专利名称：从耦合矩阵的信号质量估计的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及无线通信网络，并且具体涉及根据耦合矩阵来估计非线性接收机中的接收信号强度的方法和设备。
背景技术：
现代无线通信网络中的很多系统任务(例如功率控制、速率自适应、链路监视以及诸如此类)依靠信道质量的估计。一般地，接收机生成信号干扰噪声比(SINR)作为信号质量的度量，并且将SINR报告给网络。线性接收机能够使用闭合形式理论表达式来估计SINR，用参数估计取代实际值。由Gregory E. Bottomley在2004年六月16日提交的名称为“SIR Estimation in a Wireless Receiver”的共同未决美国专利申请序列号 10/869，456中公开了这个方法，其被转让给该申请的受让人并且通过引用以其整体结合于本文中。但是，这个方法对更高级的、非线性的接收机不起作用。例如，宽带CDMA(WCDMA)中的高速分组接入(HSPA)利用具有并行传送符号(本领域也称为多码传送)的联合检测的块均衡。见G. Bottomley和Y-P. E. Wang在2008年二月22日提交的转让给该申请的受让人的名称为 “Method and Apparatus for Block-Based Signal Demodulation” 的共同未决美国专利申请序列号12/035，846，并且其通过引用以其整体结合于本文中。对于通用移动电信系统(UMTS)的HSPA和长期演进(LTE)增强二者，使用多输入多输出(MMO)技术。MMO是通信技术，其中，在传送机利用多个传送天线，并且在接收机也可能使用多个接收天线。MMO技术提供增加的数据吞吐量和范围，而不要求附加的带宽或传送功率。它通过更高的谱效率和链路分集来实现这个。MIMO传送涉及发送多个、重叠流的数据。联合检测是用于恢复同时接收的符号的一个方法，如2003年十月6日-9日在奥兰多的Proc. IEEE车载技术会议(VTC 2003秋)中发表的S. J. Grant、K. J. Molnar以及G. E. Bottomley 的名称为 “Generalized RAKE receivers for MIMO systems” 的论文中描述的，该论文通过引用以其整体结合于本文中。另外，当传送重叠时，能够在HSPA和LTE 二者中使用同信道信号的联合检测。对于采用联合检测的非线性接收机，没有简单的、闭合形式的表达用于解调输出SINR。因此，由这类接收机来估计信号质量，以在执行基本网络优化任务中使用，是有问题的
发明内容
根据本文描述并且要求保护的一个或更多实施例，使用耦合矩阵G或Q来估计非线性接收机中的接收信号的质量，耦合矩阵G或Q描述接收信号中的符号与其它符号的交互和/或接收信号中的损害(噪声和干扰)如何交互。耦合矩阵还用于联合检测。信号质量估计可包括例如耦合矩阵的最小特征值或其它函数，例如行列式和迹。当G或Q随着每个块变化时(如在采用长码加扰的CDMA系统中)，能够使用有代表性的矩阵，例如实和虚分量的平均幅值或RMS值的矩阵。信号质量估计能够被表达为线性接收机的有效SINR或误比特率(BER)。
图I是无线通信网络的功能框图。图2是在图I的无线通信网络中操作的传送机和接收机的功能框图。图3是图2的接收机的基带处理器中的电路模块的功能框图。图4是估计图2的接收机中的接收信号的信号质量的方法的流程图。图5是通过将图4的方法获得的信号质量估计与备选解调器的信号质量估计相比 较来估计信号质量的方法的流程图。图6是使用多个加扰码实现来估计信号质量的蒙特卡罗方法的流程图。图7是图4的方法的所估计信号质量对有效信号质量的图。图8是图5的方法的所估计信号质量对有效信号质量的图。
具体实施例方式图I描绘有代表性的无线通信网络10。虽然本文在UMTS的LTE扩展的上下文中描述，但是网络10可根据利用非线性接收机的任何协议来操作。在其它网络中，可与示出的那些不同地来组织和命名图I中描绘的网络10的单元。但是，给定LTE上下文中的本公开的教导，本领域技术人员将容易了解本发明可应用于其它网络。无线通信网络10包括核心网络(CN) 12，其通过通信连接到一个或更多其它网络14，例如公共交换电话网络(PTSN)、因特网以或诸如此类。通过通信连接到CN 12是一个或更多无线电网络控制器(RNC) 16，其又控制一个或更多NodeB或增强的NodeB (eNodeB)站18。NodeB 18 (也称为基站)包括实现与地理区域或小区22内的一个或更多用户设备(UE) 20的无线无线电通信必要的射频(RF)设备和天线。如所描绘的，NodeB 18和UE 20可利用MMO技术、多播或诸如此类来同时经由两个或更多数据流来通信。使用联合检测，通过形成依靠耦合矩阵G或Q的度量来在接收机联合地检测所传送的符号。这个矩阵指示接收信号中的符号如何与彼此交互和/或接收信号中的损害(噪声和干扰)如何交互。根据本文描述的发明的实施例，根据耦合矩阵导出信号质量估计。这种信号质量估计可包括例如最小特征值以及其它函数，例如行列式和迹。当G或Q随着每个块变化时(如在采用长码加扰的CDMA系统中)，能够使用有代表性的矩阵，例如，实和虚分量的平均幅值或均方根(RMS)值的矩阵。图2描绘示范系统功能框图，包括传送机30和接收机38。本领域技术人员将容易认识到可在NodeB或eNodeB 18中实施传送机30并且在UE 20中实施接收机36用于下行链路传送，或反之用于上行链路传送。在任一情况中，传送机30对信号33进行编码、调制和放大，并且通过一个或更多天线32来在多个、重叠流中传送信号33。所传送的信号33经过传送介质34 (例如多路径衰落信道)，并且在接收机38的一个或更多接收天线36被接收。信号33 (其可包括MMO信号并且可包括许多多路径分量)被前端RF接收机电路40处理，其操作以对所述信号进行放大、滤波、数字化以及下转换到基带。所得的基带信号被提供给基带处理器42，其恢复对应于接收信号中的符号的硬或软信息。基带处理器42输出经恢复的符号，用于被电路44另外处理，例如前向纠错(FEC)解码以及诸如此类。图3描绘基带处理器42的一个实施例。处理器42包括检测统计计算器46、联合符号检测器48、参数估计器50以及信号质量估计器52。检测统计计算器46配置成为接收信号中的符号生成检测统计。例如，能够生成匹配的滤波器或rake输出。检测统计能够被表为向量z,其能够被建模为
z = Hs+u(I)其中，H是响应矩阵，s是感兴趣的K个符号的向量，并且u是具有协方差R的损害。注意，R能够被视为损害的耦合矩阵。对于OFDM系统，响应矩阵H依靠信道估计。对于CDM或CDMA系统，H还可依靠加扰的扩频序列。用于估计R的方法是众所周知的。例如，见上面引用的美国专利申请序列号12/035，846。联合符号检测器48配置成通过假设不同的符号组合并且选择最优化度量的组合来联合地检测K个符号。要最大化的典型联合检测度量具有以下形式M (a) =-(Z-Ha)11IT1 (z-Ha)(2)其中，a是所假设符号值的向量并且上标H标记赫米特转置。展开这个度量并且丢弃与a无关的项给出等效度量M (a) = 2Re {aHyl _aHGa(3)其中y = HhIT1Z 和(4a)G = HhIT1H.(4b)如果G被正确地缩放，则它对应于SINR矩阵Q = fG，因为性能能够与Q中的元素相关。参数估计器50提供根据接收信号33导出的参数估计。参数估计器50可例如估计被联合符号检测器48使用的H和R。另外，参数估计器50可形成耦合矩阵G或Q。信号质量估计器52然后取这些参数估计并且形成信号质量估计。信号质量估计可取“有效SINR”的形式，使得能够推断错误率性能。例如，对于二进制移相键控(BPSK)调制，希望确定有效SINR使得误比特率(BER)被下面等式给出BER - 0.5 erfc(^SiNra)(5)其中，erfc是误差补函数。本领域中已知的是性能与Q的特征值相关。见例如1998年剑桥大学出版社的S. Verdii, Multiuser Detection4. 3. 2部分186-195页，本文包括该公开的整体。例如，错误事件的最小距离与Q的最小特征值相关。在高SINR(其中，可使用联合检测)，由最小距离主导性能。因此，在一个实施例中，使用Q的最小特征值来估计SINR。数学上，
SINRe4i-^(Q)(6a)能够使用特征值估计的标准方法来确定最小特征值。这些方法通常估计最大特征值，然后第二，等等。在一个实施例中，首先对Q求逆，估计最大特征值，并且然后取其倒数。等效地，可使用G的最小特征值，事后应用缩放，给出
权利要求
1.一种估计无线通信接收机中接收信号的信号质量的方法，包括 获得接收信号； 从所述接收信号来估计一个或更多参数； 从所述参数估计来形成至少一个耦合矩阵，所述耦合矩阵描述干扰和其它符号之一有关的符号交互；以及 使用所述至少一个耦合矩阵来估计信号质量。
2.如权利要求I所述的方法，其中，所估计的参数包括信道响应矩阵。
3.如权利要求I所述的方法，其中，所估计的参数包括对所述接收信号的损害的协方差。
4.如权利要求I所述的方法，其中，所述耦合矩阵包括RMS值的矩阵。
5.如权利要求I所述的方法，其中，所述耦合矩阵包括实和虚分量的平均幅值的矩阵。
6.如权利要求I所述的方法，其中，所述信号质量包括所述耦合矩阵的最小特征值。
7.如权利要求I所述的方法，其中，所述信号质量包括所述耦合矩阵的特征值的几何平均。
8.如权利要求I所述的方法，其中，对于KXK矩阵，所述耦合矩阵的特征值的几何平均包括所述矩阵的行列式的第K个根。
9.如权利要求I所述的方法，其中，所述信号质量是所述耦合矩阵的迹和行列式的函数。
10.如权利要求I所述的方法，其中，所述信号质量包括所述耦合矩阵的特征值的几何平均对所述特征值的算术平均的比。
11.如权利要求10所述的方法，还包括如果特征值的几何对算术平均的比接近零，则在估计所述信号质量中应用纠正因子。
12.如权利要求I所述的方法，还包括 为备选解调器估计信号质量； 将使用所述耦合矩阵来估计的信号质量与为所述备选解调器所估计的信号质量相比较；以及 取最大信号质量值作为所述接收机的信号质量。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述备选解调器是线性解调器。
14.如权利要求12所述的方法，其中，所述备选解调器是具有单符号检测的非线性解调器。
15.如权利要求I所述的方法，还包括缩放所估计的信号质量以移除悲观偏差。
16.如权利要求I所述的方法，其中 从所述参数估计来形成至少一个耦合矩阵包括，对于多个迭代中的每个， 随机地生成加扰码实现； 将所述加扰码实现与参数估计组合； 基于包括所述加扰码实现的参数估计来形成耦合矩阵； 使用基于所述加扰码实现的耦合矩阵来形成迭代信号质量估计； 将所述迭代信号质量估计转换到错误率；以及 累积所述错误率；以及使用所述至少一个耦合矩阵来估计信号质量包括将所累积的错误率转换到总信号质量估计。
17.如权利要求16所述的方法，其中，随机地生成加扰码实现包括基于随机数发生器的输出来生成加扰码实现。
18.如权利要求16所述的方法，其中，随机地生成加扰码实现包括基于随机值的存储的表来生成加扰码实现。
19.如权利要求18所述的方法，其中，随机地生成加扰码实现包括生成动态随机值，并且使用所述动态随机值对所述存储的表编索引。
20.一种在无线通信网络中操作的接收机，包括 无线电前端，操作以接收包括多个符号的通信信号，并且将所接收的信号下转换到基带; 基带处理器，操作以 从所述无线电前端接收基带信号； 从所述基带信号来估计一个或更多参数； 从所述参数估计来形成至少一个耦合矩阵，所述耦合矩阵描述干扰和其它符号之一有关的符号交互；以及 使用所述至少一个耦合矩阵来估计信号质量。
21.如权利要求20所述的接收机，其中，所述基带处理器包括 参数估计器，操作以从所述基带信号来估计一个或更多参数；以及 信号质量估计器，操作以从所述参数估计来形成耦合矩阵，并且还操作以使用所述耦合矩阵来估计所接收的信号的质量。
22.如权利要求21所述的接收机，其中，所述基带处理器还包括 检测统计计算器，操作以从所述基带信号来生成检测统计；以及 联合符号检测器，操作以基于所述检测统计和所述参数估计来联合地检测符号。
全文摘要
使用耦合矩阵G或Q来估计非线性接收机中的接收信号的质量，耦合矩阵G或Q描述接收信号中的符号与其它符号的交互和/或接收信号中的损害(噪声和干扰)如何交互。耦合矩阵还用于联合检测。信号质量估计可包括例如耦合矩阵的最小特征值，以及其它函数，例如行列式和迹。当G或Q随着每个块变化时(如在采用长码加扰的CDMA系统中)，能够使用有代表性的矩阵，例如实和虚分量的平均幅值或RMS值的矩阵。信号质量估计能够被表达为误比特率(BER)。
文档编号H04B17/00GK102640436SQ201080045661
公开日2012年8月15日 申请日期2010年9月28日 优先权日2009年10月2日
发明者G·E·博顿利, 王怡彬 申请人:瑞典爱立信有限公司