在无线网络中处理信号的制作方法

专利名称：在无线网络中处理信号的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线网络中处理信号并且尤其是但不专用于在无线蜂窝通信系统的 软调制解调器中处理信号。
背景技术：
在无线通信的领域中，尤其是在无线蜂窝通信的领域中，近些年对将收发器的更 多信号处理功能移入到软件中这种思想的兴趣在在增加。有时将趋向于软件实现的收发器 称为软件调制解调器或“软调制解调器”。软件调制解调器背后的原理是在通用的、可编程 的、可重新配置的处理器中而不是在专用硬件中执行无线通信所需的相当大部分的信号处理。软调制解调器类型系统的优点是它能够被编程并且有可能被重新编程以处理不 同的协议、算法、功能、无线接入技术等等。例如，传统上不同的无线接入技术要求不同的专 用硬件被包含在电话或其它无线终端上，并且适于对多个无线接入技术进行处理的终端或 “多模”终端必须包括不同组的专用硬件。这个问题可由软件调制解调器技术来解决，其中 在软件中对根据不同无线接入技术进行通信的差异进行处理。处理器可以被编程为对包括 例如GSM、UMTS、EDGE、DigRF、高速下行分组接入(HSDPA)、高速上行分组接入(HSUPA)、以及 3GPP长期演进(LTE)标准的2G和3G蜂窝标准进行处理。替代地或另外，软件调制解调器技术的使用可使制造商、经销商、或者供应商购买 一批通用或“标准不可知”的处理器并且此后根据用于不同客户或目的的不同无线电标准 和技术来对它们进行编程。通过对软调制解调器进行重新编程还可很容易且便宜地对它进 行更新以对新的或不同的技术进行处理。然而，实际上实现软调制解调器的困难在于对于给定处理器而言没有足够处理资 源能被用来提供与优选的性能一样高的性能。这尤其可能是在诸如移动电话这样的相对低 成本的消费设备的情况下。然而，仍然希望的是软调制解调器的性能应该是在可与其硬件 对应部分竞争的级别。在其它情况下，对处理资源使用的制约不是通过处理器的计算能力 的限制来设置的，而是通过用于限制设备在通用或在特定模式或操作条件下的功耗的要求 来设置的。

发明内容
本发明的目的是减少或消除有限处理资源的影响和/或限制其信号处理功能至 少部分是由软件实现的接收器中的功耗。根据本发明的一个方面，提供了一种无线接收器，该无线接收器包括接收装置，用于接收无线外部环境中的信道上的信号；处理器，该处理器被配置成执行用于从所述信号提取被处理的数据的多个信号处 理功能，所述信号处理功能的每一个具有需要不同的处理资源使用级别的多个替代软件实 现；以及
存储装置，用于存储所述替代软件实现；其中处理器被配置成估计与外部环境有关的至少一个参数，并且根据所述至少一 个参数以及根据所述处理资源的可用性来为相应信号处理功能的每一个选择并执行软件 替代中的一个，以便应用适于所述被处理的数据的所需质量的一组实现。本发明的另一方面提供了一种用于对无线外部环境中的无线信号进行处理的方 法估计与外部环境有关的至少一个参数；确定至少一个处理资源的可用性；以及根据所述至少一个参数以及根据所述处理资源的可用性，为用于从所述信号提取 被处理的数据的多个信号处理功能的每一个选择并执行多个软件替代中的一个，所述信号 处理功能的每一个具有需要不同的处理资源使用级别的多个替代软件实现，以便应用适于 所述被处理的数据的所需质量的一组实现。本发明的进一步方面提供了 一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括多个代码块，每个代码块包括信号处理功能的软件实现，所述软件实现需要处理 资源的使用级别；估计代码装置，该估计代码装置被配置成估计与外部无线环境有关的至少一个参 数；以及选择代码装置，该选择代码装置适于根据所述一个或多个参数并且根据所述处理 资源的可用性来为多个信号处理功能的每一个选择软件替代中的一个，以便应用适于所述 被处理的数据的所需质量的一组实现。本发明人认识到对于任何给定的信号处理功能而言，通常有多个不同的可能软件 实现或者起作用的不同版本，其每一个具有不同处理成本，并且此外认识到这些实现之间 的优选折衷取决于通常将随时间而变的信道条件、网络相关操作条件和/或系统需求。典 型地在最大成本组的实现的处理成本超过了总的可用处理资源的情况下需要折衷。但折衷 也可由于其它原因以便降低可能与特定操作条件或系统需求有关的功耗，或者为被处理器 潜在处理的其它任务保留处理资源。本发明的原理可应用于处理接收到的信号或者用于发送器处理。然而，它的应用 主要涉及接收器处理，因为对于每个标准而言规范实际上固定了所需的发送器处理。与无线外部环境有关的参数能够表示信道条件、网络操作条件和/或系统条件。 在这方面，系统需求或条件得自于特定通信系统和标准_例如无线标准所设置的给定应用 的质量要求或误差率要求。这与网络操作条件不同，网络操作条件例如是指蜂窝负载(用 户数)、流量条件、来自其它蜂窝的干扰等等。处理资源能够包括多个处理器周期中的至少一个以及大量存储器，该存储器包括 随机存取存储器、高速缓冲存储器以及寄存器组中的至少一个。接收器能够包括用于根据处理资源的最大可用性或者功耗所制约的上限目标来 确定所述可用性的装置。所需质量能够基于从被接收的信号恢复出被发送的数据过程中的误差率性能 (包括误码率性能和块误差率性能)、要实现规定的误差率性能所需的信号失真率、要实现 规定的误差率性能所需的时间延迟，其包括重发方案所规定的信息数据的发送次数、被恢
5复的数据中的可测量失真、以及从蜂窝网络的蜂窝断开接收器的可能性中的至少一个。接收器能够包括选择准则表格，该选择准则表格可通过至少一个参数以及处理资 源的可用性而访问，并且该选择准则表格因此能够提供与用于被处理的数据的所需质量的 所需软件替代有关的信息。为了更好地理解本发明并且示出如何同样得以实施，现在通过示例的方式参考附 图。


图1示出了用于实现本发明的示例性平台。图2是处理资源的分配的示意性表示；图3是接收分集处理功能的示意性表示；图4是信号检测处理功能的示意性表示；图5是功能选择处理的示意图。
具体实施例方式图1是用于在无线通信系统中发送并接收信号的设备1的示意性方框图。这种设 备能够以多种不同方式实现，但是在图1的示例中一系列射频(RF)和中频(IF)级12被设 置成通过一个或多个天线14接收和发送无线信号(Rx和Tx)。块12包括用于处理所接收 到的模拟无线电信号Rx并且提供数字信号抽样r(k)的部件。这能够以本技术领域所熟知 的不同方式实现。将抽样r (k)提供给与处理器2、指令存储器4以及数据存储器6进行通信的数据 传输引擎10。处理器2负责对抽样r(k)进行处理。该处理器能够执行以代码序列形式保 存在指令存储器4中的多个不同功能。设备1可以被称为软件调制解调器或软调制解调器。最好是，软件调制解调器是 软基带调制解调器。也就是说，在接收侧上，用于从天线接收RF信号直到并且包括混缩 (mixing down)到基带的所有无线电功能是以专用硬件实现的。类似地，在发送侧上，从从 基带混合(mixing up)至将RF信号输出到天线的所有功能是以专用硬件实现的。然而，基 带域中的所有功能是以存储在存储器4上的并且是由处理器2来执行的软件实现的。虽然 这是优选实现，但是还可预见到RF/IF级不是由专用硬件实现的解决方案。在优选实现中，块12中的RF/IF级的接收部分中的专用硬件可以包括低噪声放大 器(LNA)、用于将所接收到的RF信号下变频到IF并且从IF下变频到基带的混合器、RF和 IF滤波器级、以及模数转换(ADC)级。为多个接收分集支路的每一个在同相且正交基带支 路的每一个上提供了 ADC。块12中的RF/IF级的发送部分中的专用硬件可以包括数模转 换(DAC)级、用于将基带信号上变频到IF并且从IF上变频到RF的混合器、RF和IF滤波 器级、以及功率放大器(PA)。用于执行这种基本无线电功能的所需硬件的详情为所属技术 领域的专业人员所熟知。软件调制解调器此后对诸如以下功能进行处理-调制和解调；-交织和去交织；
_速率匹配和去匹配；_调制和解调；-信道估计-均衡-耙式处理(Rakeprocessing) -比特对数似然比(LLR)计 算_发送分集处理_接收分集处理_多个发送和接收天线(多输入多输出，或MIMO处理)_语音编解码器-通过功率控制的链路自适应或者自适应调制和编码-蜂窝测量在优选实施例中，所使用的芯片是Icera生产的并且是以商标LivantO 出售 的。这种芯片具有例如在W02006/117562中所描述的专门化处理器平台。本发明基于各种信号处理功能的每一个通常具有多个替代的可替换实现的思想， 所述多个替代的可替换实现可实现性能与复杂性之间的不同折衷和/或是具体地针对不 同操作条件。图2是用于说明利用这个概念的资源管理系统16的高级图式化方框图。该系 统16包括参数估计块17a ；网络相关操作条件块17b ；系统需求块17c ；判定块18，该判 定块被设置成接收来自块17a、17b、17c的估计；以及多个信号处理功能20a至20d，这多 个信号处理功能的每一个用于对从块12中的接收器前端所接收到的信号进行处理，每一 个被设置成接收来自判定块18的判定，并且每一个具有多个可能实现20a(i)-20a(iii)、 20b(i)-20b(iii)等等。应该注意的是纯粹为了说明性目的选择了每一个具有三个可能实现 (i)-(iii)的四个功能A-D的示例。系统16可具有任意数目的信号处理功能20，每一个具 有任意数目的替代实现。系统16是以软件实现的，以至于实际上块17a，17b，17c、判定块18以及信号处理 功能20a-20d的每一个包括存储在存储器4中的并且被设置成由处理器2执行的代码的一 部分。在操作中，判定块18接收表示信道条件、与网络相关操作条件有关的输入、以及 系统要需求的信道参数。判定块18还知道要被管理的至少一个处理资源的可用性。最好是 处理资源是分配给处理器所处理的每个信号处理功能的处理器周期的数目。判定块18所 考虑的替代或额外处理资源是存储器、或者RAM、高速缓冲存储器、和/或寄存器的可用性。 其它选项对于所属技术领域的专业人员来说是显而易见的，并且“处理资源”通常是指分配 给特定软件任务的处理器的任何有限实用程序(finite utility)。“可用性”可以是可用资源的总的最大值或者诸如功耗的一些其它因素所制约的 上限目标。通过考虑可用资源和信道条件这两者，判定块判定哪个替代实现用于信号处理功 能20a至20d的每一个。在图2所示的示例性环境中，判定块18选择第一功能20a的第一 实现20a(i)、第二功能20b的第三实现20b(iii)、第三功能20。的第二实现20。(ii)、以及第 四功能20d的第一实现20d(i)，由此保持总共分配的资源在最大限度22之下。对于给定的 无限资源，那么优选的实现组对于确定的信道条件而言是不同的。然而，对于给定的资源 的有限限制，判定块在不同实现之间进行折衷以找到对讨论中的特别信道条件的最佳折衷 案。如果信道条件变化了，那么折衷可以改变并且判定块18可以分配一组新的实现并且由 此重新分布处理资源或资源。
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判定块18选择折衷以便降低有限资源的影响，即因此降低最终用户所受到的实 际切实影响或者理想地使其可以忽略。这种切实影响包括电话呼叫中的可听噪声或失真、 数据丢失(即增大的误码率)、或者用户与蜂窝断开。所选折衷也可以不受到可用资源的限制的影响，而是受到可能与特定操作条件或 系统需求有关的功耗制约的影响。现在对一些特定示例进行描述。首先对信号处理功能以及其替代实现的一些示例 进行描述，并且对于每个功能而言如果处理资源不受到限制则如何根据信道条件来选择理 想实现。此后描述在处理资源是有限时判定块18如何选择“非理想”实现组的示例。如普通技术人员所知道的，发生多路径衰落，其中信号通过多个传播路径从发送 器传播到接收器，这会导致接收彼此干扰的相同信号的多个复本。这些不同路径是由于诸 如建筑物或其它物体的障碍物的反射和阻碍。结果是在位置的范围内所接收到的信号将是 通过多个传播路径所接收到的信号的多个复本的叠加。在位置的范围内，所接收到的信号 强度因此显示出由于不同传播路径的建设性和破坏性干扰所造成的峰谷图案。空间接收分集是这样的技术，即凭此接收器可提供有多个物理上分离的天线。每 个接收天线与相应传播信道相对应，在这方面所述相应传播信道是由在给定接收天线所受 到的多个传播路径造成的。接收分集背后的基本思想是如果在不同衰落传播信道上接收到 信号的版本，那么这些不同版本的组合将不会因衰落而过度劣化。然而，接收器的增大“维 数”还会引起增大的计算成本。图3示出了信号处理功能中的一个包括接收分集方案的示意性方框图。该 接收分集处理功能2CV包括分集信号选择块24和信号检测块26。分集信号选择块被设置 成通过块121; ...，12m的接收器前端从与M个传播信道相对应的M个相应天线H1GO至 14M(k)接收信号Γι (k)至rM(k)。接收分集功能20kd进一步被设置成接收来自判定块18的 输入并且输出N个信号r/ (k)至rN' (k)。信号检测器被设置成接收N个信号r/ (k) 至rN' (k)并且输出组合信号y(k)。参数估计块17a还被设置成接收M个信号ri(k)至 rM(k)。接收分集功能20kd是以软件实现的，以便实际上块17a，17b，17c、判定块18、分集 信号选择块24以及信号检测块26中的每一个包括存储在存储器4中的且被设置成由处理 器2执行的代码的一部分。在操作中，参数估计块17估计表示每个传播信道的信道条件的信道参数并且将 所估计的信道参数输出到判定块18。还对网络相关操作条件和/或系统需求进行监控 (17b，17c)并且将其提供给判定块18。判定块18不但对块24进行控制而且还对块26进 行控制以确定分集处理的维数。根据这些参数，判定块18将判定N输出到分集信号选择块 24，N是将被从可能的M个接收的信号ri(k)...rM(k)组合的信号r/ (k)...rN' (k)的数 目，其中N <M。信号检测器26此后利用例如基于最小均方误差组合(MMSE)处理或最大 比合并(MRC)的检测算法来对N个所选信号η ‘ (k)...rN' (k)进行组合，其详情为所属 技术领域的专业人员所熟知。M能够是从2以上的任何数目，并且N能够是从1到包括在M 内的任何数目。所选的分集程度越高，即N越高，则需要越多的处理资源以对信号 r/ (k)...rN' (k)进行处理。但是增大的分集仅在确定的信道条件方面提供了性能优点，
8这会随时间而变。因此，判定块18必须权衡益处与计算成本。为了使接收天线14之间的空间分离足够(相对于无线电传输的载波波长而言)， 在不同天线14上所接收到的信号版本的特征在于不相关的信道(即具有独立地衰落抽头 加权的信道脉冲响应)。如果在不同天线上所接收到的信号的特征在于不相关的信道，那么 该系统实现分集增益，其能够被用于改善接收器的误差性能。分集增益和相应性能优点降 低了分集信道之间的增大的相关性。尽管如此，即使在存在相关信道的情况下，天线分集仍能够提供就下述功率增益 而言的性能优点，所述功率增益在不同分集支路上的信号受到不相关扰动(通称噪声和/ 或干扰，并且最好是噪声和干扰的总和)的影响时最大。该增益降低已增大的不同分集支 路上的扰动的相关性。因此还要考虑对信騷比(signal-to-disturbance ratio)的估计以估计出接收分 集处理的性能优点是否很可能主要是从衰落分集(分集增益)或不相关扰动(功率增益) 得到的-这反过来允许适当地使用对不同分集信道之间的相关性以及不同分集支路上的 扰动的相关性的特定估计。为了利用该观察，在这里所讨论的自适应接收器结构动态选择(根据信道条件) 以根据所有可用的接收分集信号或者可用的接收分集信号的子集-下至可能使用单个被 接收的信号(在这种情况下接收器处理不利用天线分集)来执行信号检测。因此在一个示例中，如果出现以下情况，判定块18可以确定出使用任何两个传播 信道之间的接收分集提供了值得的性能优点(a)传播信道之间的相关性足够低并且每个信道上的信騷比足够高；或者(b)传播信道之间的相关性很高，但每个信道上的信騷比很低并且每个信道上的 扰动的相关性足够低；但是否则性能优点不会比分集所引起的增大的计算成本(即处理资源的使用)更重要。相关性是统计测量，并且如何计算相关性的详情为所属技术领域的专业人员所熟 知。通过对信道相关性的适当门限、信騷比(SRD)和/或扰动的相关性(实际门限级 是设计选择的问题)进行校准，判定块18能够被用于确定基于来自一对天线14的信号的 分集处理是否将提供显著的性能优点，并且如果这样的话根据指定的接收分集方案选择它 们以用于处理。如果阵列中存在不止两对，那么判定块18能够对天线配对14” . . 14m的各 种不同组合对进行评估并且从而确定要对M个天线信号中的哪些和多少个进行处理。^ Φ it Λ ^J Page White & Ferrer、g 禾尔力 “Wireless Receiverwith Receive Diversity”、参考号为315723. GB的UK专利申请中对该分集选择的进一步详情进行了描 述。如就图4所讨论的，信号处理功能的替代实现的其它示例包括均衡器和耙式接收
ο例如在纽约的麦克劳-希尔出版公司在1995年出版的作者为J.G. Proakis的 "Digital Communication”中描述了耙式处理器。如果代码多路复用传输之间的MAI (多址 干扰)与其它噪声源和干扰是可比的，那么在存在代码相关性的情况下这类接收器遭受性能劣化。在这些条件下，通过在解扩展(despreading)之前企图恢复代码之间的正交性可 实现性能优点。基于耙式处理的传统3GPP接收器的次优性(sub-optimality)会引起显著 的性能恶化，尤其是下行数据率从WCDMA版本99的384kbps增大到若干Mbps的高速下行 分组接入(HDSPA)率。当多路径破坏了代码正交性时，有效方法是使用信道均衡而不是耙 式处理。在过去的几十年中广泛地采用信道均衡技术以用于抗击频率选择传输信道上的 符号间干扰。在纽约的麦克劳-希尔出版公司在1995年出版的作者为J.G. Proakis的 "Digital Communication"以及在1987年，新泽西，恩格尔伍德克利夫斯，普伦蒂斯霍尔， 作者为 S. Benedetto, Ε. Biglieri, V. Castellani 的"Digital Transmission Theory，，中 对信道均衡技术进行了描述。信道均衡器最近在时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)移 动无线系统的接收器方面得到应用。在I EEE车辆技术大会会报，1997年5月，亚利桑 那州，凤凰城，第 1 卷，第 203-207 页，作者为 A. Klein 的‘‘Data Detection Algorithms SpeciallyDesigned for the Downlink of CDMA Mobile Radio Systems” 中对将信道均 衡应用到CDMA蜂窝式系统的示例进行了描述。尤其是在同步CDMA蜂窝式系统中，与3GPP WCDMA标准的前向链路的情况一样，芯片级均衡允许以增大实现复杂度为代价显著地提高 传统耙式接收器的性能。与3GPP高速下行分组接入(HSDPA) —样，该优点对高速率数据传 输尤其重要。更适合使用均衡器还是耙式接收器以进行信号检测将取决于会随着时间而变的 信道特征。因此在该实施例中，本发明可被配置成根据对从信道参数、网络参数或者系统参 数所得到的相关操作条件的估计来在耙式接收器或均衡器的使用之间进行选择。为了可实 现的性能与实现复杂性(并且因此计算成本)之间最好折衷，该方法可扩展到选择特定耙 式接收器或均衡器设计参数，和/或选择适当的均衡算法。图4是示出了信号检测功能20dp的示意性方框图，所述信号检测功能20DP被设置 成接收来自判定块18的输入，判定块18依次被设置成接收来自参数估计块17的输入。信 号检测功能20dp包括第一开关块34、第二开关块36、耙式接收器30、以及均衡器接收器32。耙式接收器30包括相对于不同的CDMA信道的多个耙式处理块38，每个耙38包括 多个解扰器/解扩器44、多个相应乘法器46、以及加法器48。均衡器接收器32包括芯片级 均衡器42和多个解扰器/解扩器44，对于每个CDMA频道一个解扰器/解扩器44。开关块 34被设置成接收从块12的接收器前端所得到的输入信号(k)并且将其传给耙式接收器30 和均衡器32中的所选一个。在耙式接收器30中，如果已选择，则每个解扰器/解扩器44被设置成接收来自开 关块34的输入。每个乘法器46被设置成接收其相应解扰器/解扩器44的输出，并且加法 器48被设置成接收讨论的耙式处理块38的所有乘法器46的输出。每个解扰器/解扩器 44以及其相应乘法器46构成了耙式接收器的相应指。 在均衡器接收器32中，如果已选择，那么芯片级均衡器42被设置成接收来自开关 块34的输入。每个解扰器/解扩器40被设置成接收芯片级均衡器42的输出。
开关块36被设置成接收耙式接收器30的每个耙式处理块38中的每个加法器48 的输出，并且接收均衡器接收器32的每个解扰器/解扩器40的输出。
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信号检测功能20DP是以软件实现的，以便实际上参数估计块17、判定块18、开关块 34和36、耙式接收器30以及均衡器接收器32中的每一个包括存储在存储器4中并且设置 成由处理器2执行的代码的一部分。这包括解扰器/解扩器40和44、芯片级均衡器42、乘 法器46以及加法器48。在操作中，参数估计块17估计表示每个传播信道的信道条件的信道参数，并且将 所估计的信道参数输出到判定块18。根据这些参数，判定块18将判定输出到开关块34和 36以使输入信号y (k)转向通过耙式接收器或均衡器接收器32。判定块18还接收与网络 相关操作条件和/或系统需求有关的输入。如果选择了耙式接收器30，那么将信号y (k)导向耙式处理块信道支路38的每一 个。每个耙式处理块38应用不同的信道化码(即扩展码)以从多路复用的输入恢复出相 应信道。在给定耙式处理块38之内，将信号r(k)输入到每个解扰器/解扩器44，其中它与 处于适当时间延迟的信道的信道化码相关。时间延迟对于不同指而不同，以便分离出所接 收的信号的不同多径信道分量。此后相应乘法器46对每个分量进行加权以执行最大比合 并(MRC)。耙式接收器的详情为所属技术领域的专业人员所熟知。如果选择了均衡器接收器32，那么将信号r(k)导向芯片级均衡器42，该芯片级均 衡器42应用算法以利用抽头延迟线滤波器对信道的时间响应进行补偿。将均衡器42的最 终输出传给对每个信道应用了信道化码的解扰器/解扩器40。借助于开关块36从信号检测功能20dp输出从耙式接收器30和均衡器接收器32 中所选一个的输出。现在讨论判定块18在耙式接收器30与均衡器32之间进行选择的可能方式。基于耙式处理的传统码分多址(CDMA)接收器在存在多路径传播的情况下由于信 道化码之间的正交性丧失而遭受性能劣化。如为所属技术领域的专业人员所熟知的，在 CDMA无线系统中，利用即就是信道化码的单独扩展序列将不同物理信道多路复用成代码 域。对于正交扩展码字而言，此后能够通过解扩展在接收器有效地分离出原始数据符号。但 是扩展码仅在理想的时间校准的条件下彼此正交。在存在多路径传播的情况下，代码正交 性丧失，并且解扩展的操作受到多址干扰(MAI)的影响。如果代码多路复用传输之间的MAI与其它噪声源和干扰是可比的，那么耙式处理 器依赖于扩展序列的相关性特性并且在存在代码相关性的情况下遭受性能劣化。对于同步CDMA传输而言，例如在3GPP W-CDMA标准的前向链路的情况下，用于在 多路径破坏了正交性时解决上述问题的有效方法是使用芯片级信道均衡器。使用信道均衡 通常以增大实现复杂性以及由此就处理资源而言的计算成本为代价对传统耙式接收产生 显著的性能优点。与3GPP高速下行分组接入(HSDPA) —样，该优点对于高数据率传输尤其 重要。然而，本发明人注意到在存在低几何结构(即与总的接收功率相比所接收到的噪 声加蜂窝间干扰的级别很高)的情况下、在存在高多普勒扩展(与高度地随时间而变的传 播信道相对应)的情况下、在存在高信道延迟扩展(与由于有限的信道估计窗所造成的可 能的信道能量损失相对应)的情况下信道均衡不能提供优越性能。如果均衡系数的误差也 很高，例如由于对信道脉冲响应的估计误差，那么信道均衡也不能提供优越性能。在存在特 定信道特征的情况下，诸如在线性均衡以及零点接近ζ平面的单位圆的信道传输功能的情
11况下，如果均衡器不能抵消多路径信道的影响，那么信道均衡也不能提供优越性能。其它方 案也是可能的。在一个示例中，判定块18可以确定出如果信道均衡器32不能提供显著足够的性 能优点以证明额外的实现复杂性和功耗是正当的，那么耙式接收器30的使用优于信道均 衡器32的使用。作为特定示例，如果是下述情况，则判定块18确定不使用均衡器32 (a)估计的多普勒扩展(或者最大多普勒频率)过高；(b)信道延迟扩展过高，例如就用于信道估计或通常用于计算均衡器系数的时间 窗之外的信道能量而言所测量的；(c)标识出对均衡器的操作关键的信道特征的ζ平面中的信道零点在确定的位 置，例如具有太接近线性均衡的单位圆的零点，或者具有分数间隔均衡的均衡器子信道当 中的公共零点；(d)所估计的蜂窝几何形状过低，例如所接收到的蜂窝内功率与噪声加蜂窝间干 扰功率之间的比值过低，或者噪声加蜂窝间干扰功率与总的接收功率之间的比值过高；但是否则应选择均衡器接收器32优于(in favour of)耙式接收器30。通过对所估计的多普勒估计的适当门限、延迟扩展，信道零点以及蜂窝几何形状 (实际门限级是设计选择的问题)进行校准，判定块18因而能够用于在耙式接收器30与均 衡器接收器32之间进行选择。此外，对均衡器的限制通常取决于处于考虑之中的特定均衡器算法，并且每个算 法也具有不同计算成本。因此，对信号检测功能的替代实现的选择可替代地或另外包括在 不同均衡器算法之间进行选择。例如，判定块18可在线性与非线性均衡器结构之间进行选择。该选择的准则可以 基于ζ平面中的信道零点的位置，例如对于线性均衡而言零点太接近单位圆会排除波特间 隔(baud-spaced)线性均衡器。另外，该选择取决于特定传输条件。例如，在HSDPA系统中， 判定反馈均衡器的使用可局限于这样的条件，其中向用户分配相当大部分的下行功率-其 确定能够被用于判定反馈而无需对其它用户数据进行判定的下行信号的部分。此外，判定块18可在均衡器算法的波特间隔或分数间隔均衡器结构之间进行选 择。这也例如基于信道零点的位置，并且应考虑到过度传输带宽的量。波特间隔或分数间 隔设计能够与线性或者非线性选择一起使用。此外，判定块18可在最小均方误差(MMSE)准则、均衡器算法的最小平方(LS)准 则或迫零(ZF)准则、或者基于不同成本的包括最大似然性(ML)准则和最大后验概率(MAP) 准则的准则之间进行选择。用于在这些准则之间进行选择的因素包括对信騷比的估计或者 表示扰动的统计分布的其它估计。例如，对于高信騷比而言利用ZF准则能够获得可接受的 性能。另一方面，在存在非高斯型扰动的情况下就MMSE均衡器而言使用LS均衡器可以是 优选的。ZF、LS、或者MMSE中的任何一个能够与波特间隔或分数间隔以及线性或非线性结 构一起使用。此外，判定块18可在块处理或抽头自适应规则的实现之间进行选择。在这两个策 略之间进行选择可以取决于信道非平稳性或时间选择性的程度，例如通过对多普勒扩展的 估计。对信号检测功能的替代实现的选择替代地或者另外包括在均衡器算法的不同均
12衡器参数之间进行选择。例如，根据对信道延迟扩展的估计来选择用于对信道脉冲响应进行估计的时间 窗。该选择还取决于对蜂窝几何形状或者输入信騷比的估计和/或取决于对所估计的信道 系数的信騷比的估计。如在我们的申请No. Page White & Farrer Ref. 316036GB中所描述 的，能够对蜂窝几何形状进行估计。此外，根据对信道非平稳性或时间选择性的程度的估计，例如通过对信道多普勒 扩展的估计，选择用于对信道脉冲响应或者所估计的信道脉冲响应的更新频率进行估计的 适当滤波器的存储器。对信道估计滤波器的选择还基于对蜂窝几何形状或输入信騷比的估 计，和/或基于对所估计的信道系数的信騷比的估计。此外，在中间至低的信号噪声加干扰比时，通过将幅度低于适当门限的所估计的 信道系数设置为零能够降低总的信道估计误差。根据对蜂窝几何形状或输入信騷比的估 计，和/或基于对所估计的信道系数的信騷比的估计来选择该门限的值。此外，在存在非平稳输入噪声的情况下通过对非平稳性的程度进行测量(噪声近 似恒定的时间间隔)可使用于在例如MMSE均衡情况下对输入噪声变化进行估计的适当滤 波器的存储器自适应。或者在完全不同的基础上，该滤波可取决于它便于集中对输入噪声 观测的周期性-这反过来仅是由要在特定操作条件或者在关键处理要求之下降低复杂性 的需要而激发的。此外，例如可根据对信道长度或信道延迟扩展以及ζ平面中的信道零点位置的估 计来选择均衡器系数的数目(即均衡器时间跨度)。在判定反馈均衡的情况下前馈和反馈 均衡器系数的数目类似地基于对信道长度或信道延迟扩展以及ζ平面中的信道零点位置 的估计。此外，可根据对信道非平稳性或时间选择性的程度的估计，例如通过对信道多普 勒扩展的估计，选择在块均衡情况下均衡器系数的更新频率或者在自适应均衡情况下的系 数步长。此外，根据对从ζ平面中的信道零点位置所得到的信道相位特性的估计来选择均 衡器延迟。对信号检测功能的替代实现的选择替代地或另外包括在不同耙式算法之间进行 选择。这涉及对适当滤波器的选择，所述适当滤波器用于估计和跟踪信道抽头、选择耙指数 目、以及采用判定指组合的特定策略。还可包括基于像所谓的广义耙式算法这样的耙式结 构的增强处理。在我们的参考文献号为315668. GB( “Adaptive AlgorithmSelection”)的 UK 专利申请“A Radio Receiver in a WirelessCommunication System” 以及我们的参考 文献号 315878. GB( “AdaptiveParameter Selection”)的 “A Radio Receiver in a WirelessCommunication System”中可找到均衡器和耙式选择的进一步详情。上述概念也可应用于卷积和涡轮解码的不同实现以及用于计算信道解码(或者 通常用于计算信道解码的比特可靠性信息)的比特对数似然比(bit lot-likelihood)的 不同实现。上面已描述了一些示例性信号处理功能20以及一些示例准则，这些示例准则用 于在如果独立考虑的情况下在那些功能的每一个的替代实现之间进行选择。然而，忽略了
13这样一个事实，即这种信号处理功能20典型地运行在具有有限的可用处理资源的同一处 理器2上。在这种情况下，不一定会独立考虑每个功能20，因为例如如果理想的实现组超 过了最大可用资源或引起过高的功耗，那么存在对处理资源的竞争。在这种情况下，判定块 18必须在各种信号处理功能20与其替代实现之间做出仲裁以找到可使对最终用户的整体 影响减至最小的折衷。目的是根据信道条件、网络相关操作条件和/或系统需求在对有限处理资源的制 约之下或者为了保持功耗在确定的最大值之下对性能与所需处理资源之间和/或性能与 相关功耗之间的最佳折衷的处理资源进行管理。参考现在图5，图5是用于对如何实现上述目的的特定示例进行说明的示意图。在 步骤Si，与信道条件、网络相关操作条件和/或系统需求有关的信息被用于确定性能目标 (S2)。在步骤S3，定义例如最大处理资源/功耗的相关处理制约。将性能目标和处理制约 提供给选择准则表或表格T以允许在步骤S4根据这些表格中的选择准则来选择功能。上 述解决方案具有这样的优点，即就执行每个单独信号处理功能的不同算法的任一个而言可 在可能的信道实现组上提供改善的接收器性能。例如，再次考虑在耙式接收器或信道均衡 器之间进行选择以实现信号检测的情况。在任何给定时间仅执行耙式或均衡器处理的接收 器的软件实现中，相对于实现信道均衡器的传统接收器而言，上述方法还提供了计算复杂 度的总体降低。在这方面，基于硬件实现的传统调制解调器被迫在最大数据率要求所决定 的设计与将多种算法实例化(instantiation)为单独硅区之间进行选择。这些解决方案意 味着更高的实现成本、大小、和/或功耗，并且任何折衷将不可避免地使性能恶化。另一方 面，上述解决方案通过重新使用公用平台以自适应地选择能够使性能最大化且使功耗最小 化的最佳信号处理功能组可降低复杂度、大小以及成本。应知道的是仅仅是通过示例对上述实施例进行描述。尤其是，本发明并不局限于 示例性信号处理功能、其替代实现的示例、或者用于在上述那些替代之间进行选择的示例 性准则中的任何一个。所属技术领域的专业人员可显而易见地得知其它使用和配置。本发 明的范围并不受到所述实施例的限制，而是仅受到以下权利要求的限制。
1权利要求
一种无线接收器，该无线接收器包括接收装置，用于接收无线外部环境中的信道上的信号；处理器，该处理器被配置成执行用于从所述信号提取被处理的数据的多个信号处理功能，所述信号处理功能的每一个具有需要不同的处理资源使用级别的多个替代软件实现；以及存储装置，用于存储所述替代软件实现；其中处理器被配置成估计与外部环境有关的至少一个参数，并且根据所述至少一个参数以及根据所述处理资源的可用性来为相应信号处理功能的每一个选择并执行软件替代中的一个，以便应用适于所述被处理的数据的所需质量的一组实现。
2.根据权利要求1所述的接收器，其中所述处理资源包括下述至少一个 多个处理器周期；以及大量存储器，该存储器包括RAM、高速缓冲存储器以及寄存器组中的至少一个。
3.根据先前权利要求任何一个所述的接收器，包括用于基于下述中的一个来确定可用 性的装置所述处理资源的最大可用性以及功耗所制约的上限目标。
4.根据先前权利要求任何一个所述的接收器，其中所述所需质量基于下述中的至少一 个在从被接收的信号恢复出被发送的数据过程中的误差率性能；要实现指定的误差率性 能所需的信号失真率；要实现指定的误差率性能所需的时间延迟；被恢复的数据中的可测 量失真；以及从蜂窝式网络的蜂窝断开接收器的可能性。
5.根据权利要求4所述的接收器，其中误差率性能包括误码率和块误差率中的至少一个。
6.根据先前权利要求任何一个所述的接收器，其中所述信号处理功能中的一个包括信 号检测功能。
7.根据先前权利要求任何一个所述的接收器，其中信号检测功能包括接收分集功能， 该接收分集功能的替代实现与对在单独传输传播信道上所接收到的不同数目的信号的处 理相对应。
8.根据权利要求6所述的接收器，其中信号检测功能的替代实现包括耙式接收器和均衡器。
9.根据权利要求6所述的接收器，其中信号检测功能的替代实现包括多个不同的均衡ο
10.根据权利要求6至9中任何一个所述的接收器，其中信号检测功能的替代实现包括 多个不同的均衡器参数。
11.根据先前权利要求任何一个所述的接收器，包括可通过所述一个或多个参数和所 述处理资源的可用性而访问的选择准则表格。
12.根据先前权利要求任何一个所述的接收器，其中至少一个参数表示信道条件、网络 操作条件或者系统条件。
13.一种用于对无线外部环境中的无线信号进行处理的方法 估计与外部环境有关的至少一个参数；确定至少一个处理资源的可用性；以及根据所述至少一个参数以及根据所述处理资源的可用性，为用于从所述信号提取被处理的数据的多个信号处理功能的每一个选择并执行多个软件替代中的一个，所述信号处理 功能的每一个具有需要不同的处理资源使用级别的多个替代软件实现，以便应用适于所述 被处理的数据的所需质量的一组实现。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述处理资源包括下述至少一个 多个处理器周期；以及大量存储器，该存储器包括RAM、高速缓冲存储器以及寄存器组中的至少一个。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述可用性包括基于下述中的一个来确定所 述处理资源的最大可用性以及功耗所制约的上限目标。
16.根据权利要求13所述的方法，其中所述所需质量基于下述中的至少一个在从被 接收的信号恢复出被发送的数据过程中的误差率性能；要实现指定的误差率性能所需的信 号失真率；要实现指定的误差率性能所需的时间延迟，其包括重发方案所规定的信息数据 的多次发送；恢复数据中的可测量失真；以及从蜂窝式网络的蜂窝断开接收器的可能性。
17.根据权利要求13所述的方法，其中误差率性能包括误码率和块误差率中的至少一个。
18.根据权利要求13所述的方法，包括向选择准则表格提供至少一个参数和所述可用 性，从而选择软件替代。
19.根据权利要求13所述的方法，其中至少一个参数表示信道条件、网络操作条件或 者系统条件。
20.一种计算机程序产品包括多个代码块，每个代码块包括信号处理功能的软件实现，所述软件实现需要处理资源 的使用级别；估计代码装置，该估计代码装置被配置成估计与外部无线环境有关的至少一个参数；以及选择代码装置，该选择代码装置适于根据所述一个或多个参数并且根据所述处理资源 的可用性来为多个信号处理功能的每一个选择软件替代中的一个，以便应用适于所述被处 理的数据的所需质量的一组实现。
全文摘要
本发明涉及在无线网络中处理信号。公开了一种无线接收器和相应方法。该接收器包括接收装置，用于接收无线外部环境中的信道上的信号；处理器，该处理器被配置成执行用于从信号提取被处理的数据的多个信号处理功能，该信号处理功能的每一个具有需要不同的处理资源使用级别的多个替代软件实现；以及存储装置，用于存储替代软件实现。处理器被配置成估计与外部环境有关的至少一个参数，并且根据至少一个参数以及根据处理资源的可用性来为相应信号处理功能的每一个选择并执行软件替代中的一个，以便应用适于被处理的数据的所需质量的一组实现。
文档编号H04B1/00GK101911510SQ200880122748
公开日2010年12月8日 申请日期2008年10月24日 优先权日2007年10月31日
发明者C·卢施, S·赫克特, S·阿尔普雷斯 申请人:艾色拉公司