CN1745568A - 使用解码器量度的非连续发射(dtx)检测 - Google Patents

使用解码器量度的非连续发射(dtx)检测 Download PDF

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Abstract

一种方法检测在发射机和接收机之间以非连续发射(DTX)协议操作的无线通信系统中的发射帧的不存在。该方法包括：在帧周期上解码接收到的信号以确定累积量度；把该累积的量度标准化并比较标准化的累积量度或零状态累积量度。该无线通信系统可以是CDMA系统，该接收机可以被包含在移动站内，并且作为一个非限制性示例，所述帧是发射帧还是非发射帧的确定可以在功率控制算法执行期间被应用。

Description

使用解码器量度的非连续发射(DTX)检测
技术领域
这些教导通常涉及诸如在基站和移动站之间的前向信道上使用非连续发射的那些系统之类的码分多址(CDMA)无线通信系统，并且更一般地涉及在使用DTX的系统中已解码数据帧的检测。
背景技术
在针对IS-2000-2的标准文件“Physical Layer Standard forcdma 2000 Spread Spectrum Systems(cdma 2000扩频系统的物理层标准)”(版本0，07/99)中，基站被允许在逐帧的基础上选择性地禁用某些前向信道上的发射。这被称为非连续发射或DTX。可是，关于一个特定帧已被发射还是未被发射的信息对移动站是未知的。在上面提及的标准中，下列信道被定义为有DTX性能：前向专用控制信道(F-DCCH)、前向补充信道1(F-SCH1)和前向补充信道2(F-SCH2)，后两个信道在这里一起被称为F-SCHn。
有一些由需要有关帧实际上是否被发射的信息的移动站执行的算法。这在此通常被称为“DTX检测问题”。现在讨论这些算法的三个示例。
第一个算法与前向链路功率控制在F-DCCH或F-SCHn上是否被启用有关。在这种情况下，外部功率控制环用来根据循环冗余校验(CRC)计算所提供的帧差错信息更新当前的设定点或操作点。如果一个帧未被发射，那么移动站将不会更新当前的外部功率控制环设定点。为了达到这一点，移动站应该具有某一性能来检测一个实际的帧传输是已经发生还是尚未发生。
稍后的标准IS-2000-2“Physical Layer Standard for cdma 2000Spread Spectrum Systems(cdma 2000扩频系统的物理层标准)”(版本A，06/09/2000)规定了在F-DCCH上的前向链路功率控制模式(质量指示比特(QIB)功率控制)。该算法也需要检测F-DCCH帧传输。
IS-2000-2“Physical Layer Standard for cdma 2000 SpreadSpectrum Systems(cdma 2000扩频系统的物理层标准)”(版本A，06/09/2000)标准还允许基于参数FPC_PRI_CHAN在前向基本信道(F-FCH)上或者在F-DCCH上发射前向链路上的一个功率控制子信道。当功率控制子信道在F-DCCH上被发射时，移动站监控过程算法需要DTX检测。
应该理解，重要的是在上述条件下操作的移动站能够确定DTX实际上是否在逐帧的基础上以便确保适当的功能。在本发明之前，这个重要的需求未被满足，并且DTX检测问题尚未解决。
发明内容
根据这些教导的目前优选的实施例，上述以及其它问题被克服，并且其它的优点被实现。
本发明提供一种根据解码器量度(metric)用于确定DTX状态的方法和系统，并解决DTX检测问题。
对于其中信道使用卷积编码的目前优选但非限制性的实施例，使用维特比解码器的累积量度(cumulative metric)(CM)。具体地说，使用帧的末尾处的CM值。可是，发现CM的值与码元幅度成比例，并且还对导频信道和噪声功率敏感，这使得难以导出帧分类的最佳阈值。因此优选的是使用量(CM)2/(p2δ2)，其中p2和δ2分别是导频功率和噪声方差，该量具有与导频和噪声功率无关的期望属性。量(CM)2/(p2δ2)可以被称为标准化的(normalized)累积量度。
基于CM以及更确切地说基于标准化CM的DTX检测算法如下。首先，执行信号噪声比(SNR)估计算法以估计在帧上平均的导频和噪声功率。其次，基于表达式(CM)2/(p2δ2)用标准化的CM进行计算。如果标准化的累积量度大于预定阈值，则所述帧被声称为发射帧，否则所述帧被声称为未被发射的帧，即DTX帧。所得的信息然后在包括功率控制相关算法在内的各种移动站算法的执行期间由移动站数据处理器使用。
一种方法被公开，该方法用于检测发射机和接收机之间以非连续发射协议操作的无线通信系统(如为根据本方法操作的无线通信系统)中发射帧的不存在。该方法包括在帧周期上解码接收到的信号以确定累积量度；把累积量度标准化并把标准化的累积量度与阈值进行比较以用于确定所述帧是发射帧还是非发射帧。所确定的累积量度可以是最大累积量度或者零状态累积量度。
标准化操作包括对所确定的累积量度进行平方，并将平方了的所确定的累积量度除以所估计的导频功率和噪声方差。
在优选实施例中，无线通信系统是码分多址系统，并且接收到的信号是从前向专用控制信道(F-DCCH)、前向补充信道1(F-SCH1)或前向补充信道2(F-SCH2)的其中之一中接收的。在优选实施例中，接收机被包含在移动站内，并且所述帧是发射帧还是非发射帧的确定在移动站执行至少一种算法期间被使用。所述至少一种算法可以是功率控制相关算法或者监控相关算法，它们是作为可以受益于本发明使其可能的DTX检测信息的使用的算法的两个非限制性示例。
附图说明
当结合附图阅读时，这些教导的上述和其它方面在优选实施例的下面详细说明中变得更明显，其中：
图1是CDMA接收机的框图，该CDMA接收机包括根据本发明一个方面的DTX检测块；
图2示出DTX检测块的结构，该DTX检测块执行根据本发明的DTX检测算法；
图3是说明从节点1到节点k的解码器状态转移的图；以及
图4示出在本发明详细说明期间提及的若干公式。
具体实施方式
为了说明CDMA接收机10的框图而对图1进行参考，为了方便起见而不是为了必要性，假定CDMA接收机10被包含在诸如蜂窝式电话或个人通信装置之类的移动站内。接收机10假定基站发射机5和天线7存在，通过天线7接收基站的发射。模拟的接收信号(RX)被模数(A/D)转换器12抽样，并且所得的接收信号的数字表示在通常被称为支路(finger)14的多个相关器块中被处理。相关器结果被码元合并器16合并，该码元合并器16具有馈送数据解码器决18的输出，数据解码器块18可以操作为维特比解码器。每个支路14的输出还在导频与噪声功率估计块20中被处理。在帧上平均的合并的导频与噪声方差估计和从解码器18中输出的CM信息一起作为输入被提供给根据本发明操作的DTX检测算法块22。
图2示出由DTX检测算法块22执行的DTX检测算法的框图。从解码器18中输出的累积量度在块22A中进行平方，并且然后在块22B中除以从功率估计块20中输出的合并的噪声与导频功率估计。所述结果在块22C中与预定阈值进行比较，并且从那里导出DTX状态。
作为示例，关于诸如维特比解码器之类的解码器可以参考S.Czaja的共同受让的美国专利No.：5,796,757“Methods and Apparatus forPerforming Rate Determination with a Variable Rate ViterbiDecoder(用可变速率维特比解码器执行速率确定的方法和设备)”以及K.Kalliojarvi的共同受让的美国专利No.：6,507,927“Method andDevice for Estimating the Reliability of a Decoded SymbolSequence(用于估计解码码元序列可靠性的方法与装置)”。
现在接下来的是接收机10的操作的更详细描述，并且尤其是DTX检测算法块22的操作的描述以及解码器18执行的累积量度计算的描述。
软数据码元S在维特比解码器18中被用于CM计算。在解码器网格(trellis)中的每个时间步，以及对于网格的每个节点，对于1/R速率码以及根据图4中的公式(1)根据发射机数据编码器结构预先计算出的转移符号(sign)矢量(b)，由R个接收到的码元的内积计算分支量度(branch metric)(BM)，其中k表示当前节点下标(k＝0...2(K-1)-1，K为约束长度)，并且1是从该节点到节点k的转移发生的节点的下标。
同样参考图3，对于解码器18网格的每个节点k，关于转移可以起源于两个节点1中的哪一个，有两种可能性。为了确定所述转移的最可能始发节点，根据图4的公式(2)，分支量度(BM1，k)被加到节点1的CM(CM1)，并且具有最大值的结果被选择作为节点k的新的累积量度。
根据图4中的公式(3)，节点k(CMk)的总累积量度被定义为在所述帧上节点k的累积量度的积分，其中指数m是指M比特长的该帧的比特下标。
根据图4中的公式(4)，通过在每一步m选择最大状态累积量度并且通过积分在所述帧上的最大状态量度来定义最大总累积量度。
而且，通常的情况是：通过在帧的末尾插入(K-1)个零来刷新在基站发射机5处的卷积编码器移位寄存器(未示出)。因此，在帧解码末尾处的终端节点然后也以高可能性是节点零。假定是这种情况，则可以很容易注意到节点零的累积量度等于最大的总累积量度。
本发明因此不被限制为用于DTX检测算法块22的累积量度的选择。即公式(3)中示出的最大累积量度或者公式(4)的零状态累积量度可以用作对DTX检测算法块22的输入。公式(8)中示出的并在下面讨论的那个形式也可以被使用，并且目前在使用上可能是优选的。在任何情况下，把帧末尾处的CM值标准化是优选的。这是正确的，因为CM值可以被显示为与码元幅度成比例，并且还对导频信道和噪声功率敏感。这个可变性使得难以为帧分类导出最佳阈值。因此优选的是对于一个支路(finger)14的情况使用量(CM)2/(p2δ2)，其中p2和δ2分别是导频功率和噪声方差。所得的标准化量(CM)2/(p2δ2)因此具有与导频和噪声功率无关的期望属性。量(CM)2/(p2δ2)可以被称为标准化的累积量度。
移动站使用由功率估计块20执行的信号噪声比(SNR)估计算法来估计在所述帧上平均的导频和噪声功率。在本发明的目前优选的实施例中，可以使用多支路(multi-finger)形式的p2和δ2，其中这些量的数值可以由如在下面进一步描述的导频与噪声功率估计块20来确定。
正如在上面讨论的，标准化的累积量度(CM)2/(p2δ2)具有由组合的导频和噪声功率的乘积标准化的累积量度。在使用多个支路14的典型的CDMA接收机的情况下，组合的导频和噪声功率的乘积如图4的公式(5)中所示被计算，其中p1 2和δ1 2分别是支路1的导频功率和噪声方差。L表示支路的总数。噪声方差的估计可以以各种方式进行。一个典型且合适的技术是估计在N个码元的周期上的平均值和方差，如公式(6)中所示，其中导频的平均值在图4的公式(7)中示出。
独立于帧长度和信道条件的标准化的累积量度如图4的公式(8)中所示被获得，其中选择最大量度(如公式(4)中所示)来使用。正如在上面讨论的，本发明不限于只使用最大累积量度。
图4的公式(8)呈现了扩展到多支路情况的(CM)2/(p2δ2)的一般形式。应该注意：如公式(4)中所示的累积量度被公式(8)中的帧长度M标准化。这可以说明公式(8)中所示的标准化量与帧长度和诸如噪声和干扰之类的信道条件无关。同样地，单个阈值的使用通常在用于确定DTX帧的块22C中是足够的。实际上，阈值是特定于实施方式的，并且不适用于理论推导。模拟和/或实验室以及现场测试因此是导出最佳阈值的优选技术。
仍然讨论图2和3，DTX检测算法块22基于例如表达式(CM)2/(p2δ2)或图2的块22A和22B中如公式(8)中所示的CM值来计算被标准化了的CM。如果通过比较块22C发现标准化的CM大于阈值，则这个帧被声明为是发射帧。如果通过比较块22C发现标准化的CM不大于阈值，则这个帧被声明为未被发射帧，即DTX帧。所得的信息然后在包括功率控制相关算法在内的各种移动站算法的执行期间被移动站数据处理器使用。
正如关于阈值在上面指出的，适当的数值可以根据经验和/或通过模拟来最佳地确定。可是，应该注意，阈值不必被定义为常数，而是可以被定义为变量，该变量是至少M值(即以比特为单位的帧长度)的函数。对于本发明特别感兴趣的IS-2000-2标准的情况，帧长度可以变化而不是固定的。因此，在这里对“预定”阈值的提及不必暗示该阈值是常数，而是仅仅暗示这个阈值在使用之前已被预先确定。可是注意，如果如公式(8)中所示的标准化的CM形式被使用，即一个也被帧长度标准化的CM形式，那么单个阈值可能就足够了。
在优选实施例中，信道解码器18以硬件的形式被实现，并且都由DTX检测算法块22执行的使用导频功率与噪声估计的解码器量度CM的标准化以及与阈值的比较可以很容易以移动站数据处理器执行的软件的形式被实现。
虽然在本发明的目前优选实施例的环境中进行了描述，但是本领域技术人员应该理解，可以对这些优选实施例进行各种修改，并且所有这样的修改将落入本发明的范围中。例如，虽然在CDMA系统(其中，随后在移动站中执行功率控制算法期间使用关于帧是发射帧还是非发射帧的确定)的环境中进行了描述，但是其它类型算法的执行也同样可以受益于此信息，例如但不限于监控相关算法。而且，用于计算累积度量的其它技术也可以被使用，同样用于执行导频功率与噪声方差估计的其它技术也可以被使用。

Claims (26)

1.一种用于检测在发射机和接收机之间以非连续发射协议操作的无线通信系统中的发射帧的不存在的方法，该方法包括：
在帧周期上解码接收到的信号以确定累积量度；
把所述累积量度标准化；以及
把标准化的累积量度与阈值进行比较以确定所述帧是发射帧还是非发射帧。
2.如权利要求1所述的方法，其中所确定的累积量度包括最大累积量度。
3.如权利要求1所述的方法，其中所确定的累积量度包括零状态累积量度。
4.如权利要求1所述的方法，其中标准化包括对所确定的累积量度进行平方，并把平方了的所确定的累积量度除以所估计的导频功率和噪声方差。
5.如权利要求1所述的方法，其中标准化还包括除以帧长度。
6.如权利要求1所述的方法，其中无线通信系统包括码分多址系统。
7.如权利要求6所述的方法，其中接收到的信号从前向专用控制信道(F-DCCH)中被接收。
8.如权利要求6所述的方法，其中接收到的信号从前向补充信道1(F-SCH1)中被接收。
9.如权利要求6所述的方法，其中接收到的信号从前向补充信道2(F-SCH2)中被接收。
10.如权利要求6所述的方法，其中接收机包括移动站的一部分，并且其中关于所述帧是发射帧还是非发射帧的确定在功率控制算法执行期间被使用。
11.一种在发射机和接收机之间以非连续发射协议操作的无线通信系统，该系统包括：
解码器，用于在帧周期上解码接收到的信号以获得累积量度；
标准化部件，用于把累积量度标准化；以及
比较器，用于把标准化的累积量度与阈值进行比较以确定所述帧是发射帧还是非发射帧。
12.如权利要求11所述的无线通信系统，其中解码器输出最大累积量度。
13.如权利要求11所述的无线通信系统，其中解码器输出零状态累积量度。
14.如权利要求11所述的无线通信系统，其中标准化部件包括：用于对所确定的累积量度进行平方的装置，以及用于把平方了的所确定的累积量度除以所估计的导频功率和噪声方差的装置。
15.如权利要求11所述的无线通信系统，其中标准化部件还包括用于除以帧长度的装置。
16.如权利要求11所述的无线通信系统，其中无线通信系统包括码分多址系统。
17.如权利要求16所述的无线通信系统，其中接收到的信号从前向专用控制信道(F-DCCH)中被接收。
18.如权利要求16所述的无线通信系统，其中接收到的信号从前向补充信道1(F-SCH1)中被接收。
19.如权利要求16所述的无线通信系统，其中接收到的信号从前向补充信道2(F-SCH2)中被接收。
20.如权利要求16所述的无线通信系统，其中接收机包括移动站的一部分，并且其中关于所述帧是发射帧还是非发射帧的确定在功率控制算法执行期间被使用。
21.一种用于检测在基站发射机和移动站接收机之间以非连续发射(DTX)协议操作的无线码分多址通信系统中的发射帧的不存在的方法，该方法包括：
在帧周期上解码从卷积信道中接收到的信号以确定累积量度；
标准化所述累积量度，包括对所确定的累积量度进行平方，并把平方了的所确定的累积量度除以所估计的导频功率和噪声方差；以及
把标准化的累积量度与阈值进行比较以确定所述帧是DTX帧还是非DTX帧。
22.如权利要求21所述的方法，其中所确定的累积量度包括最大累积量度和零状态累积量度中的一个。
23.如权利要求21所述的方法，其中接收到的信号从前向专用控制信道(F-DCCH)、前向补充信道1(F-SCH1)和前向补充信道2(F-SCH2)的其中之一中被接收。
24.如权利要求21所述的方法，其中关于所述帧是DTX帧还是非DTX帧的确定在至少一个移动站功率控制算法的执行期间被使用。
25.如权利要求21所述的方法，其中标准化还包括在平方之前把所确定的累积量度除以帧长度。
26.如权利要求25所述的方法，其中对平方了的所确定的累积量度进行除法包括除以多支路形式的所估计的导频功率和噪声方差。
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