專利名稱：寬帶碼分多址閉環發射機天線分集系統天線相位估計算法的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及無線電信設備與系統，更具體地說，涉及對移動電話或移動臺使用天線分集發送技術的定點或基站設備，此處也將移動電話或移動臺稱為用戶設備(UE)。
背景技術：
目前在開發中的一個現代無線電信系統通常被稱為第三代(3G)寬帶碼分多址(WCDMA)系統。在3G-WCDMA系統中建議使用閉環反饋模式發射機分集。
圖1A描述了目前建議的下行鏈路(基站(BS)到用戶設備(UE))發射機結構1，用于支持閉環發送分集。圖1中，DPCH指專用控制信道，而CPICH指公共導引信道。DPCH包括一個(專用)導引信號信道(DPCCH)和數據信號，并在擴頻和倒頻前進行了信道編碼和交錯。擴頻復值信號被送入兩個發射機天線分支(天線1和天線2)，并分別通過天線特定加權因素w1和w2進行加權。加權因素是復值信號，加權因素(實際為相應的相位調整)由UE2確定，并通過上行鏈路DPCCH用信號發送到BS1。
實際上有兩種反饋模式，由模式特定天線加權值集合唯一標識。圖1B顯示了反饋信號信息(FSM)的結構，從圖看到FSM具有兩個部分。FSM的第一部分是發送相位設置的FSMph，而第二部分是發送功率設置的FSMpo。圖1C是一張表，匯總反饋模式的特征，其中，NFBD是每個時隙的反饋比特數，Nw是時隙中的反饋命令的長度，更新率是反饋命令速率，Npo是功率比特數，而Nph是每個信號字的相位比特數。
UE2使用公共導引信道CPICH來單獨估計從每個天線(天線1和天線2)看到的信道。每個時隙一次，UE2從模式特定發送加權值集合中選擇一個最佳加權值，這樣，該值在BS1應用時，便會在UE2最大化接收功率。隨后，UE2便會向BS1反饋FSM，通知BS1要使用的功率/相位設置。如果Npo為零，則兩個發送天線采用了相同的功率。
在第一種反饋模式中，相同的功率施加到天線1和天線2，UE2隨后只須確定天線1和天線2之間的相位調整。這是利用從CPICH算得的信道估計來完成的。BS2對兩個連續時隙的相位求平均，這意味著反饋模式1中的可能發送加權正好是QPSK的星座點。
因此，可以理解在操作的閉環發送分集模式中，用戶設備2確定用于BS傳輸天線(天線1和天線2)的最佳相移，并發送(一比特)反饋(FB)命令給BS。在發送DPCCH給UE2時，BS使用兩個連續的一比特FB命令，以便分別確定用于天線1和天線2的傳輸加權w1和w2。用于天線1的加權(w1)始終是單一的，而用于天線2的加權w2的值為eiφ，其中φ∈{π/4，3π/4，-π/4，-3π/4}。
在圖1A建議的實施例中，BS1使用正交公共導引模式用于天線1和天線2的CPICH信道。這些信道對于小區范圍內的所有UE2是公用的，并沒用通過UE特定傳輸加權來發送。然而，由于更高的傳輸功率會產生更可靠的信道估計，因此UE2一般希望在信道估計中利用CPICH信道。為了適當組合對應于CPICH1和CPICH2的信道估計，UE2必須知道BS1利用的傳輸加權w2。對模式1閉環發送分集的更詳細描述，可以參照3GPP規范TS25.214“物理層規程(FDD)”。
然而，反饋信道不是無錯的，它被用來將FSM從UE2發送到BS1，BS1使用FSM來控制天線2的相移。同樣地，由于反饋信道的接收錯誤，BS1可能不會始終利用UE2確定的最佳相移來發送DPCCH。由于UE在信道估計中利用公共導引信道，因此它必須知道w2的值，即天線2應用的相移。如果不知道這個值，UE2將假定天線2具有零相移，組合基于CPICH的信道估計，從而產生錯誤的信道估計值和UE性能的降低。
上述3GPP規范TS25.214“物理層規程(FDD)”中給出了確定發送天線加權的示例算法。建議的算法利用傳輸加權的普賴里(priori)概率，即它假定，與對應于反向FB命令(FB命令被反饋信道中的錯誤改變)的傳輸加權相比，對應于被發送的反饋命令的相移可能性更大。該算法確定反饋錯誤發生的可能性是否比不發生的可能性更大，并基于此決定，該算法選擇與被發送的反饋命令的序列相對應、依據確定的反饋錯誤事件修改的傳輸加權值w2。
這種建議的算法需要知道專用和公共導引信道的相對功率電平以及噪聲加干擾方差。然而，噪聲方差的可靠估計是計算費用高的任務，因此由UE2執行是不合需要的。雖然要進行某些形式的方差估計，但在信號變化快的傳播環境，求平均次數應減少，因而估計的可靠性低。同樣的考慮因素和問題適用于專用和公共導引信道相對功率電平的估計，特別是在專用信道功率由快速功率控制算法來改變時。
上述模式1閉環發送分集操作中存在的問題是可以理解的。
發明目標和優點本發明的第一目標和優點是為用戶設備提供一種確定w2值的改進技術。
本發明的另一個目標和優點是為用戶設備提供一種檢驗w2值的方法，其中該方法不需要估計噪聲方差或專用和公共導引信道的相對功率。
本發明的另一個目標和優點是為用戶設備提供一種檢驗w2值的方法，其中該方法一方面不需要確定發送到BS的反饋命令的普賴里概率，另一方面提供一種使用普賴里概率的更簡單的技術。發明簡述按照本發明實施例的方法和設備克服上述及其它問題并實現上述目標和優點。
一方面，本發明講授了一種用于在基站(BS)利用發送天線分集的寬帶CDMA電信系統中的方法。該方法使用戶設備可以對從基站(BS)的兩個天線接收的信道執行信道估計，所述方法包括以下步驟(a)計算從兩個天線之一接收的公共導引信道和專用導引信道之間的估計相位差；和(b)根據估計相位差來旋轉公共導引信道估計而確定信道估計值，其中相位差是作為公共導引信道和專用導引信道之間的復系數算得的。
另一方面，本發明講授了一種用于發送天線分集系統中使UE可以檢驗由UE以前發送給BS的天線相移的方法。這種方法包括第一步驟(a)使用BS旋轉角度的先驗知識，其方式是依照用于等式α^=x(m^j)]]>的復旋轉系數的估計的決策規則，考慮向量x，它包括了關于所有可能旋轉角度的BS復旋轉系數的所有假設。該方法的第二個步驟通過考慮先驗知識來評估假設m的成本函數(cost function)。根據反饋信息和相位調整統計數據，步驟(b)評估假設m的成本函數可以按照以下公式執行 其中，f(x(mj，w＾)是復旋轉假設x(mj)和估計相位差w＾的函數，uj是向量x的復旋轉假設的索引并且從UE發送的反饋比特算得。關于假設x(mj)＝-x(m＾j-1)用于估計相位差、復旋轉假設和常量a的函數，通過執行決策變量Ω(mj)，BS相位調整的統計數據被考慮。關于假設mj＝uj用于估計相位差、復旋轉假設和常量b的函數，通過執行決策變量Ω(mj)，UE發送的反饋比特信息被考慮。否則，決策變量Ω(mj)作為相位差和復旋轉假設的函數被執行。
通過使用反饋信息也可以執行假設m的成本函數，如下所示Ω(mj)={f(x(mj),w^)ifmj≠ujf(x(mj),w^,a)ifmj=uj]]>關于假設mj＝uj用于估計相位差、復旋轉假設和常量a的函數，通過執行決策變量Ω(mj)，由UE發送的反饋比特信息被考慮。否則(mj≠uj)并且決策變量作為相位差和復旋轉假設的函數執行。
根據BS相位調整的先驗知識，評估假設m的成本函數的步驟也可以執行如下Ω(mj)={f(x(mj),w^)ifx(mj)≠-x(m^j-1)f(x(mj),w^,b)ifx(mj)=-x(m^j-1)]]>關于假設x(mj)＝-x(m＾j-1)用于估計相位差、復旋轉假設和常量b的函數，通過執行決策變量Ω(mj)，BS相位調整的統計數據被考慮。否則x(mj)≠-x(m＾j-1)并且決策變量作為相位差和復旋轉假設的函數被執行。
在最佳實施例中，系統也是寬帶CDMA系統，其中BS使用兩個天線向UE發送信號。
附圖簡述參照附圖閱讀隨后的發明詳述時，本發明的上述和其它特征會更明顯，附圖中圖1A是建議的3G-WCDMA基站發射機布置的簡圖，示出了兩個天線分集，以及兩個天線僅用一個用于相移專用用戶設備傳輸的加權生成；圖1B示出建議的反饋信號消息(FSM)的結構；圖1C是一個表，匯總兩個建議的操作反饋模式的特征；圖2A和2B描述了用于以前建議的天線相位檢驗程序的數學表達式；圖3A和3B描述了用于本發明方法的兩個實施例的數學表達式；圖4A、4B和4C描述了對理解本發明方法的第二實施例有幫助的數學表達式；以及圖5A和5B相對于從以前指定算法預期的性能來比較第一種方法與第二種方法的性能，其中，圖5A示出車載UE(120kmh)語音服務應用的模擬情況，而圖5B示出在3kmh步行速度下144KBPS組裝數據服務應用的模擬情況，其中，對于144KBPS情況，假設反饋出錯率為4％，而對于語音服務情況，假設出錯率為20％。
發明詳述繼續描述本發明的方法前，復習以前建議的、上述3GPP規范TS25.214“物理層規程(FDD)”中指定的天線檢驗步驟，特別是3G TS25.214 V3.2，2000-03第37頁，這是有益的。反饋模式1的天線檢驗算法使用從DPCCH的導引符號獲得的信道估計。因此，兩個天線的DPCCH導引模式需要正交。該算法對每個時隙應用兩個假設的測試，假定對應于所考慮時隙的反饋比特以及在BS1的反饋比特的錯誤百分比均已知。如果假定在φRx＝π時的假設是還沒有出現反饋錯誤，則在圖2A所示的條件有效時反饋錯誤已經存在。
等同地，對于奇數時隙，確定w2的虛部。如果假定在φRx＝-π/2時還沒有出現反饋錯誤，則在圖2B所示的條件有效時，反饋比特中已存在錯誤。
上述技術可以視為應用BS1接收的反饋命令的一種MAP評估形式。
依照本發明的第一個實施例，UE2計算從天線2收到的CPICH和DPDCH信道之間的相位差，然后，執行最后信道估計，根據估計相位差來旋轉CPICH信道估計。依照圖3A所示的表達式，相位差作為天線2發送的DPDCH和CPICH信道之間的復系數計算，在圖3A中，列向量h2d表示從DPCH導引算得的天線2的估計信道系數，并且列向量h2c表示從CPICH導引算得的天線2的估計信道系數。CPICH用于信道估計時，用于最大比率組合的信道估計是依照圖3B算得的，其中，h1c表示從CPICH導引算得的天線1的估計信道系數，而c＾是用于最大比率組合的列信道估計向量。
依照本發明的第二種方法，根據上面參考3GPP規范TS25.214“物理層規程(FDD)”，采用了下面的先驗知識(1)反饋命令由UE 2發送，以及(2)BS 1的發射機結構中旋轉角度φ的量化。根據所述規范，有四個以前提到的可能旋轉角度，即{π/4，3π/4，-π/4，-3π/4}。旋轉角度的統計數據由BS1的發射機結構處理。由于BS1對接收相位的兩個連續時隙使用滑動平均技術來計算旋轉角度，因此在聯機操作中僅有三個可能旋轉角度，如圖4A所示，其中，φj是BS1發射機最近的旋轉角度，而φj-1是前一個時隙中使用的旋轉角度。
通過本發明的實施例，旋轉角度的這一先驗知識以一種簡單的方式被使用。更具體地說，向量x包括了關于所有可能旋轉角度的BS1的復旋轉系數的所有假設，如圖4B所示。用于復旋轉系數估計的決策規則是圖4C所示的形式，其中，m是向量x的復旋轉假設的索α^=x(m^j)]]>引。復旋轉系數的估計值因而為該假設m的成本函數隨后通過使用反饋信息被執行，對于所述情況，如下所示Ω(mj)={f(x(mj),w^)ifmj≠ujf(x(mj),w^,a)ifmj=uj]]>其中，f(x(mj)是復旋轉假設x(mj)和估計相位差w＾的函數，uj是向量x的復旋轉假設的索引并從UE2發送的反饋比特算得。關于假設mj＝uj用于估計相位差、復旋轉假設和常量a的函數，通過執行決策變量Ω(mj)，UE2發送的反饋比特信息被考慮。否則，(mj≠uj)并且決策變量作為相位差和復旋轉假設的函數執行。
依照BS1相位調整的先驗知識，可以使用以下公式執行評估假設m的成本函數的步驟Ω(mj)={f(x(mj),w^)ifx(mj)≠-x(m^j-1)f(x(mj),w^,b)ifx(mj)=-x(m^j-1)]]>其中f(x(mj)是復旋轉假設x(mj)和估計相位差w＾的函數，x(m＾j-1)是以前估計的旋轉系數。關于假設x(mj)＝-x(m＾j-1)用于估計相位差、復旋轉假設和常量b的函數，通過執行決策變量Ω(mj)，BS1相位調整的統計數據被考慮。否則，x(mj)≠-x(m＾j-1)并且決策變量做為相位差和復旋轉假設的函數執行。
依照反饋信息和相位調整統計數據，可以使用以下公式執行評估假設m成本函數的步驟 關于假設x(mj)＝-x(m＾j-1)用于估計相位差、復旋轉假設和常量b的函數，通過執行決策變量Ω(mj)，BS1相位調整的統計數據被考慮。關于假設mj＝uj用于估計相位差、復旋轉假設和常量a的函數，通過執行決策變量Ω(mj)，UE2發送的反饋比特信息被考慮。否則，決策變量Ω(mj)作為相位差和復旋轉假設的函數被執行。
關于用于常量b(b＞1)的以前估計旋轉系數-x(m＾j-1)的相位，通過將BS 1相位調整的統計數據乘以決策變量Ω(mj)，可以考慮BS1相位調整的統計數據。
對于mj＝1到4Ω(mj)＝|x(mj)-w＾|2如果x(mj)＝-x(m＾j-1)則Ω(mj)＝bΩ(mj)
如果mj＝uj則Ω(mj)＝aΩ(mj)結束其中，uj是向量x的復旋轉假設的索引并且從UE2發送的反饋比特算得，即uj涉及無決策錯誤完成的復旋轉。
本發明講授的另一方面是在發送天線分集系統中使用，并涉及一種用于使UE2可檢驗由UE2以前發送到BS1的天線相移的方法。這種方法包括以下步驟(a)計算從多個天線之一接收的公共導引信道(CPICH)和專用導引信道(DPCCH)之間的估計相位差；(b)根據BS1旋轉角度的先驗知識對估計相位差進行量化；以及(c)通過根據量化相位差來旋轉公共導引信道估計而確定信道估計值。BS1旋轉角度m^j=argminm∈{1,2…,q}Ω(mj),]]>的先驗知識是通過最小化決策規則確定的其中，q是可能加權值的數量，并且成本函數的決策規則Ω(mj)為Ω(mj)＝|x(mj)-w＾|，其中，x(mj)是復旋轉假設，而w＾是估計相位差。
圖5A和5B是曲線圖，對比上述第一種方法與第二種方法的性能，并與上述3GPP規范TS25.214“物理層規程(FDD)”中指定算法預期的性能相比較，其中，圖5A示出反饋錯誤百分比可高達20％的車載UE(120kmh)語音服務應用的模擬，而圖5B顯示在3kmh的步行速度下144KBPS組裝數據服務應用的模擬情況。曲線把為用戶消耗的BS1功率的百分比作為幾何參數G的函數給出。幾何參數G可以設為Ic/Ior，其中Ic表示UE2上來自最近BS1的總接收功率，而Ior描述來自所有其它基站的接收功率及熱噪聲。其它小區干擾最好模擬為AGWN。同樣，G可以視為表示UE2與其服務基站之間的距離。
G＝自己小區發送功率與其它小區干擾功率的比率(從UE2看)Ic＝自己信號的平均發送功率Ior＝其它信號的平均發送功率Tx_Ic/Ior＝與全部基站Tx功率相比的平均所需信號Tx功率比可以看到，本發明的第二種方法在圖5A和5B所示的兩種情況下均提供了最佳性能，即使在用a和b常量值模擬時也是如此。此外，該方法的第一實施例與具有大反饋出錯率的第二實施例表現得幾乎一樣好。同樣，與上述3GPP規范TS25.214“物理層規程(FDD)”中建議的更復雜的天線檢驗算法相比，第二方法似乎還提供更佳的性能。
通常，如果沒有BS1相位滑動的先驗知識可用，則第一方法可能最佳，而在UE2可得到所述信息時，第二方法可能最佳。
雖然就本發明的最佳實施例來具體說明和描述本發明，但本領域的技術人員明白，在不脫離本發明的范圍和精神下可以在形式和細節上作出更改。
權利要求
1.一種在天線分集系統中使用戶設備(UE)可以對從基站(BS)接收的信道執行信道估計的方法，所述方法包括以下步驟計算從所述天線分集系統的一個天線接收的公共導引信道和專用導引信道之間的估計相位差；以及通過根據所述估計相位差來旋轉公共導引信道估計而確定所述信道估計，其中所述相位差是作為所述公共導引信道和所述專用導引信道之間的復系數來計算的。
2.權利要求1的方法，其特征在于所述系統是寬帶CDMA(碼分多址)系統，所述BS利用兩個天線向所述UE發送信號。
3.一種在基站(BS)使用發送天線分集的寬帶CDMA電信系統中使用戶設備(UE)可以對從所述基站的兩個天線接收的信道執行信道估計的方法，所述方法包括以下步驟計算從所述兩個天線中的一個天線接收的公共導引信道和專用導引信道之間的估計相位差；以及通過根據所述估計相位差來旋轉公共導引信道估計而確定所述信道估計，其中所述相位差是作為所述公共導引信道和所述專用導引信道之間的復系數來計算的。
4.一種在發送天線分集系統中使用戶設備(UE)可以檢驗由UE以前發送到基站(BS)的天線相移的方法，所述方法包括以下步驟使用BS旋轉角度的先驗知識，其方式是依照用于等式α^=x(m^j)]]>的復旋轉系數估計的決策規則，考慮向量x，它包括了關于所有可能旋轉角度的所述BS的復旋轉系數的所有假設；以及通過考慮所述先驗知識來評估假設m的成本函數(cost function)。
5.權利要求4的方法，其特征在于根據反饋信息按照以下公式執行評估所述假設m的所述成本函數的步驟Ω(mj)={f(x(mj),w^)ifmj≠ujf(x(mj),w^,a)ifmj=uj]]>其中，f(x(mj)是所述復旋轉假設x(mj)和估計相位差w＾的函數，uj是向量x的所述復旋轉假設的所述索引并且從所述UE發送的反饋比特算得，其中，關于假設mj＝uj用于所述估計相位差、復旋轉假設和常量a的所述函數，通過執行所述決策變量Ω(mj)，所述UE發送的所述反饋比特信息被考慮，否則(mj≠uj)并且所述決策變量作為所述相位差和所述復旋轉假設的函數被執行。
6.權利要求4的方法，其特征在于根據BS相位調整的先驗知識按照以下公式執行評估所述假設m的所述成本函數的步驟Ω(mj)={f(x(mj),w^)ifx(mj)≠-x(m^j-1)f(x(mj),w^,b)ifx(mj)=-x(m^j-1)]]>其中，f(x(mj)是所述復旋轉假設x(mj)和估計相位差w＾的函數，x(m＾j-1)是以前估計旋轉系數，其中，關于假設x(mj)＝-x(m＾j-1)用于所述估計相位差、復旋轉假設和常量b的函數，通過執行所述決策變量Ω(mj)，BS相位調整的統計數據被考慮，否則x(mj)≠-x(m＾j-1)并且所述決策變量作為所述相位差和所述復旋轉假設的函數被執行。
7.權利要求4的方法，其特征在于根據反饋信息和BS相位調整統計數據按照以下公式執行評估所述假設m的所述成本函數的步驟 其中，f(x(mj)是所述復旋轉假設x(mj)和估計相位差w＾的函數，uj是向量x的所述復旋轉假設的索引并且從所述UE發送的所述反饋比特來計算，其中，關于假設x(mj)＝-x(m＾j-1)用于所述估計相位差、復旋轉假設和常量b的函數，通過執行所述決策變量Ω(mj)，所述UE相位調整的統計數據被考慮，關于假設mj＝uj用于所述估計相位差、所述復旋轉假設和利用常量a的函數，通過執行所述決策變量Ω(mj)，所述UE發送的所述反饋比特信息被考慮，否則，所述決策變量作為所述相位差和所述復旋轉假設的函數被執行。
8.權利要求4的方法，其特征在于根據以下方法執行評估所述假設m的所述成本函數的步驟對于mj＝1到4Ω(mj)＝|x(mj)-w＾|2如果x(mj)＝-x(m＾j-1)則Ω(mj)＝bΩ(mj)如果nj＝uj則Ω(mj)＝aΩ(mj)結束其中，uj是向量x的所述復旋轉假設的索引并且從所述UE發送的反饋比特算得，其中，關于假設mj＝uj用于常量a(a＜1)，通過將所述UE發送的所述反饋比特信息乘以決策變量Ω(mj)，所述UE發送的所述反饋比特信息被考慮，關于以前估計旋轉系數-x(m＾j-1)的相位用于常量b(b＞1)，通過將BS相位調整的統計數據乘以所述決策變量Ω(mj)，計及所述BS相位調整的統計數據。
9.權利要求4的方法，其特征在于所述系統是寬帶CDMA系統，所述BS利用兩個天線向所述UE發送信號。
10.一種用于在發送天線分集系統中使用戶設備(UE)可以檢驗由所述UE以前發送到基站(BS)的天線相移的方法，所述方法包括以下步驟計算從多個發送天線的一個天線接收的公共導引信道和專用導引信道之間的估計相位差；根據BS旋轉角度的先驗知識對所述估計相位差進行量化；以及通過根據所述量化相位差來旋轉公共導引信道估計而確定所述信道估計。
11.權利要求10的方法，其特征在于通過最小化所述決策規則來確定所述BS旋轉角度的所述先驗知識m^j=argminm∈(1,2…,q)Ω(mj),]]>其中，q是可能加權值的數量，并且所述成本函數的所述決策規則Ω(mj)為Ω(mj)＝|x(mj)-w＾|其中，x(mj)是所述復旋轉假設，并且w＾是所述估計相位差。
12.權利要求10的方法，其特征在于所述系統是寬帶CDMA系統，所述BS利用兩個天線向所述UE發送信號。
全文摘要
一種在基站(BS)利用發送天線分集的寬帶CDMA電信系統中使用戶設備(UE)可以對從BS的兩個天線接收的信道執行信道估計的方法,它包括:a)計算從兩個天線之一收到的公共導引信道和專用導引信道之間的估計相位差;b)根據估計相位差來旋轉公共導引信道估計而確定信道估計,其中相位差是作為公共導引信道和專用導引信道之間的復系數算得的。另一方面,一種用于發送天線分集系統中使UE可檢驗由UE以前發送給BS的天線相移的方法,它包括:a)使用BS旋轉角度的先驗知識,其方式是:根據用于復旋轉系數的估計的決策規則,考慮向量x,它包括關于所有可能旋轉角度的BS復旋轉系數的所有假設;b)通過考慮先驗知識來評估假設m的成本函數。
文檔編號H04B7/06GK1345136SQ0114117
公開日2002年4月17日 申請日期2001年9月26日 優先權日2000年9月26日
發明者K·帕于科斯基, I·克斯基塔洛, E·奧蒂奧, P·金努寧 申請人:諾基亞移動電話有限公司