专利名称：用于通信系统中速率估计的系统和/或方法
技术领域：
^^开涉及通信。
背景技术：
可能希望在通信系统中，如在无线通信系统中具有进行速率估计的能力。
在说明书的总结部分中具体地指出并且清楚地主张了要求保护的主 题内容。然而，关于组织和操作方法的要求保护的主题内容与目的、特征 和优点一起可通过参照结合附图的以下详细说明得到最好的理解，在附图 中
图l-5是图示了利用速率估计方法的各种实施例的仿真性能结果的绘图。
具体实施例方式
在以下详细说明中，阐述了许多具体细节以提供对要求保护的主题的 透彻理解。然而，本领域技术人员应理解所要求保护的主题内容在没有这 些具体细节的情况下也可实施。在其它实例中，并未具体描述公知方法、 过程、部件和/或电路以免使要求保护的主题内容难以理解。
5以下详细说明中的一些部分是以对在计算系统内、比如在计算机和/ 或计算系统存储器内存储的数据位和/或二进制数字信号的操作的算法和/ 或符号表示来呈现的。这些算法描述和/或表示是由通信和/或数据处理领 域普通技术人员用来将其工作的实质内容传达给本领域其它技术人员的 技术。算法一般被认为是导致所期望的结果的自相一致的操作序列和/或 类似处理。操作和/或处理可以涉及对物理量的物理操纵。 一般说来，尽 管不是必须的，然而这些量可采取能够存储、转移、组合、比较和/或以 其它方式来操纵的电和/或磁信号的形式。已经表明有时主要出于惯用原 因而将这些信号称为位、数据、值、元素、符号、字符、项、数字、数值 等是方便的。然而，应当理解所有这些和类似术语会与适当的物理量相关 联并且仅为方便的标记。
在整个说明书中提及"一个实施例"或"实施例，，意味着结合该实施例 来描述的特定特征、结构或特性包含于要求保护的主题内容的至少一个实 施例中。因此，在整个说明中各处出现短语"一个实施例"和/或"实施例" 并不一定都指同一实施例。另外，可以在一个或多个实施例中组合特定特 征、结构和/或特性。
除非另有指明，如从以下讨论中清楚所见，应理解在整个说明中利用 诸如"计算"、"确定，，等字眼的讨论涉及可以由计算平台如计算机或类似
的电子计算设^L行的动作和/或过程，该计算平台操纵和/或变换在计算 平台的处理器、存储器、寄存器和/或其它信息存储、发送、接收和/或显 示设备内表示为物理、电子和/或磁量和/或其它物理量的数据。因而，计 算平台指的是包括处理和/或存储信号形式的数据这一能力的系统或设 备。因此，计算平台在本文中可以包括硬件、软件、固件和/或其任意组 合。另外，除非另有指明，计算平台也可以全部地或部分地执行和/或控 制参照流程图或以其它方式在此描述的过程。
以下讨论详述了数个可能的实施例，不过这些实施例仅为例子而并非 旨在于限制要求保护的主题内容的范围。作为另一例子， 一个实施例可以 是比如实施用以例如在设备或设备组合上工作的硬件，而另一实施例可以 是软件。类似地，实施例可以例如是固件或实施为硬件、软件和/或固件 的任意组合。类似地，虽然要求保护的主题内容就这一点而言在范围上不 受限制，不过一个实施例可以包括一个或多个项，比如一个或多个存储介 质。此存储介质如一个或多个CD-ROM和/或磁t盘例如可以具有存储于其 上的指令，这些指令在由系统如计算机系统、计算平台或其它系统执行时例如可以实现所执行的根据要求保护的主题内容的方法实施例，比如先前描述的实施例之一。可以在包M如蜂窝电话、个人数字助理、膝上型计算机、媒体播放器等的各种可能的通信设备中利用实施例。当然，要求保护的主题内容不仅限于这些例子。
通信系统可以适于发送和/或接收数据信号。可以在通信系统的两个或更多部分之间发送和/或接收数据信号。例如，通信系统可以包括一个
或多个移动终端，且举例来说可包括符合GSM、 3G、 WiMax、 WCDMA和/或CS-TAMA的部件以及可以基本上根据符合GSM、 3G、 WiMax、WCDMA和/或CS-TAMA的方案来工作。然而，值得提一点，要求保护的主题内容并不限于此。此外，诸如此类的无线通信系统可以利用例如单输入单输出(SISO)方案和/或多输入多输出(MIMO)方案。无线通信系统还可以利用窄带和/或宽带信道。然而，要求保护的主题内容同样不限于此。出于各种原因可能希望估计通信系统的至少一部分的最大多普勒频率和/或移动速率。如这里阐述的速率和/或多普勒频率估计方案可以适用于如这里阐明的通信系统的至少一部分，比如通信系统的移动站和/或基站，不过要求保护的主题内容就这一点而言不受限制。
通信系统的移动速率可以表示在系统的一个或多个部分内信道变化率(rate of channel variation )。聊举数例，知道移动速率可能对于釆用切换、自适应调制、均衡化和/或功率控制的通信系统而言是合乎期望的。例如参见A. Abdi, K. Wills, H. A. Barger, M. S. Alouini和M. Kaveh,"Comparison of the level crossing rate and average fade duration ofRayleigh, Rice, and Nakagami fading models with mobile channel data",/Voc. Fe/i/c. recA/fo/. G "/, Boston, MA， 2000， pp. 1850-1857，下文
称之为参考文献[l。虽然移动速率的估计在现有方i如符合GSM、 3G和WiMax的方案中可能是合乎期望的，但是现存的或以后开发的另外的方案可以利用移动速率估计。此外，移动速率在至少一个实施例中可以称
在通信系统中可以利用至少三类速率估计方案。这三类方案包括基于交叉(crossing)的方法、基于协方差的方法和基于最大似然度(maximumlikelihood, ML)的方法。然而，基于交叉和基于协方差的方案可能对噪声敏感。此夕卜现有估计方案可以基于2维到达角(angle of arrival, AOA)散射假设，这也可能对噪声和/或其它不确定性敏感。例如参见GLL.Stuber， iVi>ici》/es CV 附附ww/cflftVm， 2nd ed., Boston, MA: Kl鼎er，
72001，下文称之为参考文献[2；A. Abdi和M. Kaveh, "A new velocityestimator for cellular systems based on higher order crossings",尸nJsi/o附ar CVwi/錄"fl/s， iSy他鹏，CV 附/7她rs， Pacific Grove, CA, 1998， pp.1423-1427,下文称之为i考文献[3；C. Tepedelenlioglu, A. Abdi， Ci B.Giannakis和M. Kaveh, "Estimation of Doppler spread and signalstrength in mobile communications with applications to handoff andadaptive transmission"附re/. CV 附附ww. MoA. CVwipwt, vol.1, pp. 221-242，2001，下文称之为参考文献[4；A. Abdi， H. Zhang, and C. Tepedelenlioglu，"Speed Estimation Techniques in Cellular Systems: Unified PerformanceAnalysis", iVoc. FW/c. recA/io/. CVm/， Orlando, FL， 2003，下文称
之为参考文献[5；H. Zhang和A. Abdi， "Mobile speed estimation usingdiversity combining in fading channels" iVw. G7o6a/ re/mwi附w".
Om/, Dallas, TX， 2004，下文称之为参考文献[6；和/或Xuefeng Yin， B.H.Fleury, P. Jourdan, A. Stucki, "Doppler frequency estimation for channelsounding using switched multiple-element transmit and receive antennas"G7Wfl/ T^/eco附附M/f/oiftVws1 C^/^e"ce, San Francisco, CA， 2003 ，下
文称之为参考文献7。
可能希望开发一种解决上述限制中一个或多个限制的速率估计方案。例如，可以采用一种例如适于利用通信系统的移动衰落信道的功率镨特征的速率估计方案。此外，根据一个或多个实施例的速率估计方案例如就噪声而言、比如就基于高斯和非高斯的噪声而言是强健的、可以具有对各向异性散射和视线(line of sight, LOS)中的一个或多个相对低的敏感性，以及可以具有比一个或多个现有速率估计方案更低的复杂度。速率估计方案可以适用于单天线系统和多天线系统，聊举数例，比如具有单个天线的移动站(mobile station, MS)和/或多天线基站(base station, BS)。正如l^更具体说明的那样，根据一个或多个实施例的速率估计方案可以采用例如对无线通信系统中接收的信号的功率镨密度的估计。
可能希望对信号、信道和/或噪声分量进行建模以便开发和/或评价速率估计方案。考虑通信系统的有噪声瑞利频率平坦衰落信道(noisyRayleigh frequency-flat fading channel)中的接收的低通复包络(lowpasscomplex envelope )，这可以至少部分地通过下式来建模
其中零均值圆型复高斯过程；^)如果例如导频增益已仗良送则可以
z(0 = A(o + w(代表信道增益，而/f^可以例如代表带宽为丑松的带宽受限的附加噪声。
在笛卡尔坐标中，式(l)可以改写为
= +洲) (2 )
其中/=-1且jc^和^^)可以分别包括同相和正交分量。在一个实施例中，自相关函数A^可以按照下式来定义
C^(f》=Ip《l鋒* + f H 糊
考虑以下实施例，其中用于无线通信系统的一般3维AOA模型可以采用具有单位增益的一个或多个各向同性接收天线。在这一实施例中，CU"可以由下式i(^示
^恭》《L仁^场一K,雄siii舰,,
其中A包括系统天线的总接收功率，/;(A和《W)分别包括AOA在方位角和仰角平面中的概率密度函数(probability density function, PDF)。此外，/。 = = v/c /c ，其中c包括光速。对于具有比如冯米塞斯(VonMise)分布这样的分布的2维AOA，可以至少部分地由以下参考文献来解释经验检验过的相关性A. Abdi， J. A. Barger和M. Kaveh, "Aparametric model for the distribution of the angle of arrival and theassociated correlation function and power spectrum at the mobile station"2>wis. Ke/i/c. r"A"r /.， vol. 51, pp. 425-434， 2002，下文称之为参考文献[8。此外，参考文献[8可以包括至少部分地按照下式示出的也可以称为Jake模型的Clark模型的扩展
c , ; r f r乾-_腾
其中■ ! €—s:)包括AOA的平均方向(mean direction )，r*》§控制AOA的宽度，U)包括第一种零阶修正贝塞尔函数。
因而，/^)的功率谱密度(PSD)可以按照下式来表示<formula>formula see original document page 10</formula>此夕卜,例如参见T. Aulin， "A modified model for the fading signal at a mobile radio channel" 7hi & FW. Technol" vol. VT-28, pp. 182-203, Aug.1979，下文称之为参考文献[9]。
对于3维AOA,考虑以下实施例，其中可以等概率M方位角平面 中的多个角度提Wf号，并且可以从水平线周围约*蟲^的有限角度区域提 Wt号，于是
Cf的=f:柳參s曙鋒(,|7》 其中4 可以包括第一种零阶贝塞尔函数。Zi(o的对应功率镨密度可以
表示为
;r/"in, 麵鋒#/)』 Kl
瞬
在一个实施例中，莱斯(Rician)衰落信道的自相关函数可以包括
A ■+ 1 jK + i
其中ct。可以包括7JC平面中视线(LOS)分量的AOA， f可以包括莱 斯因子，这例如可以包括LOS功率与扩散功率之比。
可以检查PSD的特征以观测在最大多普勒频率处出现一个或多个奇 异点或极大值，例如可以如在以下文献中所述那样估计随机信号的PSD: Petre Stoica, Randolph L. Moses, "Introduction to Spectral Analysis" Prentice Hall; 1st ed. 1997,下文称之为参考文献[10。然而，请求保护的 主题内容不限于此。例如，可以在至少一个替代实施例中采用一般的基于 周期图的镨估计方案。
考虑持续时间为T秒的幼的N样本离散信号{Z(") = +。
10在这一实施例中，估计的PSD可以包括:
1
教膽|
其中/f * 包括接收的信号",)的采样频率。 估计方案于是可以表示为
/e = aig雄ax(i《微(1"
可以至少部分地通过采用如上文阐述的 一个或多个方案来执行针对 无线通信系统的速率估计。然而，诸如此类的估计方案可以具有特定性能。 可能希望测量估计方案的性能.例如，可以通过采用均方误差(mean squared error, MSE)标准来测量性能。例如，可以至少部分地利用以下 MSE来确定如在通信系统中采用的估计方案的性能，该MSE可以至少部 分地基于下式(12) - (14)来确定
—/0 )2 ]=J+Hz)" 《12》
其中第 一项邻丸麵)2包括方差而第二项K^^i^ -A，包括偏差。
氛(A》的推导可以用来导出先前说明的估计方案的方差和/或偏差。该
推导可以产生下式
今s (门
w附X.,〉"2〉 J=l "zVJ /
而至少部分地基于式(12)和/或式(13)，估计方案的MSE可以表示为
,A U〗-E加A《竭
进行仿真以进一步研究理论MSE和/或Monte Carlo仿真的性能，并 比较上述方案与包括基于交叉的速率估计和基于协方差的速率估计在内 的一个或多个其它速率估计技术的性能。在一个仿真中，采用了使用如在 以下参考文献中阐述的谱方法的零均值复高斯过程K. Acolatse和A. Abdi, "Efficient simulation of space-time correlated MIMO mobile fading channels" iVoc. 隨dAw" CV "/, Orlando, FL， 2003，下文称之
为参考文献[ll。
在图1中图示了估计误差对A。在这一绘图中，^f^设2维AOA模型 并假设具有10dB的信噪比的各向同性散射。这一绘图表现了噪声效果， 且例如就上述速率估计方案的至少一个例子而言可以表现相对强的抗噪 声性。
在图2中图示了以下绘图，该绘图可以图示就速率估计方案的至少一 个实施例而言非各向同性散射的效果。这一绘图可以表现就速率估计方案 的至少一个实施例而言至少 一个特征可以包括对散射环境相对低的敏感 性。
在图3中图示了以下绘图，该绘图可以图示就速率估计方案的至少一 个实施例而言3维AOA的效果。这一绘图可以表现就速率估计方案的至 少一个实施例而言在有噪声3维AOA环境中性能可以不受不适当的影 响。
在图4和图5中图示了以下绘图，这些绘图就速率估计方案的至少一 个实施例而言可以图示莱斯因子K的效果。这些绘图可以表现就速率估 计方案的至少一个实施例而言可以存在针对莱斯因子K的高强健性。
在前文的描述中已经描述了要求保护的主题内容的各种方面。出于说 明目的，阐述了系统和配置以提供对要求保护的主题内容的透彻理解。然 而，对于从^&开中受益的本领域技术人员而言应当清楚的是没有具体细 节仍可实施要求保护的主题内容.在其它实例中，省略和/或简化了么+ 特征以免使要求保护的主题内容难以理解。尽管这里已经图示和/或描述 了某些特征，但是许多修改、替换、变化和/或等效现在对于本领域技术 人员而言将是可以想到的。因此应当理解，权利要求旨在于涵盖如落入要
12求保护的主题内容的真实要义内的所有这样的修改和/或变化。
权利要求
1. 一种方法，用于在无线通信系统中估计速率，该方法包括接收信号；确定所述接收的信号的至少一部分的功率谱密度的一个或多个特征；以及至少部分地基于所确定的功率谱密度来估计所述无线通信系统的一个或多个特征。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中一个或多个特征包括所述无线 通信系统的至少一部分的速率。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中所述速率还包括与所述无线通 信系统的移动终端相关联的移动速率。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中一个或多个特征包括与所述无 线通信系统的至少 一部分相关联的最大多普勒频率。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中所述最大多普勒频率与所述无 线通信系统的所i^动终端相关联。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中所述功率镨密度包括所述无线 通信系统的信道的功率镨密度。
7. 根据权利要求3所述的方法，其中所述速率包括所述无线通信系 统的所述移动终端的信道变化率。
8. 根据权利要求1所述的方法，其中确定所述功率镨密度包括至少 部分地基于所述接收的信号的一个或多个特征来估计所述功率谱密度。
9. 一种装置，包括 无线通信系统接收器；所述接收器适于接收无线信号、确定所述接收的信号的至少一部分的 功率镨密度的一个或多个特征，以及至少部分地基于所确定的功率镨密度 来估计所述无线通信系统的一个或多个特征。
10. 根据权利要求9所述的装置，其中所述接收器包括所述无线通信 系统的移动终端。
11. 根据权利要求9所述的装置，其中所述无线通信系统采用以下方案中的至少一个GSM方案、3G方案、WiMax方案、WCDMA方案和 /或TDS-CAMA方案。
12. 根据权利要求9所述的装置，其中一个或多个特征包括所述无线 通信系统的至少一部分的速率。
13. 根据权利要求10所述的装置，其中所^it率还包括所述无线通 信系统的所述移动终端的移动速率。
14. 根据权利要求9所述的装置，其中一个或多个特征包括与所述无 线通信系统的至少 一部分相关联的最大多普勒频率。
15. 根据权利要求14所述的装置，其中所述最大多普勒频率与所述 无线通信系统的移动终端相关联。
16. 根据权利要求9所述的装置，其中所述功率谱密度包括所述无线 通信系统的移动信道的功率镨密度。
17. 根据权利要求16所述的装置，其中所述速率包括对于所述无线 通信系统的所述移动终端的信道变化率。
18. 根据权利要求9所述的装置，其中确定所述功率谱密度包括至少 部分地基于所述接收的信号的一个或多个特征来估计所述功率镨密度。
19. 根据权利要求9所述的装置，其中所述接收器并入以下设备中的 至少一个中蜂窝电话、个人数字助理、膝上型计算机、媒体播放器设备。
20. —种装置，包括 计算设备；所述计算设备适于从无线通信系统接收无线信号，确定所述接收的信 号的至少一部分的功率镨密度的一个或多个特征，以及至少部分地基于所 确定的功率镨密度来估计所述无线通信系统的一个或多个特征。
21. 根据权利要求20所述的装置，其中所述计算系统包括所述无线 通信系统的移动终端。
22. 根据权利要求20所述的装置，其中所述无线通信系统采用以下 方案中的至少一个GSM方案、3G方案、WiMax方案、WCDMA方案 和/或TDS-CAMA方案。
23. 根据权利要求20所述的装置，其中一个或多个特征包括所述无 线通信系统的至少一部分的速率。
24. 根据权利要求23所述的装置，其中所述速率还包括所述无线通 信系统的所述移动终端的移动速率。
25. 根据权利要求20所述的装置，其中一个或多个特征包括与所述 无线通信系统的至少一部分相关联的最大多普勒频率。
26. 根据权利要求25所述的装置，其中所述最大多普勒频率与所述 无线通信系统的移动终端相关联。
27. 根据权利要求20所述的装置，其中所述功率镨密度包括所述无 线通信系统的移动信道的功率镨密度。
28. 根据权利要求24所述的装置，其中所述速率包括对于所述无线 通信系统的所述移动终端的信道变化率。
29. 根据权利要求20所述的装置，其中确定所述功率谱密度包括至 少部分地基于所述接收的信号的一个或多个特征来估计所述功率谱密度。
30. 根据权利要求20所述的装置，其中所述计算系统包括以下设备 中的至少一个蜂窝电话、个人数字助理、膝上型计算机、媒体播放器设 备。
全文摘要
描述了用于估计信道状态信息的方法、设备和/或系统的实施例。
文档编号H04B7/00GK101512921SQ200780003224
公开日2009年8月19日 申请日期2007年1月19日 优先权日2006年1月20日
发明者奥利·阿卜迪, 弘 张 申请人:新泽西理工学院