Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДОСТОВЕРНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕСОВЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ В СИСТЕМЕ CDMA С ПОМЕХАМИ

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение, в целом, имеет отношение к гибкому масштабированию при обработке сигнала связи и, более конкретно, имеет отношение к гибкому масштабированию на основе распределения по времени помех.

Уровень техники

Системы множественного доступа с кодовым разделением (CDMA), работающие с высокими скоростями передачи данных, теряют часть свойственной им защиты от внутрисотовых и межсотовых помех, поскольку при уменьшении коэффициента разнесения сокращается усиление разнесения. Такие системы CDMA с прямой последовательностью (DS-CDMA), такие как системы, совместимые с шестой и седьмой редакциями (ReI6, ReI7) стандарта широкополосного CDMA (WCDMA) и EV-DO (эволюционировавшей оптимизированной передачей данных), разработаны для использования CDMA для устойчивого к ошибкам устранения помех. Внутрисотовые помехи причиняют затруднения, в частности, по направлению восходящей линии связи (то есть, по маршруту передачи от мобильной станции на базовую станцию), поскольку при этом передача по восходящей линии связи является несинхронизированной. Межсотовые помехи могут быть сокращены посредством использования способа множественного доступа с временным разделением (TDMA) по направлению восходящей линии связи. WCDMA предусматривает, в узком понимании, TDMA, в котором пользователи могут быть синхронизированы по направлению нисходящей линии связи (то есть, по маршруту от базовой станции к мобильной станции) сходным с TDMA способом, с разрешением в 256 чипов (элементарных сигналов), где чип является фундаментальным блоком передачи в системах CDMA. Тогда в направлении восходящей линии связи пользователи могут планироваться сходным с TDMA способом, посредством раздельного по времени размещения различных пользовательских передач в восходящей линии связи. Свободное планирование TDMA разрешает высокие скорости передачи данных по направлению восходящей линии связи при достижении очень высокой спектральной эффективности (при условии потока трафика полноразмерного буфера).

Однако, при некоторых условиях, как признается Заявителями, несколько передач пользователей могут накладываться друг на друга во время некоторой части одного и того же временного интервала передачи (TTI). Наложение сигналов происходит в начале и/или в конце TTI, вызывая очень высокие пики помех. Схожая ситуация происходит при использовании приемника с многопользовательским детектированием, в котором помехи, связанные с одним или несколькими радиоканалами, устраняются перед обнаружением и декодированием сигнала конкретного пользователя. Эффективность устранения зависит от того, насколько хорошо регенерируются сигналы помех, связанные с другими радиоканалами, что, в свою очередь, зависит от производительности декодирования радиоканалов. В течение временных интервалов с низкой эффективностью устранения, декодирование представляющего интерес пользовательского сигнала может подвергаться очень высоким пикам помех.

Приемники вычисляют помехи посредством гибкого масштабирования принятых сигналов. Гибкое масштабирование является техническим приемом достоверного определения весовых коэффициентов, где вычисляется уровень имеющихся помех в принятом сигнале. Чем выше помехи, тем менее надежны значения сигнала в принятом сигнале и, следовательно, значениям сигнала задаются меньшие весовые коэффициенты. Обратный процесс применяется, если помехи менее высоки, поскольку значения сигнала более надежны. Автоматическая регулировка усиления (AGC) является одним из типов гибкого масштабирования. AGC применяет увеличение динамического диапазона приемника посредством масштабирования значений принятого сигнала до предварительно определенного уровня. Объединение максимального отношения (MRC) является другим подходом к гибкому масштабированию, в котором принятые немодулированные сигналы распространяются через несколько каналов и антенн с целью максимизации отношения сигнал-шум (плюс помехи) на выходе объединителя. Более продвинутые приемники, такие, как G-RAKE (универсальный RAKE-приемник) (универсальный приемник, осуществляющий многолучевое разнесение) определяют весовые коэффициенты значений сигнала посредством корреляционной матрицы искажений, которая является функцией от принятой мощности помех.

В каждом из этих подходов к гибкому масштабированию, коэффициенты масштабирования, или весовые коэффициенты, обычно определяются на основе измерений принятых сигналов в пределах предварительно определенного периода усреднения. Помехи сглаживаются в течение долгого периода времени, если используется большой период усреднения. Однако большой период усреднения выдает такие коэффициенты масштабирования, которые являются нечувствительными к мгновенным или быстрым изменениям пиков помех. Кроме того, приемник медленно приспосабливается к пикам помех, если используется большой период усреднения, что приводит к потере производительности вследствие неправильного или смещенного масштабирования. С другой стороны, малый период усреднения более точно собирает данные о влиянии быстро изменяющихся пиков помех. Однако малый период усреднения приводит к большим колебаниям коэффициентов масштабирования, если пиков помех в сигнале нет вообще, или если они не являются доминирующими. Для получения желаемого сигнала, может использоваться фильтрация для сглаживания помех. Однако если помехи являются импульсными и очень сильными, то при фильтрации источник помех распространяется на все полезные выборки сигнала, даже если до фильтрации эти выборки сигнала не были испорчены источником помех. Соответственно, оценка быстро изменяющихся помех делает весьма трудным точное гибкое масштабирование.

Раскрытие изобретения

В соответствии со способами и устройствами, описанными в настоящем документе, представляющий интерес принятый сигнал обрабатывается посредством определения распределения по времени пиков помех в представляющем интерес принятом сигнале. Приемники могут определять, когда ожидается возникновение определенных типов пиков помех, например, на основе того, когда запланирована передача данных различными пользователями в течение перекрывающейся части одного и того же временного интервала передачи, или если значительно изменяется эффективность устранения помех. Информация о распределении по времени помех используется приемником для гибкого масштабирования значений сигнала, получаемых из представляющего интерес принятого сигнала, совпадающих с пиками помех, отдельно от оставшихся значений сигнала. Таким образом, быстро изменяющаяся мощность помех может точно отслеживаться в течение периодов известных пиков помех, и в то же время точно отслеживается медленно изменяющаяся мощность помех в течение других периодов.

В одном варианте осуществления, в процессе гибкого масштабирования используется первая оценка помех для определения весовых коэффициентов представляющих интерес принятых сигналов, если в принятом сигнале не ожидается возникновения пиков помех. Первая оценка помех отражает мощность внутрисотовых и/или межсотовых помех, и она может быть усреднена по более длинному промежутку времени. И далее, в процессе гибкого масштабирования используется вторая оценка помех для определения весовых коэффициентов значений сигнала, совпадающих с пиками помех. Вторая оценка помех отражает быстро изменяющиеся импульсы мощности помех, и не усредняется по более длинным промежуткам времени, как первая оценка помех. Процесс гибкого масштабирования возвращается к первой оценке помех каждый раз, когда спадает пик помех (например, посредством повторного запуска процесса оценки помех или изменения существующей ранее оценки, соответственно). Таким образом, внесение изменений в гибкое масштабирование позволяет приемнику точно отслеживать быстро изменяющуюся мощность помех во время периодов известных пиков помех, и в то же время точно отслеживать медленно изменяющуюся мощность помех во время других периодов.

Разумеется, настоящее изобретение не ограничивается вышеупомянутыми характерными особенностями и преимуществами. Специалисты в данной области техники обнаружат дополнительные характерные особенности и преимущества после прочтения нижеследующего подробного описания осуществления изобретения, и после рассмотрения сопроводительных чертежей.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 является блок-схемой варианта осуществления беспроводного приемника.

Фиг.2 является схемой последовательности операций варианта осуществления способа обработки представляющего интерес принятого сигнала.

Фиг.3 является блок-схемой интервалов TTI, содержащих периоды многопользовательского перекрытия.

Фиг.4 является временной диаграммой, изображающей пики помех, возникающие в представляющем интерес сигнале, если значительно изменяется эффективность устранения.

Осуществление изобретения

Фиг.1 изображает вариант осуществления приемника 100 включенного в состав такого устройства беспроводной связи, как базовая станция или мобильное устройство (не показаны). В соответствии с этим вариантом осуществления, приемник 100 включает в себя аналого-цифровой преобразователь 102 (ADC), канальный фильтр 104, модуль 106 автоматической регулировки усиления (AGC), демодулятор 108, преобразователь 110 символов в биты, декодирующее устройство 112, модуль 114 гибкого масштабирования и модуль 116 оценки помех. Компоненты 102-116 приемника могут быть реализованы в аппаратных средствах, программных средствах или каким-либо их сочетанием, например, с использованием одного или нескольких процессоров немодулированных сигналов, процессоров DSP (цифровых сигнальных процессоров), микросхем ASIC (специализированных интегральных микросхем), и т.д. Приемник 100 получает значения сигнала из представляющего интерес принятого сигнала r(t) и использует модуль 114 гибкого масштабирования для определения весовых коэффициентов значений сигнала. На любом желаемом этапе, в цепи приемника могут быть определены весовые коэффициенты значений сигнала, как указано пунктирными линиями на Фиг.1. Например, весовые коэффициенты значений сигнала могут быть определены перед вводом в канальный фильтр 104. Альтернативно, значения сигнала могут быть гибко масштабированы перед процессом регулировки AGC, или в как часть процесса регулировки AGC. Еще в одном варианте осуществления, гибкое масштабирование может выполняться посредством демодулятора 108, например, если приемник 100 реализован в качестве GRAKE-приемника, как описывается ниже в настоящем документе. Гибкое масштабирование также может выполняться после демодулятора 108, например, над значениями символов после обратного расширения, выводимыми демодулятором 108, или над значениями «гибких» битов, выводимыми преобразователем 110 символов в биты.

В каждом случае, определение весовых коэффициентов применяется к значениям сигнала в зависимости от того, находится ли представляющий интерес принятый сигнал под влиянием быстрого или медленного изменения мощности помех в конкретный момент времени. Для этого, приемник 100 определяет распределение по времени имеющихся пиков помех в представляющем интерес принятом сигнале, например, как изображается посредством этапа 200 на Фиг.2. В одном варианте осуществления, информация о планировании, известная приемнику 100, может быть использована для определения того, какие временные интервалы передачи предназначаются различным пользователям. Кроме того, информация о распределении по времени на уровне чипов может использоваться для своевременного определения того, когда ожидается появление вносящих помехи пользователей. Появление пиков помех может ожидаться в течение периодов наложения сигналов друг на друга, в связи с тем, что несколько пользовательских передач могут происходить в одно и то же время. Например, пики помех могут ожидаться для пользователей WCDMA в начале и/или в конце одного и того же TTI, если пользователи планируются свободно, аналогично способу TDMA, как показано на Фиг.3. Фиг.3 изображает пример трех различных пользователей (Пользователь 1, Пользователь 2 и Пользователь 3), спланированных на восходящей линии связи при WCDMA. Сигналы с высокими помехами генерируются, если пользователям назначаются высокие скорости передачи данных, например, в соответствии с шестой и седьмой редакциями WCDMA. Приемник 100 предупреждается о том, когда пользователям разрешена передача сигнала с увеличенной до допустимого предела мощностью. Пользователи могут планироваться для передачи в различных временных интервалах, например в различных TTI. На Фиг.3 третий пользователь спланирован на передачу в течение временных интервалов t1 и t4, второй пользователь - в течение временного интервала t3, а первый пользователь - в течение временного интервала t2. Однако если пользователи не выстроены в последовательность (с точки зрения приемника), например по причине различных задержек в распространении, то сигналы, передаваемые посредством различных пользователей, будут перекрываться. Например, Фиг.3 показывает, что конец интервала t2 накладывается по времени на начало интервала t3. Также, конец последнего TTI передачи пользователя 1 вносит помехи в начало первого TTI передачи пользователя 2 в течение этого периода перекрытия. С другой стороны, временные интервалы t3 и t4 расположены раздельно по времени, предотвращая наложение между сигналами пользователей. Другие сигналы пользователей могут перекрываться в начале и/или в конце интервалов TTI.

В другом варианте осуществления, приемник 100 идентифицирует, когда значительно изменяется эффективность устранения помех, что вызывает резкие изменения в помехах, имеющихся в представляющем интерес принятом сигнале, как это, например, изображено посредством этапа 200 на Фиг.2. Этот вариант осуществления изображается посредством Фиг.4, в которой сигнал создающей помехи линии 401 связи декодируется, в то время как принятый сигнал, включающий в себя представляющую интерес линию 402 связи, сохраняется. Создающая помехи линия 401 связи регенерируется и устраняется 403 из сохраненного принятого сигнала 404, перед обнаружением и декодированием сигнала представляющей интерес линии 402 связи. Регенерация создающей помехи линии 401 связи зависит от производительности декодирования. Могут существовать сегменты 405 создающей помехи линии 401 связи, декодированные неэффективно. Это приведет к образованию соответствующих сегментов 406 сигнала представляющей интерес линии 402 связи, подвергнутых пикам помех.

Приемник 100 осведомлен о планировании пользователя и эффективности устранения помех и использует эту информацию для определения того, когда ожидаются пики помех. Приемник 100 использует информацию о распределении по времени пиков помех, чтобы корректировать то, какие весовые коэффициенты значений сигнала, полученных из представляющего интерес принятого сигнала, задаются модулем 114 гибкого масштабирования. Отдельно от оставшихся значений сигнала гибко масштабируются значения сигнала, совпадающие с пиками помех, как, например, изображено посредством этапа 202 на Фиг.2. Таким образом, приемник 100 точно вычисляет известные пики помех во время периодов быстрого изменения мощности помех, без неблагоприятного влияния на производительность приемника во время периодов более медленного изменения мощности помех.

В одном варианте осуществления, гибко масштабируются значения сигнала на основе первой оценки помех, усредненной по предварительно определенному периоду времени, когда передачи сигналов, связанные с представляющим интерес пользователем, не планируются так, что накладываются на передачи сигналов, связанные с другим пользователем. Когда передачи сигналов различных пользователей планируются так, что перекрываются друг с другом, то значения сигнала гибко масштабируются с использованием второй оценки помех. В одном варианте осуществления, гибко масштабируются значения сигнала, совпадающие с известным пиком помех, посредством оценки мощности сигналов различных пользователей и расчета вторых оценок помех на основе различных оценок мощности сигналов. Например, вторая оценка помех может быть основана на отношениях сигнал-помеха (плюс шум) (SIR), рассчитываемых для различных создающих помехи пользователей из оценок мощности сигналов.

В одном варианте осуществления, первая оценка помех задается как:

I1=N0+I0 (1)

где N0 является оценкой теплового шума, а I0 представляет медленно изменяющиеся помехи. Тогда, вторая оценка помех может рассчитываться на основе:

(2)

где Ec является оценкой мощности для вносящего помехи пользователя, а α является известной величиной, имеющей отношение к способности приемника 100 к подавлению помех, например, коэффициентом разнесения. Мощность сигнала различных пользователей может оцениваться на основе максимальной скорости передачи данных, назначенной для различных пользователей. В одном варианте осуществления, приемник 100 оценивает мощность данного пользователя на основе скорости передачи данных, назначенной пользователю, и уровня помех. Например, приемнику 100 известно, какая мощность необходима для достижения определенного качества для назначенной скорости передачи. В другом варианте осуществления, приемник 100 может оценивать мощность пользователя на основе того, что было запланировано.

Таким образом, для достижения определенной скорости передачи данных необходимо конкретное SIR(rate). Приемник 100 задает "фоновые" помехи для первой оценки I1 помех. Оценка мощности Ec источника помех становится:

Ec = SIR(rate)*I1 (3)

Тогда, вторая оценка помех I2 (то есть, помехи во время "пика") может рассчитываться посредством заданного отношения:

(4)

Тогда, гибкое масштабирование осуществляется посредством умножения принятых значений сигнала на в течение временного интервала, соответствующего пику помех, например, в течение перекрывающейся части временных интервалов t2 и t3 на Фиг.3.

Степень гибкого масштабирования определяется на основе отношения . Если скорость передачи данных помех мала, то уравнение (4) сокращается до I1=I2, и не применяется никакого дополнительного масштабирования. Если скорость передачи данных помех высока, то I2 является очень большим. Следовательно, , и гибкие значения сигнала могут задаваться равными нулю в течение перекрывающихся интервалов. Этот подход улучшает точность выходного значения декодера для пиков помех малой длительности. Пики помех большей длительности могут обрабатываться другими способами, как раскрывается в настоящем документе, для предотвращения обнуления слишком многих значений сигнала в приемнике 100, и вызывания формирования ошибок декодирования декодирующим устройством 112.

Если скорость передачи данных у желательного пользователя и скорость передачи данных помех сходны, то оценка мощности создающего помехи пользователя является приблизительно равной оценке мощности представляющего интерес пользователя . При таких условиях, уравнение (4) становится:

(5)

Соответственно, степень масштабирования может определяться как:

(6)

В каждом из этих вариантов осуществления, приемник 100 определяет весовые коэффициенты значений сигнала, которые совпадают с пиком помех, в соответствии с оценками мощности сигнала.

Приемник 100 может быть реализован в качестве GRAKE-приемника или другого типа приемника, такого как RAKE-приемник, DFE (выравниватель с решающей обратной связью), выравниватель чипов, согласованный отбеливающий фильтр и т.д. GRAKE-приемники объединяют значения сигнала, подвергнутого обратному расширению, для устранения помех и увеличения желаемого компонента сигнала. Значения сигнала после обратного расширения объединяются с использованием объединения весовых коэффициентов. Оценки каналов и оценки корреляции искажений используются для формирования объединенных весовых коэффициентов. В результате, процесс объединения накапливает энергию сигнала, и подавляет помехи. Как правило, объединенные весовые коэффициенты оптимизируются для достижения производительности, соответствующей максимуму SIR. В варианте осуществления с GRAKE-приемником, объединенные весовые коэффициенты могут выражаться как вектор, задаваемый посредством отношения:

где c является вектором предполагаемых коэффициентов каналов, а R является корреляционной матрицей предполагаемых искажений. GRAKE-приемники имеют тенденцию к обеспечению гибкого масштабирования, близкого к идеальному, во всех случаях, когда матрица R корреляции искажений точна. Однако становится трудным собирать в матрицу R корреляции искажений быстро изменяющиеся помехи.

Следовательно, матрица R корреляции искажений может использоваться в качестве первой оценки помех для периодов медленного изменения мощности помех, в соответствии с одним вариантом осуществления, задаваемым посредством отношения:

(8)

где матрица корреляции искажений рассчитывается перед пиком помех. Приемник 100 повторно рассчитывает матрицу корреляции искажений каждый раз, когда пик помех спадает. Таким образом, значения сигнала, совпадающие с известными пиками помех, не используются для вычисления или обновления матрицы корреляции искажений. Вместо этого матрица корреляции искажений рассчитывается на основе значений сигнала, не совпадающих с известными пиками помех.

Если возникает известный пик помех, то приемник 100 останавливает обновление матрицы корреляции искажений. Тогда, матрица корреляции искажений используется для вычисления объединенных весовых коэффициентов значений сигнала, принятых перед пиком. В одном варианте осуществления, процесс оценки корреляции искажений начинается снова со значений сигнала, совпадающих с пиком. Новая матрица корреляции искажений используется для вычисления объединенных весовых коэффициентов значений сигнала, совпадающих с пиком. Новая матрица корреляции искажений также может использоваться для расчета второй оценки помех, задаваемой посредством отношения:

(9)

Таким образом, каждый из двух наборов объединенных весовых коэффициентов рассчитывается с помощью отличающихся друг от друга матриц , корреляции искажений. Процесс оценки корреляции искажений начинается повторно каждый раз, когда приемник 100 определяет, что возник пик помех. В результате, значения сигнала, совпадающие с пиками помех, не смешиваются со значениями сигналов, которые с ними не совпадают, при вычислении различных матриц , корреляции искажений.

В другом варианте осуществления, процесс оценки корреляции искажений останавливается, если возникает пик помех. Гибко масштабируются значения сигнала, совпадающие с пиком помех, с использованием объединенных весовых коэффициентов, вычисленных с использованием оценок помех отличных от матрицы корреляции искажений, например, как описано ранее в настоящем документе. В одном варианте осуществления, пик помех может рассматриваться в качестве бесконечно большого значения, вызывающего обнуление совпадающих с пиком помех значений сигнала (то есть, объединенные весовые коэффициенты GRAKE-приемника равны нулю). Альтернативно, оценка помех может рассчитываться на основе принятых оценок мощности, при их наличии. В каждом случае, приемник 100 точно отслеживает быстро изменяющиеся помехи мощности во время периодов известных пиков помех, в то время как в течение других периодов, медленно изменяющаяся мощность помех также точно отслеживается с использованием описанных в настоящем документе технических приемов гибкого масштабирования.

Как отмечалось выше, гибкое масштабирование может выполняться на любом этапе (компоненте) в цепи приемника. В одном варианте осуществления, гибкое масштабирование применяется перед декодером 112, если мощность помех изменяется медленно, по сравнению с шириной полосы несущей. В другом варианте осуществления, гибкое масштабирование применяется перед канальным фильтром 104, если помехи изменяются быстрее. В соответствии с этим вариантом осуществления, значения сигнала масштабируются до канального фильтра 104 для предотвращения распространения сигнала источника помех далее в цепь приемника на "чистые" выборки. Это может выполняться посредством обнуления значений сигнала, как описано выше. Обнуление значений сигнала перед канальным фильтром 104 эффективно, если сигнал источника помех относительно силен, по сравнению с полезным сигналом, а период источника помех настолько относительно короток, что позже могут потерянные (обнуленные) выборки быть получены, например, посредством декодера 112. Альтернативно, значения сигнала, совпадающие с пиками помех, могут быть пропорционально уменьшены, вместо полного обнуления, если сигнал источника помех не настолько силен, или имеется слишком много загрязненных выборок (что может привести к ошибкам декодирования, если слишком многие значения сигнала будут полностью обнулены). В другом варианте осуществления, гибкое масштабирование может выполняться после канального фильтра 104 с использованием коэффициентов канального фильтра, посредством чего минимизируется воздействие фильтрации. Еще в одном варианте осуществления, гибкое масштабирование выполняется после обратного расширения, посредством демодулятора 108.

Помня об указанных выше вариациях и применениях, следует подразумевать, что настоящее изобретение не ограничивается предшествующим описанием, а также, не ограничивается сопроводительными чертежами. Напротив, настоящее изобретение ограничивается исключительно нижеследующей формулой изобретения, и ее эквивалентами, согласно правоприменительной практике.