专利名称：码分多址系统中利用功率控制位的信道估计的制作方法
发明
背景技术：
领域本发明的目的是改善蜂窝通信单元的输出，更具体地说，是提高蜂窝通信单元中用于将收到的信号转换成可用输出的信道估计的质量。
例如，MS和BTS可以接收多个方向的信号(例如，某个信号可以被MS直接从BTS收到，也可以被许多不同的地面目标反射过去)，这些信号有可能出现相位不同步，从而互相抵消，降低信号强度。这种信号衰落，通常叫做瑞利衰落，会在这个系统的区域内不同的位置出现，在某些区域这种衰落会导致移动单元完全丢是信号。
这些因素导致的结果是发射机(例如一个蜂窝塔)发射的信号到达接收机(例如一个蜂窝电话)的时候会发生畸变。例如，在拔打蜂窝电话的时候，这种影响会导致耳朵听不清楚，甚至会丢失信号。
为了对付这种畸变，利用了信道估计来确定数据脉冲串中已知导引码元的信号畸变，还利用这些数据脉冲串中其它码元的信道系数(用于获得信道估计的修正因子)在这些导引码元的信道估计的基础之上进行内插。例如，在IS-136系统中，发射的数据脉冲串有162个码元，每个码元都包括两个比特。在这个IS-136系统的扩展建议中，这162码元数据脉冲串中预定已知位置Pi上的数据是预先确定的已知导引码元SPi(其中i＝1～n，n是使用的导引码元的个数)。在IS-136系统的这个扩展建议中，每个码元都包括三个比特。
从导引码元确定的信道系数被用于估计数据脉冲串中每个数据码元最可能的值。也就是说，利用适合于通信单元最可能碰到的情况的内插器或者滤波器对从导引码元确定的信道系数进行插值，以确定这个数据脉冲串中其它码元(也就是数据码元)的信道系数。
对现有技术利用信道估计更详细的讨论在下面的优选实施方案中给出。尽管现有技术中的这种信道估计已经使收到的信号能够被更加准确地解调，但是最终的信道估计仍然会受到差错及其导致的输出信号质量下降的影响。
本发明的目的是解决前面提到的一个或者多个难题。
发明简述一方面，本发明提供适合于一种通过信号与另外一个收发信机进行通信的收发信机。这种收发信机包括一个接收机，用于从其它收发信机接收具有多个码元的信号，这多个码元中包括预先确定的导引码元，还包括一个发射机，用于发射包括多个码元的信号，这多个码元中包括功率控制位，这些功率控制位让其它的收发信机按照选定的功率电平发射信号。这个收发信机还包括一个处理器，用于为收到的码元对信道系数进行内插，作为(1)其它收发信机所选功率电平和(2)预定导引码元和接收机收到的导引码元之间的差的函数。解调器在信道系数插值的基础之上对收到的所有码元进行解调。
在一个优选形式中，处理器计算出导引码元信道系数CPi，使针对选择导引码元的以下和最小ΣE{|RPi-CPi*SPi*WPi|2}]]>其中E是导引码元位置Pi处功率电平的期望值，WPi是导引码元位置Pi处的已知功率电平，RPi是导引码元位置Pi处收到的导引码元，和SPi是已知在导引码元位置Pi上发送的导引码元。
在这种形式中，处理器包括一个内插滤波器，在确定的导引码元信道系数CPi的基础之上，对导引码元信道系数以外的信道系数进行内插。
在第二个优选形式中，利用处理器计算作为所选功率电平的函数的内插滤波器，收到的除了导引码元以外的码元的信道系数被利用这个内插滤波器进行内插。
在第二个优选形式中，当收发信机的功率电平能够精确地设置，其它收发信机能够正确地收到功率控制位的时候，处理器利用以下自相关函数RC’计算内插滤波器RC′/Wi,Wk(i,k)=WiWkJO(2πfD(i-k)TS)]]>其中JO是第一类贝塞尔函数；fD是信道的多普勒扩展；TS是码元持续时间，和Wi和Wk是收到的信号中位置i和k上的已知功率电平。
或者，在这第二个优选形式中，当收发信机碰到总是能够正确地收到功率控制位，而且功率电平的变化总是独立、均匀分布的这种情况的时候，处理器利用以下自相关函数RC’来计算内插滤波器RC′(i,k)/y1,y2,...,yL=E[Wi]E[S1]y1+y2+...yLJO(2πfD(i-k)TS)]]>=AE[S1]y1+y2+...+yLJO(2πfD(i-k)TS)]]>其中JO是第一类贝塞尔函数；fD是信道的多普勒扩展；TS是码元持续时间；j和k是收到的信号的位置；Pi是收到的信号中位置i上的已知功率电平；si是由非零功率控制位引起的信号功率增量；yi等于1或者-1，其中在位置k有L个功率增量步长；E是期望；Wi是收到的信号在位置i上的已知功率电平；和A是收到的信号的平均功率电平。
在第二种形式的另一种选择中，当收发信机碰到这种情况，发射的功率控制位被其它收发信机收到的时候信噪比(SNR)非常差，并且收到的信号的功率电平增量非常精确的时候，处理器利用以下自相关函数RC’来计算内插滤波器RC′(i,k)=AJO(2πfD(i-k)TS)(S+S-12)L]]>其中JO是第一类贝塞尔函数；fD是信道的多普勒扩展；TS是码元持续时间；i和k是收到的信号的位置；s是非零功率控制位导致的信号功率的增量ΔWi；L是功率的增量步长的个数；和A是收到的信号的平均功率电平。
在第二种优先形式的又一种选择里，当收发信机碰到功率控制位被以很差的信噪比(SNR)收到，而且收到的信号的功率电平增量不精确的情况的时候，处理器利用以下自相关函数RC’计算内插滤波器RC′(i,k)=AJO(2πfD(i-k)TS)(E[S]+E[S-1]2)L]]>其中JO是第一类贝塞尔函数；fD是信道的多普勒扩展；TS是码元持续时间；i和k是收到的信号的位置；s是非零功率控制位导致的信号功率的增量ΔWi；L是功率的增量步长个数；E是期望；和A是收到的信号的平均功率电平。
另一方面，本发明第一种形式中的收发信机用于跟另一个收发信机通信，它包括一个接收机、发射机和处理器。接收机用于从其它的收发信机接收具有多个码元的信号，其中包括预先确定的导引码元。发射机用于发射具有多个码元的信号，其中包括功率控制位，功率控制位让其它的收发信机按照选择择的功率电平发射信号给接收机。处理器用于(a)确定导引码元的信道系数，作为(1)其它收发信机信号的所选功率电平和(2)预定导引码元和接收机收到的导引码元之差的函数，(b)在确定的其它导引码元的信道系数的基础之上，对收到的码元而不是导引码元的信道系数进行内插，和(c)在信道系数的内插基础之上，对收到的所有码元进行解调。
这个收发信机可以是蜂窝电话系统的一个基站，其它收发信机可以是一个移动台，或者反过来。
在本发明第一种形式这一方面的一个优选结构中，计算出导引码元信道系数CPi使选择导引码元的以下和最小ΣE{|RPi-CPi*SPi*WPi|2}]]>其中E是导引位置Pi上功率电平的期望值，WPi是导引位置Pi上的已知功率电平，RPi是在导引位置Pi上收到的导引码元，和SPi是已知在导引信号位置Pi上的导引码元。
在本发明第一种形式的这一方面的另一优选实施例中，处理器包括一个内插滤波器，这个内插滤波器利用计算出来的导引码元的信道系数，对收到的除了导引码元以外的码源的信道系数进行内插。
在本发明第一种形式的再一方面中，收发信机用于通过具有多个码元的信号跟另一个收发信机进行通信，其中一个收发信机用于发射信号，信号中有功率控制位，让其它收发信机按照选择的功率电平发射信号，其它的收发信机用于以选择的功率电平发射返回信号给这个收发信机，这些返回信号中具有包括预先确定的导引码元的码元。这个收发信机包括一个发射机，用于发射信号，一个接收机，用于从其它收发信机接收返回信号，保存预先确定的导引码元的存储器，和一个处理器。这个处理器用于(a)计算导引码元的信道系数，作为(1)其它收发信机信号选择的功率电平和(2)预先确定的储存在存储器中的导引码元跟接收机收到的导引码元之差的函数，(b)在计算出来的导引码元信道系数的基础之上，对码元的信道系数进行内插，和(c)在信道系数的内插的基础之上确定收到的码元。
上面描述的本发明第一种形式的可选和优选结构，也可以跟本发明第一种形式的这一方面一起使用。
在本发明第二种形式的另一个方面，提供了一种单元，用于跟收发信机通信，它在具有数据码元和预先确定的导引码元的数据脉冲串的多个时隙中发射返回信号，包括一个发射机，用于在数据脉冲串中发射信号给收发信机，其中的数据脉冲串有多个时隙，包括数据码元，数据码元中包括功率控制位，让收发信机用这个功率发射返回信号给这个单元，以及一个接收机，用于从收发信机接收返回信号。这个单元还包括一个存储器，用于储存(a)预先确定的导引码元，(b)至少部分地在收发信机发射的信号的功率电平的基础之上的一个自相关函数，和(c)一种算法，用于在自相关函数的基础之上计算内插器。一个比较器用于计算接收机收到的返回信号导引码元跟存储器中预先确定的导引码元之间的差。这些单元还包括一个处理器，用于在这个比较器确定的差的基础之上，计算收到的导引码元的信道系数，用这个方法计算一个内插滤波器，以及利用这个内插滤波器和计算出来的导引码元信道系数获得收到的返回信号中的数据码元。一个单元解调器用来对收到的数据码元进行解调，以及一个输出，用于接收处理器解调得到的码元。
这个单元可以是蜂窝电话系统的一个基站，收发信机是一个移动台，或者反过来。
上面描述本发明第二种形式的一个选择，包括在不同条件下利用不同的自相关函数，还可以用于本发明第二种形式的这一方面。
在本发明第二种形式的另一个方面，提供了一个收发信机，用于用信号跟另一个收发信机进行通信。这个收发信机包括一个接收机，用于从其它收发信机接收有多个码元的信号，其中包括预先确定的导引码元，还包括一个发射机，用于发射有多个码元的信号，其中包括功率控制位，这些功率控制位让其它收发信机按照选择的功率电平发射信号给接收机。这个收发信机还包括一个处理器，用于(a)在选择的其它收发信机信号的功率电平的基础之上，计算一个内插滤波器，(b)用计算出来的内插滤波器在预先确定的导引码元和接收机收到的导引码元之差的基础之上，对除了导引码元以外收到的码元的信道系数进行内插，和(c)在信道系数内插值的基础之上对收到的所有码元进行解调。
上面描述的本发明的第二种形式，包括利用不同条件基础之上不同的自相关函数计算内插滤波器，也可以跟本发明第二种形式的这一方面一起使用。
在本发明的另一个方面中，提供了一种方法，用于改善通信单元接收信号的质量，包括以下步骤(a)从第一个收发信机发射具有数据码元的信号，数据码元中选择的一些码元具有功率控制位，这些功率控制位让第二个收发信机用选择的功率电平发送返回信号；(b)第二个收发信机接收发射的信号；(c)从第二个收发信机发射具有数据码元和导引码元的一个返回信号，这个信号预定位置上的导引码元具有预先确定的值；(d)第一个收发信机接收返回信号；(e)至少部分地在关于返回信号功率电平的功率控制位的基础之上，计算返回信号的数据码元；和(f)用步骤(e)中修正好的数据码元输出收到的信号。
本发明的第一种形式可以用于本发明的这一方面，其中的步骤(e)包括(e1)在(1)第一个收发信机收到的导引码元跟导引码元预先确定值的比较结果和(2)在返回信号功率控制位指令的基础之上，计算返回信号中导引码元预定位置上的修正因子，(e2)在步骤(e1)确定的导引码元修正因子的基础之上，对数据码元的修正系数进行内插，和(e3)用步骤(e2)内插的修正系数修正收到的返回信号数据码元。
在本发明第一种形式的一个优选方案中，通过选择的导引码元让以下和最小，在步骤e1)中计算修正系数CPiΣE{|RPi-CPi*SPi*WPi|2}]]>其中E是导引位置Pi上功率电平的期望值，WPi是导引位置Pi上的已知功率电平，RPi是在导引位置Pi上收到的导引码元，和SPi是已知在导引位置Pi上发送的导引码元。
本发明的第二种形式也能用于本发明的这一方面，步骤(e)包括(e1’)至少部分地在返回信号所选功率电平的基础之上，计算一个内插滤波器，(e2’)确定这些导引码元的修正系数，(e3’)利用计算出来的内插滤波器和确定的导引码元修正系数，对收到的返回信号数据码元的修正系数进行内插，和(e4’)利用内插修正系数确定返回信号数据码元。
在本发明第二种形式的一个优选选择中，计算步骤(e1’)部分地在返回信号所选功率电平的基础之上利用自相关函数。
本发明的一个目的是为蜂窝电话系统这样的通信系统改善信号内插。
图1给出了一个数据脉冲串10，比方说WCDMA(宽带码分多址)系统中经常使用的那种。这个信号包括许多帧(例如72帧)，每一帧都包括多个时隙(比如16个时隙)，每个时隙都包括多个码元。例如，时隙i上有一个导引码元SPi一个功率控制位或者码元SPCi和多个数据码元SDi。但是应当认识到，这些码元中的每一个都能包括一个以上的码元(例如，对于各种类型的系统，导引码元SPi可以是一个或者多个码元，这在本领域中大家都知道)。此外，还应当认识到，这里的数据脉冲串10仅仅是示例性的，本发明可以用于具有不同个数不同种类的帧、时隙和码元的数据脉冲串，只要采用了导引码元和功率控制位就行。
功率控制位SPCi被用于工作在闭环功率控制模式的WCDMA接收机中，以控制发射的返回信号的功率。同样应当认识到，数据脉冲串10仅仅是用于进行说明，每个时隙都能包括比一个功率控制码元SPCi更多或者更少的控制码源，可以(最好是这样)包括多个数据码元SDi(在这里仅仅将这些码元笼统地标为SDi，其中的i用于说明在数据脉冲串10中的位置)。
这样，按照本发明，功率控制信号SPCi包括在BTS发送给MS的数据脉冲串中，用于提高BTS发现其功率太低的MS的发射功率(例如，如果这个MS正在BTS覆盖区的边缘)，如果BTS发现它收到的信号功率太大，就在发送给MS的数据脉冲串中包括功率控制信号SPCi，让这个MS降低它的发射功率(例如，如果MS就在BTS旁边，没有多少干扰，或者如果这个MS发射信号如此之强，以至于干扰了其它信号)。这种功率控制能够帮助降低功耗(从而延长MS的电池寿命)，同时通过降低同频道干扰，保证可靠地接收信号。作为WCDMA中的一个典型实例，功率控制码元SPCi告诉接收机1分贝1分贝地提高或者降低信号功率(当然，这一系统也可以选择其它的分贝数)。在许多系统中，比如在WCDMA、IS-95和CDMA 2000中，功率控制码元SPCi的个数不是0。但应当明白，使用功率控制位等于0的系统仍然属于本发明的范围，也就是说，功率控制码元SPCi包括在数据脉冲串中已知的位置上，但也允许其它的收发信机继续用它当前的功率电平发射信号。
本发明充分利用这些功率控制信号，如前所述，这些并不是什么新东西。当然，因为功率控制信号已经被用于现有技术中的某些系统(例如IS-95和WCDMA系统)，所以，前面不要求改变现在正在发送的信号，同时，从下面的进一步说明中将会看得更加清楚，能够使用本发明而不需要对系统作任何改变。如果在其它系统中增加功率控制信号，本发明当然也能够很方便地用于那些其它系统。
在这里的描述中，功率控制码元是在BTS发送出来的数据脉冲串中，在本发明中这些信息还被用于帮助解释BTS从MS收到的信号。但是应当明白，本发明也可以反过来使用，而且最好是这样，让MS通知BTS应当采用什么样的发射功率，MS利用这一信息来帮助解释从BTS收到的信号。因此应当明白，根据本发明和这一惯例(也就是在BTS中帮助解释收到的信号)，BTS发送出来的数据脉冲串不一定需要导引码元(虽然最好是将它们用于帮助对MS收到的信号进行的常规解释)，而且MS发送出来的数据脉冲串中不一定需要功率控制码元(虽然最好同样是将它们用于减少BTS信号的干扰)。当然，充分利用本发明协助在MS和BTS中对信号进行解释，需要MS和BTS都包括图1所示的发射数据脉冲串(包括导引码元SPi和功率控制信号SPCi)。
如图2所示，BTS 14包括一个收发信机16(包括一个发射机18和一个接收机20)，这个收发信机16发射包括数据脉冲串10的信号24给其它收发信机30(每个都包括一个发射机32和一个接收机34)。其它收发信机30可以在，例如，蜂窝电话这样的移动通信单元或者移动台(MS)中。类似地，这个MS收发信机30将具有数据脉冲串的信号38往回发射给BTS收发信机16/接收机20。信号24、38用适合于在发射机18和MS收发信机30之间传递信号的频带内的一个选定频率上发送。在IS-95系统中，这一带宽通常都是1.25 MHz，在WCDMA系统中，这一带宽通常都是大约5 MHz。
在现有技术中，收发信机16、30之间数据脉冲串中的导引码元SPi被用于修正伴随数据脉冲串10导致信号变坏的信道状况的变化。也就是说，已知的导引码元SPi在数据脉冲串10中已知的位置上。接收信号的收发信机16或者30将它在那些已知位置上收到的码元RPi跟已知的码元SPi进行比较，并为每个导引位置Pi计算出一个合适的因子或者信道系数CPi来修正信号。例如，如果已知在位置Pi上发射的码元是SPi而且通信单元在Pi上实际收到的是Ri，就可以在信道估计过程中确定CPi，从而使Σ|RPi-CPi*SPi|2----(1)]]>最小化，其中的和反映了收到的码元跟修正码元之间的差别，已知为选定的一组导引码元发射了这些修正码元(因此最小的和反映了看起来能够提供最精确修正的一组信道系数CPi)。
为数据脉冲串中导引码元选定位置确定的信道系数CPi被现有技术通过适当的内插，用于为数据脉冲串10中所有码元位置计算适当的信道系数CPi。具体地说，为导引码元SPi之间的所有数据码元SDj计算适当的修正系数Cj最好是利用适当的内插器或者维纳滤波器来进行，例如在本领域中大家都知道，如同“具有衰落和频率不确定性的导引码元辅助的脉冲串模式通信设计”所描述的一样，这篇文章的作者是Wen-yi Kuo和Michael P.Fitz，于1994年在国际无线信息网络杂志第一卷第四期第239～252页上发表，在这里将它全部引入作为参考。但是，一旦获得对本发明的完整了解就会认识到，本发明实际上可以用于适合于蜂窝电话系统的所有内插器。
还是根据现有技术，在数据脉冲串10中每个码元位置内插得到的Ci被随后用于对脉冲串10的码元进行解调。比如，在数据脉冲串中第20个码元(在这里i＝20)，按照前面的方式内插出一个系数C20。然后就可以按照以下公式，通过计算哪些信号S20J使系数m20获得最小“度量”或者误差，来确定正确的码元m20＝|R20-C20*S20J|2其中R20是位置20上收到的码元；和S20J是位置20上的假设码元(在这里，例如，当调制方式是QPSK[四相移键控]的时候，有4个可能的离散的码元值[也就是4种可能的波形，J等于1～4]，当调制方式是8-PSK[八相移键控]的时候，有8种可能的码元[也就是说，J等于1～8])。
按照现有技术信道估计的一种方式，不管是给出最小m20的哪一个离散码元S20J被用作位置20上最可能的码元，都将这个码元用于对数据脉冲串10进行解调。
本发明的目的是提高导引码元信道系数CPi的精度，从而提高利用这些信道系数进行内插得到的数据码元的信道系数Ci的精度，最终提高解调信号的精度和质量。
具体地说，通过利用接收信号的收发信机发送的功率控制码元中得到的接收信号功率的有关信息，上面描述的本发明被用于为收到的数据脉冲串10中的每个码元Si提供更加精确的信道系数Ci。由于BTS能够确定MS发射的信号的相对发射功率(通过BTS自己发送功率控制码元，让MS按照给定的功率电平发射信号)，按照本发明，为导引码元SPi确定信道系数CPi不仅仅是在收到的导引码元跟预先确定的已知导引码元之差的基础上来完成的，还是在已知的发射功率的基础之上完成的。
这一概念在图3中说明，它是信号复数据脉冲串10a一个相当简单的说明。如果这个BTS信号让MS在时隙2中提高功率ΔW2发送这一数据脉冲串10a，时隙3的功率提高ΔW3，时隙4的功率降低ΔW4，就可以从这个图中看到，导引码元SPi之间实际信号(用实线表示)的任意内插，只是这个信号的一个粗略近似。根据本发明，BTS利用ΔWi的信息来调整功率，从而使内插按照虚线进行，这条虚线更加精确地代表了导引码元SPi跟数据脉冲串中的每一个之间的关系。
因此，在本发明的一种形式中，提供了在导引码元SPi的位置上确定的一种更加精确的信道系数CPi，用于从那些导引码元信道系数CPi提供它们之间更加精确的信道系数内插(每个码元位置上的Ci)。这些更加精确的信道系数CPi被一个适当的内插滤波器用来为数据脉冲串10中所有数据码元SDi提供更加精确的信道系数Ci。如前所述，内插滤波器在，例如，Wen-yi Ko和Michael P.Fitz于1994年在国际无线信息网络杂志第一卷第四期第239～252页发表的文章“具有衰落和频率不确定性的导引码元辅助的脉冲串模式通信设计”中进行了说明。
这样，在本发明的第一种形式中，对发射功率电平W进行调整，产生信道系数，从而利用下式而不是等式(1)确定所有导引码元的信道系数CPi，使以下和最小ΣE{|RPi-CPi*SPi*WPi|2}----(2)]]>其中已知Pi处的导引码元是用功率电平WPi作为SPi发射的，通信单元在Pi实际收到的是Ri，E是Pi处功率电平WPi的期望值。因此这个最小和反映了能够提供这一组导引码元SPi最精确修正的一组信道系数CPi。
这些信道系数CPi被随后用于现有技术中已知的内插滤波器，为导引码元SPi之间所有数据码元SDi内插信道系数Ci。
在本发明的另一种形式中，收到的码元的发射功率电平信息被用于改善对导引码元SPi的信道估计，改善了的估计被用于最适合于这种功率电平的内插滤波器。更具体地说，就像后面更加详细地介绍的一样，在自相关函数RC’中考虑进功率电平信息，用于计算最佳的内插滤波器(用自相关函数计算内插滤波器在例如一篇文献中进行了介绍“具有衰落和频率不确定性的导引码元辅助的脉冲串模式通信设计”，作者是Wen-yi Kuo和Michael P.Fitz，于1994年在国际无线信息网络杂志第一卷第四期第239～252页上发表)。如同本领域里都知道的一样，自相关函数RC’(i，k)是Ci(Ck)复共轭的期望(也就是说RC’＝E[C’i(C’k)*])。按照本发明，自相关函数用RC’表示，跟信道系数C’一样，跟本发明中真实信道系数的一个因子和功率电平Wi的平方一致。
在本发明的第二种形式中，按照上面的等式(1)计算导引码元SPi的信道系数(也就是没有像本发明第一种形式那样需要功率电平Wi的有关信息)，计算出来的那些导引码元信道系数CPi被用于计算“最合适的”内插滤波器(跟上面一样，在本发明的这种形式中，它是部分地基于已知功率电平的)，为数据脉冲串10的数据码元SDi内插可靠的信道系数。
在本发明的第二种形式中，用于计算最佳内插滤波器的自相关函数可以依赖于系统所处的状况。
更具体地说，按照上面描述的本发明的第二种形式，其中的通信系统中(例如环境状况、设备可靠性等等)功率控制步骤能够精确地设置，功率控制命令会被正确地收到(也就是说，在位置i和k上码元的功率电平Wi和Wk是可靠地已知的)，BTS要使用的自相关函数RC’是RC′/Wi,Wk(i,k)=WiWkJO(2πfD(i-k)TS)]]>其中JO是第一类贝塞尔函数；fD是信道的多普勒扩展；和TS是码元持续时间。
在存在上述状况的BTS系统中，这一自相关函数RC’被用于计算最适合于这一系统中预期状况的内插滤波器。当然，跟前面讨论的一样，功率电平Wi和Wk是从功率控制码元SPCi得知的。利用前面考虑了比现有技术更多信息计算出来的内插滤波器(具体地说，功率电平信息)，为所有数据码元SDi内插出来的信道系数Ci的精度也会得到提高。
或者，在通信系统中的功率控制码元总是被正确地收到，而且可以假设功率控制步长ΔWi是独立并均匀分布的(也就是在这些步长之间没有任何依赖性)，用于为BTS计算内插滤波器的自相关函数RC’RC′(i,k)/y1,y2,...,YL=E[Wi]E[S1]y1+y2+...+yLJO(2πfD(i-k)TS)]]>=AE[S1]y1+y2+...+yLJO(2πfD(i-k)TS)]]>其中si是功率控制位让提高或者降低功率的功率控制步长，或者增量变化ΔWi(例如，在前面给出的实例中的1分贝)；
yi是1或者-1，其中在位置k有L个增量功率步长；E是Pi处功率电平的期望值；和A是平均信号功率。
在存在以上状况的BTS系统中，这一自相关函数RC’被用于计算最适合于这一系统中这些状况的内插滤波器。利用考虑了比现有技术中更多信息计算出来的内插滤波器(具体地说，功率电平信息)，为所有数据码元SDi内插得到的信道系数Ci的精度也会得到提高。
作为本发明这种形式的另一种选择，其中的通信系统中这些功率控制码元被收到的时候信噪比(SNR)会非常差，但是功率控制步长非常精确，用于BTS内插滤波器的自相关函数RC’是RC′(i,k)=AJO(2πfD(i-k)TS)(S+S-12)L]]>在普遍存在前面描述的第三种状况的BTS系统中，这一自相关函数RC’被用于计算最适合于这一系统中这些状况的内插滤波器。利用比现有技术考虑了更多信息计算出来的内插滤波器(具体地说，功率步长信息)，为所有数据码元SDi内插出来的信道系数Ci的精度也会得到提高。
在本发明这种形式的再一个选择中，其中的通信系统中收到的功率控制码元的信噪比(SNR)通常都很低，而且功率控制步长不精确，BTS用于计算内插滤波器的自相关函数RC’是RC′(i,k)=AJO(2πfD(i-k)TS)(E[S]+E[S-1]2)L]]>对于本发明这种形式的上述选择，在普遍存在以上状况的BTS系统中，这一自相关函数RC’被用于计算最适合于这一系统中这些状况的内插滤波器，从而使为所有数据码元SDi内插得到的信道系数Ci的精度能够得到提高。
在最佳实施方案中，对BTS进行编程，让它正确地使用跟BTS最可能碰到的状况有关的上述自相关函数RC’中的任意一个。然而，提供能够在任意给定时刻，存在哪些状况的适当的处理器和/或传感器，然后利用跟这些状况有关的自适应相关函数RC’，除非发现出现了不同的状况，在这个时候，BTS会切换到使用一个不同的自相关函数RC’来计算用于为数据码元SDi内插信道系数Ci使用的内插滤波器。
此外，应当明白，本发明可以采用不同于前面给出的自相关函数，或者用于跟上述状况不同的状况，其中的自相关函数利用功率控制信号SPCi中的功率电平信息。
图2所示的BTS和MS收发信机16、30可以按照本发明来工作。根据本发明的优选实施方案，BTS收发信机16包括一个处理器40、一个信号解调器42和一个存储器44。存储器44包括一个信号内插器46。
在本发明的第二种形式中(其中的内插滤波器由BTS计算出来)，存贮器44还包括至少一个自相关函数48(在前面感知状况并在感知的状况的基础之上利用适当的自相关函数的选择中，存储器44包括一个以上的自相关函数)。在本发明的第二种形式中，如果选择自相关函数的时候不对状况进行感知，就应当在收发信机15期待的状况的基础之上选择自相关函数48。此外，在本发明的第二种形式中，信号内插器46不是一个特殊的内插滤波器，而是一个合适的算法之类，在前面指出的自相关函数48的基础之上，可以从它计算最佳的内插滤波器。
存储器44还包括导引码元SPi的已知值，它们被用作确定导引码元信道估计的基础。处理器40包括一个比较器49，用于将收到的导引码元的已知值跟收到的那部分进行比较，以确定导引码元信道估计。
其它的收发信机30基本相似，因为它们还包括一个处理器50、一个信号解调器52和一个存储器54。存储器44还包括一个信号内插器56，处理器50还包括一个比较器59。(在这里，BTS 14将功率控制位发送给MS，因而在图2所示的MS中不需要本发明的自相关函数。但是，如前所述，MS也可以按照描述的BTS 14的工作方式进行工作，在这种情况下，MS将在信号38中包括功率控制位，并在它的存储器54中包括象这里公开的一样的一个适当的自相关函数。因此，应当明白，MS也可以在它的存储器54中拥有一个或者多个自相关函数，用于计算内插滤波器[利用本发明的第二种形式]，和/或可以利用功率电平信息来确定从BTS收到的导引码元的信道系数CPi[利用本发明的第一种形式]。)这样，图2中收发信机16、30的工作过程如下。BTS收发信机16产生一个信号24，这个信号通过空中发送出去，由MS收到。这个信号24包括图1那样的数据脉冲串10，具有BTS处理器40确定的功率控制位，让接收信号的MS在发射返回信号38的时候采用选定的功率电平。MS处理器50适当地内插，并对信号24进行解调，按照解调后得到的功率控制位，控制它发送给BTS 14的信号38的功率电平。
根据上面描述的本发明的第一种形式，BTS处理器40利用BTS中考虑了BTS发送的指令的信号38的功率电平的有关信息，按照上面的等式(2)确定导引码元SPi的改善了的信道系数CPi。这些改善了的导引码元信道系数CPi随后被内插器46用来确定所有数据码元改善了的信道系数Ci。改善了的内插信号被解调器42随后解调，提供高可靠性的精确的信号输出(例如，通过扬声器发出的声音)。
根据上面描述的本发明的第二种形式，BTS处理器40利用内插器46中的算法，在它的存储器44中自相关函数48的基础之上计算内插滤波器(这个自相关函数既可以是在期待的状况的基础之上选择出来的，又可以是在感知的状况的基础之上由BTS选择出来的)，同时考虑了BTS中按照BTS发送的指令的信号38功率电平的有关信息。这个最合适的内插滤波器随后被处理器40用来确定所有数据码元改善了的信道系数Ci。改善了的内插信号被解调器42随后解调，给出高可靠性的精确的信号输出(例如，通过扬声器发出声音)。
本发明特别适合用于CDMA系统中常见的具有瑞克接收机的收发信机16、30。必须对这些系统中的每一个瑞克分支估计信道系数Ci，得到精确的信道系数Ci，在这些系统中这一点特别重要。但是，应当明白，本发明还能用于其它类型的接收机。
通过研究这一说明、附图和权利要求，可以明白本发明的其它方面、对象和许多优点。然而应当明白，本发明可以用于其它的形式，在这些形式中获得的比上面描述的本发明和优选实施方案的所有对象和优点要少。
权利要求
1.一种收发信机，用于通过信号跟另外一个收发信机通信，这个收发信机包括一个接收机，用于从其它收发信机接收拥有多个码元的信号，其中包括预先确定的导引码元；一个发射机，用于发射具有多个码元的信号，其中包括功率控制位，所述功率控制位让其它的收发信机按照选定的功率电平发射信号给所述接收机；和一个处理器，用于为收到的码元内插信道系数，作为(1)其它收发信机的信号的所选功率电平和(2)预先确定的导引码元跟接收机收到的导引码元之差的函数；和一个解调器，在内插得到的信道系数的基础之上对收到的所有码元进行解调。
2.权利要求1的收发信机，其中导引码元信道系数CPi是由所述处理器确定的，从而使以下和针对选择的导引码元最小ΣE{|RPi-CPi*SPi*Wpi|2}]]>其中E是导引位置Pi上功率电平的期望值，WPi是导引位置Pi上的已知功率电平，RPi是导引位置Pi上收到的导引码元，和SPi是已知在导引位置Pi上发送的导引码元；和所述处理器包括一个内插滤波器，这个内插滤波器在确定出来的导引码元信道系数CPi的基础之上，内插除了导引码元信道系数以外的信道系数。
3.权利要求1的收发信机，其中的处理器用于计算一个内插滤波器，作为所选功率电平的函数，计算出来的内插滤波器被用于对除了导引码元以外收到的码元的信道系数进行内插。
4.权利要求3的收发信机，其中的收发信机会碰到这样的情况，在这种情况中，可以精确地设置功率电平，其它收发信机能够正确地收到功率控制位，所述处理器利用以下自相关函数RC’计算内插滤波器RC′/Wi′,Wk(i,k)=WiWkJo(2πfD(i-k)TS)]]>其中JO是第一类贝塞尔函数；fD是信道的多普勒扩展；TS是码元持续时间，和Wi和Wk是收到的信号中位置i和k上的已知功率电平。
5．权利要求3的收发信机，其中的收发信机会碰到这样的情况，在这种情况中，功率控制位总是被正确地收到，而且功率电平的改变是独立的、均匀分布的，所述处理器利用以下自相关函数RC’计算内插滤波器RC′(i,k)/y1,y2,...,yL=E[Wi]E[S1]y1+y2+...+yLJO(2πfD(i-k)TS)]]>=AE[S1]y1+y2+...+yLJO(2πfD(i-k)TS)]]>其中JO是第一类贝塞尔函数；fD是信道的多普勒扩展；TS是码元持续时间；i和k是收到的信号中的位置；Pi是收到的信号中位置i上的已知功率电平；si是非零功率控制位导致的信号功率的增量变化；yi取1或者-1，其中在位置k上，已经有L个功率步长；E是期望；Wi是收到的信号在位置i上的已知功率电平；和A是收到的信号的平均功率电平。
6．权利要求3的收发信机，其中的收发信机会碰到这样的情况，在这些情况中，其它收发信机收到的功率控制位具有很差的信噪比(sNR)，而且收到的信号的功率电平的增量变化非常精确，所述处理器利用以下自相关函数RC’计算内插滤波器RC′(i,k)=AJO(2πfD(i-k)TS)(S+S-12)L]]>其中JO是第一类贝塞尔函数；fD是信道的多普勒扩展；TS是码元持续时间；i和k是收到的信号中的位置；s是非零功率控制位导致的信号功率的增量变化ΔWi；L是增量功率步长的个数；和A是收到的信号的平均功率电平。
7.权利要求3的收发信机，其中的收发信机会碰到这种情况，在这些情况中，收到的功率控制位的信噪比(SNR)非常差，而且收到的信号的功率电平的增量变化不精确，所述处理器利用以下自相关函数RC’计算内插滤波器RC′(i,k)=AJO(2πfD(i-k)TS)(E[S]+E[S-1]2)L]]>其中，JO是第一类贝塞尔函数；fD是信道的多普勒扩展；TS是码元持续时间；i和k是收到的信号的位置；s是非零功率控制位导致的信号功率的增量变化；L是增量功率步长的个数；E是期望；和A是收到的信号的平均功率电平。
8.一种收发信机，用于通过信号跟另外一个收发信机通信，这个收发信机包括一个接收机，用于从其它收发信机接收具有多个码元的信号，其中包括预先确定的导引码元；一个发射机，用于发射具有多个码元的信号，其中包括功率控制位，这个功率控制位让其它收发信机按照选定的功率电平发射信号给所述接收机；和一个处理器，用于确定导引码元的信道系数，作为(1)给其它收发信机选定的信号功率电平和(2)预先确定的导引码元和接收机收到的导引码元之差的函数，在确定的导引码元的信道系数的基础之上，为导引码元以外的收到的码元内插信道系数，和在内插信道系数的基础之上解调收到的所有的码元。
9.权利要求8的收发信机，其中的一个收发信机是一个蜂窝电话系统中的基站，另一个收发信机是一个移动台。
10.权利要求8的收发信机，其中的一个收发信机是蜂窝电话系统的一个移动台，另一个收发信机是一个基站。
11.权利要求8的收发信机，其中确定导引码元信道系数CPi，使得针对选择的导引码元以下和最小ΣE{|RPi-CPi*SPi*WPi|2}]]>其中E是导引位置Pi上功率电平的期望值，WPi是导引位置Pi上的已知功率电平，RPi是在导引位置Pi上收到的导引码元，和SPi是在导引位置Pi上发送的已知导引码元。
12.权利要求8的收发信机，其中的处理器包括一个内插滤波器，这个内插滤波器利用为所述导引码元确定的信道系数，对收到的除了导引码元以外的码元内插信道系数。
13.一种收发信机，用于通过信号跟另外一个收发信机通信，这些信号有多个码元，这个收发信机用于发射具有功率控制位的信号，这些功率控制位让其它的收发信机用选定的功率电平发射信号，其它的收发信机用于用选定的功率电平将信号发回所述收发信机，返回信号中拥有包括预先确定的导引码元的一些码元，这个收发信机包括一个发射机，用于发射信号；一个接收机，用于从其它收发信机接收返回信号；存储器，储存预先确定的导引码元；和一个处理器，用于确定导引码元的信道系数，作为(1)其它收发信机信号的选定功率电平和(2)储存在存储器中预先确定的导引码元跟接收机收到的导引码元之差的函数，在为导引码元确定的信道系数的基础之上，内插码元的信道系数，和在内插得到的信道系数的基础之上解调收到的码元。
14.权利要求13的收发信机，其中的一个收发信机是蜂窝电话系统中的一个基站，另一个收发信机是一个移动台。
15.权利要求13的收发信机，其中一个收发信机是蜂窝电话系统的一个移动台，另一个收发信机是一个基站。
16.权利要求13的收发信机，其中的处理器包括一个内插滤波器，这个内插滤波器利用为导引码元确定的信道系数，为除了所述导引码元以外的收到的码元内插信道系数。
17.权利要求13的收发信机，其中的导引码元信道系数CPi被确定出来，从而使对于所选导引码元的以下和最小ΣE{|RPi-CPi*SPi*WPi|2}]]>其中E是导引位置Pi处功率电平的期望值，WPi是导引位置Pi处的已知功率电平，RPi是在导引位置Pi收到的导引码元，和SPi是在导引位置Pi发送的已知的导引码元。
18.一种用于跟收发信机通信，在具有数据码元和多个时隙中预先确定的导引码元的数据脉冲串中发射返回信号的单元，这个单元包括一个发射机，用于在数据脉冲串中发送信号给收发信机，发射信号的数据脉冲串具有包括数据码元的多个时隙，这些数据码元包括功率控制位，让收发信机发射返回信号给这个单元的时候使用选定的功率电平，一个接收机，用于从所述收发信机接收返回信号；存储器，储存着(a)预定的所述导引码元，(b)至少部分地基于收发信机发射的返回信号的功率电平之上的一个自相关函数，和(c)在这个自相关函数的基础之上计算内插器的一种方法；一个比较器，用于确定接收机收到的返回信号中导引码元跟存储器中预先确定的导引码元之间的差一个处理器，用于在比较器确定的差的基础之上，确定收到的导引码元的信道系数，利用所述算法计算一个内插滤波器，和利用所述内插滤波器和确定的导引码元信道系数，获得接收到的返回信号中的数据码元；一个解调器，用于对得到的数据码元进行解调；和一个输出端，用于接收处理器解调得到的码元。
19．权利要求18的单元，这个单元会碰到这样的情况，在这样的情况中，可以精确地设置功率电平，功率控制位也被收发信机正确地收到，所述自相关函数RC’包括RC′/Wi.Wk(i,k)=WiWkJO(2πfD(i-k)TS)]]>其中JO是第一类贝塞尔函数；fD是信道的多普勒扩展；TS是码元持续时间，和Wi和Wk是收到的信号中位置i和k上的已知功率电平。
20．权利要求18的单元，其中该单元可经受这样状况功率控制位总是被正确地收到，功率电平的变化是独立的、均匀分布的，所述自相关函数RC’包括RC′(i,k)/y1,y2,...,yL=E[Wi]E[S1]y1+y2+...+yLJO(2πfD(i-k)TS)]]>=AE[S1]y1+y2+...+yLJO(2πfD(i-k)TS)]]>其中JO是第一类贝塞尔函数；fD是信道的多普勒扩展；TS是码元持续时间；i和k是收到的信号的位置；Pi是收到的信号中位置i上的已知功率电平；si是非零功率控制位导致的信号功率的增量变化；yi是1或者-1，其中在位置k上已经有了L个增量功率步长；E是期望；Wi是收到的信号在位置i上的已知功率电平；和A是收到的信号的平均功率电平。
21.权利要求18的单元，这个单元会碰到这样的情况，在这些情况中，发射的功率控制位被收发信机收到的时候信噪比(SNR)非常差，收到的信号的功率电平增量变化非常精确，所述自相关函数RC’包括RC′(i,k)=AJO(2πfD(i-k)TS)(S+S-12)L]]>其中JO是第一类贝塞尔函数；fD是信道的多普勒扩展；TS是码元持续时间；i和k是接收到的信号中的位置；s是非零功率控制位导致的信号功率的增量变化ΔWi；L是增量功率步长的个数；和A是收到的信号的平均功率电平。
22.权利要求18的单元，其中的收发信机会碰到这样的情况，其中收到功率控制位的时候，信号的信噪比(SNR)非常差，收到的信号的功率电平的增量变化不精确，所述自相关函数RC’包括RC′(i,k)=AJO(2πfD(i-k)TS)(E[S]+E[S-12)L]]>其中JO是第一类贝塞尔函数；fD是信道的多普勒扩展；TS是码元持续时间；i和k是收到的信号的位置；s是非零功率控制位导致的信号功率的增量变化；L是增量功率步长的个数；E是期望；和A是收到的信号的平均功率电平。
23.权利要求18的单元，其中的单元是一个基站，用于跟蜂窝电话系统的一个移动台通信。
24.权利要求18的单元，这个单元是蜂窝电话系统的一个移动台，用于跟一个基站通信。
25.一种收发信机，用于通过信号跟另外一个收发信机通信，这个收发信机包括一个接收机，用于从其它收发信机接收具有多个码元的信号，其中包括预先确定的导引码元；一个发射机，用于发射具有多个码元的信号，其中包括功率控制位，这些功率控制位让其它收发信机按照选定的功率电平发射信号给接收机；一个处理器，用于在选定的其它收发信机的信号功率电平的基础之上，计算一个内插滤波器；在预先确定的导引码元和接收机收到的导引码元之差的基础之上，用计算出来的内插滤波器对除了导引码元以外的收到的码元内插信道系数，和在内插得到的信道系数的基础之上对收到的所有码元解调。
26.权利要求25的收发信机，这个收发信机会碰到这样的情况，在这些情况中，可以精确地设置功率电平，其它收发信机会正确地收到功率控制位，这个处理器利用以下自相关函数RC’计算内插滤波器RC′/Wi,Wk(i,k)=WiWkJO(2πfD(i-k)TS)]]>其中JO是第一类贝塞尔函数；fD是信道的多普勒扩展；TS是码元持续时间，和Wi和Wk是收到的信号中位置i和k上的已知功率电平。
27.权利要求25的收发信机，这个收发信机会碰到这样的情况，在这些情况中，功率控制位总是被正确地收到，功率电平的变化是独立、均匀分布的，这个处理器利用以下自相关函数RC’计算内插滤波器RC′(i,k)/y1,y2,...,yL=E[Wi]E[S1]y1+y2+...+yLJO(2πfD(i-k)TS)]]>=AE[S1]y1+y2+...+yLJO(2πfD(i-k)TS)]]>其中JO是第一类贝塞尔函数；fD是信道的多普勒扩展；TS是码元持续时间；i和k是收到的信号的位置；Pi是收到的信号中位置i上的已知功率电平；si是非零功率控制位导致的信号功率的增量变化；yi等于1或者-1，其中在位置k有L个增量功率步长；E是期望；Wi是收到的信号在位置i处的已知功率电平；和A是收到的信号的平均功率电平。
28.权利要求25的收发信机，其中的收发信机会碰到这样的情况，在这样的情况中，发射的功率控制位被其它收发信机收到的时候信噪比(SNR)非常差，收到的信号的功率电平的增量变化很精确，所述处理器利用以下自相关函数RC’计算内插滤波器RC′(i,k)=AJO(2πfD(i-k)TS)(S+S-12)L]]>其中JO是第一类贝塞尔函数；fD是信道的多普勒扩展；TS是码元持续时间；i和k是收到的信号的位置；s是非零功率控制位导致的信号功率的增量变化ΔWi；L是增量功率步长的个数；和A是收到的信号的平均功率电平。
29.权利要求25的收发信机，其中的接收机会碰到这样的情况，在这样的情况中，功率控制位被收到的时候信号信噪比(SNR)非常差，收到的信号的功率电平的增量变化不精确，所述处理器利用以下自相关函数RC’计算内插滤波器RC′(i,k)=AJO(2πfD(i-k)TS)(E[S]+E[S-1]2)L]]>其中JO是第一类贝塞尔函数；fD是信道的多普勒扩展；TS是码元持续时间；i和k是收到的信号的位置；s是非零功率控制位导致的信号功率的增量变化；L是增量功率步长的个数；E是期望；和A是收到的信号的平均功率电平。
30.一种用于改善通信单元的信号接收的方法，包括以下步骤(a)从第一个收发信机发射具有数据码元信号，这些数据码元中选定的那些具有功率控制位，这些功率控制位让第二个收发信机用选定的功率电平发射返回信号；(b)第二个收发信机接收发射出来的信号；(c)从第二个收发信机发射具有数据码元和导引码元的返回信号，这些导引码元在信号中预先确定的位置具有预先确定的值；(d)第一个收发信机接收返回信号；(e)在考虑了返回信号功率电平，至少部分地在功率控制位指令的基础之上，确定返回信号数据码元；和(f)利用步骤(e)中得到的数据码元输出收到的信号。
31.权利要求30的方法，其中的步骤(e)包括(e1)在(1)第一个收发信机收到的导引码元跟导引码元预定值之间的比较结果和(2)关于返回信号功率电平的功率控制位的指令的基础之上，确定返回信号中导引码元预定位置上的修正因子；(e2)在步骤(e1)确定的导引码元的修正因子的基础之上，为数据码元内插修正因子；和(e3)利用步骤(e2)中内插得到的修正因子修正收到的返回信号数据码元。
32.权利要求31的方法，其中的修正因子CPi是通过让所选导引码元的以下和最小来确定的ΣE{|RPi-CPi*Spi*WPi|2}]]>其中E是导引位置Pi上功率电平的期望值，WPi是导引位置Pi上的已知功率电平，RPi是在导引位置Pi上收到的导引码元，和SPi是在导引位置Pi上已知的导引码元。
33.权利要求30的方法，其中的步骤(e)包括(e1’)至少部分地在返回信号所选功率电平的基础之上，计算一个内插滤波器，(e2’)为这些导引码元确定修正因子；(e3’)利用计算得到的内插滤波器和确定的导引码元修正因子，为收到的返回信号数据码元内插修正因子；和(e4’)用内插得到的修正因子确定返回信号数据码元。
34.权利要求33的方法，其中步骤(e1’)的计算利用了一个自相关函数，这个自相关函数部分地是基于返回信号的所选功率电平的。
全文摘要
一种收发信机发射具有功率控制位的信号,这些功率控制位让其它的收发信机按照选定的功率电平发射返回信号。在一种形式中,用一个处理器为导引码元确定信道系数,作为(1)选定的其它收发信机的信号功率电平和(8)预定导引码元和接收机收到的导引码元之差的函数。处理器随后在确定的导引码元信道系数的基础之上为收到的信号中的所有码元内插信道系数。在另一种形式中,处理器利用考虑了其它收发信机的选定功率电平的一个选定的自相关函数,计算一个内插滤波器。在这另一种形式中,处理器随后用计算出来的导引码元的内插滤波器和信道系数,为导引码元之间的码元内插信道系数。解调器在内插得到的信道系数的基础之上对收到的所有码元进行解调。
文档编号H04J13/00GK1326631SQ99813198
公开日2001年12月12日 申请日期1999年6月23日 优先权日1998年9月11日
发明者R·拉梅斯, Y·P·E·王 申请人:艾利森公司