专利名称：具有发射分集的信道估计的方法和装置的制作方法
背景本发明涉及使用发射分集时移动接收机中的信道估计。具体地说，本发明涉及利用导引信号在发射分集环境中的信道估计。
发射分集是一种涉及从两个天线发射数据的技术，并被用来提高衰落裕量。更具体地说，在采用了发射分集和相应分集接收的无线通信系统中，信号是通过组合从两个或多个独立信号源始发的信号得到的，所述独立信号源始发的信号已经用在任何给定瞬间其传输特性可能变化的相同信息-承载信号调制过的。分集传输和接收被用于通过克服衰落、中断和电路故障的影响来获得可靠性和信号改善。在使用分集发射和接收的无线通信系统中，接收信号改善量取决于信号衰落特性的独立性以及电路的中断和故障。
无线通信系统中的衰落指的是接收信号的一个或多个频率分量的幅度或相对相位或两者的随时间变化。衰落可以由介质——在无线通信系统的情况下通常是空中接口——的传播路径特性的时变改变所引起。因此，衰落裕量可以定义为提供足够的系统增益或灵敏度以适应预期信号衰落的设计容限，用于确保例如在整个地理区或服务区内维持所需服务质量。衰落裕量可以表示为在不会引起系统性能降低到会损害例如移动台(MS)接收的指定阈值以下的情况下接收信号电平可以减少的量。
发射分集可以例如通过从两个天线独立传送来实现。通过从两个与例如两个基站(BS)相关联的天线发射，通信的完整性对由于信道噪声或其它传播路径特性的变化在一个或两个传播路径上发生信号衰落的中断的具有较低的敏感度。BS可以向MS发射数据和控制信号。从BS向MS发射例如导引信号的预定信号也是普通的。
导引信号是通常以单频率通过例如无线通信系统的空中接口发射的用于监视、控制、均衡、连续性、同步或参考目的的信号。由于频率信道跳频系统的激增，有时可能也有必要采用几个独立的导引频率传送导引相关信息。在这种系统中，导引信号可以包括一系列预定符号。这些预定符号可以提供能被接收机用于执行信道估计的已知信息。
在系统采用发射分集的情况下，两个天线发射不同的导引信号或导引符号。这使得MS有可能导出两个BS天线发射的信号的单独信道估计。信道估计允许接收机表征空中接口通过生成例如码间干扰(ISI)来影响发射符号的方式。因此，信道估计有助于在信号衰落等情况下从接收信号恢复信息。使用已知导引信号的信道估计为接收机提供了一些有关接收信号特性的信息，并且是相干估计的示例，而其它一些系统尝试在没有接收信号的任何先验知识的情况下表征空中接口。
为了提供MS根据从两个天线发射的信号进行单独信道估计的机会，在发射分集的情况下，不同的导引符号序列在两个天线上被发射。3GPP标准中描述了一个这样的导引模式方案，见第三代协作项目(3GPP)(3GPP RAN 25.211 V2.1.0，June 1999，Section 5.3.2)，通过引用将其公开结合在此。
利用发射分集编码导引信号的信道估计方法依赖于分组(grouping)，例如，交替导引符号生成两组信道估计。现有技术的系统假定发射导引符号的信道在比如三个或多个符号的持续时间中恒定。但是这个假设产生了一个问题，就是三个符号期间信道不变的假设可能不准确。这个假设在快速时变信道的发射分集情形下特别有问题，例如起因于与例如高扩频因子耦合的高度多普勒频移。
问题一般也可能由与高扩频因子有关的方面引起。与例如DS-CDMA系统相关联的扩频因子涉及码片中的符号长度，例如每信息比特或符号在扩频序列中发射比特或符号的数量。高扩频因子涉及长持续时间的符号。可以理解长持续时间的符号对时变信道特性所引起的异常变化更加敏感。
因此可以理解，在技术上需要一种用于在发射分集系统中改善信道估计的方法和装置，它不依赖于为了形成信道估计而恒定的许多连续导引符号。这种方法和装置导致信道开销降低和带宽改善以供信息承载净荷之用，并且改进了符号检测。
概述因此，本发明的一个目的是提供一种用于在发射分集信道上确定信道估计的方法和装置。
本发明的另一个目的是利用改进时变信道的信道估计的导引符号序列来提供这样的信道估计。
按照本发明的一个方面，前述的和其它的目的是通过一种用于在无线通信系统中估计与发射分集信道相关联的信道系数 的方法和装置来实现的。这种无线通信系统可具有基站(BS)和至少一个移动台(MS)，尽管导引符号序列的选择可能在MS或类似发射机上实施。发射分集信道可以从至少两个与BS或类似发射机相关联的天线通过至少两个传播路径来发射。BS可以为所述两个天线中的每一个天线提供导引符号序列，用于通过发射分集信道从所述BS向最好是MS发射。MS可以通过例如发射分集信道来接收一系列符号r1、r2、r3、r4，并且，为方便信道估计，可以按照以下关系式来建立所述导引符号序列的值的矩阵Pg^11g^12g^21g^22=P-1r1r2r3r4,]]>其中可以选择导引符号序列使所述矩阵P为满秩。因此，可以利用所述矩阵P和所述一系列符号r1、r2、r3、r4来确定信道系数 矩阵P-1还可以存储在存储器中以及从存储器中检索。
例如，导引符号序列可以包括与第一天线相关联的第一序列p1、p2、p3和p4以及与第二天线相关联的第二序列p1、-p*4、-p3、和p*2。为了使矩阵P为满秩，所述序列可以使用包括例如p1＝-1-j、p2＝-1-j、p3＝-1-j，以及p4＝-1+j的值。因此，矩阵P可以为以下形式P=p10p10p20-p*400p30-p30p40p*2.]]>在本发明的另一个实施例中，一种用于估计与发射分集信道相关联的信道系数 的方法可以在MS中来实施。发射分集信道可以如上那样从与诸如BS的发射机相关联的至少两个天线通过至少两个传播路径来发射。MS可以从发射分集信道接收一系列符号r1、r2、r3、r4，并按照以下关系式来建立已知导引符号序列的值的矩阵Pg^11g^12g^21g^22=P-1r1r2r3r4;]]>其中选择已知导引符号序列使所述矩阵P为满秩。因此可以利用矩阵P和一系列符号r1、r2、r3、r4来确定用于估计所述信道的信道系数 矩阵P-1还可以存储在存储器中以及从存储器中检索。
为了方便估计，导引符号序列包括与第一天线相关联的第一序列p1、p2、p3和p4以及与第二天线相关联的第二序列p1、-p*4、-p3、和p*2。为了实现矩阵P的满秩，所述序列还可以包括例如p1＝-1-j、p2＝-1-j、p3＝-1-j、以及p4＝-1+j的值。因此，矩阵P最好为以下形式P=p10p10p20-p*400p30-p30p40p*2.]]>
结合附图来阅读以下详细描述，将会理解本发明的目的和优点附图中图1是说明按照本发明的示例性分集发射机的示图；图2是说明按照本发明的由图1的示例性分集发射机发射的信息的示例性信道格式的示图；图3是说明按照本发明的由图1的示例性分集发射机发射的示例性导引序列的示图；以及图4是说明按照本发明示例性实施例的运用信道估计方法的步骤的流程图。
详细描述现将针对附图对本发明的各个特性进行描述，其中相同的部分用相同的参考字符标识。
按照本发明的示例性实施例，给出一种用于在无线通信系统中利用发射分集在接收信号的接收机中提供改进的信道估计的方法和装置。与基于三个或多个符号期间信道不变的假设的现有技术方法形成对照，本发明的信道估计方法和装置在一次两个导引符号期间信道是恒定的假设下建立信道模型。因此信道估计执行更快，并且改善了时变信道的信道估计。
现参考附图1，图1示出示例性发射机100具有几个组成部分，包括天线1110和天线2120。数据180可以在发射机100中生成，并可以包含例如信道编码数据、发射功率控制(TPC)命令、任选的传送格式组合指示符(TFCI)等。对于按照本发明的下行链路发射分集系统，数据180可以通过输入线路171被输入到基于空间时间定长编码的发射分集(STTDSpace Time block coding based TransmitDiversity)的编码器170。数据180还可以经率匹配、交织等，象在非分集系统或模式下执行那样。还可以理解，STTD编码器170可以将编码数据传送给复用器140，数据在复用器140中能被适当地传送到分别指定到天线110和天线120的输出143和144。分集导引信号150和160也可以分别通过输入线路141和142被输入到复用器140，以便与STTD编码数据一起被打包而通过天线110和120输出。还可以理解，信道化码、扰码等可以在输入130提供，这些码可以通过131和132在相加结点145和146中与复用器140的输出信号143和144组合。总信号输出147和148可以在天线110和120上分别通过空中接口信道111和121向MS190发射，以得到按照本发明的输出信息的发射分集。要指出的是，MS190最好能包括例如技术上普通的天线191、处理器192及存储器193。
参考附图2，图2在超帧230、帧220和时隙210级示出示例性数据信道映射200。特别感兴趣的是时隙格式210，按照本发明，除了其它信息外，在所述时隙格式210中包含导引信号215。另外，时隙格式210可以包含TFCI决211、数据1块212、TPC块213以及数据2块214。应该指出，对于分集发射机100中的天线110和120，由TFCI块211、数据1块212、TPC块213以及数据2块214表示的发射数据可以是相同的，可以根据用哪个天线来发射特定信号组而对导引信号215进行区分，下面更详细地进行描述。
现在参考图3，两个不同的导引序列310和320例如分别对应于在天线110和天线120上发射的信号，其中每一个都包含四个编码导引符号，如图所示。例如在MS190，导引符号将通过空中接口信道111和121作为四个符号被接收。对于导引序列310，其中包括了导引符号p1311、p2312、p3313和p4314。对于导引序列320，其中包括了导引符号p1321、-p*4322(p4314的负共轭)、-p3323以及p*2324(p2312的共轭)。
对于发射分集系统100，令接收符号为r1、r2、r3和r4。传输过程被建模为r1＝h11p1+h21p1+n1(3)r2＝h12p2-h22p*4+n2(4)r4＝h13p3-h23p3+n3(5)r1＝h14p4-h24p*2+n4(6)其中hij∈C为信道系数，nj∈C为加性噪声，以及pj∈C为上述的导引符号。对于天线1110和天线2120，信道系数hij将是不同的，并且将是时变的。MS190的任务是通过使用接收符号rj来估计hij。这个任务另外被称为信道估计问题。
具有发射分集编码导引序列310和320的信道估计要求对r1和r3进行分组以获得一组信道估计，并且对r2和r4进行分组以获得第二组信道估计。导引模式编码的结构通常提供自己这样一种方法。接收符号r1和r3例如取决于导引符号p1311和p3313。对于第二信道估计，r2和r4例如取决于导引符号p2312和p4314。可以假设与导引序列310和320相关联的信道在三个符号期间恒定。这个假设导致新信道系数f11、f21、f12和f22之间的下列关系
f11＝h11＝h13(5)f12＝h12＝h14(6)f21＝h21＝h23(7)f22＝h22＝h24(8)于是接收信号可以被写为r1＝f11p1+f21p1+n1(9)r3＝f11p3+f21p3+n3. (10)以及第一组信道估计于是可以构成为f11f21=p1-1r1r3,---(11)]]>其中P1=p1p1p3-p3.---(12)]]>由于P1是满秩矩阵，对非零导引符号p1311和p3313，存在矩阵求逆。对第二p2312和第四p4314运用相同的方法，导引符号给出信道估计f12f22=p2-1r2r4,---(13)]]>其中P2=p2-p*4p4p*2.---(14)]]>
再则，由于P2是满秩矩阵，因此对于非零导引符号，存在矩阵求逆。但是所述信道估计方法出现了问题，就是三个符号期间信道恒定的假设在时变信道的情况下是不充分的。例如，对之前描述的具有高多普勒频移的信道和传送以高扩频因子发射的信息的信道，三个符号的假设是无效的。
按照本发明的解决方案提供与天线1110和天线2120相关联的建模信道，好像它们只在导引序列的两个导引符号期间恒定，例如与天线1110发射的导引序列310相关联的p1311和p2312。设对天线1110信道系数引入记号g11，而对天线2120信道系数引入记号g21。对于导引序列的最后两个符号，例如，天线1110的p3313和p4314，天线1110的信道系数为g12，而天线2120则为g22。这样一种关系产生下列假设g11＝h11＝h12(15)g12＝h13＝h14(16)g21＝h21＝h22(17)g22＝h23＝h24(18)重要的是要指出按照本发明，只有连续信道系数被假设是相等的。因此接收符号可以被写成r1r2r3r4=Pg11g12g21g22+n1n2n3n4,---(19)]]>其中P=p10p10p20-p*400p30-p30p40p*2---(20)]]>如果矩阵P具有满秩，则信道估计可以被导出为g^11g^12g^21g^22=P-1r1r2r3r4---(21)]]>按照本发明的信道估计的有效性可依赖于如等式(20)中矩阵P的秩条件(rank condition)。但是，存在多个满足P的秩条件的导引符号序列。这样的导引序列的示例为p1＝-1-j、p2＝-1-j、p3＝-1-j、以及p4＝-1+j。因此选择导引序列310和320以达到矩阵P的适当秩条件是很重要的。按照本发明的信道估计方法还产生用于为导引序列310和320的各个导引符号选择导引模式的准则。为使矩阵P满秩而按照本发明选择导引模式也是很重要的。
可以直接实现本发明的信道估计方法的一个实施例。这个示例性实施例的矩阵求逆可以具有以下结构P-1=**0000****0000**---(22)]]>其中*表示可能是非零的元素。矩阵求逆可以用技术上已知的方式被预先计算并存储到与MS 190相关联的存储器中。示例性信道估计器被直接实现为g^11g^12g^21g^22=P-1r1r2r3r4,---(23)]]>其中式(22)中的零结构可以被用于获得更有效的实现。应该指出，虽然示例性实施例是利用特定的一组导引模式来说明，但存在适合于发射具有相同属性的分集编码的导引模式的类似变体。预计所有这样的模式都是按照本发明，而不必要进行枚举。
图4示出按照本发明的用于导出信道估计的示例性处理的流程图。处理从开始框410开始，在框410中可以执行初始化和其它路由形式，并沿着弧411进行到框420，在框420中可以分别向基站发射机的各个天线1110和天线2120提供诸如导引序列310和320的导引序列。因此，导引序列310和320可以利用分别与例如基站相关联的天线110和120通过发射分集信道发射。诸如MS190的MS可以接收一系列被认为是导引符号的符号r1、r2、r3和r4。这时，可以随弧421而在框440中建立矩阵P，其中导引符号从框430接收，而弧431表示来自框430的接收符号。应该指出，可以通过实时构造所述矩阵或最好通过从例如存储器193进行检索来建立矩阵P。矩阵P最好应该反映如在框420中选择的导引序列。利用来自框430的接收符号r1、r2、r3和r4以及来自框440的矩阵P，可以在框460中按照例如等式(23)的关系式来计算信道系数 如果需要，处理400可以如框470所示按需要重复。
已经参考特定的实施例对本发明进行描述。但是，本领域的技术人员容易明白，有可能以与上述优选实施例不同的特定形式来实施本发明。这可以在不脱离本发明精神的情况下来完成。优选实施例仅仅是说明性的，而不应以任何方式被认为是限制性的。本发明的范围由后附权利要求而不是前面的描述给出，并且所有在权利要求书范围内的变化和等效体都包括于其中。
权利要求
1.一种用于在具有基站(BS)和至少一个移动台(MS)的无线通信系统中估计与发射分集信道相关联的信道系数 的方法，所述发射分集信道从至少两个与所述BS相关联的天线上通过至少两个传播路径被发射，所述方法包括以下步骤向所述至少两个天线中的每一个天线提供用于通过所述发射分集信道从所述BS向所述MS传送的导引符号序列；在所述MS接收来自所述发射分集信道的一系列符号r1、r2、r3、r4；按照下列关系式来建立所述导引符号序列的值的矩阵P-1g^11g^12g^21g^22=P-1r1r2r3r4;]]>其中所述导引符号序列被选择，以使所述矩阵P具有满秩；以及利用所述矩阵P和所述一系列符号r1、r2、r3、r4来确定所述信道系数
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述建立步骤还包括从存储器检索所述矩阵P-1的步骤。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述导引符号序列还包括与所述至少两个天线的第一天线相关联的第一序列p1、p2、p3、和p4以及与所述至少两个天线的第二天线相关联的第二序列p1、-p*4、-p3、和p*2。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述序列还包括p1＝-1-j、p2＝-1-j、p3＝-1-j、以及p4＝-1+j。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述矩阵P还包括下列形式的矩阵P=p10p10p20-p*400p30-p30p40p*2]]>。
6.一种用于在移动台(MS)中估计与发射分集信道相关联的信道系数 的方法，所述发射分集信道从至少两个与发射机相关联的天线上通过至少两个传播路径被发射，所述方法包括以下步骤在所述MS接收来自所述发射分集信道的一系列符号r1、r2、r3、r4；按照下列关系式来建立已知导引符号序列的值的矩阵Pg^11g^12g^21g^22=P-1r1r2r3r4;]]>其中所述已知导引符号序列被选择，以使所述矩阵P具有满秩；以及利用所述矩阵P和所述一系列符号r1、r2、r3、r4来确定所述信道系数
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述建立步骤还包括从存储器检索所述矩阵P-1的步骤。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述已知导引符号序列还包括与所述至少两个天线的第一天线相关联的第一序列p1、p2、p3、和p4以及与所述至少两个天线的第二天线相关联的第二序列p1、-p*4、-p3、和p*2。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于所述已知序列还包括p1＝-1-j、p2＝-1-j、p3＝-1-j、以及p4＝-1+j。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于所述矩阵P还包括下列形式的矩阵P=p10p10p20-p*400p30-p30p40p*2]]>。
11.一种用于在具有基站(BS)和至少一个移动台(MS)的无线通信系统中估计与发射分集信道相关联的信道系数 的装置，所述发射分集信道从至少两个与所述BS相关联的天线上通过至少两个传播路径被发射，所述装置包括用于向所述至少两个天线中的每一个天线提供用于通过所述发射分集信道从所述BS向所述MS传送的导引符号序列的装置；用于在所述MS接收来自所述发射分集信道的一系列符号r1、r2、r3、r4的装置；用于按照下列关系式来建立所述导引符号序列的值的矩阵P的装置g^11g^12g^21g^22=P-1r1r2r3r4;]]>其中所述导引符号序列被选择，以使所述矩阵P具有满秩；以及用于利用所述矩阵P和所述一系列符号r1、r2、r3、r4来确定所述信道系数 的装置。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于所述建立装置还包括用于存储所述矩阵P-1的存储器。
13.如权利要求11所述的装置，其特征在于所述导引符号序列还包括与所述至少两个天线的第一天线相关联的第一序列p1、p2、p3、和p4以及与所述至少两个天线的第二天线相关联的第二序列p1、-p*4、-p3、和p*2。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于所述序列还包括p1＝-1-j、p2＝-1-j、p3＝-1-j、以及p4＝-1+j。
15.如权利要求13所述的装置，其特征在于所述矩阵P还包括下列形式的矩阵P=p10p10p20-p*400p30-p30p40p*2]]>。
16.一种用于在移动台(MS)中估计与发射分集信道相关联的信道系数 的装置，所述发射分集信道从至少两个与发射机相关联的天线上通过至少两个传播路径被发射，所述装置包括用于在所述MS接收来自所述发射分集信道的一系列符号r1、r2、r3、r4的装置；用于按照下列关系式来建立已知导引符号序列的值的矩阵P的装置g^11g^12g^21g^22=P-1r1r2r3r4;]]>其中所述已知导引符号序列被选择，以使所述矩阵P具有满秩；以及用于利用所述矩阵P和所述一系列符号r1、r2、r3、r4来确定所述信道系数 的装置。
17.如权利要求16所述的装置，其特征在于所述建立装置还包括用于存储所述矩阵P-1的存储器。
18.如权利要求16所述的装置，其特征在于所述已知导引符号序列还包括与所述至少两个天线的第一天线相关联的第一序列p1、p2、p3、和p4以及与所述至少两个天线的第二天线相关联的第二序列p1、-p*4、-p3、和p*2。
19.如权利要求18所述的装置，其特征在于所述已知序列还包括p1＝-1-j、p2＝-1-j、p3＝-1-j、以及p4＝-1+j。
20.如权利要求18所述的方法，其特征在于所述矩阵P还包括下列形式的矩阵P=p10p10p20-p*400p30-p30p40p*2]]>。
全文摘要
一种用于在利用发射分集的无线通信系统中估计信道的方法和装置被描述。与发射分集信道相关联的信道系数g
文档编号H04B7/06GK1378731SQ00812755
公开日2002年11月6日 申请日期2000年7月12日 优先权日1999年7月15日
发明者J·尼尔松 申请人:艾利森电话股份有限公司