處理接收信號的方法及相應的接收機和電腦程式產品的製作方法

2023-06-28 03:48:31

專利名稱：處理接收信號的方法及相應的接收機和電腦程式產品的製作方法
技術領域：
本公開涉及通信技術。具體地說，本公開涉及接收天線分集技術。
背景技術：
作為第三代合作夥伴計劃(3GPP)版本5規範的一部分，在2002年已使高速下行鏈路分組接入(HSDPA)標準化，目的是提高分組數據傳輸的下行鏈路頻譜效率。本質上，HSDPA引入了一個新的公共高速下行鏈路共享信道(HS-DSCH)，該高速下行鏈路共享信道由特定扇區中的所有用戶共享。另外，HSDPA引入了某些能夠在物理層實現高速分組數據傳輸的機制，比如2ms的短傳輸時間間隔(TTI)、自適應調製和編碼(AMC)、基於混合自動重複請求(H-ARQ)技術的快速重傳和位於節點B(即，基站)中的中央調度器。實現HSDPA的一個要素是位於基站(節點B)中的中央調度器。對於每個TTI，該調度器確定HS-DSCH應被傳給哪個終端(或哪些終端)，以及由於調製和編碼的自適應選擇(AMC)對該用戶來說能夠實現的數據速率。相對於99版信道來說，HS-DSCH的一個重要變化在於調度器位於與無線電網絡控制器(RNC)相對的節點B。結合短TTI和從用戶設備 (UE)反饋的信道質量指示符(CQI)，這使得調度器能夠通過相應地調適數據速率分配來快速跟蹤UE信道狀況。在2ms長的每個TTI內，為16的恆定擴頻因子(SF)可被用於碼復用，最多15個並行代碼被分配給HS-DSCH。這些代碼可在TTI期間被全部分配給一個用戶，或者可分用於幾個用戶。分配給每個用戶的並行代碼的數目可取決於例如小區負載、服務質量(QoS)要求和UE代碼能力(5、10或15個代碼)。最初的HSDPA終端可實現的峰值數據速率為1. 8Mbit/s,這對應於在存在正交相移鍵控(QPSK)調製的情況下支持最多5個並行代碼。隨著信號處理能力的提高，在市場上可獲得的HSDPA終端還支持正交調幅(16-QAM)和多於5個代碼。潛地在，HSDPA可提供未來將通過採用在3GPP規範的版本7和8中預見的多天線傳輸技術(比如多入多出(MIMO) 系統)和更高階調製(比如64-QAM調製)被增大的14. 4Mbit/s的峰值吞吐量。為了支持HS-DSCH操作，增加了兩個控制信道下行鏈路中的高速共享控制信道 (HS-SCCH)和上行鏈路中的高速專用物理控制信道(HS-DPCCH)。HS-SCCH信道承載HS-DSCH解調所需的關鍵信息。目前，HS-SCCH信道是相對於相應的HS-DSCH TTI提前兩個時隙傳送擴頻因子SF = 128的固定速率公共信道，如圖1中所示。HSDPA下行鏈路信道(即，HS-SCCH和HS-DSCH)的每一幀F包含5個塊B，其中每個塊B又包含三個時隙S。對於HS-SCCH來說，每個塊B的三個時隙的持續時間被分成兩個功能部分Pl和P2。第一部分，即Pl包含時間關鍵參數，比如HS-DSCH所使用的一組擴頻碼和調製方案(QPSK或16-QAM)。第二部分，即P2包含不太時間關鍵的信息，比如傳送塊尺寸 (TBS)、冗餘版本(例如，Chase合併或遞增冗餘)、H-ARQ進程數和指示信息被發給哪個終端的UE身份(UE ID)。一般來說，在給定時間，每個終端最多監測四個HS-SCCH，並且所考慮的HS-SCCH 通過網絡被用信號通知給所述終端。HSDPA系統以碼分多址(CDMA)技術為基礎，從而在不同小區內採用單頻重用。因此，同信道幹擾是限制HSDPA網絡的吞吐量性能的關鍵因素之一。同信道幹擾可由被同一小區服務的用戶產生(小區內幹擾)以及由被相鄰小區服務的用戶產生(小區間幹擾)。在存在多徑傳播(頻選信道)的情況下可能出現小區內幹擾，因為多徑傳播會降低擴頻碼正交性。一般來說，在服務基站附近的用戶經歷最大的小區內幹擾，在服務基站附近，功率最大地收到其它用戶的信道和控制信道。小區間幹擾可以是網絡負載的函數，對位於小區邊界的用戶來說，小區間幹擾通常最高，在小區邊界，從相鄰小區接收的功率通常更大。由於這些原因，3GPP定義了與傳統Rake接收機相比提供更好性能的幾類高級接收機，以便提高HSDPA的吞吐量性能。這些高級接收機具備降低同信道幹擾的影響的信號處理功能。具體地，所述「高級」 HSDPA接收機可被分成三種主要類型-具備接收天線分集的類型1接收機；-具備碼片級均衡的類型2接收機；-具備接收天線分集和碼片級均衡兩者的類型3接收機。接收天線分集(類型1和類型3接收機)可用於減輕小區間幹擾。試圖使信道的等效頻率響應變平的碼片級均衡器(類型2和類型3接收機)可用於降低小區內幹擾。類型1接收機一般包含雙天線子系統，即，兩個RF接收機(包括兩個A/D轉換器) 和包含Rake接收機的一個基帶處理單元。一般來說，每個天線被分配K個分支，在類型1 接收機中分配的分支的總數通常為N =觀。隨後，基帶處理單元能夠藉助一組合併係數來合併由Rake接收機的不同分支接收的信號。文獻中提出了用於計算這些合併係數的幾種技術。例如，在商用HSDPA數據機中廣泛使用最大比合併(MRC)。最近，一些晶片集廠家正在考慮引入更複雜的降低小區間幹擾的合併方法。尤其是，最小均方誤差(MMSE)合併技術看來是優選的解決方案，因為它最大化合併器輸出端處的信號與幹擾加噪聲比(SINI )。關於這一點，文獻W0-A-03/023988描述了一種具有匪SE合併的雙天線Rake接收機的體系結構。在同時考慮M · L個接收回波的情況下計算匪SE權重，其中，M ^ 2 是接收天線的數目，L是每個天線的回波的數目。藉助解擴後的導頻符號來估計尺寸為 (Μ ·υ X (Μ · 的接收信號相關矩陣。通過進行相關矩陣的直接求逆，或者利用通過參考導頻符號訓練的迭代過程，比如最小均方(LMS)或歸一化最小均方(NLMS)技術，來實現匪SE 算法。R. Μ. Shubair 的文獻"Robust adaptive beamforming using LMSalgorithm with SMI initialization，， (IEEE Antennas and PropagationSociety International Symposium，卷4A，頁2-5，2005年7月3-8日)描述了一種加速LMS算法的收斂的初始化方法。利用樣本矩陣求逆(SMI)技術(一種面向塊數據的方法)來計算將在LMS更新方程中使用的初始權重向量。在利用SMI技術來估計初始權重之後，通過更新用於每個輸入的信號樣本的權重，組合LMS/SMI過程利用連續逼近來使它自己適合於變化的信號環境。

發明內容
就適合於在上面概述的環境中使用的各種合併技術和算法而論，發明人注意到-最大比合併(MRC)技術表現出固有的低複雜性，但是在產生任意種類的小區間幹擾抑制方面幾乎無效。結果，在存在具有精確到達方向的相關幹擾信號時的無線電鏈路性能方面，MRC合併是次最優的；-最小均方誤差(MMSE)技術實現更好的性能，但需要相關矩陣的求逆，這會使其實現變得複雜；-最小均方(LMS)算法緩慢收斂，如果與其它更複雜的算法相比的話例如，樣本矩陣求逆(SMI)算法具有更快的收斂特性；-SMI算法是計算密集的，因為SMI算法的快速收斂是通過使用矩陣求逆運算來實現的；此外，SMI算法具有塊自適應步驟，該塊自適應步驟要求在塊採集操作期間信號環境不受顯著變化影響；-LMS算法可以更快地收斂，如果使用針對性初始化的話。從而，本發明的目的是在上面考慮的環境內提供一種估計基帶處理單元的合併係數的技術，其性能與最小均方誤差技術相當，但複雜性較低。按照本發明，利用具有在下面的權利要求書中記載的特徵的方法來實現所述目的。本發明還涉及相應的接收機以及相關的電腦程式產品，所述電腦程式產品可被載入至少一個計算機的存儲器中，並且包括當在計算機上運行所述電腦程式產品時實現本發明的方法的各個步驟的軟體代碼部分。這裡使用的對這種電腦程式產品的引用旨在等效於對包含用於控制計算機系統來協調本發明的方法的執行的指令的計算機可讀介質的引用。對「至少一個計算機」的引用顯然旨在突出以分布/模塊化方式來實現本發明的可能性。權利要求書是這裡提供的本發明的公開的組成部分。這裡說明的配置的一個實施例涉及計算接收天線分集系統中的基帶處理單元的合併係數的技術。例如，這樣的合併係數可用在具有分配給接收天線的N個分支的Rake接收機中，其中，每個分支被分配給接收信號的一個多徑分量(即，複本或者回波)。在一個實施例中，通過為每個OVSF (正交可變擴頻因子)碼提供N個分支來實現對HS-DSCH信道的多個OVSF碼的支持(5或10個OVSF碼)。在UMTS/HSPA系統中，OVSF 碼用於擴展在不同的數據信道和控制信道上傳送的符號。這些代碼是從反映Hadamard矩陣的結構的OVSF碼樹得到的。每個數據或控制信道被分配給與分配給其它信道的代碼正交的一個或多個OVSF碼。在一個實施例中，藉助例如在公共導頻信道(CPICH)上傳送的導頻符號來估計相關矩陣I。在一個實施例中，使用相關矩陣^的近似，近似矩陣可被求逆，而避免複雜的運
笪弁。在一個實施例中，通過忽略具有不同延遲的回波之間的相關性來近似相關矩陣 L·，該近似被應用於在相同天線和不同天線上接收的回波。這種近似使相關矩陣Ir成為塊對角矩陣，所述塊對角矩陣可通過簡單的數學運算來求逆。在一個實施例中，使用具有兩個接收天線的HSDPA系統，並且相同數目的分支K = N/2被分配給每個接收天線。在這種情況下，近似相關矩陣由K個尺寸為2X2的子塊形成， 其中，K是接收回波的數目。在一個實施例中，通過僅僅進行符號反演和元素交換來對子塊求逆(即，避免被子塊的行列式的任何相除)。隨後，把近似相關矩陣的逆矩陣乘以表示接收信號向量和基準發射符號的共軛之間的互相關的向量&，以便獲得MMSE近似權重。在一個實施例中，通過對某個時間間隔，比如一個TTI內的係數求平均來估計相關矩陣L和向量&的元素。隨後，把這些權重與例如解擴之後獲得的HS-DSCH信道的數據符號合併。在一個實施例中，通過利用解擴後的導頻符號，在符號級(即，在解擴操作之後) 進行合併權重的計算，但是不同多徑分量的合併是在碼片級(即，在解擴操作之前)進行的。在一個實施例中，利用近似MMSE技術計算的權重被用於初始化最小均方(LMS)或歸一化最小均方(NLMQ迭代過程。在一個實施例中，使用NLMS過程，所述NLMS過程在碼片級直接作用於在數字前端的輸出端提供的信號，另外，合併操作是在碼片級進行的。本領域的技術人員會認識到，當在符號級執行LMS過程和/或合併操作時，也可應用相同的原理。在一個實施例中，在收到任何數據之前，進行近似MMSE權重的計算和NLMS過程的多次迭代。例如，在HS-DSCH上收到任何數據之前，在收到HS-SCCH上的第一個時隙時立即開始計算。與開始HS-DSCH的解調同時，NLMS過程隨後可通過更新權重來跟蹤信道變化。


下面參考附圖，舉例說明本發明，其中圖1已在前面進行了討論；圖2和3是結合了提出的近似匪SE合併技術的HSDPA類型1接收機的方框圖；
圖4是使用提出的近似匪SE技術來初始化NLMS過程的HSDPA類型1接收機的方框圖；圖5示出了提出的技術的可能定時；以及圖6是詳細圖解說明提出的技術的各個步驟的流程圖。
具體實施例方式在下面的說明中，給出了眾多的具體細節以便透徹理解實施例。可在沒有一個或多個所述具體細節的情況下實踐實施例，或者可用其它方法、組件、材料等來實踐實施例。 在其它情況下，未詳細示出或描述公知的結構、材料或運算，以避免模糊實施例的各個方面。說明書中對「一個實施例」的引用意味著結合該實施例描述的特定特徵、結構或特性包括在至少一個實施例中。從而，用語「在一個實施例中」在說明書中各個地方的出現不一定指的都是同一個實施例。此外，在一個或多個實施例中，可按照任何適當的方式來組合特定的特徵、結構或特性。這裡提供的標題只是為了方便起見，並不解釋實施例的範圍或含義。更重要的是，儘管在本說明書中主要涉及HSDPA系統(即，兩個接收天線)，但是本領域的技術人員會認識到，對HSDPA通信標準或UMTS根本沒有做出任何具體限制。事實上，這裡公開的機制可以用在具有接收天線分集的任何通信情形中。在下面的數學方程式中，運算符(.廣將被用於表示復共軛，而運算符(.)H表示轉置運算和共軛運算。一般來說，向量被表示成粗體的下劃線字符，而矩陣是粗體的，帶有雙下劃線。精確的匪SE合併按照本身在很大程度上已知的方式，在基於MMSE算法的信號接收情況下，可通過最小化合併單元的輸出和發射符號之間的均方誤差(MSE)來計算匪SE權重向量。通過用 J表示MSE，可寫出
權利要求
1.一種處理經由多個分集天線(1 從受到多徑傳播的信道接收(14，16)的信號的方法，每個接收信號包含至少一個導頻信號，所述方法包括下述步驟檢測(18，1004)每個所述接收信號的一組多徑分量，根據所述一組多徑分量中所述至少一個導頻信號的多徑分量來計算(22，1006) —組信道係數，所述一組信道係數被組織成信道係數向量，根據所述信道係數向量來估計02，1008-1012)將應用04)於所述接收信號的一組合併權重(w)，其特徵在於，所述根據所述信道係數向量來估計02，1008-1012) —組合併權重(w)的步驟包括下述步驟通過忽略所述信道係數向量的具有不同延遲的多徑分量之間的相關性，來計算02， 1008)所述信道係數向量的空間相關矩陣，從而所述相關矩陣是除了沿所述相關矩陣的對角線排列的非零子矩陣之外包括零係數的塊對角矩陣，其中，所述子矩陣的尺寸等於所述分集天線的數目；通過計算所述子矩陣的逆矩陣或其縮放形式，從所述空間相關矩陣得到(22，1010)結果矩陣；以及把所述結果矩陣與所述信道係數向量相乘02，1012)，以獲得所述一組合併權重(W)。
2.按照權利要求1所述的方法，其中，所述方法包括對預定時間間隔內的所述相關矩陣的係數求平均。
3.按照權利要求1或2所述的方法，其中，所述方法包括對所述信道係數向量的係數求平均，以及其中，所述結果矩陣被乘以(101 所述求平均後的信道係數向量，以便獲得所述一組合併權重(W)。
4.按照任意前述權利要求所述的方法，其中，所述接收信號中的至少一個包含至少一個數據信號，以及其中，所述方法包括下述步驟把所述一組合併權重(w)乘以( ，1100)所述接收信號的所述一組多徑分量，並對相乘結果求和(對2，1102)，以便獲得無多徑形式的接收信號，和在所述無多徑形式的接收信號中檢測O0D，1104)所述至少一個數據信號。
5.按照權利要求1-3任意之一所述的方法，其中，所述接收信號中的至少一個包含至少一個數據信號，以及其中，所述方法包括下述步驟檢測Q0D，1200)所述接收信號的所述一組多徑分量中所述至少一個數據信號的多徑分量，和把所述一組合併權重(w)乘以040，1202)所述至少一個數據信號的所述多徑分量，並對相乘結果求和(對2，1204)，以獲得無多徑形式的數據信號。
6.按照任意前述權利要求所述的方法，其中，所述接收信號中的至少一個包含至少一個數據信號，以及其中，所述至少一個導頻信號和所述至少一個數據信號被用至少一個正交可變擴頻因子擴頻，其中，所述方法包括檢測(20D，20P，1004，1104)所述至少一個導頻信號和所述至少一個數據信號，其中，所述檢測涉及解擴所述至少一個導頻信號和所述至少一個數據信號。
7.按照任意前述權利要求所述的方法，其中，使用兩個分集天線(12)，以及其中，通過計算所述子矩陣的逆矩陣或其縮放形式，從所述空間相關矩陣得到(22，1010)結果矩陣包括只進行符號反演和元素交換，其中，省略計算所述子塊的行列式和用所述行列式來除逆子塊。
8.按照任意前述權利要求所述的方法，包括用所述一組合併權重(w)來初始化迭代信道跟蹤過程(222，1014)，和通過用所述迭代信道跟蹤過程(222，1014)來更新所述合併權重(w)，來跟蹤數據接收期間的信道變化。
9.按照權利要求8所述的方法，其中，用所述一組合併權重(w)來初始化迭代信道跟蹤過程(222，1014)包括在收到任何數據之前，進行所述迭代信道跟蹤過程(222，1014)的多次迭代，以便獲得將應用(24)於所述接收信號的所述合併權重(w)的改進形式。
10.按照權利要求8或9所述的方法，其中，所述迭代信道跟蹤過程(222，1014)是最小均方(LMS)或歸一化最小均方(NLMS)迭代過程。
11.按照權利要求8-10任意之一所述的方法，其中，所述迭代信道跟蹤過程(222， 1014)直接作用於所述接收信號的所述多徑分量。
12.—種經由多個分集天線(12)從受到多徑傳播的信道接收信號的接收機(14-26)， 接收信號包含至少一個導頻信號，其中，所述接收機(14-26)被配置成執行按照權利要求 1-11任意之一所述的方法。
13.按照權利要求12所述的接收機(14-26)，其中，所述接收機是高速分組接入接收機。
14.按照權利要求12或13所述的接收機(14-26)，其中，所述接收機(14-26)包括兩個分集天線(12)。
15.一種電腦程式產品，所述電腦程式產品可載入計算機的存儲器中，並且包含當所述電腦程式產品在計算機上運行時適合於執行按照權利要求1-11任意之一所述方法的步驟的軟體代碼部分。
全文摘要
通過檢測(18)每個接收信號的一組多徑分量，以及根據所述一組多徑分量中至少一個導頻信號的多徑分量來計算(22)一組信道係數，處理經由多個分集天線(12)從受到多徑傳播的信道接收(14，16)並且包含至少一個導頻信號的信號，其中，所述一組信道係數被組織成信道係數向量。根據所述信道係數向量，利用下述步驟來估計(22)將應用(24)於接收信號的一組合併權重(w)通過忽略信道係數向量的具有不同延遲的多徑分量之間的相關性來計算(22)信道係數向量的空間相關矩陣，從而相關矩陣是除了沿所述相關矩陣的對角線排列的非零子矩陣之外包含零係數的塊對角矩陣，其中，所述子矩陣的尺寸等於分集天線的數目；通過計算所述子矩陣的逆矩陣或者其縮放形式，從所述空間相關矩陣得到(22)結果矩陣；和把結果矩陣與信道係數向量相乘(22)，以獲得期望的一組合併權重(w)。
文檔編號H04B1/707GK102177663SQ200880131484
公開日2011年9月7日 申請日期2008年9月4日 優先權日2008年9月4日
發明者A·拉斯託, B·麥利斯, F·卡達拉, R·坎帕納勒 申請人:義大利電信股份公司