估测封包数据通道上干扰与噪声 的方法及其装置 【技术领域】
本发明有涉及一种扩频移动通讯网路，特别是涉及估测扩频移动蜂窝通讯网路中干扰的方法与其装置。
背景技术
在扩频移动蜂窝通讯网络(spread spectrum mobile cellularcommunication networks)中，基站与手机之间的讯号功率被谨慎的控制。例如在码分多址(Code Division Multiple Access；CDMA)移动通讯系统中，手机计算从基站传来讯号的信道质量，并定期回报基站所测量到的信道质量。基站因此可以按照此测量调整将来传输给该手机使用的增益(gain)。另外，手机也可以判断并报导从其它基站传来的引导讯号(pilot signal)的信道质量。根据其它引导讯号所报导的信道质量，手机也可以与其它基站建立通讯。
在CDMA IS2000标准较早发表的C版本(1xEVDV)中，附近基站的引导讯号的信道质量被定义为引导讯号能量与手机接收到的总噪声及干扰功率之间的比例。在CDMA IS2000发表C标准(1xEVDV)，附近基站的引导讯号的信道质量(“C/I”)被定义为引导讯号功率与干扰密度(Nt)之间地比例，Nt为手机经历的噪声程度，当接收讯号以目标小区(target cell)伪随机(Pseudo-Random；P/N)序列解扩(de-spread)，不包括目标小区的所有相同小区正交讯号。连接至使用CDMA IS2000发表C标准移动通讯网路的基站的手机必须定期为附近基站判断所规定的C/I值。当手机打电话给联机的基站时，也可能需要判断附近基站的C/I值，因此只剩下有限的资源来判断所规定的C/I值。移动电话业界因此需要开发一种方法与系统，可以让手机有效的判断附近基站的Nt与C/I值(按照CDMA IS2000发表C标准)。而本发明便是提供一种方法与系统以达到上述的需要。
【发明内容】
本发明包括一个系统、移动单元、方法、以及产品，通过扩频蜂窝网络传递数据讯号。蜂窝网络包括与蜂窝网络联机的多个基站，以及被分派给所述基站其中之一(现用基站)的移动单元。本发明的系统从所述基站中另一基站(目标基站)接收一讯号，并判断已接收讯号对目标基站的干扰密度。本发明的系统可以将一正交码序列与目标基站的引导序列的正交码序列边界同步。
在一实施例中，系统会使已接收讯号与该目标基站的一对应P/N序列相互关联，使所选择的正交码序列与目标基站的P/N相关目标引导序列相互关联，以及判断与正交、P/N相关的目标引导序列的能量。在此实施例中，此正交码序列为一沃尔(Walsh)码序列，而蜂窝网络为一码分多址(CodeDivision Multiple Access；CDMA)网络，并且各基站代表一网络小区(cell)。
在另一实施例中，本发明的系统选择至少与目标基站目前使用的正交码序列为半正交(quasi-orthogonal)的一码序列，其中选择码序列包括一码序列的重复，重复的码序列与目标基站目前使用的其它码序列为正交，并且选择码的长度为一整数乘上该目标基站目前使用的最长正交码序列的长度。再者，本发明的系统可以藉由为现用基站的引导讯号判断正交码序列边界，以及从已判断的现用基站的引导讯号正交码序列边界，为目标基站的引导讯号判断正交码序列边界，使得系统的正交码序列与选择的码序列同步。
另一实施例中，系统使已接收讯号与目标基站的一对应P/N序列相互关联，并且使引导正交码序列与目标基站的P/N相关讯号相互关联。系统还可判断目标基站P/N相关讯号的功率，以及判断与正交、P/N相关的已接收讯号的能量。
【附图说明】
图1为实施本发明所述包括多个基站的蜂窝通讯系统的方块图。
图2为实施本发明所述的移动单元的方块图。
图3为实施本发明所述的基站的方块图。
图4A为实施本发明所述的移动单元中无线电收发机ASIC部分的方块图。
图4B为实施本发明的瑞克(Rake)接收器的简易方块图。
图4C为实施本发明如图4B的瑞克接收器的其中一指状接头(finger)的方块图。
图5显示实施本发明如图3中服务器/无线电收发机的简易方块图。
图6A显示根据本发明的教导，判断已接收引道讯号的能量的程序。
图6B显示根据本发明的教导，判断干扰密度Nt的程序。
图7A显示CDMA IS2000标准系统中，可实施本发明的序列范例以及包括一偏移量D的沃尔(Walsh)边界。
图7B为根据本发明的教导的流程图，描述判断目标引导讯号沃尔边界偏移量D的程序。
图8为根据本发明的教导，描述判断已接收引导讯号的C/I值的另一种程序。
附图符号说明
22、24、26、42、44-基站；
30-移动单元；
51-P/N序列产生器；
52-编码器；
53-解交插及Viterbi译码器；
54-正交讯号展开器；
55-解调处理器；
56-RF电路；
61-指状接头；
62-RF电路；
63-延迟；
64-瑞克接收器；
65-加法器；
66-搜寻器；
67-交叉相关值比较器；
69-密码产生器；
100-基站；
102-中央处理单元；
104-RAM；
106-ROM；
108-储存单元；
112、114-服务器/无线电收发机；
113-天线；
120-移动单元；
122-中央处理单元；
124-RAM；
126-ROM；
128-显示器；
132-使用者输入；
134-无线电收发机ASIC；
136-串联埠；
138-麦克风；
142-喇叭；
144-天线。
【具体实施方式】
图1为可用来实施本发明的一蜂窝系统中一部分10的方块图。在此蜂窝系统10中，有数个分散在不同区域的基站22、24、26、42、与44，以及一个移动单元30。移动单元可为任何无线电装置，包括可携式服务器(Modem)，与一基站(BS)22、24、26、42、与44通讯。例如，移动单元为一手机，个人数据助理(PDA)、或计算机。在一实施例中，当基站接收到从该移动单元传来的讯号强度够大时，各个基站都可与移动单元通讯。在一个发明实施例中，基站支持同一种无线通讯协议标准(例如CDMA IS2000 rev.C标准)。在本发明的另一实施例中，基站可支持不同或多种通讯协议标准。另外，移动单元30可以支持单个或多个通讯协议标准。例如装置30可支持CDMA标准、高级移动电话系统(Advanced Mobile Phone Service；AMPS)标准、时分多址系统(Time Division Multiple Access；TDMA)标准、泛欧数字式移动电话系统(Global System for Mobile Communication；GSM)标准。在图1显示的范例中，移动单元30可利用CDMA标准与基站22、24、26、42、与44通讯。
在图1中，移动单元30从多个基站22、24、及26取得引导讯号。在此范例中，由于移动单元的目前所在位置，从基站42、44传来的引导讯号可能会太弱了。移动单元30可以判断各基站22、24、及26的信道质量，而每一个基站代表着蜂窝网络10中的一个小区。各小区的信道质量可以因为移动单元所接收到的噪声与干扰而改变。在CDMA蜂窝系统中，从相同小区传出的无多路径(non-multi-path)讯号互相是正交的。移动单元在接收到一引导讯号后可藉由解扩(dispreading)程序将相同小区的讯号移除。因此其它小区讯号(其它基站与其它移动单元(并无显示于图1中)之间的讯号)与同一小区内的多路径讯号，通常会造成移动单元的讯号干扰。可以利用瑞克(Rake)接收器来结合多路径讯号，以产生一个单一、较强的同调讯号。
图2为实施本发明的移动单元120的方块图。装置120可包括中央处理单元(Central Processing Unit；CPU)122、随机存取内存(Random AccessMemory；RAM)124、只读存储器(Read Only Memory；ROM)126、显示器128、使用者输入装置132、无线电收发器应用特殊集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit；ASIC)134、麦克风138、喇叭142、以及天线144。ROM 126与CPU 122耦接，用来储存被CPU 122所执行的程序指令。RAM 124与CPU 122耦接，用来储存暂时程序数据与附加信息。使用者输入装置132可包括例如键盘、触碰式屏幕、轨迹球、或其它类似的输入装置，可以让使用者浏览选单执行打电话或是其它功能。
麦克风138与喇叭142可以合并成一个电话听筒，与ASIC 134耦接。麦克风138与喇叭142也可以在结构上为分开的，通讯时不需用手持。在此模式下，ASIC 134可包括音控电路，用来将声音命令转换为数据。数据藉由串联端口136传至CPU 122，而数据中可以包括要拨号的电话号码。
无线电收发机ASIC 134包括一组指令，在蜂窝网络10中执行数据与语音讯号通讯。在一实施例中，无线电收发机ASIC 134为码分多址存取(CDMA)ASIC，并且蜂窝网络为支持数据及语音通讯的CDMA网络。ASIC 134耦接至天线144，在蜂窝网络10中以讯号作通讯。当数据讯号被无线电收发机ASIC134接收到后，数据经由串联端口136转送至CPU 122。此数据可以包括基站附加信息的数据，并且是储存在依照本发明方法的移动单元中。ASIC 134可执行判断信道质量的操作。ASIC 134的一部分显示于图4A中。如图4A所示，ASIC 134包括无线电频率(Radio Frequency；RF)电路62、瑞克接收器64、搜寻相关器66、P/N序列产生器51、解调处理器55、以及解交插及Viterbi译码器53。这些在CDMA移动单元中的组件51、53、55、62、64、及66皆为本领域技术人员所熟知。
搜寻器66可包括一个或多个相关器。搜寻器66可被用来找出实施例中附近目标基站的目标引导讯号。搜寻器也可以用来找出目前已接收讯号中最大的多路径顶点。图4B为可实施于本发明的瑞克接收器64的简易方块图。瑞克接收器用来将鉴定为最大的路径讯号顶点结合为一个单一同调讯号。如图所示，瑞克接收器64包括数个指状接头(fingers)61，数个延迟单元63、以及一个加法器65。图4C为可实施本发明的指状接头61的简易方块图。如图4C所示，指状接头61包括密码产生器69与交叉相关值比较器67。密码产生器69为将要执行关联性比较的讯号提供密码，而交叉相关值比较器67在搜寻器搜寻到并判断的偏移值之下，将讯号与选择/产生的密码作关联性的比较。移动单元120中的瑞克接收器64可以大量的减低因讯号的多路径干扰而产生的噪声或干扰。
图3描述可实施本发明的基站的方块图。基站100可包括CPU 102、RAM104、ROM 106、储存单元108、第一服务器/无线电收发机112、以及第二服务器/无线电收发机114。第一服务器/无线电收发机112可以利用因特网联机或有线电话系统，例如简易老式电话系统(Plain Old Telephone System；POTS)，将基站100与中央蜂窝网络控制中心耦接。第二服务器/无线电收发机114将基站100与蜂窝网络10耦接。服务器/无线电收发机114可以为以太网络服务器、电话服务器、无线服务器、或是其它可以与蜂窝网络10通讯的装置。CPU 102管理第一112与第二服务器114之间的通讯，让中央网络控制中心、因特网、或POTS及一或多个移动单元之间以讯息通讯。
ROM 106可储存在CPU 102执行的程序指令，而RAM 104可以用来储存给同一区域内其它基站(附近基站)的暂时程序数据与附加信息。储存单元108可以任何适合的方式储存数据，并可被用来储存附加信息。图5显示服务器/无线电收发机114中一部分的实施例。如图5所示，服务器/无线电收发机114包括一个编码器52、一个正交讯号展开器54、以及一个RF电路56。在一个实施例中，编码器52利用一个独特的伪随机(Pseudo-Random；P/N)序列为将被传送的数据编码。正交讯号展开器54于被P/N编码的数据上以正交码编码。在一个实施例中，正交码包括沃尔码正交序列(Walsh codeorthogonal sequence)。RF电路56调制这些被正交码展开编码的数据于一先前预设的无线电频率(RF)上。
根据CDMA IS2000发表C标准中，在CDMA蜂窝网络里，移动单元主动的与一基站(现用基站)通讯时必须判断附近目标基站/小区的信道质量，并将判断的信道质量回报给现用基站。IS2000发表C标准为信道质量定义成引导能量与干扰密度(Nt)之间的比例，其中Nt为当已接收讯号以目标小区P/N序列展开时，移动单元所接收到的噪声程度，并不包括目标小区/基站内同一个小区的正交讯号。现用基站可以将此信息回报给系统控制器(无显示于图中)或是可以藉由评估此信息，以判断移动单元是否应被转移至其它目标基站/小区(即执行小区转换)。利用瑞克接收器64(ASIC 134的)，移动单元30可以正确的判断接收路径(引导讯号)的干扰密度(Nt)。不过目标基站引导讯号不会被分派给移动单元30的一指状接头61。瑞克接收器64被应用于结合从移动单元目前被分配到的基站/小区(现用基站)所传来的CDMA讯号的多路径成分。
在本发明的一个实施例中，搜寻器66被用作判断目标基站引导讯号的引导能量Ec与干扰密度Nt。本发明利用搜寻器66执行如图6A、6B、以及图8所示的程序与运算。图6A与6B描述两个比较相关值的示范程序70及80，可以合并使用以判断C/I值。图6A描述的示范程序70可以用来判断已接收目标引导讯号的能量。图6B描述的示范程序80可以用来判断已接收目标引导讯号的干扰密度Nt。
在一个示范实施例中，搜寻相关器66(图4A)依序执行程序70与80。在此实施例中，在第一时间T1，搜寻相关器66执行第一相关值比较程序70。而在较晚的时间T2，搜寻相关器66执行第二相关值比较程序80。在第一相关值比较程序70中，目标引导P/N序列与已接收讯号作相关值比较(步骤72)。接着，引导Walsh码与从相关值比较步骤72输出的讯号作相关值比较(步骤73)。所产生的讯号成分C于是在一段时间WL内被累加，其中WL等于一个整数值乘与目标小区中使用的最长Walsh码的长度(步骤74)。在所有现有的CDMA IS2000标准中，小区内使用的最长Walsh码长度都小于265。在一个示范实施例中，为了提高估计的准确度，累加(步骤74)以许多Walsh码窗执行(步骤76)M次，M为一个整数值。已接收引导讯号功率Ec于是在步骤78中以
估计。
示范实施例的较晚时间T2中，搜寻相关器66被用来搜寻如图6B所示的第二相关比较程序80。在程序80里，目标引导P/N序列与已接收讯号作相关值比较(步骤82)。接着，正交Walsh码序列与之前的结果(已作过相关值比较的讯号)执行相关值比较(步骤84)。讯号成分C在时段WL中被累加(步骤86)。在一个示范实施例中，为了提高估计的准确度，累加(步骤86)以许多Walsh码窗执行(步骤88)M次，M为一个整数值。已接收讯号干扰密度Nt于是在步骤88中以估计。在步骤84中使用的正交Walsh码理想上是与所有在同一小区使用的Walsh码为正交的。因为在基站内使用的Walsh码可能随时间而改变，在一个示范实施例中，所使用的Walsh码不被引导讯号、传输多样引导讯号(transmission diversity pilot signals)、辅助引导讯号、或是任何有固定比特流的通道所使用。这些Walsh码可以于IS2000标准符合系统所决定，因为这样的系统使用特定的Walsh码在这些特殊种类的讯号上。
在另一实施例中，一个半正交(Quasi Orthogonal)码序列代替程序80的步骤84中使用的正交Walsh码。半正交码序列包括一个与其它正在使用于目标基站的Walsh码序列为正交的码序列的重复。另外，其它实施例也可以利用程序70与80的变化来实现。在另一程序中，可以将不同的输入数据执行多次相关值比较，并将之平均。此程序可以减少估计噪声Nt的差异。在另一实施例中，程序70与80可以移除得到的相关值中太大或太小的值(即利用一个中间值滤波器将相关值过滤)。在任何这些程序中，选择的正交Walsh码必须与已接收讯号的Walsh码为正交的，以便实现希望得到的相关值成果。
图7A显示在CDMA IS2000标准系统140中，一个示范序列与包括一个偏移量D的Walsh边界。图7B为一个流程图，描述判断引导讯号Walsh边界偏移量D的程序150，偏移量D是目标Walsh边界与现用小区中参考Walsh边界的偏移量。由于现用小区中的参考Walsh边界是搜寻器所知的，判断D即可得到目标小区的Walsh边界。在程序150的步骤142中，目标P/N序列与参考P/N序列之间的偏移量会被判断。在CDMA IS2000标准系统140中，目标序列的偏移量为64片(chip)的增额。另外，移动单元的基站提供不同的偏移量(N-K)给参考引导P/N序列143与目标引导P/N序列141。目标序列141与参考序列143可以有不同的讯号传输时间(介于各自的基站与移动单元之间)。程序150的步骤144中所判断的片偏移量G，代表目标引导P/N序列141与参考P/N序列143之间的讯号传输差。
在一实施例中，藉由P/N序列中已知的参考点，可以利用已接收目标序列的相关值顶点来判断G值，例如第一个逻辑数为1，之后15个皆为0。Walsh边界是从已知参考边界导出的。在程序150中，D是由偏移量G与“N-K”所判断的。特别是D＝((N-K)*64+G)mod Walsh_Length，其中Walsh_Length′的值为与目标引导讯号作相关值比较，以得到噪声估计(步骤146)的Walsh码的长度。
图8描述另一个示范程序90，可以用来判断C/I值。如图8所示，在程序90中，目标引导P/N序列与已接收引导讯号作相关值的比较(步骤91)。引导Walsh码于是会与之前作相关值比较的接收讯号再次作相关值比较(步骤92)。所得到的讯号成分C会在一段期间WL中被累加，而WL会等于引导讯号小区所使用的最长Walsh码长度。在一个示范实施例中，为了提高估计的准确度，会以许多Walsh窗(步骤94)作M次的累加(步骤93)，而这里M为一整数。总讯号功率于步骤96中以被估测。而在步骤98中，已接收的引导讯号功率Ec会以估计。已接收的引导讯号干扰密度Nt是利用总讯号功率与接收引导讯号功率Ec之间的差额作估计(步骤99)。由于功率会以Walsh长度的整数倍数累加而估计出来，相关值会理想地与如图7B的程序150所判断的Walsh边界调至对齐。
前述对较佳实施例的描述使任何熟悉无线通讯领域的技术人员可以制造或使用本发明。然其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，因此本发明的保护范围视本发明的权利要求为准。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，熟悉无线通讯领域的技术人员可以按照这里的教导，在不偏离本发明精神与范围的前提下作若干的变动。例如，本发明可以计算机程序软件、固件、或硬件的结合而实施。在实施本发明之前的准备步骤或根据本发明制造装置时，依照本发明的计算机程序码(软件或固件)通常是储存于一个或多个机器可读储存媒体如固定(硬件)槽、磁盘、光学磁盘、磁带，半导体内存如ROM、PROM等等，因此可依据本发明制造产品。产品包括计算机程序码可被用来执行直接从储存装置而来的程序代码，或是从储存装置复制到其它储存装置，例如硬盘，RAM等的程序代码，或是从网络传来控制执行操作的程序代码。