帶有混合均衡器和rake接收機的接收設備以及相應的接收方法
2023-05-13 20:51:21 3
專利名稱：帶有混合均衡器和rake接收機的接收設備以及相應的接收方法
技術領域：
本發明通常涉及通信系統中的均衡，尤其涉及結合RAKE接收機和混合均衡器的通用接收機。
背景技術：
通信系統被用於從一個設備向另一個設備的信息傳輸。在傳輸之前，信息被編碼為適合在通信信道上傳輸的格式。所發送的信號在通過通信信道時失真；信號也經受了傳輸過程中產生的噪聲和幹擾所造車的降級。帶限信道中通常遇到的幹擾的一個示例被稱為碼間幹擾(ISI)。ISI是因為信道的耗散特性產生的傳輸碼元脈衝的擴展而產生的結果，這導致相鄰碼元脈衝的交迭。接收到的信號被解碼並被轉換為原始的預編碼的形式。發射機和接收機都被設計為使信道缺陷和幹擾的效果最小化。為了說明起見，由於信道缺陷造成的幹擾或失真，或任何它們的組合都被統稱為噪聲。
可使用多種接收機設計來補償發射機和信道造成的噪聲。例如，均衡器是解決ISI的通常選擇。均衡器校正失真並生成所發送信號的估計。在無線環境中，要求均衡器能處理時變的信道條件。理想地，均衡器的響應可以根據信道特徵的變化而調節。
均衡器通常是複雜的，趨於增大通信設備的功耗。因此，需要一種減少功耗的均衡器設計。而且，需要控制均衡器以便在這些信道條件期間運行均衡器以得到均衡器的最優化性能。還需要與RAKE接收機平行地實現均衡器，其中均衡器只在指定的工作條件下工作。
圖1是通信系統中RAKE接收機的一部分；圖2A是通信系統的模型；圖2B是通信系統的傳輸部分的模型，包括調製和模擬接收機處理；圖3是移動站中的接收數據處理器；圖4是支持數據通信的接收機；圖5是示出採用RAKE和混合均衡器的接收機的運行的狀態圖；以及圖6是示出包括多個工作狀態的接收機的運行的狀態圖。
具體實施例方式
在此使用的術語「示例性」表示「作為示例、例子、或說明」。任何在此作為「示例」描述的任何實施例不是一定被解釋為比其它實施例更佳或有利。
通信系統用於從一個設備向另一個設備的信息傳輸。在傳輸之前，信息被編碼為適合在通信信道上傳輸的格式。通信信道可以是發射機和接收機之間的傳輸線或自由空間。當信號通過信道傳播時，所發送的信號由於信道的缺陷而失真。此外，信號經受了在傳輸時產生的噪聲和幹擾所造成的降級。帶限信道中通常遇到的幹擾的一個示例被稱為碼間幹擾(ISI)。ISI是因為信道的耗散特性而產生的傳輸碼元脈衝的擴展而產生的結果，這導致相鄰碼元脈衝的交迭。在接收機處，接收到的信號被處理並被轉換為原始的預編碼的形式。發射機和接收機都被設計為使信道缺陷和幹擾的效果最小化。為了說明起見，由於信道缺陷的幹擾或失真，或任何它們的組合都被統稱為噪聲。
可使用多種接收機設計來補償發射機和信道造成的噪聲。在一種設計中，使用RAKE接收機。在另一種設計中使用均衡器。在還有一種設計中使用RAKE接收機和均衡器兩者。
RAKE配置通信系統可使用RAKE接收機來處理在前向鏈路或後向鏈路上發送的已調信號。RAKE接收機通常包括搜索器元件和多個指處理器。搜索器元件檢索所接收信號(或多徑)中的強實例。分配指處理器以處理最強多徑，以便為這些多徑生成已解調碼元。RAKE接收機隨後將來自所有已分配的指處理器的已解調碼元組合以生成已恢復碼元，該已恢復碼元是所發送數據的估計。RAKE接收機有效地將經由多個信號通路接收的能量進行組合。
RAKE接收機為工作在低信噪比(S/N)下的CDMA系統提供可接受的性能級別。對於設計為以數據高速率發送數據的CDMA系統(諸如，HDR系統)而言，要求較高的S/N。為了達到這較高的S/N，需要減少組成噪聲項N的分量。噪聲項包括熱噪聲(No)、由於其它發送源的傳輸以及其它用戶的傳輸產生的幹擾(Io)以及從傳輸信道中的多徑和失真產生的碼間幹擾(ISI)。對於設計為工作在低S/N下的CDMA系統而言，ISI分量與其它噪聲分量相比較是通常可以忽略的。然而，對於設計為工作在較高S/N下的CDMA系統而言，其它噪聲分量(如，來自其它發送源的幹擾)通常被減少，而ISI變為不可忽略的分量，可能對整個S/N帶來大的影響。
如上所述，當接收信號的S/N為低時，RAKE接收機提供了可接受的性能。RAKE接收機能用於將來自各多徑的能量進行組合，但通常不移除ISI(如，來自多徑和信道失真)的效果。這樣，RAKE接收機不能達到工作在較高數據速率下的系統所要求的較高的S/N。
圖1是RAKE接收機100的實施例的框圖。由於多徑和其它現象，所發送的信號可能通過多條信號通路到達接收機單元。為了改進性能，RAKE接收機被設計為具有處理接收信號(或多徑)的多個(以及最強的)實例的能力。對於常規RAKE接收機設計而言，每個指處理器110包括RAKE接收機的一個指，並能被分配為處理特定的多徑。
在擴頻通信系統(諸如碼分多址(CDMA)系統)中，從特定預處理器(沒有示出)所接收的同相(IIN)和正交(QIN)採樣被提供給多個指處理器110a到1101。在每個已分配的指處理器110中，所接收的IIN和QIN採樣被提供給PN去擴展器120，PN去擴展器120也接收復PN序列PNI和PNQ。復PN序列根據所實現的CDMA系統的特定設計所生成，並且對於HDR系統而言，復PN序列通過由乘法器138a和138b將短IPN和QPN序列乘以長PN序列來生成。短IPN和QPN序列用於在正在發送的基站處擴展數據，長PN序列被分配給受信接收機單元並用於對數據進行加擾。使用和指處理器正在處理的特定多徑相對應的時移來生成PNI和PNQ序列。
PN去擴展器120執行復IIN和QIN採樣與復PN序列的複數乘法，並將複數去擴展的IDES和QDES採樣提供給去覆蓋元件122和132。去覆蓋元件122使用一個或多個用於覆蓋數據的信道化代碼(如，Walsh代碼)對去擴展採樣進行去覆蓋，並生成複數去覆蓋採樣。去覆蓋採樣被隨後提供給碼元累加器124，碼元累加器124將採樣在信道化代碼的長度上累加，以生成去覆蓋碼元。去覆蓋碼元隨後被提供給導頻解調器126。
對於高速分組數據(HRPD)系統(諸如，IS-856所定義的系統)而言，在前向鏈路傳輸的一部分期間發送導頻參考。這樣，去覆蓋元件132使用特定的用於在基站覆蓋導頻參考的信道化代碼(諸如，用於HDR系統的Walsh代碼0)來對去擴展採樣進行去覆蓋。去覆蓋導頻採樣隨後被提供給累加器134並在特定時間間隔上累加以生成導頻碼元。累加時間間隔可以是導頻信道化代碼的持續時間、整個導頻參考的周期、或一些其它時間間隔。導頻碼元隨後被提供給導頻濾波器136並被用於生成導頻估計，導頻估計被提供給導頻解調器126。導頻估計是在數據存在的時間段內所估計的或預測的導頻碼元。
導頻解調器126使用來自導頻濾波器136的導頻估計對來自碼元累加器124的去覆蓋碼元執行相干解調，並將已解調的碼元提供給碼元組合器140。相干解調可通過使用導頻估計對去覆蓋碼元執行點乘和叉乘來完成。點乘和叉乘有效地執行了數據的相位解調並進一步通過已恢復導頻的相對強度來縮放所產生的輸出。使用導頻的縮放根據多徑的質量有效地估量了不同多徑的權重，用於有效組合。點乘和叉乘隨後執行相位投影和信號加權(這是相干RAKE接收機的特性)的雙重功能。
碼元組合器140接收並相干組合來自所有已分配的指處理器110的已解調碼元，以便為RAKE接收機正在處理的特定接收信號提供已恢復碼元。所有接收信號的已恢復碼元可隨後被組合(如下所述)以生成全部已恢復碼元，該全部已恢復碼元隨後被提供給後續處理元件。
搜索器元件112可以被設計為包括PN去擴展器、PN發生器以及信號質量測量元件。PN發生器在各個時間偏移上生成復PN序列，這可能是由控制器(沒有示出)所指揮，控制器被用於搜索最強多徑。對於每個將要被搜索的時間偏移，PN去擴展器在特定時間偏移上接收IIN和QIN採樣並用復PN序列對其進行去擴展，以提供去擴展採樣。隨後估計去擴展採樣的信號質量。這可以通過計算每個去擴展採樣的能量(即，IDES2+QDES2)並將能量在特定時間段(如，導頻參考周期)上累加來完成。搜索器元件在多個時間偏移上執行搜索，並選擇帶有最高信號質量測量值的多徑。可用指處理器110隨後被分配來處理這些多徑。
用於CDMA系統的RAKE接收機的設計和運行被更詳細地披露在美國專利No.5,764,687，題為「MOBILE DEMODULATOR ARCHITECTURE FORA SPREAD SPECTRUM MULTIPLE ACCESS COMMUNICATIONSYSTEM(用於擴頻多路訪問通信系統的移動解調器體系結構)」，以及美國專利No.5,490,165，題為「DEMODULATION ELEMENT ASSIGNMENTIN A SYSTEM CAPABLE OF RECEIVING MULTIPLE SIGNALS(在能夠接收多個信號的系統中的解調元件配置)」，兩者都授予本發明的受讓人。
在一則實施例中，多個前向鏈路信號由K個天線接收並被處理以生成採樣流x1(n)到xK(n)。這樣，可提供多個RAKE接收機以處理K個採樣流。隨後可使用組合器來組合來自所有正在處理的已接收信號的已恢復碼元。或者，一個或多個RAKE接收機可以時分復用來處理K個採樣流。在這一時分復用(TDM)RAKE接收機體系結構中，來自K個流的採樣可被臨時存儲在緩衝器中被隨後被RAKE接收機檢取和處理。
對於每個接收信號，RAKE接收機100可處理最高L條多徑，其中I表示可用指處理器110的數量。I個多徑中的每一個都對應於在搜索器元件112輔助下確定的特定時間偏移。控制器或搜索器元件112可被設計為為正在被處理的K個接收信號中的每一個維持最強多徑(αJi)的幅值和相應的時間偏移(τi)的列表。
在帶有RAKE和均衡器的組合接收機配置中，這些幅值和時間偏移可用於初始化均衡器的係數和縮放因數，如上所述。在一則實施例中，每個所關注多徑的幅值可被計算為累加能量值的平方根除以累加過程中所用的採樣數目(N)。
均衡器配置均衡器是處理ISI的通常選擇。均衡器可使用橫向濾波器(即，帶有T秒抽頭的延遲線，其中T是碼元持續時間)來實現。抽頭的容量被放大並相加以生成所發送碼元的估計。調節抽頭係數以減少時間上相鄰於期望碼元的那些碼元所產生的幹擾。通常，使用自適應均衡技術來持續自動地調節抽頭係數。自適應均衡器使用規定的算法，諸如最小均方(LMS)或遞歸最小平方(RLS)，來確定抽頭係數。碼元估計耦合到諸如解碼器或碼元限幅器這樣的判決設備。
接收機在存在噪聲時檢測信號的能力基於接收信號功率和噪聲功率的比率。該比率通常被稱為信噪功率比(SNR)，或載波幹擾比(C/I)。這些術語或類似術語和行業使用是通常可以互換的。然而，其含義是相同的。因此，本領域普通技術人員將理解在此對C/I的任何引用都包括該廣泛含義在通信系統中對多個點的噪聲效果的測量。
通常，可通過對已知的發送碼元序列的碼元估計進行評估而在接收機中確定C/I。這可通過計算所發送導頻信號的C/I在接收機中完成。因為導頻信號是已知的，接收機可基於來自均衡器的碼元估計來計算C/I。所產生的C/I可被用於多種目的。在使用可變速率數據請求方案的通信系統中，接收機可用它基於C/I所能支持的最大速率與發射機進行通信。此外，如果接收機包括turbo解碼器，則取決於所發送的群集，對數似然比(LLR)計算需要C/I的精確估計。
無線通信系統中的均衡器被設計為適應時變的信道條件。當信道特徵改變時，均衡器相應地調節它自身的響應。這些改變可包括傳播介質的改變或發射機和接收機的相對運動，以及其它條件。如上文所述的，自適應濾波算法通常被使用來修改均衡器的抽頭係數。使用自適應算法的均衡器通常被稱為自適應均衡器。自適應算法帶有共有的屬性自適應速度隨著均衡器抽頭數目的增加而降低。「長」均衡器(即，帶有大量抽頭的均衡器)是理想的，因為長均衡器更精確地將信道失真反轉，得到良好的穩態性能。然而，長均衡器對信道變化的反應較緩慢，導致差的瞬時特性，即，當信道快速變化時的差性能。抽頭的最佳數目是對這些條件取平衡並在良好的穩態性能和良好的瞬時性能之間做出折衷。
實際中，確定抽頭的最佳數目是困難的，因為最佳值取決於多個條件和目的，包括但不限於，信道的瞬時響應，以及信道的變化率。所以，如果均衡器被用於多種信道、被用於多種時變條件下時，很難事先確定抽頭的最佳數目。
圖2A示出了通信系統200的一部分組件。除了所示出的這些塊以外，其它塊和模塊也可被結合在通信系統中。由信源(沒有示出)產生的比特被組幀、編碼、並隨後被映射到信令群集中的碼元。由信源所產生的二進位數的序列被稱為信息序列。信息序列由編碼器202編碼，編碼器202輸出比特序列。編碼器202的輸出被提供給映射單元204，映射單元204作為到通信信道的接口。映射單元104將編碼器輸出序列映射到複數值信令群集中的碼元y(n)。由部分202示例了進一步的發送處理(包括調製塊)以及通信信道和模擬接收機處理。
圖2B示出了圖2A的部分202中包括的一些詳細內容。如圖2B所示，複數碼元y(n)被調製到模擬信號脈衝上，所產生的複數基帶波形被正弦調製到載波信號的同相和正交相位分支上。所產生的模擬信號由RF天線(沒有示出)通過通信信道發送。多種調製方案可以這樣實現，諸如，M元相移鍵控(M-PSK)、2M元正交幅度調製(2MQAM)，等等。
每個調製方案含有相關的將一個或多個比特映射到唯一的複數碼元的「信令群集」。例如，在4-PSK調製中，兩個已編碼比特被映射到四個可能的複數值{1、i、-1、-i}中的一個。這樣，每個複數碼元y(n)可有四個可能的值。通常對於M-PSK而言，log2M個已編碼比特被映射到位於複數單位圓上的M個可能的複數值中的一個。
繼續圖2B，在接收機處，模擬波形被下變頻、濾波並採樣(諸如，以奈耐奎斯特率的適當倍數)。所產生的採樣被均衡器210處理，均衡器210校正信號失真以及其它由信道引入的噪聲和幹擾，如部分220所示例的。均衡器210輸出發送碼元y(n)的估計。碼元估計隨後被解碼器處理以確定原始信息比特，即，作為編碼器202輸入的源比特。
如圖2A和圖2B所示，接收機前端中的脈衝濾波器、I-Q調製器、信道、以及模擬處理器的組合由脈衝響應為{hk}、z變換為H(z)的線性濾波器206來示出，其中信道所引入的幹擾和噪聲被示例為附加白高斯噪聲(AWGN)。
圖2B將處理部分220詳細描述為帶有前端處理單元222，其耦合到基帶濾波器226和228，用於分別處理同相(I)和正交(Q)分量。每個基帶濾波器226、228隨後耦合到一乘法器，用於和相應的載波相乘。所產生的波形隨後在相加節點234處相加並通過通信信道發送到接收機。在接收機處，模擬預處理單元242接收所發送的信號，所發送的信號被處理並遞送到匹配濾波器244。匹配濾波器244的輸出隨後被提供給模數(A/D)轉換器246。注意可根據設計和工作標準而實現其它模塊。提供圖2A和2B中的組件和元件是用於理解下述討論並不旨在作為通信系統的完整描述。
RAKE和均衡器組合在另一種設計中，RAKE接收機與均衡器平行工作。這樣的設計被詳細描述在由John Smee等人在2000年7月24日遞交的，申請號為09/624,319的申請種，該申請題為「METHOD AND APPARATUS FOR PROCESSING AMODULATED SIGNAL USING AN EQUALIZER AND A RAKERECEIVER(使用均衡器和RAKE接收機處理已調製信號的方法和設備)」。在RAKE接收機和均衡器之間做出選擇以確定對接收信號的最佳估計。例如，該選擇可能對應於所發送的導頻信號和估計之間的最小均方誤差(MSE)，或者每個輸出端的最高信號對幹擾和噪聲比(SINR)，或者一些其它標準。性能度量或估計提供了比較RAKE和均衡器的手段。所選擇的接收機配置被隨後用於處理所接收的數據信號。
如果接收機的性能在可能的信道條件以及信道變化率的「全體」上是最佳的，則該接收機被稱為「通用的」。如果基於MSE估計或C/I估計所選擇的接收機配置實際上是兩個配置中的最佳配置時，則帶有RAKE和均衡器的接收機是「通用的」。這樣，需要精確的MSE估計或C/I估計以使接收機「通用」。
圖3是根據本發明的實施例、移動站300中的接收數據處理器310的框圖。在該實施例中，接收數據處理器310包括兩個可平行工作的信號處理通道，以提供改進的性能，尤其是在較高的速率下。第一信道處理通道包括耦合到後處理器314的均衡器312，第二信號處理通道包括RAKE 316。
在接收數據處理器310中，來自預處理器(沒有示出)的採樣流被提供給均衡器312和RAKE 316的每一個。每個採樣流是由相應的接收信號生成。均衡器312對接收到的採樣流執行均衡並將碼元估計提供給後處理器314。根據發送時執行的處理，後處理器314可進一步處理碼元估計以提供已恢復碼元。尤其是，如果在發射機單元處執行了PN擴展和覆蓋，則後處理器可使用複數PN序列來執行去擴展，並使用一個或多個信道化代碼來執行去覆蓋。在濾波器係數被採納後，由均衡器312隱含地實現了相位旋轉(其是通過RAKE接收機的導頻解調而完成的)。
RAKE 316可處理每個接收信號的一個或多個多徑，以便為該接收信號提供已恢復碼元。對於每個採樣流而言，RAKE 316可為多個多徑執行PN去擴展、去覆蓋、以及相干調製。RAKE 316隨後將接收信號的所有多徑的已解調碼元進行組合以生成該接收信號的已恢復碼元。RAKE 316可進一步將所有接收信號的已恢復碼元進行組合以提供整體已恢復碼元，該整體已恢復碼元由RAKE接收機來提供。
來自後處理器314和RAKE 316的已恢復碼元可被提供給開關(SW)320，開關320從後處理器314或RAKE 316中選擇已恢復碼元以提供給去交織器322。所選擇的已恢復碼元隨後由去交織器322重排，並接下來由解碼器324進行解碼。控制器318耦合到均衡器312、後處理器314、RAKE接收機316以及開關320並管理它們的工作。
根據本發明，均衡器312可用於提供接收信號的均衡，以減少接收信號中的ISI數量。每個接收信號都因為發射機單元、傳輸信道以及接收機單元的特徵而失真。均衡器312可對每個接收信號的整體響應進行均衡，這樣減少了ISI的數量。較低的ISI提高了S/N並支持較高的數據速率。
繼續圖3，接收數據處理器310包括兩個可用於處理接收信號的信號處理通道。第一信號處理通道包括均衡器310和後處理器314，第二信號處理通道包括RAKE 316。在一實施例中，兩個信號處理通道可平行工作(如，在自適應周期中)，並且可以為每個信號處理通道計算信號質量估計。提供較好信號質量的信號處理通道可隨後被選擇來處理接收信號。
對於常規的RAKE而言，可通過計算信噪比(S/N)來估計接收信號質量。對於發送TDM導頻參考的CDMA系統而言，當接收信號已知時，可在導頻參考周期中計算S/N。可為每個所分配的指處理器生成信號質量估計。所有已分配的指處理器的估計可隨後被加權並被組合以生成整體S/N，其可被計算為S/NRAKE=(i=1KiEsi)2i=1Ki2Nti]]>等式1其中β是加權因數，RAKE接收機使用該加權因數將來自已分配的指處理器的已解調碼元進行組合以提供已恢復碼元，所述已恢復碼元是改進的所發送數據的估計，Es是期望信號的(如，導頻)的單位碼元能量，Nt是指處理器正在處理的接收信號的總噪聲。Nt通常包括熱噪聲、來自其它發送基站的幹擾、來自同一個基站的其它多徑的幹擾、以及其它分量。單位碼元能量可被計算為Es=1NSYMi=1NSYM(PI2(i)+PQ2(i))]]>等式2其中PI和PQ是同相和正交的已濾波導頻碼元，NSYM是能量在其上累積以提供Es值的碼元數目。已濾波導頻碼元可通過將去擴展採樣在用於覆蓋導頻參考的信道化代碼的長度上進行累積而生成。總噪聲可被估計為期望信號能量的變化，其可被計算為
Nt=1NSYM-1{i=1NSYM(PI2(i)+PQ2(i))-1NSYM(i=1NSYMPI(i))2-1NSYM(i=1NSYMPQ(i))2}]]>等式3接收信號質量的測量進一步詳細描述在第5,903,554號美國專利中，該專利題為「METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING LINKQUALITY IN A SPREAD SPRECTRUM COMMUNICATION SYSTEM(在擴頻通信系統中測量鏈路質量的方法和設備)」，以及第5,799,005號美國專利，題為「SYSTEM AND METHOD FOR DETERMINING RECEIVEDPILOT POWER AND PATH LOSS IN A CDMA COMMUNICATIONSYSTEM(在CDMA通信系統中確定已接收導頻功率和通道損失的系統和方法)」，兩者都被轉讓給本發明的受讓人。
對於包括均衡器312的信號處理通道而言，信號質量可使用多種標準來估計，包括均方平均(MSE)。再次，對於發送TDM導頻參考的CDMA系統而言，MSE可在導頻參考周期中估計，並可被計算為MSE=1NSYMn=1NSYM|y(n)-y^(n)|2]]>等式4其中，NSYM是在其上累積誤差以提供MSE的採樣數目。通常，均方誤差在多個採樣上被平均，並且在一個或多個導頻參考上被平均，以在測量中獲得期望的置信水平。均方誤差可隨後被轉換為等價的信噪比，其可被表示為S/NEQ=1MSE-1]]>線性=10log(1MSE-1)]]>dB等式5帶有均衡器312的信號處理通道的S/NEQ可與帶有RAKE 316的信號處理通道的S/NEQ進行比較。然後可以選擇提供較好S/N的信號處理通道來處理接收信號。
或者，可為帶有RAKE 316的信號處理通道計算MSE並將其與為帶有均衡器312的信號處理通道計算的MSE相比較。隨後可選擇帶有較好MSE的信號處理通道。
對於HRPD系統而言，S/N是在遠程終端上估計並用於確定遠程終端在該工作條件所能接收的最大數據速率。最大數據速率隨後被發回為其估計S/N的基站。之後，基站以高達所識別的最大數據速率的數據速率向遠程終端進行發送。
根據本發明，數據傳輸的數據速率可使用各種方法來估計。在一種方法中，可基於已計算的MSE為RAKE或為均衡器估計S/N。隨後可使用來自所有信號處理通道的最佳S/N來確定能夠支持的最大數據速率。或者，MSE可用於直接確定最大數據速率。最佳S/N、MSE或最大數據速率可被發送給基站。
在特定的工作條件下，帶有均衡器的信號處理通道比起帶有RAKE接收機的信號處理通道可提供較好的性能。例如，帶有均衡器的信號處理通道在高S/N時並且對於帶有ISI的信道能更好地工作。RAKE可用於處理多徑，多徑也產生ISI。實際上，RAKE可被視為是帶有L個抽頭(其中L對應於指處理器的數目)的濾波器，其中每個抽頭對應於可以調節的時延。然而，RAKE不能有效地減少由於接收信號中的頻率失真而產生的ISI。
均衡器能更有效地減少由於頻率失真而產生的ISI。這是通過在試圖最小化整體噪聲(其中包括ISI)時提供近似相反的頻率失真的響應來完成的。均衡器因此「反轉」了信道並也試圖消除多徑的效果。實際上，當係數被初始化為{0，...，0，1，0...，0}時，每個濾波器410等價於一個指處理器。然後，一旦調節了零值係數，就改變濾波器頻率響應以均衡信號失真。這樣，均衡器可用於有效處理多徑引起的ISI以及信道引起的ISI。
簡便起見，本發明的許多方面和實施例針對擴頻通信系統而描述。然而，在此描述的本發明的許多精神可被應用於非擴頻通信系統，以及能夠選擇性地執行直序擴頻的通信系統，諸如HRPD系統。
RAKE和混合均衡器配置根據一則實施例，均衡器312可以是混合均衡器，其中當包括但不限於信道條件在內的工作條件促使使用均衡器312時，則啟動均衡器312。換句話說，當均衡器被認為與RAKE 316執行得一樣好或比RAKE 316要好時，則啟動均衡器312。否則，均衡器不工作。這樣，在均衡器被認為比RAKE 316執行得更差時，系統得到功率節約。這樣的均衡器被稱為是「混合」均衡器，因為該均衡器響應於工作條件。
混合均衡器和RAKE接收機體系結構通過對工作條件度量(諸如，RAKE和均衡器的潛在解調SINR輸出)進行比較並隨後選擇達到最佳性能的模式來工作。模式可包括但不限於，只有RAKE的模式、RAKE及均衡器的模式。一則實施例包括測試模式，周期性地運行均衡器並在只有RAKE的模式和RAKE及均衡器的模式之間進行選擇。混合均衡器通常在較高的幾何位置和慢衰落條件下有較好的性能。在這些條件下，均衡器與常規的僅有RAKE的設計相比提供了性能增益。然而，在最簡單的實現中，運行兩個方法的成本是過高的，即使對於均衡器比起RAKE不提供任何增益的情況下也導致功耗的增加。
理想下，均衡器僅僅在實現性能增益時才工作。混合均衡器通過使用基於短暫工作條件(諸如，相關統計和/或接收機SINR)的判決算法來提供功率減少。混合均衡器僅僅在信道條件可能產生性能增益的時候工作。
因為均衡器依賴於慢衰落信道條件，因此一則實施例通過估計內導頻脈衝相關統計來估計衰落動態。均衡器通常在較高的幾何位置條件(即，SINR)下產生增益，其中另一個實施例從導頻脈衝中估計SINR。兩個度量都可用於判決算法。如果相關度量大於給定閾值而SINR也大於另一個閾值，則均衡器啟動，否則均衡器被禁用。這通過避免在達不到益處時使用均衡器來減少功耗。
圖5是示出根據實現RAKE和混合均衡器的一則實施例的接收機的運行500的狀態圖。實現了兩個模式僅有RAKE的模式502；以及RAKE及混合均衡器的模式504。運行開始於僅有RAKE的模式。當在模式502中，運行保持在模式502直到工作條件的改變足以表示在加入均衡器後能達到性能的增加。為了確定工作條件是否充分地改變，(諸如，緩慢變化的信道條件)，則評估信道質量度量。在該實施例中，信道質量度量是RAKE輸出的信號對幹擾和噪聲比(SINR)(SINRRAKE)，其被測量並與用於觸發均衡器的閾值(TEQU)進行比較。類似地，為RAKE確定校正度量(CRAKE)並將其與均衡器的相應的校正度量(CEQU)進行比較。當SINRRAKE大於TEQU時，並且CRAKE大於CEQU時，運行轉換到RAKE及均衡器模式504。這樣，當工作條件促使使用均衡器時，進入模式504並且開始均衡器工作。
當在模式504中，系統繼續監視RAKE輸出的SINR以及均衡器輸出(SINREQU)。當SINRRAKE大於SINREQU時，運行轉換到模式502。通常由SINR增加來促使均衡器的使用，因為SINR(根據系統的當前幾何位置)表示信道條件。對於低SINR而言，均衡器不運行，這樣SINR作為開啟和關閉均衡器的良好觸發。進入模式504(即，啟動均衡器)的觸發是有效地兩部分考慮。第一評估確定信道條件(如，SINR)是否與均衡器工作能提高性能的條件相一致。第二評估確定信道速度，或換句話說，確定移動站在蜂窩網絡中移動有多快。根據一則實施例，第二評估確定導頻脈衝之間的互相關。互相關測量兩級之間相關的程度。在該情況中，當信號的相關性增加時，兩個信號之間的延遲就減少。類似地，當延遲增加時相關性則減少。這樣，當移動站和接收機之間的距離增加，或改變時，接收信號之間的相關性就減少。對於低互相關而言，均衡器在模式504被啟用，否則就維持僅有RAKE的模式502。互相關可在導頻信號或導頻脈衝上測量，因為這是提供置信結果的已知信號。
作為示例，按下文來考慮互相關標準。給定導頻碼元P□，連續導頻碼元之間的相關可通過在NSUM個導頻碼元上取平均而被估計為CRAKE=|k=1NSUMPPk+1*=1NSUMPP*|]]>等式6相關度量範圍從0到1。相關為1表示強相關，可得到良好的均衡器性能，因為信道在連續的導頻碼元之間沒有改變。
其它實施例可定義其它能觸發均衡器的參數和度量。可以選擇提供預期均衡器性能的度量。可以選擇對於系統設計和性能目標特定的度量。
圖6是有三個工作模式的備選實施例的運行520的狀態圖。在僅有RAKE的模式522中，RAKE在均衡器不工作時使用。通過採樣周期(預先指定的或自適應的)的測量，運行周期性地進入測試模式524。
在測試模式524中，啟用均衡器工作。測試模式524使均衡器能確定均衡器的性能是否增進了接收機的性能。RAKE和均衡器的結果被比較以評估均衡器的性能。當SINRRAKE小於SINREQU時，運行轉換到RAKE及均衡器模式526，其中啟用RAKE和均衡器兩者。在該情況中，均衡器顯示出提高性能的能力。如果測試模式524的結果表示SINRRAKE大於SINREQU，運行則轉換回僅有RAKE的模式522。在該情況中，均衡器不改進性能，並且不被認為在當前條件下能為性能提供整體的提高。注意，可示出餘量值(δ)，在其中根據系統設計和/或性能來偏置SINRRAKE或SINREQU。採樣周期可被設計為是運行均衡器所需要的時間的函數，其中採樣周期足以允許數據通過均衡器的濾波器元件。
在模式526中，系統監視信道質量度量。當SINRRAKE大於SINREQU時，運行轉換到僅有RAKE的模式522。注意轉換使用餘量值(δ)以避免模式之間的輪替。這樣，當均衡器生成的估計的SINR超過RAKE生成的SINR大於一個餘量值時，發生從模式524到模式526的轉換。類似地，當RAKE生成的估計的SINR超過均衡器生成的SINR大於一個餘量值時，發生從模式524到模式522的轉換。此外，當RAKE生成的估計的SINR超過均衡器生成的SINR大於一個餘量值時，發生從模式526到模式522的轉換。
高速率分組數據通信系統通過下述討論將清楚描述一個具體的高數據速率系統。可以實現以高數據速率提供信息傳輸的其它實施例。對於設計為以較高數據速率進行發送的CDMA通信系統而言，比如高速率分組數據(HRPD)或高數據速率(HDR)通信系統，可以使用可變數據速率請求方案在C/I支持的最大數據速率下進行通信。HDR通信系統通常被設計為符合一個或多個標準，諸如「cdma2000 High Rate Packet Data Air Interface Specification(cdma2000高速率分組數據空中接口規範)」，3GPP2 C.S0024，第2版，2000年10月27日，由「第三代合伙人計劃」協會發布。
通常，在HRPD系統中，接入網絡(AN)被定義為在蜂窩網絡和分組交換數據網絡(通常是網際網路)以及AT之間提供數據連接的網絡設備。HRPD系統中的AN等價於蜂窩通信系統中的基站。接入終端(AT)被定義為向用戶提供數據連接的設備。HRPD系統中的AT對應於蜂窩通信系統中的移動站。AT可連接到計算設備，諸如膝上型個人電腦，或者AT可以是像個人數字助理(PDA)這樣的獨立數據設備。注意，術語移動站、遠程終端、以及接入終端是可以互換使用的。
圖4示出使用可變數據請求方案的示例性HDR通信系統中的接收機。接收機400是訂戶站，其通過在反向鏈路上向基站(沒有示出)發送數據而與陸基數據網絡進行通信。基站接收數據並通過基站控制器(BSC)(同樣沒有示出)將數據路由到陸基網絡。相反，到訂戶站400的通信可通過BSC從陸基網絡被路由到基站，並在前向鏈路上從基站被發送到訂戶單元150。前向鏈路是指從基站向訂戶站的傳輸，反向鏈路指從訂戶站向基站的傳輸。
在示例性的HDR通信系統中，從基站到訂戶站400的前向鏈路數據傳輸應該使用前向鏈路所支持的最大數據速率或接近最大數據速率來進行。最初，訂戶站400使用預先確定的接入過程與基站建立通信。在該已連接狀態下，訂戶站400可從基站接收數據和控制消息，並能夠向基站發送數據和控制消息。訂戶站400隨後估計來自基站400的前向鏈路傳輸的C/I。前向鏈路傳輸的C/I可通過測量來自基站的導頻信號來獲得。基於C/I估計，訂戶站400向基站發送數據速率請求消息，作為已分配的DRC信道上的數據速率控制(DRC)消息。DRC消息可包括所請求的數據速率，或者包括前向鏈路信道的質量指示，如，C/I測量本身、比特誤差率或分組誤差率。基站使用來自訂戶站400的DRC消息來在最高可能速率下有效地發送前向鏈路數據。
BSC(沒有示出)可與分組網路接口、PSTN和/或其它基站相接，並用於協調訂戶站和其它用戶之間的通信。
前向鏈路導頻信道提供導頻信號，導頻信號被訂戶站400用於初始獲取、相位恢復以及定時恢復。此外，導頻信號也可被訂戶站400用於執行C/I測量。在所描述的示例性實施例中，前向鏈路上的每個時隙是2048個碼片長度，帶有兩個出現在時隙的四分之一和四分之三的結尾處的導頻脈衝。每個導頻脈衝的持續期為96個碼片。每個時隙含有兩個部分，其中每半個時隙包括一個導頻脈衝。
通過訂戶站400的天線接收前向鏈路傳輸。所接收的信號由天線路由到接收機，接收機內帶有模擬預處理單元402、匹配濾波器404和模數(A/D)轉換器406。接收機對信號進行濾波和放大，將信號下變頻至基帶，對基帶信號進行正交解調，並數位化基帶信號。經數位化的基帶信號耦合到解調器。解調器包括載波和定時恢復電路，還包括均衡器410。均衡器410對ISI做出補償並從經數位化的基帶信號中生成碼元估計。碼元估計通過通信總線420耦合到控制器416。控制器隨後生成DRC消息。均衡器410的輸出也被提供給解碼器412。解碼器412、均衡器410和控制器416各自耦合到通信總線420。
除了生成DRC消息以外，控制器416可用於支持反向鏈路上的數據和消息傳輸。控制器416可實現為微控制器、微處理器、數位訊號處理(DSP)晶片、編程為執行在此所述的功能的ASIC、或任何本領域已知的其它實現。定時單元414也耦合到通信總線420。示例性實施例包括採樣存儲器單元408，其通過通信總線420耦合到均衡器410和控制器416。
RAKE 418也耦合到通信總線420並通過類似圖1所示的結構接收用於處理的輸入。均衡器控制器422從RAKE 418接收估計，以及從工作時的混合均衡器410接收估計。均衡器控制器422隨後確定均衡器何時被使用並初始化運行。類似地，均衡器控制器422確定均衡器何時不被使用並開始終止運行。可以實現多種監視單元來檢查工作度量，諸如信道質量和/或信道速度。均衡器控制器422使用這些信息來做出均衡器判決。
性能測量如在此所述，可基於對SINR、C/I或其它性能標準的測量而選擇均衡器配置。其它性能標準可包括，例如，在導頻採樣上測量的均衡器配置均方誤差。例如，如果導頻採樣上的均衡器輸出給定為{{y^n:n=1,...,K}}]]>並且期望的導頻採樣被表示為{{yn∶n＝1，...，K}}，則該配置的均方誤差(MSE)給定為MSE=1Kn=1K|y^n-yn|2]]>等式7SINR或C/I估計的一個定義是
SINR=1MSE-1]]>等式8其它表示或性能量度也是可能的。
在此出現的模型、方法和設備作為各種實施例的示例，支持不同的系統、信道條件和接收機設計。在此所述的平行均衡器的應用可實現為適合工作在各種通信系統(包括但不限於，高數據速率系統)中的各種接收機中的任一種。
本領域普通技術人員可理解結合在此披露的實施例所描述的各種邏輯塊、模塊、電路、和算法可實現為電子硬體、計算機軟體、或它們的組合。為了清楚地示出硬體和軟體的互換性，上面已經根據它們的功能描述了各種示例性組件、塊、模塊、電路和算法。這些功能是實現為硬體或軟體是取決於整體系統所約束的特定應用和設計。普通技術人員為每個特定應用可使用各種方法實現所描述的功能，但這些實現判決不能被認為是導致脫離本發明的範圍。
結合在此披露的實施例所描述的各種示例性邏輯塊、模塊、和電路可使用下述來實現或執行通用功能處理器、數位訊號處理器(DSP)、特定用途集成電路(ASIC)、現場可編程門陣列(FPGA)或其它可編程邏輯設備、離散門或電晶體邏輯、離散硬體組件、或設計為執行在此所述功能的它們的任何組合。通用功能處理器可為微處理器、但或者，處理器可為任何常規處理器、控制器、微控制器、或狀態機。處理器可可實現為計算設備的組合，如，DSP和微處理器的組合、多個微處理器、一個或多個帶有DSP內核的微處理器、或任何其它這些配置。
結合在此披露的實施例的方法或算法可直接具現在硬體中、在處理器所執行的軟體模塊中、或在兩者的組合中。軟體模塊可安置在RAM存儲器、閃速存儲器、ROM存儲器、EPROM存儲器、EEPROM存儲器、寄存器、硬碟、可移動磁碟、CD-ROM、或任何其它形式的本領域已知的存儲介質。示例性存儲介質連接到處理器，這樣該處理器可從存儲介質上讀取信息、在存儲介質上寫入信息。或者，存儲介質可集成至處理器。處理器和存儲介質和安置在ASIC中。ASIC可安置在用戶終端中。或者，處理器和存儲介質可安置為用戶終端中的離散組件。
提供了對所披露的實施例的描述以使本領域普通技術人員能夠製作或使用本發明。對於本領域普通技術人員而言，對這些實施例的各種修改是顯而易見的，並且在此的一半定義可應用於其它實施例而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，本發明不旨在限制於在此所示出的實施例，而是符合在此所披露的原理和新穎特徵相一致的最寬範圍。
權利要求
1.一種無線通信系統中接收數據的方法，所述方法包括通過RAKE處理元件處理接收信號以生成經RAKE處理的信號；測量所述經RAKE處理的信號的第一質量度量；將所述經RAKE處理的信號的第一質量度量與第一閾值進行比較；以及當所述第一質量度量超過所述第一閾值時，啟用均衡器。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包括測量所述經RAKE處理的信號的校正度量；以及將所述校正度量與第二閾值進行比較，其中啟用所述均衡器還包括當所述第一質量度量超過所述第一閾值並且所述校正度量超過所述第二閾值時，啟用均衡器。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述第一質量度量是信噪比。
4.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述校正度量是互相關量度。
5.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述互相關在導頻脈衝之間測量。
6.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，在啟用所述均衡器之後，所述方法還包括測量經均衡器處理的信號的第一質量度量；將所述經均衡器處理的信號的第一質量度量與所述經RAKE處理的信號的第一質量度量進行比較；以及當所述經均衡器處理的信號的第一質量度量小於所述經RAKE處理的信號的第一質量度量時，禁用所述均衡器。
7.一種無線通信系統中接收數據的方法，所述方法包括通過RAKE處理元件處理接收信號以生成經RAKE處理的信號；以及周期性地測試工作條件，包括通過均衡器處理接收信號以生成經均衡器處理的信號；測量所述經RAKE處理的信號的第一質量度量；測量所述經均衡器處理的信號的第一質量度量；將所述經RAKE處理的信號的第一質量度量與所述經均衡器處理的信號的第一質量度量進行比較；以及基於所述比較確定是否啟用所述均衡器。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，如果所述經RAKE處理的信號的第一質量度量比所述經均衡器處理的信號的第一質量度量超過一個餘量值，則基於所述比較確定是否啟用所述均衡器包括確定禁用所述均衡器。
9.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，如果所述經RAKE處理的信號的第一質量度量不比所述經均衡器處理的信號的第一質量度量超過所述餘量值，則基於所述比較確定是否啟用所述均衡器包括確定啟用所述均衡器。
10.如權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述第一質量度量是信號對幹擾和噪聲比。
11.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，當啟用所述均衡器時，所述方法還包括終止測試；通過所述均衡器處理接收信號以生成經均衡器處理的信號；測量所述經RAKE處理的信號的第一質量度量；測量所述經均衡器處理的信號的第一質量度量；將所述經RAKE處理的信號的第一質量度量與所述經均衡器處理的信號的第一質量度量進行比較；以及基於所述比較確定是否禁用所述均衡器。
12.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，如果所述經RAKE處理的信號的第一質量度量比所述經均衡器處理的信號的第一質量度量超過一餘量值，則基於所述比較確定是否禁用所述均衡器包括確定禁用所述均衡器。
13.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，如果所述經RAKE處理的信號的第一質量度量不比所述經均衡器處理的信號的第一質量度量超過所述餘量值，則基於所述比較確定是否禁用所述均衡器包括確定啟用所述均衡器。
14.如權利要求13所述的方法，其特徵在於，所述周期性地測試工作條件還包括在採樣周期中初始化所述測試一次，其中所述採樣周期是均衡器濾波器的時間常數的函數。
15.一種無線通信系統中接收數據的設備，所述方法包括通過RAKE處理元件處理接收信號以生成經RAKE處理的信號的裝置；測量所述經RAKE處理的信號的第一質量度量的裝置；將所述經RAKE處理的信號的第一質量度量與第一閾值進行比較的裝置；以及當所述第一質量度量超過所述第一閾值時啟用均衡器的裝置。
16.無線通信系統中的一種接收機，所述接收機包括處理元件，用於處理計算機可讀指令；以及存儲器設備，適用於存儲計算機可讀指令，所述指令包括第一計算機可讀指令組，用於通過RAKE處理元件處理接收信號以生成經RAKE處理的信號；第一計算機可讀指令組，用於測量所述經RAKE處理的信號的第一質量度量；第一計算機可讀指令組，用於將所述經RAKE處理的信號的第一質量度量與第一閾值進行比較；以及第一計算機可讀指令組，用於當所述第一質量度量超過所述第一閾值時啟用均衡器。
17.一種無線通信系統中接收數據的設備，所述設備包括通過RAKE處理元件處理接收信號以生成經RAKE處理的信號的裝置；以及周期性地測試工作條件的裝置，包括通過均衡器處理接收信號以生成經均衡器處理的信號的裝置；測量所述經RAKE處理的信號的第一質量度量的裝置；測量所述經均衡器處理的信號的第一質量度量的裝置；將所述經RAKE處理的信號的第一質量度量與所述經均衡器處理的信號的第一質量度量進行比較的裝置；以及基於所述比較確定是否啟用所述均衡器的裝置。
18.無線通信系統中的一種接收機，所述接收機包括處理元件，用於實現計算機可讀指令；以及存儲器設備，用於存儲計算機可讀指令，所述指令用於通過RAKE處理元件處理接收信號以生成經RAKE處理的信號；以及周期性地測試工作條件，包括以下操作通過均衡器處理接收信號以生成經均衡器處理的信號；測量所述經RAKE處理的信號的第一質量度量；測量所述經均衡器處理的信號的第一質量度量；將所述經RAKE處理的信號的第一質量度量與所述經均衡器處理的信號的第一質量度量進行比較；以及基於所述比較確定是否啟用所述均衡器。
19.一種無線通信設備，包括RAKE接收機，適用於接收信號並生成接收信號的估計；均衡器；以及均衡控制器，適用於響應於來自所述RAKE接收機的估計，控制所述均衡器的工作。
20.如權利要求19所述的設備，其特徵在於，當所述估計的信道質量量度超過閾值時，所述均衡控制器啟用所述均衡器。
21.如權利要求20所述的設備，其特徵在於，當所述估計的信道質量量度大於所述閾值，並且所述估計的第一相關性大於由所述均衡器生成的均衡化估計的第二相關性時，所述均衡控制器啟用所述均衡器。
22.如權利要求21所述的設備，其特徵在於，所述第一相關性和所述第二相關性是基於已接收的導頻信號。
23.如權利要求19所述的設備，其特徵在於，當來自所述RAKE接收機的估計的信道質量量度大於由所述均衡器生成的均衡化估計的信道質量量度時，所述均衡控制器禁用所述均衡器。
24.如權利要求19所述的設備，其特徵在於，所述均衡控制器周期性地啟用所述均衡器以將由所述均衡器生成的均衡化估計與來自所述RAKE接收機的估計進行比較。
25.如權利要求24所述的設備，其特徵在於，所述均衡控制器將由所述均衡器生成的均衡化估計的信道質量量度與來自所述RAKE接收機的估計的信道質量量度進行比較。
26.如權利要求24所述的設備，其特徵在於，所述均衡控制器將由所述均衡器生成的均衡化估計的信道速率與來自所述RAKE接收機的估計的信道速率進行比較。
27.如權利要求19所述的設備，其特徵在於，所述均衡器當啟用時，適用於工作在第一工作模式和第二測試模式中。
28.如權利要求27所述的設備，其特徵在於，當由所述均衡器生成的均衡化估計的信道質量量度大於來自所述RAKE接收機的估計的信道質量量度時，所述均衡器從所述第二測試模式轉換到所述第一工作模式。
29.如權利要求28所述的設備，其特徵在於，當來自所述RAKE接收機的估計的信噪比大於來自所述均衡器的均衡化估計時，所述均衡控制器禁用所述均衡器。
30.如權利要求19所述的設備，其特徵在於，所述設備包括兩個工作模式，包括第一模式，其中所述RAKE接收機被啟用，所述均衡器被禁用；第二模式，其中所述RAKE接收機和所述均衡器被啟用。
31.如權利要求19所述的設備，其特徵在於，所述設備適用於兩個配置，包括第一配置，其中所述RAKE接收機被啟用，所述均衡器被禁用；第二配置，其中所述RAKE接收機和所述均衡器被啟用。
32.如權利要求30所述的設備，其特徵在於，所述設備有第三工作模式，包括測試模式，其中所述均衡器在採樣周期被啟用，並且將均衡化估計與來自所述RAKE接收機的估計進行比較。
全文摘要
一種帶有混合均衡器和RAKE接收機的無線通信接收機。該接收機將僅有RAKE的系統的性能和RAKE與均衡器估計相結合的系統的性能進行比較。該接收機由此啟用或禁用均衡器。
文檔編號H04L1/20GK1820424SQ200480019627
公開日2006年8月16日 申請日期2004年6月2日 優先權日2003年6月2日
發明者P·J·布萊克, M·A·霍華德 申請人:高通股份有限公司