NO321052B1 - Estimering av signal/stoy-forhold i et mobilkommunikasjonssystem - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår estimering av et signal/støy-forhold (SIR, signal to interference ratio) i et mobilkommunikasjonssystem, spesielt hvor et RF-signat blir mottatt i en andre stasjon via en rekke fierbaner (multi-paths) fra en første stasjon.

Oppfinnelsen angår spesielt, men ikke utelukkende, et WCDMA-kommunikasjonssystem (wide band code division multiplexed, bredbåndet og kodedelings-multiplekset) hvor et informasjonssignal blir kodet for sending ved hjelp av modulerende datasymboler som skal sendes ved å benytte en særskilt spredningskode for hver kanal. Spredningskoder som sendes i nedlink-retning fra en basestasjon, er fortrinnsvis ortogonale for å redusere interferens mellom signaler som sendes tit flere forskjellige mobilstasjoner.

Dette har den virkning at et signal som mottas av en spesiell mobilstasjon, ikke bare inneholder informasjonen som er ment for denne spesielle mobilstasjonen, men også interferens som utgjøres av signaler som er ment for andre mobilstasjoner i nettverket. Denne interferensen kan innbefatte kommunikasjonskanaler Iorinnenfor samme celle som den aktuelle mobilstasjonen, men kan også innbefatte interferens som kommer fra utsiden av denne cellen loe- Dessuten kan gjerne signalet ha vandret via en rekke fierbaner når det har gått fra basestasjonen til mobilstasjonen, avhengig av omgivelsene som det celtedelte kommunikasjonssys-temet befinner seg i. Dette vil si at flerbanene er avhengige av hindringer, refleksjoner osv. mellom basestasjonen og den relevante mobilstasjonen. I en kjent, bredbåndet CDMA-terminal leveres det såkalte bredbånds-signalet (dvs. signatet som sendes mellom basestasjonen og mobilstasjonen, innbefattende et antall kommunikasjonskanaler som ligger over hverandre) til en rekke rake-fingere som hver genererer et smalbåndet signal ved de-spredning av informasjonen som in-neholdes i signalet, ved å benytte den særskilte spredningskoden for denne spesielle kommunikasjonskanalen. Flere smalbånds-signaler genereres som representerer signalet som mottas via hver av de mange flerbanene. Det er selvfølgelig ikke mulig å bestemme nøyaktig egenskapene til de fierbaner som informasjons-signalet benytter mellom basestasjonen og mobilstasjonen, så antallet rake-fingere blir valgt i henhold til det spesielle omgivelsesmiljøet, i et forsøk på å foreta et estimat av et sannsynlig antall baner som kan være aktuelle. Ved mottak av signalet forsøker en synkroniseringsenhet å bestemme antallet baner, samt faseforskjellen mellom banene, for å gi denne informasjonen til hver rake-finger.

Den kjente bredbåndede CDMA-terminalen innbefatter også en rask effekt-styring (TPC) med lukket sløyfe, som genererer en effektstyrings-bit som sendes fra mobilstasjonen til basestasjonen for å styre sendeeffekten i nedlink-retning, slik at nedlink-signalet blir mottatt på et nivå som sikrer riktig dekoding av informasjonen. Denne raske effektstyringen med lukket sløyfe utnytter et SIR-estimat for å bestemme hvordan TPC-biten bør innstilles.

Siktemålet for effektstyringen med rask sløyfe er å holde signalkvaliteten,

dvs. forholdet mellom det nødvendige informasjonssignal-nivået og støynivået, så stabilt som mulig, mens samtidig basestasjonens sendeeffekt minimaliseres. Dette krever et nøyaktig estimat av det nødvendige informasjonssignalnivået i forhold til den interferens som mottas fra andre kanaler innenfor samme celle, eller fra

andre celler.

Ett forsøk som er gjort på å frembringe et SIR-estimat, er å benytte bred-båndssignalet (før de-spredning) til å estimere interferens-delen av SIR. I nedlink-retning tas det da imidlertid ikke hensyn til virkningen av å tilveiebringe flere ortogonale spredningskoder i hver celle. Hvis det f.eks. foreligger en kanal med én eneste bane, og mobilterminalen er nær den betjenende basestasjonen, blir signal / interferens-forholdet underestimert kraftig, fordi all interferens fra den betjenende basestasjonen blir innbefattet i bredbånds-interferensestimatet, selv om denne i realiteten blir kansellert fra signalet etter operasjonen med de-spredning, fordi alle ortogonale koder, bortsett fra den særskilte spredningskoden, er fjernet fra de genererte smalbånds-signalene.

I henhold til et annet forsøk benyttes en gjennomsnittlig smalbånds-interferens som interferensestimat. Dette er en forbedring i forhold til anvendelsen av bredbånds-signalet, men tar bare i betraktning den gjennomsnittlige ortogonali-tet i tilfellet med like sterke fierbaner. I en mer realistisk situasjon, hvor signal-effektnivåene som mottas langs en rekke fierbaner, med høy sannsynlighet er ganske ulike, blir SIR underestimert.

Det er et mål for foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et forbedret estimat av SIR, som på korrekt måte tar hensyn til bruken av ortogonale spredningskoder i et flerbane-miljø i et celledelt kommunikasjonssystem.

Ifølge ett aspekt av foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for å estimere et signal/interferens-forhold i et celledelt kommunikasjonssystem, hvor et signal sendes fra en første stasjon til en andre stasjon langs en rekke forskjellige baner, og fremgangsmåten omfatter: estimering av effektnivået for signalet som mottas via hver bane; estimering av interferensen i signalet som mottas via hver bane; generering av et kombinert effektestimat ved å summere estimatene av effektnivåer mottatt for alle baner; og generering av signal / interferens-forholdet (SIR) som forholdet mellom det kombinerte effektestimatet og et kombinert interferensestimat som er summen, over alle baner, av interferensestimatene, vektlagt med det respektive, estimerte effektnivå for denne banen, dividert på det kombinerte effektestimatet.

Generering av SIR kan innbefatte generering av det kombinerte interferensestimatet ved å vektlegge interferensestimatet for hver bane med det estimerte effektnivået for den banen, summere de vektlagte interferensestimatene over alle banene og dividere den resulterende summen på det kombinerte effektestimatet.

I tillegg til kodedelt multipleksing kan signalet sendes i en sekvens av tidsluker, slik som i et TDMA-system. I tilfellet hvor signal/interferens-forholdet benyttes i den andre stasjonen til å generere en effektstyrings-bit for sending til den første stasjonen, til å styre den utsendte effekten fra den første stasjonen til den andre stasjonen, kan signal / interferens-forholdet beregnes i en første tidsluke, og effektstyrings-biten som benyttes for å styre sendeeffekten i nedlink-retningen, i en etterfølgende tidsluke.

I henhold til et annet aspekt ved foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt en krets for estimering av et signal / interferens-forhold i et celledelt kommunikasjonssystem, hvor et signal blir sendt fra en første stasjon til en andre stasjon via flere forskjellige baner, og kretsen omfatter: anordninger for å estimere effektnivået og interferensen for signalet som mottas fra hver bane; anordninger for å generere et kombinert effektestimat ved å summere estimatene av effektnivåene som mottas for hver av banene; og en signal / interferens-forholdsgenerator for å generere signal/interferens-forholdet (SIR) som forholdet mellom det kombinerte effektestimatet og et kombinert interferens-estimat som er summen, over alle baner, av interferensestimatene, vektlagt med det respektive, estimerte effektnivå for denne banen, dividert på det kombinerte effektestimatet.

Signal / interferens-generatoren kan innbefatte anordninger for å generere det kombinerte interferensestimatet ved å vektlegge interferensestimatet for hver bane, med det estimerte effektnivået for den banen, summere de vektlagte interferensestimatene over alle banene, og dividere den resulterende summen på sig-nalestimatet.

I henhold til et ytterligere aspekt ved oppfinnelsen er det tilveiebrakt en mobilstasjon som omfatter en krets for å estimere et signal / interferens-forhold i et celledelt kommunikasjonssystem, hvor et signal sendes fra en første stasjon til en andre stasjon langs flere forskjellige baner, og kretsen omfatter: anordninger for å estimere effektnivået og interferensen for signalet som mottas fra hver bane; anordninger for å generere et kombinert effektestimat ved å summere estimatene av effektnivåene som mottas for hver av banene; og en signal / interferens-forholdsgenerator for å generere signal / interferens-forholdet som forholdet mellom det kombinerte effektestimatet og hjelp av et kombinert interferensestimat som er summen, over alle baner, av interferensestimatene, vektlagt med det respektive, estimerte effektnivå for denne banen, dividert på det kombinerte effektestimatet.

Utførelsesformen som er beskrevet her, beskriver et nedlink-tilfelle i et mobilkommunikasjonssystem. Dvs. at mottakerkretsen som illustreres i fig. 3, befinner seg i mobilstasjonen for å motta signaler fra basestasjonen. Teknikken som beskrives herfor SlR-estimering, kan imidlertid også benyttes i opplink-retning, dvs. på basestasjonens mottakerside.

For å forstå herværende oppfinnelse bedre, og for å vise hvordan oppfinnelsen kan praktiseres, skal det nå vises, på eksempels form, til de vedføyde teg-ningene, hvor

fig. 1 er et skjematisk diagram over et celledelt kommunikasjonsnett;

fig. 2 er et skjematisk diagram som illustrerer flerbane-kommunikasjon mellom en basestasjon og en mobilstasjon;

fig. 3 er et blokkdiagram over innkommende komponenter på en mobilsta-sjons mottakerside;

fig. 4 er et diagram som illustrerer en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse;

fig. 5 er et blokkdiagram som illustrerer den raske, lukkede effektstyrings-sløyfen; og

fig. 6 er et diagram som sammenligner SIR-estimatet som beskrives her, med et kjent SIR-estimat.

Fig. 1 er et skjematisk diagram som illustrerer en brukssammenheng for foreliggende oppfinnelse. Dvs. at et CDMA-mobilkommunikasjonssystem kan benyttes i et celledelt nettverk som består av celler som indikeres av de prikkede linj-ene i fig. 1. Selv om cellene er vist som sekskantede celler i fig. 1, kan de ha en hvilken som helst passende form. Hver celle betjenes av en basestasjon BTS, og én basestasjon betjener tre celler i arrangementet som vises i fig. 1. Et CDMA-mobilkommunikasjonssystem tillater at flere mobilstasjoner MS1, MS2, MS3 kom-muniserer med en basestasjon BTS1 i en enkelt celle CELLE1, via respektive kanaler KAN1, KAN2, KAN3. Kanalene skjelnes fra hverandre ved bruk av spredningskoder, på en måte som er i og for seg kjent. Når man som eksempel tar mobilstasjonen MS3, som kommunisere med basestasjonen BTS1 via kanal KAN3, så mottar denne mobilstasjonen i realiteten et flertall signaler. Dette vises i nærmere detalj i fig. 2. Først mottar mobilstasjonen MS3 sitt eget informasjonssignal S via flere forskjellige baner d1, d2, d3 på grunn av hindringer, refleksjoner osv. fra artifakter i selve denne cellen. Det kan være bare én eneste bane, eller flere slike baner, men det vil være klart at virkningen av dette, når det er flere baner enn én, er at signalet S ankommer til mobilstasjonen med henholdsvise forskjellige faseforskjeller som avhenger av banelengden. I tillegg mottar mobilstasjonen MS3 interferens Ior som utgjøres av andre signaler som sendes fra basestasjonen BTS1.1 eksempelet som vises i fig. 1, innbefatter spesielt interferensen Ior kanalene KAN1, KAN2 som er ment for kommunikasjon med de andre mobilsta-sjonene MS1, MS2 i cellen. En ytterligere grunn til interferens er signaler fra andre celler i nettverket, merket loe i fig- 1 og 2. Endelig mottar mobilstasjonen MS3 støy N.

Man vil forstå at l0c, Iorvanligvis indikeres i effekt-enheter, uttrykkene benyttes her for å betegne interferensens egenskaper, og kan derfor betraktes som signalnivåer eller signaler ettersom det kreves i sammenhengen.

Mottakerkretsen i mobilstasjonen skal nå beskrives, med henvisning til

fig. 3. Signaler som kommer inn i en antenne 30, blir mottatt ved hjelp av en RF-enhet 28, og levert til en analog / digital-omformer (A/D) 32. Som allerede nevnt, kan et signal ankomme til mobilstasjonen etter å ha opplevd flere baner med forskjellige forplantningsforsinkelser dn. A/D-omformeren 32 leverer det digitale inn-gangssignalet til en synkroniseirngsenhet 34, og til hver av et antall de-spredningsenheter 36a, 36b, 36c. Antallet de-spredningsenheter avhenger av det sannsynlige antall baner som oppleves av signalet fra basestasjonen til mobilstasjonen, og antallet er således avhengig av omgivelsene. Synkroniseringsenheten 34 håndterer synkroniseringen av mobilstasjonen med basestasjonen BTS etter at kraften er slått på, og i tilfellet med overleveringer (handovers). Dette innbefatter leting etter signaler som er sendt med den særskilte spredningskoden for denne mobilstasjonen. Således mottar synkroniseringsenheten 34 den særskilte koden

fra en kodegenerator 22. Denne koden benyttes for å spre signalet ved bruk av en spredningsenhet 20 på sendesiden før sending. For å utføre søkefunksjonen, benytter synkroniseringsenheten 34 den særskilte koden fra kodegeneratoren 22, og korrelerer den med det innkommende signalet helt til det detekteres en sterk kor-relasjon. Etter at synkroniseringsprosedyren er fullført, kan det opprettes en dedi-kert trafikkanal. Synkroniseringsenheten behandler også estimering av forplant-ningsforsinkelsene dn, for å være i stand til å gi hver de-spredningsenhet 36a, 36b, 36c de nødvendige spredningskode-faser <j>. Faseverdien for den sterkeste korrelasjonen leveres til den største de-spredningsenheten 36a, og prosessen fortsettes med å levere henholdsvise faseverdier <|> til de gjenværende de-spredningsenhetene 36b og 36c. Hver de-spredningsenhet innbefatter en hen-holdsvis kodegenerator som de-spreder signalet i samsvar med den bestemte faseforskjellen. I tillegg innbefatter hver de-spredningsenhet 36a til 36c en kanal-estimator som for hver de-spredningsenhet frembringer et amplitudeestimat a, og et interferensestimat ct<2>, estimert som variansen rundt at. Det de-spredte smalbånds-signalet som frembringes av hver de-spredningsenhet, omtales om x,.

Det skal nå vises til fig. 4.1 fig. 4 omtales hver de-spredningsenhet som en rakefinger, RAKE1, RAKE2 osv., og L mulige rakefingere er illustrert. Som nevnt tidligere, frembringer hver rakefinger et smalbånds-signalXj(t), sammen med et amplitudeestimat a-, (t>og et estimat av smalbånds-interferens a2 som variansen rundt aj. Hver rakefinger er tilknyttet en multipliserer 40i, 402 osv, som multipliserer hvert smalbånds-signal Xi med sin estimerte amplitude a,. De resulterende mul-tiplikandene leveres til en koherent kombinerer 50, som genererer et kombinert signal for etterfølgende demodulering, bit-dekteksjon og dekoding på en måte som er i og for seg kjent, og som ikke skal beskrives videre her. Hver rakefinger er også tilknyttet en ytterligere multipliserer 42i, 422... 42| som multipliserer kvadra-tet av amplitudeestimatet, som representerer effektnivået for hver rakefinger, med denne rakefingerens smalbånds-interferensestimat. En første adderer 44 genererer en første verdi ved å legge sammen utgangssignalene fra multiplisererne 42. En andre adderer 46 mottar effektestimatene for hver rakefinger, generert ved kvadrere amplitudeestimatene aj. Den gir summen av effektestimatene, kvadrert som en andre verdi, til en SIR-estimator 52 som også mottar den første verdien. Så i henhold til denne utførelsesformen av oppfinnelsen:

dvs. signaleffekten S er summen av de estimerte effekter fra rakefingrene, og interferensen I er det veide gjennomsnitt av interferensestimater for rakefingrene, idet vektene er signaleffektestimatene. Fig. 5 illustrerer hvordan SIR-estimatet fra SIR-estimatoren 52 benyttes for styring av utsendt effektnivå i nedlink-retning fra basestasjonen BTS til mobilstasjonen MS. Henvisningstall 100 betegner mottakerkretsen i mobilstasjonen, slik som illustrert ovenfor med henvisning til fig. 3 og 4, og spesielt omfattende SIR-estimatoren 52. SIR-verdien som estimeres av SIR-estimatoren 52, leveres til en TPC-bitgenerator 102, som sammenligner SIR-estimatet med en SIR-terskel som leveres fra en ytre effektstyringssløyfe. Hvis SIR-estimatet er mindre enn SIR-terskelen, settes effektstyrings-biten TPC lik én, og eller settes effektstyrings-biten TPC lik null. Effektstyrings-biten TPC leveres til en multiplekser 106, hvor den multiplekses med brukerdata for å bli utsendt av mobilstasjonen på forplantnings kanalen i opplink-retning. I BTS behandles mottakersignalet, og effektstyrings-biten TPC blir ekstrahert fra brukerdataene. Brukerdataene leveres til elementer i basestasjonen BTS for dekoding osv. Effektstyrings-biten TPC benyttes i basestasjonen BTS til å styre effekten for signalet som sendes i nedlink-retning til mobilstasjonen MS. Dette utføres i en effektstyringsblokk 108. Sendeeffekten omtales her som Ptx. Effektstyringen etableres ved å innstille en effektforskjells-delta (dB) som den opprinnelige sendeeffekten Ptx økes med, dersom effektstyrings-biten TPC er lik én, og ellers reduseres med. Således:

Den opprinnelige sendeeffekten PtxGammel leveres til effektstyringsblok-ken 108 etter en forsinkelse på én luke, vist med blokk 110 i skjemaet. Den nye sendeeffekten Ptx leveres til en sendeblokk 110 som former signalet som sendes til mobilstasjonen, ved å benytte den nye sendeeffekten.

Elementer i sendeblokken 110 i basestasjonen BTS er kjent for en fagmann innen teknikken, og beskrives derfor ikke videre her. Man vil forstå at blokken 110 illustrerer sendekretsen for én kanal i BTS. Signalet som endelig sendes fra basestasjonen BTS, innbefatter også signaler fra andre kanaler hos BTS. Det kombinerte signalet leveres til mobilstasjonen via forplantningskanalen i nedlink-retning.

Fig. 6 er en graf som illustrerer forskjellen mellom SIR-estimatet som er beskrevet i den foretrukne utførelsesform her, og et tidligere benyttet SIR-estimat, hvor:

hvor L er antallet RAKE-fingere, | at | 2

er effektestimatene for hver finger, og er<2>er (smalbånds-) interferensestimatene for hver finger.

I fig. 6 antas det at det er to fierbaner som har forskjellige effektnivå-forskjeller A mellom banene.

Claims (13)

1. Fremgangsmåte for å estimere et signal/interferens-forhold i et celledelt kommunikasjonssystem, hvor et signal sendes fra en første stasjon til en andre stasjon langs flere forskjellige baner, og fremgangsmåten omfatter: estimering av effektnivået for signalet som mottas langs hver bane; estimering av interferensen i signalet som mottas langs hver bane; generering av et kombinert effektestimat ved å summere estimatene av effektnivåer mottatt for alle banene; og generering av signal/interferens-forholdet (SIR) som forholdet mellom det kombinerte effektestimatet og et kombinert interferensestimat som er summen over alle baner, av interferensestimatene, vektlagt med det respektive, estimerte effektnivå for denne banen, dividert på det kombinerte effektestimatet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor signal/interferens-forholdet benyttes i den andre stasjonen for å generere en effektstyrings-bit (TPC) for sending til den første stasjonen for å styre den utsendte effekt fra den første stasjonen til den andre stasjonen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, hvor den første stasjonen er en basestasjon (BS) og den andre stasjonen er en mobilstasjon (MS).

4. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, hvor signalet som sendes fra den første stasjonen til den andre stasjonen, innbefatter informasjon om en kommunikasjonskanal som defineres med en særskilt spredningskode for den andre stasjonen.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, hvor signalet som sendes fra den første stasjonen til den andre stasjonen, innbefatter flere kommunikasjonskanaler, hvor hver kanal innbefatter informasjon som er spredt med en respektiv spredningskode, og spredningskodene er ortogonale for å redusere interferens.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 4 eller 5, og som omfatter et trinn med de-spredning av kommunikasjonskanalen som er ment forden andre stasjonen, ved bruk av den særskilte spredningskoden for den andre stasjonen, før estimering av effektnivå og interferens langs hver bane.

7. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, hvor signalet sendes i en sekvens av tidsluker, og signal/interferens-forholdet genereres for hver tidsluke.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 2 og 7, hvor effektstyrings-biten (TPC) som genereres i en tidsluke, benyttes for å styre den utsendte effekt fra den første stasjonen til den andre stasjonen i en etterfølgende tidsluke.

9. Krets for estimering av et signal/interferens-forhold i et celledelt kommunikasjonssystem, hvor et signal sendes fra en første stasjon til en andre stasjon langs flere forskjellige baner, og kretsen omfatter: anordninger for å estimere effektnivået og interferensen for signalet som mottas langs hver bane; anordninger (46) for å generere et kombinert effektestimat ved å summere estimatene av effektnivåene som mottas for hver av banene; og en signal/interferens-forholdsgenerator (52) for å generere signal/interferens-forholdet (SIR) som forholdet mellom det kombinerte effektestimatet og et kombinert interferensestimat som er summen, over alle baner, av interferensestimatene, vektlagt med det respektive, estimerte effektnivå for den banen, dividert på det kombinerte effektestimatet.

10. Krets ifølge krav 9, hvor anordningene for å estimere effektnivået og interferensen for signalet som mottas langs hver bane, omfatter flere rakefingere (36a, 36b, 36c).

11. Krets ifølge krav 9 eller 10, som omfatter en effektstyringsbit-generator (102) som bruker signal/interferens-forholdet til å generere en effektstyirngs-bit for sending til den første stasjonen for å styre den utsendte effekt fra den første stasjonen til den andre stasjonen.

12. Krets ifølge krav 11, som innbefatter en multiplekser (106) for å multiplekse effektstyrings-biten med brukerdata for inkludering i signalet som sendes fra den andre stasjonen til den første stasjonen.

13. Mobilstasjon som omfatter en krets for å estimere et signal/interferens-forhold i et celledelt kommunikasjonssystem, hvor et signal sendes fra en første stasjon til en andre stasjon langs flere forskjellige baner, og kretsen omfatter: anordninger for å estimere effektnivået og interferensen for signalet som mottas langs hver bane; anordninger (46) for å generere et kombinert effektestimat ved å summere estimatene av effektnivåene som mottas for hver av banene; og en signal/interferens-forholdsgenerator (52) for å generere signal/interferens-forholdet som forholdet mellom det kombinerte effektestimatet og et kombinert interferensestimat som er summen, over alle baner, av interferensestimatene, vektlagt med det respektive estimerte effektnivå for den banen, dividert på det kombinerte effektestimatet.