CN1820424A

CN1820424A - 带有混合均衡器和rake接收机的接收设备以及相应的接收方法

Info

Publication number: CN1820424A
Application number: CNA2004800196276A
Authority: CN
Inventors: P·J·布莱克; M·A·霍华德
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2003-06-02
Filing date: 2004-06-02
Publication date: 2006-08-16

Abstract

一种带有混合均衡器和RAKE接收机的无线通信接收机。该接收机将仅有RAKE的***的性能和RAKE与均衡器估计相结合的***的性能进行比较。该接收机由此启用或禁用均衡器。

Description

带有混合均衡器和RAKE接收机的接收设备以及相应的接收方法

本专利申请要求递交于2003年6月2日，并授予受让人的第60/475,250号临时申请的优先权，该申请题为“COMMUNICATION RECEIVER WITHHYBIRD EQUALIZER(带有混合均衡器的通信接收机)”。

技术领域

本发明通常涉及通信***中的均衡，尤其涉及结合RAKE接收机和混合均衡器的通用接收机。

背景技术

通信***被用于从一个设备向另一个设备的信息传输。在传输之前，信息被编码为适合在通信信道上传输的格式。所发送的信号在通过通信信道时失真；信号也经受了传输过程中产生的噪声和干扰所造车的降级。带限信道中通常遇到的干扰的一个示例被称为码间干扰(ISI)。ISI是因为信道的耗散特性产生的传输码元脉冲的扩展而产生的结果，这导致相邻码元脉冲的交迭。接收到的信号被解码并被转换为原始的预编码的形式。发射机和接收机都被设计为使信道缺陷和干扰的效果最小化。为了说明起见，由于信道缺陷造成的干扰或失真，或任何它们的组合都被统称为噪声。

可使用多种接收机设计来补偿发射机和信道造成的噪声。例如，均衡器是解决ISI的通常选择。均衡器校正失真并生成所发送信号的估计。在无线环境中，要求均衡器能处理时变的信道条件。理想地，均衡器的响应可以根据信道特征的变化而调节。

均衡器通常是复杂的，趋于增大通信设备的功耗。因此，需要一种减少功耗的均衡器设计。而且，需要控制均衡器以便在这些信道条件期间运行均衡器以得到均衡器的最优化性能。还需要与RAKE接收机平行地实现均衡器，其中均衡器只在指定的工作条件下工作。

附图说明

图1是通信***中RAKE接收机的一部分；

图2A是通信***的模型；

图2B是通信***的传输部分的模型，包括调制和模拟接收机处理；

图3是移动站中的接收数据处理器；

图4是支持数据通信的接收机；

图5是示出采用RAKE和混合均衡器的接收机的运行的状态图；以及

图6是示出包括多个工作状态的接收机的运行的状态图。

具体实施方式

在此使用的术语“示例性”表示“作为示例、例子、或说明”。任何在此作为“示例”描述的任何实施例不是一定被解释为比其它实施例更佳或有利。

通信***用于从一个设备向另一个设备的信息传输。在传输之前，信息被编码为适合在通信信道上传输的格式。通信信道可以是发射机和接收机之间的传输线或自由空间。当信号通过信道传播时，所发送的信号由于信道的缺陷而失真。此外，信号经受了在传输时产生的噪声和干扰所造成的降级。带限信道中通常遇到的干扰的一个示例被称为码间干扰(ISI)。ISI是因为信道的耗散特性而产生的传输码元脉冲的扩展而产生的结果，这导致相邻码元脉冲的交迭。在接收机处，接收到的信号被处理并被转换为原始的预编码的形式。发射机和接收机都被设计为使信道缺陷和干扰的效果最小化。为了说明起见，由于信道缺陷的干扰或失真，或任何它们的组合都被统称为噪声。

可使用多种接收机设计来补偿发射机和信道造成的噪声。在一种设计中，使用RAKE接收机。在另一种设计中使用均衡器。在还有一种设计中使用RAKE接收机和均衡器两者。

RAKE配置

通信***可使用RAKE接收机来处理在前向链路或后向链路上发送的已调信号。RAKE接收机通常包括搜索器元件和多个指处理器。搜索器元件检索所接收信号(或多径)中的强实例。分配指处理器以处理最强多径，以便为这些多径生成已解调码元。RAKE接收机随后将来自所有已分配的指处理器的已解调码元组合以生成已恢复码元，该已恢复码元是所发送数据的估计。RAKE接收机有效地将经由多个信号通路接收的能量进行组合。

RAKE接收机为工作在低信噪比(S/N)下的CDMA***提供可接受的性能级别。对于设计为以数据高速率发送数据的CDMA***(诸如，HDR***)而言，要求较高的S/N。为了达到这较高的S/N，需要减少组成噪声项N的分量。噪声项包括热噪声(No)、由于其它发送源的传输以及其它用户的传输产生的干扰(Io)以及从传输信道中的多径和失真产生的码间干扰(ISI)。对于设计为工作在低S/N下的CDMA***而言，ISI分量与其它噪声分量相比较是通常可以忽略的。然而，对于设计为工作在较高S/N下的CDMA***而言，其它噪声分量(如，来自其它发送源的干扰)通常被减少，而ISI变为不可忽略的分量，可能对整个S/N带来大的影响。

如上所述，当接收信号的S/N为低时，RAKE接收机提供了可接受的性能。RAKE接收机能用于将来自各多径的能量进行组合，但通常不移除ISI(如，来自多径和信道失真)的效果。这样，RAKE接收机不能达到工作在较高数据速率下的***所要求的较高的S/N。

图1是RAKE接收机100的实施例的框图。由于多径和其它现象，所发送的信号可能通过多条信号通路到达接收机单元。为了改进性能，RAKE接收机被设计为具有处理接收信号(或多径)的多个(以及最强的)实例的能力。对于常规RAKE接收机设计而言，每个指处理器110包括RAKE接收机的一个指，并能被分配为处理特定的多径。

在扩频通信***(诸如码分多址(CDMA)***)中，从特定预处理器(没有示出)所接收的同相(I_IN)和正交(Q_IN)采样被提供给多个指处理器110a到1101。在每个已分配的指处理器110中，所接收的I_IN和Q_IN采样被提供给PN去扩展器120，PN去扩展器120也接收复PN序列PNI和PNQ。复PN序列根据所实现的CDMA***的特定设计所生成，并且对于HDR***而言，复PN序列通过由乘法器138a和138b将短IPN和QPN序列乘以长PN序列来生成。短IPN和QPN序列用于在正在发送的基站处扩展数据，长PN序列被分配给受信接收机单元并用于对数据进行加扰。使用和指处理器正在处理的特定多径相对应的时移来生成PNI和PNQ序列。

PN去扩展器120执行复I_IN和Q_IN采样与复PN序列的复数乘法，并将复数去扩展的I_DES和Q_DES采样提供给去覆盖元件122和132。去覆盖元件122使用一个或多个用于覆盖数据的信道化代码(如，Walsh代码)对去扩展采样进行去覆盖，并生成复数去覆盖采样。去覆盖采样被随后提供给码元累加器124，码元累加器124将采样在信道化代码的长度上累加，以生成去覆盖码元。去覆盖码元随后被提供给导频解调器126。

对于高速分组数据(HRPD)***(诸如，IS-856所定义的***)而言，在前向链路传输的一部分期间发送导频参考。这样，去覆盖元件132使用特定的用于在基站覆盖导频参考的信道化代码(诸如，用于HDR***的Walsh代码0)来对去扩展采样进行去覆盖。去覆盖导频采样随后被提供给累加器134并在特定时间间隔上累加以生成导频码元。累加时间间隔可以是导频信道化代码的持续时间、整个导频参考的周期、或一些其它时间间隔。导频码元随后被提供给导频滤波器136并被用于生成导频估计，导频估计被提供给导频解调器126。导频估计是在数据存在的时间段内所估计的或预测的导频码元。

导频解调器126使用来自导频滤波器136的导频估计对来自码元累加器124的去覆盖码元执行相干解调，并将已解调的码元提供给码元组合器140。相干解调可通过使用导频估计对去覆盖码元执行点乘和叉乘来完成。点乘和叉乘有效地执行了数据的相位解调并进一步通过已恢复导频的相对强度来缩放所产生的输出。使用导频的缩放根据多径的质量有效地估量了不同多径的权重，用于有效组合。点乘和叉乘随后执行相位投影和信号加权(这是相干RAKE接收机的特性)的双重功能。

码元组合器140接收并相干组合来自所有已分配的指处理器110的已解调码元，以便为RAKE接收机正在处理的特定接收信号提供已恢复码元。所有接收信号的已恢复码元可随后被组合(如下所述)以生成全部已恢复码元，该全部已恢复码元随后被提供给后续处理元件。

搜索器元件112可以被设计为包括PN去扩展器、PN发生器以及信号质量测量元件。PN发生器在各个时间偏移上生成复PN序列，这可能是由控制器(没有示出)所指挥，控制器被用于搜索最强多径。对于每个将要被搜索的时间偏移，PN去扩展器在特定时间偏移上接收I_IN和Q_IN采样并用复PN序列对其进行去扩展，以提供去扩展采样。随后估计去扩展采样的信号质量。这可以通过计算每个去扩展采样的能量(即，I_DES ²+Q_DES ²)并将能量在特定时间段(如，导频参考周期)上累加来完成。搜索器元件在多个时间偏移上执行搜索，并选择带有最高信号质量测量值的多径。可用指处理器110随后被分配来处理这些多径。

用于CDMA***的RAKE接收机的设计和运行被更详细地披露在美国专利No.5,764,687，题为“MOBILE DEMODULATOR ARCHITECTURE FORA SPREAD SPECTRUM MULTIPLE ACCESS COMMUNICATIONSYSTEM(用于扩频多路访问通信***的移动解调器体系结构)”，以及美国专利No.5,490,165，题为“DEMODULATION ELEMENT ASSIGNMENTIN A SYSTEM CAPABLE OF RECEIVING MULTIPLE SIGNALS(在能够接收多个信号的***中的解调元件配置)”，两者都授予本发明的受让人。

在一则实施例中，多个前向链路信号由K个天线接收并被处理以生成采样流x₁(n)到x_K(n)。这样，可提供多个RAKE接收机以处理K个采样流。随后可使用组合器来组合来自所有正在处理的已接收信号的已恢复码元。或者，一个或多个RAKE接收机可以时分复用来处理K个采样流。在这一时分复用(TDM)RAKE接收机体系结构中，来自K个流的采样可被临时存储在缓冲器中被随后被RAKE接收机检取和处理。

对于每个接收信号，RAKE接收机100可处理最高L条多径，其中I表示可用指处理器110的数量。I个多径中的每一个都对应于在搜索器元件112辅助下确定的特定时间偏移。控制器或搜索器元件112可被设计为为正在被处理的K个接收信号中的每一个维持最强多径(α_Ji)的幅值和相应的时间偏移(τ_i)的列表。

在带有RAKE和均衡器的组合接收机配置中，这些幅值和时间偏移可用于初始化均衡器的系数和缩放因数，如上所述。在一则实施例中，每个所关注多径的幅值可被计算为累加能量值的平方根除以累加过程中所用的采样数目(N)。

均衡器配置

均衡器是处理ISI的通常选择。均衡器可使用横向滤波器(即，带有T秒抽头的延迟线，其中T是码元持续时间)来实现。抽头的容量被放大并相加以生成所发送码元的估计。调节抽头系数以减少时间上相邻于期望码元的那些码元所产生的干扰。通常，使用自适应均衡技术来持续自动地调节抽头系数。自适应均衡器使用规定的算法，诸如最小均方(LMS)或递归最小平方(RLS)，来确定抽头系数。码元估计耦合到诸如解码器或码元限幅器这样的判决设备。

接收机在存在噪声时检测信号的能力基于接收信号功率和噪声功率的比率。该比率通常被称为信噪功率比(SNR)，或载波干扰比(C/I)。这些术语或类似术语和行业使用是通常可以互换的。然而，其含义是相同的。因此，本领域普通技术人员将理解在此对C/I的任何引用都包括该广泛含义：在通信***中对多个点的噪声效果的测量。

通常，可通过对已知的发送码元序列的码元估计进行评估而在接收机中确定C/I。这可通过计算所发送导频信号的C/I在接收机中完成。因为导频信号是已知的，接收机可基于来自均衡器的码元估计来计算C/I。所产生的C/I可被用于多种目的。在使用可变速率数据请求方案的通信***中，接收机可用它基于C/I所能支持的最大速率与发射机进行通信。此外，如果接收机包括turbo解码器，则取决于所发送的群集，对数似然比(LLR)计算需要C/I的精确估计。

无线通信***中的均衡器被设计为适应时变的信道条件。当信道特征改变时，均衡器相应地调节它自身的响应。这些改变可包括传播介质的改变或发射机和接收机的相对运动，以及其它条件。如上文所述的，自适应滤波算法通常被使用来修改均衡器的抽头系数。使用自适应算法的均衡器通常被称为自适应均衡器。自适应算法带有共有的属性：自适应速度随着均衡器抽头数目的增加而降低。“长”均衡器(即，带有大量抽头的均衡器)是理想的，因为长均衡器更精确地将信道失真反转，得到良好的稳态性能。然而，长均衡器对信道变化的反应较缓慢，导致差的瞬时特性，即，当信道快速变化时的差性能。抽头的最佳数目是对这些条件取平衡并在良好的稳态性能和良好的瞬时性能之间做出折衷。

实际中，确定抽头的最佳数目是困难的，因为最佳值取决于多个条件和目的，包括但不限于，信道的瞬时响应，以及信道的变化率。所以，如果均衡器被用于多种信道、被用于多种时变条件下时，很难事先确定抽头的最佳数目。

图2A示出了通信***200的一部分组件。除了所示出的这些块以外，其它块和模块也可被结合在通信***中。由信源(没有示出)产生的比特被组帧、编码、并随后被映射到信令群集中的码元。由信源所产生的二进制数的序列被称为信息序列。信息序列由编码器202编码，编码器202输出比特序列。编码器202的输出被提供给映射单元204，映射单元204作为到通信信道的接口。映射单元104将编码器输出序列映射到复数值信令群集中的码元y(n)。由部分202示例了进一步的发送处理(包括调制块)以及通信信道和模拟接收机处理。

图2B示出了图2A的部分202中包括的一些详细内容。如图2B所示，复数码元y(n)被调制到模拟信号脉冲上，所产生的复数基带波形被正弦调制到载波信号的同相和正交相位分支上。所产生的模拟信号由RF天线(没有示出)通过通信信道发送。多种调制方案可以这样实现，诸如，M元相移键控(M-PSK)、2^M元正交幅度调制(2^MQAM)，等等。

每个调制方案含有相关的将一个或多个比特映射到唯一的复数码元的“信令群集”。例如，在4-PSK调制中，两个已编码比特被映射到四个可能的复数值{1、i、-1、-i}中的一个。这样，每个复数码元y(n)可有四个可能的值。通常对于M-PSK而言，log₂M个已编码比特被映射到位于复数单位圆上的M个可能的复数值中的一个。

继续图2B，在接收机处，模拟波形被下变频、滤波并采样(诸如，以奈耐奎斯特率的适当倍数)。所产生的采样被均衡器210处理，均衡器210校正信号失真以及其它由信道引入的噪声和干扰，如部分220所示例的。均衡器210输出发送码元y(n)的估计。码元估计随后被解码器处理以确定原始信息比特，即，作为编码器202输入的源比特。

如图2A和图2B所示，接收机前端中的脉冲滤波器、I-Q调制器、信道、以及模拟处理器的组合由脉冲响应为{h_k}、z变换为H(z)的线性滤波器206来示出，其中信道所引入的干扰和噪声被示例为附加白高斯噪声(AWGN)。

图2B将处理部分220详细描述为带有前端处理单元222，其耦合到基带滤波器226和228，用于分别处理同相(I)和正交(Q)分量。每个基带滤波器226、228随后耦合到一乘法器，用于和相应的载波相乘。所产生的波形随后在相加节点234处相加并通过通信信道发送到接收机。在接收机处，模拟预处理单元242接收所发送的信号，所发送的信号被处理并递送到匹配滤波器244。匹配滤波器244的输出随后被提供给模数(A/D)转换器246。注意可根据设计和工作标准而实现其它模块。提供图2A和2B中的组件和元件是用于理解下述讨论并不旨在作为通信***的完整描述。

RAKE和均衡器组合

在另一种设计中，RAKE接收机与均衡器平行工作。这样的设计被详细描述在由John Smee等人在2000年7月24日递交的，申请号为09/624,319的申请种，该申请题为“METHOD AND APPARATUS FOR PROCESSING AMODULATED SIGNAL USING AN EQUALIZER AND A RAKERECEIVER(使用均衡器和RAKE接收机处理已调制信号的方法和设备)”。在RAKE接收机和均衡器之间做出选择以确定对接收信号的最佳估计。例如，该选择可能对应于所发送的导频信号和估计之间的最小均方误差(MSE)，或者每个输出端的最高信号对干扰和噪声比(SINR)，或者一些其它标准。性能度量或估计提供了比较RAKE和均衡器的手段。所选择的接收机配置被随后用于处理所接收的数据信号。

如果接收机的性能在可能的信道条件以及信道变化率的“全体”上是最佳的，则该接收机被称为“通用的”。如果基于MSE估计或C/I估计所选择的接收机配置实际上是两个配置中的最佳配置时，则带有RAKE和均衡器的接收机是“通用的”。这样，需要精确的MSE估计或C/I估计以使接收机“通用”。

图3是根据本发明的实施例、移动站300中的接收数据处理器310的框图。在该实施例中，接收数据处理器310包括两个可平行工作的信号处理通道，以提供改进的性能，尤其是在较高的速率下。第一信道处理通道包括耦合到后处理器314的均衡器312，第二信号处理通道包括RAKE 316。

在接收数据处理器310中，来自预处理器(没有示出)的采样流被提供给均衡器312和RAKE 316的每一个。每个采样流是由相应的接收信号生成。均衡器312对接收到的采样流执行均衡并将码元估计提供给后处理器314。根据发送时执行的处理，后处理器314可进一步处理码元估计以提供已恢复码元。尤其是，如果在发射机单元处执行了PN扩展和覆盖，则后处理器可使用复数PN序列来执行去扩展，并使用一个或多个信道化代码来执行去覆盖。在滤波器系数被采纳后，由均衡器312隐含地实现了相位旋转(其是通过RAKE接收机的导频解调而完成的)。

RAKE 316可处理每个接收信号的一个或多个多径，以便为该接收信号提供已恢复码元。对于每个采样流而言，RAKE 316可为多个多径执行PN去扩展、去覆盖、以及相干调制。RAKE 316随后将接收信号的所有多径的已解调码元进行组合以生成该接收信号的已恢复码元。RAKE 316可进一步将所有接收信号的已恢复码元进行组合以提供整体已恢复码元，该整体已恢复码元由RAKE接收机来提供。

来自后处理器314和RAKE 316的已恢复码元可被提供给开关(SW)320，开关320从后处理器314或RAKE 316中选择已恢复码元以提供给去交织器322。所选择的已恢复码元随后由去交织器322重排，并接下来由解码器324进行解码。控制器318耦合到均衡器312、后处理器314、RAKE接收机316以及开关320并管理它们的工作。

根据本发明，均衡器312可用于提供接收信号的均衡，以减少接收信号中的ISI数量。每个接收信号都因为发射机单元、传输信道以及接收机单元的特征而失真。均衡器312可对每个接收信号的整体响应进行均衡，这样减少了ISI的数量。较低的ISI提高了S/N并支持较高的数据速率。

继续图3，接收数据处理器310包括两个可用于处理接收信号的信号处理通道。第一信号处理通道包括均衡器310和后处理器314，第二信号处理通道包括RAKE 316。在一实施例中，两个信号处理通道可平行工作(如，在自适应周期中)，并且可以为每个信号处理通道计算信号质量估计。提供较好信号质量的信号处理通道可随后被选择来处理接收信号。

对于常规的RAKE而言，可通过计算信噪比(S/N)来估计接收信号质量。对于发送TDM导频参考的CDMA***而言，当接收信号已知时，可在导频参考周期中计算S/N。可为每个所分配的指处理器生成信号质量估计。所有已分配的指处理器的估计可随后被加权并被组合以生成整体S/N，其可被计算为：

{S / N}_{RAKE} = \frac{{({Σ_{i = 1}^{K} β_{i} \cdot \sqrt{{Es}_{i}}})}^{2}}{Σ_{i = 1}^{K} β_{i}^{2} \cdot {Nt}_{i}}

等式1

其中β是加权因数，RAKE接收机使用该加权因数将来自已分配的指处理器的已解调码元进行组合以提供已恢复码元，所述已恢复码元是改进的所发送数据的估计，Es是期望信号的(如，导频)的单位码元能量，Nt是指处理器正在处理的接收信号的总噪声。Nt通常包括热噪声、来自其它发送基站的干扰、来自同一个基站的其它多径的干扰、以及其它分量。单位码元能量可被计算为：

Es = \frac{1}{N_{SYM}} Σ_{i = 1}^{N_{SYM}} (P_{I}^{2} (i) + P_{Q}^{2} (i))

等式2

其中P_I和P_Q是同相和正交的已滤波导频码元，N_SYM是能量在其上累积以提供Es值的码元数目。已滤波导频码元可通过将去扩展采样在用于覆盖导频参考的信道化代码的长度上进行累积而生成。总噪声可被估计为期望信号能量的变化，其可被计算为：

Nt = \frac{1}{N_{SYM} - 1} {Σ_{i = 1}^{N_{SYM}} (P_{I}^{2} (i) + P_{Q}^{2} (i)) - \frac{1}{N_{SYM}} {(Σ_{i = 1}^{N_{SYM}} P_{I} (i))}^{2} - \frac{1}{N_{SYM}} {(Σ_{i = 1}^{N_{SYM}} P_{Q} (i))}^{2}}

等式3

接收信号质量的测量进一步详细描述在第5,903,554号美国专利中，该专利题为“METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING LINKQUALITY IN A SPREAD SPRECTRUM COMMUNICATION SYSTEM(在扩频通信***中测量链路质量的方法和设备)”，以及第5,799,005号美国专利，题为“SYSTEM AND METHOD FOR DETERMINING RECEIVEDPILOT POWER AND PATH LOSS IN A CDMA COMMUNICATIONSYSTEM(在CDMA通信***中确定已接收导频功率和通道损失的***和方法)”，两者都被转让给本发明的受让人。

对于包括均衡器312的信号处理通道而言，信号质量可使用多种标准来估计，包括均方平均(MSE)。再次，对于发送TDM导频参考的CDMA***而言，MSE可在导频参考周期中估计，并可被计算为：

MSE = \frac{1}{N_{SYM}} Σ_{n = 1}^{N_{SYM}} {| y (n) - \hat{y} (n) |}^{2}

等式4

其中，N_SYM是在其上累积误差以提供MSE的采样数目。通常，均方误差在多个采样上被平均，并且在一个或多个导频参考上被平均，以在测量中获得期望的置信水平。均方误差可随后被转换为等价的信噪比，其可被表示为：

{S / N}_{EQ} = \frac{1}{MSE} - 1

线性

= 10 \log (\frac{1}{MSE} - 1)

dB 等式5

带有均衡器312的信号处理通道的S/N_EQ可与带有RAKE 316的信号处理通道的S/N_EQ进行比较。然后可以选择提供较好S/N的信号处理通道来处理接收信号。

或者，可为带有RAKE 316的信号处理通道计算MSE并将其与为带有均衡器312的信号处理通道计算的MSE相比较。随后可选择带有较好MSE的信号处理通道。

对于HRPD***而言，S/N是在远程终端上估计并用于确定远程终端在该工作条件所能接收的最大数据速率。最大数据速率随后被发回为其估计S/N的基站。之后，基站以高达所识别的最大数据速率的数据速率向远程终端进行发送。

根据本发明，数据传输的数据速率可使用各种方法来估计。在一种方法中，可基于已计算的MSE为RAKE或为均衡器估计S/N。随后可使用来自所有信号处理通道的最佳S/N来确定能够支持的最大数据速率。或者，MSE可用于直接确定最大数据速率。最佳S/N、MSE或最大数据速率可被发送给基站。

在特定的工作条件下，带有均衡器的信号处理通道比起带有RAKE接收机的信号处理通道可提供较好的性能。例如，带有均衡器的信号处理通道在高S/N时并且对于带有ISI的信道能更好地工作。RAKE可用于处理多径，多径也产生ISI。实际上，RAKE可被视为是带有L个抽头(其中L对应于指处理器的数目)的滤波器，其中每个抽头对应于可以调节的时延。然而，RAKE不能有效地减少由于接收信号中的频率失真而产生的ISI。

均衡器能更有效地减少由于频率失真而产生的ISI。这是通过在试图最小化整体噪声(其中包括ISI)时提供近似相反的频率失真的响应来完成的。均衡器因此“反转”了信道并也试图消除多径的效果。实际上，当系数被初始化为{0，...，0，1，0...，0}时，每个滤波器410等价于一个指处理器。然后，一旦调节了零值系数，就改变滤波器频率响应以均衡信号失真。这样，均衡器可用于有效处理多径引起的ISI以及信道引起的ISI。

简便起见，本发明的许多方面和实施例针对扩频通信***而描述。然而，在此描述的本发明的许多精神可被应用于非扩频通信***，以及能够选择性地执行直序扩频的通信***，诸如HRPD***。

RAKE和混合均衡器配置

根据一则实施例，均衡器312可以是混合均衡器，其中当包括但不限于信道条件在内的工作条件促使使用均衡器312时，则启动均衡器312。换句话说，当均衡器被认为与RAKE 316执行得一样好或比RAKE 316要好时，则启动均衡器312。否则，均衡器不工作。这样，在均衡器被认为比RAKE 316执行得更差时，***得到功率节约。这样的均衡器被称为是“混合”均衡器，因为该均衡器响应于工作条件。

混合均衡器和RAKE接收机体系结构通过对工作条件度量(诸如，RAKE和均衡器的潜在解调SINR输出)进行比较并随后选择达到最佳性能的模式来工作。模式可包括但不限于，只有RAKE的模式、RAKE及均衡器的模式。一则实施例包括测试模式，周期性地运行均衡器并在只有RAKE的模式和RAKE及均衡器的模式之间进行选择。混合均衡器通常在较高的几何位置和慢衰落条件下有较好的性能。在这些条件下，均衡器与常规的仅有RAKE的设计相比提供了性能增益。然而，在最简单的实现中，运行两个方法的成本是过高的，即使对于均衡器比起RAKE不提供任何增益的情况下也导致功耗的增加。

理想下，均衡器仅仅在实现性能增益时才工作。混合均衡器通过使用基于短暂工作条件(诸如，相关统计和/或接收机SINR)的判决算法来提供功率减少。混合均衡器仅仅在信道条件可能产生性能增益的时候工作。

因为均衡器依赖于慢衰落信道条件，因此一则实施例通过估计内导频脉冲相关统计来估计衰落动态。均衡器通常在较高的几何位置条件(即，SINR)下产生增益，其中另一个实施例从导频脉冲中估计SINR。两个度量都可用于判决算法。如果相关度量大于给定阈值而SINR也大于另一个阈值，则均衡器启动，否则均衡器被禁用。这通过避免在达不到益处时使用均衡器来减少功耗。

图5是示出根据实现RAKE和混合均衡器的一则实施例的接收机的运行500的状态图。实现了两个模式：仅有RAKE的模式502；以及RAKE及混合均衡器的模式504。运行开始于仅有RAKE的模式。当在模式502中，运行保持在模式502直到工作条件的改变足以表示在加入均衡器后能达到性能的增加。为了确定工作条件是否充分地改变，(诸如，缓慢变化的信道条件)，则评估信道质量度量。在该实施例中，信道质量度量是RAKE输出的信号对干扰和噪声比(SINR)(SINR_RAKE)，其被测量并与用于触发均衡器的阈值(T_EQU)进行比较。类似地，为RAKE确定校正度量(C_RAKE)并将其与均衡器的相应的校正度量(C_EQU)进行比较。当SINR_RAKE大于T_EQU时，并且C_RAKE大于C_EQU时，运行转换到RAKE及均衡器模式504。这样，当工作条件促使使用均衡器时，进入模式504并且开始均衡器工作。

当在模式504中，***继续监视RAKE输出的SINR以及均衡器输出(SINR_EQU)。当SINR_RAKE大于SINR_EQU时，运行转换到模式502。通常由SINR增加来促使均衡器的使用，因为SINR(根据***的当前几何位置)表示信道条件。对于低SINR而言，均衡器不运行，这样SINR作为开启和关闭均衡器的良好触发。进入模式504(即，启动均衡器)的触发是有效地两部分考虑。第一评估确定信道条件(如，SINR)是否与均衡器工作能提高性能的条件相一致。第二评估确定信道速度，或换句话说，确定移动站在蜂窝网络中移动有多快。根据一则实施例，第二评估确定导频脉冲之间的互相关。互相关测量两级之间相关的程度。在该情况中，当信号的相关性增加时，两个信号之间的延迟就减少。类似地，当延迟增加时相关性则减少。这样，当移动站和接收机之间的距离增加，或改变时，接收信号之间的相关性就减少。对于低互相关而言，均衡器在模式504被启用，否则就维持仅有RAKE的模式502。互相关可在导频信号或导频脉冲上测量，因为这是提供置信结果的已知信号。

作为示例，按下文来考虑互相关标准。给定导频码元P_□，连续导频码元之间的相关可通过在N_SUM个导频码元上取平均而被估计为：

C_{RAKE} = | \frac{Σ_{k = 1}^{N_{SUM}} P_{μ} P_{k + 1}^{*}}{Σ_{μ = 1}^{N_{SUM}} P_{μ} P_{μ}^{*}} |

等式6

相关度量范围从0到1。相关为1表示强相关，可得到良好的均衡器性能，因为信道在连续的导频码元之间没有改变。

其它实施例可定义其它能触发均衡器的参数和度量。可以选择提供预期均衡器性能的度量。可以选择对于***设计和性能目标特定的度量。

图6是有三个工作模式的备选实施例的运行520的状态图。在仅有RAKE的模式522中，RAKE在均衡器不工作时使用。通过采样周期(预先指定的或自适应的)的测量，运行周期性地进入测试模式524。

在测试模式524中，启用均衡器工作。测试模式524使均衡器能确定均衡器的性能是否增进了接收机的性能。RAKE和均衡器的结果被比较以评估均衡器的性能。当SINR_RAKE小于SINR_EQU时，运行转换到RAKE及均衡器模式526，其中启用RAKE和均衡器两者。在该情况中，均衡器显示出提高性能的能力。如果测试模式524的结果表示SINR_RAKE大于SINR_EQU，运行则转换回仅有RAKE的模式522。在该情况中，均衡器不改进性能，并且不被认为在当前条件下能为性能提供整体的提高。注意，可示出余量值(δ)，在其中根据***设计和/或性能来偏置SINR_RAKE或SINR_EQU。采样周期可被设计为是运行均衡器所需要的时间的函数，其中采样周期足以允许数据通过均衡器的滤波器元件。

在模式526中，***监视信道质量度量。当SINR_RAKE大于SINR_EQU时，运行转换到仅有RAKE的模式522。注意转换使用余量值(δ)以避免模式之间的轮替。这样，当均衡器生成的估计的SINR超过RAKE生成的SINR大于一个余量值时，发生从模式524到模式526的转换。类似地，当RAKE生成的估计的SINR超过均衡器生成的SINR大于一个余量值时，发生从模式524到模式522的转换。此外，当RAKE生成的估计的SINR超过均衡器生成的SINR大于一个余量值时，发生从模式526到模式522的转换。

高速率分组数据通信***

通过下述讨论将清楚描述一个具体的高数据速率***。可以实现以高数据速率提供信息传输的其它实施例。对于设计为以较高数据速率进行发送的CDMA通信***而言，比如高速率分组数据(HRPD)或高数据速率(HDR)通信***，可以使用可变数据速率请求方案在C/I支持的最大数据速率下进行通信。HDR通信***通常被设计为符合一个或多个标准，诸如“cdma2000 High Rate Packet Data Air Interface Specification(cdma2000高速率分组数据空中接口规范)”，3GPP2 C.S0024，第2版，2000年10月27日，由“第三代合伙人计划”协会发布。

通常，在HRPD***中，接入网络(AN)被定义为在蜂窝网络和分组交换数据网络(通常是互联网)以及AT之间提供数据连接的网络设备。HRPD***中的AN等价于蜂窝通信***中的基站。接入终端(AT)被定义为向用户提供数据连接的设备。HRPD***中的AT对应于蜂窝通信***中的移动站。AT可连接到计算设备，诸如膝上型个人电脑，或者AT可以是像个人数字助理(PDA)这样的独立数据设备。注意，术语移动站、远程终端、以及接入终端是可以互换使用的。

图4示出使用可变数据请求方案的示例性HDR通信***中的接收机。接收机400是订户站，其通过在反向链路上向基站(没有示出)发送数据而与陆基数据网络进行通信。基站接收数据并通过基站控制器(BSC)(同样没有示出)将数据路由到陆基网络。相反，到订户站400的通信可通过BSC从陆基网络被路由到基站，并在前向链路上从基站被发送到订户单元150。前向链路是指从基站向订户站的传输，反向链路指从订户站向基站的传输。

在示例性的HDR通信***中，从基站到订户站400的前向链路数据传输应该使用前向链路所支持的最大数据速率或接近最大数据速率来进行。最初，订户站400使用预先确定的接入过程与基站建立通信。在该已连接状态下，订户站400可从基站接收数据和控制消息，并能够向基站发送数据和控制消息。订户站400随后估计来自基站400的前向链路传输的C/I。前向链路传输的C/I可通过测量来自基站的导频信号来获得。基于C/I估计，订户站400向基站发送数据速率请求消息，作为已分配的DRC信道上的数据速率控制(DRC)消息。DRC消息可包括所请求的数据速率，或者包括前向链路信道的质量指示，如，C/I测量本身、比特误差率或分组误差率。基站使用来自订户站400的DRC消息来在最高可能速率下有效地发送前向链路数据。

BSC(没有示出)可与分组网路接口、PSTN和/或其它基站相接，并用于协调订户站和其它用户之间的通信。

前向链路导频信道提供导频信号，导频信号被订户站400用于初始获取、相位恢复以及定时恢复。此外，导频信号也可被订户站400用于执行C/I测量。在所描述的示例性实施例中，前向链路上的每个时隙是2048个码片长度，带有两个出现在时隙的四分之一和四分之三的结尾处的导频脉冲。每个导频脉冲的持续期为96个码片。每个时隙含有两个部分，其中每半个时隙包括一个导频脉冲。

通过订户站400的天线接收前向链路传输。所接收的信号由天线路由到接收机，接收机内带有模拟预处理单元402、匹配滤波器404和模数(A/D)转换器406。接收机对信号进行滤波和放大，将信号下变频至基带，对基带信号进行正交解调，并数字化基带信号。经数字化的基带信号耦合到解调器。解调器包括载波和定时恢复电路，还包括均衡器410。均衡器410对ISI做出补偿并从经数字化的基带信号中生成码元估计。码元估计通过通信总线420耦合到控制器416。控制器随后生成DRC消息。均衡器410的输出也被提供给解码器412。解码器412、均衡器410和控制器416各自耦合到通信总线420。

除了生成DRC消息以外，控制器416可用于支持反向链路上的数据和消息传输。控制器416可实现为微控制器、微处理器、数字信号处理(DSP)芯片、编程为执行在此所述的功能的ASIC、或任何本领域已知的其它实现。定时单元414也耦合到通信总线420。示例性实施例包括采样存储器单元408，其通过通信总线420耦合到均衡器410和控制器416。

RAKE 418也耦合到通信总线420并通过类似图1所示的结构接收用于处理的输入。均衡器控制器422从RAKE 418接收估计，以及从工作时的混合均衡器410接收估计。均衡器控制器422随后确定均衡器何时被使用并初始化运行。类似地，均衡器控制器422确定均衡器何时不被使用并开始终止运行。可以实现多种监视单元来检查工作度量，诸如信道质量和/或信道速度。均衡器控制器422使用这些信息来做出均衡器判决。

性能测量

如在此所述，可基于对SINR、C/I或其它性能标准的测量而选择均衡器配置。其它性能标准可包括，例如，在导频采样上测量的均衡器配置均方误差。例如，如果导频采样上的均衡器输出给定为

{{{\hat{y}}_{n} : n = 1, . . ., K}}

并且期望的导频采样被表示为{{y_n∶n＝1，...，K}}，则该配置的均方误差(MSE)给定为：

MSE = \frac{1}{K} Σ_{n = 1}^{K} {| {\hat{y}}_{n} - y_{n} |}^{2}

等式7

SINR或C/I估计的一个定义是：

SINR = \frac{1}{MSE} - 1

等式8

其它表示或性能量度也是可能的。

在此出现的模型、方法和设备作为各种实施例的示例，支持不同的***、信道条件和接收机设计。在此所述的平行均衡器的应用可实现为适合工作在各种通信***(包括但不限于，高数据速率***)中的各种接收机中的任一种。

本领域普通技术人员可理解结合在此披露的实施例所描述的各种逻辑块、模块、电路、和算法可实现为电子硬件、计算机软件、或它们的组合。为了清楚地示出硬件和软件的互换性，上面已经根据它们的功能描述了各种示例性组件、块、模块、电路和算法。这些功能是实现为硬件或软件是取决于整体***所约束的特定应用和设计。普通技术人员为每个特定应用可使用各种方法实现所描述的功能，但这些实现判决不能被认为是导致脱离本发明的范围。

结合在此披露的实施例所描述的各种示例性逻辑块、模块、和电路可使用下述来实现或执行：通用功能处理器、数字信号处理器(DSP)、特定用途集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑设备、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件、或设计为执行在此所述功能的它们的任何组合。通用功能处理器可为微处理器、但或者，处理器可为任何常规处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器可可实现为计算设备的组合，如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个带有DSP内核的微处理器、或任何其它这些配置。

结合在此披露的实施例的方法或算法可直接具现在硬件中、在处理器所执行的软件模块中、或在两者的组合中。软件模块可安置在RAM存储器、闪速存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或任何其它形式的本领域已知的存储介质。示例性存储介质连接到处理器，这样该处理器可从存储介质上读取信息、在存储介质上写入信息。或者，存储介质可集成至处理器。处理器和存储介质和安置在ASIC中。ASIC可安置在用户终端中。或者，处理器和存储介质可安置为用户终端中的离散组件。

提供了对所披露的实施例的描述以使本领域普通技术人员能够制作或使用本发明。对于本领域普通技术人员而言，对这些实施例的各种修改是显而易见的，并且在此的一半定义可应用于其它实施例而不脱离本发明的精神和范围。这样，本发明不旨在限制于在此所示出的实施例，而是符合在此所披露的原理和新颖特征相一致的最宽范围。

Claims

1.一种无线通信***中接收数据的方法，所述方法包括：

通过RAKE处理元件处理接收信号以生成经RAKE处理的信号；

测量所述经RAKE处理的信号的第一质量度量；

将所述经RAKE处理的信号的第一质量度量与第一阈值进行比较；以及

当所述第一质量度量超过所述第一阈值时，启用均衡器。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

测量所述经RAKE处理的信号的校正度量；以及

将所述校正度量与第二阈值进行比较，

其中启用所述均衡器还包括：

当所述第一质量度量超过所述第一阈值并且所述校正度量超过所述第二阈值时，启用均衡器。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一质量度量是信噪比。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述校正度量是互相关量度。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述互相关在导频脉冲之间测量。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在启用所述均衡器之后，所述方法还包括：

测量经均衡器处理的信号的第一质量度量；

将所述经均衡器处理的信号的第一质量度量与所述经RAKE处理的信号的第一质量度量进行比较；以及

当所述经均衡器处理的信号的第一质量度量小于所述经RAKE处理的信号的第一质量度量时，禁用所述均衡器。

7.一种无线通信***中接收数据的方法，所述方法包括：

通过RAKE处理元件处理接收信号以生成经RAKE处理的信号；以及

周期性地测试工作条件，包括：

通过均衡器处理接收信号以生成经均衡器处理的信号；

测量所述经RAKE处理的信号的第一质量度量；

测量所述经均衡器处理的信号的第一质量度量；

将所述经RAKE处理的信号的第一质量度量与所述经均衡器处理的信号的第一质量度量进行比较；以及

基于所述比较确定是否启用所述均衡器。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，如果所述经RAKE处理的信号的第一质量度量比所述经均衡器处理的信号的第一质量度量超过一个余量值，则基于所述比较确定是否启用所述均衡器包括确定禁用所述均衡器。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，如果所述经RAKE处理的信号的第一质量度量不比所述经均衡器处理的信号的第一质量度量超过所述余量值，则基于所述比较确定是否启用所述均衡器包括确定启用所述均衡器。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一质量度量是信号对干扰和噪声比。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，当启用所述均衡器时，所述方法还包括：

终止测试；

通过所述均衡器处理接收信号以生成经均衡器处理的信号；

测量所述经RAKE处理的信号的第一质量度量；

测量所述经均衡器处理的信号的第一质量度量；

基于所述比较确定是否禁用所述均衡器。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，如果所述经RAKE处理的信号的第一质量度量比所述经均衡器处理的信号的第一质量度量超过一余量值，则基于所述比较确定是否禁用所述均衡器包括确定禁用所述均衡器。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，如果所述经RAKE处理的信号的第一质量度量不比所述经均衡器处理的信号的第一质量度量超过所述余量值，则基于所述比较确定是否禁用所述均衡器包括确定启用所述均衡器。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述周期性地测试工作条件还包括：

在采样周期中初始化所述测试一次，其中所述采样周期是均衡器滤波器的时间常数的函数。

15.一种无线通信***中接收数据的设备，所述方法包括：

通过RAKE处理元件处理接收信号以生成经RAKE处理的信号的装置；

测量所述经RAKE处理的信号的第一质量度量的装置；

将所述经RAKE处理的信号的第一质量度量与第一阈值进行比较的装置；以及

当所述第一质量度量超过所述第一阈值时启用均衡器的装置。

16.无线通信***中的一种接收机，所述接收机包括：

处理元件，用于处理计算机可读指令；以及

存储器设备，适用于存储计算机可读指令，所述指令包括：

第一计算机可读指令组，用于通过RAKE处理元件处理接收信号以生成经RAKE处理的信号；

第一计算机可读指令组，用于测量所述经RAKE处理的信号的第一质量度量；

第一计算机可读指令组，用于将所述经RAKE处理的信号的第一质量度量与第一阈值进行比较；以及

第一计算机可读指令组，用于当所述第一质量度量超过所述第一阈值时启用均衡器。

17.一种无线通信***中接收数据的设备，所述设备包括：

通过RAKE处理元件处理接收信号以生成经RAKE处理的信号的装置；以及

周期性地测试工作条件的装置，包括：

通过均衡器处理接收信号以生成经均衡器处理的信号的装置；

测量所述经RAKE处理的信号的第一质量度量的装置；

测量所述经均衡器处理的信号的第一质量度量的装置；

将所述经RAKE处理的信号的第一质量度量与所述经均衡器处理的信号的第一质量度量进行比较的装置；以及

基于所述比较确定是否启用所述均衡器的装置。

18.无线通信***中的一种接收机，所述接收机包括：

处理元件，用于实现计算机可读指令；以及

存储器设备，用于存储计算机可读指令，所述指令用于：

周期性地测试工作条件，包括以下操作：

通过均衡器处理接收信号以生成经均衡器处理的信号；

测量所述经RAKE处理的信号的第一质量度量；

测量所述经均衡器处理的信号的第一质量度量；

基于所述比较确定是否启用所述均衡器。

19.一种无线通信设备，包括：

RAKE接收机，适用于接收信号并生成接收信号的估计；

均衡器；以及

均衡控制器，适用于响应于来自所述RAKE接收机的估计，控制所述均衡器的工作。

20.如权利要求19所述的设备，其特征在于，当所述估计的信道质量量度超过阈值时，所述均衡控制器启用所述均衡器。

21.如权利要求20所述的设备，其特征在于，当所述估计的信道质量量度大于所述阈值，并且所述估计的第一相关性大于由所述均衡器生成的均衡化估计的第二相关性时，所述均衡控制器启用所述均衡器。

22.如权利要求21所述的设备，其特征在于，所述第一相关性和所述第二相关性是基于已接收的导频信号。

23.如权利要求19所述的设备，其特征在于，当来自所述RAKE接收机的估计的信道质量量度大于由所述均衡器生成的均衡化估计的信道质量量度时，所述均衡控制器禁用所述均衡器。

24.如权利要求19所述的设备，其特征在于，所述均衡控制器周期性地启用所述均衡器以将由所述均衡器生成的均衡化估计与来自所述RAKE接收机的估计进行比较。

25.如权利要求24所述的设备，其特征在于，所述均衡控制器将由所述均衡器生成的均衡化估计的信道质量量度与来自所述RAKE接收机的估计的信道质量量度进行比较。

26.如权利要求24所述的设备，其特征在于，所述均衡控制器将由所述均衡器生成的均衡化估计的信道速率与来自所述RAKE接收机的估计的信道速率进行比较。

27.如权利要求19所述的设备，其特征在于，所述均衡器当启用时，适用于工作在第一工作模式和第二测试模式中。

28.如权利要求27所述的设备，其特征在于，当由所述均衡器生成的均衡化估计的信道质量量度大于来自所述RAKE接收机的估计的信道质量量度时，所述均衡器从所述第二测试模式转换到所述第一工作模式。

29.如权利要求28所述的设备，其特征在于，当来自所述RAKE接收机的估计的信噪比大于来自所述均衡器的均衡化估计时，所述均衡控制器禁用所述均衡器。

30.如权利要求19所述的设备，其特征在于，所述设备包括两个工作模式，包括：

第一模式，其中所述RAKE接收机被启用，所述均衡器被禁用；

第二模式，其中所述RAKE接收机和所述均衡器被启用。

31.如权利要求19所述的设备，其特征在于，所述设备适用于两个配置，包括：

第一配置，其中所述RAKE接收机被启用，所述均衡器被禁用；

第二配置，其中所述RAKE接收机和所述均衡器被启用。

32.如权利要求30所述的设备，其特征在于，所述设备有第三工作模式，包括：

测试模式，其中所述均衡器在采样周期被启用，并且将均衡化估计与来自所述RAKE接收机的估计进行比较。