專利名稱：一種動態調整平均長度以進行信道估計的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于CDMA(碼分多址)蜂窩通信系統領域。
CDMA蜂窩通信技術以其頻率規劃簡單、系統容量大、抗多徑能力強、通信質量好、電磁干擾小等特點顯示出巨大的發展潛力，是包括第三代的未來移動通信的主流技術。CDMA擴頻信號接收機分為相干接收機和非相干接收機兩種。相干接收機需要得知接收信號的相位信息，而非相干接收機不需要接收信號的相位信息，但要求發送信號為正交調制方式。本發明主要考慮在未來CDMA蜂窩系統中占主導地位的相干接收方式。
移動通信系統中存在多徑衰落現象，會造成嚴重的多徑干擾。在采用了擴展頻譜技術的CDMA蜂窩移動通信系統中，通過接收帶有確知信息的導頻(Pilot)信號，可以對多徑信號的幅度和相位信息進行估計，從而使得多徑分集和相干接收成為可能。針對多徑衰落信號進行分集處理的相干擴頻接收機稱為RAKE接收機，它可對多個攜有相同信息且衰落特性相互獨立的單徑信號進行相位校正并進行最大比合并處理，從而達到克服多徑衰落，提高接收信號干擾比之目的。
為了實現相干接收，需要估計出衰落信道的時變參數即進行信道估計。而對信道估計的要求有及時性和準確性兩個方面，及時性是指信道快速變化時，信道估計能快速跟蹤信道的變化；準確性是指，在保證及時性的前提下，盡可能地提高信道估計的精度。在連續導頻體制的CDMA系統中，進行信道估計時采用的經典方法是RAKE接收機的每一分支利用導頻符號估計出的連續多個信道數據的采樣值進行平均以抑制估計噪聲，平均區間越大，噪聲所帶來的干擾越小。但是另一方面，這種在一定區間進行平均的方法是建立在信道參數在此范圍是緩慢變化的基礎之上的，而這個信道參數相對變化緩慢的估計區間又隨移動臺移動速度(多普勒頻移)而變化，移動速度越大，此區間越小，反之則越大。綜合考慮，信道估計的長度存在一個相對的平衡點，此點能兼顧信道的時變特性及抑制噪聲兩個方面。在傳統的連續導頻CDMA系統的RAKE接收機中，信道估計器的平均長度設定為一個固定的值。而對于第三代綜合業務移動通信系統來說，如果采用固定平均長度，移動速度越大，信道相對穩定的時間也就越短，信道估計器的平均長度也應該越短，隨著信道估計平均長度的縮短，信道估計值所含噪聲成份逐漸增大，信道估計的準確度會下降。為了使RAKE接收機達到從靜止到500公里/小時的速度適應能力，信道估計采用固定平均長度的方法不是最佳方案，因此我們必須動態調整這一估計長度。
本發明的目的是根據移動臺不同的移動速度，確定信道估計時最佳的平均長度，由此建立對信道估計平均長度進行動態調制，從而克服固定平均長度進行信道估計所帶來的估計誤差，大大提高RAKE接收機的接收性能。
本發明的方法及裝置分別是按以下方案實現的本發明提出了動態調整信道估計平均長度的調整方法，其基本思路是首先估計出信道的最大多普勒頻移，再利用最佳信道估計平均長度的閉合公式對平均長度進行動態調整。
本發明方法包括以下步驟(1)估計移動信道最大多普勒頻移；(2)根據最大多普勒頻移計算最佳平均長度；(3)根據計算出的最佳平均長度進行動態調整。
以下結合公式分別進行介紹。
1、信道最大多普勒頻移的估計CDMA系統中的導頻(Pilot)信道用于傳送事先確知的導頻序列，可用于系統定時和載波的提取、信道估計、越區切換等。
設RAKE接收機所用的指峰數為L，考慮第l個指峰。接收導頻信道數據經過與發送信號導頻信道的擾碼及信道碼相關解擴后得到受衰落信道影響的導頻接收符號序列rl(n)，即rl(n)=dp(n)cl(n)+v(n)cl(n)=clI(n)+jclQ(n)[公式1]dp(n)=dpI(n)+jdpQ(n)其中，dp(n)是導頻信道的發送符號，cl(n)是第l徑第n個符號區間信道參數，v(n)是復加性高斯白噪聲。rl(n)及v(n)的采樣時間間隔為符號間隔Δt。根據導頻符號估計出的信道參數序列為 其中， 是cl(n)的符號瞬時估值，z(n)是v(n)引入的估計白噪聲，其方差為σ2n。
設xl,T(n)為 的包絡，我們利用xl,T(n)在區間1≤n≤N的值來估計信道的最大多普勒頻移ωd。RAKE接收機能夠分辨出很小的多徑時延，并能搜索出其中的最強徑，設最強徑為第l徑。構造如下變量G ωd的估計為 2、計算最佳平均長度利用連續導頻估計第n點的信道參數時，采用平均的方法，即將 輸入到一個平均長度為2N+1的平均系統模型中，如
圖1所示。
由此得到新的信道參數的估計序列 由以下等式右端的三部分組成 其中，εs(n)是由于平均長度所帶來的誤差，εz(n)是由于噪聲所帶來的誤差。εTotal(n)是兩種誤差的總和。
本發明給出一個完整的誤差平均功率的表達式。ωd為信道最大多普勒頻移。因此，由于平均所產生的誤差均方值為 在已知ωd及符號間隔Δt時，由上式可求得在不同運動速度下的最佳平均時間2N+1。設M=2N+1，則由[公式6]可知，最佳的M為使下式最小的整數 其中a=6.51×10-4(ωdΔt)4σ2l,b=σ2n[公式8]利用基本不等式，易得在M=b/4a5]]>時，[公式7]取極小值，即可將圖1所示的平均長度取 3、得到最佳平均長度后由數據累加平均器對瞬時信道參數進行動態調整，即對瞬時信道參數估計進行累加、求和及平均。
本發明裝置如圖2所示，他包括瞬時信道參數估計器1、最大多普勒頻移估計器2、最佳平均長度計算器3和M個數據累加平均器4，其中瞬時信道參數估計器1同時與最大多普勒頻移估計器2和M個數據累加平均器4連接。
本發明優點(1)本發明計算簡單易行，可用于任何具有連續導頻的CDMA移動通信系統，包括3GPP WCDMA和3GPP2 CDMA2000系統。
(2)克服了固定平均長度進行信道估計所帶來的估計誤差，大大提高RAKE接收機的接收性能。
瞬時信道參數估計器1包括復數乘法裝置101，如圖3所示；最大多普勒頻移估計器2包括復數求模裝置201、延時裝置202、減法器203、平方器204、平方器205、N-1個數據累加平均裝置206、N個數據累加平均裝置207、除法器208、求二次方根裝置209、乘法器210，并且減法器(203)同時與延時裝置(202)、復數求模裝置(201)及平方器(204)連接，除法器(208)同時與N個數據累加平均裝置(207)、N-1個數據累加平均裝置(206)及求二次方根裝置(209)連接，如圖4所示；信道估計最佳平均長度計算器3包括乘法器301、四次方裝置302、乘法器303、求5次方根裝置304，并且這四個裝置串聯連接如圖5所示；M個數據累加平均器4包括M個數據累加平均器401，如圖6所示。
下面對裝置1、2、3、4分別進行介紹對于裝置1，它的輸入是經過解擴后的導頻信道以符號速率采樣的復數信道參數，其中101的復數乘法器完成[公式2]所示的運算，之所以用乘法器是由于導頻數據是已知的。裝置1的結果數據分別送往裝置2和裝置4。
對于裝置2，它的輸入是來自裝置1估計出的瞬時信道參數，輸出是估計出的信道最大多普勒頻移，它送往裝置3。其中，201完成對輸入的復數進行取模運算，202、203完成相鄰兩值的差值運算，其結果由204完成平方運算，由206完成平均運算。205、207完成[公式3]所示的分母部分的平方及累加平均運算。208完成[公式3]所示的除法運算，其結果送往209求二次方根，并在210完成與已知數據2/Δt的相乘運算并求出最大多普勒頻移送往裝置3。
對于裝置3，它的輸入來自裝置2計算出的最大多普勒頻移，它完成[公式8]、[公式9]所示的運算并求出最佳的平均長度M送往裝置4。
對于裝置4，它根據裝置3計算出的最佳M值由M個數據累加平均器401對由裝置1發送來的M個復數進行累加求和及平均，此即為動態調整，其結果即是動態調整平均長度后估計出的信道參數。
在圖7中，為本發明裝置應用于RAKE接收機中的實施示例，除本發明裝置外，其余均為RAKE接收機中的一般裝置，其功能和連接關系分述如下●抽頭延遲線抽頭延遲線完成對接收基帶數據的采樣及延遲抽頭輸出，其結果通過時分復用的方式送往數據信道相關解擴器及導頻信道相關解擴器。
●數據信道相關解擴器數據信道相關解擴器完成對抽頭延遲線輸出的采樣數據中數據信道的相關解擴，其結果送往乘法器。
●導頻信道相關解擴器導頻信道相關解擴器完成對抽頭延遲線輸出的采樣數據中導頻信道的相關解擴，其結果送往瞬時信道參數估計器。
●乘法器乘法器完成對數據信道相關解擴器輸出的數據信道數據與長度為M的數據平均器輸出的信道參數估計值的復數相乘，即對接收信號進行相位校正。其結果送往RAKE接收機的最大比合并器。
權利要求
1．一種動態調整平均長度以進行信道估計的方法，其特征在于包括以下步驟(1)估計移動信道最大多普勒頻移；(2)根據最大多普勒頻移計算最佳平均長度；(3)根據計算出的最佳平均長度進行動態調整。
2．根據權利要求1的一種動態調整平均長度以進行信道估計的方法，其特征在于所述動態調整，即對瞬時信道參數估計進行累加、求和和平均。
3．一種動態調整平均長度以進行信道估計的裝置，其特征在于由瞬時信道參數估計器(1)、最大多普勒頻移估計器(2)、最佳平均長度計算器(3)和M個數據累加平均器(4)組成，其中瞬時信道參數估計器(1)同時與最大多普勒頻移估計器(2)和M個數據累加平均器(4)連接。
4．根據權利要求(3)所述的一種動態調整平均長度以進行信道估計的裝置，其特征在于(1)所述的瞬時信道參數估計器(1)包括復數乘法裝置(101)；(2)所述的最大多普勒頻移估計器(2)包括復數求模裝置(201)、延時裝置(202)、減法器(203)、平方器(204)、平方器(205)、N-1個數據累加平均裝置(206)、N個數據累加平均裝置(207)、除法器(208)、求二次方根裝置(209)、乘法器(210)，并且減法器(203)同時與延時裝置(202)、復數求模裝置(201)及平方器(204)連接，除法器(208)同時與N個數據累加平均裝置(207)、N-1個數據累加平均裝置(206)及求二次方根裝置(209)連接；(3)所述的信道估計最佳平均長度計算器(3)包括乘法器(301)、四次方裝置(302)、乘法器(303)、求5次方根裝置(304)，并且這四個裝置串聯連接；(4)所述的M個數據累加平均器(4)包括M個數據累加平均器(401)。
全文摘要
本發明方法包括以下步驟:(1)估計移動信道最大多普勒頻移;(2)根據最大多普勒頻移計算最佳平均長度;(3)根據計算出的最佳平均長度進行動態調整。本發明裝置包括瞬時信道參數估計器1、最大多普勒頻移估計器2、最佳平均長度計算器3和M個數據累加平均器4,其中瞬時信道參數估計器1同時與最大多普勒頻移估計器2和M個數據累加平均器4連接。本發明計算簡單易行,可用于任何具有連續導頻的CDMA移動通信系統,包括3GPP WCDMA和3GPP2 CDMA2000系統。克服了固定平均長度進行信道估計所帶來的估計誤差,大大提高RAKE接收機的接收性能。
文檔編號H04B1/707GK1312625SQ01115569
公開日2001年9月12日 申請日期2001年4月29日 優先權日2001年4月29日
發明者董霄劍, 蔣良成, 尤肖虎, 程時昕 申請人:信息產業部電信傳輸研究所, 東南大學