專利名稱：無線通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及增加移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)容量的方法，特別涉及改善移動電信系統(tǒng)中隨時間變化的媒介的可預(yù)測性的方法。
背景技術(shù)：
移動電信的最新發(fā)展允許利用例如通用移動電話系統(tǒng)(UMTS，UniversalMobile Telephone System)，也被稱為3G的無線系統(tǒng)中的可用信道容量的更大部分。與采用高斯最小頻移鍵控(GMSK，Gaussian minimum Frequency ShiftKeying)或正交相移鍵控(QPSK，Quadrature Phase Shift Keying)的傳統(tǒng)方案相比，使用較高階調(diào)制，例如64-QAM，增加了發(fā)送比特的數(shù)量(發(fā)射機(jī)容量)。然而，由于星座點(constellation point)間隔更近，為固定誤碼率付出的代價是發(fā)射機(jī)功率的增加，這是為了實現(xiàn)接收機(jī)所需的較高信噪比(SNR)所必需的。于是，發(fā)射機(jī)容量的增加導(dǎo)致所發(fā)送信號功率的增加。這又導(dǎo)致了附加的干擾和噪聲，并且減少了移動網(wǎng)絡(luò)中其他用戶的接收機(jī)的SNR。結(jié)果，不得不增加那些用戶的發(fā)送功率以補(bǔ)償附加的干擾和噪聲，并且這會引起小區(qū)內(nèi)干擾的進(jìn)一步增加，從而導(dǎo)致移動網(wǎng)絡(luò)的小區(qū)容量減少。
無線網(wǎng)絡(luò)的容量和性能也受到隨時間變化的媒介，也被稱為衰落信道的狀態(tài)的影響。于是，如果信道狀態(tài)較差，就會因為該信道在衰落使得接收信號非常弱，也就是說信號被衰減了。信道容量能夠使用Shannon的公知公式來計算，該公式表明信道容量是SNR的函數(shù)。在這個關(guān)系中，因為發(fā)射機(jī)容量的增加造成比特差錯的增加，所以信道容量是限制因子。實質(zhì)上，通過將發(fā)射機(jī)容量設(shè)置成與信道容量相等，可以獲得最大的無差錯比特吞吐量。
可以通過已知的方法例如自適應(yīng)調(diào)制、注水(water-pouring)或多用戶分集來實現(xiàn)移動電信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)容量的增加。使用自適應(yīng)調(diào)制，如果接收機(jī)告知發(fā)射機(jī)它的SNR值，發(fā)射機(jī)選擇產(chǎn)生高發(fā)射機(jī)容量的調(diào)制方案。例如，依賴于分級SNR值，發(fā)射機(jī)選擇8-PSK、16-QAM或更高調(diào)制方案，并且還可以調(diào)整發(fā)射機(jī)功率。
多用戶分集是用于蜂窩式系統(tǒng)的方法，其中在信道狀態(tài)較好時為請求數(shù)據(jù)的用戶(移動設(shè)備)服務(wù)。這會需要在發(fā)射機(jī)(基站)中執(zhí)行調(diào)度處理。然而，更重要的是，不能夠立即為每個用戶服務(wù)，因此對于高效系統(tǒng)來說，需要提前預(yù)測每個用戶的信道狀態(tài)。這樣，多用戶分集能夠?qū)崿F(xiàn)的最大網(wǎng)絡(luò)容量依賴于預(yù)測信道的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種預(yù)測蜂窩式移動電信系統(tǒng)的信道狀態(tài)的改進(jìn)方法。
本發(fā)明提供一種預(yù)測移動通信設(shè)備的信道狀態(tài)的方法，該方法包括如下步驟a)根據(jù)移動通信設(shè)備所接收的信號的預(yù)定參數(shù)，選擇多個預(yù)測算法中的一個；以及b)使用所選的預(yù)測算法來預(yù)測在將來的預(yù)定時間的信道狀態(tài)。
有利的是，所述預(yù)定參數(shù)是接收信號的多普勒頻率。在這種情況下，該方法還可以包括步驟將接收信號的多普勒頻譜分段為多個頻帶，每個頻帶與各個預(yù)測算法中的一個相關(guān)。
可替換地，所述預(yù)定參數(shù)是移動通信設(shè)備的速度。在這種情況下，可以將移動通信設(shè)備的速度鏈接到多普勒頻率。
在優(yōu)選實施例中，該方法還包括如下步驟c)根據(jù)接收信號中的復(fù)數(shù)信道狀態(tài)信息(CSI，channel state information)采樣的連續(xù)流，定義一個矢量；d)將該矢量存儲在移動通信設(shè)備的存儲器中；e)使用所選的預(yù)測算法來讀取矢量；以及f)輸出預(yù)測的在將來的預(yù)定時間的信道狀態(tài)。
最好是，其中將來的預(yù)定時間是下一個CSI采樣的時間，步驟f)輸出預(yù)測的信道狀態(tài)作為由所選預(yù)測算法預(yù)測的下一個CSI采樣的值?？商鎿Q地，其中將來的預(yù)定時間是將來的N次采樣，步驟d)中存儲的矢量被更新(N-1)次，以及預(yù)測的信道狀態(tài)是所述更新之后由所選的預(yù)測算法預(yù)測的CSI采樣的值。在后一種情況下，可以如下執(zhí)行(N-1)次更新步驟g)將步驟f)的輸出饋送到存儲器以更新所述矢量；
h)使用所選預(yù)測算法來讀取被更新的矢量；i)輸出預(yù)測的下一個CSI采樣的值；以及重復(fù)步驟g)到i)直到已經(jīng)進(jìn)行了(N-1)次更新為止。
本發(fā)明還提供一種移動通信設(shè)備，具有用于預(yù)測通信信道的狀態(tài)的信道預(yù)測器，該信道預(yù)測器包括a)處理部件，用于根據(jù)移動通信設(shè)備所接收的信號的預(yù)定參數(shù)，選擇多個信道狀態(tài)預(yù)測算法中的一個；和b)用于運(yùn)行所選預(yù)測算法以預(yù)測在將來的預(yù)定時間的信道狀態(tài)的部件。
有利的是，所述預(yù)定參數(shù)是多普勒頻率，并且該設(shè)備還包括用于估計接收信號的多普勒頻率的多普勒估計器。在這種情況下，多普勒估計器將接收信號的多普勒頻譜分段為多個頻帶，每個所述頻帶與各個預(yù)測算法中的一個相關(guān)。
在優(yōu)選實施例中，所述處理部件包含用于根據(jù)接收信號中的CSI采樣的連續(xù)流定義一個矢量的部件；用于將該矢量存儲在設(shè)備的存儲器中的部件；用于使用所選的預(yù)測算法來讀取矢量的部件；和用于輸出預(yù)測的在將來的預(yù)定時間的信道狀態(tài)的部件。
最好是，其中將來的預(yù)定時間是下一個CSI采樣的時間，處理部件例如輸出預(yù)測的信道狀態(tài)作為由所選預(yù)測算法預(yù)測的下一個CSI采樣的值。可替換地，其中將來的預(yù)定時間是將來的N次采樣，處理部件使存儲在存儲器中的矢量被更新(N-1)次，并且預(yù)測的信道狀態(tài)是更新之后由所選預(yù)測算法預(yù)測的CSI采樣的值。


下面將參照附圖，以示例方式，更詳細(xì)地說明本發(fā)明，其中圖1是蜂窩式移動電信系統(tǒng)的移動終端的方框圖；圖2是形成圖1的移動終端的部分的自適應(yīng)預(yù)測器的方框圖；和圖3是說明圖2的信道預(yù)測器的選擇處理的曲線圖。
具體實施例方式
參照附圖，圖1簡要示出蜂窩式移動電信系統(tǒng)的移動終端1。該移動終端1包括射頻(rf)前端2和基帶處理單元3。rf前端2具有用于接收和發(fā)送信號的天線4、用于將從基帶處理單元3的輸出端3b提供的信號發(fā)送到另一個接收機(jī)的輸入端2a，以及基帶處理單元3的輸入端3a從rf前端的輸出端2b接收信號。
經(jīng)由輸入端3a進(jìn)入基帶處理單元3的信號被傳送到解調(diào)單元5。解調(diào)單元5的輸出傳送到解碼單元6，接著傳送到去映射單元7。去映射單元7在8處輸出的數(shù)據(jù)傳送到移動終端1的耳機(jī)(未示出)的揚(yáng)聲器(未示出)，或者傳送到該數(shù)據(jù)要被傳送到的任何接收器(例如較高層)。來自移動終端1的麥克風(fēng)(未示出)的話音數(shù)據(jù)(或其他數(shù)據(jù))在9處進(jìn)入基帶處理單元3，并且傳送到數(shù)據(jù)映射單元10。數(shù)據(jù)映射單元10的輸出傳送到編碼單元11，接著傳送到調(diào)制單元12。調(diào)制單元12的輸出從基帶處理單元3的輸出端3b傳送到rf前端2的輸入端2a，以便傳送到移動電信系統(tǒng)的基站(未示出)。如上所述的基帶處理單元3是傳統(tǒng)的。
然而，基帶處理單元3還包括用于實施本發(fā)明的部件。特別是，經(jīng)由輸入端3a進(jìn)入基帶處理單元3的信號還傳送到估計部件13，估計部件13包含信道估計部件13a和多普勒頻率估計部件13b，它們的輸出都被傳送到信道預(yù)測器14，以下將參照圖2對此進(jìn)行更詳細(xì)的說明。信道估計部件13a的輸出還傳送到解調(diào)單元5。信道預(yù)測器14的輸出傳送到數(shù)據(jù)映射單元10，數(shù)據(jù)映射單元10將預(yù)測的信道狀態(tài)和來自麥克風(fēng)的映射數(shù)據(jù)一起輸出到編碼單元11，接著到調(diào)制單元12，然后到(rf)前端2。
以此方式，信道預(yù)測器14的輸出被直接或間接地轉(zhuǎn)送回移動電信系統(tǒng)的基站。在這種關(guān)系中，術(shù)語“直接”指的是輸出被以其初始形式發(fā)送回基站，而術(shù)語“間接”指的是輸出被用于例如根據(jù)查找表(LUT)來計算另一個度量，接著將該度量返回到基站。根據(jù)LUT獲得的該后一術(shù)語被稱為UMTS界中的信道質(zhì)量指示符(CQI，channel quality indicator)，盡管可以使用其他術(shù)語。
當(dāng)移動終端1在天線4處接收信號時，該信號在rf前端2中被處理。rf前端2的輸出是在天線4處接收的模擬信號的數(shù)字表示。如上所述數(shù)字化采樣值被饋送到基帶處理單元3中。這里，應(yīng)該注意，系統(tǒng)特定數(shù)量的采樣值表示數(shù)據(jù)的一幀，數(shù)據(jù)的一幀包括實際信息比特(數(shù)據(jù))、由于信道編碼的冗余比特、控制比特和用于使系統(tǒng)運(yùn)行的其他可能的系統(tǒng)相關(guān)比特。解調(diào)單元5解調(diào)采樣值的流，以便獲得成功解碼幀所需的軟判決。后續(xù)的去映射單元7提取幀中不同類型的比特，例如信息比特和控制比特。然而，由于提供了估計部件13和信道預(yù)測器14，解調(diào)單元5需要來自信道估計部件13a的輸出，以便成功解調(diào)接收的采樣值。
現(xiàn)在將參照圖2說明信道預(yù)測器14的操作。信道預(yù)測器14具有輸入端15、開關(guān)16、第一和第二移位寄存器17和18、處理器19和加法器20。處理器19包含軟件，該軟件包含多個預(yù)測算法，典型地包含以下將參照圖3說明的三個算法A、B和C。算法可以是Rudolph Tanner和Witold Krzymien的文章“A Comparison of Fading Channel State Prediction Techniques”，無線會刊02，Calgery，Vol.I，第312-317頁，2002中所述的類型?？商鎿Q地，那些算法可以被任何其他能夠預(yù)測時間序列的將來狀態(tài)的算法代替。
信道估計部件13a產(chǎn)生復(fù)數(shù)的信道狀態(tài)信息(CSI)采樣值 的連續(xù)流，該連續(xù)流經(jīng)由輸入端15進(jìn)入預(yù)測器14。矢量 表示具有M個采樣值的CSI集，并且T表示矢量轉(zhuǎn)置。矢量 表示最新的CSI以及 表示最老的采樣。預(yù)測器14利用包含在h中的信息，并且使用任何一種適當(dāng)?shù)囊阎椒▉碛嬎阌?表示的下一個CSI。
這樣，信道估計部件13a在時間t經(jīng)由處于位置X的開關(guān)16，將最新的CSI 饋送到包含矢量h的移位寄存器17中。處理器19讀取h，并且選擇一個可用的算法，例如算法A。算法選擇處理由參數(shù)Z的值來控制，參數(shù)Z是多普勒估計部件13b的輸出。規(guī)則是這樣，相對于Z的值選擇最佳預(yù)測算法。系統(tǒng)還將h本地復(fù)制到移位寄存器18中用于將來的使用。
預(yù)測算法A輸出預(yù)測的下一個采樣值 該值再被用于計算一個誤差，以便在處理器19內(nèi)更新、訓(xùn)練或調(diào)整預(yù)測算法。
現(xiàn)在，如果預(yù)測器14需要預(yù)測在時間上提前超過一個采樣的CSI，則開關(guān)16被移到位置Y。然后處理器19的輸出被反饋到輸入端，并且整個預(yù)測系統(tǒng)以迭代方式工作，直到計算出與所需預(yù)測時間最近的采樣值為止。例如，如果CSI采樣率為1ms，并且我們需要提前預(yù)測30ms，則將執(zhí)行29次迭代循環(huán)。
一旦預(yù)測出所需的將來采樣值，系統(tǒng)需要被重新初始化。在預(yù)測處理的最后，移位寄存器17將被刷新，并且本地存儲(在移位寄存器18中)的h值將從移位寄存器18被裝載到移位寄存器17中。接著，開關(guān)16將被返回到位置X，并且最新的CSI被裝載到或移位到移位寄存器17中。
現(xiàn)在將參照圖3說明選擇預(yù)測算法的方式，圖3是圖示信號功率對多普勒頻率的曲線圖。最大預(yù)期多普勒頻率(例如100Hz)由fDmax表示，以及整個多普勒頻譜被分段為由a、b和c標(biāo)出的三個頻帶。這些頻帶中的每一個被指定一個相應(yīng)的預(yù)測算法A、B和C。為了說明的目的，假設(shè)由多普勒估計部件13b估計的多普勒頻率為ZHz(參數(shù)Z)。如從圖3可見，因為Z在頻帶a內(nèi)，自適應(yīng)預(yù)測器14將選擇預(yù)測算法A，其中預(yù)測算法A在頻帶a內(nèi)執(zhí)行效果最佳。分段多普勒頻譜的方式構(gòu)成系統(tǒng)設(shè)計研究的一部分，模擬用于每個預(yù)測算法的最佳帶寬。接著，何時采用何種預(yù)測算法的知識被“硬編碼”到信道預(yù)測器14中。
很明顯，可以對上述移動電信設(shè)備進(jìn)行修改。例如，代替使用多普勒頻率估計用于參數(shù)Z，可以使用速度傳感器或任何有助于選擇最佳預(yù)測算法的其他估計。而且，代替使用專用信道估計部件，還有可能通過其他部件獲得信道估計，例如通過聯(lián)合解碼及信道估計部件。在移動通信設(shè)備構(gòu)成基于CDMA的移動電信系統(tǒng)的一部分的情況下，解調(diào)單元5可以是瑞克接收機(jī)，但是也可以使用其他類型的解調(diào)器，在該系統(tǒng)不是CDMA系統(tǒng)的情況下尤其如此。
很明顯，本發(fā)明的信道預(yù)測方案改進(jìn)了所預(yù)測信道狀態(tài)和SNR的質(zhì)量，并因此帶來了網(wǎng)絡(luò)容量的增加。而且，對于每個可能的多普勒頻率改變的情形，采用最適當(dāng)?shù)念A(yù)測算法以便提高信道的將來狀態(tài)的質(zhì)量。而且，所采用的算法易于實施，因為它們無需進(jìn)行矩陣求逆的頻繁計算，這是由于如果需要矩陣求逆，它可被存儲在查找表中。
無論何時通信系統(tǒng)中需要進(jìn)行預(yù)測，或者在需要進(jìn)行SNR預(yù)測的地方，都能夠使用本發(fā)明。特別是，本發(fā)明還分別特別用于CDMA 2000網(wǎng)絡(luò)和WCDMA(UMTS)網(wǎng)絡(luò)中的高速數(shù)據(jù)(HDR)和高速數(shù)據(jù)分組接入(HSDPA，high speed data packet access)業(yè)務(wù)。本發(fā)明還可被用于需要進(jìn)行預(yù)測的閉環(huán)功率控制系統(tǒng)和基于時間編碼的系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種預(yù)測移動通信設(shè)備的信道狀態(tài)的方法，所述方法包括如下步驟a)根據(jù)所述移動通信設(shè)備所接收的信號的預(yù)定參數(shù)，選擇多個預(yù)測算法中的一個；以及b)使用所選的預(yù)測算法，預(yù)測在將來的預(yù)定時間的信道狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述預(yù)定參數(shù)是所述接收信號的多普勒頻率。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，還包括步驟將接收信號的多普勒頻譜分段為多個頻帶，每個頻帶與所述各個預(yù)測算法中的一個相關(guān)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述預(yù)定參數(shù)是所述移動通信設(shè)備的速度。
5.如權(quán)利要求1到4中的任何一項所述的方法，還包括如下步驟c)根據(jù)接收信號中的復(fù)數(shù)信道狀態(tài)信息采樣的連續(xù)流，定義一個矢量；d)將所述矢量存儲在所述移動通信設(shè)備的存儲器中；e)使用所選的預(yù)測算法來讀取所述矢量；以及f)輸出預(yù)測的在將來的所述預(yù)定時間的信道狀態(tài)。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述將來的預(yù)定時間是下一個CSI采樣的時間，步驟f)輸出預(yù)測的信道狀態(tài)作為由所選預(yù)測算法預(yù)測的下一個CSI采樣的值。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述將來的預(yù)定時間是將來的N次采樣，步驟d)中存儲的矢量被更新(N-1)次，以及所述預(yù)測的信道狀態(tài)是所述更新之后由所選預(yù)測算法預(yù)測的CSI采樣的值。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，如下執(zhí)行所述(N-1)次更新步驟g)將步驟f)的輸出饋送到所述存儲器中以更新所述矢量；h)使用所選預(yù)測算法來讀取被更新的矢量；i)輸出預(yù)測的下一個CSI采樣的值；以及重復(fù)步驟g)到i)直到已經(jīng)進(jìn)行了(N-1)次更新為止。
9.一種移動通信設(shè)備，具有用于預(yù)測通信信道的狀態(tài)的信道預(yù)測器，所述信道預(yù)測器包括a)處理部件，用于根據(jù)由所述移動通信設(shè)備接收的信號的預(yù)定參數(shù)，選擇多個信道狀態(tài)預(yù)測算法中的一個；和b)用于運(yùn)行所選預(yù)測算法來預(yù)測在將來的預(yù)定時間的信道狀態(tài)的部件。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中，所述預(yù)定參數(shù)是多普勒頻率，以及所述設(shè)備還包括用于估計接收信號的多普勒頻率的多普勒估計器。
11.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中，所述多普勒估計器將接收信號的多普勒頻譜分段為多個頻帶，每個所述頻帶與所述各個預(yù)測算法中的一個相關(guān)。
12.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中，所述預(yù)定參數(shù)是所述移動通信設(shè)備的速度。
13.如權(quán)利要求9到12中的任何一項所述的設(shè)備，其中，所述處理部件包括用于根據(jù)接收信號中的CSI采樣的連續(xù)流定義一個矢量的部件；用于將所述矢量存儲在所述設(shè)備的存儲器中的部件；用于使用所選預(yù)測算法來讀取所述矢量的部件；和用于輸出預(yù)測的在將來的預(yù)定時間的信道狀態(tài)的部件。
14.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中，所述將來的預(yù)定時間是下一個CSI采樣的時間，所述處理部件輸出預(yù)測的信道狀態(tài)作為由所選預(yù)測算法預(yù)測的下一個CSI采樣的值。
15.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中，所述將來的預(yù)定時間是將來的N次采樣，所述處理部件使存儲在所述存儲器中的所述矢量被更新(N-1)次，并且所述預(yù)測的信道狀態(tài)是在所述更新之后由所選預(yù)測算法預(yù)測的CSI采樣的值。
全文摘要
一種預(yù)測移動通信設(shè)備的信道狀態(tài)的方法，包括如下步驟根據(jù)由移動通信設(shè)備接收的信號的預(yù)定參數(shù)，選擇多個預(yù)測算法中的一個；以及使用所選預(yù)測算法來預(yù)測在將來的預(yù)定時間的信道狀態(tài)。
文檔編號H04L25/03GK1543085SQ20041003157
公開日2004年11月3日 申請日期2004年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月27日
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