НАСТРОЙКА КОММУНИКАЦИОННОГО ФИЛЬТРА НА ОСНОВЕ СКОРОСТИ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ МОБИЛЬНОГО УСТРОЙСТВА Российский патент 2009 года по МПК H04B1/76 H04B7/05 H04B7/26 

Описание

Данная патентная заявка притязает на приоритет предварительной патентной заявки США №60/408,807 от 5 сентября 2002 г.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится, в общем, к беспроводной связи. В частности, изобретение относится к адаптивным фильтрам, используемым в системах беспроводной связи.

Уровень техники

Системы беспроводной связи широко распространены и эти системы поддерживают передачу различных типов данных, например речевой информации, пакетных данных и других типов данных. Связь по беспроводному каналу может осуществляться с использованием различных методик, облегчающих существование большого количества пользователей в ограниченном частотном диапазоне. Эти методики, обычно называемые методики множественного доступа, включают в себя множественный доступ с временным разделением (TDMA), множественный доступ с частотным разделением (FDMA) и множественный доступ с кодовым разделением каналов (CDMA).

CDMA имеет много преимуществ по сравнению с другими методиками множественного доступа, используемыми в системах беспроводной связи, такими как TDMA и FDMA. Например, CDMA допускает многократное повторное использование частотного диапазона, тем самым позволяя увеличить число пользователей системы. Дополнительно использование CDMA методики позволяет обойти проблемы, характерные для беспроводного канала, например, при помощи подавления неблагоприятных эффектов многолучевости, например затухания, одновременно используя их преимущества.

В системах беспроводной связи контрольный сигнал время от времени передается от передатчика к приемнику и может быть использован для выполнения ряда функций приемником. Например, контрольный сигнал может быть использован приемником для синхронизации по времени и частоте с сигналами, передаваемыми передатчиком, оценки качества беспроводного канала связи, когерентной демодуляции передачи данных, определения, какой конкретно передатчик имеет лучший канал связи с приемником, оценки максимальной скорости передачи данных, поддерживаемой беспроводным каналом связи, и других целей.

Как правило, контрольный сигнал генерируется на основе заданного шаблона данных и с использованием заданной схемы обработки сигнала. Например, в системах связи, основанных на CDMA, контрольный сигнал, как правило, является последовательностью нулей, и эта последовательность «покрывается» или модулируется определенным каналообразующим кодом и «размазывается», или модулируется кодирующим кодом или псевдослучайной (PN) последовательностью.

Беспроводной канал связи представляет собой сложную проблему в системах связи. Одна проблема в связи по беспроводному каналу обычно называется «многолучевость». В беспроводном канале связи переданный сигнал может распространяться по множеству различных путей или быть многолучевым, так как сигнал распространяется между передатчиком и приемником. Эти многолучевые сигналы могут быть вызваны, например, отражением от препятствий, таких как здания, мосты, люди и другие препятствия на пути сигнала от передатчика к приемнику. Эти отраженные или многолучевые сигналы принимаются как множественные экземпляры переданного сигнала, с задержкой по времени и фазе между ними. Из-за того, что эти многолучевые сигналы больше не согласованы по фазе, когда они рекомбинируются на приемнике, они могут привести к понижению уровня сигнала, как правило, называемому «затухание». Кроме того, многолучевые сигналы изменяются с течением времени на приемнике, препятствиях или и там и там, смещаются, вызывая изменения в путях, проходимых многолучевыми экземплярами переданного сигнала.

Методикой, используемой для улучшения работы системы связи в случае многолучевости, является многолучевой когерентный приемник. Многолучевой когерентный приемник включает в себя множество обрабатывающих элементов, и каждый полученный экземпляр многолучевого сигнала достаточной силы может быть назначен и обработан соответствующим пальчиковым процессором. Каждый элемент многолучевого когерентного приемника обрабатывает выделенный экземпляр многолучевого сигнала способом, соответствующим способу, выполненному на передатчике, для восстановления контрольного сигнала и передаваемых данных из сигнала, полученного по многолучевому каналу связи.

Амплитуда и фаза восстановленного контрольного сигнала будет искажена и будет отражать многолучевые характеристики канала связи или отклика канала. Из-за того, что контрольный сигнал и передаваемые данные проходят по одному и тому же каналу связи, они будут, как правило, одинаково искажены откликом сигнала. Известные амплитуда и фаза контрольного сигнала могут быть использованы для упорядочивания элементов в многолучевом когерентном приемнике, которые выделены многолучевым экземплярам сигналов передаваемых данных, таким образом, чтобы многолучевые экземпляры передаваемых сигналов могли быть скомбинированы для выделения демодулированных символов, имеющих улучшенное качество. Кроме того, известные амплитуда и фаза контрольного сигнала могут быть использованы для переназначения элементов, когда многолучевой беспроводной канал изменяется с течением времени.

Качество восстановленного контрольного сигнала может влиять на производительность процесса демодуляции, который, в свою очередь, может влиять на общую производительность системы связи. Восстановление контрольного сигнала, как правило, включает в себя использование фильтров контрольного сигнала, так как контрольный сигнал, как правило, ухудшен шумом канала. Более того, контрольный сигнал, как правило, дополнительно искажен из-за затухания в канале связи. Из-за этих и других причин сложно определить зависящий от времени отклик от сигналов, передаваемых по коммуникационному каналу на основе полученного контрольного сигнала. То есть отклик канала зависит от множества изменений, которые претерпевает сигнал за время от его отправки до получения.

Таким образом, существует потребность в методике, обеспечивающей улучшенную оценку для зависящего от времени отклика канала связи на полученный контрольный сигнал в системе беспроводной связи. Настоящее изобретение разрешает эту потребность.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение предоставляет способ и устройство для подстройки фильтра контрольного сигнала в системе беспроводной связи в соответствии со скоростью устройства беспроводной связи (WCD) по отношению к инфраструктуре беспроводной сети, такой как базовая станция. Особенности настоящего изобретения включают в себя определение скорости устройства беспроводной связи и определение настроек, которые необходимо сделать в фильтре контрольного сигнала системы на основе скорости. Фильтр контрольного сигнала, который нуждается в настройке, может находиться в различных частях системы связи. Например, может быть подстроен фильтр контрольного сигнала в устройстве беспроводной связи или фильтр контрольного сигнала в различных узлах инфраструктуры беспроводной сети. Определение скорости устройства беспроводной связи и определение настроек фильтра контрольного сигнала на приемнике может выполняться в различных частях инфраструктуры, в устройстве беспроводной связи или в любой их комбинации.

Например, в одной реализации устройство беспроводной связи определяет свою скорость и определяет настройки фильтра контрольного сигнала на основе скорости. Во второй реализации инфраструктура определяет скорость устройства беспроводной связи и определяет настройки фильтра контрольного сигнала на основе скорости устройства беспроводной связи. В третьей реализации устройство беспроводной связи определяет свою скорость и передает ее инфраструктуре. Затем инфраструктура определяет настройки фильтра контрольного сигнала на основе скорости устройства беспроводной связи. В четвертой реализации инфраструктура определяет скорость устройства беспроводной связи и передает ее устройству беспроводной связи. Затем устройство беспроводной связи определяет настройки фильтра контрольного сигнала на основе скорости.

Настройки могут быть использованы для подстройки фильтра контрольного сигнала или в устройстве беспроводной связи, или в инфраструктуре беспроводной сети. Например, если желаемые настройки фильтра контрольного сигнала определены в устройстве беспроводной связи, то устройство беспроводной связи может использовать эти настройки для настройки его фильтра контрольного сигнала, или настройки могут быть переданы инфраструктуре и подстроен фильтр контрольного сигнала инфраструктуры. Аналогичным образом, если настройки, которые необходимо сделать фильтру контрольного сигнала, определены устройством инфраструктуры, то устройство инфраструктуры может использовать эти настройки для настройки его фильтра контрольного сигнала, или настройки могут быть переданы устройству беспроводной связи и подстроен фильтр контрольного сигнала устройства беспроводной связи.

Настройки фильтра контрольного сигнала могут включать в себя, например, подстройку коэффициентов фильтра и тем самым полосы пропускания фильтра контрольного сигнала для обеспечения улучшенной оценки отклика канала связи, по которому передается контрольный сигнал.

Другие особенности и преимущества настоящего изобретения должны быть понятны из нижеследующего описания предпочтительных реализаций, которые примерно иллюстрируют принципы изобретения.

Краткое описание чертежей

Особенности, природа и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из нижеследующего подробного описания, рассмотренного совместно с чертежами, на которых ссылочные символы идентифицируют соответствующие элементы, и где:

Фиг.1 - блок-схема, иллюстрирующая фрагменты реализации системы беспроводной связи.

Фиг.2 - упрощенная блок-схема, иллюстрирующая дополнительные детали реализации системы беспроводной связи.

Фиг.3 - блок-схема одной реализации демодулятора.

Фиг.4 - блок-схема реализации фильтра контрольного сигнала.

Фиг.5 - блок-схема другой реализации фильтра контрольного сигнала.

Фиг.6 - структурная схема, иллюстрирующая методику адаптации фильтра контрольного сигнала.

Осуществление изобретения

В соответствии с настоящим изобретением описана методика, которая подстраивает фильтр контрольного сигнала для учета изменений в характеристиках канала связи. Например, фильтр контрольного сигнала может быть подстроен для учета изменений в затухании полученного сигнала на основе скорости устройства беспроводной связи (WCD).

Подстройка фильтра контрольного сигнала «адаптивным» образом, такая как изменение полосы пропускания фильтра в ответ на изменения в канале связи, может обеспечить улучшения в оценке характеристик полученного сигнала из-за изменяющегося во времени отклика канала связи. Как правило, контрольный сигнал, полученный, например, устройством беспроводной связи или базовой станцией, может подвергаться воздействию различных условий канала в разное время, и различные экземпляры переданного сигнала (многолучевые сигналы) могут подвергаться воздействию различных условий канала, даже если они получены в близкое время. При помощи подстройки фильтра контрольного сигнала для учета различных условий канала может быть сделана лучшая оценка отклика канала и тем самым обеспечено улучшение в работе всего коммуникационного приемника, например, при помощи улучшения в выделении элементов многолучевого когерентного приемника.

На Фиг.1 представлена блок-схема, иллюстрирующая фрагменты системы 101 беспроводной связи, которая функционирует в соответствии с настоящим изобретением. Система беспроводной связи включает в себя инфраструктуру беспроводной сети с множеством базовых станций 102 и множеством устройств 104 беспроводной связи, которые взаимодействуют с базовыми станциями. Инфраструктура беспроводной сети также включает в себя другие элементы, такие как контроллеры 106 базовых станций, мобильные коммутаторы 108 и тому подобное. Сигналы 132 передаются от базовой станции 102 к устройству беспроводной связи и называются прямой связью. Сигналы 134 передаются от устройства беспроводной связи к базовой станции и называются обратной связью. Как показано на Фиг.1, и прямая и обратная связи могут проходить по различным множественным путям между базовой станцией 102 и устройством беспроводной связи. Как показано на Фиг.1, сигналы прямой и обратной связи могут отражаться препятствием 150, что приводит к возникновению множества экземпляров принимаемого сигнала. Это состояние часто бывает подверженным многолучевым сигналам. Как обсуждается ниже, для того чтобы быть способным к работе в условиях многолучевости, и базовые станции, и устройства беспроводной связи в CDMA системе используют многолучевой когерентный приемник, который обрабатывает сигналы с использованием многолучевых «элементов», где каждый элемент выделен индивидуальному экземпляру полученного сигнала. Элементы многолучевого когерентного приемника могут быть выделены различным экземплярам одного и того же переданного сигнала или различным сигналам, полученным от разных базовых станций.

Примеры устройств 104 беспроводной связи включают в себя сотовые телефоны, спутниковые телефоны, персональные компьютеры с возможностью беспроводной связи, и персональные цифровые помощники (PDA), и другие беспроводные устройства. Система 101 беспроводной связи может быть спроектирована для поддержки одного или более стандартов CDMA. Например, стандарты могут включать в себя TIA/EIA-95-B (IS-95), TIA/EIA-98-C (IS-98), 3GPP, 3GPP 2, cdma2000, Wideband CDMA (WCDMA) и другие.

Переданный контрольный сигнал, как правило, ухудшается из-за шума в канале связи и далее искажается из-за затухания, вызванного движением устройства беспроводной связи или препятствиями на канале связи. Фильтр контрольного сигнала с узкой полосой пропускания в отличие от широкой полосы пропускания, как правило, более эффективен в удалении шума канала, но менее эффективен в отслеживании изменений в полученном контрольном сигнале из-за затухания. Наоборот, фильтр контрольного сигнала с широкой полосой пропускания, как правило, более эффективен в отслеживании изменений в из-за затухания, но также допускает распространение через фильтр контрольного сигнала большего количества шума канала.

Желательно разработать фильтр контрольного сигнала, чей отклик мог бы быть адаптирован на основе условий канала. Условия канала могут быть количественно охарактеризованы при помощи различных характеристик, таких как отношение сигнал/помеха плюс интерференция (SNR) для полученного контрольного сигнала, оценки уровня мощности шума канала, скорость устройства беспроводной связи и других характеристик канала. Коэффициенты фильтра контрольного сигнала могут быть таким образом адаптированы как функция этих и других характеристик канала. Характерная конфигурация фильтра контрольного сигнала включает в себя фильтры конечного входного отклика (FIR) и бесконечного импульсного отклика (IIR).

В одном аспекте системы 101 временная постоянная фильтра контрольного сигнала, которая определяет полосу пропускания фильтра, подстраивается с помощью оценки уровня мощности шума канала и скорости устройства беспроводной связи. С использованием этих оценок определяется набор коэффициентов. Коэффициенты могут быть выбраны из набора предопределенных значений, сохраненных, например, в таблице соответствия, или определенных в момент оценки. Коэффициенты применяются к фильтру для адаптации отклика фильтра к условиям канала. В другом аспекте коэффициенты фильтра могут быть определены на основе скорости устройства беспроводной связи, без учета уровня мощности шума.

На Фиг.2 представлена упрощенная блок-схема, иллюстрирующая дополнительные детали реализации системы беспроводной связи, показанной на Фиг.1. На Фиг.2 показаны базовая станция 102 и устройство 104 беспроводной связи в системе 101 беспроводной связи. Во время прямой связи, означающей передачи от базовой станции 102 к устройству 104 беспроводной связи, процессор 212 данных передачи в базовой станции 102 получает контрольный сигнал вместе с сигналами других типов, таких как данные характерные для пользователя, речь, сообщения и так далее. Процессор 212 данных передачи форматирует и кодирует контрольный сигнал и сигналы данных на основе одной или более схемы кодирования. Как правило, контрольный сигнал и различные типы сигналов данных кодируются с использованием различных схем кодирования.

Модулятор 214 базовой станции 102 получает закодированный контрольный сигнал и сигналы данных от процессора 212 передачи данных и далее обрабатывает полученные данные для генерации модулированных данных. В некоторых CDMA системах, обработка модулятором включает в себя (1) покрытие кодированного контрольного сигнала и сигналов данных с помощью различных каналообразующих кодов и тем самым разделение контрольного сигнала и сигналов данных на соответствующие каналы и (2) расширение разделенных по каналам контрольного сигнала и сигналов данных. В IS-95 и cdma2000 каналообразующими кодами являются коды Уолша, и в W-CDMA каналообразующими кодами являются ортогональный код с переменным коэффициентом расширения спектра (OVSF). Коды скремблирования есть комплексные псевдослучайные (PN) последовательности, используемые для расширения передаваемого сигнала по более широкой полосе. В IS-92 и cdma2000 коды скремблирования, используемые конкретной базовой станцией, имеют фиксированный фазовый сдвиг от кодов скремблирования, используемых другой базовой станцией, для того чтобы приемник мог отличить одну станцию от другой. В W-CDMA каждая станция использует различные уникальные коды скремблирования. «Покрытие» с использованием кодов Уолша в IS-95 и cdma2000 эквивалентно «расширению» с использованием кода OVFS в W-CDMA, и «расширение» с использованием псевдослучайных последовательностей в IS-95 и cdma2000 эквивалентно «скремблированию» с использованием скремблирующей последовательности в W-CDMA.

Выходной сигнал от модулятора 214 передается передатчику 216 и преобразуется для генерации прямого модулированного сигнала, пригодного для передачи через антенну 218 по беспроводному каналу связи к устройству 104 беспроводной связи. Как правило, в системах связи на основе CDMA передатчик 216 конвертирует модулированные данные в один или более аналоговые сигналы, усиливает, фильтрует, и квадратично модулирует передаваемый сигнал.

В устройстве 104 беспроводной связи прямой модулированный сигнал принимается антенной 250 и передается приемнику 252. Приемник 252 преобразует полученный сигнал и предоставляет выборки данных. Как правило, приемник 252 фильтрует, усиливает, деконвертирует и оцифровывает полученный сигнал в выборки данных. Выход приемника 252 соединен с демодулятором 254, который обрабатывает выборки данных, для того чтобы предоставить восстановленные символы. В некоторых CDMA системах обработка демодулятором 254 включает в себя (1) сжатие выборок данных с использованием такого же кода скремблирования, как и на базовой станции при расширении данных; (2) раскрытие сжатых выборок, для того чтобы разделить по соответствующим каналам контрольный сигнал и сигналы данных; и (3) когерентно демодулирует разделенные по каналам данные с использованием контрольного сигнала, восстановленного из полученного сигнала. Демодулятор 254 может использовать многолучевой когерентный приемник, который может обрабатывать множество экземпляров сигнала в полученном сигнале, как описано ниже.

Процессор 256 данных приема принимает и декодирует символы от демодулятора 254, для того чтобы восстановить данные, характерные для пользователя, и сообщения, переданные по прямой связи. Обработка демодулятором 254 и процессором 256 данных приема комплиментарна обработке, выполненной модулятором 214 и процессором 212 данных передачи на базовой станции 102.

Как было отмечено, в некоторых системах беспроводной связи контрольный сигнал передается вместе с сигналами данных других типов по прямой связи от базовой станции 102 к устройству 104 беспроводной связи. Кроме того, некоторые системы беспроводной связи также передают контрольный сигнал по обратной связи от каждого активного устройства 104 к базовой станции 102. Переданные контрольные сигналы могут быть использованы приемником для когерентной демодуляции различных сигналов данных, переданных вместе с контрольным сигналом.

В общем случае для генерации контрольного сигнала на базовой станции 102 контрольные данные сначала покрываются определенным каналообразующим кодом, используемым для передачи контрольного сигнала, а затем расширяются с использованием кода скремблирования. Для упрощения обработки сигнала на базовой станции 102 и в устройстве 104 беспроводной связи CDMA системы, как правило, используют последовательность нулей в качестве контрольных данных и нулевой каналообразующий код для контрольного канала. В этом случае контрольный сигнал является эффективным кодом скремблирования для базовой станции.

W-CDMA поддерживает несколько различных контрольных каналов. Во-первых, общий контрольный канал (CPICH) может быть сгенерирован, как описано выше, и передан на основную антенну базовой станции. Разнесенный CPICH также может быть сгенерирован, как описано выше, за исключением того, что контрольные данные ненулевые, то есть непоследовательность нулей, и передан на разнесенную антенну базовой станции 102. Более того, один или более вторичных CPICH могут быть переданы в ограниченные зоны области покрытия базовой станции 102, и каждый вторичный CPICH генерируется с использованием ненулевого каналообразующего кода. Базовая станция 102 может дополнительно передавать выделенный контрольный сигнал для определенного пользователя с использованием такого же каналообразующего кода, как и в пользовательском канале данных. В этом случае контрольные символы временно мультиплексируются с символами данных этого пользователя.

Устройство 104 беспроводной связи также может передавать контрольный сигнал по обратной связи вместе со своими сигналами данных базовой станции 102. Описанные методики применимы для обработки контрольных сигналов в прямой связи, обратной связи, а также в других типах контрольных каналов, описанных выше, в других контрольных каналах, которые могут также передаваться в системе беспроводной связи.

В устройстве 104 беспроводной связи контрольный сигнал от базовой станции 102 может быть восстановлен при помощи обработки полученного сигнала комплиментарным образом к тому, что выполнялось на базовой станции 102. Обработка в устройстве беспроводной связи включает в себя преобразование и оцифровку полученного сигнала для предоставления выборок данных; (2) сжатие выборок данных с использованием кода скремблирования, с характерным для символа псевдошумовой последовательности сдвигом или фазой, с учетом того, что обрабатывается множество экземпляров; (4) раскрытие сжатых выборок с тем же самым каналообразующим кодом, что использовался на базовой станции для покрытия контрольного сигнала; и (4) умножение раскрытых выборок на известные данные контрольного сигнала и накопление результирующих выборок в течение соответствующего периода времени.

В примере, в котором контрольные данные есть последовательность нулей и каналообразующий код есть ноль, обработка для восстановления контрольного сигнала включает в себя сжатие выборок данных с использованием кода скремблирования и накопление сжатых выборок над целым, кратным длине каналообразующего кода. Эта комплиментарная обработка сигнала восстанавливает контрольный сигнал, переданный от базовой станции, и удаляет другие передачи по другим каналам передачи данных от этой и других базовых станций.

На Фиг.3 представлена блок-схема одной реализации демодулятора 254, который может быть использован для поиска сильных экземпляров сигнала или многолучевых сигналов в полученном сигнале, и демодуляции одного или нескольких многолучевых сигналов достаточной силы. Эта реализация демодулятора 254 приводит в действие многолучевой когерентный приемник, который включает в себя несколько пальчиковых процессоров 310 или элементов демодуляции, и искатель 312 или поисковый элемент.

Из-за многолучевого распространения и других явлений сигнал, переданный от базовой станции 102 к устройству 104 беспроводной связи, может распространяться по множеству различных путей. Полученный сигнал в устройстве беспроводной связи может включать в себя несколько экземпляров многолучевого сигнала для сигналов, переданных одной или более базовыми станциями. Обычно искатель 312 используется для поиска сильных многолучевых сигналов в полученном сигнале и для предоставления индикации силы и синхронизации для каждого найденного многолучевого сигнала, соответствующего ряду критериев.

Многолучевой приемник может обрабатывать множество экземпляров сигнала, найденных искателем 312, при помощи назначения одного пальчикового процессора 310 для обработки каждого интересующего многолучевого экземпляра. Как правило, пальчиковый процессор 310 назначается, как определит контроллер 260, многолучевому экземпляру на основе информации о силе сигнала для конкретного многолучевого экземпляра, полученной от искателя 312.

Как показано на Фиг.3, синфазные и квадратурные комплексные выборки I_IN и Q_IN соответственно предоставляются от приемника 352 к нескольким пальчиковым процессорам 310a-310z. Внутри каждого пальчикового процессора 310, назначенного для обработки конкретного многолучевого экземпляра, выборки I_IN и Q_IN предоставляются псевдослучайному (PN) устройству 320 сужения спектра, которое также получает тот же самый код скремблирования, что был использован для расширения данных на базовой станции. Код скремблирования, предоставляемый псевдослучайному (PN) устройству 320 сужения спектра, генерируется в соответствии с конкретным применяемым стандартом CDMA и с определенным сдвигом для символа псевдошумовой последовательности или фазой, для базовой станции, для которой сдвиг символа псевдошумовой последовательности многолучевого экземпляра обрабатывается выделенным для этого пальчиковым процессором.

Псевдослучайное (PN) устройство 320 сужения спектра может выполнять комплексное умножение комплексных I_IN и Q_IN выборок на код скремблирования и предоставлять комплексные сжатые выборки I_DES и Q_DES элементам 322 и 332 раскрытия. Первый элемент 322 раскрытия раскрывает сжатые выборки с использованием одного или более каналообразующих кодов (например, коды Уолша или коды OVSF), используемых для покрытия данных, и генерирует комплексные раскрытые выборки. Затем раскрытые выборки данных предоставляются аккумулятору 324 символов, который накапливает выборки сверх длины каналообразующего кода для генерации раскрытых символов данных. Элемент 322 раскрытия и аккумулятор 324 символов эффективно образуют первый объединитель каналов, который восстанавливает данные, переданные по определенному каналу передачи. Затем восстановленные символы данных предоставляются контрольному демодулятору 326.

Во многих CDMA системах прямая связь включает в себя контрольный сигнал, который передается постоянно, все время, или непостоянно, в течение фрагмента передачи. Для восстановления переданного контрольного сигнала второй элемент 332 раскрытия раскрывает сжатые выборки с использованием определенного каналообразующего кода, используемого для покрытия контрольного сигнала на базовой станции 102. Каналообразующий код - это нулевой код Уолша в случае IS-95 и cdma2000, и нулевой OVSF код для некоторых контрольных каналов в случае W-CDMA. Затем раскрытые контрольные выборки предоставляются аккумулятору 334, который накапливает наборы выборок для предоставления контрольных символов x _n. Каждый набор включает в себя количество выборок для N_C символов псевдошумовой последовательности, которое представляет собой временной интервал накопления контрольного сигнала. Временной интервал накопления может быть, например, целым числом, кратным длине каналообразующего кода, использованного для контрольного сигнала, всем контрольным базовым периодом, если контрольный сигнал передается импульсами, или каким-либо другим временным интервалом. Затем аккумулятор 334 символов предоставляет контрольные символы фильтру 336 контрольного сигнала. Элемент 332 раскрытия и аккумулятор 334 символов эффективно образуют второй объединитель каналов, который восстанавливает контрольный сигнал, переданный по определенному контрольному каналу.

Фильтр 336 контрольного сигнала может быть реализован с использованием различных конструкций фильтров, как описано ниже. В общем случае фильтр 336 контрольного сигнала фильтрует полученные контрольные символы x _n для предоставления оценок контрольного сигнала y _n, которые оценивают отклик канала связи, по которому проходят многолучевые экземпляры сигнала. Фильтр 336 контрольного сигнала может также получать и использовать раскрытые символы данных от аккумулятора символов 324 для предоставления улучшенной контрольной оценки. Как правило, фильтр 336 контрольного сигнала предоставляет одну контрольную оценку для каждого раскрытого символа данных, который должен быть когерентно демодулирован. Контрольные оценки предоставляются контрольному демодулятору 326 и используются для когерентного демодулирования раскрытых переданных символов данных и также предоставляются устройству 342 оценки качества сигнала, которое детектирует силу восстановленного контрольного сигнала.

Контрольный демодулятор 326 может выполнять когерентное демодулирование раскрытых переданных символов данных от аккумулятора 324 символов с использованием контрольных оценок от фильтра 336 контрольного сигнала и предоставлять демодулированные символы к объединителю 340 символов. Когерентная демодуляция может быть достигнута выполнением скалярного произведения и векторного произведения раскрытых символов данных с контрольными оценками. Скалярное и векторное произведения эффективно выполняют фазовую демодуляцию данных и также масштабируют результирующий выход на относительную силу восстановленного контрольного сигнала. Посредством масштабирования на относительную силу восстановленного контрольного сигнала каждый из пальчиковых процессоров 310 эффективно взвешивает вклады от различных многолучевых экземпляров в соответствии с качеством многолучевых экземпляров для эффективного объединения. Таким образом, скалярное и векторное произведения выполняют двойную роль фазового проецирования и взвешивания (усреднения) сигнала, что является характеристиками когерентного многолучевого приемника.

Объединитель 340 символов получает и когерентно комбинирует демодулированные символы от всех назначенных пальчиковых процессоров 310 для предоставления восстановленных символов для определенной передачи данных, обрабатываемых многолучевым приемником. Затем восстановленные символы предоставляются следующему обрабатывающему элементу, например процессору 256 данных приема (Фиг.2).

Устройство 342 оценки качества сигнала может вычислить энергию контрольного сигнала при помощи: (1) возведения в квадрат синфазных и квадратурных компонент контрольных оценок, P₁ ² и P_Q ², где y _n=P₁+jP_Q; (2) суммирования каждой пары возведенных в квадрат результатов для генерации суммы квадратов P₁ ²+P_Q ²; или (3) накопления N_M сумм квадратов для генерации коррелирования величины, которая показывает силу восстановленного контрольного сигнала.

Как правило, единственный фильтр контрольного сигнала с определенным откликом используется в каждом пальчиковом процессоре для фильтрации контрольных символов для предоставления контрольных оценок. Этот фильтр контрольного сигнала имеет определенную полосу пропускания, выбранную так, чтобы быть надежной для всех условий канала, и являющуюся полосой пропускания, которая обычно выбирается для обеспечения приемлемой производительности на основе некоторых допущений для условий канала. Тем не менее, из-за того, что условия канала могут изменяться с течением времени для данного устройства беспроводной связи и, как правило, варьируются от устройства к устройству, использование фильтров контрольного сигнала с одинаковыми техническими характеристиками для всех устройств беспроводной связи во все моменты времени обеспечивает производительность ниже оптимальной во многих случаях. Особенность устройства, сконструированного в соответствии с настоящим изобретением, заключается в обеспечении методики для улучшения производительности фильтра контрольного сигнала при помощи создания «адаптивного» фильтра, функционирующего по-разному, в зависимости от условий канала, и обеспечивающего улучшенную оценку отклика канала связи на основе скорости мобильного устройства беспроводной связи.

Как было отмечено, переданный контрольный сигнал может деградировать из-за шума в коммуникационном канале и может быть дополнительно искажен затуханием, вызванным перемещением устройства беспроводной связи. Фильтр с узкой полосой пропускания или большой временной постоянной более эффективен при удалении шума канала, но менее эффективен при отслеживании изменений в принятом контрольном сигнале из-за затухания. И наоборот, фильтр с широкой полосой пропускания или маленькой временной постоянной более эффективен при отслеживании изменений в сигнале из-за затухания, но менее эффективен при удалении шума канала, и тем самым допускает прохождение большего количества шума канала через фильтр.

В Таблице 1 приведена общая зависимость откликов фильтров, которые с высокой вероятностью будут обеспечивать улучшенную производительность при различных условиях канала. Две строки данных в Таблице 1 соответствуют различным скоростям устройства беспроводной связи, высокой и низкой, а две колонки данных соответствуют различному количеству шума канала, высокому и низкому. Когда скорость устройства беспроводной связи мала, фильтр с узкой полосой пропускания является, как правило, предпочтительным, так как изменения сигнала из-за затухания, как правило, маленькое, и фильтр с узкой полосой пропускания может удалить больше шума канала, оставаясь способным отследить малые изменения сигнала. С другой стороны, когда скорость устройства беспроводной связи высока и шум канала низкий, изменения сигнала из-за затухания, как правило, большие, и фильтр с широкой полосой пропускания является предпочтительным, хотя фильтр с широкой полосой пропускания менее эффективен при уменьшении шума канала, представленного в сигнале. И наконец, когда скорость устройства беспроводной связи и шум канала высоки оба, отклик фильтра, обеспечивающего лучшую производительность, зависит от отношения величины шума канала к величине изменения сигнала из-за затухания.

Таблица 1   Низкий
шум канала Высокий
шум канала Низкая скорость устройства беспроводной связи Узкая полоса пропускания Узкая полоса пропускания Высокая скорость устройства беспроводной связи Широкая полоса пропускания Отношение канал/сигнал

Символы, соответствующие полученному контрольному сигналу, могут быть выражены как:

Уравнение 1

где величины , и есть комплексные величины, и:

представляет собой контрольные символы, полученные устройством беспроводной связи,

представляет собой контрольные символы, полученные устройством беспроводной связи после влияния на них затухания канала, но без добавления шума, и

представляет собой полный шум, который включает в себя шум канала, шум приемника и интерференцию от других базовых станций и многолучевых сигналов.

Потому что переданный контрольный сигнал имеет известную и постоянную амплитуду и фазу, контрольные символы, полученные устройством беспроводной связи, , эффективно представляют собой отклик канала связи.

Может возникнуть желание реализовать «идеальный» фильтр, тем самым предоставляя верхнюю границу производительности фильтра. При анализе конструкции оптимального фильтра предполагается, что затухание релеевское, краткодействующее и вызвано факторами многолучевости, и что шум есть аддитивный белый гауссовский шум (AWGN). Дополнительно предполагается, что процесс затухания и аддитивный белый гауссовский шум не зависят друг от друга. Полученный контрольный сигнал, представленный Уравнением 1, может быть переформулирован в терминах векторного уравнения, как:

Уравнение 2

где есть вектор-столбец, содержащий выборки контрольных символов есть вектор-столбец, содержащий последовательные коэффициенты затухания в момент времени где задает определенную выборку сигнала, и есть нулевое среднее от аддитивного белого гауссовского шума. При наших допущениях где есть автокорреляционная матрица затухания, и с шумовыми выборками не зависящими друг от друга. Используя широко известную линейную модель наблюдений и решение методом наименьших квадратов, получим:

Уравнение 3

Уравнение 3 иллюстрирует, что лучшая или оптимальная оценка затухания канала в любой момент времени есть взвешенная линейная комбинация как прошлого, так и будущего наблюдаемого . Другими словами, бесконечный неискажающий фильтр конечного входного отклика будет приводить к оптимальной оценке для канала. Веса для оптимального фильтра зависят от автокорреляции канала и колебаний шума . Снова, с учетом допущений и базируясь на широко известной модели Кларка, нормализованная функция автокорреляции для канала может быть записана как:

где есть функция Бесселя первого рода нулевого порядка, а есть допплеровский сдвиг частоты, равный

Уравнение 5

где ν есть скорость мобильного устройства беспроводной связи, c есть скорость света, и есть несущая частота. Таким образом, как было проиллюстрировано, существует прямая корреляция между скоростью мобильного устройства беспроводной связи и оценкой фильтра, базирующейся на коэффициентах фильтра. Как правило, фильтр контрольного сигнала реализуется как фильтр конечного входного отклика (FIR) или бесконечного импульсного отклика (IIR). В то время как реализация бесконечного неискажающего фильтра конечного входного отклика не может быть реализована на практике, многие CDMA системы используют фильтры конечного входного отклика (FIR) с множеством подключений.

На Фиг.4 представлена блок-схема реализации фильтра контрольного сигнала, сконструированного в соответствии с настоящим изобретением. Например, фильтр контрольного сигнала, представленный на Фиг.4, может быть использован для реализации фильтра 336 контрольного сигнала, показанного на Фиг.3, и включает в себя фильтр 410 конечного входного отклика (FIR), соединенный с блоком 420 управления. Фильтр 410 конечного входного отклика (FIR) получает и фильтрует контрольные символы в соответствии с определенным откликом фильтра и обеспечивает фильтрованные контрольные символы . Определенный отклик фильтра 410 конечного входного отклика (FIR) и таким образом полоса пропускания определяются набором коэффициентов от до , предоставляемым блоком 420 управления.

Внутри фильтра 410 конечного входного отклика (FIR) полученные контрольные символы предоставляются набору серийно связанных элементов 412b-412m задержки. Полученные контрольные символы и выход от элементов 412b-412m задержки соответственно предоставляются умножителям 414a-414m, которые также получают коэффициенты от до соответственно. Каждый из умножителей получает контрольный символ или отложенную версию контрольного символа и умножает контрольный символ на полученный коэффициент и тем самым предоставляет отмасштабированный символ сумматору 416. Сумматор 416 складывает отмасштабированные символы от всех умножителей для того, чтобы предоставить отфильтрованный контрольный символ . Отфильтрованный контрольный символ от фильтра 410 конечного входного отклика (FIR) может быть выражен как:

Уравнение 6

В блоке 420 управления блок 424 оценки мощности шума получает и оценивает мощность шума в полученном сигнале. Блок управления 420 также включает в себя блок 426 оценки скорости устройства беспроводной связи. В одной реализации блок 426 оценки скорости получает сигнал, показывающий скорость мобильного устройства беспроводной связи, например, от приемника глобальной системы позиционирования (GPS), интегрированного в мобильное устройство беспроводной связи. В другой реализации блок 426 оценки скорости получает сигнал, показывающий положение устройства беспроводной связи в заданное время, и при помощи получения положения устройства беспроводной связи в другой момент времени блок 426 оценки скорости определяет оценку скорости устройства беспроводной связи.

Выход от блока 424 оценки мощности шума и блока 426 оценки скорости является входом для блока 428 выбора коэффициентов. Блок 428 выбора коэффициентов оценивает оценку мощности шума и оценку скорости устройства беспроводной связи и определяет желаемый набор коэффициентов для использования в фильтре 410. Блок 428 выбора коэффициентов выводит желаемый набор коэффициентов от до к фильтру 410 и соответствующим умножителям 414a-414m.

Определение коэффициентов может быть выполнено различными способами. Например, набор значений для коэффициентов может быть предопределен и сохранен в таблице соответствия и в зависимости от оценок мощности шума и скорости определенный набор коэффициентов выводится к фильтру. Другой пример определения коэффициентов может заключаться в использовании значений оценок мощности шума и скорости для расчета набора коэффициентов, используемых фильтром. Кроме того, коэффициенты фильтра могут быть выбраны на основе оценки скорости устройства беспроводной связи, без учета оценки мощности шума.

В одной реализации коэффициенты определяются мобильным устройством беспроводной связи. В другой реализации оценка мощности шума и оценка скорости устройства беспроводной связи передается от устройства беспроводной связи в другое место в инфраструктуре беспроводной сети, где определяются коэффициенты фильтра. В еще одной реализации оценка мощности шума передается от устройства беспроводной связи в другое место в инфраструктуре беспроводной сети, и скорость устройства беспроводной связи определяется сетью. Например, скорость устройства беспроводной связи может быть определена в сети из измерений, сделанных при получении сигналов сетью, которые были переданы от устройства беспроводной связи. Кроме того, коэффициенты фильтра могут быть выбраны на основе оценки скорости устройства беспроводной связи, без учета оценки мощности шума.

Коэффициенты фильтра контрольного сигнала могут быть использованы для настройки фильтра контрольного сигнала в устройстве беспроводной связи или для настройки фильтра контрольного сигнала в беспроводной сети, или и там и там. Например, устройство беспроводной связи может определить контрольные коэффициенты и подстроить свой собственный фильтр контрольного сигнала или устройство беспроводной связи может передать контрольные коэффициенты сети, где подстроится фильтр контрольного сигнала, или и то и то. Кроме того, сеть может определить коэффициенты фильтра контрольного сигнала и подстроить фильтр контрольного сигнала в сети или передать коэффициенты устройству беспроводной связи, где подстраивается фильтр контрольного сигнала, или и то и то. Коэффициенты фильтра контрольного сигнала могут также быть разными для устройства беспроводной связи и сети. Например, один набор коэффициентов может быть определен для использования в фильтре контрольного сигнала в устройстве беспроводной связи и отличный набор коэффициентов определен для использования в фильтре контрольного сигнала в сети.

На Фиг.5 представлена блок-схема другой реализации фильтра контрольного сигнала, сконструированного в соответствии с настоящим изобретением. Фильтр контрольного сигнала, представленный на Фиг.5, может быть использован для реализации фильтра 336 контрольного сигнала на Фиг.3. Как показано на Фиг.5, фильтр 336 контрольного сигнала включает в себя банк фильтров 510a-510n. Каждый из фильтров 510 может быть реализован как фильтр конечного входного отклика (FIR) или бесконечного импульсного отклика (IIR), или фильтр другого типа. Фильтры 510a-510n могут быть фильтрами разного типа, например некоторые из них могут быть фильтрами конечного входного отклика (FIR) и другие бесконечного импульсного отклика (IIR), в то время как другие являться фильтрами других типов, и различные типы фильтров могут быть в любой желаемой комбинации. Кроме того, каждый из фильтров 510a-510n может иметь различный отклик или полосу пропускания, связанные с ним.

Каждый из фильтров 510a-510n получает и фильтрует контрольные символы и предоставляет фильтрованные контрольные символы с по селектору 512. Затем селектор 512 предоставляет фильтрованные контрольные символы от определенного фильтра, имеющего лучшую или желаемую производительность, как выбрано контроллером 516. Контроллер 516 получает оценки мощности шума от блока 424 оценки мощности шума и оценку скорости устройства беспроводной связи от блока 426 оценки скорости. На основе значений оценки шума и оценки скорости контроллер 516 будет выбирать желаемый вывод фильтра. В другой реализации контроллер выбирает желаемые коэффициенты фильтра на основе оценки скорости без учета оценки мощности шума.

На Фиг.6 представлена структурная диаграмма, иллюстрирующая методику подстройки фильтра контрольного сигнала, в соответствии с настоящим изобретением. Схема начинается в блоке 610. В блоке 612 контрольные символы принимаются. Затем схема продолжается в блоке 612, где определяется оценка мощности шума в полученном сигнале. Затем в блоке 616 делается оценка скорости устройства беспроводной связи. Как обсуждалось выше, оценка скорости устройства беспроводной связи может предоставляться устройством, таким как интегрированный в устройство беспроводной связи приемник GPS, или устройство беспроводной связи может определять свою скорость, например, при помощи определения его положения в различные моменты времени и вычисления его скорости, или скорость устройства беспроводной связи может определяться в инфраструктуре беспроводной сети.

Схема продолжается в блоке 618, где с использованием оценки мощности шума и оценки скорости устройства беспроводной связи определяется набор коэффициентов фильтра. В блоке 620 набор желаемых коэффициентов используется для настройки отклика фильтра. Как обсуждалось, в одной реализации коэффициенты предопределены и сохранены, например, в таблице соответствия. В другой реализации коэффициенты определяются устройством беспроводной связи в ответ на оценку мощности шума и скорости мобильного устройства беспроводной связи. В еще одной реализации оценка мощности шума и оценка скорости устройства беспроводной связи передаются от устройства беспроводной связи в другое место в инфраструктуре беспроводной сети, где определяются коэффициенты фильтра и передаются назад к устройству беспроводной связи. В еще одной реализации оценка мощности шума передается от устройства беспроводной связи в другое место в беспроводной сети, и сеть получает или вычисляет скорость устройства беспроводной связи. Например, скорость устройства беспроводной связи может быть определена в сети из измерений, сделанных при получении сигналов сетью, которые были переданы от устройства беспроводной связи. Кроме того, коэффициенты фильтра могут быть выбраны на основе оценки скорости устройства беспроводной связи, без учета оценки мощности шума.

Вышеупомянутое описание детализирует некоторые реализации настоящего изобретения. Тем не менее, должно быть понятно, что вышеупомянутая детализация не имеет значения, так как настоящее изобретение может быть реализовано в другой определенной форме без выхода за пределы его сущности. Описанные варианты реализации должны рассматриваться только как иллюстративные и неограничивающие, и объем изобретения, таким образом, определяется нижеследующей формулой, а не приведенным выше описанием. Все изменения, которые укладываются в значение и эквивалентны пунктам формулы, также попадают в объем формулы.

Изобретение относится к адаптивным фильтрам в системах беспроводной связи. Технический результат - улучшение оценки зависящего от времени отклика канала связи на полученный контрольный сигнал в системе беспроводной связи. Изобретение предоставляет устройство для согласования фильтра контрольного сигнала в соответствии со скоростью устройства беспроводной связи (WCD) по отношению к инфраструктуре беспроводной сети. Фильтр контрольного сигнала настраивается при помощи определения контрольных коэффициентов для фильтра контрольного сигнала на основе скорости устройства беспроводной связи. Фильтр контрольного сигнала может быть расположен в устройстве беспроводной связи или в инфраструктуре сети, или и там и там. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

1. Система беспроводной связи, содержащая:
по меньшей мере, одно мобильное устройство беспроводной связи с фильтром контрольного сигнала, который сконфигурирован для приема коэффициентов, которые согласовывают работу фильтра с откликом канала связи; и
устройство инфраструктуры, сконфигурированное для взаимодействия, по меньшей мере, с одним мобильным устройством беспроводной связи, где устройство инфраструктуры получает сигналы от мобильного устройства беспроводной связи и на основе этих сигналов определяет коэффициенты фильтра контрольного сигнала и передает коэффициенты мобильному устройству беспроводной связи для использования при конфигурировании фильтра контрольного сигнала.

2. Система беспроводной связи по п.1, в которой инфраструктура включает в себя базовую станцию.

3. Система беспроводной связи по п.1, в которой сигнал, полученный от мобильного устройства беспроводной связи, включает в себя оценку уровня мощности шума канала связи.

4. Система беспроводной связи по п.1, в которой сигнал, полученный от мобильного устройства беспроводной связи, включает в себя оценку скорости мобильного устройства беспроводной связи.

5. Система беспроводной связи, содержащая:
по меньшей мере, одно мобильное устройство беспроводной связи с фильтром контрольного сигнала, который сконфигурирован для приема коэффициентов, которые согласовывают работу фильтра с откликом канала связи; и
устройство инфраструктуры, сконфигурированное для взаимодействия, по меньшей мере, с одним мобильным устройством беспроводной связи, где устройство инфраструктуры получает сигналы от мобильного устройства беспроводной связи и на основе этих сигналов и измерений, сделанных инфраструктурой, определяет коэффициенты фильтра контрольного сигнала и передает коэффициенты мобильному устройству беспроводной связи для использования при конфигурировании фильтра контрольного сигнала.

6. Система беспроводной связи по п.5, в которой инфраструктура включает в себя базовую станцию.

7. Система беспроводной связи по п.5, в которой сигнал, полученный от мобильного устройства беспроводной связи, включает в себя оценку уровня мощности шума канала связи.

8. Система беспроводной связи по п.5, в которой сигнал, полученный от мобильного устройства беспроводной связи, включает в себя оценку скорости мобильного устройства беспроводной связи.

9. Система беспроводной связи, содержащая:
по меньшей мере, одно мобильное устройство беспроводной связи; и устройство инфраструктуры с фильтром контрольного сигнала, который сконфигурирован для приема сигнала от мобильного устройства беспроводной связи по каналу связи и принятия коэффициентов, которые согласовывают отклик фильтра, где устройство инфраструктуры получает сигналы от мобильного устройства беспроводной связи и на основе этих сигналов определяется набор коэффициентов, предоставляемых фильтру контрольного сигнала.

10. Система беспроводной связи по п.9, в которой инфраструктура включает в себя базовую станцию.

11. Система беспроводной связи по п.9, в которой сигнал, полученный от мобильного устройства беспроводной связи, включает в себя оценку уровня мощности шума канала связи.

12. Система беспроводной связи по п.9, в которой инфраструктура оценивает скорость мобильного устройства беспроводной связи и использует оценку скорости для определения набора коэффициентов.

13. Система беспроводной связи по п.9, в которой фильтр контрольного сигнала представляет собой фильтр конечного входного отклика.

14. Система беспроводной связи по п.9, в которой фильтр контрольного сигнала представляет собой фильтр бесконечного импульсного отклика.

15. Система беспроводной связи по п.9, в которой инфраструктура также содержит множество фильтров контрольного сигнала.