专利名称：无线通信系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及增加移动通信系统的网络容量的方法，特别涉及改善移动电信系统中随时间变化的媒介的可预测性的方法。
背景技术：
移动电信的最新发展允许利用例如通用移动电话系统(UMTS，UniversalMobile Telephone System)，也被称为3G的无线系统中的可用信道容量的更大部分。与采用高斯最小频移键控(GMSK，Gaussian minimum Frequency ShiftKeying)或正交相移键控(QPSK，Quadrature Phase Shift Keying)的传统方案相比，使用较高阶调制，例如64-QAM，增加了发送比特的数量(发射机容量)。然而，由于星座点(constellation point)间隔更近，为固定误码率付出的代价是发射机功率的增加，这是为了实现接收机所需的较高信噪比(SNR)所必需的。于是，发射机容量的增加导致所发送信号功率的增加。这又导致了附加的干扰和噪声，并且减少了移动网络中其他用户的接收机的SNR。结果，不得不增加那些用户的发送功率以补偿附加的干扰和噪声，并且这会引起小区内干扰的进一步增加，从而导致移动网络的小区容量减少。
无线网络的容量和性能也受到随时间变化的媒介，也被称为衰落信道的状态的影响。于是，如果信道状态较差，就会因为该信道在衰落使得接收信号非常弱，也就是说信号被衰减了。信道容量能够使用Shannon的公知公式来计算，该公式表明信道容量是SNR的函数。在这个关系中，因为发射机容量的增加造成比特差错的增加，所以信道容量是限制因子。实质上，通过将发射机容量设置成与信道容量相等，可以获得最大的无差错比特吞吐量。
可以通过已知的方法例如自适应调制、注水(water-pouring)或多用户分集来实现移动电信网络的网络容量的增加。使用自适应调制，如果接收机告知发射机它的SNR值，发射机选择产生高发射机容量的调制方案。例如，依赖于分级SNR值，发射机选择8-PSK、16-QAM或更高调制方案，并且还可以调整发射机功率。
多用户分集是用于蜂窝式系统的方法，其中在信道状态较好时为请求数据的用户(移动设备)服务。这会需要在发射机(基站)中执行调度处理。然而，更重要的是，不能够立即为每个用户服务，因此对于高效系统来说，需要提前预测每个用户的信道状态。这样，多用户分集能够实现的最大网络容量依赖于预测信道的质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种预测蜂窝式移动电信系统的信道状态的改进方法。
本发明提供一种预测移动通信设备的信道状态的方法，该方法包括如下步骤a)根据移动通信设备所接收的信号的预定参数，选择多个预测算法中的一个；以及b)使用所选的预测算法来预测在将来的预定时间的信道状态。
有利的是，所述预定参数是接收信号的多普勒频率。在这种情况下，该方法还可以包括步骤将接收信号的多普勒频谱分段为多个频带，每个频带与各个预测算法中的一个相关。
可替换地，所述预定参数是移动通信设备的速度。在这种情况下，可以将移动通信设备的速度链接到多普勒频率。
在优选实施例中，该方法还包括如下步骤c)根据接收信号中的复数信道状态信息(CSI，channel state information)采样的连续流，定义一个矢量；d)将该矢量存储在移动通信设备的存储器中；e)使用所选的预测算法来读取矢量；以及f)输出预测的在将来的预定时间的信道状态。
最好是，其中将来的预定时间是下一个CSI采样的时间，步骤f)输出预测的信道状态作为由所选预测算法预测的下一个CSI采样的值。可替换地，其中将来的预定时间是将来的N次采样，步骤d)中存储的矢量被更新(N-1)次，以及预测的信道状态是所述更新之后由所选的预测算法预测的CSI采样的值。在后一种情况下，可以如下执行(N-1)次更新步骤g)将步骤f)的输出馈送到存储器以更新所述矢量；
h)使用所选预测算法来读取被更新的矢量；i)输出预测的下一个CSI采样的值；以及重复步骤g)到i)直到已经进行了(N-1)次更新为止。
本发明还提供一种移动通信设备，具有用于预测通信信道的状态的信道预测器，该信道预测器包括a)处理部件，用于根据移动通信设备所接收的信号的预定参数，选择多个信道状态预测算法中的一个；和b)用于运行所选预测算法以预测在将来的预定时间的信道状态的部件。
有利的是，所述预定参数是多普勒频率，并且该设备还包括用于估计接收信号的多普勒频率的多普勒估计器。在这种情况下，多普勒估计器将接收信号的多普勒频谱分段为多个频带，每个所述频带与各个预测算法中的一个相关。
在优选实施例中，所述处理部件包含用于根据接收信号中的CSI采样的连续流定义一个矢量的部件；用于将该矢量存储在设备的存储器中的部件；用于使用所选的预测算法来读取矢量的部件；和用于输出预测的在将来的预定时间的信道状态的部件。
最好是，其中将来的预定时间是下一个CSI采样的时间，处理部件例如输出预测的信道状态作为由所选预测算法预测的下一个CSI采样的值。可替换地，其中将来的预定时间是将来的N次采样，处理部件使存储在存储器中的矢量被更新(N-1)次，并且预测的信道状态是更新之后由所选预测算法预测的CSI采样的值。
下面将参照附图，以示例方式，更详细地说明本发明，其中图1是蜂窝式移动电信系统的移动终端的方框图；图2是形成图1的移动终端的部分的自适应预测器的方框图；和图3是说明图2的信道预测器的选择处理的曲线图。
具体实施例方式
参照附图，图1简要示出蜂窝式移动电信系统的移动终端1。该移动终端1包括射频(rf)前端2和基带处理单元3。rf前端2具有用于接收和发送信号的天线4、用于将从基带处理单元3的输出端3b提供的信号发送到另一个接收机的输入端2a，以及基带处理单元3的输入端3a从rf前端的输出端2b接收信号。
经由输入端3a进入基带处理单元3的信号被传送到解调单元5。解调单元5的输出传送到解码单元6，接着传送到去映射单元7。去映射单元7在8处输出的数据传送到移动终端1的耳机(未示出)的扬声器(未示出)，或者传送到该数据要被传送到的任何接收器(例如较高层)。来自移动终端1的麦克风(未示出)的话音数据(或其他数据)在9处进入基带处理单元3，并且传送到数据映射单元10。数据映射单元10的输出传送到编码单元11，接着传送到调制单元12。调制单元12的输出从基带处理单元3的输出端3b传送到rf前端2的输入端2a，以便传送到移动电信系统的基站(未示出)。如上所述的基带处理单元3是传统的。
然而，基带处理单元3还包括用于实施本发明的部件。特别是，经由输入端3a进入基带处理单元3的信号还传送到估计部件13，估计部件13包含信道估计部件13a和多普勒频率估计部件13b，它们的输出都被传送到信道预测器14，以下将参照图2对此进行更详细的说明。信道估计部件13a的输出还传送到解调单元5。信道预测器14的输出传送到数据映射单元10，数据映射单元10将预测的信道状态和来自麦克风的映射数据一起输出到编码单元11，接着到调制单元12，然后到(rf)前端2。
以此方式，信道预测器14的输出被直接或间接地转送回移动电信系统的基站。在这种关系中，术语“直接”指的是输出被以其初始形式发送回基站，而术语“间接”指的是输出被用于例如根据查找表(LUT)来计算另一个度量，接着将该度量返回到基站。根据LUT获得的该后一术语被称为UMTS界中的信道质量指示符(CQI，channel quality indicator)，尽管可以使用其他术语。
当移动终端1在天线4处接收信号时，该信号在rf前端2中被处理。rf前端2的输出是在天线4处接收的模拟信号的数字表示。如上所述数字化采样值被馈送到基带处理单元3中。这里，应该注意，系统特定数量的采样值表示数据的一帧，数据的一帧包括实际信息比特(数据)、由于信道编码的冗余比特、控制比特和用于使系统运行的其他可能的系统相关比特。解调单元5解调采样值的流，以便获得成功解码帧所需的软判决。后续的去映射单元7提取帧中不同类型的比特，例如信息比特和控制比特。然而，由于提供了估计部件13和信道预测器14，解调单元5需要来自信道估计部件13a的输出，以便成功解调接收的采样值。
现在将参照图2说明信道预测器14的操作。信道预测器14具有输入端15、开关16、第一和第二移位寄存器17和18、处理器19和加法器20。处理器19包含软件，该软件包含多个预测算法，典型地包含以下将参照图3说明的三个算法A、B和C。算法可以是Rudolph Tanner和Witold Krzymien的文章“A Comparison of Fading Channel State Prediction Techniques”，无线会刊02，Calgery，Vol.I，第312-317页，2002中所述的类型。可替换地，那些算法可以被任何其他能够预测时间序列的将来状态的算法代替。
信道估计部件13a产生复数的信道状态信息(CSI)采样值 的连续流，该连续流经由输入端15进入预测器14。矢量 表示具有M个采样值的CSI集，并且T表示矢量转置。矢量 表示最新的CSI以及 表示最老的采样。预测器14利用包含在h中的信息，并且使用任何一种适当的已知方法来计算由 表示的下一个CSI。
这样，信道估计部件13a在时间t经由处于位置X的开关16，将最新的CSI 馈送到包含矢量h的移位寄存器17中。处理器19读取h，并且选择一个可用的算法，例如算法A。算法选择处理由参数Z的值来控制，参数Z是多普勒估计部件13b的输出。规则是这样，相对于Z的值选择最佳预测算法。系统还将h本地复制到移位寄存器18中用于将来的使用。
预测算法A输出预测的下一个采样值 该值再被用于计算一个误差，以便在处理器19内更新、训练或调整预测算法。
现在，如果预测器14需要预测在时间上提前超过一个采样的CSI，则开关16被移到位置Y。然后处理器19的输出被反馈到输入端，并且整个预测系统以迭代方式工作，直到计算出与所需预测时间最近的采样值为止。例如，如果CSI采样率为1ms，并且我们需要提前预测30ms，则将执行29次迭代循环。
一旦预测出所需的将来采样值，系统需要被重新初始化。在预测处理的最后，移位寄存器17将被刷新，并且本地存储(在移位寄存器18中)的h值将从移位寄存器18被装载到移位寄存器17中。接着，开关16将被返回到位置X，并且最新的CSI被装载到或移位到移位寄存器17中。
现在将参照图3说明选择预测算法的方式，图3是图示信号功率对多普勒频率的曲线图。最大预期多普勒频率(例如100Hz)由fDmax表示，以及整个多普勒频谱被分段为由a、b和c标出的三个频带。这些频带中的每一个被指定一个相应的预测算法A、B和C。为了说明的目的，假设由多普勒估计部件13b估计的多普勒频率为ZHz(参数Z)。如从图3可见，因为Z在频带a内，自适应预测器14将选择预测算法A，其中预测算法A在频带a内执行效果最佳。分段多普勒频谱的方式构成系统设计研究的一部分，模拟用于每个预测算法的最佳带宽。接着，何时采用何种预测算法的知识被“硬编码”到信道预测器14中。
很明显，可以对上述移动电信设备进行修改。例如，代替使用多普勒频率估计用于参数Z，可以使用速度传感器或任何有助于选择最佳预测算法的其他估计。而且，代替使用专用信道估计部件，还有可能通过其他部件获得信道估计，例如通过联合解码及信道估计部件。在移动通信设备构成基于CDMA的移动电信系统的一部分的情况下，解调单元5可以是瑞克接收机，但是也可以使用其他类型的解调器，在该系统不是CDMA系统的情况下尤其如此。
很明显，本发明的信道预测方案改进了所预测信道状态和SNR的质量，并因此带来了网络容量的增加。而且，对于每个可能的多普勒频率改变的情形，采用最适当的预测算法以便提高信道的将来状态的质量。而且，所采用的算法易于实施，因为它们无需进行矩阵求逆的频繁计算，这是由于如果需要矩阵求逆，它可被存储在查找表中。
无论何时通信系统中需要进行预测，或者在需要进行SNR预测的地方，都能够使用本发明。特别是，本发明还分别特别用于CDMA 2000网络和WCDMA(UMTS)网络中的高速数据(HDR)和高速数据分组接入(HSDPA，high speed data packet access)业务。本发明还可被用于需要进行预测的闭环功率控制系统和基于时间编码的系统。
权利要求
1.一种预测移动通信设备的信道状态的方法，所述方法包括如下步骤a)根据所述移动通信设备所接收的信号的预定参数，选择多个预测算法中的一个；以及b)使用所选的预测算法，预测在将来的预定时间的信道状态。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述预定参数是所述接收信号的多普勒频率。
3.如权利要求2所述的方法，还包括步骤将接收信号的多普勒频谱分段为多个频带，每个频带与所述各个预测算法中的一个相关。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述预定参数是所述移动通信设备的速度。
5.如权利要求1到4中的任何一项所述的方法，还包括如下步骤c)根据接收信号中的复数信道状态信息采样的连续流，定义一个矢量；d)将所述矢量存储在所述移动通信设备的存储器中；e)使用所选的预测算法来读取所述矢量；以及f)输出预测的在将来的所述预定时间的信道状态。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述将来的预定时间是下一个CSI采样的时间，步骤f)输出预测的信道状态作为由所选预测算法预测的下一个CSI采样的值。
7.如权利要求5所述的方法，其中，所述将来的预定时间是将来的N次采样，步骤d)中存储的矢量被更新(N-1)次，以及所述预测的信道状态是所述更新之后由所选预测算法预测的CSI采样的值。
8.如权利要求7所述的方法，其中，如下执行所述(N-1)次更新步骤g)将步骤f)的输出馈送到所述存储器中以更新所述矢量；h)使用所选预测算法来读取被更新的矢量；i)输出预测的下一个CSI采样的值；以及重复步骤g)到i)直到已经进行了(N-1)次更新为止。
9.一种移动通信设备，具有用于预测通信信道的状态的信道预测器，所述信道预测器包括a)处理部件，用于根据由所述移动通信设备接收的信号的预定参数，选择多个信道状态预测算法中的一个；和b)用于运行所选预测算法来预测在将来的预定时间的信道状态的部件。
10.如权利要求9所述的设备，其中，所述预定参数是多普勒频率，以及所述设备还包括用于估计接收信号的多普勒频率的多普勒估计器。
11.如权利要求9所述的设备，其中，所述多普勒估计器将接收信号的多普勒频谱分段为多个频带，每个所述频带与所述各个预测算法中的一个相关。
12.如权利要求9所述的设备，其中，所述预定参数是所述移动通信设备的速度。
13.如权利要求9到12中的任何一项所述的设备，其中，所述处理部件包括用于根据接收信号中的CSI采样的连续流定义一个矢量的部件；用于将所述矢量存储在所述设备的存储器中的部件；用于使用所选预测算法来读取所述矢量的部件；和用于输出预测的在将来的预定时间的信道状态的部件。
14.如权利要求13所述的设备，其中，所述将来的预定时间是下一个CSI采样的时间，所述处理部件输出预测的信道状态作为由所选预测算法预测的下一个CSI采样的值。
15.如权利要求13所述的设备，其中，所述将来的预定时间是将来的N次采样，所述处理部件使存储在所述存储器中的所述矢量被更新(N-1)次，并且所述预测的信道状态是在所述更新之后由所选预测算法预测的CSI采样的值。
全文摘要
一种预测移动通信设备的信道状态的方法，包括如下步骤根据由移动通信设备接收的信号的预定参数，选择多个预测算法中的一个；以及使用所选预测算法来预测在将来的预定时间的信道状态。
文档编号H04L25/03GK1543085SQ20041003157
公开日2004年11月3日 申请日期2004年3月25日 优先权日2003年3月27日
发明者鲁道夫·坦纳, 鲁道夫 坦纳 申请人:尤比尼蒂克斯有限公司