专利名称：估计移动通信系统中移动站速率的装置和方法
技术领域：
本发明总的涉及用于估计移动站的速率的装置和方法，尤其是涉及用于估计移动通信系统中移动站的速率的装置和方法。
背景技术：
已经开发了移动通信系统来通过移动站向终端用户提供移动性。为了提供到移动站的移动性，移动通信系统在基站和移动站之间建立信道，并通过所建立的信道进行语音和数据通信。由于是移动的，移动站可以在不同位置发送射频信号，而且不会限制在某个固定位置。因此，无线电信道的环境和路径会不断地改变。此外，由于移动站与其用户一起移动，因此移动站在用户不移动或者以低速或高速移动时都要发送无线电信号。
在这种移动通信系统中，由于信道环境的改变以及移动站的移动，无线电信号的发送路径会发生改变。因此，移动通信系统的基站必须通过考虑移动站的速率来接收数据。也就是说，移动通信系统通过考虑上述因素来估计移动站的发送信道，并根据该估计结果提取数据。因此，如果移动通信系统不能执行对移动站的正确信道估计，则无法提取正确的数据。
现在描述移动通信系统中的信道估计。移动通信系统通过从基站发送到移动站的前向链路向移动站发送数据。此时，移动通信系统将导航信号连同业务信道一起发送，从而移动站可以估计信道。也就是说，移动站通过相反的链路向基站发送数据。此时，移动站发送相反的导航信号，从而基站可以估计相反的信道。在接收到由移动站发送的反向导航信号时，基站根据所接收的导航信号估计信道。此外，基站根据信道估计值将从对应的移动站接收的业务进行解码，由此改善数据接收性能。
但是，反向导航信道和反向业务信道会根据移动站的速率遭受多普勒移位。多普勒移位效应可能导致实际信道估计的性能降级。信道估计的性能降级意味着业务阶段根据所接收的信号被移位了多少而具有不同的值。此外，多普勒移位总是根据移动站的速率而具有不同的值。因此，为了完全消除多普勒移位效应，基站必须针对移动站的每个可能速率都消除多普勒移位效应。由于基站必须对移动站的所有可能速率都消除多普勒移位效应，因此基站需要针对各个速率的信道估计器来执行两个操作。
下面描述用于估计移动站在实际移动通信系统中的速率的方法。在现有移动通信系统中，移动站的速率被分为若干速率段，展示对应速率段上的最佳信道估计性能的信道估计器要预先设计。由于预设计的信道估计器的预定数量是根据移动站的速率来存在的，因此必须选择要使用的具体信道估计器。为了选择信道估计器，需要用于根据所接收的信号估计移动站的速率的速率估计器。用于实施速率估计器的方法分为在时域使用所接收信号的自动相关函数(autocorrelation function)的方法，和在频域使用离散傅立叶变换(DFT)的方法。
选择这两种方法中的一种是设计的事。以所选择的方法设计的速率估计器通常设置在信道估计器的前面，并且在估计了移动站的速率之后选择该信道估计器的估计系数。但是，当速率估计器设置在信道估计器的前面时，无法达到由信道估计器实现的对所接收的信噪比的改善。也就是说，在低信噪比下，速率估计器在时域和频域都表现出不令人满意的性能。此外，当速率估计器位于信道估计器之前时，在码分多址2000(CDMA2000)选通模式发送期间不存在向速率估计器的合适输入。
发明内容
因此，本发明的目的是提供用于精确估计移动站的速率而不考虑移动通信系统中的信噪比和码分多址2000(CDMA2000)选通模式传输的方法。
本发明的另一目的是提供采用正确信道估计有效执行数据解调和解码而不考虑移动通信系统中移动站的速率的装置和方法。
为了达到上述和其它目的，提供了一种用于估计在移动通信系统中移动站的速率的基站装置。该装置包括信道估计器，用于从移动站接收无线电信道的信号并用所接收的信号进行信道估计；速率估计器，用于检测该信道估计器的功率频谱值，并在移动站的速率未改变时向信道估计器提供信道估计系数，以用于根据从移动站估计的功率的多普勒移位频率值进行的信道估计。
当移动站的速率改变时，速率估计器在预定时间段内校正功率频谱值，并基于所校正的功率频谱值的速率向信道估计器提供信道估计系数，以用于根据多普勒频率值进行的信道估计。
为了达到上述和其它目的，提供了一种用于估计在移动通信系统的基站中移动站的速率的方法，包括步骤从移动站接收无线电信道的信号并用所接收的信号进行信道估计；检测来自该信道估计信号的功率频谱值，并在移动站的速率未改变时输出信道估计系数，以用于根据从移动站估计的功率的多普勒移位频率值进行的信道估计。
此外，信道估计步骤还包括当移动站的速率改变时，在预定时间段内执行功率校正，并基于所校正的功率频谱值的速率输出信道估计系数，以用于根据多普勒频率值的信道估计。
下面通过结合附图的详细描述，本发明的上述和其它目的、特征和优点将会更加明显，其中图1示出根据本发明的实施例包含在基站中的速率估计器的框图；图2举例示出用于图1的信道估计器的转移函数的功率频谱，其中整个速率段分为4个多普勒频带，并且多普勒频带就其自己的频带来说经过了优化；图3举例示出通过图1的速率估计器在预定数量的速率段测量的功率频谱图；图4示出在两个具有不同速率段的信道估计器中的转移函数的频谱图；图5示出当图1的信道估计器的功率频谱用等式(2)来计算时的修正项的图；图6示出当图1的信道估计器的功率频谱用等式(3)来计算时的修正项的图；图7示出当速率从低速变为高速或从高速变为低速时用于校正从移动站估计的多普勒频谱的临时修正项频谱图；图8示出根据本发明的实施例采用临时修正项和常态修正项在速率估计器中执行的过程的流程图；图9示出根据本发明实施例的延迟对发送速率的速率估计更新的过程的流程图。
具体实施例方式
现在参考附图详细描述本发明的实施例。在附图中，相同或相似的元素用相同的附图标记表示。在下面的描述中，为简明起见，省略合并在其中的公知功能和配置。
图1是根据本发明实施例的包括在基站中的速率估计器的框图。参考图1，对根据本发明实施例的速率估计器的结构和操作进行详细的说明。
在图1中示出信道估计器101和速率估计器110，速率估计器110设置在信道估计器101的后面。信道估计器101利用从移动站接收的信号执行信道估计。在此，根据本发明实施例的信道估计器101利用从速率估计器110接收的信道估计系数估计信道。该信道估计系数是由根据本发明实施例的速率估计器110产生的最佳信道估计系数，以消除来自信道估计信号的多普勒移位频率。此外，由信道估计101进行了信道估计的信号输入速率估计器110。由于速率估计器110根据信道估计的信号来估计速率，因此受到信道估计影响的信号(即信道补偿的信号)是信噪比得到改善的信号。也就是说，利用信道估计器101的、即使在选通模式传输期间也可以继续具有值的输出，速率估计器110利用频域中的离散傅立叶变换(DFT)来检测多普勒移位。
根据速率段来区别信道估计器101。也就是说，可以根据速率段提供多个信道估计器，或者信道估计器可以根据速率段以不同方式运行。在本发明的实施例中，假定信道估计器根据速率段以不同方式运行。信道估计器101接收针对每个速率段的最佳估计系数，并根据所接收的估计系数来估计信道。信道估计系数对信道估计需要的每个速率将多普勒频带与整个速率段区分开来。信道估计器101可以设计为在为每个速率划分的频带中都具有最佳值。以离线为基础来设计每个速率段中的最佳速率估计系数。例如，图2示出用于信道估计器的转移函数的功率频谱，其中整个速率段被分为4个多普勒频带，分别针对0Hz-100Hz，100Hz-200Hz，200Hz-300Hz和300Hz或更高来优化该4个多普勒频带。图2所示的功率频谱成为对每个多普勒频带的转移函数。
参考图1，从信道估计器101输出然后输入速率估计器110的信号首先输入功率频谱测量器111。功率频谱测量器111利用DFT测量输入信号的功率频谱。功率频谱测量器111存储在通过用DFT检测功率频谱来确定的值中预定数量的信道估计输出样本。此外，功率频谱测量器111针对频率下标的最小数q对存储的样本进行功率频谱测量，该最小数和能够划分的多普勒频带的数量一样多。图3示出测量的功率频谱的例子。
图3是示出在有4个频率下标时所测量的功率频谱的例子的图。在图3的例子中，针对4个速率段来测量频谱。考虑该4个频率下标，位于频率轴最左侧的附图标记301表示最小速率，附图标记302表示第二最小速率，附图标记304表示第一最大速率，附图标记303表示第二最大速率。因此，当速率段的频率下标分别变为nh，ni，nk，nj时，‘h’，‘i’，‘k’，‘j’具有大于或等于‘1’且小于或等于最小数q的值，其中该最小数和能够划分的多普勒频带的数量一样多。通过测量功率频谱而确定的功率频谱值被输入功率补偿器112。
参考图1，功率补偿器112补偿为每个频率下标测量的功率频谱的功率电平。由功率补偿器112对功率频谱执行的功率补偿是基于在图2中所示的转移函数的频谱形状进行的。根据移动站的速率出现的多普勒移位展现每个频带在穿过信道估计器101时的功率频谱的不同衰减。因此，对每个频率下标测量的功率频谱具有不同的衰减，从而需要分别补偿对每个频率下标ni出现的衰减。功率补偿信号被输入短期平均器113。短期平均器113在预定的短时间内对输入的信号计算平均值。此后，多普勒频率检测逻辑114根据移动站的速率来检测多普勒频率，为检测的多普勒频率设置校正系数，并向信道估计器101输出所设置的校正系数。
现在参考图4到图7描述功率补偿方法。图4是示出在具有不同速率段的两个信道估计器中的转移函数的频谱的图。如果假定图4中附图标记410表示速率‘v’，附图标记420表示速率‘v-1’，则在每个频率下标ni和nj中用于补偿在信道估计器101中测量的失真和在功率频谱测量器111中测量的失真的补偿值可以通过将最终失真值乘以标准化的功率频谱值的倒数来计算。修正项Winv(n)是标准化的功率频谱值的倒数，并可以表达为Winv(V)|vIndx=v=Cmax|vIndx=vC(n)|vIndx=v,n=n1~nq---(1)]]>在等式(1)中，C(n)|vIndex＝v表示信道估计器101的功率频谱410，C(n)|vIndex＝v-1表示信道估计器101的功率频谱420。此外，在等式(1)中，信道估计器101的功率频谱被转换为通过将作为标准化功率频谱值的倒数的修正项Winv(n)乘以权重而校正的功率频谱Pw(n)。此外，在等式(1)中，标准化系数或信道估计功率频谱的最大值Cmax可以通过下面的等式(2)或(3)来计算。
Cmax|cIndx＝v＝max{C(n)|vIndx＝v}，n＝n1～nq (2)Cmax|cIndx＝v＝max{C(n)|vIndx＝1，C(n)|vIndx＝2，…，C(n)|vIndr＝Mvel}，n＝n1～nq(3)
等式(2)表示为每个速率段计算功率频谱的最大值的方法，等式(3)表示对所有速率段计算功率频谱的最大值并统一采用这些最大值的方法。在使用等式(2)和(3)时，可以如图5和6所示获得图4的信道估计功率频谱的修正项Winv(n)。在图5和图6中，附图标记510和610表示速率‘v’的修正项，附图标记520和620表示速率‘v-1’的修正项。
在利用等式(2)计算出修正项Winv(n)之后，如果速率段改变，则由于修正项的突然变化而可能在功率频谱测量和校正结果中出现具体的时间噪声。因此，需要合适的控制操作。也就是说，移动站不保持恒定的速率，但速率可能不断地发生变化。下面参照图5详细描述当移动站的速率从‘v-1’变为‘v’时执行的操作。
在图5中，当移动站的速率从‘v-1’变为‘v’时，在速率变化之前的修正项Winv(n)|vIndx＝v-1由曲线510表示。在这种情况下，如果频率下标是‘i’，则修正项的值为Winv(ni)＝1，如果频率下标是‘j’，则修正项的值为Winv(nj)＝w2。因此，在时刻‘i’校正的功率具有关系Pw(ni)＝P(ni)，而在时刻’j’校正的功率具有关系Pw(nj)＝w2×P(nj)。在此，为了将移动站的速率变为’v’，必须满足关系Pw(ni)＜Pw(nj)，也就是Pw(ni)/Pw(nj)＜w2。
在满足上述关系的情况下，如果移动站的速率变为‘v’，则修正项变为由曲线520表示的Winv(n)|vIndv＝v，在该修正项改变的同时，校正过的功率频谱突然变为Pw(ni)＝P(ni)和Pw(nj)＝w1×P(nj)。在图5的例子中，由于w1＜w2，速率估计器110对vIndx＝v-1重复速率检测过程。相反，当移动站的速率从vIndx＝v变为图5的vIndx＝v-1时，在速率改变之前的修正项Winv(n)|vIndx＝v由曲线520表示。此时，由于Winv(ni)＝1和Winv(nj)＝w1，则校正后的功率频谱具有Pw(ni)＝P(ni)和Pw(nj)＝w1×P(nj)的值。对于变为vIndx＝v-1的改变来说，必须满足关系Pw(ni)＞Pw(nj)，也就是Pw(ni)/Pw(nj)＞w1。如果由于变为vIndx＝v-1而满足该关系，则修正项变为由曲线510表示的Winv(n)|vIndx＝v-1，在该修正项改变的同时，校正过的功率频谱突然变为Pw(ni)＝P(ni)和Pw(nj)＝w2×P(nj)。在图5的例子中，由于w1＜w2，速率估计器110对vIndx＝v重复速率检测过程。为了消除在信道估计系数改变时修正项Winv(n)的突然改变，可以引入两种修正项Winv(n)，如图7所示。图7是当速率从低速变为高速或从高速变为低速时用于校正移动站速率的多普勒图。
当速率从vIndx＝v-1变为vIndx＝v时，修正项在vIndx＝v-1时采用曲线730，而在一段预定时间内Pw(ni)被减小w1/w2的临时修正项在vIndx＝v时采用曲线720。在预定时间过去之后，该临时修正项变为用于功率校正的由曲线710表示的常态修正项。相反，当速率从vIndx＝v变为vIndx＝v-1时，修正项在vIndx＝v时采用曲线710，而在一段预定时间内Pw(nj)被减小w1/w2的临时修正项在vIndx＝v-1时采用曲线740。在预定时间过去之后，该临时修正项变为用于功率校正的由曲线730表示的常态修正项。
图8示出在采用临时修正项和常态修正项的速率估计器中执行的过程的流程图。下面参考图8详细描述在采用临时修正项和常态修正项的速率估计器中执行的过程。
在步骤800中，速率估计器110测量功率频谱值P(n)。在测量了功率频谱之后，速率估计器110跳至步骤802来执行常态下的处理。在此，“常态”是指所估计的速率段保持不变的状态。当所估计的移动站的速率如上所述不发生改变时，速率估计器110使用Winv＝SSinvTable值，或常态修正项。在步骤802中利用常态修正项进行计算之后，速率估计器110跳至步骤804来确定当前估计的移动站的速率是否与先前的移动站速率一致。如果在步骤804中确定在从移动站接收的信号中检测到新速率段，也就是如果当前速率与先前的速率不同，则速率估计器110跳至步骤806。但是，如果在步骤804中确定没有检测到新速率段，则速率估计器110跳至步骤808。
在步骤806中，速率估计器110根据新测量的速率使用临时修正项，以防止该速率的突然改变。采用等式(3)计算该速率的修正项Winv(n)。当用等式(3)计算该修正项时，在标准化所有的速率段之后才计算该修正项。结果是，由于修正项的突然改变而产生的噪声不会出现。但在这种情况下，由于信道估计器的由信道估计器101的估计系数的改变而引起的混响响应，而在功率频谱测量中产生临时响应。因此，速率估计器110通过从该速率改变之时起简单采用发送计数transCount一段预定的时间，来延迟速率估计更新。
当没有采用修正项，也就是速率估计器110从步骤804跳至步骤808时，速率估计器110在步骤808执行功率补偿。这种功率补偿由图1的功率补偿器112进行。此后在步骤810，速率估计器110的短期平均器113对预定的短时间计算功率补偿值的平均值。通过这种针对短时间的平均处理，获得平滑的功率频谱Pa(n)(其中n＝n1-nq)。在步骤812，速率估计器110的多普勒频率检测逻辑114针对平均功率检测多普勒频率。也就是说，多普勒频率检测器114最后针对各个频率下标比较Pa(n)(其中n＝n1-nq)的电平。如果检测到具有最大功率频谱的频率下标，则多普勒频率检测器114将移动站的速率设置为所检测的频率下标所属的多普勒频带，也就是对应于所检测的频率下标的速率段。如果用这种方式检测多普勒频率，则将所检测的多普勒频率值输出到信道估计器101，从而根据在信道估计期间检测的多普勒频率将该值更新为信道估计系数。
图9示出根据本发明实施例的延迟对发送速率的速率估计更新的过程的流程图。下面参考图9详细描述延迟对发送速率的速率估计更新的过程。下面假定设置了在延迟速率估计更新时所需的定时器值。
在步骤900中，速率估计器110按照这种方式测量功率频谱值P(n)。由于图9的过程是在其中根据速率而延迟了速率估计更新的临时状态下执行的控制过程，因此速率估计器110立即在步骤900后跳至步骤902。因此，速率估计器110的功率补偿器112对测量的功率频谱执行功率补偿。在对测量的功率频谱执行功率补偿之后，速率估计器110跳至步骤904，其中短期平均器113对补偿的功率值进行平均，也就是针对速率值计算平滑的功率频谱Pa(n)(其中n＝n1-nq)。在计算了平滑的功率频谱值之后，速率估计器110在步骤906确定发送计数transCount是否等于‘0’。确定发送计数transCount是否等于‘0’的过程等同于确定根据速率的改变而采用修正项的时间是否过去的过程。如果采用修正项的时间已经过去，也就是不再采用该修正项时，速率估计器110跳至步骤908来检测多普勒频率，并将所检测的多普勒频率的值施加到信道估计器101上来进行信道估计。
但是，在应当继续使用修正项时，也就是采用修正项的时间还没有过去时，速率估计器110跳至步骤910来减小发送计数transCount。此后，速率估计器110返回步骤900。也就是说，在由于移动站的速率改变而应当使用修正项时，速率估计器110可以继续使用该修正项一段时间。
如上所述，可以通过采用先前标准化的修正项一段预定的时间来提高信道估计器的性能。以防止由于移动站的速率改变而产生的接收性能失真。
虽然参考特定的实施例展现和描述了本发明，本领域的技术人员可以理解，在不脱离本发明在所附权利要求中限定的精神和范围的情况下可以对形式和细节作出各种修改。
权利要求
1.一种用于估计移动通信系统中移动站的速率的基站装置，该装置包括信道估计器，用于从移动站接收无线电信道的信号并用所接收的信号进行信道估计；以及速率估计器，用于检测该信道估计器的功率频谱值，并在移动站的速率未改变时向信道估计器提供信道估计系数，以用于根据从移动站估计的功率的多普勒移位频率值进行的信道估计。
2.根据权利要求1所述的基站装置，其中，当所述移动站的速率改变时，所述速率估计器在预定时间内校正功率频谱值，并基于所校正的功率频谱值的速率向所述信道估计器提供信道估计系数，以用于根据多普勒频率值进行的信道估计。
3.根据权利要求1所述的基站装置，其中，所述速率估计器包括功率频谱测量器，用于根据所述信道估计器的输出值来测量功率频谱；功率补偿器，用于根据所述移动站的速率是否改变，用修正值和常态值中的至少一个对功率频谱测量器的输出值进行功率补偿；平均器，用于在预定时间内对功率补偿器输出的功率值进行平均；多普勒频率检测器，用于根据该平均器的输出来检测多普勒频率，并输出修正值用于根据所检测的多普勒频率进行的信道估计。
4.根据权利要求3所述的基站装置，其中，所述由功率补偿器补偿的值是一个用所述信道估计器的转移函数的最大值标准化的值，并在下式中给出Cmax|cIndx＝v＝max{C(n)|vIndx＝v}，n＝n1～nq。
5.根据权利要求3所述的基站装置，其中，所述多普勒频率检测器为每个速率段计算所述信道估计器的转移函数的修正值的倒数，以基于在根据多普勒频率进行的信道估计期间使用的信道估计系数来校正多普勒功率频谱。
6.根据权利要求1所述的基站装置，其中，所述速率估计器采用离散傅立叶变换(DFT)，对预定数量频带的每一个频带只对一个频率下标进行计算。
7.一种用于估计移动通信系统基站中移动站的速率的方法，包括步骤从移动站接收无线电信道的信号并用所接收的信号进行信道估计；以及检测该信道估计信号的功率频谱值，并在移动站的速率未改变时输出信道估计系数，以用于根据从移动站估计的功率的多普勒移位频率值进行的信道估计。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述信道估计步骤还包括当移动站的速率改变时，在预定时间内执行功率频谱值校正，并基于校正的功率频谱值的速率输出信道估计系数，以用于根据多普勒频率值的信道估计。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述速率估计步骤包括步骤测量所述信道估计功率的功率频谱；根据所述移动站的速率是否改变，用修正值和常态值中的至少一个对所测量的功率频谱进行功率补偿；接收功率补偿值，并在预定时间内对该功率补偿值进行平均；根据该平均值来检测多普勒频率，并输出修正值来用于根据所检测的多普勒频率进行的信道估计。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述在功率补偿期间补偿的值是一个用信道估计器的转移函数的最大值标准化的值，并在下式中给出Cmax|cIndx＝v＝max{C(n)|vIndx＝v}，n＝n1～nq。
11.根据权利要求7所述的方法，其中，为每个速率段计算信道估计器的转移函数的修正值的倒数，以基于在根据多普勒频率进行的信道估计期间使用的信道估计系数来校正多普勒功率频谱。
12.根据权利要求7所述的方法，其中，所述速率估计步骤包括采用离散傅立叶变换(DFT)，对预定数量频带的每一个频带只对一个频率下标进行计算。
全文摘要
本发明提供了一种用于估计移动通信系统中移动站的速率的基站装置和方法。在该装置和方法中，信道估计器从移动站接收无线电信道的信号并用所接收的信号进行信道估计。速率估计器检测该信道估计器的功率频谱值，并在移动站的速率未改变时向信道估计器提供信道估计系数，以用于根据从移动站估计的功率的多普勒移位频率值进行信道估计。
文档编号H04B7/26GK1757176SQ200480005987
公开日2006年4月5日 申请日期2004年3月10日 优先权日2003年3月10日
发明者李芝夏, 南胜铉, 孟胜柱, 赵诚权 申请人:三星电子株式会社