专利名称：估计通过时间反演而预均衡的信号的聚集的质量的方法
技术领域：
本发明的领域是电信领域，且更精确地，是通信实体之间的无线电通信技术的领 域。本发明更具体地涉及基于时间反演技术的信号在两个通信实体之间的传送的质量。
背景技术：
由通信实体的天线所传送的无线电信号经历了作为在源天线的输出处定义的源 点和在目的通信实体的天线的输入处定义的目的点之间的传播条件的函数的失真。为了限 制此失真，通过作为这两个天线之间的传播信道的特性的函数而应用预均衡系数来使天线 信号预失真。因此，必须表征此传播信道。在现有的预均衡方法之中，使用时间反演的方法由于其减少的复杂性、其性能、及 其用于将无线电波聚集(focus)到接收天线上的固有能力而引人注目。时间反演使得可能 通过在时间上和在空间上对所接收信号的能量进行聚集来显著地减少传播信道的时间色 散(temporal dispersion) 0时间反演是一种依赖于波动方程在时间反演上的不变性的、用于聚集波(典型 地，声波)的技术。因而，时间反演的波像在时间上向回行进的正向波一样传播。从源点发 出的短脉冲在传播介质中传播。由目的点接收的此波的一部分在传播介质中向回发送之前 被进行时间反演。向回发送的波朝向源点会聚，它在那里形成短脉冲，并且该波的能量被聚 集在源点上。通过时间反演而聚集在源点上的信号的形状与在源点处发出的源信号的形状 实质上一致。因而，在源点处出现时间再压缩。具体地，传播介质越复杂，时间反演的波会 聚得越精确。因此，在无线电通信网络中应用时间反演技术，以特别地通过减少信道的扩展来 消除传播信道对于该信号的作用，并且简化在穿过该信道之后接收的码元的处理。因而，通 过应用对由源通信实体的天线发出的天线信号必定穿过的传播信道的脉冲响应进行时间 反演而获得的系数，来对此信号进行预均衡。向该信号应用的传播信道的时间反演使得可 能消除此信道对来自这样预失真的信号的源点的传送的作用，并且将该信号聚集在目的天 线上。因此，时间反演需要源通信实体具有传播信道的知识。然而，如果通信实体是移动的，则因为通信实体的移动性，所以由通信实体在给定 时间处产生的信道估计在稍后时间处可能证明是错误的。相对于所定义的相对运动来对此 误差进行计量检定(qualify)，该所定义的相对运动作为如从目的通信实体观测的源通信 实体的运动的函数。对于大的相对运动而言，在用于对信号进行预失真的传播信道的估计 与该信号实际穿过的传播信道之间存在去相关。没有将该信号聚集在目的通信实体的天线 上，并且接收到的信号的功率低于当不存在相对运动时将接收到的信号的功率。事实上，信号在目的天线处的散焦(defocus)由相对运动和等待时间延迟 (latency delay)生成。等待时间延迟是包括传播信道的测量与预均衡信号的传送之间的处理延迟、以及预均衡信号的传送与接收之间的延迟在内的总延迟。目的天线相对于向预均衡信号应用的传播信道的估计的位置定义了焦点。因此， 焦点对应于在等待时间延迟之前目的天线相对于源天线的位置。换言之，焦点对应于在固 定的通信实体和没有等待时间延迟情况下的波的会聚点。如果在等待时间延迟期间两个通 信实体之一或两者运动，则目的天线处于与焦点相对于源天线的位置不同的位置，并因此， 不关注(respect)焦点。如果信号没有被聚集，则服务质量劣化。例如，服务质量是所供应的数据速率或由 信号输送的数据的误差率。因而，一旦目的通信实体和/或源通信实体运动，服务质量就恶 化。此恶化随着在等待时间时间期间源通信实体相对于目的通信实体的运动增加而增加。 换言之，如果在等待时间时间期间相对运动增加，则在目的天线处接收到的功率降低。另 外，此恶化是预均衡信号的载频的函数。因此，必须对聚集质量进行计量检定。
发明内容
为了实现此目标，本发明提供了一种估计信号的聚集质量的方法，该信号通过源 通信实体的源天线与目的通信实体的目的天线之间的所估计的传播信道的时间反演来预 均衡，所述通信实体能够进行相对运动。该估计方法包括评估在目的天线处接收到的信号 相对于接收功率的曲线的表示(representation)的焦点处的值的聚集质量的步骤，该接 收功率曲线的表示为目的天线与焦点之间的距离的函数，所述焦点对应于在等待时间延迟 之前所述目的天线相对于所述源天线的位置。因此，此方法使得可能通过针对任何频率的传送信号运用时间反演处理的空时属 性来估计聚集质量。因而，相对于在焦点必定实现的最大质量而表达了聚集质量，而没有将 该聚集质量表达为取决于信号载频的绝对质量。焦点对应于在等待时间延迟之前目的天线 相对于源天线的位置。基于目的天线相对于焦点的位置来估计聚集质量使得可能简单且快 速地评估质量。该接收功率曲线的表示是目的天线与焦点之间的距离的递减函数。因而，接收功率曲线的表示表达了由一个或全部两个通信实体在等待时间延迟期 间的运动所产生的质量变化。基于源通信实体相对于目的通信实体的运动的评估来评估聚集质量。因而，聚集质量易于评估，而无需通过在给定目的天线相对于焦点的运动的情况 下评估信号质量上的恶化来测量接收信号的功率。因而，直接通过该信号的载频和源通信实体相对于目的通信实体的运动的估计来 给出聚集质量。还可以基于接收信号的时间对称性的估计来评估聚集质量。因而，通过利用相对低复杂性的快速方法来处理信号，来评估该质量。还可以基于接收信号的时间对称性和功率对称性的估计来评估聚集质量。因而，联合地运用接收信号的时间信息和功率信息，使得可能增加聚集质量的评 估的准确性。可以基于经由目的天线接收到的信号的时间扩展因子相对于参考信号在焦点处的时间扩展因子的估计、或者基于传播信道的自相关的估计，来评估聚集质量。聚集质量的这两种评估对于由目的通信实体接收到的信号中的同步误差相对不 敏感。聚集质量的这两种评估还包括目的天线接收由源天线传送的脉冲的步骤。因而，所 接收的脉冲数据使得能够进行在不同时间处实行的信道脉冲响应的估计的比较，并因而使 得可能增加评估的准确性。本发明还提供了一种用于估计信号的聚集质量的装置，该信号通过源通信实体的 源天线与目的通信实体的目的天线之间的所估计的传播信道的时间反演来预均衡，所述通 信实体能够进行相对运动。该装置包括评估器，用于评估在目的天线处接收到的信号相对 于接收功率的曲线的表示的焦点处的值的聚集质量，该接收功率曲线的表示为目的天线与 焦点之间的距离的函数，所述焦点对应于在等待时间延迟之前所述目的天线相对于所述源 天线的位置。本发明还涉及一种无线电通信系统的通信实体，包括以上用于估计聚集质量的装置。本发明还提供了一种无线电通信系统，包括本发明的至少一个通信实体。所述装置、该通信实体和该系统具有与上述优点类似的优点。
一旦阅读了仅借助于说明性和非限制性示例而给出的、本发明的具体实施例和相 关联通信实体的以下描述，并且根据附图，本发明的其他特征和优点就变得更加清楚明显， 其中·图1是根据本发明一个实现的与目的通信实体进行通信的源通信实体的框图；·图2表示了作为目的天线和焦点之间距离的函数的接收功率的曲线的表示的示 例；·图3表示了接收功率曲线的归一化表示的示例；·图4、5、6、7和8表示了本发明不同实现中的评估聚集质量的步骤。
具体实施例方式为了清楚起见，针对数据信号从通信实体ECl到目的通信实体EC2的单向传送来 描述本发明。本发明同样涉及双向传送，并且还提供了包括多个传送或接收天线的通信实 体。参考图1，通信实体ECl能够经由在该图中没有表示的无线电通信网络来与目的 实体EC2进行通信。例如，无线电通信网络是如由3GPP(第三代合作伙伴计划)组织定义的UMTS(通 用移动电信系统)蜂窝无线电通信网络及包括3GPP-LTE(LTE代表了 “长期演进”)的其演 进、或者WIMAX(全球微波接入互操作性)无线电通信网络。通信实体可以是移动终端、地面或卫星基站、接入点或者装备有通信卡的任何设 备。源通信实体ECl能够在载频fp上从天线A1向目的通信实体EC2传送数据信号。目的通信实体EC2适于在目的通信实体的天线A2处接收数据信号，并且从接收到的信号中恢复数据。通过应用时间反演的估计脉冲响应、(t)的系数来对数据信号进行预滤波。脉冲 响应表示了源通信实体的天线A1 (称作源天线)与目的通信实体的天线A2 (称作目的天线) 之间的传播信道C(EC1—EC2)。在TDD模式中，在不同的时间处在相同的载频上实行(例如，从源通信实体ECl到 目的通信实体EC2的)第一方向中的传送、以及与第一方向相反的第二方向中的传送。传统 上，由源通信实体ECl基于在第二方向中传送的信号的分析来估计传播信道的脉冲响应。在FDD模式中，在不同的频带中实行第一方向中的传送和在相反方向中的传送。 例如，可以根据由目的通信实体EC2实行的传播信道的估计来获得源通信实体ECl对与第 一传送方向对应的传播信道的知识。无论传送模式是什么，源通信实体ECl或目的通信实体EC2都因而适于对传播信 道进行估计。如果由目的通信实体EC2来执行此估计，则此实体适于向源通信实体传递该 估计或由该估计的时间反演而获得的预均衡系数。通过时间间隔来定义处理延迟，该时间间隔将传播信道的测量和根据这些测量而 确定的预均衡信号的传送分开。被添加了用于将预均衡信号的传送和接收分开的时间间隔 的处理延迟确定了等待时间延迟队。等待时间延迟是通信实体的配置参数。图1仅仅示出了与本发明相关的目的通信实体的部件。目的通信实体EC2还包括 中央控制单元(未示出)，其连接到这些部件并且适于控制这些部件的操作。目的通信实体包括由目的天线接收到的信号相对于在接收功率的曲线表示的焦 点处的值的聚集质量的评估器EVAL，该接收功率的曲线表示为目的天线和焦点之间的距离 的函数。参考图2和3来描述接收功率曲线的表示的确定。在目的天线A2处接收到的预均衡信号的功率确定了该信号的质量，并因而，确定 了服务质量，例如所供应的数据速率或数据误差率。当不存在源通信实体ECl相对于目的 通信实体EC2的运动ν时并且当不存在任何等待时间延迟^时，通过时间反演而预均衡的 信号的功率在波在目的天线处的会聚点(称为焦点)处为最大。因而，焦点对应于在等待 时间延迟之前目的天线相对于源天线的位置。如果在等待时间时间期间通信实体运动，则该焦点不再有效。将此越界 (transgression)表达为等待时间延迟和源通信实体相对于目的通信实体的运动ν的函 数。因而，通过(例如，速度的形式中的)相对运动ν和等待时间时间的乘积来给出目的天 线的位置和焦点之间的距离L = v. Dl下面，必须将相对运动ν理解为如从目的通信实体看到的源通信实体的运动。如果目的天线距焦点远(例如，由于不合适的等待时间延迟或在一个或全部两个 通信实体的运动期间)，则功率不再是最大的。图2表示了作为目的天线和焦点之间距离的 函数的接收功率的曲线的表示的两个示例。与预均衡信号在载频上的传送对应的函数 focal_l在焦点FO处为最大，并且作为到焦点的距离L的单调函数而降低。目的天线在距焦点距离L处的位置Pa2处的接收功率P1小于焦点处的接收功率卩％
接收功率曲线的范围和形状是传播信道(特别地，该信号的载频)的函数。接收 功率曲线的表示随着载频降低而变宽。因而，函数focal_l对应于频率f\，该频率&随着 相对于函数focal_2的载频f2增加而降低。例如，在标题为"Signal Frequency and Bandwidth Effects on the Performance of UffB Time-Reversal Technique，，，A. Khaleghi 禾口 G. El Klein, Loughborough Antennas and Propagation Conference, 200797 ^lJ 100 页白勺文章中 论证了以上属性。在一般情况下，对聚集质量进行计量检定可以依赖于接收信号的功率曲线的表 示，其表达了作为到焦点的距离的函数的质量的变化、并且取决于该信号的载频。该表示使 得·在焦点处达到其最大值；·它作为目的天线和焦点之间距离的单调函数而降低。同样地可以考虑接收功率曲线的所谓的归一化表示，其中对于所有载频而言最大 值是完全相同的。接收功率曲线的归一化表示是到焦点的距离的单调递减函数，使得对于 目的天线和焦点之间的给定距离L而言，如果A和A是相应载频和f2的聚集质量的两 个值(其中，fi小于4)，则仏大于％。相应地，对于目的天线在距焦点距离L处的位置Pa2 而言，与在载频上传送信号对应的聚集质量大于与在载频f2上传送信号对应的聚集质 量。图3示出了接收功率曲线的归一化表示，曲线QUAL1对应于在频率上传送预均 衡信号，而曲线QUAL2对应于在频率f2上传送预均衡信号，其中频率小于频率f2。下面，基于通过对脉冲响应的估计hrt(t)进行时间反演进行的信号的聚集的空时 属性来描述评估聚集质量的不同方法。脉冲响应表示源天线和目的天线之间的传播信道 C (ECl — EC2)。将传播信道的脉冲响应的估计的传递函数指示为Hrt (f)。由评估器EVAL相对于接收功率的表示的焦点的值来评估目的天线处的信号聚集 质量，该接收功率的表示为目的天线与焦点之间的距离的函数。焦点对应于在等待时间延 迟之前目的天线相对于源天线的位置。以在目的天线处接收到的信号开始，所描述的评估方法基于相对运动的估计、接 收信号的时间或功率对称性的评估、或者接收信号的时间扩展或传播信道的自相关的估 计。然后，与不需要知道的焦点真实位置无关地、并且当在焦点处不实行测量的情况下，确 定质量指数。参考图4来描述评估聚集质量的第一方法。根据源通信实体相对于目的通信实体 的运动的估计来评估聚集质量。在步骤El-I中，目的通信实体估计源通信实体的相对运动V。例如，可以基于 使用本领域技术人员熟悉的GPS(全球定位系统)技术所建立的通信实体的位置来估 计相对运动。借助于非限制性示例，标题为“!"he SMARTProject-Speed Measurement Validation in Real Traffic Conditions，，,P. Bellucci、E. Cipriani、M. Gagliarducci、禾口 C. Riccucci,Proceedings of the 8th International IEEE Conference on Intelligent Transportation Systems, Vienna, Austria, September 13-16, 2005 年的论文描述了测量 移动系统的相对运动的方法。
在步骤E1-2中，目的通信实体根据等待时间延迟队和(例如，速度形式中的)相对运动ν的估计来估计从目的天线到焦点的距离L，使得L = v. Dl在步骤E1-3中，通信实体使用所估计的到焦点的距离来估计相对于接收功率曲 线的表示的焦点处的值的聚集质量Qv。通过下式来给出聚集质量
权利要求
1.一种估计信号的聚集质量的方法，该信号通过在源通信实体(ECl)的源天线(A1)与 目的通信实体(EC2)的目的天线(A2)之间的所估计的传播信道的时间反演来预均衡，所述 通信实体能够进行相对运动；所述方法的特征在于，所述方法包括评估在目的天线处接收到的信号相对于接收功率 的曲线(QUALp QUAL2)的表示的焦点(FO)处的值的聚集质量(Qv、Aessel、Aym、Qsymp、％s、Qeq) 的步骤，该接收功率曲线的表示为目的天线与焦点之间的距离(L)的函数，所述焦点对应 于在等待时间延迟之前所述目的天线相对于所述源天线的位置。
2.根据权利要求1的方法，其中该接收功率曲线的表示是目的天线与焦点之间的距离 的递减函数。
3.根据权利要求1或权利要求2的方法，其中基于源通信实体相对于目的通信实体的 运动(ν)的评估来评估聚集质量(Qv、(kssJ。
4.根据权利要求1或权利要求2的方法，其中基于接收信号的时间对称性的估计来评 估聚集质量(Qsym)。
5.根据权利要求1或权利要求2的方法，其中基于接收信号的时间对称性和功率对称 性的估计来评估聚集质量Oisymp)。
6.根据权利要求1或权利要求2的方法，其中基于由目的天线接收到的信号的时间扩 展因子相对于参考信号在焦点处的时间扩展因子的估计来评估聚集质量(Qds)。
7.根据权利要求1或权利要求2的方法，其中基于传播信道的自相关的估计来评估聚 集质量(Qeq) °
8.根据权利要求6或权利要求7的方法，其中聚集质量的评估还包括目的天线接收由 源天线传送的脉冲的步骤。
9.一种用于估计信号的聚集质量的装置，该信号通过在源通信实体(ECl)的源天线 (A1)与目的通信实体(EC2)的目的天线(A2)之间的所估计的传播信道的时间反演来预均 衡，所述通信实体能够进行相对运动；所述装置的特征在于，所述装置包括评估器(EVAL)， 用于评估在目的天线处接收到的信号相对于接收功率的曲线(QUAL” QUAL2)的表示的焦点 (FO)处的值的聚集质量(Qv、QBessel> Qsym、Qsymp、Qds> Qeq)，该接收功率曲线的表示为目的天线 与焦点之间的距离(L)的函数，所述焦点对应于在等待时间延迟之前所述目的天线相对于 所述源天线的位置。
10.一种无线电通信系统的通信实体，包括根据权利要求9的装置。
11.一种无线电通信系统，包括至少一个根据权利要求10的通信实体。
12.一种用于通信实体的计算机程序，包括当由该通信实体执行该程序时、用于命令由 所述实体来执行根据权利要求1到8中任一项的方法的那些步骤的软件指令。
全文摘要
估计信号的聚集的质量的方法，该信号通过在原始通信实体(EC1)的原始天线(A1)与目的通信实体(EC2)的目的天线(A2)之间的传播信道的时间反演来预均衡，所述方法包括评估在目的天线上接收到的信号相关于所接收功率的曲线的表示(QUAL1、QUAL2)的用于焦点(FO)的值的聚集质量(Qv、Qβessel、Qv、Qsym、Qsymp、QDS、QEQ)的步骤，该接收功率曲线的表示为目的天线与焦点之间的距离(L)的函数。
文档编号H04L25/03GK102132537SQ200980133174
公开日2011年7月20日 申请日期2009年6月26日 优先权日2008年6月27日
发明者乔·威亚特, 尤姆尼·齐亚德, 让-菲利普·德斯巴特, 迪恩·T·法恩休伊 申请人:法国电信公司