專利名稱：Wcdma上行(反向)鏈路的sir測量方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及WCDMA(寬帶碼分多址)系統(tǒng)上行(反向)鏈路的SIR測量方法和裝置，以及由此為基礎(chǔ)的反向閉環(huán)功率控制。
眾所周知，CDMA系統(tǒng)是一個(gè)有著巨大潛在優(yōu)勢的通信系統(tǒng)，但也是一個(gè)干擾受限系統(tǒng)，其優(yōu)越性的體現(xiàn)有賴于各種關(guān)鍵技術(shù)的使用。尤其是功率控制技術(shù)的研究與應(yīng)用得到了廣泛業(yè)內(nèi)人士的重視，從集中式功率控制到分布式功率控制，從等功率控制到基于業(yè)務(wù)質(zhì)量的功率控制，穿插其中運(yùn)用的算法還又分為統(tǒng)一門限和自適應(yīng)門限算法，單比特定步長功率控制和多比特變步長功率控制等算法，無不為了追求通信質(zhì)量最佳化，系統(tǒng)容量最大化的目標(biāo)。但這些都是以假設(shè)能對信道特性進(jìn)行準(zhǔn)確估計(jì)，對接收信號進(jìn)行精確測量的前提下研究的功率控制策略。實(shí)際上，由于受到測量方法、可實(shí)現(xiàn)的測量工具精度的限制，要做到對接收信號無誤差的測量是不可能的，只能尋求性能更好的測量方法它既要有更高精度的測量性能，又要便于硬件實(shí)現(xiàn)，具有更好的可操作性。
IMT-2000中指定系統(tǒng)之一的WCDMA在3GPP協(xié)議中把閉環(huán)功率控制定位于基于QoS(業(yè)務(wù)質(zhì)量)的定步長快速功率控制。據(jù)此，我們確定了內(nèi)環(huán)+外環(huán)的定步長快速閉環(huán)功率控制方案，通過功率控制改變信號的發(fā)送功率，使內(nèi)環(huán)實(shí)測的SIR(信號與平均干擾加背景噪聲之比)保持在外環(huán)給出的目標(biāo)SIR上，從而滿足業(yè)務(wù)質(zhì)量要求。其中，內(nèi)環(huán)SIR測量是功率控制機(jī)制良好運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)，沒有精確的內(nèi)環(huán)SIR測量，內(nèi)、外環(huán)SIR的比較就毫無意義，也就根本談不到性能良好的功率控制。
從RF(射頻)的CIR測量到基帶的SIR測量的研究工作一直得到了各國學(xué)者的探討，多數(shù)進(jìn)行的是理論研究，具體的測量方法基本采用最經(jīng)典的由[1]給出的基于導(dǎo)頻符號與數(shù)據(jù)時(shí)分復(fù)用幀結(jié)構(gòu)的SIR測量方法。在進(jìn)行WCDMA功率控制策略研發(fā)前期，我們也曾根據(jù)該算法的思想，結(jié)合WCDMA系統(tǒng)建議的幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行性能仿真工作，測量性能卻總不甚如意。后經(jīng)仔細(xì)逐點(diǎn)分析該算法，發(fā)現(xiàn)是由于這種算法擴(kuò)大了由信道估計(jì)帶來的誤差而最終導(dǎo)致SIR測量不準(zhǔn)確。一般地，理論上認(rèn)為理想的信道估計(jì)利用的是多址干擾加背景噪聲的總體統(tǒng)計(jì)特性，但快速閉環(huán)功率控制機(jī)制下要求每時(shí)隙給出一個(gè)內(nèi)環(huán)SIR測量值，這就使實(shí)際中的信道估計(jì)所取樣本的容量不夠大(最多為2560chip)；而且，3GPP現(xiàn)有協(xié)議規(guī)定上行控制信道導(dǎo)頻符號數(shù)為3、4、5、6、7、8，即可用于內(nèi)環(huán)SIR測量的樣本容量更少，就必然會導(dǎo)致信道估計(jì)誤差。
具體實(shí)現(xiàn)方案如下(測量以時(shí)隙為單位，不妨以某用戶第K時(shí)隙的SIR測量為例說明)1、在基站接收端，把某用戶被分解為L條單徑的各徑DPCCH解擴(kuò)信號第K時(shí)隙分別輸入各單徑SIR測量模塊，并行進(jìn)行L個(gè)第K時(shí)隙的單徑SIR測量。
單徑SIR測量的具體步驟如下(1)用單徑瞬時(shí)信號功率測量器測量第K時(shí)隙單徑瞬時(shí)信號功率S~updpcch,l(k);]]>(2)用單徑瞬時(shí)多址干擾和背景噪聲功率測量器測得第K時(shí)隙單徑的瞬時(shí)多址干擾和背景噪聲功率 (3)把(2)得到瞬時(shí)多址干擾和背景噪聲功率 輸入噪聲平均器(E1.3)與前一個(gè)(第K-1個(gè))時(shí)隙得到的平均多址干擾和背景噪聲功率Iupdpcch，l(k-1)進(jìn)行加權(quán)平均，得出第K時(shí)隙單徑平均多址干擾和背景噪聲功率(簡稱平均噪聲功率)Iupdpcch，l(k)；(4)用(1)得到的第K時(shí)隙單徑瞬時(shí)信號功率 除以(3)得到第K時(shí)隙單徑平均噪聲功率Iupdpcch，l(k)，就可得到該用戶第K時(shí)隙的單徑SIR測量值SIRupdpcch，l(k)。
2、把由1得到的L個(gè)第K時(shí)隙的單徑SIR測量值輸入SIR合并器相加，就得到該用戶第K時(shí)隙的上行SIR測量值SIRuplink(k)。
由此可知WCDMA系統(tǒng)上行(反向)鏈路的SIR測量裝置包括單徑SIR測量模塊(包括單徑瞬時(shí)信號功率測量器、單徑瞬時(shí)多址干擾和背景噪聲功率測量器、噪聲平均器、單徑SIR相除器)和SIR合并器。具體應(yīng)用中需用的單徑SIR測量模塊數(shù)L由系統(tǒng)要求決定，即等于系統(tǒng)要求的RAKE合并徑數(shù)。
首先，圖1是根據(jù)3GPP協(xié)議所規(guī)定的WCDMA上行鏈路專用物理信道DPCH的幀結(jié)構(gòu)提煉出應(yīng)用本發(fā)明進(jìn)行SIR測量方法所基于的幀結(jié)構(gòu)。圖1中上行鏈路專用物理信道DPCH的DPDCH和DPCCH在每個(gè)無線幀里I/Q復(fù)用，由于DPCCH和DPDCH分別用正交的信道化碼(OVSF碼)擴(kuò)頻，故只需DPCCH由已知的導(dǎo)頻符號和未知的數(shù)據(jù)構(gòu)成。由協(xié)議規(guī)定每個(gè)上行DPCCH時(shí)隙(slot)有10個(gè)比特。其中，導(dǎo)頻符號Pilot的符號數(shù)目Npilot＝3-8；數(shù)據(jù)data的構(gòu)成由上層決定，可包括TFCI(傳輸格式組合指示)、FBI(反饋信息)、TPC(傳輸功率控制)，其數(shù)目Ndata＝(10-Npilot)。而每個(gè)上行DPDCH的比特?cái)?shù)Ndata＝(10*2k)，由k決定，也即由不同業(yè)務(wù)選用不同的擴(kuò)頻因子SF＝256/2k決定，它不影響用本發(fā)明進(jìn)行SIR的測量。
圖4給出了本發(fā)明SIR的測量裝置，體現(xiàn)出本發(fā)明的創(chuàng)新思想在RAKE合并前對來自不同路徑的信號分別進(jìn)行各自的SIR測量，接收信號總的SIR是各路徑信號SIR之和。測量單位為一個(gè)時(shí)隙(在WCDMA反向鏈路系統(tǒng)中1slot等于 )。具體測量時(shí)間小于一個(gè)時(shí)隙，與測量所用導(dǎo)頻符號數(shù)有關(guān)(一般選用Npilot，則測量時(shí)間等于 。本發(fā)明SIR測量裝置包括的實(shí)體有L個(gè)單徑SIR測量模塊(E1)和一個(gè)SIR合并器(E2)。L為系統(tǒng)要求RAKE合并的徑數(shù)。其中，單徑SIR測量模塊(E1)包括單徑瞬時(shí)信號功率測量器(E1.1)、單徑瞬時(shí)多址干擾和背景噪聲功率測量器(E1.2)、噪聲平均器(E1.3)、單徑SIR相除器(E1.4)。SIR合并器(E2)是一個(gè)加法器。
圖5描述的是如圖4所述單徑SIR測量模塊(E1)的具體結(jié)構(gòu)。
其中單徑瞬時(shí)信號功率測量器(E1.1)包括乘法器(E1.11)、Npilot符號積分平均器(E1.12)、復(fù)數(shù)求模裝置(E1.13)、平方器(E1.14)；單徑瞬時(shí)多址干擾和背景噪聲功率測量器(E1.2)包括減法器(E1.21)、復(fù)數(shù)求模裝置(E1.22)、平方器(E1.23)、Npilot符號積分平均器(E1.24)；噪聲平均器(E1.3)包括乘法器(E1.31)、乘法器(E1.32)、平方器(E1.33)、延時(shí)器(E1.34)；單徑SIR相除器(E1.4)包括除法器(E1.41)。
當(dāng)完全同步時(shí)，基站接收機(jī)經(jīng)過接收處理后得到RAKE合并徑數(shù)L(I2.1)，導(dǎo)頻符號(I2.2)，導(dǎo)頻符號數(shù)(I2.3)和各徑信道估計(jì)(I2.4)，并把某用戶的多徑混合信號分解為單徑的各徑解擴(kuò)信號。
以下說明第1徑DPCCH解擴(kuò)信號的第K個(gè)時(shí)隙進(jìn)入單徑SIR測量模塊(E1)得到第1徑的SIRupdpcch，l(k)的處理過程第1徑DPCCH解擴(kuò)信號的第K個(gè)時(shí)隙與導(dǎo)頻符號輸入乘法器(E1.11)，逐比特相乘結(jié)果分別輸入Npilot符號積分平均器(E1.12)和計(jì)算單徑瞬時(shí)多址干擾和背景噪聲功率的測量器(E1.2)中的減法器(E1.21)做被減數(shù)。在單徑瞬時(shí)信號功率測量器(E1.1)的Npilot符號積分平均器(E1.12)中對Npilot個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行積分平均，平均值輸入復(fù)數(shù)求模裝置(E1.13)求模后進(jìn)入平方器(E1.14)得到平方值，每時(shí)隙抽樣得到第1徑第K時(shí)隙瞬時(shí)信號功率 。在單徑瞬時(shí)多址干擾和背景噪聲功率的測量器(E1.2)中的減法器(E1.21)中，第1徑的信道估計(jì)做減數(shù)，相減得到的結(jié)果輸入復(fù)數(shù)求模裝置(E1.22)求模后，進(jìn)入平方器(E1.23)得到平方值，再進(jìn)入Npilot符號積分平均器(E1.24)進(jìn)行Npilot個(gè)數(shù)據(jù)的積分平均，對其結(jié)果進(jìn)行第時(shí)隙抽樣得到第1徑第K時(shí)隙的瞬時(shí)多址干擾和背景噪聲功率 。 把 輸入噪聲平均器(E1.3)中的乘法器(E1.31)與(1-α)相乘，結(jié)果送入加法器(E1.33)做被加數(shù)，在另一個(gè)乘法器(E1.32)中前一時(shí)隙(即第K-1時(shí)隙)的平均多址干擾和背景噪聲功率Iupdpcch，l(k-1)(即由前一時(shí)隙加法器(E1.33)的輸出結(jié)果經(jīng)過延時(shí)器(E1.34)延時(shí)1時(shí)隙得到的)與α因子相乘，結(jié)果送入加法器(E1.33)做加數(shù)；這里，α為遺忘因子，取值0--1之間，一般取0.99或0.999以平滑由于功率控制而導(dǎo)致多址干擾功率波動(dòng)對求平均噪聲功率的影響。加法器(E1.33)的輸出結(jié)果就是第1徑第K時(shí)隙平均噪聲功率Iupdpcch，l(k)。在單徑SIR相除器(E1.4)中，把第1徑第K時(shí)隙瞬時(shí)信號功率 送入除法器(E1.41)做被除數(shù)，第1徑第K時(shí)隙平均噪聲功率Iupdpcch，l(k)送入除法器(E1.41)做除數(shù)，二者相除的結(jié)果就是第1徑第K時(shí)隙的SIR測量值SIRupdpcch，l(k)。
與此同時(shí)，得到并行處理的L個(gè)單徑SIR測量值SIRupdpcch，l(k)(1＝1--L)輸入SIR合并器(E2)相加，就得到要求的該用戶的第K時(shí)隙SIR測量值。
本發(fā)明的有益效果(1)在實(shí)現(xiàn)難易方面，本發(fā)明以RAKE合并前的單徑為研究對象，易實(shí)現(xiàn)模塊化。當(dāng)RAKE合并徑數(shù)變化時(shí)，本發(fā)明通過增刪單徑SIR測量模塊來滿足要求。(2)在測量性能方面，本發(fā)明從盡量減少誤差的引入著手，直接對接收到的各徑解擴(kuò)信號進(jìn)行SIR測量。這樣就可以避免信道估計(jì)誤差的二次引入，使SIR的測量精度得到提高。進(jìn)一步，以此高精度的SIR測量為內(nèi)環(huán)功率控制的核心，實(shí)施WCDMA系統(tǒng)反向鏈路的閉環(huán)功率控制可更好地保證QoS，從而大大地提高系統(tǒng)容量。


圖1為應(yīng)用本發(fā)明進(jìn)行SIR測量的幀結(jié)構(gòu)。
圖2為應(yīng)用本發(fā)明的WCDMA反向鏈路系統(tǒng)框圖。
圖3為基站以本發(fā)明為基礎(chǔ)的閉環(huán)功率控制。
圖4為本發(fā)明的裝置框圖。
圖5為本發(fā)明中單徑SIR測量模塊。
各附圖之間的關(guān)系是圖1所示的是圖2中DPDCH(T15)和DPCCH(T16)；圖3是圖2中的基站以本發(fā)明為基礎(chǔ)的閉環(huán)功率控制(R1)；圖4是圖3中的SIR測量裝置(R114)；圖5是圖4中單徑SIR測量模塊(E1)。
圖2給出的是實(shí)施本發(fā)明的WCDMA反向鏈路系統(tǒng)框圖。按照3GPP協(xié)議，發(fā)送端移動(dòng)臺首先對要傳送的信息進(jìn)行基帶處理，包括添加CRC(循環(huán)冗余校驗(yàn))碼(T10)、尾比特(T11)、信道編碼(T12)、交織(T13)、物理信道映射(T15和T16)、擴(kuò)頻(T19和T20)、加擾(T24)，經(jīng)過成形濾波器(T25和T26)后進(jìn)行QPSK調(diào)制(T29和T30)，再送入功率放大器(T36)放大發(fā)射。其中，擴(kuò)頻碼為OVSF碼(正交可變擴(kuò)頻因子碼)，控制信道DPCCH專用擴(kuò)頻碼(T18)cQ＝c256，0，數(shù)據(jù)信道DPDCH的擴(kuò)頻碼c1(T17)用非cQ＝c256，0的OVSF碼。圖2合并器(T21和T21)的輸入信號虛線 表示一個(gè)連接只有一個(gè)DPCCH，實(shí)線 表示數(shù)據(jù)可占多個(gè)DPDCH碼道，點(diǎn)劃線 表示可同時(shí)合并一個(gè)DPCCH或幾個(gè)DPDCH，接著DPCCH與DPDCH構(gòu)成的復(fù)信號I+jQ才能與復(fù)擾碼(T23)進(jìn)行復(fù)數(shù)相乘。要注意的是MS功率發(fā)送控制器(T1)根據(jù)接收到基站以本發(fā)明為基礎(chǔ)的閉環(huán)功率控制(R1)發(fā)來的功率控制命令(T31)來調(diào)整移動(dòng)臺的發(fā)射功率。MS功率發(fā)送控制器(T1)包括乘法器(T33)、延時(shí)器(T34)、加法器(T35)和功率放大器(T36)。其控制機(jī)理滿足 ，這里，k為時(shí)隙，p(k)為移動(dòng)臺發(fā)出的功率(單位dBm)；Δ為功率調(diào)整步長，取值1dB或2dB；TPCcommand為功率控制命令(T31)，取值+1(當(dāng)圖3中目標(biāo)SIR(R113)＞內(nèi)環(huán)SIR測量值(R115)時(shí))或-1(當(dāng)圖3中目標(biāo)SIR(R113)＜內(nèi)環(huán)SIR測量值(R115)時(shí))。在如圖2的WCDMA反向鏈路系統(tǒng)的功率控制中應(yīng)用本發(fā)明可取得很好的效果。
權(quán)利要求
1.WCDMA系統(tǒng)上行(反向)鏈路的SIR測量方法，其特征在于(1)在基站接收端，把某用戶被分解為L條單徑的各徑DPCCH解擴(kuò)信號第K時(shí)隙分別輸入各單徑SIR測量模塊，并行進(jìn)行L個(gè)第K時(shí)隙的單徑SIR測量。(2)把由1得到的L個(gè)第K時(shí)隙的單徑SIR測量值輸入SIR合并器相加，就得到該用戶第K時(shí)隙的上行SIR測量值SIRuplink(k)。
2.如權(quán)利要求1所述的WCDMA系統(tǒng)上行(反向)鏈路的SIR測量方法，其特征在于，按照以下步驟進(jìn)行(1)用單徑瞬時(shí)信號功率測量器測量第K時(shí)隙單徑瞬時(shí)信號功率S~updpcch,l(k);]]>(2)用單徑瞬時(shí)多址干擾和背景噪聲功率測量器測得第K時(shí)隙單徑的瞬時(shí)多址干擾和背景噪聲功率 (3)把(2)得到瞬時(shí)多址干擾和背景噪聲功率 輸入噪聲平均器(E1.3)與前一個(gè)(第K-1個(gè))時(shí)隙得到的平均多址干擾和背景噪聲功率Iupdpcch，l(k-1)進(jìn)行加權(quán)平均，得出第K時(shí)隙單徑平均多址干擾和背景噪聲功率(簡稱平均噪聲功率)Iupdpcch，l(k)；(4)用(1)得到的第K時(shí)隙單徑瞬時(shí)信號功率 除以(3)得到第K時(shí)隙單徑平均噪聲功率Iupdpcch，l(k)，就可得到該用戶第K時(shí)隙的單徑SIR測量值SIRupdpcch，l(k)。
3.WCDMA系統(tǒng)上行(反向)鏈路的SIR測量裝置，其特征在于裝置包括單徑SIR測量模塊(包括單徑瞬時(shí)信號功率測量器、單徑瞬時(shí)多址干擾和背景噪聲功率測量器、噪聲平均器、單徑SIR相除器)和SIR合并器。具體應(yīng)用中需用的單徑SIR測量模塊數(shù)L由系統(tǒng)要求決定，即等于系統(tǒng)要求的RAKE合并徑數(shù)。
4.如權(quán)利要求3所述的WCDMA系統(tǒng)上行(反向)鏈路的SIR測量裝置，其特征在于單徑SIR測量模塊(E1)包括單徑瞬時(shí)信號功率測量器(E1.1)、單徑瞬時(shí)多址干擾和背景噪聲功率測量器(E1.2)、噪聲平均器(E1.3)、單徑SIR相除器(E1.4)。SIR合并器(E2)是一個(gè)加法器。
5.如權(quán)利要求3所述的WCDMA系統(tǒng)上行(反向)鏈路的SIR測量裝置，其特征在于單徑瞬時(shí)信號功率測量器(E1.1)包括乘法器(E1.11)、Npilot符號積分平均器(E1.12)、復(fù)數(shù)求模裝置(E1.13)、平方器(E1.14)。
6.如權(quán)利要求3所述的WCDMA系統(tǒng)上行(反向)鏈路的SIR測量裝置，其特征在于單徑瞬時(shí)多址干擾和背景噪聲功率測量器(E1.2)包括減法器(E1.21)、復(fù)數(shù)求模裝置(E1.22)、平方器(E1.23)、Npilot符號積分平均器(E1.24)。
7.如權(quán)利要求3所述的WCDMA系統(tǒng)上行(反向)鏈路的SIR測量裝置，其特征在于噪聲平均器(E1.3)包括乘法器(E1.31)、乘法器(E1.32)、平方器(E1.33)、延時(shí)器(E1.34)。
全文摘要
本發(fā)明設(shè)計(jì)的SIR測量方法適用于WCDMA通信系統(tǒng)上行鏈路功率控制中內(nèi)環(huán)SIR測量。本發(fā)明的獨(dú)到之處在于提出了一種SIR測量的新思想:在RAKE合并前對來自不同路徑的信號分別進(jìn)行各自的SIR測量,接收信號總的SIR是各路徑信號SIR之和。此想法以單徑測量為模塊,算法實(shí)現(xiàn)簡單靈活,而且通過減少信道估計(jì)誤差的引入來提高測量精度。
文檔編號H04W52/14GK1373575SQ0113672
公開日2002年10月9日 申請日期2001年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月22日
發(fā)明者郗風(fēng)君, 全慶一, 張平 申請人:信息產(chǎn)業(yè)部電信傳輸研究所, 北京郵電大學(xué)