用于无线链接监测的用户装置及方法
【专利摘要】本发明提供无线链接品质监测的技术方案。一特定用户装置接收包含多个资源元素的一正交分频多工符号。该多个资源元素在时间和频率上分散，且包含已知的参考符号。无线链接品质监测的目的在于预测用户装置对于基站发送的控制信息的检测正确率。无线链接品质估计程序包含针对对应于同步/未同步状况的两种假想控制频道格式计算跨越全频宽的平均信号杂讯比。该计算结果被用以推估平均错误率。该平均错误率被用于和对应于同步/未同步状态的预设门槛值比较。
【专利说明】用于无线链接监测的用户装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明与无线通讯装置相关，并且尤其相关于降低估计下行无线链接品质的程序的复杂度。
【背景技术】
[0002]第三代合作伙伴计划(thirdgeneration partnership project, 3GPP)建立了分时长期进化(long term evolution, LTE)移动通讯系统标准。分时长期进化是一种基于全球移动通讯系统(global system for mobile communications, GSM)和通用移动通讯系统(universal mobile telecommunications system, UMTS)发展出的无线数据通讯标准,其目标在于提升利用数字信号处理及调制技术的无线数据网络的容量和速度。分时长期进化无线介面可与第二代网络及第三代网络相容，并透过一独立的无线频谱操作。
[0003]就分时长期进化方案而言，用户装置根据特定参考信号进行无线链接监测(radiolink monitoring, RLM)，其目的为监测在分时长期进化方案所定义的RRC_C0NNECTED状态中的下行无线链接品质；用户装置能据此判断自己是否与目前提供通讯服务的基站是否为同步(in-sync)。在连续多次发现未同步(out-of-sync)状况后,用户装置将启动一链接失败计时器，直到用户装置的实体层连续多次回报同步指标，该计时器才会被停止。未同步计时器和同步计时器的组态都可受到网络控制。届满未同步计时器设定的时间后，即宣告无线链接失败。为了减少干扰并节省电力，无线链接失败后，用户装置会关闭其传送器，并于一段时间后重建其RRC连结。
[0004]分时长期进化系统中的基站是透过实体下行控制频道(physical downlinkcontrol channel, PDCCH)将控制信息传送至用户装置。举例而言，基站可利用F1DCCH通知用户装置必须在下行阶段接收的信息，或是发送上行准许讯息和传输排程决定。对用户装置而言，正确地接收并解码控制讯息攸关其通讯网络使用效率。此外，是否能将HXXH正确解码亦为判断用户装置目前处于未同步状态或同步状态的依据。
[0005]针对基站和用户装置间的传输链接品质的不同状况，利用PDCCH传送控制信息时可采用不同的格式。这些不同的格式对应于不同程度的错误纠正冗余量，因此存在不同的信号杂讯比要求。当用户装置无法正确接收具有高错误纠正冗余程度的一假想roccH时，会产生未同步指标。相对地，当用户装置判断自己能正确接收具有低错误纠正冗余程度的一假想roccH时，则会产生同步指标。为了产生同步指标和未同步指标，用户装置必须针对两种假想格式估计区块错误率(block error rate)。
[0006]在长期进化系统中，传递信息帧(frame)的频宽被分割为多个子载波(subcarrier)。现行的区块错误率估计方案是以子载波为单位，计算有效信号杂讯比和整个频宽的比例。信号杂讯比藉由对基站发送的参考信号施以频道估计程序而产生。利用每位元平均交互信息(mean mutual information per bit, MMIB)或是指数有效信号杂讯比映射(exponential effective SNR mapping, EESM)等估计方法,各子载波的信号杂讯比被整合为一整体有效信号杂讯比。根据区块错误率和整体有效信号杂讯比在假想HXXH传送格式中的映射关系，即可估计区块错误率(相关范例请参阅3GPP R4-081998及3GPPR4-082302 等文件)。
[0007]同步/未同步状态检测的操作点(operating point)对应于信号杂讯比极低的状况；这种状况下的频道估计难度很大。在用户装置接收的信号的杂讯程度极高时，针对各子载波所计算的信号杂讯比的正确性会受到影响。频道估计杂讯会增加平均频道能量，导致用户装置算出的信号杂讯比包含一偏移量。在可得的量测数据有限时，例如采用不连续接收(discontinuous reception)或是分时双工(time division duplex)模式的下行子中贞(subframe)数量很少时，频道估计杂讯及其造成的频道能量偏移将使得用户装置算出的有效信号杂讯比极不可靠。
[0008]本发明提出的方案用以增进信号杂讯比估计程序的正确性并降低无线链接监测程序的复杂度。
【发明内容】
[0009]本发明提供无线链接品质监测的技术方案。一特定用户装置接收包含多个资源元素的一正交分频多工符号。该多个资源元素在时间和频率上分散，且包含已知的参考符号。无线链接品质监测的目的在于预测用户装置对于基站发送的控制信息的检测正确率。于一较佳实施例中，无线链接品质估计程序包含针对对应于同步/未同步状况的两种假想控制频道格式计算跨越全频宽的平均信号杂讯比。该计算结果被用以推估平均错误率；该平均错误率用于和对应于同步/未同步状态的预设门槛值比较。
[0010]本发明提供用户装置利用已知参考符号产生传播频道估计的技术方案。针对各个资源元素的传播频道估计被产生；这些传播频道估计对应于多个基站传送天线和用户装置接收天线间的链接。用户装置亦利用参考符号为每一接收天线估计资源元素所对应的杂讯能量。多个资源元素的频道估计被结合，藉此为每个传播链接产生一信号频道能量估计。相似地，各接收天线的单一杂讯能量估计也会被产生。
[0011]考量频道估计程序提供的杂讯抑制，用户装置可自频道能量估计移除偏移量。针对两种可能的控制信息格式，无偏移频道能量估计及杂讯能量估计被用户装置用以估计解调器的输出端的信号杂讯比。
[0012]根据不存在频道估计错误的解调器中的区块错误率相对于信号杂讯比特性，两种假想roccH传输格式的估计区块错误率都会被用户装置估算。用户装置随后针对两种假想控制频道格式将其区块错误率各自取平均，亦即结合预设平均时段中多个量测区间的区块错误率。
[0013]针对两种假想控制频道格式，平均区块错误率被拿来和最佳化门槛值比较，以决定应产生同步指标或未同步指标，供更高的通讯层参考。未同步检测的门槛值可被设定为当区块错误率高于10%时产生未同步指标；同步检测的门槛值可被设定为当区块错误率低于2%时产生同步指标。
[0014]在一实施例中，信号能量和信号杂讯能量的计算与一能量调整参数相关；该能量调整参数又与可能的控制讯息格式相关。或者，该门槛值亦可相关于基站所传送的信号的频宽。
[0015]在另一实施例中，不同的频道估计程序被实施于频道和杂讯能量估计的频道估计，或是接收信号的解调程序。信号杂讯比估计被用以反映两种不同的频道估计程序的杂讯抑制差异。在有多个传送天线的情况下，频道能量估计及解调器输出端的信号杂讯比计算可被应用至其他不同的空间/时间编码及解调方案。
[0016]在另一实施例中，用于无线链接品质监测的频道取样数量可以不同于总频道取样数量。用于无线链接监测的频道估计取样的选择可被设计为与信号频宽相关。用于无线链接监测的信号杂讯比估计的正确性会与频道估计取样的品质相关。在另一实施例中，用于无线链接监测的频道估计取样数量被设计为与频道估计程序所提供的杂讯抑制相关。
[0017]本发明提供的技术方案解决了先前技术中信号杂讯比估计的低品质问题以及解调器中的高频道估计错误问题。信号杂讯比估计问题的解决方案为平均跨越全频宽的频道及杂讯能量估计，并移除频道能量估计产生的杂讯造成的偏移量。于计算解调器输出端的信号杂讯比时，利用与频道估计程序的杂讯抑制相关的知识，解调器中的高频道估计错误被纳入考量。
[0018]关于本发明的优点与精神可以藉由以下发明详述及附图得到进一步的了解。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1绘示了包含有基站及移动装置的一无线通讯系统方块图范例。
[0020]图2绘示了分时长期进化数据帧及其中的元素。
[0021]图3绘示了根据本发明的一接收端实施例方块图。
[0022]图4为根据本发明的无线链接监测模块的一种实施例方块图。
[0023]图5绘示了能用以实现根据本发明的无线链接监测程序的无线通讯装置的方块图。
[0024]主要元件符号说明
[0025]100:无线通讯系统110:基站
[0026]120 (I)-120 (Z):用户装置 130 ⑴-130 (N):天线
[0027]140 (I)-140 (M):天线150:信号组合
[0028]210:数据帧220:子帧
[0029]230:PDCCH控制信息240:基站专用参考信号
[0030]250:控制区域260:数据区域
[0031]510、520:前端收发器300:数字基频模块
[0032]310:模拟-数字转换器320:傅利叶转换模块
[0033]330:解调器340:频道估计模块
[0034]400:无线链接监测模块 430:标准化暨偏移量移除模块
[0035]440:信号杂讯比计算单元 450:区块错误率计算单元
[0036]460:同步状态检测单元 510:传送器
[0037]520:接收器530:控制器
[0038]540:存储器
【具体实施方式】
[0039]请参阅图1，无线通讯系统100包含基站110和多个用户装置120(1)_120(Z)。基站110可做为网关或存取点连接至其他有线数据网络设施(未绘示)，使用户装置120 (I)-120 (Z)能藉此连接至有线数据网络设施。举例而言，基站110可为分时长期进化(LTE)标准中的eNode-B基站。基站110包含多个天线140 (I)-140 (M)，用户装置120⑴-120 (Z)包含多个天线130⑴-130 (N)。利用一宽频无线通讯协定(例如分时长期进化标准)，基站110可与个别用户装置120 (I)-120 (Z)沟通。
[0040]在此实施例中，基站110发送下行控制讯息与参考信号的组合150。利用PDCCH传送的下行控制讯息亦称为下行控制信息(DCI)。本发明提供的技术方案能协助用户装置利用一无线链接监测程序监测来自基站的讯息品质。举例而言，图1中的用户装置120 (I)-120 (Z)可利用本发明所提供的技术方案监测基站110所发送的参考信号150的信号品质，进而评估解码后控制讯息的可靠度。
[0041]图2绘示长度为十毫秒的一分时长期进化(LTE)数据帧210及其中的元素。数据帧210包含十个长度各为一毫秒的子帧，如图中所示的子帧220。子帧220于时域中包含十二或十四个正交分频多工符号。这些正交分频多工符号可为正交分频多工存取传输格式的一部份。正交分频多工存取于频域中将被分配到的频宽分为多个正交子载波。如图2所示，此实施例中的十四个符号(编号由0到13)的各子载波频率f由下向上渐增。一个资源元素(resource element)使用一正交分频多工符号中的一个子载波。这些符号被划分为控制区域250及数据区域260。控制区域250至多可包含前四个符号，其余符号属于数据区域260。此实施例中的控制区域250包含编号为0、1、2的前三个符号。
[0042]如图2所示，被标示以斜线的基站专用参考信号240分散在符号空间中。用户装置已预先得知这些参考信号在子帧中的时间位置和频率位置。用户装置亦预先得知参考信号所使用的调制方式。因此，用户装置得以评估这些参考信号的传播频道。控制区域250中被标示为空白的区域230则包含有HXXH控制信息。
`[0043]图3为接收端的一种实施例方块图。在此实施例中，前端收发器510、520接收的信号被提供至数字基频模块300中的模拟-数字转换器310。针对每个子载波，模拟-数字转换器310将正交分频多工符号转换为一数字数据串流，交由傅利叶转换模块320和解调器330处理。解调器330负责将傅利叶转换模块320产生的输出信号解调，并撷取出包含在组合信号150中的控制讯息和其他数据。
[0044]根据基站发送的参考信号，频道估计模块340可估计基站和用户装置天线间的多个链接所对应的传播频道；此估计程序的主要工作是在频域和时域对参考信号进行过滤和内插，详细实施方式请参考P.Hoeher等人1997年于ICASSP发表的“Two-dimensionalpilot-symbol-aided channel estimation by wiener filtering，，以及 0.Edfors 等人于IEEE Trans.0n Communications 发表的 “OFDM channel estimation by singular valuedecomposition”。在eNode-B基站仅有单一传送天线、有N个用户装置接收天线以及Nke个
资源元素位置的情况下，频道估计模块340产生频道估计HW=Uffir!和对每个资源元素位置分别估计杂讯能量估计命。/人UU=O,...4-1
针对每个子载波，理论上都能取得具高时间解析度的估计频道取样。不过，就无线链接监测而言，并非所有的频道取样都需要；为降低运算复杂度，后续电路可仅处理一部份的估计频道取样。[0045]无线链接监测模块400负责根据服务基站提供的参考信号分析下行无线链接品质，以决定该用户装置与该服务基站处于同步状态或非同步状态。针对对应于同步状态和非同步状态的两种假想PDCCH格式(亦即两种可能的控制讯息格式)，无线链接监测模块400会计算跨越全频宽的两个平均信号杂讯比。根据此计算结果可推论一平均错误或然率，用以和同步/未同步门槛值比较，以达到检测同步/未同步的目的。
[0046]图4为无线链接监测模块400的一种实施例方块图。在eNode-B基站仅有单一传
送天线的情况下，频道估计模块340会计算每个接收天线的平均频道能量。频道估计hu是
在频道估计模块340根据参考信号符号产生。在计算平均信号杂讯比时，需考量两种控制
讯息格式具有不同的HXXH/参考信号能量比。针对各个接收天线，全频宽的频道能量会被
相加并平均。每个接收天线的平均频道能量表示如下:
【权利要求】
1.一种用户装置，适用于包含一基站的一正交分频多工无线通讯系统，该用户装置包含: 一接收器，用以透过至少一接收天线接收一组正交分频多工符号，该组正交分频多工符号由该基站透过一传播频道发送，该组正交分频多工符号包含在时间和频率上分布的多个资源元素，该多个资源元素包含多个控制讯息； 一频道估计模块，用以根据该多个资源元素产生一频道能量与一频道杂讯能量，该多个资源元素在频率上的分布大致上跨越一全频宽； 一解调器，用以撷取该多个控制讯息中的至少一控制讯息；以及 一无线链接监测模块，包含: 一信号杂讯比计算单元，用以根据该频道能量及该频道杂讯能量计算该解调器的一输出信号的一信号杂讯比，其中该信号杂讯比供使该用户装置评估该基站提供的该多个控制讯息的品质。
2.如权利要求1所述的用户装置，其特征在于，该无线链接监测模块进一步自该频道能量移除一频道估计错误偏移量，以产生一无偏移频道能量。
3.如权利要求2所述的用户装置，其特征在于，根据该频道杂讯能量比例调整该无偏移频道能量以产生一无偏 移标准化频道能量。
4.如权利要求3所述的用户装置，其特征在于，该无线链接监测模块根据一系数比例调整该频道杂讯能量，以计算该频道估计错误偏移量，该系数与一杂讯抑制相关，该杂讯抑制相关于该多资源元素的一频道估计，该频道估计有关于该频道能量及该频道杂讯能量。
5.如权利要求4所述的用户装置，其特征在于，该频道能量及该频道杂讯能量针对该至少一接收天线中的每一接收天线分别计算；该频道能量及该频道杂讯能量被结合以产生该解调器的该输出信号的该信号杂讯比。
6.如权利要求5所述的用户装置，其特征在于，该无偏移标准化频道能量被表示如下:
(Nrx (p m
▽ rK 1
尸 2^t 2 rVr=1VaV,,- kjC J J+
f 其中Ar代表每一接收天线的该频道能量，代表每一接收天线的该频道杂讯能量，Nrx为该至少一接收天线中的天线数量，Gc代表该杂讯抑制。
7.如权利要求3所述的用户装置，其特征在于，该无线链接监测模块进一步根据该无偏移标准化频道能量产生一信号能量与一信号杂讯能量，该信号能量及该信号杂讯能量被结合以产生该解调器的该输出信号的该信号杂讯比。
8.如权利要求7所述的用户装置，其特征在于，该信号杂讯能量的计算与一杂讯抑制相关，该杂讯抑制相关于该多资源元素的一频道估计，该频道估计有关于该多个控制讯息。
9.如权利要求8所述的用户装置，其特征在于，对该控制讯息的该信号杂讯能量的计算亦与一接收天线数量相关。
10.如权利要求9所述的用户装置，其特征在于，该信号能量及该信号杂讯能量藉由一能量比例调整参数算出，该能量比例调整参数与多个可能控制讯息格式相关。
11.如权利要求7所述的用户装置，其特征在于，该无线链接监测模块进一步包含:一区块错误率计算单元，用以根据至少一信号杂讯比数值针对多个可能控制讯息格式估计一区块错误率，其中该区块错误率用以评估该多个控制讯息的品质。
12.如权利要求11所述的用户装置，其特征在于，该无线链接监测模块进一步包含一同步状态检测单元，藉由比较该多个可能控制讯息格式对应的该多个区块错误率与相对应的多个门槛值，检测该基站与该用户装置间的一同步状态。
13.如权利要求12所述的用户装置，其特征在于，该多个门槛值相关于该基站所传送的信号的一频宽。
14.一种无线链接品质监测方法，适用于包含一基站的一正交分频多工无线通讯系统中的一特定用户装置，该方法包含: 接收透过一传播频道发送的一组正交分频多工符号，该组正交分频多工符号包含在时间和频率上分布的多个资源元素，该多个资源元素包含多个控制讯息； 根据该多个资源元素产生一频道能量与一频道杂讯能量，该多个资源元素在频率上的分布大致上跨越一全频宽； 解调以撷取该多个控制讯息中的至少一控制讯息； 结合该频道能量与该频道杂讯能量，产生一信号杂讯比；以及 根据该信号杂讯比评估该基站提供的该多个控制讯息的品质。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，进一步包含: 该频道能量移除一频道估计错误偏移量，以产生一无偏移频道能量，其中该频道估计错误偏移量藉由根据一系数比例调整该频道杂讯能量而产生，该系数与一杂讯抑制相关，该杂讯抑制相关于该多资源元素`的一频道估计，该频道估计有关于根据该频道能量及该频道杂讯能量产生的一频道估计。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，进一步包含: 根据该频道杂讯能量调整该无偏移频道能量，以产生一无偏移标准化频道能量。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，进一步包含: 根据该无偏移标准化频道能量产生一信号能量与一信号杂讯能量；以及 结合该信号能量及该信号杂讯能量，以产生解调后该信号杂讯比。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，计算该信号杂讯能量包含进一步根据一杂讯抑制与一能量比例调整参数计算该信号杂讯能量，该杂讯抑制相关于根据该频道能量及该频道杂讯能量产生的一频道估计，该能量比例调整参数与多个可能控制讯息格式相关。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，进一步包含: 针对多个可能控制讯息格式，根据至少一信号杂讯比数值估计一区块错误率；以及 比较该多个可能控制讯息格式对应的该多个区块错误率与相对应的多个门槛值，检测该基站与该用户装置间的一同步状态。
【文档编号】H04L25/02GK103428122SQ201210268759
【公开日】2013年12月4日 申请日期:2012年7月31日 优先权日:2012年5月15日
【发明者】阿贝德卡得·美得斯, 西罗·瓦兰登 申请人:晨星软件研发(深圳)有限公司, 开曼晨星半导体公司, 晨星法国有限公司, 晨星半导体股份有限公司