精確預告信號與干擾噪聲比以提高通信系統性能的系統和方法

專利名稱：精確預告信號與干擾噪聲比以提高通信系統性能的系統和方法
背景技術：
I.發明領域本發明涉及通信系統。本發明尤其涉及預告所接收信號的信號與干擾噪聲比，以促進在無線通信系統中的數據速率控制的系統。
II.現有技術的描述在包括搜救以及商業應用等多種需要的應用中使用無線通信系統。此外，在辦公網絡和互聯網應用中，使用無線通信系統來傳遞計算機數據日益增長。這些應用需要有效的和可靠的通信系統，可以在電衰落和噪聲環境中有效地工作，并可以處理高數據傳遞速率。
蜂窩通信系統的特征是，在與一個或多個基站進行通信時，采用多個移動站(例如，蜂窩電話或無線電話)。從基站到移動站的通信鏈路是前向鏈路。從移動站到基站的通信鏈路是反向鏈路。
移動站發送的信號由基站接收，并且經常中繼到移動交換中心(MSC)。MSC接著把信號通過選擇路由傳遞到公用電話交換網(PSTN)，或傳遞到另一個移動站。同樣，經常把信號從公用電話交換網經由基站和移動交換中心傳遞到移動站。每個基站管理一個小區，在這個區域中，移動站可以經由基站進行通信。
在典型的移動通信系統中，對信息進行編碼、調制，并經過信道發送，以及通過接收機接收、解調和解碼。在諸如碼分多址(CDMA)蜂窩網絡之類的許多現代通信系統中，為了信道噪聲、容量和數據安全性等原因，對信息進行數字化編碼。卷積編碼器或Turbo編碼器通常執行信息的編碼。
如在本技術領域中眾所周知的那樣，卷積編碼器根據輸入序列與其本身或其它信號的卷積把輸入數據位序列轉換成碼字。使用碼速率和生成多項式來定義卷積碼。數據的卷積編碼與維特比解碼器相結合是一種眾所周知的技術，用于提供數據的糾錯編碼和解碼。Turbo編碼器使用Turbo碼，它是諸如卷積碼之類的兩個或多個組成碼(constituent code)的串行或并行鏈接。
通過接收機相對于發射機的運動，或反之，給出移動通信系統的特征。在移動通信系統中，發射機和接收機之間的通信鏈路是一個衰落信道。具有在空間飛船上的發射機和基于地面的車輛上的接收機的移動衛星通信系統、蜂窩電話系統以及地面微波系統是衰落通信系統的例子。衰落信道是嚴重降質的一種信道。從多種效應導致降質，包括多徑衰落，嚴重的衰減是由于所發送信號在大氣中和表面上從目標和結構反射而經由多個路徑的接收引起的，以及從通信系統的其它用戶引起的干擾。損害衰落信道的其它影響包括由于接收機相對于發射機的運動而引起的多普勒頻移以及加性噪聲(additivenoise)。
通常，首先把信息信號轉換成適合于通過信道有效發送的形式。信息信號的轉換或調制包括根據信息信號如此地改變載波參數，從而把所產生的經調制載波的頻譜限制在信道帶寬內。在用戶位置處，從在經過信道傳播之后接收到的經調制載波的形式再現原始的消息信號。一般通過使用源發射機所采用的調制過程的相反過程來得到這種再現。
在CDMA系統中，同時把所有頻率資源分配給蜂窩網絡的所有用戶。每個用戶使用占據整個頻率分配的一個噪聲狀的寬頻帶信號。編碼器使得在每個發送幀中能夠對所必須的冗余數據進行編碼，以利用整個頻率分配的優點，并且能夠以逐幀為基礎，進行可變速率發送。
對于話音通信而言，通過使每個用戶只按需要發送那么多的數據而使CDMA系統的容量最大。這是因為每個用戶的發送大大增加了CDMA通信系統中的干擾。降低每個用戶對容量的負擔而不降低對用戶的服務質量的一個極有效的手段是借助于可變速率發送。通過當沒有要發送的有用語音時刪除不必要的發送，采用可變速率通信信道來降低相互干擾。
由于話音通信的特征，一般在CDMA系統中利用功率控制來保證每個用戶有一條可靠的鏈路，用于某些固定的數據速率。使用1995年5月9日的，題為“Variable Rate Vocoder”的美國專利5,414,796中描述的技術，聲碼器可以提供語音數據的可變速率源編碼。一旦聲碼器以某一速率產生信息位序列，功率控制就會嘗試把用戶調節到以可以支持該速率，但是盡可能小的功率發送。因此，通過抑制每個用戶對于總干擾的貢獻，功率控制使得CDMA話音系統具有最大容量，即，工作用戶的數目最多。
對于數據通信而言，測量系統的質量和有效性的參數是傳送數據包所要求的發送延遲和系統的平均通過率。發送延遲是一個重要的度量，用于測量數據通信系統的質量。平均通過率是通信系統的數據發送容量的效率的測量。為了使數據通信系統的上述參數最佳，一般利用速率控制來代替功率控制。通過話音和數據通信之間的下述不同特征，可以較佳地理解話音和數據通信系統之間的上述差異。
實際上，話音業務和數據業務之間的顯著差別是前者采用精確的和固定的延遲要求。一般，語音幀的總單向延遲必須小于100毫秒。對比之下，數據延遲可以變成一個可變參數，用來使數據通信系統的效率最優。特別是，可以利用更有效的糾錯編碼技術，所述技術要求較大的延遲，比話音業務可以容許的延遲要大得多。在1996年11月6日提出的，題為“SOFT DECISIONOUTPUT DECODER FOR DECODING CONVOLUTIONALLY ENCODEDCODEWORDS”的美國專利08/743,688中揭示了典型的數據有效編碼方案，該專利已轉讓給本發明的受讓人，并在此引用作為參考。
話音業務和數據業務之間的另一個顯著的差異是前者對于所有用戶要求固定的和共同的業務等級(GOS)。一般情況下，對于提供話音業務的數字系統，這就解譯成對于所有用戶的固定和相等的發送速率，以及對于語音幀的差錯率的最大容許值。對比之下，對于數據業務，從用戶到用戶可以有不同的GOS，而且可以是經優化的一個參數，以增加數據通信系統的總效率。通常，定義數據通信系統的GOS為在傳遞預定數據量(此后稱之為數據分組)中招致的總延遲。
話音業務和數據業務之間的再另一個顯著的差異是前者要求可靠的通信鏈路，在典型的CDMA通信系統中，所述可靠的通信鏈路是軟越區切換提供的。軟越區切換使得可以從兩個或多個基站進行冗余發送，以提高可靠性。然而，數據發送不需要這個附加的可靠性，因為可以重新發送所接收有差錯的數據包。對于數據業務，用于支持軟越區切換的發送功率可以更有效地用于發送另外的數據。在題為“Method and Apparatus For Higher Rate Packet DataTransmission”的美國專利第08/963,386號中描述了最佳用于數字數據的無線發送的方法和設備，該專利已轉讓給本發明的受讓人，并在此引用作為參考。
作為數據通信的上述特征的結論，所設計的使平均通過量最優的數據通信系統將試圖從最佳基站以及以用戶可以可靠地支持的最高數據速率Rb為每個用戶服務。在題為“Method and Apparatus For Higher Rate Packet DataTransmission”的美國專利08/963,386中揭示了上述結論，該專利已轉讓給本發明的受讓人，并在此引用作為參考。作為上述結論的結果，在現代高數據速率(HDR)系統中，在每個時隙處，基站始終只向一個用戶以最大功率發送，并使用速率控制來調節該用戶可以可靠接收的最大速率。作為數據通信的特征，通過量對于前向鏈路比對于反向鏈路更重要。
正確的速率控制算法包括2個環路，內環路和外環路。內環路根據下一個數據包的平均SINR和所有數據速率的SINR閾值之差而控制前向鏈路，而外環路根據前向鏈路PER調節數據速率的SINR閾值。為了方便起見，分別把數據包的平均SINR和所有數據速率的SINR閾值稱為數據包SINR和SINR閾值。
SINR閾值反映現代設計的性能，但是主要通過信道統計學確定。我們期望SINR閾值隨相當小的方差緩慢地變化，因此根據PER的跟蹤環路將得到優良性能。關于如何可以完成外環路的進一步的詳述和分析不屬于本研究的范圍。
在本專利中，我們假設SINR閾值是固定的，我們將集中在內環路算法的設計上。在內環路中的核心技術是信道預告。
在HDR系統中，前向鏈路話務信道支持11個數據速率，每個數據速率相應于與1、2、4、8或16個時隙相關聯的確定的數據包長度。某些數據包長度可以支持多個速率。通常，較高速率與較短數據包長度相關聯。
預告器將預告所有數據包長度的下一個數據包SINR。通過比較預告和SINR閾值，移動站將試圖請求最高的速率。為了方便起見，把給定數據包長度的下一個數據包SINR的預告簡稱為預告。
在HDR系統中，每個時隙經過反向鏈路數據速率控制(DRC)信道把數據速率請求信息發送到BS(基站)一次。BS包括調度器，它根據公平和有效的優選級算法調度前向鏈路話務數據包。一旦調度器決定對一個移動站提供服務，就以移動站經過DRC信道請求的速率對移動站服務(如果BS沒有足夠的信息位，則實際速率可能較低)。
當接收數據速率請求消息時，基站調節所發送信號的速率。根據通過以前數據包提供的關于信道的信息，對下一個數據包執行調節。基站以不足夠的或過高的數據速率進行傳播會分別導致較低信道通過量或網絡資源的利用率不高。
然而，上述技術的當前實施具有較大的局限性。SINR可以快速變化。對于以前發送數據包合適的數據速率可能對于以后發送數據包不合適。一個數據包發送與以后的數據包的數據速率請求消息的產生和發送之間的延遲會導致信道通過量降低，特別是，當信道的特征是噪聲或其它干擾快速漲落的時候。
因此，本技術領域中需要有一種有效的系統和方法，所述系統和方法考慮在根據以前數據包的速率控制信號的確定和對于以后數據包的速率控制信號的應用之間出現SINR變化時，使通信系統通過量最大。還需要有一種系統，用于根據變化的SINR來調節所發送信號的數據速率。
發明概要本技術領域中的上述需求是通過提供本發明的信號與干擾噪聲比的正確預告來實現的。在所描述的實施例中，無線通信系統中使用本發明的系統，并包括第一機構，用于接收通過外部發射機在信道上發送的信號。第二機構根據所接收信號產生信號與干擾噪聲比的估計序列。第三機構確定估計的序列元素之間的關系。第四機構使用該關系提供用于后續接收的信號的信號與干擾噪聲比預告。
在示例實施例中，本發明的系統進一步包括一種機構，用于根據信號與干擾噪聲比預告產生數據速率請求消息。發射機把數據速率請求消息發送到外部收發機。外部收發機包括速率控制電路，用于接收數據速率請求消息和根據其調節信號的發送速率。
在特定的實施例中，估計的序列元素之間的關系是基于估計的序列元素的平均值的。第三機構包括濾波器組，用于計算平均值。對于不同的衰落環境，修整與在濾波器組中每個濾波器相關聯的傳遞函數的脈沖響應。不同的衰落環境包括與快速移動系統相關聯的一個環境；與慢速移動系統相關聯的第二環境；以及與以中速移動的系統相關聯的第三系統。
把選擇機構連接到濾波器組中的每一個濾波器，并從濾波器組之一選擇一個輸出。與所選擇輸出相關聯的一個濾波器具有最適合于當前衰落環境的傳遞函數。在本特定實施例中，根據最小誤差標準偏差從濾波器組的輸出選擇最大輸出。所產生的信號與干擾噪聲比的正確預告使得能夠產生正確的速率請求。
附圖簡述

圖1是根據本發明的原理構成的和使用信號與干擾噪聲比(SINR)預告器的無線通信系統收發機的圖；圖2是圖1的SINR預告器的更詳細的圖；圖3是圖2的SINR預告器的更詳細的圖。
本發明的描述盡管本發明是參考特定應用的實施例來描述的，但應該理解，本發明并不限于這些實施例。熟悉本技術領域和接觸這里提供的原理的技術人員會理解，在本發明的范圍內，還可以有其他的修改形式、應用和實施例，并且本發明可以在其他的領域有重要的應用。
CDMA系統一般使用兩種方法之一來發送已知的導頻信號和未知的數據信號。該方法包括導頻或基準碼元輔助方法以及導頻信道輔助方法。在導頻碼元輔助方法中，含有已知碼元的導頻信號由偽噪聲(PN)序列擴展，并插入到通過相同PN序列擴展的數據序列中，準備發送到一個或多個移動站。在導頻信道輔助方法中，用兩個不同的PN序列擴展導頻信號和數據信號，然后把它們加在一起，發送出去。
圖1是使用信號與干擾噪聲比(SINR)預告器12的本發明的無線通信系統收發機10的圖。系統10表示一個CDMA移動站。收發機系統10接收的信號在基站(未示出)和系統10之間的前向通信鏈路接收。收發機系統10發送的信號在反向通信鏈路上從收發機系統10發送到相關的基站。
為清楚起見，省略了收發機系統10的許多細節，如時鐘電路、話筒、揚聲器等。熟悉本技術領域的技術人員可以容易地實施附加電路而無需過分的試驗。
收發機系統10是雙轉換電信收發機，并包括連接到雙工器16的天線14。把雙工器16連接到接收路徑，從左到右包括接收放大器18、射頻(RF)到中頻(IF)混頻器20、接收帶通濾波器22、接收自動增益控制電路(AGC)24以及中頻(IF)到基帶電路26。把中頻到基帶電路26連接到基帶接收機28中的去擴展/去覆蓋電路64處的基帶計算機28。
雙工器16還連接到發送路徑66，它包括發送放大器30、中頻到射頻混頻器32、發送帶通濾波器34、發送AGC 36以及基帶到中頻電路38。在編碼器40處把發送基帶到中頻電路38連接到基帶計算機28。
把在基帶計算機28中的去擴展/去覆蓋電路64的輸出連接到SINR電路66以及路徑加權和組合電路42。把SINR電路66的輸出連接到SINR預告器12、LLR電路46以及路徑加權和組合電路42。
把速率請求發生電路44的輸入連接到SINR預告器12的輸出。把對數似然比(LLR)電路46的輸出連接到解碼器48的輸入，在本特定實施例中，解碼器48是一個Turbo解碼器。把LLR電路46的輸入連接到路徑加權和組合電路42的輸出。把解碼器48的輸出連接到控制器50的輸入，控制器50還連接到速率請求發生電路44以及編碼器40的輸入。
天線14接收和發送射頻信號。連接到天線14的雙工器16便于接收射頻信號52和發送射頻信號54的隔離。
操作中，把天線14接收的射頻信號52引導到接收路徑64，信號在那里通過接收放大器18放大，通過射頻到中頻混頻器20混頻到中頻，通過接收帶通濾波器22濾波，通過接收AGC 24增益調節，然后通過中頻到基帶電路26轉換成數字基帶信號56。然后把數字基帶信號56輸入到數字基帶計算機28。
在本實施例中，接收機系統10適合于使用四相移相鍵控(QPSK)擴展和去擴展技術，而數字基帶信號56是正交調幅(QAM)信號，它包括同相(I)和正交(Q)兩個信號分量。I和Q基帶信號56表示從CDMA電信收發機(諸如在基站中使用的收發機)發送的導頻信號和數字信號兩者。
在發送路徑66中，通過基帶到中頻電路38把數字基帶計算機輸出信號58轉換成模擬信號，混頻成中頻信號，通過發送帶通濾波器34濾波，通過中頻到射頻混頻器32混頻到射頻，通過發送放大器30放大，然后經過雙工器16和天線14發送出去。
分別把接收和發送路徑64和66兩者連接到數字基帶計算機28。數字基帶計算機28處理所接收的基帶數字信號56，并輸出數字基帶計算機輸出信號58。基帶計算機28可以包括功能，如信號到數據轉換，或反之。
基帶到中頻電路38包括各種元件(未示出)，如數模轉換器(DAC)、混頻器、加法器、濾波器、移相器以及本地振蕩器。基帶計算機輸出信號58包括同相(I)和正交(Q)兩個信號分量，它們的相位差90°。把輸出信號58輸入到模擬基帶到中頻電路38中的數模轉換器(DAC)(未示出)，信號在那里轉換成模擬信號，然后通過低通濾波器(未示出)濾波，以準備進行混頻。輸出信號58的相位分別通過包括在基帶到中頻電路38中的90°移相器(未示出)、基帶到中頻混頻器(未示出)以及加法器(未示出)進行調節、混頻和相加。
加法器把中頻信號輸入到發送AGC電路36，在那里調節經混頻中頻信號的增益，以準備通過發送帶通濾波器34濾波，通過中頻到發送混頻器32混頻到射頻，通過發送放大器20放大，并最終通過雙工器16和天線14無線電發送。
同樣，接收路徑64中的中頻到基帶電路26包括一些電路(未示出)，如模數(ADC)轉換器、振蕩器和混頻器。把從接收AGC電路24輸出的所接收經增益調節的信號傳遞到中頻到基帶電路26，信號通在那里通過混頻電路混頻到基帶，然后通過模數轉換器(ADC)(未示出)轉換成數字信號。
基帶到中頻電路38和中頻到基帶電路36兩者使用通過第一振蕩器60提供的振蕩器信號，以便于混頻功能。接收射頻到中頻混頻器20和發送中頻到射頻混頻器32使用從第二振蕩器62輸入的振蕩器信號。可以分別實施第一和第二振蕩器60和62作為從主基準振蕩器信號得到輸出信號的鎖相環(未示出)。
熟悉本技術領域的人員會理解，可以使用其它類型的接收和發送路徑64和66來代替而不偏離本發明的范圍。如放大器18和30、混頻器20和32、濾波器22和34、AGC電路24和36以及頻率轉換電路26和38之類的各種元件是標準元件，并且可以由熟悉本技術領域基本技術和接觸本原理的人員可以容易地構造。
在基帶計算機28中，把所接收的I信號和Q信號56輸入到去擴展/去覆蓋電路64，在那里從所接收的I信號和Q信號56獲取包括導頻信號的導頻信道和包括數據信號的數據信道。從去擴展/去覆蓋電路64把導頻信道和數據信道提供給SINR電路66和路徑加權及組合電路42。
SINR電路66把包括SINR值(即，取樣)的序列的SINR信號輸出到SINR預告器12和LLR電路46。SINR電路66還把干擾能量(1/Nt)的倒數輸出到路徑加權和組合電路42。
還把通過去擴展/去覆蓋電路64提供給路徑加權和組合電路42的去擴展和去覆蓋數據信道信號提供給解碼器48，信號在那里解碼，并傳遞到控制器50。在控制器50處，對經解碼的信號進行處理，以輸出話音或數據，或產生反向鏈路信號，用于傳遞到相關聯的基站(未示出)。
路徑加權和組合電路42計算所接收的信號(相應于數據信道信號)的多徑分量的最佳比值路徑組合權，對合適的路徑進行加權，組合多個路徑，并把經總加和經加權的路徑作為度量提供給LLR電路46。
LLR電路46使用來自路徑加權和組合電路42帶有SINR電路66提供的SINR估計的度量，以產生最佳LLR和軟解碼器判定值。可應用的LLR電路的結構在本技術領域中是眾所周知的。在一個較佳實施中，LLR電路46是根據1999年5月13日提出的，題為“SYSTEM AND METHOD FOR PERFORMINGACCURATE DEMODULATION OF TURBO-ENCODED SIGNALS VIA PILOTASSISTED COHERENT DEMODULATION”的共同待批美國專利申請09/311,793中的原理來構成的，該專利已轉讓給本發明的受讓人，并在此引用作為參考。
把最佳LLR值提供給解碼器48，以便于所接收的數據信道信號的解碼。然后控制器50處理經解碼的數據信道信號，以通過揚聲器或其它裝置(未示出)輸出話音或數據。控制器50還控制把語音信號和數據信號從輸入裝置(未示出)發送到編碼器40，以準備用于發送。
速率請求發生電路44根據SINR預告器12提供用于下一數據包的預告SINR值，產生速率控制消息。SINR預告器12使用濾波器組(下文中將作更詳細的描述)來進行SINR預告，它啟動速率請求發生電路44，以提供正確的速率控制消息。
速率請求發生電路44把預告SINR與一組預定的閾值進行比較。速率請求發生電路44根據預告SINR信號相對于各個閾值的相對量值而產生速率控制請求消息。速率請求發生電路44的確切細節是專用的，熟悉本技術領域基本技術的人員能夠容易地確定和實施，以滿足特定應用的需要。
速率請求發生電路44接著提供速率控制消息，也稱為速率請求消息，把它傳遞到控制器50。控制器50準備速率請求消息，用于通過編碼器40進行編碼，最終通過發送路徑66、雙工器16以及天線14傳遞到相關聯的基站(未示出)。當基站接收到速率請求消息時，基站相應地調節所發送信號的速率。
來自SINR電路66的正確SINR估計和總干擾噪聲碼片能量Nt估計改進了速率請求發生電路44的性能，并改進了解碼器48的性能，從而提高了收發機系統10和相關聯的電信系統的通過量和效率。
SINR估計電路在本技術領域中是眾所周知的。在一個較佳實施中，SINR電路66是根據1999年5月11日提出的，題為“SYSTEM AND METHOD FORPROVIDING AN ACCURATE ESTIMATION OF RECEIVED SIGNALINTERFERENCE FOR USE IN WIRELESS COMMUNICATIONS SYSTEMS”的美國共同待批專利申請09/310,053來構成的，該專利已轉讓給本發明的受讓人，并在此引用作為參考。
圖1所示的收發機10可以容易地用于基站中，而不是用于移動站，這時，收發機10將包含構成在控制器50上運行的軟件的速率和功率調節功能。熟悉本技術領域基本技術和接觸本原理的人員能容易地構成合適的軟件。
雖然在本特定實施例中，預告器12把SINR預告提供給速率請求發生電路44，但是熟悉本技術領域的人員會理解，如功率控制電路之類的其它類型的電路可以使用SINR預告而不偏離本發明的范圍。
圖2是圖1中所示SINR預告器12的更詳細的圖。SINR預告器12包括滑窗平均濾波器70，它接收來自圖1的SINR電路66的SINR取樣作為輸入。SINR取樣分貝轉換器和濾波器72也接收SINR取樣作為輸入。
把平均濾波器70的輸出連接到濾波器輸出分貝轉換器74的輸入。把分貝轉換器74的輸出并聯連接到快速衰落SINR預告器76的輸入、慢速衰落SINR預告器78的輸入和保持預告器80的輸入。把快速衰落SINR預告器76、慢速衰落SINR預告器78和保持預告器80的輸出連接到預告選擇器82。把快速衰落SINR預告器76的另一個輸出并聯連接到慢速衰落SINR預告器78的輸入和保持預告器80的輸入。把SINR取樣分貝轉換器和濾波器72的輸出并聯連接到慢速衰落SINR預告器78的輸入和保持預告器80的輸入。
操作中，平均濾波器70和SINR取樣分貝轉換器和濾波器72接收來自圖1中SINR電路66的SINR取樣。平均濾波器70對預定取樣數目的所接收的SINR取樣計算平均值。預定取樣數目是專用的，熟悉本技術領域基本技術的人員能容易地確定預定取樣數目，以滿足給定應用的需要。
通過濾波器輸出分貝轉換器74把從平均濾波器70輸出的平均SINR取樣轉換成分貝標度。然后，把所產生的濾波分貝標度SINR取樣并聯提供給快速衰落SINR預告器76、慢速衰落SINR預告器78和保持預告器80。
SINR取樣分貝轉換器和濾波器72對所接收的SINR取樣進行濾波，并產生SINR取樣的分貝值作為輸出，把分貝值的平均值調節到零。SINR取樣分貝轉換器和濾波器72是專用的，熟悉本技術領域基本技術的人員能容易地確定。把所產生的經轉換和經濾波的取樣提供給慢速衰落SINR預告器78和保持預告器80。
快速衰落SINR預告器76、慢速衰落SINR預告器78和保持預告器80形成濾波器組。在快速衰落信號環境中，設計快速衰落SINR預告器76以產生最小標準偏差的預告誤差作為輸出。同樣，在慢速衰落信號環境中，慢速衰落SINR預告器78產生最小標準偏差的預告誤差作為輸出，而在中速衰落信號環境中，保持預告器80產生最小標準偏差的預告誤差作為輸出。
預告選擇器82從SINR預告器76、78和80的輸出選擇具有最小標準偏差的預告誤差值的信號，它最能代表當前的衰落信號環境。從預告選擇器82輸出所選擇的預告，熟悉本技術領域基本技術的人員能容易地實施所述選擇器。使SINR預告器76、78和80的輸出補償預定的倍數，以防止SINR預告的過調節，這將在下文中作更詳細地描述。
熟悉本技術領域的人員能夠理解，可以使用單個濾波器來代替包括SINR濾波器76、78和80的濾波器組而不偏離本發明的范圍，所述單個濾波器所具有的傳遞函數系數是根據變化的衰落信號環境有選擇地改變的。此外，可以使用不同的濾波系數和/或其他的濾波器，而不偏離本發明的范圍。
SINR預告器76、78和80是線性預告濾波器，并設計成模擬Wiener濾波器性能。
一般說來，信號y(n)通常包含信號分量x(n)和噪聲分量w(n)，使得y(n)＝x(n)+w(n)，其中，n是取樣數。所要求的信號總是x(n)的線性函數，而且可以根據y(n)來估計。在本情況中，x(n)表示SINR取樣。
預告是一種特殊情況，在當前觀察之前對所要求的信號進行估計。所要求的信號d(n+D)是y(n)前面的D個取樣，其中，D是預定數，而且在本實施例中是大于或等于5個取樣。所要求的信號d(n)的預告 和所要求的信號d(n)之間的差是誤差e(n)。在本技術領域中眾所周知的是，從產生最小均方差的意義上說，最佳線性濾波器是Wiener濾波器。
本實施例中的期望信號d(n)是在數據包長度上的平均SINR。不同的數據包長度相應于不同的所要求的信號。圖1中的收發機10對5種不同數據包大小(1、2、4、8和16時隙數據包)進行預告。根據路徑組合的SINR估計(它每半個時隙更新一次)的接收，圖1中的收發機10(相應于移動站)使預告器12運行5次，分別相應于{1、2、4、8、16)時隙的數據包大小。因此，對于5種不同的數據包長度，用象預告延遲和濾波系數等不同的參數，預告器12更新圖3中示出的處理5次。
圖3是通過圖2所示的SINR預告器12實施給定數據包長度的SINR預告的更詳細的圖。SINR取樣分貝轉換器和濾波器72包括第一分貝轉換器90，它的輸入接收來自圖1中的SINR電路66的SINR取樣，而把它的輸出連接到減法器92的正端和濾波器(F1)96的輸入。把濾波器96的輸出連接到第一減法器92的負端。
操作中，SINR取樣分貝轉換器和濾波器72通過分貝轉換器90把所接收的SINR取樣轉換成分貝標度，并通過第一濾波器96對分貝信號進行濾波。從來自分貝轉換器90的分貝取樣中減去經濾波的分貝取樣。由下列公式描述SINR取樣分貝轉換器和濾波器72的輸出uo(n)＝u(n)-mu(n) (1)其中，uo(n)表示SINR取樣分貝轉換器和濾波器72的輸出取樣；u(n)表示從分貝轉換器90輸出的分貝標度取樣；而mu(n)表示從第一濾波器96輸出的分貝標度取樣輸出的平均值。
下列公式描述第一濾波器96的傳遞函數F1(z)F1(z)=λ1-(1-λ)z-1----(2)]]>其中，λ是常數系數，而z是復數變量。系數λ是專用的，熟悉本技術領域基本技術的人員能容易地確定該系數，以滿足給定應用的需要。
還把從圖1的SINR電路66接收的SINR取樣輸入到滑窗平均濾波器70。平均濾波器70對L個取樣計算SINR取樣平均值，其中，L表示給定的數據包長度。
把平均濾波器70的輸出連接到濾波器輸出分貝轉換器74，它根據本技術領域中眾知的方法把平均濾波器70的輸出轉換成分貝標度。把所產生的表示所要求信號的分貝值輸入到快速衰落SINR預告器76、慢速衰落SINR預告器78和保持預告器80。
在快速衰落SINR預告器76中，把濾波器輸出分貝轉換器74的輸出連接到第二減法器106的負端。把分貝轉換器74的輸出連接到濾波器(F3)100。把濾波器100的輸出連接到第一延遲102、第一補償電路104、并分別連接到保持預告器80和慢速衰落SINR預告器78中的第一加法器120和第二加法器150。把第一補償電路104的輸出連接到預告選擇器82的輸入。把第二減法器電路106的第二輸入連接到第一延遲102的輸出。把第二減法器電路106的輸出連接到第一平方電路108，它具有連接到第一濾波器(F4)112的輸入的一個輸出。把濾波器112的輸出連接到第一平方根電路114的輸入。把第一平方根電路114的輸出連接到第一補償電路104的輸入。
操作中，在濾波器F3100處和第二減法器106的負端處，快速衰落SINR預告器76接收來自濾波器輸出分貝轉換器74的分貝標度取樣。濾波器F3100計算分貝值的長期平均值，并通過下列公式表示md(n)=d^1(n+D)=(1-α)md(n-1)+αd(n)----(3)]]>其中，md(n)是在特定取樣n處所接收的分貝標度取樣的長期平均值，并表示平均的SINR預告 ，它是將來的D個取樣，其中，D是根據給定數據包長度的預定延遲。α是濾波器100的傳遞函數(F3)的預定系數；d(n)是分貝轉換器74的當前輸出，而md(n-1)是一個取樣以前的長期平均值。還通過下列公式描述濾波器100的傳遞函數F3F3(z)=α1-(1-α)z-1-----(4)]]>其中，z是復數變量，而α是如上所述的預定系數。熟悉本技術領域基本技術的人員能容易地確定α，以滿足給定應用的需要。
通過第一延遲電路102使從濾波器100輸出的長期平均值md(n)延遲D個取樣，并提供給第二減法器106的正端。第二減法器從長期平均值md(n)中減去從濾波器輸出分貝轉換器74輸出的d(n)，并根據其提供預告誤差信號e1(n)。分別通過平方電路108和第一濾波器F4112對所產生的誤差信號e1(n)取平方和濾波。第一濾波器F4112是無限脈沖響應濾波器(IIR)，它具有下列公式描述的傳遞函數F4(z)F4(z)=β1-(1-β)z-1---(5)]]>其中，β是濾波系數，其它變量如上所述。
把經濾波的(即，經平均和經平方的)值輸入到平方根電路114，它計算誤差信號e1(n)的均方根平方(rmse1)。把均方根誤差rmse1提供給第一補償電路104，在那里使rmse1乘以預定常數k1。k1的確切值是專用的，可以是常數，或可以是根據變化的信號環境通過其它電路(未示出)或軟件程序而動態地更新的。
下列公式給出均方根誤差rmse1rmse1(n)=(1-β)·mse1(n-1)+β[e1(n)]2---(6)]]>其中，β如公式(5)所給定；均方誤差mse1(n-1)代表一個取樣以前第一濾波器F4112的輸出。
第一補償電路104使第一預告 減小k1*rmse1，以減小預告過調節。減小了的第一預告表示為 ，并由下式給出d^1(n+D)=d^1(n+D)-k1·rmse1(n)----(7)]]>其中，變量如上所給定。
慢速衰落SINR預告器78和保持預告器80的結構與快速衰落SINR預告器76的結構相似。然而，慢速衰落SINR預告器78包括另外一個濾波器F2116以及第一加法器150。保持預告器80包括另外一個保持濾波器118和第二加法器120。第一加法器150和第二加法器120接收從快速衰落SINR預告器76的濾波器F3100輸出的長期平均值md(n)。
慢速衰落SINR預告器78，從左到右和從上到下，第三減法器122、第二平方電路124、第二濾波器F4128、第二平方根電路130、濾波器F2116、第一加法器150、第二延遲器132以及第二補償電路134。
操作中，濾波器F2116對來自SINR取樣分貝轉換器和濾波器72的輸出進行濾波。下式給出第二濾波器F2116的傳遞函數F2(z)F2(z)=μ1-(1-μ)z-1---(8)]]>其中，μ是預定的濾波系數。下式給出第二濾波器F2116的輸出 d^0(n+D)=(1-μ)d^0(n+D-1)+μu0(n)----(9)]]>其中，μ由上式給出； 是延遲一個取樣的輸出 ；而uo(n)是SINR取樣分貝轉換器和濾波器72的輸出。
把通過公式(9)描述的濾波器F2116的輸出輸入到第一加法器150的一個端子，與快速衰落SINR預告器76提供的長期平均值md(n)的輸出相加。把所產生的和表示為 ，并由下式給出d^2(n+D)=d^0(n+D)+md(n)-----(10)]]>其中，變量由前面給出。
把公式(10)給出的第一加法器150的輸出并聯地輸入到第二延遲器132和第二補償電路134。延遲器132使第一加法器150的輸出延遲D，并把結果提供給第三減法器122的正端。第三減法器從經延遲的結果中減去濾波器輸出分貝轉換器74的輸出d(n)，以產生由下式給出的第二誤差信號e2(n)e2(n)=d^2(n)-d(n)----(11)]]>其中， 是第一加法器150的延遲輸出，即，是第二延遲器132的輸出，而d(n)是濾波器輸出分貝轉換器74的輸出。
分別由第二平方電路124和第二濾波器F4128對所產生的誤差信號e2(n)進行平方和濾波。公式(5)中給出第二濾波器F4128的傳遞函數。第二平方根電路130計算濾波器F4128的輸出，并產生下列輸出rmse2(n)=(1-β)mse2(n-1)+β[e2(n)]2---(12)]]>其中，rmse2(n)是誤差信號e2(n)的均方根誤差；均方誤差mse2(n-1)是延遲了一個取樣的第二濾波器F4128的輸出；并且其它變量和常數如上文中給出的那樣。
使所產生的均方根誤差rmse2(n)乘以預定的因子k，并從第一加法器150的輸出減去結果，而給出下列輸出d^2(n+D)=d^2(n+D)-k2·rmse2(n)---(13)]]>其中，常數和變量如上所述。把第二補償電路134的輸出d2’(n+D)提供給預告選擇器82。
預定因子k2是專用的，熟悉本技術領域基本技術的人員能容易地確定該因子。因子k2可以與第一補償電路104和第三補償電路148中使用的因子k1和k3相等，或可以動態地變化，而不偏離本發明的范圍。
保持預告器80從左到右以及從上到下包括，第四減法器136、第三平方電路138、第三濾波器F4142、第三平方根電路144、第三延遲電路146、保持濾波器電路118，第二加法器120以及第三補償電路148。
在本特定實施例中，只在數據包長度小于或等于2個時隙時才使用保持預告器80。通過電路(未示出)選擇性地激勵保持預告器80，所述未示出的電路確定數據包長度何時小于或等于2個時隙，并選擇性地啟動保持預告器80的輸出。
操作中，保持預告器80對SINR取樣分貝轉換器和濾波器72的輸出進行濾波，并把結果提供給第二加法器120的一個端子，與快速衰落SINR預告器76的濾波器100的輸出md(n)相加。由下式給出加法器120的輸出d^3(n+D)=u0(n)·HoldWeight+md(n)----(14)]]>其中，保持濾波器電路118提供“保持加權(HoldWeight)”，而uo(n)是SINR取樣分貝轉換器和濾波器72的輸出。
第三延遲器使所產生的輸出延遲D個取樣，以產生 。然后從經延遲的取樣 中減去分貝轉換器74的輸出d(n)，以產生下式給出的第三誤差信號e3(n)e3(n)=d^3(n)-d(n)---(15)]]>其中，變量如上文中所給出。
接著的第三平方電路138、第三濾波器F4142以及第三平方根電路144計算由下式描述的誤差信號e3(n)的均方根誤差信號rmse3(n)rmse3(n)=(1-β)mse3(n-1)+β[e3(n)]2---(16)]]>其中，均方誤差mse3(n-1)是延遲了一個取樣的第三濾波器F4142的輸出；而其它常數和變量如上文中給出。在公式(5)中給出第三濾波器F4142的傳遞函數。
通過第三保持電路148，將所產生的均方根誤差rmse3(n)乘以預定的常數k3，并從第二加法器120的輸出 中減去結果，得到下面的輸出d^3(n+D)=d^3(n+D)-k3·rmse3(n)----(17)]]>其中，常數和變量如上文中給出的那樣。把公式(17)給出的結果提供給預告選擇器電路82。
預告選擇器82選擇具有最小rmse值的預告作為給定數據包長度的最終預告。對于1時隙和2時隙數據包，預告選擇器82從快速衰落預告器76、慢速衰落預告器78以及保持預告器80中進行選擇。對于4、8和16時隙數據包，預告選擇器82從快速濾波器76和慢速衰落濾波器78中作出選擇。
延遲器102、132和146提供D個半個時隙的延遲，其中，D是對于給定數據包長度的預告等待時間。預告器12每半個時隙接收一次SINR估計取樣，但是只在每兩個半個時隙產生一次數據包平均SINR預告。此外，每個半個時隙應用濾波器F196一次，每2個半個時隙應用具有傳遞函數F2、F3和F4的濾波器100、112、116、128和142一次。傳遞函數F1(z)、F2(z)、F3(z)和F4(z)的描述略去了抽取處理。然而，熟悉本技術領域基本技術的人員能容易地相應調節傳遞函數。
熟悉本技術領域的人員會理解，可以在軟件中實施SINR預告器12，而不偏離本發明的范圍，在這種情況下，根據上述規定，可以容易地接通或斷開濾波器96、100、112、128、142和116。
因此，這里已經參考特定應用的特定實施例描述了本發明。熟悉本技術領域基本技術和接觸本原理的人員會理解，另外的修改、應用和實施例在本發明的范圍內。
因此，后文中的權利要求書包括了本發明范圍內的所有應用、修改和實施例。
權利要求
1.一種提供信號與干擾噪聲比正確預告的系統，其特征在于，所述系統包括接收由發射機經過信道發送的信號的裝置；根據所述所接收信號產生信號與干擾噪聲比的估計序列的裝置；確定損失估計序列的估計值之間的關系的裝置；以及使用所述關系提供用于后續接收信號的信號與干擾噪聲比預告的裝置。
2.如權利要求1所述的系統，其特征在于，它還包括根據所述信噪比產生數據速率請求消息的裝置。
3.如權利要求2所述的系統，其特征在于，它還包括把所述數據速率請求消息發送到所述發射機的裝置。
4.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述關系是基于估計的所述序列的單元的平均值的裝置。
5.如權利要求4所述的系統，其特征在于，用于確定的所述裝置包括用于計算所述平均值的濾波器組。
6.如權利要求5所述的系統，其特征在于，所述濾波器組包括有限脈沖響應濾波器。
7.如權利要求5所述的系統，其特征在于，對于不同的衰落環境，對與在所述濾波器組中的每個濾波器相關聯的傳遞函數的系數進行修整。
8.如權利要求7所述的系統，其特征在于，所述不同的衰落環境包括不同的瑞利(Raleigh)衰落環境、與快速移動系統相關聯的一個環境、與慢速移動系統相關聯的第二環境，以及與以中速移動的系統相關聯的第三系統。
9.如權利要求7所述的系統，其特征在于，它還包括連接到所述濾波器組中的每一個的選擇電路，用于從在所述濾波器組中的所述濾波器之一選擇輸出，所述輸出與具有最適合于當前衰落環境的傳遞函數一個濾波器相關聯。
10.一種有效的通信系統收發機，用于根據信道的干擾特征把正確的控制信號提供給外部收發機，所述通信系統收發機和所述外部收發機經過所述信道進行通信，其特征在于，所述通信系統收發機包括天線；與所述天線進行通信的雙工器；與所述雙工器進行通信的接收路徑，用于經過所述信道接收信號，并根據其提供數字信號；基帶計算機，用于接收和處理所述數字信號；信號與干擾噪聲比預告器，用于提供用于后續接收數字信號的信號與干擾噪聲比預告；以及速率請求裝置，用于根據所述信號與干擾噪聲比預告，產生速率控制消息，并把所述速率控制消息提供給所述外部收發機。
11.如權利要求10所述的收發機，其特征在于，在所述基帶計算機中實施所述速率請求裝置。
12.如權利要求11所述的收發機，其特征在于，所述速率請求裝置包括對所述數字信號去擴展、估計所述去擴展數字信號的載波信擾值的裝置。
13.如權利要求12所述的收發機，其特征在于，所述信號與干擾噪聲比預告器包括預告器濾波器組，在所述預告器濾波器組中的每個濾波器具有一個信號與干擾噪聲比的預告器，用于根據所述信道的預定衰落特征預告信號與干擾噪聲比。
14.如權利要求13所述的收發機，其特征在于，所述信號與干擾噪聲比預告器還包括預告選擇器，用于從所述信號與干擾噪聲比預告器中的每一個，選擇最適合于所述信道的當前衰落特征的信號與干擾噪聲比。
15.一種系統，用于對經過信道接收到的信號正確地預告信號與干擾噪聲比，所述系統包括從所述接收信號提供載波信噪比值的第一裝置；第二手段，根據所述信道的衰落特征對所述載波信噪比值進行濾波、并根據其提供用于慢速衰落、中速衰落以及快速衰落信道的輸出的第二裝置；以及從所述輸出中選擇經預告的信號與干擾噪聲比的第三裝置。
16.如權利要求15所述的系統，其特征在于，所述第二裝置包括用于使所述輸出中的每一個輸出調整某一倍數的補償電路。
17.如權利要求15所述的系統，其特征在于，所述第二裝置包括提供所述載波信噪比值的平均值的平均濾波器。
18.如權利要求17所述的系統，其特征在于，把所述平均濾波器連接到分貝轉換電路，用于把所述載波信噪比值的平均值轉換成分貝標度，并根據其提供分貝標度值。
19.如權利要求18所述的系統，其特征在于，所述第二裝置包括濾波器組，所述濾波器組包括第一濾波器，所述第一濾波器用于接收所述分貝標度值，并根據慢速衰落信道提供信號與干擾噪聲比預告。
20.如權利要求19所述的系統，其特征在于，所述第一濾波器包括抽取電路，用于抽取所述分貝標度值，并根據其提供經抽取的值。
21.如權利要求20所述的系統，其特征在于，所述第一濾波器包括長期平均濾波器，用于對所述抽取值進行平均，并把所述平均值提供給延遲電路，把所述延遲電路的輸出連接到減法器電路，用于從所述分貝標度值減去經延遲的抽取值，并根據其把減法器輸出提供給與一個附加的平均濾波器進行通信的平方電路以及一個平方根電路，所述平方根電路把輸出提供給第一補償電路，第一補償電路還接收所述平均值作為輸入，并根據其根據所述慢速衰落信道提供所述信號與干擾噪聲比。
22.如權利要求21所述的系統，其特征在于，所述濾波器組還包括第二濾波器和第三濾波器，用于提供分別適用于慢速衰落信道和中速衰落信道的載波信擾預告。
23.如權利要求15所述的系統，其特征在于，用于濾波的所述第二裝置包括濾波器組，所述濾波器組具有用于所述慢速衰落、中速衰落以及快速衰落信道特征的每一個的濾波器。
24.如權利要求23所述的系統，其特征在于，所述濾波器組包括近似Wiener濾波器的第一濾波器，所述第一濾波器提供用于慢速衰落信道的信號與干擾噪聲比預告。
25.如權利要求24所述的系統，其特征在于，所述濾波器組包括近似Wiener濾波器的第二濾波器，所述第二濾波器提供用于快速衰落信道的信號與干擾噪聲比預告。
26.如權利要求25所述的系統，其特征在于，所述濾波器組包括第三濾波器，所述第三濾波器用來提供用于中速衰落信道的信號與干擾噪聲比預告，所述第三濾波器作為保持濾波器。
27.一種對經過信道接收到的信號進行正確預告信號與干擾噪聲比的系統，其特征在于，所述系統包括根據所述接收信號獲得信號對噪聲比值的第一裝置；根據快速衰落信道對所述載波信噪比值進行濾波、并根據其提供快速衰落載波信噪比預告的第二裝置；根據慢速衰落信道對所述載波信噪比值進行濾波、并根據其提供慢速衰落載波信噪比預告的第三裝置；根據所述中速衰落信道對所述載波信噪比值進行濾波、并根據其提供中速衰落載波信噪比預告的第四裝置；以及從所述快速衰落、慢速衰落、中速衰落載波信噪比預告中進行選擇、并根據其提供預告信號與干擾噪聲比的第五裝置。
全文摘要
一種系統(10),用于提供信號與干擾噪聲比的精確預告。系統(10)包括第一電路,用于接收通過外部收發機在信道上發送的信號。第二電路根據所接收的信號,產生信號與干擾噪聲比的估計的序列。第三電路確定估計序列的元素之間的關系。第四電路使用該關系來提供用于后續接收信號的信號與干擾噪聲比預告。
文檔編號H04L1/20GK1377526SQ00812810
公開日2002年10月30日 申請日期2000年9月12日 優先權日1999年9月13日
發明者Q·吳, P·J·布萊克, N·T·辛德胡沙依那 申請人:高通股份有限公司