无线通信系统中的噪声估计的制作方法

专利名称：无线通信系统中的噪声估计的制作方法
技术领域：
本发明 一般涉及具有功率控制的无线通信系统，并且具体地说， 涉及此类系统中的噪声估计。
背景技术：
在诸如WCDMA和其它CDMA系统等今天的无线通信系统中， 上行链路负载控制十分重要。如果上行链路负载变得太高，系统可能 变得不稳定，并且用户变得无法保持其质量目标。这使上行链路"功 率突增"，其中在为达到所有用户都具有足够质量的稳定情况的徒劳 尝试中，用户反复^t是高其发射功率，直至他们以全部发射功率发射。
已开发出各种无线电资源管理(RRM)算法以便避免上述情况。此 类RRM算法对负载测量起作用，以控制上行链路负载，且例如包括
许可控制如果负载超过某个极限，则拒绝新用户接入系统， 而不是危及系统稳定性:
拥塞控制在过载仍发生的情况下，拥塞控制通过终止连接 而降低负载。
速率控制通过降低一个或几个用户的传输速率，系统负载 可得到控制。
调度通过明确授权个体用户或用户组允许发射，负载可保 持在预定级别。
为了执行这些功能，必须以足够的准确度了解负载。一般在CDMA 系统中，特别是在WCDMA系统中，上行链路的最佳测量是所谓的 噪声上升或热噪声上升(RoT)，其定义为
<formula>see original document page 6</formula>(公式l)
6
其中Itot是总接收功率，并且N是背景噪声功率。N包括热噪声、 人为噪声，例如由火花塞产生的噪声，以及相邻信道干扰。Ioto包括在 小区内外的背景噪声和移动终端产生的干扰。
为了估计RoT，因此需要估计Itot和N。假设可能测量具有足够 准确度的Ioto,，则问题是估计背景噪声W。真正将背景噪声从移动台干 扰中分离出来的方法目前未知。鉴于此，解决方案首先考虑的是测量 例如在夜间系统中无业务时的7V。然而，白天和夜间噪声功率通常有 极大的变化。人为噪声例如一般在白天显得程度高得多，并且由于日 间温度变化的原因，热噪声可能也有变化。因此，在夜间进行的噪声 测量不可代表白天的背景噪声。
因此，最好是转为在需要时测量噪声电平。在现有技术中，已经 提出了在短时间内中断系统中所有上行链路传输以便测量背景噪声。 然而，此类解决方案与多个问题相关联。首先，它要求系统同步，即， 所有用户和节点共享公共时间基准。例如，在CDMA2000中，同步 基站，并且可能指示所有移动台在短时间内停止发射以便测量背景噪 声。包括WCDMA等其它系统并不如此准确地同步，并且静止期会 太长而无法保证所有移动台同时静止。由于在静止期不可发射数据， 因此这将导致不可接受的大容量损失。因此，用静止期的解决方案无 法用在异步系统中，这是一个重大辨陷。
另外，即使在同步系统中，引入静止期也会证明是过度复杂。将 要求标准化以便允许静止期。还有一个缺陷是，传输中断会影响网络 性能，使得服务质量降级。
因此，在常规电信系统中还没有提出令人满意的背景噪声估计或 RoT估计的解决方案，并且对改进的噪声估计机制有相当大的需要。

发明内容
本发明的一般目的是在电信网络中实现改进的负载估计。 一个具 体目的是在具有功率控制的无线通信系统中提供改进的背景噪声估计。另 一个目的是提供一种适用于在异步和同步系统中使用的背景噪声估计的机制。
这些目的根据所附的权利要求书实现。
提供了 一种用于具有功率控制的无线通信系统中背景噪声估计的方法。简单地说，在接收机链中注入附加噪声，使系统的功率控制干扰源修改其发射功率。所得到的总干扰电平增大用于估计背景噪声的 功率。基于所注入噪声功率和注入前后的总干扰，为背景噪声估计定义新公式。该公式基于噪声上升参数基本上恒定的假设。对于噪声上升变化的情况，提出应用平均过程补偿噪声上升变化。
出于可实现的原因，优选尽可能迟地在接收机链中注入一般在基带的噪声。噪声信号在某一段时间内保持在较高电平，并在某一段时间保持在较低电平。最简单的情况使用阶跃信号或脉沖状("单波")信 号，但一般优选具有重复噪声脉冲或波的信号，以便计算一段时间间隔上的背景噪声。
在多小区通信系统中，优选为同步噪声注入，使得预定噪声信号基本上同时注入到多小区通信系统的基本上所有小区。
使用WCDMA术语，背景噪声的计算在上行链路情况中可以在节点B执行，或者基于在节点B测量的脊数在RNC执行。
用本发明获得的背景噪声估计可有利地用于估计上行链路(或下行链路)负载，例如，通过噪声上升表示的。获得的改进负载估计允 许增强的无线电资源管理和上行链路负载控制。
本发明具有多个优点，包括
-在诸如WCDMA等异步系统中也可估计背景噪声；
-以比较简单的方式估计背景噪声；
-对网络性能和质量的影响降到最小；
-在线噪声估计；
-无需标准化；以及
-通过简单的可实现操作进行噪声估计。
根据本发明的其它方面， -提供了一种接收单元、 一种控制单元和 一种具有用于背景噪声估计的部件的无线通信系统。


通过参照以下说明和附图，可最好地理解本发明及其其它目的和优点，其中
图l是可使用本发明的示例WCDMA通信系统的示意图2是示出根据本发明示例实施例接收机体系结构的示意框图3示出根据本发明示例实施例分别以Itot和RoT表示的对噪声注入的4莫拟示例系统响应；
图4示出根据本发明另一示例实施例分别以Itot和RoT表示的对噪声注入的另 一模拟示例系统响应；
图5A-E是根据本发明可用于背景噪声估计的噪声信号示例；及 图6是根据本发明用于背景噪声估计的方法的流程图。
具体实施例方式
本发明将主要参照噪声上升是上行链路负载量度的上行链路情况 进行描述。然而，噪声上升也是下行链路负载的重要量度(虽然其它 资源一般更有限制性)，并且要理解的是，所提出的噪声估计过程在 下行链路上也适用，即，可在移动终端中实现。
另外，将经常提到WCDMA通信和WCDMA网络。还应强调的是，本发明也非常适用于具有功率控制的其它多节点系统，甚至是两节点系统(链路)方面。
表述"注入噪声"、"噪声注入，，等在本文将用于表示通常在有限的时间内将附加噪声量引入(即，添加一定功率的噪声)到系统的过程。
图1是可使用本发明的示例WCDMA通信系统的示意图。示出 的系统100包括例如通用地面无线电接入网(UTRAN)等无线电接入网 (RAN)和核心网络130。 RAN执行无线电相关功能，并负责在诸如移
动电话和膝上型计算机等用户设备/移动终端112与网络其余部分之 间建立连接。RAN通常包含大量有时也称为基站的节点B 122和无 线电网络控制器(RNC) 124。每个节点B为其相应覆盖区内的移动终 端服务，并且几个节点B由一个RNC控制。RNC的典型功能是分配 频率、扩码和扰码以及信道功率电平。
RNC 124提供对核心网络130的接入，核心网络例如包括交换中 心、支持节点和数据库，并通常还有一些多媒体处理设备。核心网络 与诸如因特网和公共交换电话网(PSTN)、综合业务数字网(ISDN)以及 其它公共陆地移动网(PLMN)等外部网络140通信。实际上，大多数 WCDMA网络存在以比图1基本示例中复杂得多的方式布置的多个 网元和节点。
在像所示通信系统的系统中通过无线通信链路的通信从发射侧的 发射单元进行到接收侧的接收单元。在图1中，这表示，在上行链路 情况中PDU从包括用户设备(终端)112的发射侧110发送到包括接 收单元节点B 122和控制单元RNC 124的接收侧120。另一方面，在 下行链路情况中，发射侧120是具有发射单元节点B 122和控制单元 RNC的无线电接入网侧，而接收单元是接收侧110的终端112。
如背景技术部分所述的，最好获得像图1 WCDMA系统的无线系 统中背景噪声电平的准确估计。现有技术方法有几个缺点。引入静止 期以便在需要测量时即在忙时执行噪声测量，例如在异步系统中是不 可能的，因为在不同的基站之间没有公共的时间基准。即使在同步系 统中，此类解决方案也由于其复杂性和由于它可能导致差的网络性能 和降级的服务质量，而不符合要麥。
本发明认识到如下，实背景噪声代表不受功率控制的所有干扰 源的功率，而总接收干扰包括背景噪声以及移动终端产生的受功率控 制的干扰。功率控制是指移动终端将响应于传输环境变化而调整其相 应发射功率，以满足接收机上的某一控制目标(质量目标)。根据本发 明的无线通信系统一般与取决于系统干扰电平的功率控制，通常为基于C/I的功率控制相关联。
这些系统特性由本发明用于克服现有技术解决方案的局限，并提 供背景噪声的良好估计，而不千沐系统的正常操作。这通过在短期内 将较小量的附加噪声注入系统而得以实现。附加,声被引入接收机链 中，并且由于此噪声插入的原因，系统中的移动台将增大其功率以满足其相应的质量目标。这将使;彈总干扰电平增大，其是通过注入之前 和之后的测量所确定的。从这种增大和所知道的插入噪声功率，通过 下面定义的噪声估计的新公式来计算背景噪声的功率成为可能。
与本发明噪声注入机制相关联的重大优点在于，它提供了在操作 的异步蜂窝系统中背景噪声电平的估计。对于同步系统，所提出的方法比引入静止期更简单，并且对质量的影响更小。
现在将参照图2更详细地描述根据本发明背景噪声计算的原理。
在接收机链(在图2中,包括4妾收机前端121、解调器123和解码器 125)中引入附加噪声这使得由移动终端112示出的功率控制源修改 其发射功率(参见功率控制框128)，并'由此引起总接收干扰的变化(增 大)。在引入附加噪声之前和之后，总干扰/,。，由用于干扰测量的部件 126进行测量。基于总干扰电平的变化，计算部件127之后如下所述 计算背景噪声的功率。
引入如下符号
/。附加噪声注入之前测量的总干扰
//:附加噪声注入之后测量的总干扰
△w:注入噪声的功率
通过以上定义，认识到，噪声注入后的背景噪声变为W+△",其 中7V是噪声注入之前的背景噪声的功率。
已认识到，功率控制it应于由注入噪声引起的变化干扰条件，使 得温和条件下的RoT不受噪声注入的影响。因此，可有支设
<formula>see original document page 11</formula>(公式2)
重新整理(公式2)，我们得到
<formula>see original document page 12</formula>
这样，由于基于注入噪声的功率和噪声注入之前和之后的总接收
干扰的测量，使用(公式3)可轻松地计算出背景噪声，因此实现了极 好的背景噪声估计问题解决方案。
为了使上述公式准确，在噪声已注入时，重要的是在执行第二次 干扰测量前允许功率控制得以稳定。同时，重要的是第二次干扰测量 不要等待太长，因为新用户可能在任一时刻开始发射，实际上增大了
RoT。最初的调查显示，对于大负载，要花高达50ms才能使干扰测 量稳定，而对于较低负载，通常等待20ms便足够了。
仍参照图2，优选根据图的基本原理来修改接收机体系结构。出 于可实现的原因，应尽可能迟地在接收机链中注入优选在基带的噪 声。在图2中，预定噪声信号在它转发到解调器123前被添加到接收 机前端121的输出信号。接收机前端通常包括射频下变换和采样。然 而，本领域技术人员会认识到有多种备选接收机实现，并且具有不同 布置的元件的接收机体系结构也在本发明范围内。
如上所述，本发明可用在上行链路和下行链路情况中，例如，分 别具有布置在节点B/基站中的图2接收单元和移动终端/用户设备。
图3示出根据本发明示例实施例分别以Ilol和RoT表示的对噪声 注入的模拟示例系统响应。该示例描述了具有21个小区的系统中一 个小区的性能。该系统负载达到大约50%，即，热噪声上升为3dB。 在时间t-1.0s，注入附加噪声。这种情况下，噪声添加使得背景噪声 从第一电平增大到第二电平，即，注入的预定噪声信号是阶跃信号。
从图3明显看到，RoT不受噪声添加的影响。在注入之前和之后， RoT均为3dB。另一方面，已接收干扰响应于噪声注入，从第一电平 I0=102.5dBm增大到第二电平I1=-99.5dBm。使用(公式3),可获得 在接收机侧所经历的系统背景噪声电平N。
图3的示例对于理解本发明的原理十分有用。但实际上，很少的 系统会以像本文所示的理想方式工作。"更具体地说，提供图3步骤响应的模拟假设噪声同时注入系统的所有小区，这要求至少一定程度的 同步。此外，上行链i^l妄收机分集被切断。最后，所研究的系统只由 全小区组成，不包括更软切换的可能性。
在违反上述一个或多个条件时，噪声上升将在时间上不保持恒定，而是变化。现在将参照图4描述此类情况。
图4公开了具有接收机分舉以及只在一些小区中注入噪声的情况 的示例性能。示出了分别以/,。,如RoT表示的模拟示例系统响应图以 及注入的噪声信号。
此处，使用更详细的噪声注入方案。如图4所示，注入的噪声信 号根据"斩波式，，三角波而变化。此类噪声信号在某一段时间内反复保 持在较高电平，并在某一段时间内保持在较低电平。电平之间的变化 不是瞬时的，而是在时间上有一定的持续时间。
很明显，噪声上升在所示的情况中变化。在像这样的情况中，本 发明提出应用平均过程。例如，有可能仍使用上述公式(公式3)来重 复计算背景噪声，由此获得估计序列。这些估计随后组合成背景噪声 电平的最终估计。例如，可形成估计序列的算术平均值，但根据本发 明，本领域熟知的其它平均过程也可用于处理具有变化噪声上升的情 况，并确定背景噪声。
已经示出，即使RoT在时间上不恒定，通过相当简单的平均过 程也有可能获得背景噪声较准确的估计。在图4的模拟中，实现了小 于20%的估计误差。这意味着，本发明的原理在具有变化RoT的非 理想情况下也非常适用。具体而言，优选是将预定噪声信号基本上同 时注入多小区系统中的尽可能多的且优选是所有的小区，以便获得最 佳结果。然而，用平均过程，即使噪声并未同时注入所有小区，也可 实现令人满意的噪声估计。
图4中示例的注入噪声具有比较低的功率(比总干扰低大约7dB)。 由于它使噪声添加对覆盖区的影响很小，因此这是一个有利的特性。
图5A-E是根据本发明可用于背景喊声估计的噪声信号的示例。 注入噪声应在一段时间内为较^f氐电平，诸如零值，并在一段时间内为较高电平。最简单的情况使用阶跃信号(图5A)或脉冲状信号(图5B)， 但通常会优选具有重复噪声脉冲(图5C-E)的信号，以便计算在一段时 间间隔的背景噪声。对应于图4输入信号的图5C斩波式三角波对获 得适当的背景噪声估计将十分有用，但如图5D所示，平滑曲线也是可能的。另外，图5E示出如下事实脉冲的较高和较低噪声电平和/ 或持续时间无需恒定。可使用包括在两个电平之间提供上升的信号部 分并在一段时间内基本上保持在每个相应电平的不同种类噪声信号。
对于在噪声电平，具体而言在较高电平的一段时间，应足够长以使系统中的功率控制稳定。正常情况下，基于测量或知道的系统行为 来选择预定的一段时间(或几段时间)。还可存在一些实施例，在这些 实施例，此参数基于指示系统中功率控制机制响应时间的在线测量来不断确定。
图6是根据本发明优选实施例的流程图，概括了一种用于背景噪声估计的方法。在第一步骤Sl中，在具有功率控制的无线通信系统 的接收单元测量总干扰。在随后的步骤S2中，在接收单元通过预定 噪声信号将附加噪声注入系统，并在此之后，在步骤S3中，再次测量系统中的总接收干扰。预定噪声信号应包括在一段时间内基本上保 持恒定在较高电平的至少一个信号部分。第二次干扰测量优选在选定 的一段时间后执行，以便允许系统的功率控制在已对噪声注入作出响应后稳定。在步骤S4,基于注入的预定噪声信号和步骤Sl和S3的 干扰测量，来估计/计算脊景噪声。
如图所示，所描述的过程通常优选在差不多连续监控总干扰的在线过程中重复多次。本发明实现在持续运行的系统中进行背景噪声估 计的事实构成了其又 一个有利特性。
根据本发明的具体实施例，图6的过程在上行链路情况中诸如基站或节点B等无线通信系统的接收单元中执行。噪声注入、Itot测量 和背景噪声计算随后在节点B(或对应的网络节点)执行。节点B之后 例如可为上述目的利用该估计。(在下行链路情况中，接收单元通常是移动终端。)
在备选上行链路实施例中，本发明的一些功能转为在上覆控制单元诸如RNC实现。噪声注入和Itot,测量例如可由节点B执行，节点B 将包括Itot测量的数据和优选还有定义注入噪声信号的数据通过Iub 接口发送到RNC。随后，背景噪声计算然后由RNC(或对应的网络节 点)基于已接收数据执行。
有利的是，所提出的噪声估计机制实现起来很简单。基本上，只需要在接收侧的很少修改。这意味着，本发明可以分散方式实现，而不需要任何系统广泛的修改。
虽然本发明已参照所示具体实施例进行了描述，但应强调的是， 它也涵盖所公开特性的等效物及本领域技术人员明白的修改和变型。 例如，本发明很适合WCDMA通信，并已主要结合WCDMA通信举 例说明了。不过，应理解，它当然也适用在具有功率控制功能的其它 无线通信系统上。因此，本发明的范围只由所附权利要求书限制。
缩略词
CDMA -码分多址
ISDN -综合业务数字网
PLMN- 公共陆地移动网
PSTN -公共交换电话网 -
RAN-无线电接入网
RNC -无线电网络控制器
RoT-热噪声上升。总干扰除以噪声功率，通常以dB测量。
RRM-无线电资源管理 UTRAN-通用地面无线电接入网
WCDMA-宽带码分多址
参考文献 Erik Geijer Lundin, "Uplink load in CDMA Cellular System", Licentiate thesis, Linkfjping university.
权利要求
1.一种用于估计具有功率控制的无线通信系统(100)中背景噪声的方法，包括以下步骤在第一次测量中，在所述系统的接收单元(122；112)测量所述系统中的总干扰；在所述接收单元，通过预定噪声信号将附加噪声注入所述系统；在第二次测量中，在注入所述附加噪声之后，在所述接收单元测量所述系统中的总干扰；以及基于所述预定噪声信号和第一次与第二次总干扰测量，计算所述系统中的背景噪声。
2. 如权利要求1所述的方法，其中所述总干扰的第二次测量是 在所述噪声注入后一段时间执行的，所述一段时间选择为使得允许稳 定所述系统中的所述功率控制。
3. 如权利要求1或2所述的方法，其中所述预定噪声信号包括 在一段时间内基本上保持恒定在较高电平的至少一个信号部分。
4. 如权利要求3所述的方法，其中所述预定噪声信号包括阶跃 信号。
5. 如权利要求3所述的方法，其中所述预定噪声信号包括脉冲 信号。 '
6. 如前面权利要求中任一-贞所述的方法，在多小区通信系统中 还包括如下步骤同步所述噪声注入，以使预定噪声信号基本上同时 注入到所述多小区通信系统的基本上所有小区。
7. 如前面权利要求中任一项所述的方法，其中所述计算步骤基 于噪声上升参数基本上恒定的假设。
8. 如权利要求7所述的方法，其中所述计算步骤包括使用平均 过程来补偿噪声上升变化。
9. 如前面权利要求中任一项所述的方法，其中所述计算步骤在 所述接收单元(122; 112)执行。.
10. 如权利要求1-8中任一项所述的方法，在上行链路情况中包 括如下步骤将包括所述总干扰测量的数据从所述接收单元(122)发 送到控制单元(124)，并在所述控制单元使用来自所述接收单元的所 述数据执行所述计算步骤。
11. 一种接收单元(122; 112)，具有用于估计具有功率控制的无 线通信系统(100)中背景噪声的部件，所述接收单元包括用于第一次测量所述系统中总干扰的部件(126);用于通过预定噪声信号将附加噪声注入所述系统的部件；以及用于在注入所述附加噪声后第二次测量所述系统中总干扰的部件(126)，由此可基于所述预定噪声信号和第一次和第二次总干扰测量，计算所述系统中的背景噪f声。
12. 如权利要求11所述的接收单元，其中第二次测量所述总干 扰是在所述噪声注入后一段时间执行的，所述一段时间选择为使得允 许所述系统中的所述功率控制稳定。
13. 如权利要求11或12所述的接收单元，其中所述预定噪声信 号包括在一段时间内基本上保持恒定在较高电平的至少 一个信号部 分。
14. 如权利要求13所述的接收单元，其中所述预定噪声信号包 括阶跃信号。
15. 如权利要求13所述的接收单元，其中所述预定噪声信号包 括脉沖信号。
16. 如权利要求11-15中任一项所述的接收单元，在多小区通信 系统中包括用于使所述噪声注入与所述多小区通信系统的其它小区中 噪声注入同步的部件。
17. 如权利要求11-16中任一项所述的接收单元，还包括用于基 于所述预定噪声信号和第 一次与第二次总干扰测量计算所述系统中所 述背景噪声的部件(127)。
18. 如权利要求17所述的接收单元，其中用于计算的所述部件 (127)包括用于基于噪声上升参^t基本上恒定的假设计算所述背景噪 声的部件。
19. 如权利要求18所述的接收单元，其中用于计算的所述部件 (127)还包括布置为补偿噪声上升变化的平均部件。
20. 如权利要求11-19中任一项所述的接收单元，包括用户设备 (112)。
21. 如权利要求11-16中4壬一项所述的接收单元，还包括用于将 包括所述总干扰测量的数据发射到控制单元(124)的部件，由此所述 背景噪声的计算可在所述控制单元使用所述数据来执行。
22. 如权利要求11-21中任一项所述的接收单元，包括节点B或 基站(122)。
23. —种控制单元(124)，具有用于估计具有功率控制的无线通信 系统(100)中背景噪声的部件，所述控制单元包括用于从所述系统的接收单元(122)接收数据的部件，所述数据包 括来自所述系统中总干扰第一次和第二次测量的数据，相应的第一次 和第二次测量是在通过预定噪声信号将附加噪声注入所述系统之前和之后执行的；以及用于基于所述预定噪声信号和来自所述接收单元的所述总干扰数 据计算所述系统中背景噪声的部件(127)。
24. 如权利要求23所述的控制单元，其中第二次测量所述总干 扰是在所述噪声注入后一段时间执行的，所述一段时间选择为使得允 许稳定所述系统中的所述功率控制。
25. 如权利要求23或24所述的控制单元，其中所述预定噪声信 号包括在一段时间内夸牟上保持恒定在较高电平的至少一个信号部 分。 . ， ，
26. 如权利要求23-25中任一项所述的控制单元，其中用于计算 的所述部件(127)包括用于基于噪声上升参数基本上恒定的假设计算所述背景噪声的部件。
27. 如权利要求26所述的控制单元，其中用于计算的所述部件 (127)还包括布置为补偿噪声上升变化的平均部件。
28. 如权利要求23-2'7中任'一项所述的控制单元，包括无线电网 络控制器(RNC)(124)。
29. —种无线通信系统(100)，具有功率控制和用于估计所述系统 中背景噪声的部件，所述系统包括如权利要求11-28中任一项所述的 单元(122; 112; 124)。
全文摘要
本发明涉及具有功率控制的无线通信系统中的背景噪声估计。在接收单元测量总接收干扰。之后，优选在系统的功率控制已经响应了噪声注入时，在接收单元注入预定噪声信号，并且再次测量总接收干扰。基于注入的预定噪声信号和噪声注入之前和之后的干扰测量，计算背景噪声。
文档编号H04B7/005GK101208876SQ200580050289
公开日2008年6月25日 申请日期2005年5月3日 优先权日2005年5月3日
发明者C·蒂德斯塔夫 申请人:艾利森电话股份有限公司