CN1483250A - 自适应天线***的参数估计 - Google Patents

Abstract

建议了一种用于在通信***的接收机内确定参数，尤其是信道估计的技术，所述通信***使用自适应天线技术。所述技术使用在天线信号和射束信号内发射的信息来确定所述参数。

Description

自适应天线***的参数估计

技术领域

本发明涉及一种用于估计自适应天线***接收机内的参数的技术，尤其涉及用于移动通信***内移动站的接收机的信道估计，但并不仅限于此。

背景技术

在宽带码分多址(W-CDMA)***中，对接收机性能具有重大影响的最紧要任务之一是信道估计，其中估计复信道系数。信道估计的目标是消除由无线信道引起的所发射信号的失真，以便尽可能好地重现所发射信号的复制品。这可以通过相干解调来实现，其中将所接收信号与复共轭信道估计相乘。但是，相干检测在多径快速衰落条件下难以实现，且需要一种在复杂的快速衰落环境下令人满意地工作的信道估计方法。

由于必须分别在分离多径接收机的每个暂时的分离多径指针内完成估计，因此信道多径简表严重影响了信道估计的性能。信道内的多径分量越多，每个分离多径指针的信噪比(SNR)就越低，因为信道能量分散在传播路径中。

在宽带码分多址(W-CDMA)***的前向链路，即下行链路中，初级公共导频信道(P-CPICH)在整个小区或一个扇区上广播。在多射束布置(每个扇区多个射束)的情况下以及在特定于用户的射束形成中也会广播P-CPICH。因此，每个扇区始终都存在一个所述信道，无论所使用传输方案为何。

在使用自适应天线技术的***中，专用信道通常通过窄射束发射，这意味着P-CPICH和下行链路专用物理信道(DL-DPCH)通常会在至移动站天线的传输上经历不同的信道特性。

在目前已知的***中，下行链路专用物理控制信道(DL-DPCCH)被用作自适应天线***中的DL-DPCH的相位参考，因为P-CPICH并未经历相同的信道特性。

因此，本发明的目的是提供一种用于估计自适应天线***接收机内的参数的改进方法。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种在具有自适应天线发射机的通信***的接收机内确定所发射信号特性的方法，该方法包括：接收射束信号；接收天线信号；以及基于在所接收天线信号内接收的信息估计所接收射束信号的参数。

估计参数的步骤可能还会基于所接收的射束信号。

在这种情况中，所述天线信号是通常向多个用户广播(在整个扇区上发射)的信号，而所述的射束信号是特定于用户的传输(在多射束***的情况下是特定于用户组的传输)。也可能通过从天线阵的所有单元发射天线信号来生成所述天线信号。所述的射束信号通常在部分扇区上发射。在自适应天线传输方案的情况下，所谓的天线和射束信号可在至移动站天线的传输上经历不同的信道特性。

所述天线信号可能包括公共导频信道，估计参数的步骤基于公共导频信道内接收的信号。所述的射束信号可能包括专用导频信道，估计参数的步骤还基于专用导频信道内接收的信号。

所述通信***优选的是W-CDMA***。

所述天线信号可能包括初级公共导频信道。估计参数的步骤可能使用在初级公共导频信道内发射的导频信号。

所述的射束信号可能包括次级公共导频信道(S-CPICH)。估计参数的步骤可能使用在次级公共导频信道内发射的导频信号。

所述的射束信号可能包括专用物理信道。估计参数的步骤可能使用在专用物理信道内发射的信号(DL-DPCH的控制与数据符号)。

估计参数的步骤可能会基于在P-CPICH、S-CPICH和DL-DPCH内发射的信号的联合应用。

估计参数的步骤可能包括信道估计步骤。射束信号的信道估计可能会通过利用射束信号与天线信号之间的统计特性来计算。射束信号的信道估计可能会通过利用天线信号的先验知识来计算。射束信号的信道估计可能会通过进一步利用射束信号的先验知识来计算。

所述信道可能被估计为：

${\hat{h}}_{\mathrm{joint}}=\widehat{\mathrm{\β}}{\hat{h}}_{\mathrm{DL}-\mathrm{DPCCH}}+(1-\widehat{\mathrm{\β}}){\hat{h}}_{P-\mathrm{CPICH}}$

其中

是从所述天线信号获得的信道估计， 是从所述的射束信号获得的信道估计，而 是权重因数。

在本发明的另一方面中，提供了一种在具有自适应天线发射机的W-CDMA通信***的接收机内确定信道估计的方法，该方法包括：接收具有专用物理信道的射束信号；接收具有初级公共导频信道的天线信号；以及基于在所述初级公共导频信道内接收的导频信号执行所接收射束信号的信道估计。

信道估计可能还会基于在专用物理信道内接收的专用导频和/或数据符号。

所述的射束信号可能还包括次级公共导频信道(S-CPICH)。所述估计参数的步骤可能利用在次级公共导频信道内发射的导频信号。

所述估计参数的步骤可能会基于在P-CPICH、S-CPICH和DL-DPCH内发射的信号的联合应用。

在本发明的又一方面中，提供了一种具有自适应天线发射机的通信***的接收机，所述接收机包括：用于接收射束信号的第一输入装置；用于接收天线信号的第二输入装置；以及连接至所述第二输入装置的估计装置，其用于基于在所述天线信号内接收的信息估计所接收射束信号的参数。

所述估计装置可能还连接至所述第一输入装置，以便基于在所述的射束信号内另外接收的信息估计所述参数。

所述天线信号可能包括公共导频信道，在所述公共导频信道中接收所述信息。

所述的射束信号可能包括专用信道，在所述专用信道中另外接收所述信息。

W-CDMA***可能包括所述接收机。W-CDMA***可能至少包括一个包括所述接收机的移动站。

所述天线信号可能包括初级公共导频信道。所述估计参数的步骤可能使用在所述初级公共导频信道内发射的导频信号。

所述的射束信号可能包括专用物理信道。所述参数估计可能使用在所述专用物理信道内发射的导频信号。

所述的射束信号可能包括次级公共导频信道(S-CPICH)，在所述次级公共导频信道内另外接收所述信息。

所述参数估计优选的是包括信道估计步骤。

附图说明

借助实例并参照以下附图将将更好地理解本发明，在附图中：

图1示出了在每个小区内使用不同传输方案的示例性W-CDMA基站小区(三个扇区的配置)；以及

图2示出了实施本发明所需的接收机的方框图表格单元。

具体实施方式

参照图1，以下将描述多扇区W-CDMA小区的实例以说明本发明。但本发明并不仅限于所述的特定实例。

多个移动站或用户设备在小区内漫游。如图1所示，移动站130连接在小区106内，移动站132连接在小区104内，而移动站134连接在小区104和108内。

基站小区102被划分为N个扇区，其中在图1的实例中N＝3。

如图1的扇区106所示，使用基站收发信台112可将每个扇区划分为K个固定的射束或是可操纵(特定于用户的)射束。射束116代表次级公共导频信道，射束120代表下行链路专用物理信道，而射束118代表初级公共导频信道。

图1的扇区104示出了使用基站收发信台110的常规单个天线传输方案。射束120代表下行链路专用物理信道，而射束118代表初级公共导频信道。

图1的扇区108示出了使用基站收发信台114的特定于用户的射束形成。射束120代表下行链路专用物理信道，而射束118代表初级公共导频信道。

因此，图1示出了不同传输方案中所需的CPICH以及单用户的DL-CPCH。

为了描述本发明，图1实例的三个基站收发信台中的两个使用自适应天线技术，以和小区的不同扇区内的移动站通信。使用自适应天线技术的两个小区是小区106和108。自适应天线技术在技术上是已知的，本发明并不直接涉及这种技术的任何具体实施细节。如本领域技术人员所知的，在使用自适应天线技术时，基站收发信台100通过窄射束将特定于移动站的数据发射至移动站。

W-CDMA技术规范为自适应天线***定义了三种不同类型的前向链路内的导频信道。所述导频信道是：

1.P-CPICH(初级公共导频信道)；

2.S-CPICH(次级公共导频信道)；以及

3.DPCCH(专用物理控制信道)内的专用导频符号。

所述P-CPICH在多扇区布置内的整个扇区上广播，且每个扇区都仅存在一个所述信道。P-CPICH用于切换测量和小区选择/重新选择进程。P-CPICH信道的另一功能是，当公共信道与专用信道无关或是不包括自适应天线技术时，在移动站内辅助专用信道的信道估计并提供公共信道的信道估计参考。

所述S-CPICH可能在整个小区或仅部分小区上发射。每个小区或扇区都可能具有0个、1个或若干S-CPICH。S-CPICH的典型使用范围是借助每个扇区都具有多个(固定)射束的基站的操作。S-CPICH用于在移动站内识别不同的射束。

专用导频符号被复用到下行链路专用物理信道(DPCH)中。它们被用于信干比(SIR)估计，还被用于信道估计。如果向所述移动站或用户设备通知P-CPICH并非相位参考且并没有可用的S-CPICH，则DL-DPCCH内的专用导频比特成为DL-DPCH的相位参考。这例如可能会在特定于用户的射束形成的情况下发生。

根据本发明，建议将初级公共导频信道P-CPICH用于估计自适应天线***的移动站或用户设备内的参数。如以下更为详细地描述的，优选的是初级公共导频信道与现有信道结合起来估计参数。更为有利的是，初级公共导频信道被用于移动站内的信道估计。

即使特定于用户的射束形成被应用于自适应天线***，也必须广播P-CPICH。这意味着所有移动站都可以使用功率较强的导频信道。在众多情况下，连续和非功率控制的P-CPICH的SNR与时分复用和功率控制的DL-DPCCH相比会更佳。当移动站位于基站附近时，SNR(P-CPICH对DL-DPCH)的相对差达到最大。

以下提供了一种根据本发明的信道估计技术的建议实施方式。

在一般情况下，联合信道估计方案优选的是被设计为自适应的，因为信道特性的改变是时间的函数。联合信道估计量的自适应性例如可以基于相关测量。以下等式解释了实施所述联合信道估计量的一种可能方式。所述联合解决方案被计算为

${\hat{h}}_{\mathrm{joint}}=\widehat{\mathrm{\β}}{\hat{h}}_{\mathrm{DL}-\mathrm{DPCCH}}+(1-\widehat{\mathrm{\β}}){\hat{h}}_{P-\mathrm{CPICH}}---\left(1\right)$

其中

和

是从P-CPICH和DL-DPCCH中得到的信道估计，而 是权重因数。所述权重因数可以被计算为

$\widehat{\mathrm{\β}}=\frac{(1-\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}})\·S\hat{N}{R}_{h_{\mathrm{DL}-\mathrm{DPCCH}}}}{(1-\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}})\·{\widehat{\mathrm{SNR}}}_{h_{\mathrm{DL}-\mathrm{DPCCH}}}+\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}}S\hat{N}{R}_{h_{P-\mathrm{CPICH}}}}---\left(2\right)$

其中时间变量相关系数的期望值 ρ被计算为

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}}=E\left[\frac{\mathrm{conj}\left({\hat{h}}_{P-\mathrm{CPICH}}\right)\·{\hat{h}}_{\mathrm{DL}-\mathrm{DPCCH}}}{\left|{\hat{h}}_{P-\mathrm{CPICH}}\right|\·\left|{\hat{h}}_{\mathrm{DL}-\mathrm{DPCCH}}\right|}\right]---\left(3\right)$

参照图2，它示出了适合于在示例性W-CDMA***中实施本发明的接收机的主要单元方框图。参照图2，其提供了三个相关器组202、204、206。此外，图2还提供了检测和分离多径组合器214以及信道解码部件218。

所述相关器组202充当接收机的输入装置，用于普通数据传输。所述相关器组204充当接收机的输入装置，用于来自发射天线的射束信号内的专用导频信道。所述相关器组206充当接收机的输入装置，用于来自发射天线的天线信号内的广播信道。

所述三个相关器组执行对应信号的相关，这些信号在接收机天线内接收，如线路200大致示出的。

相关器202、204和206的每个输出都在线路208、210和212上产生对应输出，所述对应输出形成检测和分离多径组合器214的输入。分离多径组合器214的输出被在线路216上提供给信道解码部件。然后，在线路220上提供信道解码信号以进一步处理。

在特定于用户的射束形成的情况下，射束信号和天线信号之间存在显著相关。如果P-CPICH是经过所有天线单元发射的(而非仅同过单个天线单元)，则P-CPICH和DL-DPCCH之间的相关性会增加。角展度越窄(从基站收发信台的角度来看)，天线信号和射束信号越相关。即使DL-DPCH是通过射束信号发射的，基于P-CPICH的信道估计(天线信号)仍然能够较好地执行(取决于角展度)，从这一事实可看出相关特性。通过在DL-DPCH的信道估计(联合信道估计)中使用P-CPICH和DL-DPCCH可利用所述相关特性。

如果无线电信道内的角展度较小且每个分接头的SNR较低(噪声限制环境)，则基于P-CPICH的方案与基于DL-DPCCH的信道估计相比可以更好地执行。但是，在高SNR值的情况下，基于专用导频的方案与基于P-CPICH的方案相比性能更佳。因此，甚至是通过选择组合都可提高信道估计的性能(与仅基于P-CPICH和DL-DPCCH的方案相比)。另一方面，如果P-CPICH和DL-DPCCH都用于DL-DPCH的信道估计(联合信道估计)，则可以利用所发射的导频信号的所有能量。因此，可以认为联合估计始终优于仅基于P-CPICH或DL-DPCH的方案。

S-CPICH也可用于在移动站内辅助专用信道的信道估计，例如在多射束传输的情况下。因此，联合参数估计的原理也可以用于S-CPICH传输的情况(S-CPICH和P-CPICH、S-CPICH和P-CPICH和DL-DPCH)。

在宏蜂窝无线电环境中，假设：角展度一般相对较低；存在多个信道分接头(每个信道分接头的SNR较低，从参数估计的观点来看是噪声限制区域)；多个信道分接头(每个分接头都是角域中的独立的束)；LOS(强相关性、窄角展度)；以及移动速度高。

因此，本发明提供了一种其中在参数估计(尤其是信道估计)中使用射束信号(DL-DPCH)与天线信号(P-CPICH)之间的相关性的技术。优选的是在联合信道估计方案中利用所述相关性，所述联合信道估计方案优选的是自适应的，因为相关特性的改变是时间的函数。联合信道估计量的自适应性例如可能会基于相关性测量。

Claims (36)

1.一种在通信***的接收机内确定所发射信号的特性的方法，所述通信***具有自适应天线发射机，该方法包括：接收射束信号；接收天线信号；以及基于在所接收天线信号内接收的信息来估计所接收射束信号的参数。

2.根据权利要求1的方法，其中所述估计参数的步骤还基于所接收的射束信号。

3.根据权利要求1或2的方法，其中所述天线信号包括公共导频信道，所述估计参数的步骤基于在所述公共导频信道内接收的信号。

4.根据权利要求2或3的方法，其中所述射束信号包括专用信道，所述估计参数的步骤还基于在所述专用信道内接收的信号。

5.根据权利要求2或3的方法，其中所述射束信号包括次级公共导频信道，所述估计参数的步骤还基于在所述次级公共导频信道内接收的信号。

6.根据权利要求1至5中任何一个的方法，其中所述通信***是W-CDMA***。

7.根据权利要求6的方法，其中所述天线信号包括初级公共导频信道。

8.根据权利要求6至7的方法，其中所述射束信号包括次级公共导频信道。

9.根据权利要求7的方法，其中所述估计参数的步骤使用在所述初级公共导频信道内发射的导频信号。

10.根据权利要求8的方法，其中所述估计参数的步骤使用在所述次级公共导频信道内发射的导频信号。

11.根据权利要求6至10中任何一个的方法，其中所述射束信号包括专用物理信道。

12.根据权利要求11的方法，其中所述估计参数的步骤使用在所述专用物理信道内发射的信号。

13.根据权利要求1至12中任何一个的方法，其中所述估计参数的步骤包括信道估计步骤。

14.根据权利要求13的方法，其中通过利用所述射束信号与所述天线信号之间的统计特性来计算所述射束信号的信道估计。

15.根据权利要求13的方法，其中通过利用所述天线信号的先验知识来计算所述射束信号的信道估计。

16.根据权利要求15的方法，其中还通过利用所述射束信号的先验知识来计算所述射束信号的信道估计。

17.根据权利要求14的方法，其中所述信道被估计为：

${\hat{h}}_{\mathrm{joint}}=\widehat{\mathrm{\β}}{\hat{h}}_{\mathrm{DL}-\mathrm{DPCCH}}+(1-\widehat{\mathrm{\β}}){\hat{h}}_{P-\mathrm{CPICH}}$

其中 是从所述天线信号得到的信道估计， 是从所述射束信号得到的信道估计，而 是权重因数。

18.根据权利要求17的方法，其中所述权重因数被计算为：

$\widehat{\mathrm{\β}}=\frac{(1-\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}})\·S\hat{N}{R}_{h_{\mathrm{DL}-\mathrm{DPCCH}}}}{(1-\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}})\·{\widehat{\mathrm{SNR}}}_{h_{\mathrm{DL}-\mathrm{DPCCH}}}+\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}}S\hat{N}{R}_{h_{P-\mathrm{CPICH}}}}$

其中 ρ是时间变量相关系数的期望值，而

是所述信号的信噪比估计。

19.根据权利要求17的方法，其中所述时间变量相关系数的期望值 ρ被计算为：

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}}=E\left[\frac{\mathrm{conj}\left({\hat{h}}_{P-\mathrm{CPICH}}\right)\·{\hat{h}}_{\mathrm{DL}-\mathrm{DPCCH}}}{\left|{\hat{h}}_{P-\mathrm{CPICH}}\right|\·\left|{\hat{h}}_{\mathrm{DL}-\mathrm{DPCCH}}\right|}\right]$

其中conj(·)是自变量的复共轭。

20.根据权利要求17的方法，其中通过利用所述相关特性来计算所述权重因数。

21.一种在W-CDMA通信***的接收机内确定信道估计的方法，所述W-CDMA通信***具有自适应天线发射机，该方法包括：接收具有专用信道的射束信号；接收具有初级公共导频信道的天线信号；以及基于在所述初级公共导频信道内接收的导频信号来执行所接收射束信号的信道估计。

22.根据权利要求21的方法，其中所述信道估计还基于在所述专用物理信道内接收的专用信号。

23.根据权利要求21的方法，其中所述信道估计还基于在所述次级公共导频信道内接收的导频信号。

24.一种具有自适应天线发射机的通信***的接收机，该接收机包括：用于接收射束信号的第一输入装置；用于接收天线信号的第二输入装置；以及连接至所述第二输入装置的估计装置，其用于基于在所述天线信号内接收的信息来估计所接收射束信号的参数。

25.根据权利要求24的接收机，其中所述估计装置还连接至所述第一输入装置，以基于在所述射束信号内另外接收的信息来估计所述参数。

26.根据权利要求24或25的接收机，其中所述天线信号包括公共导频信道，所述信息被在所述公共导频信道内接收。

27.根据权利要求24或25的接收机，其中所述射束信号包括专用信道，所述信息被在所述专用信道内另外接收。

28.根据权利要求24或25的接收机，其中所述射束信号包括次级公共导频信道，所述信息被在所述次级公共导频信道内另外接收。

29.一种W-CDMA***，其包括根据权利要求24至28中任何一个的接收机。

30.一种W-CDMA***，其包括至少一个包括根据权利要求24至28中任何一个的接收机的移动站。

31.根据权利要求29或30的接收机，其中所述天线信号包括初级公共导频信道。

32.根据权利要求29或30的接收机，其中所述射束信号包括次级公共导频信道。

33.根据权利要求29至30的接收机，其中所述估计参数的步骤使用在所述初级和/或所述次级公共导频信道内发射的导频信号。

34.根据权利要求27至31中任何一个的接收机，其中所述射束信号包括专用物理信道。

35.根据权利要求26的接收机，其中所述参数估计使用在所述专用信道内发射的信号。

36.根据权利要求1至12中任何一个的接收机，其中所述参数估计包括信道估计。

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