TW201203876A - A radio receiver in a wireless communication system - Google Patents

Description

201203876 六、發明說明： 【考务明戶斤屬々貝】 本發明係有關於一種於無線電通訊系統之無線電接收 器及處理無線電信號之方法。 L ittr Ί 於近代無線通訊中發射攜載資料的無線電信號可基於 多項不同通訊系統實現，該等通訊系統經常係藉標準載 明。需要有可操作來支援此等無線通訊系統中多於一項的 裝置需求。行動無線接收器裝置包括類比射頻(RF)/中頻(IF) 階段’其係設置來透過一或多根天線而接收與發射無線信 號。RF/IF階段之輸出信號典型地變換成基頻，此處類比至 數位變換器（ADC)將輸入的類比信號變換成數位樣本，其然 後經處理用以呈邏輯值形式之資料的檢測與解碼。類比至 數位變換器（ADC)另外可直接在中頻操作，該種情況下，變 換至基頻係於數位域施行。多種不同型數位信號的前端處 理為已知可實現信號檢測，包括搜索接收器處理及頻道等 化處理。 於劃碼多向接取(CDMA)無線系統中，不同的物理頻道 係使用分開展頻序列來在碼域多工化。於正交展頻碼字組 之情況下，然後原先資料符元可在接收器藉解展頻而有效 地分離。 於寬頻劃碼多向接取(CDMA)(WCDMA)行動通訊系統 中，下行鏈路碼多工化係使用正交可變展頻因子(〇VSF)碼 實施。但OVSF碼字組係唯有在完美時間對齊之情況下才可 3 201203876 彼此正交。於傳狀存在下，碼正紐遺漏，而解 展頻操作係受多向接取干涉(MAI)影響。 CDMA行動無線電接收器習知採用搜索處理器，其係 仰賴展頻順序之相互相關性質。搜索處理器例如係描述於 J. G_ Proakis ’「數位通訊」’紐約，麥克羅希爾1995年。若 碼多工化發射間之Μ AI係與其它雜訊及干擾來源可相媲 美，則在碼交互關係存在下，此型接收器遭受效能降級。 此等情況下，藉由在解展頻前試圖恢復碼間的正交狀況， 可達成效能優勢。基於搜索處理之習知3GPP接收器之次最 佳情況造成顯著效能犧牲，特別係對下行鏈資料率從 WCDMA Release 99的384 kbps增至高速下行鏈路封包接取 (HDSPA)的數Mbps資料率。當碼正交性被多路徑所破壞 時’有效辦法係使用頻道等化來替代搜索處理。 舉例言之’最小均方誤差(MMSE)晶片層面線性等化器 業已顯示可提供優於習知搜索接收的顯著效能優勢，而會 犧牲實現複雜度的增高。此項優點在高速資料發射，如同 在3GPP高速下行鏈路封包接取(HDSPA)時特別重要。但頻 道等化在全部可能景況可能無法提供優異效能。更明確言 之，使用頻道等化器在單射線傳播情況下，亦即在無多路 徑傳播存在下並未提供優勢。 前述限制通常係取決於所考慮的特定等化演繹法則。 於線性MMSE等化器情況下，於非頻率選擇性或平坦頻道 響應存在下，等化器處理仍然係仰賴頻道脈衝響應的估 算，而頻道估算誤差係與頻道脈衝響應樣本數成正比。此 201203876 種’丨月況下，搜索接收器的使用不僅不會對應於由MAI所導 致的效能損耗，反而實際上將仰賴單—頻道分接點估算值 的頻道估算誤差減至最小值。 同理，於最小平方（LS)等化器之情況下，使用以比較 非分散性頻道，亦即具有單一分接點的頻道傳播輪廓之特 定條件所要求者更高的維度來執行頻道統計學估算，接收 器效能可能被犧牲。 國際申請公告案第W02009/056500號描述可選擇使用 搜索接收器或等化器之接收器結構。討論多項選擇基礎， 包括在低延遲展頻頻道條件下接收器操作的識別。更明確 5之，接收器調整適應可仰賴頻道均方根(rms)延遲展頻之 估算，或仰賴在預定時窗外側的頻道能量之測量。發明人 已經測定此等方案駐要限制為難以在單射線頻道輪廓與 具有低延遲展頻的頻道輪廓間作區別，但仍然可由使用頻 道等化而獲益。舉例言之，於HSDPA接收器之情況下，發 明人已經驗證藉由内部模擬結果與效能測試，晶片層面等 化器的使用相較於用於具有低延遲展頻的頻道輪廓例如 「行人A(PA)」3GPP標準的頻道輪廓之搜索接收器，仍可 提供顯著效能優勢。 【發明内容】 本發明之目的係識別可解決前述問題之n_射線傳播條 件。 ' 依據本發明之一構面’提供一種於無線無線電接收器 處理無線電信號來識別η-射線頻道狀況之方法包含. 201203876 接收信號樣本及從該等樣本估算多個頻道分接點； 對各個頻道分接點估算信號功率及干擾功率； 濾波該信號功率來提供已濾波信號功率量； 遽、波該干擾功率來提供已渡波干擾功率量； 使用該等已濾波功率量而來測定η個最強的頻道分接 點； 使用該等η個最強的頻道分接點及至少一個其它頻道 分接點而產生第一及第二比較參數； 基於該等第一及第二比較參數及臨界值而提供比較結 果，及； 從該比較結果識別η-射線頻道狀況。 依據本發明之另一構面提供一種用於無線通訊系統之 無線電接收器包含： 用以接收信號樣本及從該等樣本估算多個頻道分接點 之裝置； 用以對各個頻道分接點估算信號功率及干擾功率之裝 置； 用以濾波該信號功率來提供已濾波信號功率量之裝 置； 用以濾波該干擾功率來提供已濾波干擾功率量之裝 置； 用以使用該等已濾波功率量而來測定η個最強的頻道 分接點之裝置； 用以使用該等η個最強的頻道分接點及至少一個其它 201203876 頻道分接點而產生第一及第二比較參數之骏置； 用以基於該等第一及第二比較參數及臨界值而提供比 較結果之裝置，及； 用以從該比較結果識別n_射線頻道狀況之裝置。 本發明之又一構面提供一種當於電腦上執行時實現前 文定義之方法之電腦程式產品。 本發明之又一構面提供一種用於無線通訊系統之無線 電接收器包含： 用以接收數位樣本之一無線介面； 設置來執行程式之一處理器，該程式係實現如前文定 義之方法之步驟； 保有—搜索處理碼序列及一等化處理碼序列之一記憶 體；該處理器係適用於依據所識別的η-射線頻道狀況而執 行搜索處理序列及等化處理序列中之一者。 後文描述之實施例係有關基於所接收的信號功率及雜 訊增上(plus)干擾功率估算，一種演繹法則之實現，此處對 在無線接收器中單射線頻道條件之識別n=1。該方法及接收 器當應用於在3 GPP寬頻劃分多向接取(WCDMA)/高速下行 鏈路封包接取(HSDPA)接收器中，適當接收器參數及信號 處理演繹法則的選擇時特別有用。該種情況下，當本發明 應用於接收器中搜索接收器處理及等化處理間的選擇時特 別有利。 本發明通常係適用於任何通訊系統，此處需要檢測非 頻率選擇頻道之傳輸條件。本發明特別地但非排它地係有 7 201203876 關在高速無線接收器中單射線傳播條件的識別。 須瞭解干擾功率係指雜訊(諸如加成高斯白雜訊)及干 擾(諸如來自其它信號）。 圖式簡單說明 為求更佳地瞭解本發明及顯示其如何發揮效果，現在 將參考附圖，附圖中： 第1圖為無線通訊裝置之示意方塊圖； 第2圖為方塊圖顯示搜索接收器處理及等化處理間的 選擇；及 第3圖為卓射線檢測之示意方塊圖。 I：實施方式】 第1圖為用以在無線通訊系統中發射與接收信號之裝 置諸如於行動終端裝置具體實施之裝置之示意方塊圖。此 種裝置可以多種不同方式實現，但依據第丨圖，設置一串列 RF/IF階段32來透過一或多根天線2〇接收與發射無線信號 (TX、RX)。此處討論之本發明之實施例原則上係有關接收 無線k號，因而不再述及信號的發射。在尺^正階段的輸出 端所接收的信號典型地被變換成基頻，此處類比至數位變 換器（ADC)將類比信號變換成數位樣本。第】圖之方塊32包 括用以處理所接收的無線電信號及提供數位信號樣本r(幻 之組件。此項目的可以不同方式達成，該等方式為技藝界 所已知且不再進一步討論於後文。 樣本r(/:)提供給資料傳輸引擎3〇,該引擎3〇係與處理器 22、指令記憶體24及資料記憶體％通訊。處理器22係負責 201203876 處理樣本r(^。處理器22執行多個不同函數，該等函數係呈 碼序列形式而保有於指令記憶體24。如此提供所謂的軟數 據機(soft modem)其具有前文討論之多項優點。 第2圖為示意方塊圖，其例示說明可由處理器22執行的 多種不同功能。方塊1〇標示之第一函數係指頻道參數之估 算。此一函數估算在無線通訊系統中無線電信號透過其而 發射之該等通訊頻道相關聯之多個不同參數。函數1〇係在 時間々提供輸出信號γ,,β) ’ w=1，，，此處^^標示估算得 之頻道參數數目，輸出信號幻表示衍生自所接收的信號 樣本r(/〇之一頻道參數集合。估算得之頻道參數γ„(幻可用於 多項不同目的。如第2圖之例示說明’其供給搜索/等化器 接收的選擇功能12，其判定是否使用搜索接收器或等化 器接收器來處理所接收的樣本。搜索接收器或等化器接收 盗係藉處理器22執行得自指令記憶體24之適當碼序列實 現。 現在將以進一步細節討論使用估算得之頻道參數來控 制搜索/等化器接收器的選擇(功能12)。第2圖以示意圖例示 說明構想之硬體版本。數位樣本咐)供給切換器4，其具有 輸入鸲5接收指令信號用於得自功能12之搜索/等化器接 收益的選擇處理。依據此一信號，切換器4透過搜索接收器 7選擇處料徑6，或透料化胃處料徑8。如技藝 界已知，«接收器包括對在分_道化碼上發射的各= ，道的搜索指㈣e fin㈣集合7a、7b。各指係與單—整碼 ^解展頻器9及加權功能U相關聯，及各頻道相關的指集 201203876 合係與在輸㈣卵提供已纽之輸純號的加法器13相 關聯。至於搜索接收器之操作為業界人士眾所周知，其功 能將不再進一步於此處描述。 對在分開的頻道化碼上發射的各頻道，等化器接收器 19包含-晶片層面等化器16及多個糾⑸解展頻器化、 21b。整瑪器/解展頻器之輸出信號係沿輸出路徑23供給。 輸出端切鮮25在料27提供已處理之輸出㈣給隨後解 碼功能。切換器2 5係(類似切換器4)由控制輸人端5控制，控 制輸入端5接收命令信號用以從功能12中選擇搜索接收器 或等化器。 雖然第2圖例示說明處理功能選擇之硬體構想但相同 功能也可基於第1圖之軟體架構實現。此種情況下方便瞭 解於第1®所7F本發B月之實施例’不可能識別不同的實體路 徑(6、8、15、23)。取而代之’搜索接收器或等化器的選擇 係依據搜索接收器功能或等化器功能是否欲藉處理器22執 行而藉由下載不同碼序列進行選擇。 於接收器之此種軟體實現中，任何給定時間只有執行 搜索處理或等化器處理，前述辦法也就在硬體實現頻道等 化益的傳統接收器而言’提供運算複雜度的總體減低。就 此方面而言，基於硬體實賴傳統數據機被迫在作為分開 矽區的最大資料率要求指示之設計與多個演繹法則之具體 實施間作㈣擇。此等解決辦法暗雜高實現成本、尺寸 及/或耗電量，而任何折衷無可避免地將損及效能。另一方 面’所提7F之解決之道允許藉由重複使用共用平台來適應 201203876 性選擇可最大化減與最小化耗電量之錢處理函數之最 佳集合而減低複雜度、縮小尺寸與降低成本。 現在參考第3圖，描述於搜索或等化器的選擇功能u及 頻道參數估算功能ίο所實現的單一射線檢測技術。％ 考慮無線通訊頻道，其具有總時間變化脈衝響應 吨小gr(㈣，㈣⑺，此處「③」表示迴旋運算元副及 尽/{⑴指示發射滤波器及接收渡波器之脈衝響鹿，及 Μ (1) 表示於傳播頻道時間ί之脈衝響應，模型化為具有延遲 指數τ之分接延遲線。以各個頻道傳播路徑表示，c(i，T)為具 有延遲τ的全部路徑之複合增益之和，延遲係在接收器天線 之目前所在位置測量。 以〜’ £=〇，.._，L-i表示在接收器估算的頻道分接點。於 搜索接收器之情況下，估算得之分接點&可與經追蹤的（且 可能經組合的）搜索接收器指（finger)相對應。 此處描述的單一射線檢測技術係基於依據如下程序， 使用與各個經估算之頻道分接點之信號功率及雜訊增上干 擾功率之長期平均值： 對各個頻道分接點&，£=〇，..·，_〗，估算信號功率匕⑷ 及雜訊增上干擾功率/>,(〇。 對各個頻道分接點&，£=〇，…，乙」，充分濾波數量戶 及來對因衰減造成的快速頻道變化求取平均而獲 得經濾波數量5⑺及g⑺。第3圖中，估算及濾波步驟係 11 201203876 在方塊40進行。於一個實施例濾波器之記憶體約為數百 無線電時框（此處一個WCDMA/HSPA無線電時框具有 10毫秒時間）。 對全部頻道分接點匕，e=o，...，L-i，基於5⑺與巧(〇之比 (或對全部頻道分接點A，e=o,...工-1，基於g⑺之值）， 找出最強的及次強的頻道分接點（指）。設巧及β表示最 強分接點之經濾波的信號功率及雜訊增上干擾功率，而 ^及尔表示次強分接點之經濾波的信號功率及雜訊增 上干擾功率。此一步驟係顯示於方塊42。 在方塊44產生基於前述功率值fft及斤的比較 參數ξ’、ξ”。如此可以多種不同方式進行。 於本發明之第一實施例： 運算數量ξ’=^/6及。 於本發明之第二實施例： 濾波數量5'/斤及，且以ξ’及ξ”分別表示經濾波的 功率比。 於本發明之第三實施例： 濾波數量5’·尔及，且以ξ’及ξ”分別表示經濾波的 數量。 最後，比較方塊46產生一物件，其控制率接收器或等 化器的選擇。若(或相當地$/Γ>θ)，則接收器係經 測定而在單一射線傳播條件下操作，亦即頻道傳播輪廓包 括單一分接點；否則係判定頻道輪廓包括多於單一分接點。 對單一射線傳播情況及非單一射線傳播情況，對前述 12 201203876 各個實施例臨界值θ係從數量ξ，及ξ”的模擬而最佳化。 0的最佳化也可基於對其施加單一射線檢測的接收器 處理演繹法則效能達成。此種情況下，更適合討論「有效」 單一射線狀況，定義為對單一射線頻道設計的接收器處理 演繹法則（例如於WCDMA/HSDPA接收器情況下的搜索處 理）之表現效能係優於對非單一射線頻道設計的接收器處 理演繹法則（例如於WCDMA/HSDPA接收器情況下的等化 器處理）之表現效能的狀況。 於另一實作’次強分接點的信號功率及雜訊增上干擾 功率，除了最強頻道分接點之外，可由其全部其餘經量測 的頻道分接點6所衍生得之組合功率所置換。 所提示的辦法可進一步普及化來檢測其它頻道狀況。 舉例s之，所提示的程序可直捷地經修改用來藉下述程序 而用於η射線頻道狀況的檢測：藉由運算$及斤作為〇個最 強分接點之經濾波的信號功率及雜訊增上干擾功率之組 口’而g及g係對應於其餘頻道分接點之經滤波的信號功 率及雜訊增上干擾功率之組合。 舉例言之’此項策略可採用來作為量測在一給定時間 窗外側的能量而估算頻道之脈衝響應的替代之道。 刚述實施例允許基於最強頻道分接點與次強頻道分接 點（或最賴道分接點與全部其它贿分㈣）間之比較來 識別單一射線頻道狀況。 月1J述貫施例允許經由仰賴旦 丨顆長期平均值，亦即經由使用 具有夠長記憶來對因快速衰減造成㈣道變化求取平均之 13 201203876 濾波器而就極短延遲展頻頻道作區別β 基於長期頻道統計數字而做搜索/等化器選擇，而非基 於瞬時頻道分接點。實際上，若存在有頻道係數但時間上 衰減，則其功率可夠快速增高而來使得選擇處理程序難以 即時反應而切換成適當接收器演繹法則。藉由仰賴長期頻 道統計數字，於多路徑存在下，内隱地選擇來使用可因應 多路徑頻道之演繹法則來替代接收器。頻道的瞬時實現並 未經常性地反映出長期頻道統計數字，因此任何判定標準 需基於歷經夠長時間窗的頻道實現的平均值。 於前述實施例中，濾波器記憶體係指10毫秒WCDMA 無線電時框。但另一項重要關係係與頻道相干性時間的關 係（其係定義為頻道實現變成非相關性之後的時間間隔）： ^=4 ’此處/〇 = /0Wc為最大都卜勒頻率。 舉例言之’於2GHz的載波頻率九及3千米/小時的行動 速度v，數百時框係相當於數十倍頻道相干性時間。於較佳 實施例’濾波器記憶體約為或大於十倍頻道相干性時間及/ 或至少大於該時框一次冪幅度。 前述用於識別單一射線傳播狀況之方法允許對非頻率 選擇性頻狀的特殊狀況，相當於含有單一分接點的傳播輪 廓選擇適當接收器信號處理。更明確言之，允許設計來基 於例如對WCDMA/HSDPA之晶片層面等化器而抵消多路徑 失真效應之接收器信號處理實作，與允許例如基於對 WCDMA/HSDPA之搜索接收器而最佳化平坦衰減頻道狀況 201203876 之接收器信號處理實作間切換的可能。 對WCDMA/HSDPA接收器，於單一射線傳播存在上選 擇搜索接收器處理具有下列優點： 特別係在軟體接收器實作之情況下，提供減低接收器複 雜度與耗電量的可能。 在因頻道估算誤差造成等化器效能受限制存在下，在 頻率選擇及平坦頻道兩種狀況下，提供達成最佳接收器^ 能的可能。 I：圖式簡單說明3 第1圖為無線通訊裝置之示意方塊圖； 第2圖為方塊圖顯不搜索接收|§處理及等化處理間的 選擇；及 第3圖為單射線檢測之示意方塊圖。 【主要元件符號說明】 4、25...切換器 5…輸入端 6、8...處理路徑 7…搜索接收器 7a、7b...搜索指 、整碼器/解展頻器 1〇…頻道參數估算功能方塊 11…加權功能 12…搜索/等化器接收器之選 擇功能 15、23··.輸出路徑 16...晶片層面等化器 19.. .等化器接收器 20.. .天線 21、21a、21b…整碼器/解展頻琴 22.. .處理器 24.. .指令記憶體 26.. .資料記憶體 27…線路 30.. .資料傳輸引擎 32.. .RF/IF階段方塊 40、42、44...處理方塊 46…比較方塊 15

Claims (1)

1. 201203876 七、申請專利範圍： 1. 一種於一無線無線電接收器處理無線電信號來識別n-射線頻道狀況之方法，該方法包含下列步驟： 接收信號樣本及從該等樣本估算多個頻道分接點； 對各個頻道分接點估算一信號功率及一干擾功率； 濾波該信號功率來提供一已濾波信號功率量； 濾波該干擾功率來提供一已濾波干擾功率量； 使用該等已濾波功率量而來測定η個最強的頻道分 接點， 使用該等最強的頻道分接點及至少一個其它頻道 分接點而產生第一及第二比較參數； 基於該等第一及第二比較參數及一臨界值而提供 比較結果，及； 從該比較結杲識別η-射線頻道狀況。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中η=1及該識別η-射線 頻道狀況之步驟包含識別單一射線頻道狀況。 3. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該識別η-射線頻 道狀況係用來選擇搜索處理及等化處理中之一者。 4. 如前述申請專利範圍各項中任一項之方法，其中該產生 第一比較參數之步驟包含對η個最強的頻道分接點，測 定已濾波信號功率量對已濾波干擾功率量之比；及該產 生第二比較參數之步驟包含對至少一個其它頻道分接 點，測定已濾波信號功率量對已濾波干擾功率量之比。 5. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該等比值係經濾波 16 201203876 來產生個別的第一及第二比較參數。 6. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之方法，其中該產生 第-及第二比較參數之步驟包含遽波用於該最強頻道 分接點之已濾波信號功率量及用於該至少—個其它頻 道分接點之已渡波干擾功率量之一被乘數作為該第一 比較參數；及濾波用於該至少一個其它頻道分接點之已 濾波信號功率量及用於該最強頻道分接點之已濾波干 擾功率量之一被乘數。 7. 如前述申請專利範圍各項中任一項之方法，其中該至少 一個其它頻道分接點為次強頻道分接點。 8·如申請專利範圍第1至6項中任一項之方法，其令該至少 一個其它頻道分接點包含除了 n個最強分接點以外之全 部頻道分接點。 9· 一種用於無線通訊系統之無線電接收器，其包含： 用以接收信號樣本及從該等樣本估算多個頻道分 接點之裝置； 用以對各個頻道分接點估算一信號功率及一干擾 功率之裝置； 用以濾波該信號功率來提供一已濾波信號功率量 之裝置； 用以濾波該干擾功率來提供一已濾波干擾功率量 之裝置； 用以使用該等已濾波功率量而來測定n個最強的頻 道分接點之裝置； 17 201203876 用以使用該等η個最強的頻道分接點及至少一個其 它頻道分接點而產生第一及第二比較參數之裝置； 用以基於該等第一及第二比較參數及一臨界值而 提供比較結果之裝置，及； 用以從該比較結果識別η-射線頻道狀況之裝置。 10. 如申請專利範圍第9項之接收器，其中該η-射線頻道狀 況為該單一射線頻道狀況。 11. 如申請專利範圍第9或10項之接收器，其包含一搜索處 理功能及一等化處理功能，及額外地包含用以基於得自 識別裝置之輸出信號而選擇搜索處理功能及等化處理 功能中之一者之裝置。 12. —種包含程式碼裝置之電腦程式產品，該等程式碼裝置 當執行時實現如申請專利範圍第1至8項中任一項之方 法。 13. —種用於無線通訊系統之無線電接收器，其包含： 用以接收數位樣本之一無線介面； 設置來執行一程式之一處理器，該程式係實現如申 請專利範圍第1至8項中任一項之步驟； 保有一搜索處理碼序列及一等化處理碼序列之一 記憶體；該處理器係適用於依據所識別的η-射線頻道狀 況而執行搜索處理序列及等化處理序列中之一者。 14. 如申請專利範圍第9、10、11或13項之無線電接收器， 其係具體實施於一行動終端裝置。 18