基于功率頻譜密度估計(jì)的數(shù)據(jù)速率確定的制作方法

專利名稱：基于功率頻譜密度估計(jì)的數(shù)據(jù)速率確定的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及估計(jì)在通信系統(tǒng)中的臺(tái)站之間，更具體地說在蜂窩碼分多址(CDMA)通信系統(tǒng)中的臺(tái)站之間傳輸?shù)男盘?hào)的數(shù)據(jù)速率的方法和電路。
當(dāng)在CDMA系統(tǒng)的基站和移動(dòng)站(在上行鏈路或下行鏈路上)之間傳輸信號(hào)時(shí)，信號(hào)接收機(jī)需要根據(jù)接收的信號(hào)確定和所述信號(hào)沿其傳播的通信路徑相關(guān)的某些信息。這里將其稱為“信道估計(jì)”，并且所述信道估計(jì)通常在產(chǎn)生信道脈沖響應(yīng)的信道估計(jì)器中進(jìn)行。用于信道估計(jì)的各種技術(shù)已為人們所知。為了正確地譯解并解調(diào)輸入數(shù)據(jù)，需要信道脈沖響應(yīng)。
信道估計(jì)中可使用接收信號(hào)的數(shù)據(jù)傳輸速率。但是，如果在接收機(jī)處進(jìn)行檢測的時(shí)候，接收的無線電幀的數(shù)據(jù)速率未知，則通常通過假定使用可能的最高數(shù)據(jù)速率進(jìn)行傳輸，并在接收站中使用可能的最小擴(kuò)展因子，檢測復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)符號(hào)，得到所述無線電幀中的信息符號(hào)。假定接收的無線電幀的數(shù)據(jù)速率為1024kbps，這對(duì)于應(yīng)于數(shù)據(jù)符號(hào)檢測中使用的為4(在4.096Mcps下)的擴(kuò)展因子。這種檢測的結(jié)果應(yīng)為對(duì)應(yīng)于接收的無線電幀的所有檢測到的復(fù)數(shù)信息符號(hào)的數(shù)據(jù)矢量。之后，必須估計(jì)傳輸過程中，發(fā)射站的信號(hào)的實(shí)際數(shù)據(jù)速率。例如，該階段可能得出接收的無線電幀中的實(shí)際數(shù)據(jù)速率為256kbps，而不是假定的1024kbps的決定。最后，按照估計(jì)的數(shù)據(jù)速率，把必需的盡可能多的相鄰符號(hào)加和在一起，得到實(shí)際的信息符號(hào)。本例中，這會(huì)導(dǎo)致每四個(gè)相鄰符號(hào)加和一次，得到一個(gè)實(shí)際的信息符號(hào)。于是有利的是在接收機(jī)電路進(jìn)行檢測時(shí)，能夠得到實(shí)際的傳輸數(shù)據(jù)速率。
臺(tái)站之間的傳輸可能包括，也可能不包括被傳輸信號(hào)的數(shù)據(jù)速率的明確信息。在前一種情況下，即如果可變速率連接包括和各個(gè)接收的無線電幀所使用的數(shù)據(jù)速率相關(guān)的信息，則通常在單獨(dú)的信道中，例如在DPCCH(專用物理控制信道)中給出該信息。但是通常以這樣的方式對(duì)該信息編碼，以便在檢測無線電幀的數(shù)據(jù)符號(hào)時(shí)，接收的無線電幀的實(shí)際數(shù)據(jù)速率未知。另外，為了驗(yàn)證和/或校正接收的數(shù)據(jù)速率信息，必須確定數(shù)據(jù)速率的另一估計(jì)值。在后一種情況下，即如果接收信號(hào)中不包含所述明確信息，為了在接收機(jī)定義接收信號(hào)的實(shí)際數(shù)據(jù)速率，可在接收站使用所謂的未知的或盲數(shù)據(jù)速率估計(jì)。
檢測接收信號(hào)的數(shù)據(jù)速率的一種現(xiàn)有提議以數(shù)據(jù)信道和控制信道中接收位的功率差為基礎(chǔ)。該方法較為簡單，因?yàn)樗恍枰邮盏目刂品?hào)和數(shù)據(jù)符號(hào)的平均功率估計(jì)值。但是，該方法的缺點(diǎn)在于如果在檢測第一位置中的數(shù)據(jù)符號(hào)(在上面的例子中為4)中使用極低的擴(kuò)展因子，則在檢測過程中，噪聲成為最主要的信號(hào)。這顯著降低了數(shù)據(jù)符號(hào)功率估計(jì)的性能。
另一種現(xiàn)有方法以接收信號(hào)的CRC(循環(huán)冗余檢驗(yàn)一種檢錯(cuò)信號(hào))解碼為基礎(chǔ)。該方法以各級(jí)解碼的數(shù)據(jù)速率假定和給出正確CRC字的數(shù)據(jù)速率的后續(xù)選擇為基礎(chǔ)。舉例來說，假定可能的數(shù)據(jù)速率為32、64、128、256、512和1024kbps，通過首先假定1024kbps的數(shù)據(jù)速率，可直接計(jì)算接收的無線電幀的信息符號(hào)的CRC檢驗(yàn)。得到的CRC字被保存。兩個(gè)相鄰的接收符號(hào)被加和起來，在假定數(shù)據(jù)速率為512kbps的情況下，關(guān)于這些信息符號(hào)計(jì)算另一個(gè)CRC檢驗(yàn)。所得到的CRC字被保存。該過程繼續(xù)把兩個(gè)相鄰的信息符號(hào)加和起來，并且計(jì)算所有這些信息流的CRC檢驗(yàn)，直到達(dá)到可能的最低數(shù)據(jù)速率為止。之后驗(yàn)證保存的CRC字，選擇這樣的一個(gè)數(shù)據(jù)速率，該數(shù)據(jù)速率對(duì)應(yīng)于當(dāng)獲得正確的CRC檢驗(yàn)(如果存在這樣的CRC檢驗(yàn))時(shí)，發(fā)射機(jī)中所使用的數(shù)據(jù)速率。這種方法的缺點(diǎn)在于計(jì)算復(fù)雜如果存在N個(gè)可能的數(shù)據(jù)速率，則在能夠確定發(fā)射機(jī)數(shù)據(jù)速率之前，必然需要N個(gè)CRC解碼過程。此外，如果算法不能產(chǎn)生完全匹配的CRC檢驗(yàn)，則該方法不能給出任何數(shù)據(jù)速率。
一種現(xiàn)有提議以假定各級(jí)解碼過程的某一數(shù)據(jù)速率(如同CRC方法中一樣)情況下，數(shù)據(jù)的維特比解碼的量度為基礎(chǔ)。但是這種方法的計(jì)算同樣復(fù)雜，并且使用可能導(dǎo)致更復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算和/或不準(zhǔn)確的估算程序結(jié)果的假定。
后兩種現(xiàn)有方法的另一缺點(diǎn)在于這兩種方法把接收信號(hào)的數(shù)據(jù)速率的最終確定推遲到首次需要數(shù)據(jù)的某些解碼的階段。對(duì)于在解碼前的某一階段需要接收信號(hào)的數(shù)據(jù)傳輸速率的估計(jì)值的接收機(jī)結(jié)構(gòu)來說，這將使操作變得很困難。這樣的一種接收機(jī)包括干擾消除(IC)接收機(jī)。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種估計(jì)具有可變數(shù)據(jù)傳輸速率的通信系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸速率的方法，其中傳輸信號(hào)包括遍布一系列數(shù)據(jù)幀的若干數(shù)據(jù)符號(hào)，所述方法包括下述步驟按照數(shù)據(jù)傳輸速率的預(yù)定分類，對(duì)接收的傳輸信號(hào)的數(shù)據(jù)幀分類，并根據(jù)所述分類估計(jì)接收的數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)傳輸速率。
根據(jù)一個(gè)更具體的實(shí)施例，分類以接收的傳輸信號(hào)的頻率內(nèi)容為基礎(chǔ)。分類可以接收的傳輸信號(hào)的功率譜密度函數(shù)估計(jì)值為基礎(chǔ)。可利用快速傅里葉變換算法和接收的傳輸信號(hào)的數(shù)據(jù)符號(hào)序列的相干求平均值法，計(jì)算功率譜密度函數(shù)估計(jì)值。
還可通過求功率譜密度函數(shù)的各個(gè)元素之和，并用該和值去除所述各個(gè)元素，對(duì)功率譜密度函數(shù)估計(jì)值進(jìn)行歸一化。
通過從功率譜密度函數(shù)中減去功率譜密度函數(shù)的元素?cái)?shù)目的倒數(shù)，可消除噪聲的影響。
分類還可包括下述步驟根據(jù)功率譜密度函數(shù)計(jì)算用于表征功率譜密度函數(shù)的頻率內(nèi)容的變量，根據(jù)分類判定結(jié)構(gòu)的界限值比較所述變量。
估計(jì)的數(shù)據(jù)傳輸速率可用在信道估計(jì)中。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種供具有可變數(shù)據(jù)傳輸速率的通信系統(tǒng)之用的信號(hào)接收電路，其中以遍布一系列數(shù)據(jù)幀的若干數(shù)據(jù)符號(hào)的形式傳送數(shù)據(jù)，所述信號(hào)接收電路包括接收輸入的傳輸信號(hào)，按照數(shù)據(jù)傳輸速率的預(yù)定分類對(duì)信號(hào)的數(shù)據(jù)幀分類，并根據(jù)分類結(jié)果確定接收數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)傳輸速率的估計(jì)值的速率估計(jì)部件。
根據(jù)一個(gè)更具體的實(shí)施例，信號(hào)接收電路包含在蜂窩通信系統(tǒng)的移動(dòng)站和/或基站中。
本發(fā)明的實(shí)施例具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的實(shí)施例可在不傳送任何速率信息的情況下使用。另外，本發(fā)明的實(shí)施例可用于傳送了速率信息，但是由于某種原因，所述速率信息不能被使用或者在接收過程中不能從信號(hào)中檢測出所述速率信息的情況。另外，一種可能的應(yīng)用是提供輔助的數(shù)據(jù)速率信息，所述輔助數(shù)據(jù)速率信息可用于對(duì)從傳送的信號(hào)中檢測到的速率信息進(jìn)行校正或檢錯(cuò)。數(shù)據(jù)傳輸速率的估計(jì)值還可在接收的信號(hào)處理序列中的其它部件，例如在IC接收機(jī)中使用。未知數(shù)據(jù)速率的早期檢測的可能性使得能夠使用早期應(yīng)用數(shù)據(jù)速率信息的任意這種接收機(jī)結(jié)構(gòu)。對(duì)于輸入的數(shù)據(jù)符號(hào)的維特比解碼來說，所述估計(jì)值還有助于速率選擇，或者如果檢錯(cuò)失敗的話，幫助確定用于解碼的備選傳輸速率。另外，本發(fā)明的實(shí)施例有助于提供對(duì)SNR(信噪比)波動(dòng)不太敏感的系統(tǒng)。
在更詳細(xì)地說明圖2的例證接收電路之前，簡要說明發(fā)射站內(nèi)的發(fā)射電路(圖中未示出)。在MS和BTS之間傳送的數(shù)據(jù)可以是語音數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)或其它數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)被編碼成適于以位速率Tb傳送的數(shù)據(jù)形式，如上所述，所述位速率Tb取決于數(shù)據(jù)源。編碼后的用戶數(shù)據(jù)被提供給幀多路復(fù)用器。用戶數(shù)據(jù)也可被提供給CRC編碼器，CRC編碼器為各幀數(shù)據(jù)產(chǎn)生檢驗(yàn)序列(CRC)。在傳輸之前，可按照本領(lǐng)域中已知的方式實(shí)現(xiàn)幀序列的糾錯(cuò)編碼和位交織。糾錯(cuò)的目的是保護(hù)用戶數(shù)據(jù)免受無線電信道中的錯(cuò)誤的影響，從而即使某些二進(jìn)制位被破壞，維特比解碼器仍可恢復(fù)編碼數(shù)據(jù)。為了便于錯(cuò)誤編碼和解碼，規(guī)定各個(gè)用戶數(shù)據(jù)的末端的尾部位(tail bit)也可被添加到用戶數(shù)據(jù)序列的末端中。位交織使通常產(chǎn)生于無線電信道中的突發(fā)性錯(cuò)誤在時(shí)間上分布得更均勻，從而使解碼器能夠更有效地從編碼數(shù)據(jù)中糾正錯(cuò)誤。
幀多路復(fù)用器把用于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)組織成幀序列。圖3圖解說明幀序列中用于物理信道DPCCH(專用物理控制信道)和DPDCH(專用物理數(shù)據(jù)信道)的時(shí)隙結(jié)構(gòu)的例子。幀的DPCCH部分包括引導(dǎo)序列(PILOT)、可能速率信息(RI)序列(圖中未示出)和傳輸功率控制(TPC)序列。幀的DPDCH部分包括整個(gè)被交織的用戶數(shù)據(jù)序列(用戶位、可能的CRC位和可能的尾部位)。一般來說，DPDCH的用戶數(shù)據(jù)被分成均為10毫秒的幀周期，各幀可具有不同的傳輸速率。從而，能夠把來自不同源的數(shù)據(jù)多路復(fù)用到供傳輸?shù)膸蛄兄?，并且在幀序列的不同幀中提供不同的傳輸速率。在下面的例證實(shí)施例中，對(duì)幀的DPDCH序列進(jìn)行數(shù)據(jù)速率檢測。
幀序列被提供給擴(kuò)展器，擴(kuò)展器接收來自于代碼生成器的擴(kuò)展碼和擾頻碼。按照已知的CDMA技術(shù)產(chǎn)生擴(kuò)展碼和擾頻碼，因此這里不作進(jìn)一步的說明。擴(kuò)展碼的作用是把傳輸頻帶擴(kuò)展到碼片速率TC，碼片速率TC大于位速率Tb。如上所述，對(duì)于向單一基站進(jìn)行傳送的各個(gè)移動(dòng)站來說，擾頻碼是唯一的，從而可在基站區(qū)分來自各個(gè)移動(dòng)站的傳輸。如果采用M個(gè)并行代碼信道，則利用不同的代碼擴(kuò)展M個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)，隨后把得到的結(jié)果加和在一起。擴(kuò)展信號(hào)被提供給調(diào)制器，調(diào)制器按照例如QPSK調(diào)制對(duì)準(zhǔn)備傳送的信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。在某些系統(tǒng)中，在擴(kuò)展前進(jìn)行調(diào)制。但是，這一系列的事件對(duì)本發(fā)明沒有任何影響。經(jīng)過擴(kuò)展和調(diào)制的信號(hào)被提供給數(shù)-模(D/A)轉(zhuǎn)換器，并從數(shù)-模轉(zhuǎn)換器被提供給RF部件，所述RF部件提供準(zhǔn)備傳送的信號(hào)。
下面將參考圖2說明上行鏈路連接的接收方。從天線30輸入的信號(hào)被RF部件28接收，并被提供給模-數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器32。易于理解信號(hào)可到達(dá)正在經(jīng)歷具有不同傳播延遲dn的多路的接收站。A/D轉(zhuǎn)換器32把數(shù)字輸入提供給同步部件34、信道估計(jì)部件37，并且分別把數(shù)字輸入提供給多個(gè)解擴(kuò)展器36a、36b、36c。解擴(kuò)展器的數(shù)目取決于從基站到移動(dòng)站的信號(hào)所經(jīng)歷路徑的可能數(shù)目，從而取決于環(huán)境。同步部件34控制在打開電源之后以及在切換情況下，移動(dòng)站相對(duì)于基站BTS的同步。這包括搜索已和該移動(dòng)站的唯一擾頻碼一起傳送的信號(hào)。從而，同步部件34從代碼生成器22接收所述唯一代碼。為了實(shí)現(xiàn)搜索功能，同步部件利用來自代碼生成器22的唯一代碼，并且使之與輸入信號(hào)相關(guān)，直到檢測到強(qiáng)相關(guān)性為止。在完成同步程序之后，可建立專用通信信道。脈沖響應(yīng)測量部件35估計(jì)傳播延遲dn，以便能夠向各個(gè)解擴(kuò)展器36a、36b、36c提供所需的擾頻碼相位φ。最強(qiáng)相關(guān)性的相位值被提供給第一個(gè)解擴(kuò)展器36a，并且繼續(xù)該過程，以便把相應(yīng)的相位值φ提供給剩余的解擴(kuò)展器36b和36c。解擴(kuò)展器36a-36c內(nèi)的相應(yīng)代碼生成器從而可用于按照確定的相位差對(duì)信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)展，所得到的窄帶信號(hào)被提供給相干組合和解調(diào)部件38。
對(duì)于數(shù)據(jù)符號(hào)的組合和解調(diào)過程來說，來自信道估計(jì)部件37的信道相位估計(jì)值是必需的。此外，為了能夠確定有多少成功的數(shù)據(jù)符號(hào)將被加和在一起，來自速率估計(jì)器40的數(shù)據(jù)速率的估計(jì)值也是必需的。
經(jīng)過組合和解調(diào)的信號(hào)被提供給位檢測部件(圖中未示出)，所述位檢測部件關(guān)于傳送的二進(jìn)制位，對(duì)接收的符號(hào)進(jìn)行軟或硬判定。檢測到的位序列從位檢測部件提供給解交織部件(圖中未示出)，解交織部件有效地消除發(fā)射機(jī)的交織器的操作。解交織后的信號(hào)還可被提供給解碼器(圖中未示出)，所述解碼器把經(jīng)過糾錯(cuò)編碼后的二進(jìn)制位譯碼為發(fā)送的用戶位和可能的CRC位。
注意圖2中所示實(shí)施例的幾個(gè)備選電路結(jié)構(gòu)也可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例。但是，通?？扇〉氖窃诮邮者^程中盡可能快地進(jìn)行速率估計(jì)，從而不會(huì)不必要地過久保持?jǐn)?shù)據(jù)速率估計(jì)值。
如上簡要說明的那樣，電路配有速率估計(jì)部件40，速率估計(jì)部件40被安排成接收來自于解擴(kuò)展器36a的解擴(kuò)展信號(hào)。來自解擴(kuò)展器36a的信號(hào)被假定為最強(qiáng)的信號(hào)(即沿著主要路徑進(jìn)入的信號(hào))。如同來自解擴(kuò)展器36b和36c的信號(hào)(分支)之間的虛線所示，也可把來自若干解擴(kuò)展器的信息提供給速率估計(jì)器。根據(jù)一種選擇(圖中未示出)，在電路中設(shè)置一個(gè)以上的估計(jì)器40。如果使用多個(gè)估計(jì)器，則每個(gè)估計(jì)器可估計(jì)來自解擴(kuò)展器36a-36c的單個(gè)信號(hào)輸出分支的數(shù)據(jù)速率。在幾個(gè)估計(jì)器之一中進(jìn)行估計(jì)之前，還可組合兩個(gè)或幾個(gè)信號(hào)分支，從而一個(gè)估計(jì)器估計(jì)最強(qiáng)的信號(hào)，而另一估計(jì)器估計(jì)其次的兩個(gè)最強(qiáng)路徑，依次類推。
速率估計(jì)器40通過檢查解擴(kuò)展數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)，估計(jì)數(shù)據(jù)傳輸速率。下面將說明通過在估計(jì)器40把接收信號(hào)的數(shù)據(jù)速率歸入預(yù)定種類，之后根據(jù)預(yù)定種類判定接收信號(hào)的實(shí)際數(shù)據(jù)速率，估計(jì)后續(xù)幀的傳輸數(shù)據(jù)速率。
通過借助如圖4中所示的估計(jì)的單側(cè)功率譜密度(PSD)函數(shù)，檢查接收信號(hào)的頻率內(nèi)容，可實(shí)現(xiàn)接收信號(hào)的分類。這是以可關(guān)于N-點(diǎn)復(fù)數(shù)時(shí)域信號(hào)定義該信號(hào)的N-點(diǎn)PSD函數(shù)的實(shí)現(xiàn)為基礎(chǔ)的，所述函數(shù)提供和該信號(hào)的頻率內(nèi)容有關(guān)的信息。依據(jù)下述等式，根據(jù)信號(hào)x的傅里葉變換(FT)可計(jì)算信號(hào)x的PSD函數(shù)的粗略估計(jì)值。
(1)PSD(x)＝Re(FT(x))*Re(FT(x))+Im(FT(x))*Im(FT(x))PSD函數(shù)包括N個(gè)實(shí)數(shù)值，這些數(shù)值的相對(duì)幅值可被轉(zhuǎn)換成存在于信號(hào)中的不同頻率的相對(duì)量，所述相對(duì)量起始于作為PSD函數(shù)的第一元素的頻率f＝0，并且跨越直到Nyquist臨界頻率的頻率范圍，所述Nyquist臨界頻率為(2)......fc=12Ts]]>
這里Ts＝通過利用為4的擴(kuò)展因子解擴(kuò)展的接收信號(hào)的符號(hào)時(shí)間?，F(xiàn)在，由于一個(gè)10毫秒的無線電幀包括16*10*64＝10240個(gè)這種符號(hào)，因此符號(hào)時(shí)間為Ts＝10ms/10240＝0.977μs從而fc=12·0.977μs=512khz]]>上述頻率對(duì)應(yīng)于512kbps的數(shù)據(jù)速率，這意味著在本實(shí)施例中，即在PSD函數(shù)中，不可能利用0.977μs(在使用為4的擴(kuò)展因子的情況下)的采樣速率分離超過512kbps的數(shù)據(jù)速率。這是由傅里葉變換算法的本質(zhì)引起的，即為了能夠借助傅里葉變換區(qū)分某一數(shù)據(jù)速率(頻率)，對(duì)于每個(gè)傳送的符號(hào)，在接收機(jī)中需要兩個(gè)樣本。由于1024kbps的數(shù)據(jù)速率意味著在發(fā)射機(jī)中使用為4的擴(kuò)展因子，因此為了獲得各個(gè)傳送數(shù)據(jù)符號(hào)的兩個(gè)樣本，在接收機(jī)中應(yīng)使用為2的擴(kuò)展因子。
一般來說，只使fc＝512kHz意味著在最高數(shù)據(jù)速率的情況下，超過512kHz的頻率被混疊到PSD函數(shù)，即，它們被映射到0和512kHz之間的某處。但是，這對(duì)該實(shí)施例并沒有任何不利影響，因?yàn)椴槐刂苯臃治鲂盘?hào)的頻率內(nèi)容(即PSD函數(shù)的相對(duì)幅度)。相反，該步驟的目的是解釋信號(hào)的頻率內(nèi)容，從而得到用于分類的單一判定變量。在本說明書后面將說明接收該變量的計(jì)算的例子。
為了估計(jì)一個(gè)無線電幀的接收的10240個(gè)實(shí)符號(hào)的PSD，可通過計(jì)算所有10240個(gè)符號(hào)的傅里葉變換，隨后根據(jù)傅里葉變換計(jì)算PSD估計(jì)值，直接完成該估計(jì)進(jìn)程。這種基本PSD方法足以實(shí)現(xiàn)上述方法。但是，下面討論的優(yōu)選進(jìn)程將獲得更好的結(jié)果。
當(dāng)接收符號(hào)的總數(shù)P＝10240時(shí)，P個(gè)符號(hào)被分成K組，每組中有N個(gè)相鄰點(diǎn)。本例中N＝64，從而K＝P/N＝160。隨后分別相對(duì)于每組N個(gè)實(shí)符號(hào)，計(jì)算N/2-點(diǎn)FT。通過表示M＝N/2，對(duì)于每個(gè)FT產(chǎn)生M(＝32)個(gè)復(fù)數(shù)值。隨后通過關(guān)于各個(gè)頻率計(jì)算平方實(shí)數(shù)點(diǎn)和虛數(shù)點(diǎn)之和，可計(jì)算各個(gè)數(shù)據(jù)組的M點(diǎn)實(shí)數(shù)PSD函數(shù)估計(jì)值(參見等式(1))。最后，通過求這些K個(gè)單獨(dú)的PSD函數(shù)估計(jì)值的平均值，計(jì)算最終的PSD函數(shù)估計(jì)值。
已發(fā)現(xiàn)該程序把PSD函數(shù)估計(jì)值的方差減少到基本PSD方法的1/ (＝1/12.65)。另外在大多數(shù)情況下，后一方法在計(jì)算上更高效，因?yàn)橥ǔ＠媚骋活愋偷目焖俑道锶~變換(FFT)算法計(jì)算信號(hào)的傅里葉變換，這些算法通常是log2(N)-復(fù)數(shù)算法。從而即使這兩種方法都可使用，但是在大多數(shù)情況下，和使用一個(gè)較長的FT相比，使用幾個(gè)短FFT在對(duì)數(shù)運(yùn)算上更高效。
計(jì)算上，上述方法的最大負(fù)擔(dān)在于相對(duì)于某一組的64個(gè)實(shí)符號(hào)計(jì)算32-點(diǎn)復(fù)數(shù)傅里葉變換。但是，通過利用巧妙的FFT算法，可顯著降低算法的復(fù)雜性，所述巧妙的FFT算法最好是考慮到關(guān)于實(shí)數(shù)數(shù)據(jù)的FT的某些對(duì)稱性，已進(jìn)行特別修改的FFT算法。這種算法本身已為人們熟知，因此這里不作更具體的說明。
在偽碼表示法中，PSD函數(shù)的估計(jì)值現(xiàn)在可描述為把輸入數(shù)據(jù)分為K組，每組中有N個(gè)相鄰數(shù)據(jù)符號(hào)；M＝N/2；for i＝1 to Kx＝屬于組i的所有N個(gè)實(shí)數(shù)數(shù)據(jù)符號(hào)；/*FFT的M＝N/2個(gè)實(shí)數(shù)點(diǎn)被返回fx，并且虛數(shù)點(diǎn)被返回給fy*/FFT_REAL(x，N，fx，fy)；for j＝1 to Mpsd(j)＝psd(j)+[fx(j)*fx(j)+fy(j)*fy(j)]；end for jend for i用K去除psd()的所有元素；在K個(gè)M-點(diǎn)PSD函數(shù)已被均化為一個(gè)M-點(diǎn)PSD函數(shù)估計(jì)值之后，最好對(duì)該估計(jì)值進(jìn)行歸一化，從而使PSD函數(shù)的總功率(power)為1。通過求psd()的所有M個(gè)元素的和，并用該和數(shù)去除所有元素，實(shí)現(xiàn)歸一化。從而PSD函數(shù)的元素之和(稱為PSD bins)為1。
當(dāng)考慮信號(hào)的添加性高斯白噪聲(AWGN)時(shí)，其性質(zhì)之一在于該噪聲是白噪聲，即非選擇性噪聲。換句話說，噪聲均勻地?cái)U(kuò)展到所有頻率。從PSD函數(shù)的觀點(diǎn)看，這意味著AWGN的PSD函數(shù)只是一條平直線，各個(gè)bin的數(shù)值＝1/M。對(duì)于截然不同頻率0…fc的信號(hào)外加該信號(hào)中的AWGN噪聲來說，PSD函數(shù)這樣會(huì)表現(xiàn)出1/M的偏差，對(duì)于截然不同的頻率來說，PSD函數(shù)的相應(yīng)bin會(huì)大于1/M。由于所提議的估計(jì)方法只關(guān)心PSD函數(shù)中其相對(duì)量超過噪聲的頻率，因此可從PSD函數(shù)中減去1/M，得到的所有可能的負(fù)bin可被重置為零。
在偽碼表示法中，歸一化和偏差消除運(yùn)算可被描述為NORMALISE(psd，M)；for i＝1 to Mpsd(i)＝psd(i)-1/M；if psd(i)＜0psd(i)＝0；end ifend for i在輸入信號(hào)的實(shí)際分類之前，必須計(jì)算最終的數(shù)據(jù)速率判定變量。如上所述，PSD函數(shù)的形狀給出與其頻率內(nèi)容相關(guān)的信息。已認(rèn)識(shí)到對(duì)于較低的數(shù)據(jù)速率，例如32kbps的傳輸來說，接收信號(hào)的PSD函數(shù)更多地集中于較低的bins，而對(duì)于較高的數(shù)據(jù)速率，例如1024kbps的傳輸來說，信號(hào)中存在高得多的頻率。從而存在于PSD函數(shù)聽較高bins的相對(duì)量不得不更大。為了能夠利用這種認(rèn)識(shí)，計(jì)算表征PSD函數(shù)的頻率內(nèi)容的變量。用于此目的的一種可能變量是所謂的PSD函數(shù)的矩心(CM)(3).......CM=Σi=1Mi·psd(i)Σi=1Mpsd(i)]]>CM變量的含量如下所示CM越大，則存在于PSD函數(shù)中的較高頻率的相對(duì)量越大，從而發(fā)射機(jī)位速率相對(duì)較高的概率更大。
上面的算法已得到由MathWorks Inc.提供的MATLAB模擬軟件完成的大量模擬的檢驗(yàn)。圖5中以直方圖的形式圖解說明了相對(duì)于各種傳輸數(shù)據(jù)速率的PSD矩心變量的分布，其中橫軸確定PSD bins的數(shù)目，縱軸確定事件的數(shù)目。還可以歸一化的形式，即0～1，而不是從0～2200的范圍來表示事件軸的數(shù)目。不同數(shù)據(jù)速率的分布曲線從左到右為32、64、128、256、512和1024kbps。從圖5中可看出，較高的數(shù)據(jù)或位速率(256及其以上)彼此被明顯區(qū)分開，從而能夠可靠地檢測較高的位速率。
能夠?yàn)槭褂玫乃?從而所有可能的)發(fā)射機(jī)數(shù)據(jù)速率(本例中為32、64、128、256、512和1024kbps)確定CM變量的分布。根據(jù)預(yù)定的分布，能夠設(shè)置實(shí)際數(shù)據(jù)速率判定的分類界限。從而借助CM變量計(jì)算，之后按照預(yù)定的分類規(guī)則進(jìn)行的變量分類，由例如利用預(yù)定的分類界限的估計(jì)結(jié)構(gòu)提供發(fā)射機(jī)數(shù)據(jù)速率估計(jì)值。隨后可直接根據(jù)類別確定實(shí)際的數(shù)據(jù)速率。
下面以偽碼表示法表示了用于最終估計(jì)的一種可能的判定結(jié)構(gòu)，其中sf＝發(fā)射機(jī)中使用的擴(kuò)展因子的估計(jì)值<pre listing-type="program-listing">CALC_CM(psd，M，cm)；　　if cm＜1.8　　sf＝128；　　else if cm≥1.8 and cm＜2.5　　sf＝64；　　else if cm≥2.5 and cm＜3.7　　sf＝32；　　else if cm≥3.7 and cm＜5.5　　sf＝16；　　else if cm≥5.5 and cm＜8.6　　sf＝8；　　else if cm＞8.6　　sf＝4；　　end if</pre>上面的結(jié)構(gòu)已證明所實(shí)現(xiàn)模擬的合理性。注意上面的判定界限只是試驗(yàn)性的。另外，上面舉例說明的數(shù)據(jù)傳輸速率類別的數(shù)目只是可能的類別數(shù)目的一個(gè)例子。在不同的實(shí)施例中可采用不同的界限值，并且對(duì)于不同的實(shí)現(xiàn)，可自由選擇數(shù)據(jù)傳輸速率類別的數(shù)目。
還要注意的是雖然在優(yōu)選實(shí)施例中，數(shù)據(jù)速率類別的數(shù)目對(duì)應(yīng)于可能的發(fā)射機(jī)數(shù)據(jù)速率的數(shù)目，但是數(shù)據(jù)速率類別的數(shù)目不一定非要對(duì)應(yīng)于不同的可能發(fā)射機(jī)數(shù)據(jù)速率的數(shù)目。例如，可使用較少數(shù)目的類別，以致兩個(gè)或幾個(gè)較低的發(fā)射機(jī)數(shù)據(jù)速率被包含在一個(gè)數(shù)據(jù)速率類別中，從而簡化分類程序，并且避免由較低數(shù)據(jù)速率的變量的偶然交織分布導(dǎo)致的可能問題。另外，代替使用實(shí)際的數(shù)據(jù)速率，數(shù)據(jù)速率類別還可被表示為，例如低、較低、中等、較高和高，從而某些或者所有的類別包括一個(gè)以上的發(fā)射機(jī)數(shù)據(jù)速率。
所實(shí)現(xiàn)的模擬證明與本說明書中前面討論的基于功率的現(xiàn)有方法的情況不同，上述實(shí)施例不會(huì)因低信噪比而受到損害。在Es/N0＝10dB的情況下進(jìn)行模擬，而在Es/N0＝10dB的情況下，基于功率的方法不能檢測接收的傳輸?shù)娜魏螖?shù)據(jù)速率。但是在該Es/N0的量級(jí)下，上述實(shí)施例獲得正確數(shù)據(jù)速率檢測的概率如下(相對(duì)于10000幀進(jìn)行該模擬)

當(dāng)和基于CRC解碼和維特比解碼的量度的前述現(xiàn)有方法相比時(shí)，上述實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于數(shù)據(jù)速率估計(jì)不會(huì)被延遲到解碼過程之后。于是該實(shí)施例更適合于現(xiàn)有技術(shù)提議的接收機(jī)中的不同干擾消除方法。此外，和基于數(shù)據(jù)的CRC或維特比解碼的方法相比，上述方法較為簡單。
從圖5和上表中可看出，所述實(shí)施例不能在所有情況下可靠地把最低的數(shù)據(jù)速率32和64kbps彼此分開。其原因在于每個(gè)較高的數(shù)據(jù)速率是較低數(shù)據(jù)速率的2的整數(shù)倍，數(shù)據(jù)速率32和64kbps彼此相對(duì)較近。因此，判定變量(CM)的分布可能重疊。如果不需要把較低的數(shù)據(jù)速率歸入一類中，并且需要在最低數(shù)據(jù)速率分離方面獲得較好的性能(以較高數(shù)據(jù)速率的分離為代價(jià))，則通過在接收機(jī)中把擴(kuò)展因子從4增大到16，可降低接收機(jī)的采樣速率。如果傅里葉變換的長度保持不變(例如64)，則這會(huì)導(dǎo)致臨界Nyquist頻率fc的降低，從而提高較低頻率下的頻率分辨率，同時(shí)縮小可檢測頻率的窗口大小。要注意的是在某些情況下，該過程會(huì)導(dǎo)致相對(duì)于高于fc的頻率的嚴(yán)重混疊，如果所述高于fc的頻率仍然存在于該系統(tǒng)中(即，存在發(fā)射機(jī)中仍然使用例如1024kbps的可能性)。但是通過在數(shù)據(jù)速率檢測之前對(duì)接收信號(hào)應(yīng)用低通濾波，能夠很容易地降低這種混疊效果。
雖然在基于CDMA系統(tǒng)的環(huán)境下說明了本發(fā)明，不過在其它通信系統(tǒng)，例如在TDMA系統(tǒng)或者以可變速率接收數(shù)據(jù)，并且需要數(shù)據(jù)傳輸速率信息的任意通信設(shè)備，例如調(diào)制解調(diào)器中可應(yīng)用類似的原理。
雖然上面在盲數(shù)據(jù)速率檢測方面說明了本發(fā)明，不過所述數(shù)據(jù)速率估計(jì)方法也可和速率信息位或類似的數(shù)據(jù)速率信息一起使用，以便產(chǎn)生驗(yàn)證和/或校正的數(shù)據(jù)速率估計(jì)值。這種情況下，在速率估計(jì)部件40和信道估計(jì)部件37或?qū)崿F(xiàn)驗(yàn)證/校正的電路的類似部件之間形成連接。尤其在對(duì)傳輸速率估計(jì)的精度要求較高的實(shí)現(xiàn)中，這是一種可行的備選方案。
這里要注意的是雖然上面說明了本發(fā)明的例證實(shí)施例，但是在不脫離由附加權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍的情況下，可對(duì)公開的方案做出各種變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種估計(jì)具有可變數(shù)據(jù)傳輸速率的通信系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸速率的方法，其中傳輸信號(hào)包括遍布一系列數(shù)據(jù)幀的多個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)，所述方法包括下述步驟按照數(shù)據(jù)傳輸速率的預(yù)定分類，對(duì)接收的傳輸信號(hào)的數(shù)據(jù)幀分類；根據(jù)所述分類，估計(jì)接收的數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)傳輸速率。
2.按照權(quán)利要求1的述的方法，其中分類以接收的傳輸信號(hào)的頻率內(nèi)容為基礎(chǔ)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其中分類以接收的傳輸信號(hào)的功率譜密度函數(shù)估計(jì)值為基礎(chǔ)。
4.按照權(quán)利要求3所述的方法，其中利用快速傅里葉變換算法和接收的傳輸信號(hào)的數(shù)據(jù)符號(hào)序列的相干求平均值法，計(jì)算接收的傳輸信號(hào)的功率譜密度函數(shù)估計(jì)值。
5.按照權(quán)利要求4所述的方法，其中使用修改后的快速傅里葉變換算法，所述修改后的快速傅里葉變換算法考慮傳送的數(shù)據(jù)符號(hào)的預(yù)定對(duì)稱性。
6.按照權(quán)利要求3-5任一所述的方法，其中功率譜密度函數(shù)的估計(jì)包括下述步驟把接收的所有數(shù)據(jù)符號(hào)分成多組，其中每組包括所述信號(hào)的預(yù)定量的相鄰點(diǎn)；計(jì)算所述各組的各自傅里葉變換，以便得到信號(hào)各個(gè)頻率的平方實(shí)數(shù)點(diǎn)和虛數(shù)點(diǎn)；通過求平方實(shí)數(shù)點(diǎn)和虛數(shù)點(diǎn)的和，計(jì)算各組的各自功率譜函數(shù)估計(jì)值；和通過求所述各個(gè)功率譜函數(shù)估計(jì)值的平均值，計(jì)算功率譜密度函數(shù)估計(jì)值。
7.按照權(quán)利要求3-6任一所述的方法，其中通過求功率譜密度函數(shù)的各個(gè)元素之和，并用該和值去除所述各個(gè)元素，對(duì)功率譜密度函數(shù)估計(jì)值進(jìn)行歸一化。
8.按照任意前述權(quán)利要求所述的方法，其中分類還包括消除噪聲的影響的步驟。
9.結(jié)合權(quán)利要求3-6中的任一個(gè)，按照權(quán)利要求8所述的方法，其中噪聲消除包括從功率譜密度函數(shù)中減去功率譜密度函數(shù)的元素?cái)?shù)目的倒數(shù)。
10.按照權(quán)利要求3-9任一所述的方法，其中分類還包括根據(jù)功率譜密度函數(shù)計(jì)算用于表征功率譜密度函數(shù)的頻率內(nèi)容的變量；和根據(jù)分類判定結(jié)構(gòu)的界限值比較所述變量。
11.按照權(quán)利要求10所述的方法，其中表征接收的傳輸信號(hào)的頻率內(nèi)容的變量包括功率譜密度函數(shù)的矩心。
12.按照權(quán)利要求10或11所述的方法，其中變量的量級(jí)指示存在于功率譜密度函數(shù)中的高頻率的相對(duì)量。
13.按照任意前述權(quán)利要求所述的方法，其中通信系統(tǒng)包括蜂窩碼分多址通信網(wǎng)絡(luò)，并且通過無線電接口在網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)站和基站之間傳送數(shù)據(jù)。
14.按照任意前述權(quán)利要求所述的方法，其中預(yù)定分類的數(shù)據(jù)傳輸速率類別的數(shù)目等于可能的數(shù)據(jù)傳輸速率的數(shù)目。
15.按照權(quán)利要求1-13任一所述的方法，其中預(yù)定分類的數(shù)據(jù)傳輸速率類別的數(shù)目小于可能的數(shù)據(jù)傳輸速率的數(shù)目。
16.一種蜂窩碼分多址通信系統(tǒng)中的信道估計(jì)方法，其中按照權(quán)利要求1-15任一所述的方法估計(jì)數(shù)據(jù)傳輸速率。
17.按照權(quán)利要求16所述的方法，其中數(shù)據(jù)傳輸速率的估計(jì)值被用于幫助進(jìn)行接收的數(shù)據(jù)符號(hào)的維特比解碼的速率選擇。
18.按照權(quán)利要求16或17所述的方法，其中從發(fā)射站接收的數(shù)據(jù)速率信息和估計(jì)的數(shù)據(jù)傳輸速率都用于信道估計(jì)。
19.一種供具有可變數(shù)據(jù)傳輸速率的通信系統(tǒng)之用的信號(hào)接收電路，其中以遍布一系列數(shù)據(jù)幀的多個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)的形式傳送數(shù)據(jù)，所述信號(hào)接收電路包括接收輸入的傳輸信號(hào)，按照數(shù)據(jù)傳輸速率的預(yù)定分類對(duì)信號(hào)的數(shù)據(jù)幀分類，并根據(jù)分類結(jié)果確定接收數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)傳輸速率的估計(jì)值的速率估計(jì)部件。
20.按照權(quán)利要求19所述的信號(hào)接收電路，其中速率估計(jì)部件根據(jù)接收信號(hào)的頻率內(nèi)容估計(jì)數(shù)據(jù)傳輸速率。
21.按照權(quán)利要求19或20所述的信號(hào)接收電路，其中速率估計(jì)部件被安排成根據(jù)接收的傳輸信號(hào)的功率譜密度函數(shù)估計(jì)值，對(duì)接收的信號(hào)分類。
22.按照權(quán)利要求19-21任一所述的信號(hào)接收電路，包括在信道估計(jì)中利用接收信號(hào)的估計(jì)數(shù)據(jù)傳輸速率的信道估計(jì)部件。
23.包括按照權(quán)利要求19-22任一所述的信號(hào)接收電路的移動(dòng)站。
24.包括按照權(quán)利要求19-22任一所述的信號(hào)接收電路的基站。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種估計(jì)通信系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸速率的方法和電路。所述通信系統(tǒng)利用可變的數(shù)據(jù)傳輸速率。所述通信系統(tǒng)的兩個(gè)臺(tái)站之間的傳輸信號(hào)包括遍布一系列數(shù)據(jù)幀的若干數(shù)據(jù)符號(hào)。按照數(shù)據(jù)傳輸速率的預(yù)定分類對(duì)接收的傳輸信號(hào)的數(shù)據(jù)幀分類，之后根據(jù)所述分類估計(jì)接收的數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)傳輸速率。
文檔編號(hào)H04Q7/38GK1391751SQ99816941
公開日2003年1月15日 申請(qǐng)日期1999年9月9日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月9日
發(fā)明者卡里·霍尼曼, 杰爾基·凱薩拉 申請(qǐng)人:諾基亞公司