专利名称：在通信系统中用于信道评估的方法和接收装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及到在具有传输信道的通信系统中在无线电站之间，其中至少一个是移动的，用于信道评估的方法和接收装置。
在无线电通信系统中消息(例如语言、图象信息或者其它的数据)是经过传输信道传输的，在无线电-通信系统中这是借助于电磁波经过无线电接口进行的。此时电磁波的发射是用载波频率进行的，载波频率是在为各个系统安排的频带上。在GSM(全球移动通信系统)中载波频率的频域为900MHz。对于未来的无线电-通信系统，例如UMTS(万能移动无线电通信系统)或其它的第3代系统将频率安排在大约为2000MHz的频带上。
被发射的电磁波由于反射、漫射和地球曲率发射的损失和类似的原因受到阻尼。因此降低了接收功率，这个接收功率是在接收的无线电站上提供使用的。这个阻尼是与位置有关的和在移动无线电站上是与时间有关的。移动站移动的愈快，则传输信道的信道条件也在短的时间间隔中有很大的变化。在多路径传播中多种信号成分在接收的无线电站上出现不同的延迟。所叙述的影响描述了通信连接单个的传输信道。
从DE 195 49 148中已知一种无线电-通信系统，这个无线电-通信系统利用了CDMA-用户分类方法(CDMA码分多址)，其中无线电接口附加有时分多址-用户分类方法(TDMA-时分多址)。在接收方使用一种JD-检测方法(联合检测)，以便当知道多个用户的CDMA-编码情况下改善被传输数据的检测。在其中已知，经过无线电接口至少两个数据信道可以分配给一个通信连接，其中每个数据信道通过单独的扩展编码是可以区别的。
从GSM-移动无线通信网络中已知，被传输的数据作为无线电块(脉冲串)在时隙中传输，其中将无线电块中的中间部分与接收的无线电站已知的符号进行传输。将这个中间部分可以利用作为训练顺序的意义在接收方协调无线电站。接收的无线电站借助于中间部分进行信道评估，也就是说对于不同传输信道的信道脉冲响应进行评估。有选择的可以对于训练顺序和有用数据平行地通过不同CDMA-编码命名的信道进行整理。
当信道条件变化很快时，在被传输的无线电块中传输信道的信道脉冲响应也改变，这样只将无线电块的一部分用于信道评估。与信道条件无关地确定等距离信道系数的一个固定的数量。然而这种信道评估是不准确的。
本发明的任务是，规定信道评估的一种方法和一种接收装置，虽然移动站很快移动这些方法和装置可以可靠地确定信道系数。此任务是通过具有权利要求1特征的方法和具有权利要求11特征的接收装置解决的。本发明有利的扩展结构可以从从属权利要求中获悉。
按照本发明在具有传输信道的通信系统的无线电站之间用于信道评估的方法，其中至少一个无线电站是移动的，从接收站接收由数据符号构成的接收信号。其中数据符号是通过一种传输方法改变的，例如通过扩展、调制和信道畸变。
将接收信号在接收方分解成单个的扫描值，并且为了确定信道系数与已知的数据符号进行比较，其中将单个已知的接收信号的数据符号在接收站进行存储。从而，对于很快移动的移动站只确定减少的信道系数的数量，对于这些信道系数改善了评估精度。消除了接收信号的短的子数据块与长的所期望的信道脉冲响应的错误比例，并且改善了被评估的信道脉冲响应的精度。当移动站比较慢移动时确定比较多的信道系数的数量。
通过这种信道评估方式也可以取消对无线电站速度的限制和允许的信道条件的限制，不需要同时延长训练顺序或者减小数据率。本发明不仅可以使用在基站和移动站之间的传输上，而且也可以使用在移动站之间的传输上。
按照本发明有利的结构，将已知的具有扫描值的数据符号与在被发送的训练顺序中的数据符号进行比较，或者将已知的数据符号在数据检测之后进行存储，并且随后与原来接收的扫描值进行比较。因此或者可以返回到没有畸变的已知的数据符号，这个数据符号牺牲很小的数据率允许比较准确的信道评估。在第二种变型中准确的数据评估是连续推导出信道系数的先决条件。因此可以在处理不包括训练顺序的一部分无线电块期间改善信道评估。
本发明的其它特点安排了，在确定信道系数时考虑了减少已知数据符号的数值的数量，也就是说训练顺序或者被评估的数据符号。因此在缩短的时间间隔内对于准备处理的扫描值也得到准确的和现实的信道系数的评估值。
此外有利的是，准备确定的信道系数是这样选定的，这些信道系数的功率平均比没有选定的数值强。因此保证了，虽然减少了信道系数的数量仍然能够足够准确地描述传输信道，并且在使用信道系数情况下为后面的数据评估构成好的基础。例如被选定的数值可以从在这之前确定的比较大的信道系数的数量中取出。从前面的信道评估中因此按照本发明只将意义重大的信道系数重复处理。将选定准备确定的信道系数以比较大的距离进行重复，以便顾及到单个的不是连续计算的信道系数的意义的发展。
按照本发明有利的扩展结构，被选定的信道系数的数值的距离不是等距的。因此对应于不同传输信道的单个的信道脉冲响应也可以表示现为信道脉冲响应大的时间扩展(由多路径传播决定的)，如果将信道脉冲响应开始和结束时的信道系数选定为意义重大的。此时不必要考虑等距。
通过减少一定的信道系数的数值的数量构成了一个过定位的等式e=Gh+n，其中G是块顺序矩阵和n是噪声部分。由于过定位改善了信道评估的精度。其中确定的精度可以与现实的进行权衡。同样是有利的，在信道评估时被考虑的扫描值的数量可以依赖于传输信道的信道条件而减少。因此降低了过定位，然而信道评估变得更现实些。
此外有利的是，比较好的长的信号延迟时间的考虑使得以信号延迟时间为基础的信道系数之间的距离变长，不需要以同样的尺度增加信道系数的数量。因此信道脉冲响应也可以考虑特殊的信道条件(例如在海峡处)和虽然用很少的扫描值也足够信道评估了。
借助于附图详细叙述本发明的实施例。
其中表示附
图1移动无线通信网络的方框图，附图2无线电接口帧结构的简图，附图3无线电块的简图，附图4无线电站接收器的方框图，
附图5数字信号处理装置的方框图，附图6信道评估问题的方框图，和附图7信道评估的过程图。
在附图1上表示的无线电-通信系统在其结构上对应于已知的GSM-移动无线通信网络，这是由很多相互构成网络的移动交换站MSC组成的，以及与固定网络PSTN建立了入口。此外这些移动交换站MSC与各自至少一个基站监控器BSC相连。每个基站监控器BSC又与至少一个基站BS有可能建立通信连接。这样的基站BS是无线电站，这经过无线电接口可以与移动站MS建立无线电连接。
在附图1上示例表示了三个无线电连接V1…V3用于在三个移动站MS和一个基站BS之间传输有用信息ni和信令信息si，此时分配给一个移动站MS两个数据信道DK1和DK2和分配给其它的移动站各自一个数据信道DK3以及DK4。运行-和维护中心OMC对于移动无线通信网络及其部件实现监控-和维护功能。这种结构的功能性按照本发明被无线电-通信系统所利用；这种功能性也可以转移到其它的无线电-通信系统中，在其上也可以使用本发明。
基站BS与由三个单个发射器组成的天线装置相连。每个单个发射器对准由基站BS供应的无线电小区的一个区域进行发射。然而也可以选择使用比较多的单个发射器(按照匹配的天线)，这样也可以使用按照SDMA-方法(空分多址)的空间用户分离方法。
基站BS和移动站MS之间的有用信息ni和信令信息si的通信连接处于多路径传播，多路径传播例如是由建筑物上的反射附加在直接发射路径上引起的。因此从属于不同传播路径的相同用户信号的信号成分在不同时间点上在接收站相遇(延迟传播)。
人们从移动站MS的移动出发，则多路径传播与其它的干扰共同导致，在接收的移动站MS上一个用户信号的不同传播路径上的信号成分与时间有关地重叠在一起。此外从这里出发，不同基站BS的用户信号在接收地方在一个信道上重叠成为一个接收信号rx。接收的移动站MS的任务是，对用户信号传输信道进行信道评估，信道评估在移动站MS很快移动时也是足够准确和现实的，并且在用户信号中传输的有用信息ni的数据符号、信令信息si的数据符号和管理信息的数据进行检测。
从附图2中看到无线电接口的帧结构。按照TDMA-组成是宽带频域的分布，例如带宽为B=1．6MHz安排在多个时隙ts上，例如8个时隙ts1至ts8。频域B内的每个时隙ts构成为一个信道。在用于传输有用数据安排的信道内，多个通信连接的信息是用无线电块传输的。按照FDMA(频分多址)-组成分配给无线电-通信系统多个频域B。
按照附图3用于有用数据传输的无线电块是由具有数据符号d的数据部分dt组成的，在数据部分段上置入接收方已知的中间部分m。数据d是用通信连接单独的精细结构扩展的，一个扩展编码(CDMA编码)，这样接收方例如K个数据信道DK1，DK2，DK3，…DKK通过这个CDMA-成分是可以分离的。发送方将每个符号分配给每个数据信道DK1，DK2，DK3，…DKK一定的能量E。
数据d的单个符号是用Q块扩展的，在符号周期Ts内将周期Tc的子段Q传输。其中Q块构成为单独的CDMA-编码。具有训练顺序tseq的中间部分m是由同样周期为Tc的L个块组成的。此外在时隙ts内安排了周期为Tg的保护时间guard用于补偿连续时隙ts的通信连接不同的信号运行时间。
在宽带频域B内连续时隙ts是按照帧结构分组的。这样将八个时隙ts综合成为一个帧，此时将帧的一定的时隙构成为用于有用数据传输的信道，并且返回来又被通信连接的一个组利用。其它的信道，例如用于移动站MS的频率同步化或者时间同步化不在每个帧内，而是在预先规定的时间点上插入在一个多帧内。
例如无线电接口的参数如下无线电块的周期 577μs每个中间部分m的块数243保护时间Tg 32μs每个数据部分N的数据符号33符号周期Ts 6．46μs每个符号Q的块数14块周期Tc 6／13μs在上行方向(MS-＞BS)和下行方向(BS-＞MS)对参数可以进行不同的调整。
按照附图4的接收方涉及到无线电站，这不仅可以是基站BS而且也可以是移动站MS。在接收方按照本发明的接收装置用于信道评估。可能实现的相应的发射器例如可以从德国专利文献DE 197 34 936中获悉。
在附图4上详细叙述了装置的接收路径。在子模块E1中将接收信号rx从发送频带转换成为低通范围，并且分成一个实的和一个虚的成分。在子模块E2上进行模拟低通滤波，并且随后在子模块E3上将具有13／3MHz和字宽为12比特的接收信号进行二倍的过扫描。
在子模块E4上用带宽为13／6MHz具有尽可能高的轮廓斜率的信道分离的滤波器进行数字滤波。最后在子模块E4上将两倍过扫描的信号进行2∶1的十分之一化。
这样得到的接收信号e主要由两部分组成，即由用于信道评估的部分em(具有已知数据符号t的训练顺序tseq)和由用于数据评估的部分e1和e2组成。在子模块E5中借助于所有各自在时隙中传输的数据信道的已知的中间部分基本编码m进行信道脉冲响应的信道系数h(k)的评估。
在子模块E6中使用CDMA-编码c(k)确定每个数据信道被匹配的滤波器的参数b(k)。在子模块E7中将由中间部分m(k)引起的干涉在用于数据评估使用的接收数据块e1／2中限制到最小。这是由于知道h(k)和m(k)有可能的。
在子模块E8至E12中借助于综合的信道矩阵A的伪-转置确定数据符号d。另外的解决方法是将综合信道矩阵A的单值分解(单数值分解)。其它的解决方法涉及到另外的最佳判据，例如最小均方误差判据(MMSE)代替零力(ZF)判据。此外也有可能反耦合结构。这些解决方法也可以相互组合。
在子模块E8中进行互相关A*TA的运算。因为A*TA有一个Toeplitz-结构，在这里只需要运算矩阵的一小部分，将这个可以扩展使用到整个矩阵。当移动部分慢慢移动时，这个矩阵A*TA大，因为人们选择大的子数据块。在这个矩阵中A*TA中只运算一小部分。当比较快的移动时矩阵A*TA变小，则人们有时选择整个运算，以便达到低噪声的结果。在子模块E9中将A*TA进行Cholesky-分解成为H*TH，其中H是上三角矩阵。由于A*TA是Toeplitz-结构，H也近似地是Toeplitz-结构和不需要整个运算。矢量s代表H正交单元的倒数，在公式运算器中可以有利地使用。
在子模块E10中将接收符号顺序e1／2与b(k)进行匹配滤波(匹配滤波器)。子模块11实现H*T*z1／2=e1／2的公式组分解器1。在子模块E13中将被评估的数据d1／2进行解调，解三次幂和随后用Viterbi-解编码器进行卷集解码。将被解码的数据块e(k)E13有选择地输入给第一个数据汇D1或者经过源解码器E14输入给第二个数据汇D2。附加地将被解码的数据块e(k)E13返回输入给子模块E5，子模块E5利用这些数据块跟踪被评估的信道系数h。
接收方(见附图5)在模拟处理之后，也就是说放大、滤波、收敛成为在HF-部分的基带，将接收信号rx在数字低通滤波器中进行数字滤波。将数字化接收信号e的一部分，这是由长度为L=M*W的矢量em代表的和不包括数据部分dt的干涉，传输给包括信道评估器KS的数字的处理装置。在联合检测数据评估器中对所有通信连接共同进行数据评估，其中可以从德国专利文献DE 197 34 936中获悉详细的叙述。
下面详细叙述在子模块E5中的信道评估。子模块E5包括一个信道评估器KS、一个存储装置SP和一个控制装置SE，在这些之间可以交换信息。在存储装置SP中存储了从中间部分m中已知的训练顺序tseq的数据符号t，以及跟踪评估的已经被检测的数据符号d。控制装置SE可以用户单独地在信道评估的各种模式之间进行转换，此时在信道评估器KS中进行信道评估。借助于信道评估从接收信号e的扫描值e1…e16中确定信道系数h。
在附图6中表示了信道评估问题。将被发送的数据符号d通过传输方法进行变化，通过组合的信道矩阵A进行表示和在接收的无线电站上作为扫描值e出现。当信道评估确定被评估的组合的信道矩阵A时，接收无线电站试图为被发送的数据符号d确定评估值d。例如最佳化判据是扫描值e与准备评估的接收信号e的最小均方差。从训练顺序tseq中进行信道评估时d=t，和当跟踪时已经被评估的d返回耦合和d=d。
在移动无线电系统中进行信道评估必须考虑移动站MS的移动。移动导致多普勒-移动，这可以通过单个信道参数h(a1复数值)的幅值-和相位变化进行描述，见德国专利文献DE 196 35 271中的信道模型。如果很多信道系数h使用同样的距离，则单个信道系数h的数值变化，然而信道脉冲响应的轮廓保持恒定。因此可以用跟踪信道系数h在一个无线电块期间通过处理被检测的数据符号d也可以对于比较快速移动的移动站MS连续进行信道评估。
当慢速移动时信道系数h的数值是建立在以中间部分m为基础的在多个无线电块上信道评估的平均值基础上的。如果在频率忙碌情况下只考虑同样载波频率的无线电块。在平均速度时中间部分被压缩和在比较高速度时跟踪信道系数也在由训练顺序tseq构成的中间部分m之外进行。信道评估模式的转换是在接收装置上通过控制装置SE与评估精度，与被测量的信道脉冲响应的变化速度或者与信号运行时间相应的预留时间(时间提前)的变化速度有关地进行的。
为了跟踪将无线电块的数据部分分成为子数据块，这样可以假设，在子数据块时信道条件没有明显的变化。数据检测使用前面确定的信道系数h和将子数据块被检测的已知数据符号d(在附图4中的e13)返回来用于信道评估。为了使信道评估的延迟最小化可以将子数据块重叠，这样例如第一个子数据块包括数据符号1至10，而第二个子数据块包括数据符号2至11等。
问题发生在短的具有已知数据符号d的子数据块中，以及在训练顺序tseq基础上很多长的信道脉冲响应与已知数据符号t在中间部分m内受到限制的数量的比例。为了足够准确地构成信道评估争取使用一个过定位的公式组。
信道评估(附图7中步骤1)处理在训练顺序tseq期间与时间有关的接收信号e(t)=Σkck(t)×hk(t,τ)×dk(t)+n(t),]]>其中n(t)作为噪声部分和x作为卷集运算的符号。用矩阵写法此公式可改写为，e=Ad+n，其中组合的信道矩阵A反应了通过CDMA-编码c扩展的影响和反应了通过传输信道与准备评估的信道系数h的调制。
这个矩阵公式是用最小二乘法解法求解的(在附图7中的步骤2)d⩓=A+e=(A′A)-1A′e,]]>其中A+作为矩阵A，A′的综合转置作为封闭矩阵A和d作为数据符号d被改造的矢量(＾表示评估值)。
进行数据评估之后，如果在很快移动的移动站MS时(在附图7步骤3)为了跟踪信道系数h有必要可以对接收信号e中包括有用数据的部分的子数据块进行重新计算e(t)=Σkck(t)×hk(t,τ)×dk(t)+n(t),]]>其中将c和h综合成为组合的块顺序g和其矩阵写法为e=Gh+n，则信道系数h借助于h⩓=G+e=(G′G)-1G′e]]>进行评估(附图7的步骤6)。
很多传输信道用相对功率弱的信道系数h可以足够准确地描述，这些信道系数有时在信号延迟决定的大的时间距离上分布。
这些意义重大的信道系数h的延迟(位置)是在步骤4上(见附图7)决定的。然后在后面的子数据块的处理时只决定已经减少了的信道系数h的数量。
例如对于准备求解的具有三个用户信号A、B、C和16个接收信号e的扫描值e1…e16的公式组具有以下形式 这个公式组很容易是过定位的和导致有噪声干扰的评估结果。块顺序矩阵G和信道系数h的矢量是可以划上虚线，则只保留意义重大的信道系数h。 如果将加上虚线的单元删除，则得出缩短的公式组 这个公式组与减少信道系数h=hs的数量非常一致，则按照公式hs⩓=GS+e]]>使评估的精度(附图7步骤5)得到改善。
这个程序也可以使用在通过扩大信道脉冲响应可以表示的信号延迟上。信道系数h的数量保持不变，然而其距离扩大了。
权利要求
1．在基站(BS)和移动站(MS)之间的具有传输信道的通信系统中信道评估的方法，其中不仅基站(BS)而且移动站(MS)可以发送和接收，在其中，-在接收站(MS，BS)上接收包括有由传输方法改变的数据符号的接收信号(e)，-在接收方将接收信号(e)分解成为单个的扫描值(e1…e16)，-在接收站(MS，BS)上存储接收信号(e)的单个已知的数据符号(d，t)，-为了确定信道系数(h)将扫描值(e1…e16)和已知的数据符号(d，t)进行比较，-其中对于移动快的移动站(MS)确定减少数量的信道系数(h)。
2．按照权利要求1的方法，在其中，将已知的数据符号(t)与数据符号的扫描值(e1…e16)在被发送的训练序列(tseq)上进行比较。
3．按照权利要求1的方法，在其中，将已知的数据符号(d)在数据检测之后进行存储，并且与原来接收的扫描值(e1…e16)进行比较。
4．按照上述权利要求之一的方法，在其中，当确定信道系数时要考虑块顺序矩阵(Gs)的数值的减少的数量。
5．按照权利要求4的方法，在其中，选定信道系数(h)被减少数量的数值平均在功率上强于没有被选定的数值。
6．按照权利要求5的方法，在其中，被选定的数值是从在这之前确定的信道系数(h)的比较大的数量中取出的。
7．按照上述权利要求之一的方法，在其中，被减少的块顺序矩阵(Gs)的被选定数值的距离不是等距的。
8．按照上述权利要求之一的方法，在其中，通过减少被确定的信道系数(h)的数量提出了非常一致的准备求解的公式组e=Gh+n，其中n是噪声部分和G是块顺序矩阵。
9．按照上述权利要求之一的方法，在其中，在信道评估时考虑的扫描值(e1…e16)的数量依赖于传输信道的信道条件而减少。
10．按照上述权利要求之一的方法，在其中，在信号延迟时间基础上的在信道系数(h)之间的距离变大，不需要将信道系数(h)的数量以同样的尺度放大。
11．通信系统的接收装置，具有一个存储装置(SP)用于存储接收信号(e)的扫描值(e1…e16)，接收信号包括由传输方法改变的数据符号，并且用于存储接收信号(e)的已知的数据符号(d，t)，和具有一个信道评估器(KS)用于对传输信道的信道评估，-其中为了确定信道系数(h)将扫描值(e1…e16)与已知的数据符号(d，t)进行比较，和-其中对于移动快的移动站(MS)确定信道系数(h)的减少数量。
12．按照权利要求11的接收装置，在其中，信道系数(h)的减少数量的被选定的数值平均在功率上强于没有被选定的数值。
13．按照权利要求11或12的接收装置，在其中，在信道评估时考虑的扫描值(e1…e16)的数量依赖于传输信道的信道条件而减少。
14．按照权利要求11至13之一的接收装置，在其中，在一个频道上将多个用户信号经过不同的传输信道传输时，这些传输信道将用户信号在接收装置(EE)上重叠为一个接收信号(e)。
15．按照权利要求11至14之一的接收装置，在其中，将包括已知数据符号(t)的训练顺序(tseq)和用户信号在相同的频道上传输。
全文摘要
按照本发明由数据符号组成的接收信号被接收站接收。将接收信号在接收方分解为单个的扫描值,和为了确定信道系数与已知的数据符号进行比较,其中在接收站上将接收信号的单个已知的数据符号进行存储。从而,对于快速移动的移动站确定减少数量的信道系数,对于这个信道系数改善了评估精度。
文档编号H04L25/02GK1281602SQ98812173
公开日2001年1月24日 申请日期1998年9月29日 优先权日1997年10月14日
发明者L·拉德马赫尔 申请人:西门子公司