分离的衰落路径的信道估计和噪声方差估计；

计算信道估计的功率的总和；

估计码片信号的码片能量；和

根据码片能量估计、信道估计和噪声方差估计、信道估计的功率的总和以及导频信号的扩展因子，计算噪声因子，

其中根据公式(1)获得码片能量估计根据公式(2)得出第l衰落路径的信道估计

根据公式(3)计算第l衰落路径的噪声方差估计根据公式(4)计算信道估计的功率的总和

以及根据公式(5)计算噪声因子

以及

在计算噪声因子时，选择并使用具有最大功率的衰落路径的信道估计

和噪声方差估计

${\hat{E}}_{\mathrm{chip}}=E\left[{\left|r\left(m\right)\right|}^2\right]\≈\frac{1}{M}\underset{M}{\mathrm{\Σ}}{\left|r\left(m\right)\right|}^2---\left(1\right)$

${\hat{h}}_l=\frac{1}{K}\×\underset{K}{\mathrm{\Σ}}p{\left(k\right)}^{*}\×y_l\left(k\right)---\left(2\right)$

${\widehat{\mathrm{\σ}}}_l^2\≈\frac{K}{K-1}(\frac{1}{K}\underset{K}{\mathrm{\Σ}}{\left|y_l\left(k\right)\right|}^2-{\left|{\hat{h}}_l\right|}^2)---\left(3\right)$

$\hat{P}=\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{\left|{\hat{h}}_l\right|}^2---\left(4\right)$

$\widehat{\mathrm{\β}}=\frac{{\hat{E}}_{\mathrm{chip}}{\left|{\hat{h}}_m\right|}^2}{{\hat{E}}_{\mathrm{chip}}-\mathrm{SF}{\widehat{\mathrm{\σ}}}_m^2}-\hat{P}---\left(5\right)$

其中M是估计中使用的码片信号的数目，r(m)是码片信号，p(k)^*是导频符号p(k)的共轭，并且|p(k)|＝1，K是用于估计的导频符号的数目，y_l(k)是第l衰落路径的解扩的导频符号，以及SF是所述扩频接收机接收的导频信号的扩展因子。

2.一种为构成扩频接收机的码片均衡器有限冲激响应滤波器确定所使用的滤波器系数的方法，包括步骤：

计算所述扩频接收机接收的码片信号的多个分离的衰落路径的信道估计和噪声方差估计；

计算信道估计的功率的总和；

估计码片信号的码片能量；以及

根据码片能量估计、信道估计和噪声方差估计、信道估计的功率的总和以及导频信号的扩展因子，计算噪声因子，其中根据公式(1)获得码片能量估计

根据公式(2)得出第l衰落路径的信道估计根据公式(3)计算第l衰落路径的噪声方差估计根据公式(4)计算信道估计的功率的总和

以及根据公式(5)计算噪声因子

以及在计算噪声因子时，选择并使用具有最大功率的衰落路径的信道估计

和噪声方差估计

${\hat{E}}_{\mathrm{chip}}=E\left[{\left|r\left(m\right)\right|}^2\right]\≈\frac{1}{M}\underset{M}{\mathrm{\Σ}}{\left|r\left(m\right)\right|}^2---\left(1\right)$

${\hat{h}}_l=\frac{1}{K}\×\underset{K}{\mathrm{\Σ}}p{\left(k\right)}^{*}\×y_l\left(k\right)---\left(2\right)$

${\widehat{\mathrm{\σ}}}_l^2\≈\frac{K}{K-1}(\frac{1}{K}\underset{K}{\mathrm{\Σ}}{\left|y_l\left(k\right)\right|}^2-{\left|{\hat{h}}_l\right|}^2)---\left(3\right)$

$\hat{P}=\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{\left|{\hat{h}}_l\right|}^2---\left(4\right)$

$\widehat{\mathrm{\β}}=\frac{{\hat{E}}_{\mathrm{chip}}{\left|{\hat{h}}_m\right|}^2}{{\hat{E}}_{\mathrm{chip}}-\mathrm{SF}{\widehat{\mathrm{\σ}}}_m^2}-\hat{P}---\left(5\right)$

其中M是估计中使用的码片信号的数目，r(m)是码片信号，p(k)^*是导频符号p(k)的共轭，并且|p(k)|＝1，K是用于估计的导频符号的数目，y_l((k)是第l衰落路径的解扩的导频符号，以及SF是所述扩频接收机接收的导频信号的扩展因子；

根据公式(6)构建一个矩阵G：

                G＝H^HH+βI                            (6)

其中H^HH是信道相关矩阵，I是单位矩阵，β是标量噪声因子；并且

基于矩阵G计算滤波器系数。

3.一种在扩频接收机中使用的码片均衡器，包括：

用于计算所述扩频接收机接收的码片信号的多个分离的衰落路径的信道估计和噪声方差估计的装置；

用于计算信道估计的功率的总和的装置；

用于估计码片信号的码片能量的装置；和

用于根据码片能量估计、信道估计和噪声方差估计、信道估计的功率的总和以及导频信号的扩展因子来计算噪声因子的装置，其中根据公式(1)获得码片能量估计

根据公式(2)得出第l衰落路径的信道估计

根据公式(3)计算第l衰落路径的噪声方差估计

根据公式(4)计算信道估计的功率的总和

以及根据公式(5)计算噪声因子以及在计算噪声因子时，选择并使用具有最大功率的衰落路径的信道估计

和噪声方差估计

${\hat{E}}_{\mathrm{chip}}=E\left[{\left|r\left(m\right)\right|}^2\right]\≈\frac{1}{M}\underset{M}{\mathrm{\Σ}}{\left|r\left(m\right)\right|}^2---\left(1\right)$

${\hat{h}}_l=\frac{1}{K}\×\underset{K}{\mathrm{\Σ}}p{\left(k\right)}^{*}\×y_l\left(k\right)---\left(2\right)$

${\widehat{\mathrm{\σ}}}_l^2\≈\frac{K}{K-1}(\frac{1}{K}\underset{K}{\mathrm{\Σ}}{\left|y_l\left(k\right)\right|}^2-{\left|{\hat{h}}_l\right|}^2)---\left(3\right)$

$\hat{P}=\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{\left|{\hat{h}}_l\right|}^2---\left(4\right)$

$\widehat{\mathrm{\β}}=\frac{{\hat{E}}_{\mathrm{chip}}{\left|{\hat{h}}_m\right|}^2}{{\hat{E}}_{\mathrm{chip}}-\mathrm{SF}{\widehat{\mathrm{\σ}}}_m^2}-\hat{P}---\left(5\right)$

其中M是估计中使用的码片信号的数目，r(m)是码片信号，p(k)^*是导频符号p(k)的共轭，并且|p(k)|＝1，K是用于估计的导频符号的数目，y_l(k)是第l衰落路径的解扩的导频符号，以及SF是所述扩频接收机接收的导频信号的扩展因子。

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