CN1402919A - 来自引导信号的比特差错估计 - Google Patents

Abstract

比特差错率的估计用于测量无线电电信系统中的链路质量。由已有的引导符号可产生无偏置的、原始比特差错估计。可产生比特差错率估计而不引起额外的信令开销。更特定地，链路质量的估计可通过无线电接收机中接收控制信号来获得，这里每个控制信号可包含一个或多个引导符号，这些引导符号对于每个控制信号能获得一个信道估计、能将每个信道估计修改为相应控制信号对信道估计的贡献的一个函数并可基于上述修改的信道估计得到链路质量测量。

Description

来自引导信号的比特差错估计

发明背景

发明领域

本发明涉及无线电电信领域。更特定地，本发明涉及从控制信号计算比特差错率估计，上述控制信号包含引导信号，但不局限于此，并能由此测量无线电电信系统中的链路质量。

背景信息

无线电电信中，比特差错率(BER)估计可提供有价值的链路质量信息。BER实际上是典型地在空中接口上传输时信号中出现比特差错的频率。较大的BER会对信号质量产生不利影响，所以很希望能减小BER。

传输速率和BER是确定链路质量时要考虑的两个因素并且这两个因素间存在直接关系，典型地，较高的传输速率导致BER较大。反之，较低的传输速率导致BER较小。然而，重要的是能同时增加信号质量和传输速率，故降低传输速率来获得较小的BER并不是一个理想的选项。

除传输速率外，还有其它条件会造成BER较大。其它的这些条件包括，比如高的干扰电平、低信号强度电平和衰落。

BER的估计可通过多种不同方法中的任意方法来计算。比如，估计BER的一种方法是对信道译码器的输出再次编码并将信道译码器再次编码后的输出与译码器输入相比较。典型地，这些BER估计只在传输周期内产生，进而会增加传输时延。因为某些信号对传输时延是高度敏感的，特别对话音信号，任何可能增加传输时延的方法都是不受欢迎的。

典型地，电信系统比如在语音链路中的静音期间发送除数据信息之外的控制信息。因而，避免与传输周期内估计BER相关联的上述问题的一种方法是使用控制信息而非数据来估计BER。

控制信息常包含已知的信息符号，如引导符号。引导符号可用来估计一个给定传输信道关联的多个接收信号中每个信号的时延、增益和相位这些东西。这些时延、增益和相位的估计合起来构成我们熟知的信道冲激响应。

很多基于码分多址接入(CDMA)的系统使用RAKE接收机。CDMA是一种扩展频谱通信的形式，这里发送的信号在通信信道中被扩展到宽的频带。一般地，RAKE接收机收集和组合随(如与多径信道相关的)接收信号的可解析组成部分到达的能量。从几个分支接收到的几个传播路径的信号能量通过RAKE接收机组合或“耙拢”在一起。例如通过使用诸如引导符号的控制信号，可采用RAKE接收机来测量BER。

RAKE接收机已为电信领域内的技术人员所熟知。两篇文章举例说明了在通信系统中使用RAKE接收机，即Abeta等人著的“PerformanceComparison between Time-Mutiplexed Pilot Channel and ParallelPilot Channel for Coherent RAKE Combining in DS-CDMA MobleRadio”(DS-CDMA移动无线电中用于相干RAKE组合的时间多路复用的引导信道与并行引导信道间的性能比较)第1417到1425页(1998)上和Andoh等人著的“Channel Estimation Filter Using Time-Multiplexed Pilot Channel for Coherent RAKE combining in DS-CDMA Moble Radio”(DS-CDMA移动无线电中使用用于相干RAKE组合的时间多路复用的引导信道的信道估计滤波器)第1517到1525页(1998)上。另外，美国专利号5,329,547题为“Method and Apparatusfor Coherent Communication in a Spread-Spectrum CommunicationSystem”(扩展频谱通信系统中用于相干通信的方法和装置)公开了用于扩展频谱通信系统中以便于相干通信的编码和译码的一种方法。

为了对信号的每个可解析组成部分关联的能量进行组合，RAKE接收机必须为每个RAKE分支生成一个信道估计c_i，这正如本领域内的技术人员容易理解的那样。RAKE接收机的一个给定RAKE分支的信道估计用下面的(1)式来表示： $c_i=\frac{\underset{k\∈k_p}{\mathrm{\Σ}}{r}_{i,k}{a}_{i,k}^{*}}{N_p}---\left(1\right)$

这里假设符号按时隙分组。图1说明了一个时隙104的范例。如所示的那样，时隙104包括含有一个或多个引导符号r_i，j的一个部分102和一个数据部分103，这里时隙i中的引导符号r_i，j的位置用j表示，其中N_p表示时隙i的部分102中引导符号的数目，而其中k_p表示时隙i的部分102中分配给这些符号的位置j的数目。在(1)式中，a_i，k ^*表示发送的引导符号r_i，k关联的复共轭算子。于是信道估计c_i关联的比特序列可与一个已知比特序列相比较。BER就可基于此比较获得。

使用控制信号信息如引导符号来得到BER也有一些缺点。特别是，当接收的引导符号同时用于信道估计和BER估计时，BER估计是被偏置的。偏置发生在从参考值得到的值具有系统偏差或变化时。其原因是，当接收到的符号被校正以解决信道影响时，源自符号的信道估计部分会使发送符号的一个实的、正的部分的组成部分加到接收的符号的估计中去。相应地，BER被低估了而且因此它并未准确反应实际的BER。

(2)式表示了一个关系，可用来导出引导符号r_i，j的估计对一个RAKE分支关联的信道估计的贡献，这里w_c是前面的信道估计C关联的一个实的、正的加权因子，而w_i，j是信道估计c_i的一个实的、正的加权因子。 ${\hat{a}}_{i,j}=r_{i,j}\frac{{(w_{i,j}{c}_i+w_{c}C)}^{*}}{w_{i,j}+w_c}---\left(2\right)$

(3)式说明了一个给定的RAKE接收机分支关联的接收到的符号对时隙i中的第j个符号的贡献

是如何进行估计的。本领域内的技术人员可以意识到将(1)式代入(2)式就可得到(3)式。 ${\hat{a}}_{i,j}=r_{i,j}\frac{{(w_{i,j}\left(\underset{k\∈k_p}{\mathrm{\Σ}}{r}_{i,k}{a}_{i,k}^{*}\right)/N_p+w_{c}C)}^{*}}{w_{i,j}+w_c}---\left(3\right)$

当第j个符号对信道估计有所贡献时，偏置就可分离而偏置的贡献也可被估计到。这可通过下面(4)式中的第二项(r_i，jr_i，j ^*a_i，j)(w_i，j/N_p)/(w_i，j+w_c)来表示。 ${\hat{a}}_{i,j}=r_{i,j}\frac{{(w_{i,j}\left(\underset{k\∈k_p,k\≠j}{\mathrm{\Σ}}{r}_{i,k}{a}_{i,k}^{*}\right)/N_p+w_{c}C)}^{*}}{w_{i,j}+w_c}+\left(r_{i,j}{r}_{i,j}^{*}{a}_{i,j}\right)\frac{w_{i,j}/N_p}{w_{i,j}+w_c}---\left(4\right)$

如所示的那样，(3)式的第二项中的发送符号a_i，j用一个实的、正因子相乘，因为接收符号r_i，j作为唯一的复数值因子，用其自身的复共轭相乘。

尽管消除了偏置，仍存在其它缺点。若上述信道估计只基于一个引导符号来计算并且不与前面估计进行任何平均的话，(4)式的第一项将等于0。这一计算还会使信道估计用于邻近符号的译码成为可能。然而，信道估计所基于的解调的引导符号将总是具有与发送的引导符号相同的相移。

另一种情况下，信道估计的计算是基于多个引导符号或者对前面估计的平均，每个引导符号都受到其它引导符号的信道估计的贡献的影响。于是问题减少了，但并没有消除。得出能准确确定BER和链路质量并克服上述提到的一些缺点的一种方法是很有用的。

发明概要

本发明涉及BER估计的产生。BER估计用于测量无线电电信系统中的链路质量。更特定地，本发明可由控制信号如引导符号来产生无偏置的、原始比特差错估计。

本发明的一个目的是产生比特差错估计而不引起额外的信令开销。

本发明的一个目的是提供更准确的BER估计并因此改进链路质量。

本发明的另一个目的是提供一种更准确的信道估计方法。

按照第一示范实施方案，提供了一种用于估计无线电电信系统中的链路质量的方法。接收控制信号并对每个控制信号都可获得一个信道估计。计算每个控制信号对信道估计的贡献。每个信道估计被修改为相应控制信号对信道估计的贡献的函数。基于上述修改的信道估计得到链路质量测量。

按照第二示范实施方案，提供了一种用于通过使用引导符号来估计无线电电信系统中链路质量的设备。用于发送多个已知的引导符号到无线电电信系统中的无线电接收机的一种装置和用于基于发送的引导符号的数目对每个引导符号计算一个分离的信道估计的一种装置。对于每个信道估计，计算与其相应引导符号关联的贡献。用于通过从每个信道估计中减去与相应引导符号关联的贡献来调整每个信道估计的一种装置。基于调整的信道估计得到链路质量测量。

附图简述

借助于范例而非局限于范例并通过附图来说明本发明，上述图中相同的参考序号指的是相似元件，并且其中：

图1说明了包含一个引导符号的示范数据时隙；

图2是一个流程图，它说明了按照本发明的一个示范实施方案从接收到的控制信号得到链路质量的过程；

图3是一个流程图，它说明了按照本发明的另一个示范实施方案从接收到的控制信号即熟知的引导符号而得到链路质量的过程；

图4是一个流程图，它说明了按照本发明的另一个示范实施方案得到BER的过程；

图5是一个流程图，它说明了基于原来的一个信道估计和一个校正项得到一个修改的信道估计的过程。

图6是一个流程图，它说明了基于原来的一个信道估计c_i和一个校正项T_corr得到一个修改的信道估计c_i，j′的一种技术。

发明详述

本发明涉及到测量无线电电信系统中的链路质量。一般地，链路质量是通过获得电信信号传输到无线电接收机所经过的信道的一个信道估计来测量的，这里电信信号典型地包含一个控制信号部分和一个数据信号部分。故信道估计被修改为控制信号对信道估计的贡献的函数。于是链路质量测量可基于修改的信道估计得到。

图2是一个流程图，它说明了用于得到与一条电信链路相关联的链路质量的一种技术。图2的步骤200中，电信链路关联的接收机接收电信信号。步骤202中，电信信号的控制信号部分被抽出。

图2的步骤204中，对接收信号导出一个信道估计。已有很多已知的技术可获得信道估计。一种信道估计技术是对电信信号中的各种信号组成部分的不同贡献进行加权。一个有效的信道估计过程应该准确反映各种信号贡献对电信信号数据传输的影响有多大。本领域内的技术人员可以理解信道估计步骤可包含消除可能使电信信号失真的其它信号组成部分的过程。

步骤205中，计算控制信号部分对信道估计的贡献。步骤206中，信道估计被修改为控制信号对信道估计的贡献的函数。

按照步骤208，链路质量测量于是可基于修改的信道估计而导出。链路质量是链路的有多好或多健壮的一种衡量。正如本领域内的技术人员可以理解的那样，链路质量可通过一个或多个链路质量参数来衡量，如BER、信号噪声比和等待时间。

图3是一个流程图，它说明了用于得到与一条电信链路相关联的链路质量的一种技术，其中信道估计是基于一个或多个引导符号。步骤300中，接收到电信信号。步骤302中，从无线电电信信号中抽出一个或多个引导符号关联的比特值。步骤304中，基于发送的引导符号对每个引导符号获得一个信道估计。步骤306中，对于步骤304中获得的每个信道估计，计算相应引导符号对信道估计的贡献。

按照图3的步骤308，从相应的信道估计中减去每个引导符号的贡献。然后，按照步骤310，基于已通过相应引导符号关联的贡献修改的信道估计来进行链路质量测量。

如前面所述，BER是影响链路质量的几个重要因素之一。图4是一个流程图，它说明了按照步骤310得到链路质量的一种示范技术。如图4步骤410所示，步骤308中获得的信道估计用来导出与一个或多个引导符号关联的一比特序列。步骤412中将此比特序列与一个已知的比特序列相比较，上述已知比特序列充当用于比较的参考基准。于是BER项的链路质量就可基于比特序列的比较而确定。

图5是一个流程图，它说明了按照本发明的一个示范实施方案对多个引导符号中每个符号得到一个信道估计(步骤304)的一种特定技术。如步骤500所示，初始化变量k和变量SUM。变量k表示时隙i中与各个引导符号关联的位置。如下所解释的那样，变量SUM表示引导符号与其关联复共轭算子间的乘积之和。

步骤502中，对于变量k是否等于变量j进行一次判决，这里j表示时隙i中一个特定引导符号的位置。若变量k等于变量j，按照步骤502引出的‘是’路径，过程向前移到步骤508而不会导出位置k＝j关联的引导符号与复共轭算子间的乘积。然而，若变量k不等于值j，按照步骤502引出的‘否’路径，过程进入到步骤504。

步骤504中，引导符号r_i，k乘以相应的复共轭算子a_i，k ^*。然后按照步骤506，乘积加到变量SUM中去。接着按照步骤508递增变量k，并按照判决步骤510对于变量k是否大于变量k_p进行判决。若变量k小于或等于变量k_p，按判决步骤510引出的‘否’路径，按照步骤504对下一引导符号和其相应共轭算子导出乘积。然而，若变量k大于变量k_p，按照判决步骤510引出的‘是’路径，过程进入步骤512，其中变量SUM用因子1/(N_p-1)进行缩放。

图5的流程图中说明的技术可按照下面(5)式中的关系实现。 $c_{i,j}^{\′}=\frac{\underset{k\∈k_p,k\≠j}{\mathrm{\Σ}}{r}_{i,k}{a}_{i,k}^{*}}{N_p-1}---\left(5\right)$

图6是一个流程图，它说明了基于原来的一个信道估计c_i和一个校正项T_corr得到修改的信道估计c_i，j′(步骤308)的一种技术，这里校正项T_corr与时隙i中位置j处的引导符号关联。如图所示，按照步骤600，变量k和变量SUM被再次初始化。然后如步骤602所示，可得出时隙i中位置k关联的引导符号r_i，k与复共轭算子a_i，k ^*间的乘积。按照步骤604，时隙i中位置k关联的引导符号r_i，k与复共轭算子a_i，k ^*间的乘积加到变量SUM中去。然后如步骤606所示递增变量k，并且按照判决步骤608来对变量k是否大于变量k_p进行判决。原来的信道估计c_i现在等于变量SUM关联的值。

若变量k小于或等于变量k_p，如步骤602所示，得出时隙i中下一位置关联的引导符号与复共轭算子间的乘积。然而，若变量k大于变量k_p，按照判决步骤608引出的‘是’路径，按步骤610，原来的信道估计c_i用因子N_p/(N_p-1)进行缩放。

步骤612中，设置变量k等于变量j。然后按照步骤614，得出位置j关联的引导符号与复共轭算子间的乘积。接着如步骤616所示，将乘积用因子1/(N_p-1)进行缩放以得出校正项T_corr。然后按照步骤618，通过从缩放的、原来的信道估计c_i(scaled)减去校正项T_corr而得出修改的信道估计c_i，j′。

图6说明的技术可按照下面的(6)式中表示的关系来实现。 $c_{i,j}^{\′}=\frac{c_i{N}_p}{N_p-1}-\frac{r_{i,j}{a}_{i,j}^{*}}{N_p-1}---\left(6\right)$

当使用修改的信道估计来解调无偏置的引导符号时，(7)式说明了原来的信道估计c_i是如何用来计算接收符号的第一估计的，以及偏置是如何由此减去的。应该指出接收符号的第一估计用(7)式中的第一项来表示，而偏置用(7)式中的第二项来表示。 ${\hat{a}}_{i,j}^{\′}=r_{i,j}\frac{{(w_{i,j}{c}_i{N}_p/(N_p-1)+w_{c}C)}^{*}}{w_{i,j}+w_c}-\left(r_{i,j}{r}_{i,j}^{*}{a}_{i,j}\right)\frac{w_{i,j}/(N_p-1)}{w_{i,j}+w_c}---\left(7\right)$

(7)式中，RAKE接收机的一个给定RAKE分支的信道估计被计算为下列变量的一个函数：r_i，j是接收到的符号，w_i，j是信道估计c_i的一个实的、正加权因子，运算符“*”指的是复共轭，这里w_e是前面信道估计C关联的实的、正加权因子，w_i，j是信道估计c_i的一个实的、正加权因子以及一个缩放因子N_p/(N_p-1)。

在只来自一个时隙或数据块的引导符号用于信道估计的特定示例中，可应用等式(8)，并且这里w_i，j等于1而w_c等于0。这种特定情况下，一个偏置的、已解调的引导符号对一个RAKE接收机分支的贡献以通常方式构成，如式(8)第一项给出的那样。然后接收符号r_i，j乘以原来信道估计c_i的共轭。由于解调的引导符号贡献数目有变化，无偏置的信道估计用N_p/(N_p-1)进行缩放，并减去偏置，这里偏置由(8)式的第二项给出。 ${\hat{a}}_{i,j}^{\′}=r_{i,j}{(c_i{N}_p/(N_p-1))}^{*}-\left(r_{i,j}{r}_{i,j}^{*}{a}_{i,j}\right)/(N_p-1)---\left(8\right)$

来自多个时隙的多个引导符号用于信道估计的另一例子中，可使用平均和内插算法来吸收不同数据。(9)式、(10)式和(11)式说明了可使用的一些示范的平均和内插算法。比如(9)式中，来自当前时隙的信道估计c_i用来自前一时隙的信道估计(即C等于c_i-1)进行平均，而这里w_i，j等于w_c等于1/2。 ${\hat{a}}_{i,j}^{\′}=r_{i,j}\frac{{(c_i{N}_p/(N_p-1)+c_{i-1})}^{*}}{2}-\left(r_{i,j}{r}_{i,j}^{*}{a}_{i,j}\right)/\left(2(N_p-1)\right)---\left(9\right)$

(10)式中对信道估计进行指数滤波以形成平均信道估计(即C_i+1等于(1-a)C_i+aC_i)，这里w_i，j等于a而w_c等于1-a，a是指数滤波器系数。 ${\hat{a}}_{i,j}^{\′}=r_{i,j}{(a{c}_i{N}_p/(N_p-1)+(1-\mathrm{\α})C_i)}^{*}-\left(r_{i,j}{r}_{i,j}^{*}{a}_{i,j}\right)\mathrm{\α}/(N_p-1)---\left(10\right)$

最后，(11)式中，信道估计按照时隙中符号位置进行内插，这里C等于c_i-1、w_i，j等于w₁+jΔw、w_c等于w₁+(N_p-j)Δw，并且这里w₁是内插的起始处而Δw是增加值。 ${\hat{a}}_{i,j}^{\′}=r_{i,j}\frac{{((w_1+\mathrm{j\Δw})c_i{N}_p/(N_p-1)+(w_1+(N_p-j)\mathrm{\Δw})c_{i-1})}^{*}}{2w_1+N_p\mathrm{\Δw}}*$ $\left(r_{i,j}{r}_{i,j}^{*}{a}_{i,j}\right)\frac{(w_1+\mathrm{j\Δw})/(N_p-1)}{2w_1+N_p\mathrm{\Δw}}$ (11)

本发明并不局限于这些描述并且提供描述是出于示范和解释的目的。包括的附图提供对本发明的深入理解，而且与附图合为一体而构成此说明书的一部分，它说明了本发明的一个实施方案。附图以及描述用来解释本发明的原理并不想限制本发明的范围。

Claims (12)

1.一种估计无线电电信系统中的链路质量的方法，包含以下步骤：

接收控制信号；

对每个控制信号得出一个信道估计；

计算每个控制信号对信道估计的贡献；

将每个信道估计修改为相应控制信号对信道估计的贡献的一个函数；并且

基于上述修改的信道估计得出链路质量测量。

2.如权利要求1的方法，其中确定并消除来自相应信道估计的每个控制信号关联的偏置。

3.如权利要求2的方法，其中基于上述修改的信道估计得出链路质量测量的上述步骤包含步骤：

估计上述信道估计关联的比特差错率。

4.一种使用引导符号估计无线电电信系统中的链路质量的方法，上述方法包含以下步骤：

发送多个已知的引导符号到上述无线电电信系统中的无线接收机；

基于发送的引导符号对每个引导符号计算信道估计；

对每个信道估计，计算相应引导符号关联的贡献；

通过减去相应引导符号关联的贡献来调整每个信道估计；并且

基于调整的信道估计产生链路质量测量。

5.如权利要求4的方法，其中基于调整的信道估计产生链路质量测量的上述步骤包含以下步骤：

基于调整的信道估计检测引导符号关联的比特；

将检测到的比特与参考的比特序列相比较；并且

基于将检测到的比特与参考的比特序列相比较的上述步骤的结果得出比特差错率。

6.如权利要求5的方法，其中上述调整的信道估计对每个引导符号是分离构成的且每个分离的信道估计排除了每个相应的引导符号的贡献。

7.一种用于估计无线电电信系统中链路质量的设备包含：

用于在无线电接收机中接收多个控制信号的装置；

用于对每个控制信号得出一个信道估计的装置；

用于将每个信道估计修改为相应的控制信号对信道估计的贡献的一个函数的装置；以及

用于基于上述修改的信道估计得出链路质量测量的装置。

8.如权利要求7的设备，其中用于将每个信道估计修改为相应的控制信号对信道估计的贡献的一个函数的装置包含：

用于消除来自相应信道估计的每个控制信号关联的偏置的装置。

9.如权利要求8的设备，其中用于基于上述修改的信道估计得出链路质量测量的上述装置包含：

用于估计上述控制符号关联的比特差错率的装置。

10.一种使用引导符号来估计无线电电信系统中的链路质量的设备，上述设备包含：

用于发送多个已知的引导符号到上述无线电电信系统中的无线电接收机的装置；

用于基于发送的引导符号的数目对每个引导符号计算分离的信道估计的装置；

用于对每个信道估计，计算其相应引导符号关联的贡献的装置；

用于通过从每个信道估计中减去相应引导符号关联的贡献来调整每个信道估计的装置；以及

用于基于调整的信道估计产生链路质量测量的装置。

11.如权利要求10的设备，其中用于基于调整的信道估计产生链路质量测量的上述装置包含：

用于基于调整的信道估计检测引导符号关联的数据比特的装置；

用于将检测到的比特与已知的比特序列相比较的装置；以及

用于基于将检测到的比特与已知的比特序列相比较的上述步骤的结果得出比特差错率的装置。

12.如权利要求11的设备，其中上述用于调整的信道估计的装置对每个引导符号分离构成且每个分离的信道估计排除了每个相应引导符号的贡献。

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