CN101112002B - 用于丰富多径条件中的路径选择的方法及系统 - Google Patents

Abstract

RAKE接收机中的信号路径选择方法包括：从M个所接收信号路径中产生C个信道估算值；采用C个所产生信道估算值来确定多个最佳信号路径；按照至少一个预定标准来选择多个最佳信号路径中的A个信号路径；以及组合A个信号路径。C是RAKE接收机的信道估算能力的量度。M大于C。

Description

用于丰富多径条件中的路径选择的方法及系统

技术领域

本发明涉及在其中必须提供时变衰落信道的各个多径分量的延迟的数字无线通信系统，例如码分多址(CDMA)系统中采用RAKE接收机的系统。本发明特别适合于在衰落环境中操作并且具有有限处理资源的接收机(例如，宽带(WCDMA)终端中的接收机)，但是不限于这类接收机。

背景技术

在无线通信系统中，发射机与接收机之间的物理信道由无线电链路组成。在大多数情况下，发射天线不是狭窄地朝接收机聚焦，以及除了可能的直接路径之外，在接收机与发射机之间通常还存在其它许多传播路径。其它传播路径通常通过从周围环境中物体的反射产生。具有相似传播距离的射线在接收机根据瞬时相位关系进行组合，并且形成不同的多径分量。组合的效果取决于载波波长和距离差异的瞬时关系，以及在破坏性干扰的情况中，往往引起显著的路径增益幅度减小(即衰落)。

接收机的性能可通过利用许多多径分量携带的信号能量来提高。性能提高采用RAKE接收机来实现，其中，对各多径分量分配解扩器，它的扩频码的参考副本同样被延迟到相应多径分量的路径延迟。解扩器的输出(即，RAKE耙指)相干地组合，以便产生符号估算值。RAKE接收机需要了解多径延迟以及所有路径的信道脉冲响应的值。

为了在RAKE接收机组合器输出上得到最佳的信噪比(SNR)，应当收集来自尽可能多的物理路径的信号能量。另外，跟踪尽可能多的不同物理路径(即，更高利用分集)极大地增加接收的健壮性，因为所有被跟踪路径的同时深度衰落的可能性被减少。同时深度衰落是可能导致极大的信号块差错率(BLER)降级的现象。

CDMA要求小区边界上的软切换(SHO)。在SHO期间，接收机同时接收来自多个小区的信号，直到SHO完成为止。RAKE接收机相干地组合所接收信号，以便增加所接收信号能量以及改进组合后SNR。来自所有小区的信号路径延迟均要被估算。在信号路径延迟估算之后，尽可能多的信号路径被用于解调。

发明内容

RAKE接收机中的信号路径选择方法包括：从M个所接收信号路径中产生C个信道估算值；采用C个所产生信道估算值来确定多个最佳信号路径；按照至少一个预定标准来选择多个最佳信号路径中的A个信号路径；以及组合A个信号路径。C是RAKE接收机的信道估算能力的量度。M大于C。

RAKE接收机包括用于从M个所接收信号路径中产生C个信道估算值的信道估算器以及用于选择M个已确定最佳信号路径中的A个信号路径并组合A个信号路径的RAKE组合器。C是RAKE接收机的信道估算能力的量度。M大于C。

附图说明

通过结合附图参照以下的本发明的示范实施例的详细说明，可以更全面地理解本发明，附图中：

图1是RAKE接收机的框图；

图2是流程图，说明根据本发明的原理的路径选择过程；以及

图3是说明图2的过程的原理框图。

具体实施方式

本发明的各种实施例采用路径选择过程，该过程用于在丰富多径衰落、例如在SHO中减少必须并行执行信道估算的延迟值的数量以及改进能量捕捉健壮性。

图1是RAKE接收机100的框图。RAKE接收机100包括延迟估算器块102、信道估算器块104、RAKE解扩器/组合器块106以及控制单元108。所接收数据被馈送到延迟估算器块102。延迟估算器块102评估信道的可能延迟范围上的信道的脉冲响应。可能是复合延迟分布或者功率延迟分布的所得延迟分布则可经过峰值检测，以及所检测峰值位置报告给RAKE解扩器/组合器块106，作为多径分量的延迟估算值。延迟估算值也由信道估算器块104用于通过对导频序列解扩以及可能随时间过滤结果以降低噪声和干扰的影响来估算相应的复合信道系数。在确定RAKE解扩器/组合器块106的解扩器部分的时间对齐的延迟估算器块102与估算将由RAKE解扩器/组合器块106的组合器部分使用的复合系数的信道估算器块104之间合作估算信道参数。虽然在图1中表示了单个延迟估算器块102、单个解扩器/组合器块106和单个信道估算器块104，但是本领域的技术人员会理解，图1所示的每个这样的块可表示多个类似组件，而没有背离本发明的原理。

在如RAKE接收机100之类的一种典型的RAKE接收机实现中，设涉及SHO的小区数量等于N。假定各小区具有与其关联的所谓的虚拟延迟估算器。实际上，RAKE接收机100上的单个延迟估算器(例如延迟估算器块102)通常由不同的小区共用；因而使用术语“虚拟”。各虚拟延迟估算器报告多达L个路径。

RAKE接收机100每一个T_DE时隙对于所有小区执行延迟估算，并接收多达N·L个延迟估算值d_j ^(k)，其中，k是在其中执行更新的时隙号(即k＝jT_DE)。术语“时隙”用作例如宽带码分多址(WCDMA)中的时间量度；但是，可采用其它时间单位，而没有背离本发明的原理。

RAKE接收机100还接收关联的功率估算值P^(k)。在典型实践中，延迟信息包含延迟值和用于特定小区的扰码，以及功率估算值在某个观测间隔上传送路径的平均信号功率。观测周期通常比信道衰落周期更长。

从多达N·L个路径的池中选择M个最强路径。在先有方法中，M通常等于C，其中C是可用解扩器和信道估算器的数量。M个最强路径的各个延迟d_m ^(k)被传递给信道估算器104的有效耙指选择(AFS)级(没有明确示出)，其中，每一个时隙计算所有M个路径的信道估算值h_m ^(k)。在本发明的各种实施例中，解扩器和信道估算器是公共导频信道(CPICH)解扩器和信道估算器；但是，专用信道上的导频符号也可用于这些估算任务。M个路径中的A个最强路径(例如，满足某个门限条件的A个路径)被选择用于数据组合。通常每一个时隙更新AFS。

一个说明性的值集合可能如下：N＝5，L＝6，T_DE＝100时隙，M＝6，以及A＝6。如果路径总数N·N_p与M(即，可对其执行信道估算的路径的数量)相比不太大，则与以上所述类似的典型过程工作得足够好，其中，N_p是每个小区的有效路径的数量(即，包含例如来自小区的总接收功率的至少80％的路径的数量)。但是，一旦有效路径的数量或者SHO中的小区数量开始增加，接收机性能开始受损，因为当M<<N·N_p时，被监测集合外部的某些路径必然遭遇功率峰值，并且产生强干扰，它与M个路径的选择在瞬时为最佳时可得到的SNR相比，使实际观测的SNR降级。此外，如果M小(例如M<8)，则存在所有M个路径同时衰落的极大可能性，而某些未监测路径则不会，这可能产生SIR的灾难性下降和丢弃的呼叫。

一种可能的方法是增加M，由此监测更多路径，留下更少路径未监测，以及降低所有被监测路径的同时深度衰落的可能性。但是，由于在先有方法中C＝M，增加M具有要求在大多数典型情况中不会被完全利用的更多解扩器的直接结果。不希望具有利用不足的解扩器，因为硬件成本会比处理典型条件所需的更大。

图2是流程图，说明根据本发明的原理的路径选择过程200。路径选择过程200用于降低在丰富多径环境中遭遇强的未监测路径的可能性而无需不必要的硬件扩充。在本发明的各种实施例中，虚拟延迟估算器提供路径列表d_i ^k以及各路径的平均功率P_i ^k。路径选择过程200则按照以下所述在至少一个路径选择更新示例上进行。

路径选择过程200在步骤202开始。在步骤202，从多达N·L个总的可用路径的列表中确定待监测的路径的数量M，考虑例如报告路径的数量以及信道变化速度。在步骤204，从多达N·L个路径的列表中选择M个最佳路径。在步骤206，计算信道估算器再用因子R，其中R＝M/C。当R为整数时，R可明确用作整个信道估算更新周期的完整长度；当R不是整数时，R表示近似值以表征平均信道估算延迟。

从步骤206，执行进行到步骤208。在步骤208，时隙号计数器S设置为0。从步骤208，执行进行到步骤210。在步骤210，确定延迟子集号S mod R，它是用来确定R个可能路径子集中的哪一个在当前时隙中应当被监测的余数运算。

执行步骤212-218，使得所有M个路径每R个时隙被监测。在步骤212，通过C个可用信道估算器和RAKE解扩器/组合器产生C个新信道估算值。在步骤214，在步骤212产生的C个新信道估算值与任何现有信道估算结果合并，以便更新M个最佳路径的列表。在步骤216，执行自动耙指选择，以及获得A个路径的列表，其中A是用于数据组合的路径的数量。在步骤218，来自在步骤216得到的A个路径的数据采用A个RAKE耙指进行组合。在步骤220，时隙号计数器S递增。从步骤220，执行返回到步骤210。

与路径选择过程200相比，信道估算和有效耙指选择更新可连续执行而不是每R个时隙执行一次，因为新信道估算经由资源共享方案、如循环激活变为可用。当信道估算和有效耙指选择更新连续执行时，R无需为整数。但是，把R＝M/C用作平均信道估算延迟量度仍然是有用的。

在本发明的各种实施例中，步骤202-208可能比步骤210-218更少执行。在许多情况中，采取与信道相干时间相当的速率来执行步骤202-208是足够的。

适当的R值可按照许多不同的标准来定义。一种可能的标准是限制平均剩余未捕捉信号能量。例如，设总共有I个路径可用，以及设路径列表按照平均功率P_i ^k按降序排序。应当选择M，使得

$\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_i^{\left(k\right)}=(1-\mathrm{\&gamma;})\underset{i=1}{\overset{I}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_i^{\left(k\right)}$

其中，γ是剩余未捕捉信号的份额(例如γ＝0.2)。

在另一个选项中，为了减小R的所需值，这在高速时可能是希望的，对组合SIR影响最大的瞬时最强路径的信道估算值可更频繁地更新。例如，Z个最强路径可采用专用解扩器每一个时隙被更新。剩余的M-Z个路径可按照资源共享方案(例如循环、加权循环、欠额循环、加权公平排队、随机公平排队)使用剩余的C-Z个解扩器。信道估算器再用因子则为R＝(M-Z)/(C-Z)。

Z可根据衰落率来选择。对于较慢的衰落，Z可较大。Z可设置成刚好大到足以允许在小于信道相干时间中在M-Z个路径中循环的值，它在大多数情况中使信道估算质量实际上不受影响，同时所有可用路径的大子集保持争用以便进行组合。

在另一个选项中，路径可分为两类。对于频繁(例如几个强路径)和偶尔(例如剩余的较弱路径)更新，分别把C_频繁和C_偶尔信道估算器硬件单元分配给这些类，并在每个中运行独立资源共享调度(例如循环)。

图3是说明图2的过程的原理框图300。框图300说明C个信道估算值从将由信道估算器块312监测的M个路径中产生，该框对应于图2的步骤212，并且例如可由图1的信道估算器块104来执行。如上所述，相同的信道估算器硬件可采用不同时隙上的不同输入重复使用，如图3中的相同信道估算器块312的多次出现所示，信道估算器块312的后续示例采用虚线表示。图3所示的还有Z个专用解扩器，其中Z可被选择成例如处于1与C-1之间并且包括1和C-1。当Z为零时，产生图2的解决方案。当Z＝C时，产生先有解决方案。

对应于图2的步骤214的框314执行保存和合并功能，以便更新M个最佳路径的列表。保存和合并块314的输出被输入到AFS块316，它对应于图2的步骤216。AFS块316执行有效耙指选择，以便获得A个路径的列表，其中A是由AFS块316选择用于数据组合的路径的数量。

本发明的各种实施例提供灵活的解决方案，它可用于允许对于组合所考虑的路径的数量与信道估算更新速率之间的折衷而无需硬件扩充。在丰富多径条件中，与避免深度衰落和严重SIR下降的好处相比，因略微延迟信道估算值引起的降级通常是可忽略的。此外，没有施加大计算开销，但可能需要在混合信道估算值时的某种额外簿记。

虽然本文已经论述一种说明性SHO情况，但是，本发明的各种实施例可适用于其中路径总数超过可用信道估算器硬件单元的数量的任何情况，例如具有丰富多径信道的单小区接收情况，在这种情况中N＝1。本领域的技术人员会理解，确定R的其它许多方法以及除了本文所述之外的循环和其它资源共享方案均可使用，而没有背离本发明的原理。

本发明的各种实施例可通过例如硬件、软件(例如由执行计算机可读指令的处理器来执行)或者它们的组合来实现。例如，计算机可读指令可能是加载到存储器、如随机存取存储器(RAM)中或者从存储媒体、如只读存储器(ROM)加载的程序代码。例如，处理器可用于运行适合于执行根据本发明的原理的一系列步骤的软件。软件可能适合于驻留在计算机可读媒体、如盘驱动单元中的磁盘上。计算机可读媒体还可包括闪存卡、基于EEROM的存储器、磁泡存储器存储装置、ROM存储装置等。适合于执行根据本发明的原理的步骤的软件还可全部或部分驻留在静态或动态主存储器中或者驻留在处理器内的固件中(例如在微控制器、微处理器或微型计算机内部存储器中)。

应当强调，在本说明中，术语“包括/包含”用来表示存在所述特征、整数、步骤或组件；但并不排除存在或附加一个或多个其它特征、整数、步骤、组件或者它们的组合。

前面的详细说明是本发明的实施例的说明。本发明的范围不一定受这个说明限制。本发明的范围而是由以下权利要求及其等效物来定义。

Claims (28)

1.一种RAKE接收机中的信号路径选择方法，所述方法包括：

从M个最强所接收信号路径中产生C个信道估算值；

采用所述C个所产生信道估算值来确定多个最佳信号路径；

按照至少一个预定标准来选择所述多个最佳信号路径中的A个信号路径；

组合所述A个信号路径；

其中C是所述RAKE接收机的信道估算能力的量度；

其中M大于C；并且

其中所述确定步骤包括：通过把所述C个所产生信道估算值合并到先前确定的多个最佳信号路径的列表中，来更新所述先前确定的多个最佳信号路径的列表。

2.如权利要求1所述的信号路径选择方法，其中A等于M。

3.如权利要求1所述的信号路径选择方法，其中A小于M。

4.如权利要求1所述的信号路径选择方法，还包括：

按每R个时间单位执行一次所述产生、确定、选择和组合步骤；以及

其中R＝M/C。

5.如权利要求4所述的信号路径选择方法，其中，在所述组合步骤之后，选择R，以便限制平均未捕捉信号能量。

6.如权利要求1所述的信号路径选择方法，还包括：

按每R个时间单位执行一次所述产生、确定、选择和组合步骤；以及

其中，选择R，使得对信号干扰比影响最大的瞬时最强路径的信道估算值比其它信道估算值更频繁地更新。

7.如权利要求6所述的信号路径选择方法，其中：

每个时间单位采用Z个专用解扩器来估算Z个信号路径的系数；

Z不大于C-1；以及

Z不小于1。

8.如权利要求7所述的信号路径选择方法，其中Z根据衰落率来确定。

9.如权利要求8所述的信号路径选择方法，其中Z与衰落率成正比。

10.如权利要求7所述的信号路径选择方法，其中采用C-Z个非专用解扩器按照资源共享方案来估算M-Z个信号路径。

11.如权利要求1所述的信号路径选择方法，其中所述产生、确定、选择和组合步骤按照资源共享方案来执行。

12.如权利要求1所述的信号路径选择方法，还包括：

把C_频繁个信道估算硬件单元分配给至少一个较强信号路径；

把C_偶尔个信道估算硬件单元分配给至少一个较弱信号路径；

其中，分别针对C_频繁个信道估算硬件单元和C_偶尔个信道估算硬件单元按照独立资源共享方案执行所述产生、确定、选择和组合步骤；以及

其中，C_频繁加C_偶尔等于C。

13.如权利要求1所述的信号路径选择方法，其中所述预定标准包括门限。

14.一种RAKE接收机，包括：

信道估算器，用于从M个最强所接收信号路径中产生C个信道估算值；

RAKE组合器，用于按照至少一个预定标准选择多个已确定最佳信号路径中的A个信号路径并组合所述A个所选信号路径；以及

用于通过把所述C个所产生信道估算值合并到先前确定的多个最佳信号路径的列表中来更新所述先前确定的多个最佳信号路径的列表的逻辑单元，

其中，C是所述RAKE接收机的信道估算能力的量度；以及

其中，M大于C。

15.如权利要求14所述的RAKE接收机，其中A等于M。

16.如权利要求14所述的RAKE接收机，其中A小于M。

17.如权利要求14所述的RAKE接收机，其中：

所述RAKE接收机适合于按每R个时间单位一次地产生所述C个信道估算值，以及选择和组合所述A个信号；以及

R＝M/C。

18.如权利要求17所述的RAKE接收机，其中，在所述A个信号路径的组合之后，选择R，以便限制平均未捕捉信号能量。

19.如权利要求14所述的RAKE接收机，其中：

所述C个信道估算值的产生、所述A个信号路径的选择以及所述A个所选信号路径的组合按每R个时间单位一次发生；以及

选择R，使得对信号干扰比影响最大的瞬时最强路径的信道估算值比其它信道估算值更频繁地更新。

20.如权利要求19所述的RAKE接收机，还包括：Z个专用解扩器，用于在每个时间单位估算Z个信号路径的系数，

其中Z不大于C-1；以及

Z不小于1。

21.如权利要求20所述的RAKE接收机，其中Z根据衰落率来确定。

22.如权利要求21所述的RAKE接收机，其中Z与衰落率成正比。

23.如权利要求20所述的RAKE接收机，还包括：C-Z个非专用解扩器，用于按照资源共享方案估算M-Z个信号路径。

24.如权利要求14所述的RAKE接收机，其中，所述RAKE接收机适合于按照资源共享方案来产生所述C个信道估算值以及选择和组合所述A个信号路径。

25.如权利要求14所述的RAKE接收机，还包括：

用于把C_频繁个信道估算硬件单元分配给至少一个较强信号路径的逻辑单元；

用于把C_偶尔个信道估算硬件单元分配给至少一个较弱信号路径的逻辑单元；

其中，所述信道估算器包括C个信道估算硬件单元；

其中，所述RAKE接收机适合于对于C_频繁和C_偶尔个信道估算硬件单元的每个按照独立资源共享方案产生信道估算值以及选择和组合信号路径；以及

其中，C_频繁加C_偶尔等于C。

26.如权利要求14所述的RAKE接收机，其中所述预定标准包括门限。

27.一种用于在RAKE接收机中执行信号路径选择的装置，包括：

从M个最强所接收信号路径中产生C个信道估算值的单元；

采用所述C个所产生信道估算值来确定多个最佳信号路径的单元；

按照至少一个预定标准来选择所述多个最佳信号路径中的A个信号路径的单元；以及

组合所述A个信号路径的单元；

其中C是所述RAKE接收机的信道估算能力的量度；

其中M大于C；并且

所述确定多个最佳信号路径的单元包括通过把所述C个所产生信道估算值合并到先前确定的多个最佳信号路径的列表来更新所述先前确定的多个最佳信号路径的列表的单元。

28.如权利要求27所述的装置，还包括：

用于按每R个时间单位一次地执行所述产生、确定、选择和组合的单元；

其中，选择R，使得对信号干扰比影响最大的瞬时最强路径的信道估算值比其它信道估算值更频繁地更新。

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