DE69933924T2

DE69933924T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Schätzung der Empfangssignalstärke

Info

Publication number: DE69933924T2
Application number: DE69933924T
Authority: DE
Inventors: S. Samir San Diego SOLIMAN
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 1998-03-25
Filing date: 1999-03-23
Publication date: 2007-12-06
Anticipated expiration: 2019-03-24
Also published as: HK1086678A1; KR100650020B1; EP1605606A3; AU3361599A; HK1034615A1; CN1294791A; DE69943206D1; EP1064732A1; TW437191B; EP1064732B1; AR014214A1; WO1999049588A1; JP2002508617A; US6201954B1; CN1123989C; EP1605606A2; KR20010034666A; EP1605606B1; DE69933924D1

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Kommunikationen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vorsehen einer Schätzung der Signalstärke eines empfangenen Signals in einem Kommunikationssystem.
II. Diskussion des Hintergrunds
In vielen Kommunikationssystemen hängt die effiziente Verwendung von Systemressourcen von der Fähigkeit ab, die Qualität des Kommunikationskanals oder der -verbindung genau einzuschätzen. Die Kanalqualität bezieht sich auf die Signalstärke eines empfangenen Signals, das durch den Kommunikationskanal übertragen wurde. Typischerweise weist das empfangene Signal ein gewünschtes Signal und Rauschen auf. Das gewünschte Signal kann ein Informationsübertragungssignal oder ein Signal sein, das für die Informationsübertragung repräsentativ ist, wie ein Pilotsignal. Die Signalstärke des gewünschten Signals kann geschätzt werden und diese Signalstärke kann verwendet werden als eine Schätzung der Signalstärke des empfangenen Signals. Eine Signalstärke wird definiert als der Rauschabstand (SNR – signal-to-noise ratio) (die Energie des gewünschten Signals geteilt durch die Energie des Rauschens) oder das Signal-zu-Signal-plus-Rauschen-Verhältnis S/N_t (die Energie des gewünschten Signals geteilt durch die gesamte empfangene Energie).
Ein Kommunikationssystem kann die Signalstärkemessung verwenden, um eine Vielzahl von Systemoptimierungen durchzuführen. Erstens kann das System effizient Ressourcen zuteilen basierend auf der Signalstärkemessung. Zum Beispiel kann das System mehr Ressourcen für Übertragungen auf Kanälen mit schlechter Qualität zuteilen, um einen erforderlichen Pegel oder eine Leistung aufrechtzuerhalten (z.B. eine vorgegebene Bitfehlerrate). Alternativ kann das System weniger Ressourcen für Übertragungen auf Kanälen mit schlechter Qualität zuteilen, um Ressourcen einzusparen. Es kann festgestellt werden, dass diese Übertragungen eine uneffiziente Verwendung von Systemressourcen sind, da eine kleine Menge an Information übertragen wird bei einer großen Menge an aufgewendeten Ressourcen. Zweitens kann die Signalstärkemessung verwendet werden, um die Übertragungsrate anzupassen, um die zugeteilten Ressourcen effizienter auszunutzen. Zum Beispiel kann die Übertragungsrate erhöht werden für Übertragungen auf Kanälen hoher Qualität und verringert werden für Übertragungen auf Kanälen schlechter Qualität. Drittens kann die Signalstärkemessung verwendet werden, um das Kommunikationssystem effizienter zu verwalten. Als ein Beispiel wird ein Kommunikationssystem betrachtet, das eine weiche Übergabe (soft handoff) unterstützt. Eine weiche Übergabe bezeichnet die redundanten Übertragungen von zwei oder mehr Quellvorrichtungen an eine Zielvorrichtung, um eine Raumdiversität vorzusehen, die eine Leistung und Zuverlässigkeit verbessern kann. Das System kann die Signalstärkemessung verwenden, um effizient Quellvorrichtungen zu den Übertragungen mit weichem Übergang hinzuzufügen oder davon zu entfernen. Ein weicher Übergang wird beschrieben in dem U.S.-Patent Nr. 5,101,501 mit dem Titel „METHOD AND SYSTEM FOR PROVIDING A SOFT HANDOFF IN COMMUNICATIONS IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM", veröffentlicht am 31. März 1992, und in dem U.S.-Patent Nr. 5,267,261 mit dem Titel „MOBILE STATION ASSISTED SOFT HANDOFF IN A CDMA CELLULAR COMMUNICATIONS SYSTEM", veröffentlicht am 30. November 1993, die beide der Anmelderin der vorliegenden Erfindung erteilt wurden.
In einem typischen Kommunikationssystem wird die Signalstärke eines gewünschten Signals aus Messungen der Energie des gewünschten Signals und der Energie des Rauschens berechnet. Die Energie des gewünschten Signals kann bestimmt werden durch Verarbeiten des empfangenen Signals, um das Rauschen zu entfernen, und Berechnen der Energie des verbleiben den gewünschten Signals. Die Energie des Rauschens kann ebenso bestimmt und berechnet werden. Alternativ kann die Energie des Rauschens auf einen vorgegebenen Wert gesetzt werden durch Beibehalten der Amplitude des empfangenen Signals auf einem vorgegebenen Pegel über eine AGC(automatic gain control)-Schleife.
Eine genaue Messung der Signalstärke ist schwierig aufgrund einer Vielzahl von Faktoren. Erstens arbeiten Kommunikationssysteme von Natur aus in einer verrauschten Umgebung. Das Rauschen erhöht die Variation der Messungen der Energie des gewünschten Signals und die Energie des Rauschens. Die Variation in den Messungen kann reduziert werden durch Mitteln der Messungen über eine längere Zeitdauer. Jedoch gibt es einen Kompromiss zwischen der Menge (oder Länge) des Mittels und der Antwortzeit. Zweitens wird für mobile Kommunikationssysteme die Signalstärkemessung weiter verkompliziert durch Variationen in den Kanalcharakteristiken aufgrund der Mobilität der Kommunikationsvorrichtungen. In einer terrestrischen Umgebung kann das übertragene Signal an der Zielvorrichtung ankommen über einen oder mehrere Signalpfade) aufgrund von Reflexionen und Refraktionen von Artifakten in dem Übertragungspfad. Die mehreren Kopien des empfangenen Signals können sich konstruktiv oder destruktiv an der Zielvorrichtung addieren. Eine geringe Verschiebung des Orts der Zielvorrichtung kann zu einer großen Änderung der gemessenen Energie führen. Dieses Schwundphänomen (fading) kann eine große Variation in der Signalstärkemessung verursachen. Und drittens haben die Signalstärkemessungen eine Verteilungsdichtefunktion, die abhängig sein kann von der Struktur des Signals und der Statistik des Rauschens (z.B. ein analoges Signal oder ein QPSK(quadrature phase shift keying)-moduliertes Signal) und der Qualität der Kommunikationsverbindung.
Aufgrund der obigen Gründe sind ein Verfahren und eine Vorrichtung, die genaue Schätzungen der Signalstärke eines empfangenen Signals in einem Kommunikationssystem liefern, in der Technik dringend erforderlich.
Die SIR-Messvorrichtung, die in WO-A-97/39545 beschrieben wird, versucht. die oben erwähnten Probleme zu adressieren. Ein empfangenes Signal wird in einen Synchronisierungsdetektor eingegeben, der das Takt-Timing von Symbolen und das Rahmen-Timing äquivalent zu der Wiederholungsperiode des Pilotsignals regeneriert. Ein interpolierender Kohärenzdetektor erzeugt Informationssymbole, die von dem empfangenen Signal erlangt werden, durch eine absolute Phasenkohärenzerfassung. Ein Entscheidungssignalleistungskalkulator erlangt gewünschte Signalleistungswerte. Ein Quasi-Interferenz-Leistungs-Kalkulator erlangt Unterschiede zwischen den Leistungswerten der Informationssymbole und einem Schwundumschlag und nimmt die Unterschiede als die Quasi-Interferenz-Leistung an. Integratoren integrieren die empfangene gewünschte Signalleistung und die Quasi-Interferenz-Signalleistung. Ein SIR-Messteil teilt ein gemitteltes empfangenes gewünschtes Signalleistungs-Integral durch ein gemitteltes Quasi-Interferenz-Leistungs-Integral, um die empfangene SIR zu erlangen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vorsehen einer genauen Schätzung der Signalstärke eines empfangenen Signals in einem Kommunikationssystem oder einem Datenübertragungssystem. Die Signalstärke kann gemessen werden als der Rauschabstand (SNR – signal-to-noise ratio) oder das Signal-zu-Signal-plus-Rauschen-Verhältnis (S/N_t).
Das empfangene Signal an einer Zielvorrichtung weist ein gegebenes Signal und Rauschen auf. Das empfangene Signal kann verarbeitet werden, um das gegebene Signal von dem empfangenen verrauschten Signal zu trennen. Die Energie des gegebenen Signals wird gemessen oder berechnet. Die Energie des Rauschens kann ebenfalls gemessen oder berechnet werden. Alternativ kann die Energie des Rauschens angenähert werden als die Energie des empfangenen Signals. Die gemessene Signalstärke des gegebenen Signals kann berechnet werden durch Teilen der Energie des gegebenen Signals durch die Energie des Rauschens. In einem Ausführungsbeispiel der vorlie genden Erfindung wird die Amplitude des gesamten empfangenen Signals derart gesteuert, dass die Leistung des empfangenen Signals ungefähr konstant gehalten wird. In diesem Ausführungsbeispiel ist die gemessene Signalstärke des gegebenen Signals proportional zu der Energie des gegebenen Signals.
Die gemessene Signalstärke des gegebenen Signals erfüllt eine Verteilungsdichtefunktion. Diese Verteilungsfunktion kann abhängig sein von verschiedenen Bedingungen, wie dem Typ einer Signalübertragung und der tatsächlichen Signalstärke des gegebenen Signals. Für das Ausführungsbeispiel, in dem die gemessene Signalstärke proportional zu dem Signal-zu-Signal-plus-Rauschen-Verhältnis (S/N_t) ist, kann die Verteilungsdichtefunktion ausgedrückt werden als f(y|α), wobei y die gemessene Energie des gegebenen Signals ist, α die tatsächliche Signalstärke und f(y|α) eine Funktion von y für ein gegebenes α ist. Sobald die gemessene Energie y des gegebenen Signals berechnet ist und die Verteilungsdichtefunktion f(y|α) bestimmt ist, kann die Signalstärke des gegebenen Signals in einem von mehreren Ausführungsbeispielen geschätzt werden. Die geschätzte Signalstärke des empfangenen Signals ist eine Schätzung der Signalstärke des gegebenen Signals.
Die Signalstärke des gewünschten Signals wird geschätzt als die „Maximum Likelihood"-Schätzung bzw. Maximalwahrscheinlichkeitsschätzung der Signalstärke α. Die „Maximum Likelihood"-Schätzung von α kann bestimmt werden durch partielles Differenzieren der Verteilungsdichtefunktion f(y|α) hinsichtlich α, Setzen der partiellen Ableitung auf Null und Lösen nach α für ein gegebenes y. Das resultierende α, das dem gegebenen y entspricht, als α₀ bezeichnet, ist die „Maximum Likelihood"-Schätzung von α und stellt eine genaue Schätzung der Signalstärke des gegebenen Signals dar.
Die Signalstärke des gegebenen Signals kann geschätzt werden basierend auf dem bedingten Mittel der Energie des gegebenen Signals oder E{y|α}. Das bedingte Mittel ist eine optimale Schätzung eines Zufallsparameters in dem mittleren quadratischen Sinn. In diesem Ausführungsbeispiel wird E{y|α} zuerst geschätzt aus der Messung der Energie des gegebenen Signals. In dem Ausführungsbeispiel, in dem die Leistung des empfangenen Signals ungefähr konstant gehalten wird durch die Verstärkungsregelungsschleife, kann die Signalstärke als E{y|α}/c geschätzt werden, wobei c die Konstante ist, die abhängig ist von den Charakteristiken der Verstärkungsregelungsschleife, der Länge der Integrationsperiode und der digitalen Verstärkung.
Die Signalstärke des gewünschten Signals kann ebenfalls geschätzt werden basierend auf dem bedingten Mittel von E{y|α} und unter Berücksichtigung eines vorgegebenen Bias. In diesem Ausführungsbeispiel wird E{y|α}/c zuerst berechnet wie oben beschrieben. Die nicht-bias-Schätzung der Signalstärke wird dann als E{y|α}/c – 1/N berechnet, wobei N die Integrationsperiode ist, über welche die Energie des gegebenen Signals und die Energie der empfangenen Energie berechnet werden.
Die Schätzung der Signalstärke des gegebenen Signals unter Verwendung eines der oben beschriebenen Verfahren kann generalisiert werden, um jede Verteilungsdichtefunktion f(y|α) abzudecken. Für ein gegebenes α kann die Verteilungsdichtefunktion f(y|α) der Signalstärke mathematisch, empirisch basierend auf Feldmessungen oder über Simulationen bestimmt werden. Für dieses f(y|α) kann die Signalstärke geschätzt werden als die „Maximum Likelihood"-Schätzung von α oder basierend auf dem bedingten Mittel von y auf die oben beschriebene Weise.
Die geschätzte Signalstärke des empfangenen Signals zeigt die Signalstärke des gegebenen Signals an. Verschiedene übertragene Signale, wie das Pilot-, Verkehrs-, Sync- oder Zugangskanalsignal, können verwendet werden, um die Signalstärke des empfangenen Signals zu schätzen und befinden sich im Umfang der vorliegenden Erfindung. Ferner ist die vorliegende Erfindung anwendbar für jede Signalübertragung von einer Quellvorrichtung an eine Zielvorrichtung.
Gemäß einem Aspekt ist vorgesehen ein Verfahren zur Auswahl von weichen Übergabe-Übertragungen bzw. Soft-Handoff-Übertragungen, wie in Anspruch 26 dargelegt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Ziele, Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden offensichtlicher aus der detaillierten Beschreibung, die im Folgenden dargelegt wird, in Verbindung mit den Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen Entsprechendes identifizieren und wobei:
1 ein Blockdiagramm eines Signalstärkenschätzers der vorliegenden Erfindung ist;
2 ein Diagramm eines Kommunikationssystems ist, das eine Vielzahl von Basisstationen in Kommunikation mit einer Teilnehmerstation aufweist;
3 ein Blockdiagramm der Signalverarbeitung in einer Teilnehmerstation ist;
4 ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Empfängers ist;
5 ein Blockdiagramm eines Kurz-PN-Entspreizers (Despreader) ist;
6 ein Blockdiagramm eines Suchers in dem Demodulator ist;
7 ein Graph von verteilten Dichtefunktionen der gemessenen Energie eines QPSK-modulierten Signals für verschiedene tatsächliche Signalstärken ist; und
8 Diagramm der geschätzten Pilotstärke α oder Ec/Io gegenüber der gemessenen Pilotenergie x für die „Maximum Likelihood"-Schätzung von α und für die Schätzung von α nach dem Stand der Technik.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
I. Schätzung der Signalstärke
In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Signalstärke eines gewünschten Signals geschätzt basierend auf der gemessenen Signalstärke eines empfangenen Signals. Das empfangene Signal weist das gewünschte Signal und Rauschen auf. Das gewünschte Signal kann ein Referenzsignal sein, das von einer Quellvorrichtung an eine Zielvorrichtung übertragen wird, um die Zielvorrichtung zu unterstützen, eine Vielzahl von Systemfunktionen durchzuführen. Das gewünschte Signal kann auch ein Informationsübertragungssignals sein (z.B. ein Verkehrskanalsignal). Die gemessene Signalstärke des gewünschten Signals wird als die geschätzte Energie des gewünschten Signals geteilt durch die geschätzte Energie des Rauschens definiert. In einigen Anwendungen ist die Signalstärke definiert als die geschätzte Energie des gewünschten Signals geteilt durch die Schätzung der gesamten empfangenen Energie.
Ein Blockdiagramm eines Signalstärkenschätzers 50 eines Ausführungsbeispiels der Erfindung wird in 1 dargestellt. Das empfangene Signal wird an einen Signalprozessor 52 und einen Energiekalkulator 56 geliefert. Der Signalprozessor 52 verarbeitet das empfangene Signal, um das Rauschen zu entfernen und das gewünschte Signal aus dem empfangenen Signal zu extrahieren. Der Signalprozessor 52 kann ein Filtern des empfangenen Signals durchführen, um das gewünschte Signal zu erlangen. Alternativ kann der Signalprozessor 52 das gewünschte Signal extrahieren durch Durchführen einer Signalverarbeitung, z.B. eine orthogonale Kanaldemodulation. Die von dem Signalprozessor 52 durchgeführte Verarbeitung ist abhängig von den Charakteristiken des empfangenen Signals. Ein Signalprozessor 52 für ein CDMA(code division multiple access)-Kommunikationssignal wird im Folgenden beschrieben. Das gewünschte Signal wird an den Energiekalkulator 54 geliefert, der die Energie des gewünschten Signals berechnet. Ähnlich berechnet der Energiekalkulator 56 die Energie des empfangenen Signals, das verwendet werden kann, um die Energie des Rauschens zu berechnen. Die Messungen der Energie des gewünschten Signals und die Energie des Rauschens werden an den Signalstärkenkalkulator 58 geliefert. Der Signalstärkenkalkulator 58 kann eine Schätzung der Signalstärke des gewünschten Signals für jeden entsprechenden Satz von empfangenen Signal- und Rauschenenergiemessungen liefern.
Aufgrund von Rauschen in dem Kommunikationskanal weist das empfangene Signal das gewünschte Signal und ein Kanalrauschen auf. Das Kanalrauschen führt zu einer Unsicherheit in den Energiemessungen. Zum Beispiel kann sich das Kanalrauschen konstruktiv zu dem übertragenen Signal addieren und führt zu einer höheren Messung der gewünschten Signalenergie. Alternativ kann sich das Kanalrauschen destruktiv zu dem übertragenen Signal addieren und führt zu einer geringeren Messung der gewünschten Signalenergie. Um zuverlässigere Messungen vorzusehen, berechnen die Energiekalkulatoren 54 und 56 jeweils die Energie des gewünschten Signals und des empfangenen Signals über ein vorgegebenes Zeitintervall. Ein Mitteln über ein längeres Zeitintervall reduziert die Menge an Variation in den Energiemessungen.
In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Amplitude des empfangenen Signals derart gesteuert, dass die Leistung des empfangenen Signals durch eine AGC(automatic gain control)-Schleife ungefähr konstant gehalten wird. Die AGC-Schleife misst die Leistung des empfangenen Signals, vergleicht die gemessene Leistung mit einer vorgegebenen Leistungsschwelle und passt ein Verstärkungselement in dem Empfänger der Zielvorrichtung derart an, dass die Ausgabe der AGC-Schleife an der Leistungsschwelle beibehalten wird. Durch ungefähres Konstanthalten der Leistung des empfangenen Signals ist die gemessene Signalstärke des gewünschten Signals proportional zu der Energie des gewünschten Signals.
Die Messung der Energie des gewünschten Signals erfüllt eine Verteilungsdichtefunktion. Die Form dieser Verteilungsdichtefunktion ist typischerweise abhängig von der Struktur des Signals und dem Typ der Verarbeitung. Zum Beispiel kann ein analog moduliertes Signal zu Energiemessungen führen, die eine Gaußsche Verteilungsfunktion erfüllen, während ein QPSK(quadrature phase shift keying)-moduliertes Signal zu Energiemessungen führen kann, die eine nichtzentrale Chi-quadratische Verteilungsfunktion erfüllen. Durch sorgfältiges Modellieren der Signalkomponente des empfangenen Signals kann die Form der Verteilungsfunktion weiter abhängig sein von der Qualität der Kommunikationsverbindung (oder der tatsächlichen Signalstärke des gewünschten Signals). Dies wird in 7 dargestellt, wo die Verteilungsdichtefunktionen des gemessenen Energie eines QPSK-modulierten Signals für verschiedene tatsächliche Signalstärken (0, α_a, 2α_a, ..., 5α_a) dargestellt werden. Es ist anzumerken, dass die Verteilungsfunktionen einer Gaußsche Funktion bei höherer Kanalqualität (z.B. 5α_a) und einer nicht-zentralen Chi-quadratischen Funktion bei niedrigerer Kanalqualität (z.B. α_a) gleichen. Die Verteilungsfunktion für einen gegebenen Satz von Bedingungen (z.B. ein gegebener Signalübertragungstyp und eine gegebene Kanalqualität) können über eines von vielen Verfahren bestimmt werden, wie durch empirische Messungen oder durch eine Systemsimulation. Die Verteilungsdichtefunktion f(y|α) ist somit eine Funktion der gemessenen Energie y des gewünschten Signals für eine gegebene tatsächliche Signalstärke α.
In dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Signalstärke des gewünschten Signals als die „Maximum Likelihood"-Schätzung der tatsächlichen Signalstärke α geschätzt. Die „Maximum Likelihood"-Schätzung von α kann bestimmt werden durch partielles Differenzieren der Verteilungsdichtefunktion f(y|α) hinsichtlich α, Setzen der partiellen Ableitung auf Null und Lösen nach α für eine gegebene gemessene Energie y des gewünschten Signals. Das resultierende α, das dem gegebenen y entspricht, als α₀ bezeichnet, ist die „Maximum Likelihood"-Schätzung von α und stellt eine genaue Schätzung der Signalstärke des gewünschten Signals dar. In einer anderen Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels entspricht jede tatsächliche Signalstärke α_z einer Verteilungsdichtefunktion f(y|α_z). Diese Verteilungsdichtefunktion f(y|α_z) hat einen Spitzenwert an einem spezifischen y oder y_z. Für dieses y_z entspricht die „Maximum Likelihood"-Schätzung von α der Funktion f(y|α_z) mit einer Spitze bei y_z. Es gibt somit eine Eins-zu-Eins-Entsprechung zwischen einem bestimmten y_z und der „Maximum Likelihood"-Schätzung von α. In diesem ersten Ausführungsbeispiel wird jede gemessene Energie y als ein spezifisches y behandelt, das einer Funktion f(y|α_z) mit einer Spitze an dieser gemessenen Energie y entspricht. Das entsprechende α_z dieser Funktion f(y|α_z) ist die „Maximum Likelihood"-Schätzung von α.
Die Signalstärke des gewünschten Signals kann alternativ basierend auf dem bedingten Mittel der gemessenen Energie des gewünschten Signals oder E{y|α} geschätzt werden. In diesem Fall wird E{y|α} zuerst geschätzt durch Mitteln von Messungen der Energie y des gewünschten Signals. Die Signalstärke kann dann geschätzt werden als y/c, wobei c eine Konstante ist abhängig von den Charakteristiken der Verstärkungssteuerungsschleife, der Länge der Integrationsperiode und der digitalen Verstärkung.
Als eine weitere Alternative kann die Signalstärke des gewünschten Signals geschätzt werden basierend auf dem bedingten Mittel von y und unter Berücksichtigung eines vorgegebenen Bias. In diesem Fall wird zuerst y/c berechnet, wie oben beschrieben. Die Nicht-Bias-Schätzung der Signalstärke wird dann berechnet als y/c – 1/N, wobei N die Integrationsperiode ist, über welche die Energie des gewünschten Signals und die Energie der empfangenen Energie berechnet werden.
Dieser letzte Ansatz ist insbesondere geeignet zur Schätzung der Signalstärke in einem Spreizspektrum-Kommunikationssystem. Ein derartiges System ist ein CDMA(code division multiple access)-Kommunikationssystem, in dem die Signalstärkemessung verwendet wird, um Ressourcen zuzuteilen und die Übergabe bzw. Handoff einer Teilnehmerstation zwischen mehreren Basisstationen zu steuern.
Eine Bestimmung der Stärke eines empfangenen Signals ist auch nützlich in Entfernungssystemen (ranging systems). Ein derartiges Entfernungssystem ist das GPS (Global Positioning System). In diesen Entfernungssystemen wird eine Schätzung der Signalstärke verwendet, um die Parameter sowohl der Erfassungs- als auch der Verfolgungssignalverarbeitungsroutinen optimal anzupassen. Die Such- (oder Stillstand-)Zeiten können variiert werden von einem Bruchteil einer Mikrosekunde für starke Signale bis zu einigen Mikrosekunden für schwache Signale. Um die Suchzeit zu minimieren, kann die Suchroutine die Information der geschätzten Signalstärke verwenden, um die Suchzeit dementsprechend anzupassen.
Die vorliegende Erfindung kann in jedem Kommunikationssystem verwendet werden, das einen Empfänger hat, der ein Paar an Korrelatoren mit einem gemeinsamen Eingang hat und phasengleiche und Quadratur-Komponenten an den jeweiligen Ausgängen.
II. Anwendung des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung auf ein CDMA-Kommunikationssystem
Die Beschreibung der Schätzung der Signalstärke des empfangenen Signals des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung kann weiter verdeutlicht werden durch eine Implementierung in einem CDMA-Kommunikationssystem. 2 stellt ein Kommunikationssystem gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung dar. Das System weist mehrere Basisstationen 4 in Kommunikation mit mehreren Teilnehmerstationen 6 auf (zur Einfachheit wird nur eine Teilnehmerstation 6 gezeigt). Eine Systemsteuervorrichtung 2 ist verbunden mit: (1) allen Basisstationen 4 in dem Kommunikationssystem, (2) dem öffentlichen Fernsprechnetz (PSTN – public switched telephone network) und (3) Systemsteuervorrichtungen von anderen Kommunikationssystemen. Die Systemsteuervorrichtung 2 koordiniert die Kommunikation zwischen Benutzern, die mit dem PSTN verbunden sind, anderen Systemen oder den Teilnehmerstationen 6. Eine Kommunikation von den Basisstationen 4 zu der Teilnehmerstation 6 findet auf der Vorwärtsverbin dung über Signalpfade 10 statt und eine Kommunikation von der Teilnehmerstation 6 zu der Basisstation 4 findet auf der Rückwärtsverbindung über die Signalpfade 12 statt. Der Signalpfad kann ein gerader Pfad sein, wie der Signalpfad 10a, oder ein reflektierter Pfad, wie der Signalpfad 10d. Ein reflektierter Pfad 10d wird erzeugt, wenn das von der Basisstation 4a übertragene Signal von der Reflexionsquelle 16 reflektiert wird und an der Teilnehmerstation 6 über einen anderen Pfad als den geraden Pfad ankommt. Obwohl in 2 als ein Block dargestellt, ist die Reflexionsquelle 16 ein Artifakt in der Umgebung, in dem die Teilnehmerstation 6 arbeitet, z.B. ein Gebäude oder andere Struktur.
Ein vereinfachtes Blockdiagramm der Signalverarbeitung in einer Teilnehmerstation wird in 3 gezeigt. Die Signalverarbeitung in einer Basisstation ist ähnlich zu der in 3 gezeigten mit dem Unterschied, dass die Implementierung der einzelnen Blöcke für die Basisstation unterschiedlich sein kann aus Gründen, die für Fachleute offensichtlich sind. Die Basisstation empfängt verschiedene Ströme von Daten (z.B. Sprachdatenströme, Paging-Nachrichten und Pilotdatenströme), codiert jeden Strom unter Verwendung eines jeweiligen Codierformats, moduliert jeden codierten Datenstrom unter Verwendung eines jeweiligen Modulationsformats und kombiniert die modulierten Daten, um ein Spreizsignal vorzusehen. Das Spreizsignal wird gefiltert, aufwärtsgewandelt, verstärkt und auf der Vorwärtsverbindung übertragen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Vorwärtsverbindungssignalverarbeitung durchgeführt wie detailliert in dem U.S.-Patent Nr. 4,901,307 mit dem Titel „SPREAD SPECTRUM MULTIPLE ACCESS COMMUNICATION SYSTEM USING SATELLITE OR TERRESTRIAL REPEATERS" und dem U.S.-Patent Nr. 5,103,459 mit dem Titel „SYSTEM AND METHOD FOR GENERATING SIGNAL WAVEFORMS IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM", die beide der Anmelderin der vorliegenden Erfindung erteilt wurden. Das vorliegende Ausführungsbeispiel der Erfindung kann auch auf andere Kommunikationssysteme ange wendet werden, wie das System, das in U.S.-Patent Nr. 6,574,211 mit dem Titel „METHOD AND APPARATUS FOR HIGH RATE PACKET DATA TRANSMISSION" beschrieben wird, das der Anmelderin der vorliegenden Erfindung erteilt wurde. Der Modulator 122 wird detaillierter im Folgenden beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 4 wird an der Teilnehmerstation das Vorwärtsverbindungssignal von der Antenne 102 empfangen, durch den Duplexer 104 geleitet und an den Empfänger 106 geliefert. In dem Empfänger 106 wird das empfangene Vorwärtsverbindungssignal an einen AGC(automatic gain control)-Verstärker 212 geliefert, der das empfangene Signal derart verstärkt, dass die Amplitude der quantisierten Basisbandsignale von den Analog-Digital-Wandlern (ADCs – analog-to-digital converters) 220 im Wesentlichen konstant gehalten werden unabhängig von dem Leistungspegel des empfangenen Signals. Das Verstärkungs-gesteuerte Signal von dem Verstärker 212 wird an den Bandpassfilter 214 geliefert, der das Außerband-Rauschen filtert. In einem Ausführungsbeispiel ist der Bandpassfilter 214 ein SAW(surface acoustic wave)-Filter mit einer Bandbreite, die der des empfangenen Signals entspricht. Das gefilterte Signal von dem Bandpassfilter 214 wird an einen Abwärtswandler 216 geliefert, der das empfangene Signal von einer HF-Frequenz auf ungefähr Basisband abwärtswandelt. In einem Ausführungsbeispiel ist der Abwärtswandler 216 ein Quadratur-Abwärtswandler, der das gefilterte Signal mit einer phasengleichen und Quadratur-Sinuskurve abwärtswandelt, um jeweils ein phasengleiches und ein Quadratur-Signal zu liefern. Der Abwärtswandler 216 kann eine einzelne Abwärtswandlungsstufe (direkte Abwärtswandlung) oder mehrere Umwandlungsstufen aufweisen. Die phasengleichen und Quadratur-Signale von dem Abwärtswandler 216 werden jeweils an Puffer (BUF – buffers) 218a und 218b geliefert, die eine Verstärkung und/oder eine Pufferung vorsehen können. Die gepuffertern Signale von den Puffern 218a und 218b werden an die ADCs 220a und 220b geliefert, welche die Signale abtasten, um jeweils die I- und Q-Basisbandsignale zu liefern. Der in 4 gezeigte Empfänger ist ein vereinfachtes Blockdiagramm, das einige der grundlegenden Signalverarbeitungs funktionen zeigt. In anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können andere Empfänger, welche die hier beschriebenen Funktionen durchführen, alternativ verwendet werden.
Ein Blockdiagramm eines Kurz-PN-Entspreizers 320 wird in 5 gezeigt. Die I- und Q-Basisbandsignale werden an eine IQ-Polaritätssteuervorrichtung 352 geliefert, die eines der Signale oder beide Signale austauschen (swap) und/oder invertieren kann, um den Phasenfehler in den Abwärtswandlungssinuskurven in dem Abwärtswandler 216 zu berücksichtigen (siehe 4). Die Phasen-korrigierten Signale von der IQ-Polaritätssteuervorrichtung 352 werden an einen Dezimator 354 geliefert, der eine Filterung und/oder Dezimierung der Signale vorsehen kann. In einem Ausführungsbeispiel haben die dezimierten Signale von dem Dezimator 354 eine Abtastrate von einer Abtastung pro Chip. Als ein Beispiel, wenn das empfangene Signal mit einer Rate von acht Abtastungen pro Chip abgetastet wird, dezimiert der Dezimator 354 das Signal um einen Faktor von acht zu eins. Die dezimierten Signale von dem Dezimator 354 werden an die Multiplizierer 356a und 356b geliefert, welche die Signale jeweils mit den kurzen PNI- und PNQ-Sequenzen entspreizen. Die kurze PN-Entspreizung ist das Inverse der Spreizung, die von dem Kurz-PN-Spreizer in dem entsprechenden Modulator an der Basisstation durchgeführt wird. Die Ausgaben der Multiplizierer 356a und 356b weisen die entspreizten I- und Q-Daten auf.
Unter Bezugnahme auf 3 wird in einem Ausführungsbeispiel der Steuerungsprozessor 114 mit dem Empfänger 196, dem Demodulator 108 und der Anzeige 116 verbunden. Der Steuerungsprozessor 114 empfängt die Daten von dem Demodulator 108 und schätzt die Signalstärke des empfangenen Signals. Die geschätzte Signalstärke kann an die Anzeige 116 geliefert werden, welche die Information in verschiedenen Formen anzeigen kann. Die geschätzte Signalstärke kann auch an den Codierer 120, den Modulator 122 oder den Sender 124 geliefert werden zur Übertragung zurück an die Basisstationen. Die Information kann verwendet werden, um die Basisstationen zu unterstützen, Übergaben bzw. Handoffs und/oder andere Systemfunktionali täten durchzuführen. Der Steuerungsprozessor 114 kann das Verstärkungssteuerungssignal auch an den Empfänger 106 liefern, um die Amplitude der quantisierten Basisbandsignale von den ADCs 220 derart anzupassen, dass die gesamte Leistung des empfangenen Signals unabhängig von dem Leistungspegel des empfangenen Signals im Wesentlichen konstant gehalten wird. Der Steuerungsprozessor 114 kann als eine Mikrosteuervorrichtung, ein Mikroprozessor, ein digitaler Signalverarbeitungs(DSP – digital signal processing)-Chip oder ein anwendungsspezifischer Schaltkreis (ASIC – application-specific integrated circuit) implementiert werden und derart programmiert werden, die Funktionen durchzuführen, wie hier beschrieben.
Die Hardware wie oben beschrieben ist eines von vielen Ausführungsbeispielen, das von einer Teilnehmerstation verwendet werden kann, um Übertragungen von mehreren Basisstationen zu empfangen und zu demodulieren. Andere Hardwarearchitekturen können ebenfalls gestaltet werden, um die hier beschriebenen Funktionen durchzuführen. Diese verschiedenen Architekturen befinden sich in dem Umfang der vorliegenden Erfindung.
III. Schätzungen der Signalstärke des empfangenen Signals
Die Übertragungen von einer einzelnen Basisstation können über einen oder mehrere Signalpfade) empfangen werden. Ferner kann während des Soft-Handoffs die Teilnehmerstation Übertragungen von zwei oder mehreren Basisstationen empfangen. Unter Bezugnahme auf 6 durchsucht der Sucher 312 in der Teilnehmerstation das empfangene Signal nach starken Signalpfaden, die eine vorgegebene Sucherschwelle überschreiten und die keinem Korrelator zugewiesen wurden. In einem Ausführungsbeispiel werden die starken Signalpfade basierend auf der geschätzten Pilotstärke bestimmt. Somit werden die Korrelatoren meistens starken Signalpfaden zugewiesen.
Ein Blockdiagramm des Suchers 312 wird in 6 gezeigt. Die digitalisierten I- und Q-Basisbandsignale von dem Empfänger 106 werden an den Kurz-PN-Spreizer 320a in dem Sucher 312 geliefert. Der Kurz-PN-Entspreizer 320a entspreizt die I- und Q-Signale mit den Kurz-PN-Sequenzen mit einem Offset, der mit dem des bestimmten Signalpfads übereinstimmt, der gesucht wird. Die Kurz-PN-Entspreizung ist das Umgekehrte der Spreizung, die von dem Kurz-PN-Spreizer in dem entsprechenden Modulator an der Basisstation durchgeführt wird. Die Ausgabe des Kurz-PN-Spreizers 320a weist die entspreizten I- und Q-Signale auf, die jeweils an die Verstärkungselemente (G) 414a und 414b geliefert werden. Die Verstärkungselemente 414a und 414b skalieren die jeweiligen entspreizten Signale mit dem Skalierungsfaktor von G und liefern die skalierten Signale jeweils an kohärente Integratoren 416a und 416b. In den kohärenten Integratoren 416a und 416b wird der rotierende Phasenfehler der skalierten und entspreizten I- und Q-Signale, die integriert werden (um das empfangene Pilotsignal zu erzeugen), entfernt durch Durchführung eines inneren Produkts (dot product) der PNI- und PNQ-Signale mit einem wiedergewonnenen Pilotsignal.
Dann werden die phasenkorrigierten I- und Q-Signale jeweils über N Chips integriert, um das empfangene Pilotsignal zu liefern. Die Integration deckt das Pilotsignal ab (das in einem Ausführungsbeispiel mit Walsh-Code 0 abgedeckt ist) und entfernt die Signale aus den Nicht-Pilot-Code-Kanälen. In einem Ausführungsbeispiel entspricht N einer ganzzahligen Anzahl von Walsh-Symbolen (z.B. N = 512 für 8 Walsh-Symbole in IS-95-Systemen). Die kohärenten Integratoren 416 können auch ein Skalieren um einen Faktor von k vorsehen. Wenn zum Beispiel die Eingaben in die kohärenten Integratoren 416 13 Bits aufweisen und die Ausgaben von den kohärenten Integratoren 416 die acht signifikantesten Bits aufweisen, dann ist die Operation äquivalent zur Teilung durch 32.
Die I- und Q-Pilotsignale werden jeweils an Quadrierer 418a und 418b geliefert, welche die Eingabesignale ins Quadrat setzen. Die quadrierten Ausgaben von den Quadrierern 418a werden an einen Summierer 4120 geliefert, der die Signale summiert, um eine Energiemessung zu liefern. Die Messung wird an einen Energiekalkulator 422 geliefert, der in einem Ausführungsbeispiel die Energie des Pilotsignals über M Messungen berechnet als:
Das Ziel ist, die Stärke des gewünschten Signals zu schätzen unter Verwendung einer oder mehrerer Beobachtungen) y_j, j = 1, 2, ..., p. Jede dieser Beobachtungen stellt eine zufällige Variable dar. In einigen Fällen können angemessene Schätzfunktionen bzw. Estimatoren auf der Basis von Intuition gefunden werden, aber zur Ableitung effizienterer Estimatoren wurden verschiedene allgemeine Verfahren entwickelt. Die vorliegende Erfindung verwendet vorzugsweise ein Verfahren, das ziemlich oft zu Estimatoren mit wünschenswerten Eigenschaften führt. Die Idee ist, als eine Schätzung der Signalstärke einen Wert zu verwenden, welcher der größten „Wahrscheinlichkeit bzw. Likelihood" für die beobachteten Daten entspricht. Die gemeinsame Dichtefunktion von p zufälligen Variablen y₁, y₂, ..., y_p, zum Beispiel f(y₁, y₂, ..., y_p|α), wird als eine Wahrscheinlichkeitsfunktion bezeichnet. Für ein festes y₁, y₂, ..., y_p ist die Wahrscheinlichkeitsfunktion eine Funktion von α und wird oft als L(α) bezeichnet. Das „Maximum Likelihood"-Prinzip der Schätzung ist, als die Schätzung von α für einen gegebenen Satz von Beobachtungen den Wert zu wählen, für den der beobachtete Satz von Daten am wahrscheinlichsten auftritt. Das heißt, wenn die Wahrscheinlichkeit der Beobachtung eines gegebenen Satzes von Beobachtungen sehr viel höher ist, wenn α = α₁ als wenn α = α₂, dann ist es sinnvoll, α₁ statt α₂ als eine Schätzung von α zu wählen. Im Allgemeinen ist, wenn L(α) differenzierbar ist und ein Maximum in dem Raum von allen möglichen α annimmt, die „Maximum Likelihood"-Schätzung die Lösung der Gleichung
Wenn eine oder mehrere Lösungen) zu der obigen Gleichung existieren, sollte verifiziert werden, welche, wenn vorhanden, L(α) maximieren. Es ist auch anzumerken, das jeder Wert von α, der L(a) maximiert, auch die Log- Likelihood, In L(a), maximiert, so dass zur einfacheren Berechnung eine alternative Form der „Maximum Likelihood"-Gleichung ist
In einem Ausführungsbeispiel wird die Signalstärke des empfangenen Signals durch die Signalstärke des empfangenen Pilotsignals oder der Pilotstärke geschätzt. Die Pilotstärke ist definiert als das Verhältnis der Pilotenergie pro Chip hinsichtlich der gesamten Interferenzdichte E_c/N_t. Im Folgenden wird die Pilotstärke als „α" bezeichnet. Für ein gegebenes α sind die I- und Q-Pilotsignale unabhängige zufällige Variablen. Die Menge an Energie, die wahrscheinlich für jede zu jeder Zeit gemessen wird, variiert über einen Bereich von Werten, wie in 7 gezeigt wird. Bei Fehlen des gewünschten Signals ist die Energieverteilung über den Bereich von möglichen Werten typischerweise eine Gaußsche Verteilung.
Bei Vorhandensein des Signals ist die bedingte Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion von y eine zufällige Variable mit einer nichtzentralen Chiquadratischen Verteilungsfunktion, im Folgenden als f(y|α) bezeichnet, die definiert ist als:
wobei
y ≥ 0;
f(y|α) = die Verteilungsdichtefunktion des gemessenen Pilotenergie y für einen gegebenen Wert von α ist, wobei μ eine Funktion von α ist, wie unten definiert;
I_M-1() = die modifizierte Bessel-Funktion der (M-1)ten-Ordnung der ersten Art ist; und μ2 = μ2I + μ2Q = cα, (5)wobei
μ_I = der Erwartungswert der I-Komponente des Pilotsignals ist,
μ_Q = der Erwartungswert der Q-Komponente des Pilotsignals ist, und
c = t eine Konstante ist abhängig von den Charakteristiken der Verstärkungssteuerungsschleife, Länge der Integrationsperiode und digitaler Verstärkung, derart, dass:
wobei
N = die Anzahl der kohärent integrierten Chips oder die Dauer der kohärenten Integrationsperiode ist,
G = die Signalverarbeitungsverstärkung der Verstärkungselemente 414 ist, und
k = der Skalierungsfaktor der kohärenten Integratoren 416 ist.
Typischerweise wird die Amplitude des empfangenen Signals durch eine AGC(automatic gain control)-Schaltung gesteuert, so dass die Gesamtleistung des empfangenen Signals an der Ausgabe der AGC-Schaltung im Wesentlichen konstant gehalten wird, ungeachtet des Leistungspegels des empfangenen Signals vor einer Konditionierung durch die AGC-Schaltung. Diese Verstärkungssteuerungsschleife setzt effektiv den gesamten Leistungspegel Nt auf einen bekannten Wert von Nt = 2σ_n ². Skalierungsfaktoren (N, G und k) sind in der Berechnung von c in der Gleichung (4) enthalten, um die Anzahl der Messungen (N), die während der Periode (p) gemacht werden, die Verstärkung (G) der Signalverarbeitung durch die Verstärkungselemente 414 und die Skalierung (k) zu berücksichtigen, die von dem kohärenten Integrator 416 durchgeführt wird.
Es ist aus der Gleichung (2) zu sehen, dass es für M = 1 eine Familie von Verteilungskurven gibt, wobei jede Kurve eine andere Form hat abhängig von dem Wert von α. Diagramme, die f(y|α) für sechs unterschiedliche Werte von α zeigen, werden in der 7 gezeigt. Für hohe Werte von α (z.B. α₆ = 6α_a) gleicht f(y|α₆) einer Gaußschen Verteilung. Umgekehrt ist für einen niedrigen Wert von α (z.B. α_a) f(y|α_a) verzerrter oder gleicht einer Ricianischen Wahrscheinlichkeitsverteilungsfunktion.
In dem ersten Ausführungsbeispiel basiert die Schätzung von α auf der „Maximum Likelihood"-Schätzung von α. Die „Maximum Likelihood"-Schätzung von α ist eine effiziente Schätzung, welche die minimal mögliche Varianz hat und welche die „Cramer-Rao-Bedingung" unter Gleichheit erfüllt. Die „Maximum Likelihood"-Schätzung von α kann bestimmt werden durch partielles Differenzieren von L(α) hinsichtlich α, Setzen der partiellen Ableitung auf Null und Lösen nach α für ein gegebenes y. Das resultierende α ist dann die „Maximum Likelihood"-Schätzung von α oder α₀. Da y₁, y₂, ..., y_p einen zufälligen Abtastwert von der Verteilung mit f(y|α) darstellt, ist
Durch Anwenden der in Gleichung (3) gezeigten Differenzierung auf die Wahrscheinlichkeitsfunktion L(α), in Gleichung (7) gezeigt, Setzen der Ableitung auf Null und Lösen nach α, um die „Maximum Likelihood"-Schätzung von α oder α₀ zu erlangen, wird Folgendes abgeleitet:

und I_M-2(), I_M-1() und I_M() jeweils die modifizierten Besselfunktionen der ersten Art (M-2)-ter, (M-1)-ter und (M)-ter Ordnung sind.
Für den Fall von M = 1 kann die Energie des Pilotsignals in der Gleichung (1) vereinfacht werden als x = I² + Q². Die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion von x, im Folgenden als f(x|α) bezeichnet, kann definiert werden als:
wobei
x ≥ 0;
f(x|α) = die Verteilungsdichtefunktion der gemessenen Pilotenergie x für einen gegebenen Wert von α ist, wobei μ eine Funktion von α ist, wie oben definiert; und
I₀() = die modifizierte Bessel-Funktion der ersten Art Null-ter Ordnung ist.
Aus der Gleichung (9) für M = 1 wird die „Maximum Likelihood"-Schätzung von α für eine mehrfache Beobachtung reduziert auf:
Die „Maximum Likelihood"-Schätzung von α erfüllt die Gleichung (10). Da die Gleichung (10) nicht explizit in einer geschlossenen Form gegeben wird, kann die „Maximum Likelihood"-Schätzung von α numerisch gelöst werden unter Verwendung einer aus einer Anzahl von in der Technik bekannten Techniken. Die numerische Berechnung kann durch Mikrocode auf einem Mikroprozessor, eine Mikrosteuervorrichtung oder andere Berechnungsvorrichtungen durchgeführt werden, die in der Technik bekannt sind und verwendet werden.
Unter Verwendung der Gleichung (10) kann eine Übersetzungstabelle für verschiedene Werte von x berechnet werden. Unter Bezugnahme auf 6 kann diese Übersetzungstabelle in einen Festspeicher, einen Arbeitsspeicher oder andere Speichervorrichtungen geladen werden, was als Übersetzungstabelle 424 gezeigt wird. Während eines normalen Betriebs kann die „Maximum Likelihood"-Schätzung von α adressiert werden, sobald die gemessene Pilotenergie x berechnet ist.
Eine Übersetzungstabelle, welche die „Maximum Likelihood"-Schätzung von α für verschiedene Werte von x aufführt, wird in Tabelle 1 gezeigt. Die Tabelle 1 wird erzeugt unter dem folgenden Satz von Parametern: 2σ_n ² = 18, N = 512, G = 2, k = 32, p = 1 und M = 1. Es ist anzumerken, dass die Werte der gemessenen Pilotenergie x in der Tabelle 1 linear gegeben sind, während die „Maximum Likelihood"-Schätzungen von α in Dezibel (dB) gegeben werden. Ähnliche Tabellen können für unterschiedliche Systemparameter erzeugt werden und befinden sich in dem Umfang der vorliegenden Erfindung.
Die „Maximum Likelihood"-Schätzung von α zu der gemessenen Pilotenergie x wird ebenfalls in 8 dargestellt, was durch eine durchgezogene Line dargestellt wird. In 8 wird ebenfalls eine Schätzung gemäß dem Stand der Technik von x zu der gemessenen Pilotenergie x dargestellt, was durch die gestrichelte Linie gezeigt wird. Es kann angemerkt werden, dass die beiden Graphen im Wesentlichen gleich sind für hohe Werte von x (z.B. x Werte, die α entsprechen, zwischen -10 und 0 dB). Bei niedrigen Werten von x ist der Unterschied zwischen den beiden Diagrammen beträchtlich. Zum Beispiel ist bei x = 72 die „Maximum Likelihood"-Schätzung von α gleich -23.0 dB und die Schätzung von α gemäß dem Stand der Technik ist -27.0 dB, was zu einem Unterschied von 4.0 dB führt. Dieser Unterschied ist beträchtlich und kann die Leistung des Kommunikationssystem bemerkbar verschlechtern.
In den oben erwähnten alternativen Ansätzen kann das bedingte Mittel oder der mittlere Wert des empfangenen Signals verwendet werden, um die Signalstärke des empfangenen Signals zu schätzen. Aus der Gleichung (1) kann der erwartete Wert E{y|α} von y für ein gegebenes α berechnet werden als:
Ein Neuanordnen der Terme in der Gleichung (11) liefert Folgendes:
Wenn p Abtastwerte verwendet werden, um die mittlere empfangene Energie zu schätzen, dann kann (12) geschrieben werden als
An der Teilnehmerstation kann der erwartete Wert von x durch die gemessene Pilotenergie x und die Konstante c geschätzt werden. In einigen Fällen ist c bekannt, da die Gesamtleistung des empfangenen Signals durch die Verstärkungssteuerungsschleife im Wesentlichen konstant gehalten wird. Deswegen kann das Verhältnis x/c als eine Schätzung der Pilotstärke α verwendet werden. Es ist jedoch anzumerken, dass x/c in einer Bias-Schätzung von α resultiert. Die Nicht-Bias-Schätzung von α kann erlangt werden durch Subtrahieren des Terms 1/N von x/c.
Obwohl die Nicht-Bias-Schätzung von α eine bessere Schätzung von α ist, kann die Nicht-Bias-Schätzung noch immer eine suboptimale Schätzung von α sein für einen bestimmten Versuch (oder eine Messung). Zum Beispiel kann die Nicht-Bias-Schätzung suboptimal sein für eine Verteilungsdichtefunktion f(y|α) mit einer großen Varianz, da die Nicht-Bias-Schätzung von α auch eine große Varianz aufweisen würde.
Für niedrige Werte von α kann ein Schätzen von Ec/Nt des empfangenen Pilotsignals basierend auf dem erwarteten Wert von y oder E{x|α} zu einer suboptimalen Schätzung führen, welche die Leistung des Kommunikations system verschlechtern kann. Insbesondere kann ein Schätzen von α basierend auf E{x|α} zu einer etwas höheren Schätzung von α führen, was zu einer suboptimalen Verwendung von Systemressourcen führen kann. Wenn zum Beispiel die tatsächliche Pilotstärke -14 dB ist, aber die geschätzte Pilotstärke ist -12 dB, dann kann die Basisstation, die diesem Pilot entspricht, zu dem Soft-Handoff der Teilnehmerstation hinzugefügt werden, wenn sie nicht hinzugefügt werden sollte, was zu einem unnötig höheren Verbrauch der Systemressourcen führt.
Unter Bezugnahme auf 6 weist der Sucher 312 Verstärkungselemente 414, kohärente Integratoren 416, Quadrierer 418, Summierer 420, einen Energiekalkulator 422 und eine Übersetzungstabelle 424 auf. Eine oder mehrere dieser Funktionen können sich in dem Steuerungsprozessor 114 befinden, um die erforderliche Hardware zu minimieren. Zum Beispiel kann es effizienter sein, für ein bestimmtes Systemdesign den Energiekalkulator 422 und die Übersetzungstabelle 424 in den Steuerungsprozessor 114 aufzunehmen. Ferner kann die Übersetzungstabelle 424 eliminiert werden durch Durchführen der Berechnung der Gleichung (8), (10) oder (12), wenn erforderlich. Diese verschiedenen Implementierungen des Suchers 312 und des Steuerungsprozessors 114 können in Betracht gezogen werden und befinden sich in dem Umfang der vorliegenden Erfindung.
Die obige Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele ist vorgesehen, um Fachleuten zu ermöglichen, die vorliegende Erfindung herzustellen oder zu verwenden. Die verschiedenen Modifikationen dieser Ausführungsbeispiele sind für Fachleute offensichtlich und die hier definierten generischen Prinzipien können auf andere Ausführungsbeispiele angewendet werden ohne die Verwendung einer erfinderischen Fähigkeit. Somit soll die vorliegende Erfindung nicht durch die hier gezeigten Ausführungsbeispiele eingeschränkt werden, sondern soll dem weitesten Umfang entsprechen, wie von den Ansprüchen definiert.

Claims

Ein Verfahren zum Vorsehen einer Schätzung der Signalstärke eines gegebenen Signals, wobei die Signalstärke als eine geschätzte Energie des gegebenen Signals geteilt durch entweder eine geschätzte Energie des Rauschens oder eine Schätzung der empfangenen Gesamtenergie definiert ist, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Empfangen (52, 106) eines Signals, wobei das empfangene Signal das gegebene Signal aufweist; Messen (56) einer Energie des gegebenen Signals, um eine gemessene Energie vorzusehen; und Schätzen (58) einer Signalstärke des gegebenen Signals gemäß der gemessenen Energie; dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Schätzens (58) Folgendes aufweist: Berechnen einer Maximalwahrscheinlichkeitsschätzung der Signalstärke des gegebenen Signals basierend auf Verteilungsdichtefunktionen der gemessenen Energie für unterschiedliche Signalstärken.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt des Messens (56) Folgendes aufweist: Integrieren des gegebenen Signals über ein erstes vorbestimmtes Intervall um die gemessene Energie vorzusehen.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt des Integrierens kohärent mit einem wiedererlangten Pilotsignal ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das erste vorbestimmte Intervall n Walsh-Symbole einer Walsh-Sequenz, die verwendet wird, um das empfangene Signal freizulegen, ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Messen (56) weiterhin folgende Schritte aufweist: erstes Integrieren des gegebenen Signals über ein erstes vorbestimmtes Intervall, um eine gemittelte Energie vorzusehen; und zweites Integrieren der gemittelten Energie über ein zweites vorbestimmtes Intervall, um die gemessene Energie vorzusehen.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der zweite Integrierschritt nicht-kohärent ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Berechnens einer Maximalwahrscheinlichkeitsschätzung der Signalstärke des gegebenen Signals mit einer Übersetzungs-Hoch-Tabelle (424) ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das gegebene Signal ein Pilotsignal ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das gegebene Signal ein Informationssignal ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das gegebene Signal ein Spreizspektrumssignal ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Amplitude des empfangenen Signals ungefähr konstant gehalten wird.
Ein Signalstärkenschätzelement (50) zum Vorsehen einer Schätzung der Signalstärke eines gegebenen Signals, wobei die Signalstärke als eine geschätzte Energie des gegebenen Signals geteilt durch entweder eine geschätzte Energie des Rauschens oder eine Schätzung der empfangenen Gesamtenergie definiert ist, wobei das Signalstärkenschätzelement (50) Folgendes aufweist: einen Empfänger (106) zum Vorsehen eines empfangenen Signals, wobei das empfangene Signal das gegebene Signal aufweist; einen Signalprozessor (52) verbunden mit dem Empfänger (106) zum Empfangen des empfangenen Signals und zum Vorsehen des gegebenen Signals; ein Energieberechnungselement (54), verbunden mit dem Signalprozessor (52) zum Empfangen des gegebenen Signals und zum Vorsehen einer gemessenen Energie; ein Signalstärkenschätzelement (58) verbunden mit dem Energieberechnungselement (54) zum Empfangen der gemessenen Energie und zum Vorsehen einer Schätzung der Signalstärke des gegebenen Signals basierend auf der gemessenen Energie, dadurch gekennzeichnet, dass das Signalstärkenschätzelement (58) Mittel aufweist zum Berechnen einer Maximalwalirscheinlichkeitsschätzung der Signalstärke des gegebenen Signals basierend auf Verteilungsdichtefunktionen der gemessenen Energie für unterschiedliche Signalstärken.
Signalstärkenschätzelement (50) nach Anspruch 12, wobei der Signalprozessor (52) Folgendes aufweist: ein Integrierelement zum Empfang des gegebenen Signals und zum Integrieren des gegebenen Signals über ein erstes vorbestimmtes Intervall zum Vorsehen der gemessenen Energie.
Signalstärkenschätzelement (50) nach Anspruch 13, wobei das Integrierelement ein Kohärent-Integrierelement ist.
Signalstärkenschätzelement (50) nach Anspruch 13, wobei das erste vorbestimmte Intervall n Walsh-Symbole einer Walsh-Sequenz, die zum Freilegen des empfangenen Signals verwendet wird, ist.
Signalstärkenschätzelement (50) nach Anspruch 12, wobei der Signalprozessor (52) weiterhin Folgendes aufweist: ein erstes Integrierelement zum Empfangen des gegebenen Signals und zum Integrieren des gegebenen Signals über ein erstes vorbestimmtes Intervall zum Vorsehen einer gemittelten Energie; und ein zweites Integrierelement verbunden mit dem ersten Integrierelement zum Empfang der gemittelten Energie, und zum Integrieren über ein zweites vorbestimmtes Intervall, um die gemessene Energie vorzusehen.
Signalstärkenschätzelement (50) nach Anspruch 16, wobei das zweite Integrierelement ein Nicht-Kohärent-Integrierelement ist.
Signalstärkenschätzelement (50) nach Anspruch 12, wobei die Mittel zum Berechnen einer Maximalwahrscheinlichkeitsschätzung der Signalstärke des gegebenen Signals eine Übersetzungs-Hoch-Tabelle (424) (translation up table) sind.
Signalstärkenschätzelement (50) nach Anspruch 12, wobei das gegebene Signal ein Pilotsignal ist.
Signalstärkenschätzelement (50) nach Anspruch 12, wobei das gegebene Signal ein Informationssignal ist.
Signalstärkenschätzelement (50) nach Anspruch 12, wobei das gegebene Signal ein Spreizspektrumssignal ist.
Signalstärkenschätzelement (50) nach Anspruch 12, wobei eine Amplitude des empfangenen Signals ungefähr konstant gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren in einem Kommunikationssystem angewendet wird, das in der Lage ist, Übertragungen von zumindest einer Basisstation (4) zu zumindest einer Teilnehmerstation (6) vorzusehen, wobei das gegebene Signal von der mindestens einen Basisstation (4) zu einer Teilnehmerstation (6) gesendet wird, wobei die Signalstärke des gegebenen Signals an der Teilnehmerstation (6) geschätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 23, das weiterhin folgende Schritte aufweist: Senden der geschätzten Signalstärke des gegebenen Signals zurück zu der mindestens einen Basisstation (4).
Verfahren nach Anspruch 23, wobei der Schritt des Berechnens einer Maximalwahrscheinlichkeitsschätzung der Signalstärke des gegebenen Signals mit einer Übersetzungs-Hoch-Tabelle (424) ausgeführt wird.
Ein Verfahren zum Auswählen von Soft-Handoff-Übertragungen in einem Kommunikationssystem, das in der Lage ist, Soft-Handoff-Übertragungen von zumindest einer Basisstation (4) zu zumindest einer Teilnehmerstation (6) vorzusehen, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch: Senden eines gegebenen Signals von der zumindest einen Basisstation (4) zu einer Teilnehmerstation (6); Schätzen der Signalstärke des gegebenen Signals gemäß des Verfahrens nach Anspruch 1 bei der Teilnehmerstation; Senden der geschätzten Signalstärke des gegebenen Signals zurück zu der zumindest einen Basisstation (4); und Empfangen der geschätzten Signalstärke des gegebenen Signals an der zumindest einen Basisstation (4); Auswählen der Soft-Handoff-Übertragungen bzw. -Sendungen basierend auf der empfangenen geschätzten Signalstärke.