CN100449961C - 确认基站天线权重的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一移动站乃传送包含自天线发出的信号振幅及/或相位的权重因子(w₁，w₂)的位向量至基站。该位向量乃藉由针对各时隙改变该位向量中的一个且仅一个位位置并藉由位b(FBI位)型式从该移动站传送至该基站来更新。包含该位向量的可能状态及其间可能状态改变(分支)之格构图乃被设立，而维特比算法乃在考虑目前被传送之训练符号及先前被传送之训练符号时用以决定实际被基站使用的权重因子。

Description

确认基站天线权重的方法及装置

技术领域

本发明是有关于UMTS移动无线接收器中确认被用于基站的两天线的天线权重的方法及装置。

背景技术

包含具两天线的一基站及一移动无线用户的移动无线***中，各与基站天线的一产生相关的两传输信道之间是具有固定相位关系。UMTS(通用移动电信***)标准中，被发射自两天线的信号间的关系可通过所谓封闭回路模式传输分集(CLTD)功能以达成两传输信道间的建设性干扰方式来影响。封闭回路模式传输分集功能可以模式1及模式2来操作。模式1中，两天线之一的相位可改变，而另一天线的相位维持固定。大体而言，此导致两天线间的相位关系改变。除了从模式1得知的相位关系改变之外，模式2可提供从天线被发出的信号振幅变异。两天线的振幅可于模式2中被改变。

封闭回路模式传输分集功能是被说明于UMTS说明书3GPP TS 25.214中。此说明书，特别是段落7及附录A，在此是被包含于本申请案的揭示内容中。此说明书是被重复参考于下文。此例中所有细节是有关V5.6.0版本(2003-09)。

封闭回路模式传输分集功能可使回馈信号信息(FSM)数据文字被形成自移动无线中被估计信道脉冲响应，且这些是被传送至基站。两信道的信道脉冲响应一直被用于回馈信号信息数据文字。回馈信号信息数据文字包含被预期用于基站有关最佳相位关系，及可能有关从天线被传送的信号最佳振幅的信息。

两天线是针对在此被考虑传输分集方法而被用于基站传输。基站可从一回馈信号信息数据文字形成两天线权重w₁及w₂，且这些是被加诸至被预期从该两天线发出的信号上。此被说明于第1图。为了避免来自两天线的信号间的破坏性干扰可能，两传输路径中有效荷载数据(DPDCH)及所谓专用控制数据(DPCCH)是被乘上复合权重因子w₁及w₂。专用控制数据是包含训练符号，其于下文中被称为专用前导。为符合此，所谓CPICH符号或共享前导是被当作训练数据传输，而这些不被乘上权重因子。由于CPICH符号的正交特性，有关两传输天线的信道参数h_1，i ^(p)及h_2，i ^(p)可被决定于接收器中。相对地，以专用前导为基础估计的信道参数是被标示为h_1，i ^(d)及h_2，i ^(d)。模式2例中，仅可以专用前导为基础来估计两天线的最终信道，而其信道参数是于下文中被标示为h_i ^d。

天线权重是以从移动部件被传回的信息为基础被计算于基站中。各最佳传输权重是通过评估CPICH符号被决定于移动部件中，且使用已知于基站中的准则被量化，被映像至位序列，及被传送至基站。此例中，一位(所谓FBI位)于各例中被传送给各UMTS时隙，基站中的权重接着被采用。模式1例中，目前权重是通过具两位{b1，b2}的向量来决定，因此其视目前被传送位及先前位而定。模式2例中，目前权重是通过具四位{b1，b2，b3，b4}的向量来决定，也就是说此例中，内存为四位。这些传输权重于解调移动部件中被接收数据期间必须被考虑。先前被决定的量化权重可被用于此例中。信道影响于传送FBI位基站期间可能产生传输错误。此导致用于解调移动部件中被假设权重不同于实际被使用传输权重。仿真显示标准所需接收器效能无法以此方式达成。为了避免此，所谓天线确认是被用于接收器来检查被用于发送器的天线权重是否实际匹配被计算于移动部件中的路径权重。矛盾事件中，权重是被适当修正。

模式1及模式2的天线确认方法最初是于上述标准的附录A中被提出。两假设测试是明确地以不等式为基础针对模式1被提出：

用于偶数UMTS时隙及

用于奇数UMTS时隙。

实际被使用的位接着可以此假设测试结果为基础被推演。因为天线1的权重于模式1中为固定，且天线2的权重可假设仅为具有大欧几里得(Euclidean)距离的四分离值，所以通过公式(1)及(2)说明的确认处理可靠性本质上非常高。

16假设测试是针对模式2被提出。此例中，最大值：

$({\hat{w}}_1,{\hat{w}}_2)=\arg <{\max }_{w_1,w_2\&Element;T}\{\ln \left(\hat{p}(w_1,w_2)\right)+\ln \left(\stackrel{\&OverBar;}{p}(w_1,w_2)\right)\}>---\left(3\right)$

是被执行，其中p(w₁，w₂)是为权重对(w₁，w₂)先验机率。此可于传送FBI位期间从(已知)被传送FBI位及从错误机率假设来计算。可以训练符号为基础被计算的特定权重对出现机率是使用以下来计算

$\ln \left(\hat{p}(w_1,w_2)\right)=-\left(\underset{i=1}{\overset{\mathrm{Npath}}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{{|h_i^{\left(d\right)}-\mathrm{\&gamma;}(w_1{h}_{1,i}^{\left(p\right)}+w_2{h}_{2,i}^{\left(p\right)}|}^2}{{\mathrm{\&sigma;}}_i^2(1+{\mathrm{\&gamma;}}^2({\left|w_1\right|}^2+{\left|w_2\right|}^2))}\right)---\left(4\right)$

其中h_i ^(d)是为专用前导信道为基础针对两天线最终信道被计算的信道参数，h_1，i ^(p)及h_2，i ^(p)是为共享前导信道为基础针对天线1及2被决定的信道参数，γ²是为DPCH前导信道及CPICH信道的信号干扰及噪音比间的比率，N_path是为传播路径数，而σ₂ ²为第i传播路径上的噪音及干扰功率总和。

此程序涉及以下两缺点。被使用的决定度量仅以目前被接收训练符号为基础。因为两权重是被修改于模式2例中，且可能权重因子安排具有较模式1为短的欧几里得距离，所以具有权重被错误决定的主要风险。特别是模式2例中，待讨论的权重间的相位差较小，仅一被接收符号为基础的度量例中，错误侦测风险相当高。再者，模式2例中，因为16度量必须使用方程式(4)来计算，由于各度量其本身本质上的计算是较模式1为复杂，所以解的复杂性亦相当高。因此，本发明目的是明确说明于UMTS移动无线接收器中确认基站天线权重，藉此错误侦测风险可被降低的方法。

此目的是通过权利要求1的特征来达成。具有优点发展及改进是被明确说明于附带权利要求中。执行该方法的装置同样被明确说明。

发明内容

本发明是以目前被使用权重不仅视目前被传送FBI位亦视先前被传送位而定的概念为基础。本质上，此使天线确认处理不仅以一亦以若干被接收训练符号为基础，因此大大改进侦测可靠性。

于是本发明是有关确认从移动站传送至具有两天线的基站包含从天线被发出的信号振幅及/或相位的权重因子(w₁，w₂)的位向量，其中位向量的更新是通过一次改变位向量中一及仅一位位置，及通过将此以位b型式(0或1)从移动站传送至基站来产生。由于目前及先前被传送训练符号被考虑于此方法中，所以该方法是以被传送自基站且被移动站接收的训练符号为基础来实施来决定何权重因子被使用于基站。

此例中，位b最初可被提及的UMTS标准中的标准FBI位。因此，一FBI位是于各UMTS时隙中从移动站被传送至基站来更新位向量。

如上述，依据本发明的方法将针对标准模式2例被解释于下文，因为其应用是特别有利于此目的。然而，本质上，该方法亦可被用于模式1。模式2中，由于各例中位向量{b1，b2，b3，b4}的位的一被连续更新，所以一FBI位是被传送于各时隙中。依据本发明方法基础是不可达到从一特定状态开始的任何预期接续状态。

除了仅以移动站中目前被接收训练数据为基础决定已被用于基站的天线权重之外，来自先前UMTS时隙的训练数据亦被考量。因为仅位向量的一位曾经被改变于一时隙中，所以位向量仅可以特定方式改变其状态。因此，封闭回路模式传输分集方法之内存被用于依据本发明方法的特定程度。对应方式中，该问题不再与单值侦测相关而与值序列侦测相关，所以可将最大可能序列估计(MLSE)原则应用至该问题。

维特比算法可被用于实施依据本发明的方法。针对此，包含位向量的可能状态及可能状态改变或状态间的分支的格构图首先可被设立。维特比算法可通过将累积度量与各状态相关，通过定义分支度量为被接收训练符号的函数，通过计算各通达至状态的分支的分支度量，通过计算各状态的累积度量，通过计算具有最大累积度量的状态，及通过选择与此状态相关的权重因子来决定被基站使用的权重因子。

分支度量Δm_p，k ^b可被定义为：

${\mathrm{\&Delta;m}}_{p,k}^b=\{\ln \left(\hat{p}({\stackrel{\&OverBar;}{w}}_1,{\stackrel{\&OverBar;}{w}}_2)\right)+\ln \left(\stackrel{\&OverBar;}{p}({\stackrel{\&OverBar;}{w}}_1,{\stackrel{\&OverBar;}{w}}_2)\right)\}---\left(5\right)$

其中(w₁，w₂)是为对应状态转变的权重因子，而p(w₁，w₂)为权重对(w₁，w₂)发生的先验机率，而p(w₁，w₂)被计算自被传输位b及传输位b的错误机率的假设，且

$\ln \left(\hat{p}({\stackrel{\&OverBar;}{w}}_1,{\stackrel{\&OverBar;}{w}}_2)\right)=-\left(\underset{i=1}{\overset{\mathrm{Npath}}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{{|h_i^{\left(d\right)}-\mathrm{\&gamma;}({\stackrel{\&OverBar;}{w}}_1{h}_{1,i}^{\left(p\right)}+{\stackrel{\&OverBar;}{w}}_2{h}_{2,i}^{\left(p\right)}|}^2}{{\mathrm{\&sigma;}}_i^2(1+{\mathrm{\&gamma;}}^2({\left|{\stackrel{\&OverBar;}{w}}_1\right|}^2+{\left|{\stackrel{\&OverBar;}{w}}_2\right|}^2))}\right)$

为可被决定自训练符号的(w₁，w₂)发生机率；其中h_i ^(d)是为专用前导信道为基础针对两天线最终信道被计算的信道参数，h_1，i ^(p)及h_2，i ^(p)是为共享前导信道为基础针对天线1及2被决定的信道参数，γ²是为DPCH前导信道及CPICH信道的信号干扰及噪音比间的比率，N_path是为传播路径数，而σ₂ ²为第i传播路径上的噪音及干扰助率总和。

以上方程序(5)的分支度量仅代表以标准中以上方程序(3)为基础计算分支度量的一例。实务上，可具有优点使用被导源自此的简化分支度量。

用于一状态的累积度量m_p，k可被计算为

$m_{p.k}=m_{p,k-1}+{\max }_b\left({\mathrm{\&Delta;m}}_{p,k}^b\right)---\left(6\right)$

其中p为状态指针，k为时间步骤指针，m_p，k-1为先前状态的累积度量，而max_b(Δm_p，k ^b)为通达该状态的分支的分支度量Δm_p，k ^b最大值。

被用于实施的维特比算法可通过适应性仅进一步追踪被各M最可能状态涵盖的格构图而非完整格构图来简化。若状态总数为N，则仅M≤N/2状态变量被遵循；其中接续状态是以格构图中的启始化状态为基础被制造于连续时间步骤中，直到M状态变量各被分配累积度量值为止。具累积度量的2M接续状态是针对这些M状态变量被计算，该累积度量是以其大小为基础被分类，且仅M最大状态被分配至M状态变量，而剩余状态被拒绝且不被进一步跟随。

用于执行依据本发明方法的装置是具有一度量计算单元(1)，可自被接收训练符号来计算分支度量Δm_p，k ^b及累积度量，权重因子配对发生的先验机率p(w₁，w₂)，及以分类及累积度量大小为基础用于其及用于发出对应具有最高累积度量的状态的权重因子配对(w₁，w₂)的分类及选择单元。

由于分类及选择单元被设计供应其度量具有最高值的M状态至状态单元存储单元，所以装置可额外具有可储存其累积度量具有最高值的M状态的状态存储单元，且状态存储单元被设计供应被跟随的M状态变量及相关M被储存累积度量至度量计算单元。

附图说明

本发明将使用实施例及附图被更详细解释于下文，其中：

第1图显示标准封闭回路模式传输分集方法的简单方块图；

第2图显示被应用至标准模式2依据本发明方法的格构图；及

第3图显示可执行依据本发明方法的装置实施例。

具体实施方式

由于各例中的位向量{b1，b2，b3，b4}的位之一被连续更新，所以被显示于第2图的格构图是有关一FBI位依据标准模式2被传送于各UMTS时隙中。更新可包含对应位立置保持不变或发生于对应位位置处从0至1或从1至0的改变。此例中的各位向量独一辨识一配对天线权重(w₁，w₂)。状态s_p，k是与下文中的各位向量{b1，b2，b3，b4}相关。此例中，k表示第k接收时隙，且p∈{0，1，...，M-1}，其中M＝16。依据被明定于标准中的量化准则，不可能达成开始自特定状态s_p，k的隔一接续状态。开始自状态s_0，0→{0，0，0，0}的格构图是被显示于第2图。

以此问题建构为基础，如维特比算法最大可能方法可被用来决定目前被传送的天线权重。累积度量m_p，k是以对应方式与各状态s_p，k相关。如第2图所示，各例中两状态改变(分支)本质上通达各状态，且各对应被基站侦测的FBI位(b＝1或b＝0)的假设。若可取得先验信息被***计算中，则此使可能分支度量成为：

${\mathrm{\&Delta;m}}_{p,k}^b=\{\ln \left(\hat{p}({\stackrel{\&OverBar;}{w}}_1,{\stackrel{\&OverBar;}{w}}_2)\right)+\ln \left(\stackrel{\&OverBar;}{p}({\stackrel{\&OverBar;}{w}}_1,{\stackrel{\&OverBar;}{w}}_2)\right)\}---\left(5\right)$

其中(w₁，w₂)是为对应状态转变且对应被传送FBI位b假设的权重对。如最初提及者，而p(w₁，w₂)为权重对(w₁，w₂)发生的先验机率或信息，其可被计算自已知被传输FBI位及传输FBI位的错误机率假设，而

为可以训练符号为基础被计算且被方程式(3)给定的权重对(w₁，w₂)的发生机率。以上方程序(5)中，(w₁，w₂)是为对应状态转变且对应被传送FBI位b假设的权重对。

各状态被累积度量现在是以依据准则的维特比算法结构为基础来计算：

$m_{p,k}=m_{p,k-1}+{\max }_b\left({\mathrm{\&Delta;m}}_{p,k}^b\right)---\left(6\right)$

相对于古典维特比方法，直到进一步(未来)被接收值评估之后才决定权重，但于考虑目前度量增量之后被直接决定。此例中，具有最大累积度量m_p，k的状态s_p，k是首先被决定。对应此的权重对(w₁，w₂)接着被推荐为最可能权重对。

可使用上述用于各天线权重的解来达成决定信心是颇高于具有被提出于标准中假设测试者。然而，若格构图中所有N状态被考虑及遵循，则最初复杂性仍相当高。因为信号噪音功率比与该决定相较下相当高，所以方法可以下列方式来简化。

除了必须考虑所有N＝16状态之外，仅M≤N/2状态变量s_q，k被遵循。这些状态变量是假设所有N状态s_p，k为其值。启始化处理期间，首先分配s_0，0＝s_1，0，s_1，0为依据标准的启始化状态。以可应用格构图为基础，接续状态接着针对假没b＝0及b＝1被决定，且被分配至两状态变量s_0，1及s_1，1。如原始算法中的程序最初被继续直到所有状态变量s_q，k均被分配一值为止。2M接续状态s′_q，k接着针对这些M状态变量被计算。2M状态接着以被累积度量m_p，k大小递减顺序被分类，而M最大状态是被分配至M状态变量s_q，k。剩余状态是被拒绝。依据此准则，对应状态s_0，k的权重对接着于各例中被当作被传送权重对的假设。例如，若M现在被选择等于N/4，则被计算的度量数与完整假设测试相较是被降低2的因子，且甚至较佳结果可考虑内存来达成。

第3图说明如更上述用于执行限制M最可能测试的方法的装置。

度量计算单元1不仅被提供专用前导信号亦被提供共享前导信号。再者，度量计算单元1是被提供被储存于状态存储单元3的先验机率p(w₁，w₂)及状态变量s_q，k-1，及其相关累积度量m_p，k-1。下一时间步骤中，度量计算单元1使用这些变量来计算新状态变量s_q，k及其相关累积度量m_p，k，并将这些变量转移至分类及选择单元2，其中累积度量是被分类，而权重因子w₁及w₂是以具有最高值的累积度量为基础被发出。再者，分类及选择单元2可发出具有最大值的累积度量m_p，k及其相关状态变量s_q，k至状态存储单元3。

Claims (6)

1.一种确认从移动站被发射至包含两个天线的基站并包含自该天线所发出的信号振幅及/或相位的权重因子对(w₁，w₂)的位向量的方法，其中

-该位向量的更新是通过一次改变该位向量中的一位且仅一位并通过以一预定位的形式将其从该移动站发射至该基站来形成；

-所述方法以由该基站发射且被该移动站接收的训练符号为基础来实施，进以决定何权重因子对将被用于该基站，

其特征在于，

-所述方法随时考虑目前被传送及先前被传送的训练符号；

-设立包含该位向量的可能状态及在其间的可能状态转变或分支的格构图；

-通过将累积度量与各状态相联结，定义分支度量为被接收训练符号的函数，并计算各通达至一状态的各分支的分支度量以及计算各状态的累积度量，决定具有最大累积度量的状态，并且选择与具有最大累积度量的该状态相关的权重因子对(w₁，w₂)以利用维特比算法来决定被使用的该权重因子对。

2.如权利要求1的方法，

其特征在于，

分支度量Δm_p，k ^b被定义为： ${\mathrm{\&Delta;m}}_{p,k}^b=\{\ln \left(\hat{p}({\stackrel{\&OverBar;}{w}}_1,{\stackrel{\&OverBar;}{w}}_2)\right)+\ln \left(\stackrel{\&OverBar;}{p}({\stackrel{\&OverBar;}{w}}_1,{\stackrel{\&OverBar;}{w}}_2)\right)\},$

其中(w₁，w₂)为对应状态转变的权重向量对，而p(w₁，w₂)为权重向量对(w₁，w₂)发生的一先验机率，而p(w₁，w₂)是自被发射的位b及发射的位b的错误机率的假设中所计算出来，且

$\ln \left(\hat{p}({\stackrel{\&OverBar;}{w}}_1,{\stackrel{\&OverBar;}{w}}_2)\right)=-\left(\underset{i=1}{\overset{\mathrm{Npath}}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{{|h_i^{\left(d\right)}-\mathrm{\&gamma;}({\stackrel{\&OverBar;}{w}}_1{h}_{1,i}^{\left(p\right)}+{\stackrel{\&OverBar;}{w}}_2{h}_{2,i}^{\left(p\right)})|}^2}{{\mathrm{\&sigma;}}_i^2(1+{\mathrm{\&gamma;}}^2({\left|{\stackrel{\&OverBar;}{w}}_1\right|}^2+{\left|{\stackrel{\&OverBar;}{w}}_2\right|}^2))}\right)$

其中h_i ^(d)为以专用前导信道为基础所决定的两个天线的最终信道的信道参数，h_1，i ^(p)及h_2，i ^(p)为以共享前导信道为基础而针对所述两个天线所决定的信道参数，γ²为DPCH前导信道及CPICH信道的信号干扰及噪音比SINR之间的比率，Npath为传播路径数，而σ_i ²为第i传播路径上的噪音及干扰功率总和。

3.如权利要求1获2的方法，

其特征在于，

-状态的累积度量m_p，k是通过以下来计算：

$m_{p,k}=m_{p,k-1}+{\max }_b\left({\mathrm{\&Delta;m}}_{p,k}^b\right)$

其中p为状态指标，k为时间步骤指标，m_p，k-1为先前状态的累积度量，而max_b(Δm_p，k ^b)为该分支度量Δm_p，k ^b最大值。

4.如权利要求1的方法，

其特征在于，

-若该状态总数为N，则仅M≤N/2状态变量被遵循，其中

-接续状态以该格构图中的一起始的状态为基础而在连续时间步骤中产生，直到M状态变量各被分配该累积度量的一量值为止，

-具有累积度量之2M接续状态是针对该M状态变量而被计算，该累积度量是以其大小为基础被分类，且仅该2M接续状态的M最大状态被分配至该M状态变量，而该2M接续状态的剩余状态则被拒绝且不被进一步遵循。

5.一种用以执行如权利要求1的方法的装置，具有

-一度量计算单元(1)，用于自被接收训练符号来计算该分支度量Δm_p，k ^b及利用准则的维特比算法计算该累积度量m_p，k，并计算出一权重因子对发生的先验机率p(w₁，w₂)，其中p为状态指标，k为时间步骤指标，

-一分类及选择单元(2)，用于以累积度量大小为基础而将其分类并用于选择及发出与具有最高累积度量的该状态相对应的该权重因子对(w₁，w₂)。

6.如权利要求5的装置，

其特征在于，

-一状态存储单元(3)，被提供来储存累积度量具有最高值的M状态，

-该分类及选择单元(2)被设计为提供其度量具有最高值的该M状态至该状态存储单元(3)，且该状态存储单元(3)被设计为用于提供被遵循的M状态变量以及相关的M储存累积度量至该度量计算单元(1)。

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