專利名稱：通信系統(tǒng)中的魯棒信道估計的制作方法
通信系統(tǒng)中的魯棒信道估計賊領域本發(fā)明一般地涉及無線通信，更具體地，涉及通信系統(tǒng)的信道估計中 的訓練序列的生成和使用。
背景技術：
隨著無線通信的快速發(fā)展，OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplodng,正交頻分復用)因為其頻帶的高效利用和簡單的實現(xiàn)方式， 已經(jīng)成為一種用于實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)速率的具有高頻譜效率的流行的方案，尤 其是在4G (第四代)無線通信系統(tǒng)中。在OFDM系統(tǒng)中，可用帶寬被劃 分到若干離散的信道中，這些信道彼此重疊且正交。每個離散信道被定義 為一個子載波，并且具有明確定義的頻率。各個子載波承載調(diào)制符號，調(diào) 制符號的幅度和/或相位代表經(jīng)編碼的信息。在接收機端，只有在每個 OFDM符號的開始時刻被識別之后，接收到的OFDM符號才可以被解 調(diào)。因此，需要時間同步來識別符號的定時。但是，存在由于信道衰落、 干擾、噪聲等引起的同歩誤差。存在的同步誤差有兩種早同歩和遲同歩。只要估計出的開始時刻位 于符號的循環(huán)前綴的范圍內(nèi)，早同步對于隨后的處理塊的影響就可以被忽 略。遲同步的危害比早同步的大，因為對于這種同步誤差沒有有效的防護 措施。實踐中，估計出的符號定時通常在循環(huán)前綴內(nèi)向后移動一定的量，以 降低遲同步的概率。但是，對于利用多徑衰落信道工作的OFDM系統(tǒng)，遲 同歩更易于發(fā)生，因為通過最強路徑發(fā)射的信號的開始時刻，而不是通過 具有最小傳播延遲的較弱路徑發(fā)射的信號的開始時刻，通常被時間同步過 程認為是接收符號的開始時刻。因為最強路徑可能具有比第一路徑大得多 的傳播延遲，所以在這種情況中，對估計出的符號開始時刻進行移動的方法幾乎不能提供幫助。為了避兔信道估計中的同步問題，現(xiàn)有技術考慮了一種在前導字段或 者較長的循環(huán)前綴中使用特殊設計的訓練序列的方案。但是，這種方案需 要修改前導字段或數(shù)據(jù)字段的格式，并且該修改可能與標準中的規(guī)范相沖 突，這是不利的。另一種方案是聯(lián)合的同步和信道估計。聯(lián)合估計可以獲得比單獨估計 更精確的結果，但是聯(lián)合估計的計算復雜度比單獨估計高得多。高復雜度導致高成本，而成本在類似WLAN之類的應用中是很關鍵的。對此，現(xiàn) 有技術提出了另一種聯(lián)合估計，其利用基于估計出的干擾功率被加權平均 的多個訓練序列，來改善信道估計。但是，在具有遲同步誤差的系統(tǒng)中， 所有接收的訓練序列都包括較大的干擾，因此，加權平均的方法不會帶來 改善。MIMO (Multiple Input Multiple Oulpit,多入多出)OFDM系統(tǒng)對同 步誤差比SISO (Single Input Single Output,單入單出)OFDM系統(tǒng)更加敏 感，因為一個接收中的同步誤差不但可以對其自身引入干擾，而且還可以 擾亂其它接收機。由于在多個發(fā)射機和單個接收機之間存在不同的定時偏 移，因此對于來自一個發(fā)射機的信號的理想同步或早同步經(jīng)常變?yōu)閷τ趤?自另一個發(fā)射機的信號的遲同步。因此，在MIMO OFDM系統(tǒng)中，同步 誤差是不可避免的，即使某個發(fā)射機和接收機的時鐘完全同步。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于實現(xiàn)通信系統(tǒng)中的魯棒信道 估計的裝置。該裝置包括被配置為生成訓練序列的訓練序列生成器；被 配置為將訓練序列插入到幀中的格式化器；和被配置為發(fā)射幀的發(fā)射模 塊，其中，訓練序列生成器包括訓練符號生成器和訓練序列形成單元，訓 練符號生成器被配置為生成多個訓練符號，所述多個訓練符號滿足預定的 約束，使得訓練符號對同步誤差不敏感，訓練序列形成單元被配置為從由 訓練符號生成器生成的訓練符號形成訓練序列。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種用于實現(xiàn)通信系統(tǒng)中的魯棒信 道估計的通信方法。該方法包括生成多個訓練符號，所述多個訓練符號滿足預定的約束，使得訓練符號對同步誤差不敏感；從多個訓練符號形成 訓練序列；將訓練序列插入到幀中；以及發(fā)射該幀。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種用于實現(xiàn)通信系統(tǒng)中的魯棒信 道估計的通信方法。該方法包括接收幀；從接收的幀中提取訓練序列； 通過在訓練序列中將一個訓練符號的循環(huán)后綴作為下一個訓練符號的循環(huán) 前綴，從訓練序列提取訓練符號；以及基于訓練符號執(zhí)行信道估計。


.結合附圖，從下面對本發(fā)明優(yōu)選實施例的詳細描述中，可以更好地理 解本發(fā)明，附圖中類似的參考標號指示類似的部分，其中-圖1是示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的OFDM系統(tǒng)的配置的 框圖；圖2是示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的訓練序列生成器的示 例配置的框圖；圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的生成的示例性的訓練序列的示圖；圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的生成的示例性的訓練序列的示圖；圖5是示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的訓練符號生成器的示 例性配置的框圖；圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的生成訓練符號的示例性過程的 流程圖；圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的其中訓練序列被插入載荷字段 的幀的示圖；圖8是示意性地示出了 OFDM系統(tǒng)中利用訓練序列的信道估計的示圖；圖9A是示出了理想同步的示圖；圖9B是示出了早同步的示圖；圖9C是示出了遲同步的示圖；圖IO是示意性地示出了 MMO OFDM系統(tǒng)中的發(fā)射機的示例性配置 的框圖；圖11是示出了用于MIMO OFDM系統(tǒng)的傳統(tǒng)訓練序列的示例的示圖；圖12是示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于MMO OFDM系統(tǒng)的訓練序列的示例的示圖；圖13A是示出了被發(fā)射的符號的星座圖的示圖；圖13B是示出了使用傳統(tǒng)訓練序列獲得的接收符號的示圖；圖13C是示出了使用根據(jù)本發(fā)明生成的訓練序列所獲得的接收序號的示圖；圖14是示出了使用傳統(tǒng)訓練序列和使用根據(jù)本發(fā)明生成的訓練序列 的信it估計結果的示圖；以及圖15是示出了同步誤差度信道估計的影響的示圖。
具體實施方式
下面將參考附圖描述本發(fā)明的示例性實施例。在下面的詳細說明中， 提出了許多特定的細節(jié)以幫助全面理解本發(fā)明。但是，對于本領域的技術 人員來說很明顯，不需要這些特定細節(jié)中的某些，也可以實現(xiàn)本發(fā)明。在 其它情況中，沒有詳細地示出公知的結構和技術，以便避免不必要地使本 發(fā)明模糊。應當注意，在下面的說明中，在OFDM通信系統(tǒng)的情況中描述了本發(fā) 明的示例性實施例。但是，在根據(jù)說明書完全理解了本發(fā)明的精神之后， 本領域的技術人員能夠認識到，本發(fā)明可以類似地應用到其它系統(tǒng)，并且 可以作出修改，而不脫離本發(fā)明的實質。圖1是示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的OFDM系統(tǒng)的配置的 框圖。如圖l所示，OFDM系統(tǒng)100包括能夠執(zhí)行無線通信的發(fā)射機110 和接收機120。雖然圖1中只示出了一個發(fā)射機和一個接收機，但是 OFDM系統(tǒng)100可以包括任意數(shù)目的發(fā)射機和接收機。OFDM系統(tǒng)100中的發(fā)射機110主要包括基帶調(diào)制器111、串并8(S/P)變換器112、 IFFT (快速反傅立葉變換)模塊113、循環(huán)前綴插入 器114、并串(P/S)變換器115、訓練序列生成器116、格式化器117、數(shù) 模(D/A)轉換器118和天線(Tx) 119。要被傳達給接收機的信息比特首先被輸入到基帶調(diào)制器111。基帶調(diào) 制器111對信息比特執(zhí)行基帶數(shù)字調(diào)制(例如，信源編碼、交織、 QPSK/QAM映射等)，并將輸出的串行信息符號提供給S/P變換器112。S/P變換器112根據(jù)子載波的數(shù)目，將輸入的串行信息符號變換為多 個并行符號，并將并行符號提供給IFFT模塊113。 IFFT模塊113對輸入 的并行符號執(zhí)行快速反傅立葉變換，以獲得并行的OFDM符號，并將并行 的OFDM符號提供給循環(huán)前綴插入器114。循環(huán)前綴插入器114向每個 OFDM符號添加循環(huán)前綴，并將添加有循環(huán)前綴的OFDM符號輸出到P/S $換器115。 WS變換器115將輸入的并行OFDM符號變換為串行OFDM 符號序列。上述在S/P變換器112到WS變換器115中執(zhí)行的過程是已知 的OFDM調(diào)制。應當注意，OFDM系統(tǒng)100采用訓練序列來進行信道估計。因此，預 定的訓練序列被生成并被插入到幀中。如圖l所示，OFDM系統(tǒng)100包括 用于生成訓練序列的訓練序列生成器116,其中每個訓練序列是由一組特 殊設計的訓練符號組成的。訓練序列生成器116和P/S變換器115都被耦 合到格式化器117。按照幀的規(guī)定的格式(即，根據(jù)系統(tǒng)100所使用的標 準而定義的格式)，格式化器117組合從P/S變換器115提供的OFDM符 號、從訓練序列生成器116提供的訓練序列、以及任何其它必要的數(shù)據(jù)， 以形成發(fā)射幀。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，訓練序列被插入到幀的前導部 分中，并且從P/S變換器115提供的OFDM符號序列被插入到幀的載荷字 段中。在本發(fā)明的另一實施例中，訓練序列被插入到幀的載荷字段中。在形成了包含訓練序列的幀之后，格式化器117將發(fā)射幀提供到D/A 轉換器118。幀被D/A轉換器118轉換為模擬信號，然后經(jīng)由天線Tx119 被發(fā)射。D/A轉換器i18和天線Tx 119可以設置在一起作為發(fā)射模塊。下面參考圖1描述接收機120的配置和其執(zhí)行的過程。如圖1所示，接收機120主要包括天線Rx 121、模數(shù)(A/D)轉換器122、同步器123、提取器124、串并(S/P)變換器125、循環(huán)前綴去除器 126、 FFT (快速傅立葉變換)模塊127、信道估計器128、均衡器129、 并串(P/S)變換器130和基帶解調(diào)器131。發(fā)射自發(fā)射機110的無線電信號被接收機120中的天線Rx 121接收。 接收到的信號然后被A/D轉換器122轉換為數(shù)字脈沖串(burst)，然后被 提供到同步器123。同歩器123對脈沖串執(zhí)行時間同步和幀同步，以恢復 出發(fā)射的幀，并將找到的幀提供給提取器124。提取器124從輸入的幀中 提取訓練序列，并將提取出的訓練序列提供給信道估計器128。由于原始 的訓練序列的樣式是預定的，并且是接收機所知道的，所以信道估計器 128可以利用接收到的訓練序列執(zhí)行信道估計。信道估計的結果可以用于 多種目的。在圖l所示的示例中，信道估計的結果被從信道估計器128提 供到均衡器129,以用于信道均衡。提取器124還從輸入的幀中提取攜帶原始信息的OFDM符號序列，并 將該OFDM符號序列提供給S/P變換器125。 OFDM符號序列被S/P變換 器125變換為并行符號，并且并行符號被輸入到循環(huán)前綴去除器126。循 環(huán)前綴去除器126從每個OFDM符號去除循環(huán)前綴，并將處理后的并行 OFDM符號提供到FFT模塊127。 FFT模塊127對輸入的并行OFDM符號 執(zhí)行快速傅立葉變換，以恢復并行的信息符號，并將處理后的符號提供給 均衡器129。均衡器129通過利用從信道估計器128提供的結果，對輸入的信息符 號執(zhí)行信道均衡，并將均衡后的信息符號提供給P/S變換器130。 P/S變換 器130將并行的信息符號變換為串行的符號序列，并將符號序列提供給基 帶解調(diào)器131。基帶解調(diào)器131對輸入的符號序列執(zhí)行基帶解調(diào)(例如， 解映射、解交織、解碼等)，以恢復原始的信息比特。如上所述，OFDM系統(tǒng)100中的信道估計是通過利用訓練序列而執(zhí)行 的。訓練序列的特性對于信道估計來說是關鍵的。根據(jù)本發(fā)明，訓練序列被生成為使得它們對同步誤差不敏感。根據(jù)本 發(fā)明生成的訓練序列與傳統(tǒng)的訓練序列不同，并且可以為信道估計帶來若 干優(yōu)點。下面將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明一個實施例的訓練序列生成器的示例 性配置及其方法。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的訓練序列生成器116的示例性配 置。訓練序列生成器116主要包括訓練符號生成器1161和耦合到訓練符 號生成器1161的訓練序列形成單元1162。訓練符號生成器1161生成滿足 根據(jù)本發(fā)明而設計的約束的連讀訓練符號，并將連讀的訓練符號提供給訓 練序列形成單元1162。訓練序列形成單元1162對訓練符號執(zhí)行必耍的處 理，并組合訓練符號以形成訓練序列。例如，訓練序列形成單元U62向 每個訓練符號添加循環(huán)前綴，并將添加了循環(huán)前綴的訓練符號串接起來， 以形成訓練序列。根據(jù)本實施例，訓練符號生成器1161以如下方式生成訓練符號連 續(xù)的訓練符號被生成為使得在時域中，每個符號都是前一符號的循環(huán)左移 形式。假設訓練符號的循環(huán)前綴中的樣本傲的數(shù)目是iVcp,則移位的量是 訓練符號的iVcp個段?？梢钥闯?，根據(jù)本實施例的時域約束可以被表示為 ^W-"("+^P)沮od司，其中《")是第i個訓練符號的第n個段，W是 一個訓練符號中所包含的段的數(shù)量，(.)modW代表模見，例如，假設訓練符號的循環(huán)前綴只包括一個段，即并且每個 訓練符號具有四個連續(xù)的段。如果時域中的第一訓練符號被表示為^(1)， M2), ^鄰，則根據(jù)本發(fā)明的該實施例的訓練符號生成器1161將生成 仏(2), A(3)， M4)， "1)}作為第二訓練符號，仂(3)， A(4), f"l)， ^(2)}作為第三 訓練符號，以此類推。訓練序列形成單元1162將向第一訓練符號添加M4) 作為循環(huán)前綴，向第二訓練符號添加Ml),向第三訓練符號添加A(2)，以 此類推，以形成訓練序列。所形成的時域訓練序列如圖3所示。如從圖3可見，第二訓練符號的循環(huán)前綴A(l)也是第一訓練符號的循 環(huán)后綴，第三訓練符號的循環(huán)前綴也是第二訓練符號的循環(huán)后綴，以此類 推。根據(jù)本發(fā)明該實施例生成的所有相繼的訓練符號的循環(huán)前綴都具有這 樣的雙重功能。結果，序列的所有訓練符號都既有循環(huán)前綴，也有循環(huán)后 綴。如下面將描述的，這在執(zhí)行魯棒信道估計中是有利的。圖3所示的序列僅僅是一個示例。對于其它的iVcP的值和訓練符號的段的數(shù)目，可以類似地通過對當前訓練符號執(zhí)行循環(huán)左移以生成下一訓練符號，來生成訓練序列。例如，圖4示出了在訓練符號包括兩個段，并且 每個訓練符號具有四個連續(xù)的段的情況中，根據(jù)本發(fā)明而生成的訓練序 列。由于根據(jù)本發(fā)明該實施例生成的訓練序列中的每個訓練符號都是前一 訓練符號的循環(huán)左移形式，所以上述的訓練符號生成器1161可以利用循 環(huán)左移器來實現(xiàn)。圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的訓練符號生成器1161的示例 性配置的示圖。如圖5所示，訓練符號生成器可以包括循環(huán)左移器501和 輸出緩沖器502。輸出緩沖器502耦合到訓練序列形成單元1162，以便將 訓練符號輸出到訓練序列形成單元U62用于循環(huán)前綴插入和串接。輸出 緩沖器502還耦合到循環(huán)左移器501的輸入，以將當前的輸出訓練符號反 饋給循環(huán)左移器501,用于生成下一訓練符號。應當注意，輸出緩沖器 502利用訓練序列的第一訓練符號初始化。第一訓練符號可以是預定的并 被存儲在某個存儲單元(未示出)中，或者由控制器(未示出)之類的設 備生成。從而，當被初始化時，訓練符號生成器1161的輸出緩沖器502 可以被耦合到控制器，以接收第一訓練符號，并被第一訓練符號填充。雖 然未示出，但是可以存在用于控制訓練符號生成器1161的操作的控制 器，例如控制循環(huán)左移器501的移位量。圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的訓練符號生成器1161生成訓 練符號的過程的流程圖。開始時，循環(huán)左移器501的初始輸出被設置為第 —訓練符號，艮卩，輸出緩沖器502被第一訓練符號填充(步驟S601)。然 后在步驟S602,輸出緩沖器502中的符號被輸出作為第一訓練符號。如果 在步驟S603判斷出還需要更多的連續(xù)訓練符號，則過程進行到步驟S604 以生成下一訓練符號。在步驟S604,緩沖器502的輸出被反饋到循環(huán)左移 器501的輸入，作為循環(huán)左移器501的輸入符號。然后在步驟S605，循環(huán) 左移器501對輸入符號執(zhí)行循環(huán)左移，并在步驟S602將移位后的符號輸 出為下一訓練符號。如上所述，移位的量是根據(jù)每個符號的循環(huán)前綴中的 段的數(shù)目來確定的。如果仍需要更多的訓練符號(步驟S603中的"否")，則重復從歩驟S604到S605再到S602的過程。以這種方式， 逐個生成了連續(xù)的訓練符號。當所生成的連續(xù)訓練符號的數(shù)目達到了形成 訓練序列所需的數(shù)目時(歩驟S603中的"是")，過程結束。如上所述，所生成的訓練符號被輸出到訓練序列形成單元1162。訓練 序列形成單元1162向每個訓練符號添加循環(huán)前綴，并將添加有循環(huán)前綴 的訓練符號串接起來以形成訓練序列。所生成的訓練序列例如被提供給圖 1中所示的格式化器117,以便被插入到發(fā)射幀中。根據(jù)該實施例形成的訓練序列可以被插入到幀中，并在通信系統(tǒng)中被 發(fā)射到接收機。如下面將說明的，以這種方式形成的訓練序列對同步誤差 不敏感。因此，接收機可以利用這種訓練序列執(zhí)行魯棒的信道估計。如上所述，訓練序列可以被插入到幀的前導字段中，并且相應地，接 收機120中的提取器124從幀的前導字段中提取訓練序列。但是，前導字 段的長度是有限的，并且按照現(xiàn)有的標準，是相對較短的。在本發(fā)明的另 一個實施例中，訓練序列被插入到幀的比前導字段長得多的載荷字段中， 如圖7所示。因此，可以增加訓練序列的長度。利用長的訓練序列，可以 提高信道估計的準確度，因為有更多相同的符號可用來抑制噪聲。注意，上述配置和過程僅僅作為示例。本發(fā)明并不限于上述任何特定 的實施例。例如，發(fā)射機和接收機并不限于圖1所示的配置。圖1所示的 僅僅是其中可以應用本發(fā)明的一種OFDM系統(tǒng)的特定配置。然而，如本領 域的技術人員所知道的，可以有其它多種不同配置的OFDM系統(tǒng)。例如， 根據(jù)一種配置，循環(huán)前綴插入器114可以設置在WS變換器U5之后。另 外，發(fā)射機和接收機可以包括已知的或者將來開發(fā)的用于執(zhí)行其它任何必 要的處理或操作的任何模塊或部分。本領域的技術人員可以認識到，本發(fā) 明可以利用任何修改的配置來實現(xiàn)，而不脫離本發(fā)明的精神。另外，訓練序列生成器116也可以包括已知的或者將來開發(fā)的用于執(zhí) 行其它任何必要的處理或操作的任何模塊或部分。例如，訓練序列生成器 116還可以包括用于臨時存儲操作數(shù)據(jù)或設置數(shù)據(jù)的緩沖器或存儲器、控 制訓練序列生成器的每個部分的操作并設置生成訓練序列的過程中所使用 的參數(shù)(例如，循環(huán)前綴中的段的數(shù)目、從其生成多個連續(xù)符號的第--符13號、每個訓練序列中的符號的數(shù)目等)的控制器，等等。由于這些模塊或 部分并不直接與本發(fā)明相關，并且本領域的技術人員可以在不脫離本發(fā)明 的精神的情況下，任意選擇并將其添加到本發(fā)明的訓練序列生成器中，因 此這里并未示出和描述這些單元或部分。請注意，上面是在時域中對訓練符號和序列進行描述的。但是，鄰l練 符號也可以在頻域中設計，只要得到的訓練序列在時域中滿足上述本發(fā)明 的約束。當在頻域中設計時，訓練序列生成器還可以包括有關的調(diào)制模塊，例如，用于對頻域訓練符號執(zhí)行ffFT以將符號變換到時域的IFFT模 塊。在該情況中，信道估計器可以包括相應的解調(diào)模塊，例如，對提取的 時域訓練符號執(zhí)行FFT以將符號變換到頻域。由于這些模塊并不直接與本 發(fā)明相關，并且是本領域技術人員所知道的，因此這里省略對其的詳細描 述。在本發(fā)明的另一實施例中，用于從原始信息符號生成OFDM符號的調(diào) 制模塊(例如，圖1中的IFFT模塊113)也可以被訓練序列生成器用來對 在頻域中設計的訓練符號執(zhí)行相應的操作。在另一個實施例中，循環(huán)前綴 插入器114也可以被訓練序列生成器用來向訓練符號添加循環(huán)前綴，這 樣，上述的訓練序列形成單元U62也可從訓練序列生成器中省略。 下面將參考附圖描述本發(fā)明的效果。如上所述，訓練序列可以在頻域中設計，并在發(fā)射機中通過IFFT變 換到時域，并且在接收機中，提取出的時域訓練序列通過FFT被變換到頻 域，并被用于信道估計。在下面的描述中，首先在訓練序列是在頻域中設 計的情況下進行分析。圖8是示出了 OFDM系統(tǒng)中利用頻域訓練序列的信道估計的簡化示 圖，其中JP)表示頻域訓練序列，《n)表示通過IFFT獲得的時域訓練序 列，K/i)表示相應時域接收序列，及(炎)表示通過FFT獲得的相應的頻域接 收序列，好(Jfe)表示頻率信道響應的實際值，A(&)表示頻率信道響應的估計 結果，w(w)代表噪聲。通過FFT,在頻域中恢復了相應的接收序列。接收 序列包括兩個分量發(fā)射序列和頻域信道響應的積、以及噪聲。利用LSE (Least Square Error,最小平方誤差)方法得到的典型的信道估計結果是 接收序列除以發(fā)射序列的商。在接收機中的理想同步的情況下，信道估計誤差僅由噪聲引起。因此，通過提高SNR (信噪比)，可以任意改善信道估計的準確度。但是， 當存在同步誤差時，因為在一個FFT操作中涉及了屬于不同OFDM符號 的分量，所以出現(xiàn)ISI (符號間干擾)，從而由同步誤差引起的影響不能 通過提高SNR來減小。圖9A 圖9C示出了三種不同的同步。在圖9A 圖9B中，"前一符 號"、"當前符號"和"下一符號"是訓練序列中的三個連續(xù)的OFDM符 號。每個符號具有自己的循環(huán)前綴CP,用于提供某種程度的ISI保護。 "FFT窗"指示通過同歩過程確定的"當前符號"的時間范圍。圖9A示出了沒有任何誤差的理想同步，其中FFT窗正好與當前符號 吻合。可以容易地證明，當達到理想同步時的估計誤差與SNR成反比。在 這種情況中，估計誤差可以通過提高SNR而被任意減小。但是，經(jīng)常存在同步誤差。圖9B示出了早同步的情況，其中FFT窗 早于當前符號而開始。在早同步的情況中，當根據(jù)FFT窗與當前符號之間 的偏移而確定的具有單位幅度和相位的因子被忽略時，同步誤差也與SNR 成反比。圖9C示出了遲同步的情況，其中FFT窗遲于當前符號而開始。在遲 同步的情況中，F(xiàn)FT輸出包括由遲同歩造成的ISI所引起的項，這使得信 道估計性能大幅惡化。相應地，估計誤差包括這樣的項，其獨立于SNR并 且因此不能通過提高SNR而被減小。很清楚，如果不利用特殊設計的訓練 序列，利用傳統(tǒng)訓練序列的信道響應的估計結果涉及由于同步誤差而造成 的不可避免的誤差，尤其是存在遲同步時。推導發(fā)現(xiàn)，* m引起的項在頻域中銅(附)-e"》2U附)有關， 其中/是頻域中的訓練符號的序號，加是子載波的序號，JV是一個訓練符 號中的段的數(shù)目，JS^是訓練符號的循環(huán)前綴中的段的數(shù)目?？梢钥闯觯绻麑τ谒械膇和m, i;(m)-e 、+1( )=:0，則 ISI將被消除，不論是否存在遲同步。從而，可以通過提高SNR來任意改 善信道估計的準確度。在IFFT之后，頻域中的上述約束被變換為時域中的等價約束^,(") = "(" + ^ )modiV)，其中《")是第i個訓練符號的第n個段，AT 是一個訓練符號中所包含的段的數(shù)量，(.)modW代表模見可以發(fā)現(xiàn)，根 據(jù)上述實施例生成的訓練符號正好滿足該約束。也就是說，通過利用根據(jù) 上述實施例生成的訓練序列，即使在遲同步的情況下，也可以消除ISI, 因此可以通過提高SNR來任意改善信道估計的準確度。這樣，即使存在遲 同歩誤差，也可以實現(xiàn)魯棒的信道估計。另外，如上所述，根據(jù)本發(fā)明生成的訓練序列中的每個訓練符號既具 有循環(huán)前綴也具有循環(huán)后綴。從而，通過利用這種訓練序列，不僅在遲同 步的情況中，而且在早同步的情況中，都可以消除ISI。因此，通過使用 根據(jù)本發(fā)明的訓練序列，可以在存在任何種類的同步誤差的情況中執(zhí)行魯 棒的信道估計。本發(fā)明的另一個優(yōu)點在于所生成的訓練序列不僅可以用于信道估計， 而且也可以用于解調(diào)性能測量。如公知的，由于傳統(tǒng)訓練序列中的符號與調(diào)制數(shù)據(jù)符號有很大的不 同，因此傳統(tǒng)的訓練序列不能用于解調(diào)性能的測量。因為訓練符號和數(shù)據(jù) 符號是利用不同的調(diào)制方案被調(diào)制的，所以訓練序列不能被接收機中的數(shù) 據(jù)解調(diào)器處理。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果序列中的符號2X附)是調(diào)制數(shù)據(jù)符號，則對于具有WCP =iW4或iVcp = JV/2的大多數(shù)應用來說，在相同調(diào)制方案的符號集合中保持了《+1")=/^"^!;(| )的關系。即，即使符號是相同調(diào)制方案的調(diào)制數(shù)據(jù)符號，也能保持根據(jù)本發(fā)明的生成訓練序列過程中的約束。因此，根據(jù)本 發(fā)明的一個實施例，通過使用調(diào)制數(shù)據(jù)符號作為第一訓練符號來生成訓練 序列。由于根據(jù)本發(fā)明設計的約束，所有生成的相繼的訓練符號都將是與 第一訓練符號相同調(diào)制方案的調(diào)制數(shù)據(jù)符號。這樣，訓練序列不僅保持了 對同步誤差的不敏感性，而且保持了每個符號的調(diào)制方案的一致性。因 此，利用根據(jù)該實施例生成的訓練序列，不僅可以準確地估計信道響應， 而且可以測量解調(diào)性能。相應地，根據(jù)本發(fā)明一個實施例的接收機還可以 包括解調(diào)性能測量單元(未在圖中示出)，該解調(diào)性能測量單元被配置為 基于根據(jù)本發(fā)明設計的調(diào)制訓練符號，執(zhí)行解調(diào)性能測量。上述本發(fā)明的實施例是在SISO OFDM系統(tǒng)的環(huán)境中描述的。但是， 本發(fā)明也可以應用于MMO OFDM系統(tǒng)。圖IO是示意性地示出了 MIMO OFDM系統(tǒng)中的發(fā)射機的示例性配置 的框圖。與SISO OFDM系統(tǒng)中的單個發(fā)射天線不同，MIMO OFDM系統(tǒng) 的發(fā)射機具有多個天線Txl, Txn,如圖W所示。要傳送的信息首先 經(jīng)歷時空編碼，以生成與各個天線相對應的多組信號。每組信號在針對相 應的天線的分別的處理路徑中被處理，然后從相應的天線被發(fā)送。如本領 域所公知的，每個路徑中的處理(基帶調(diào)制、OFDM調(diào)制等)與SISO OFDM中的相同，這里省略對其的詳細描述。在MIMO OFDM系統(tǒng)中，應當生成針對每個天線的訓練序列，并且 訓練序列應當被設計使得針對不同天線的序列彼此正交。圖11示出了具 有四個發(fā)射機天線的MIMO OFDM系統(tǒng)的傳統(tǒng)訓練序列的示例。在圖U中，f")表示訓練序列的第i個訓練符號的第j個段，并且 Txl、 Tx2、 Tx3和Tx4分別表示四個發(fā)射機天線。針對不同天線而設計的 訓練序列彼此正交。但是，在傳統(tǒng)的訓練序列中，連續(xù)符號之間的循環(huán)左 移的約束并不滿足。這樣的序列對同歩誤差是敏感的，由于是對于遲同 歩，因此不能用于提供準確的信道估計。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，傳統(tǒng)訓練序列中的每個訓練符號被滿足根 據(jù)本發(fā)明設計的約束的一對訓練符號代替。圖12示出了根據(jù)本發(fā)明該實 施例生成的訓練序列的示例。如圖12所示，圖11中所示的傳統(tǒng)訓練序列中的每個訓練符號被一對 訓練符號代替，這對訓練符號中的第二個訓練符號是第一個訓練符號的循 環(huán)左移形式。即，訓練序列中的每對訓練符號滿足了上述的約束。因此， 訓練序列對同歩誤差不敏感。另一方面，圖12中所示的每對符號中的第 一個符號與圖11中所示的傳統(tǒng)訓練序列中的相應的一個符號相同。因此，根據(jù)該實施例生成的針對不同天線的訓練序列也彼此正交。由于保留 了不同序列之間的正交性，這樣的序列可以被用于區(qū)分不同發(fā)射機天線和 單個接收機之間的信道。還應注意，在圖12所示的訓練序列中，每對訓練符號中的第二個訓練符號的循環(huán)前綴正好是第一個訓練符號的循環(huán)后綴。例如，通過第一天線Txl發(fā)射的第二對訓練符號是似4),《2(1)，《2(2)， 6(3),《2(4), f2(l), &(2)，《2(3), M4), &(1))?？梢钥闯?，第一個訓練符號(fe(l), f2(2), f2(3), M4))具有循環(huán)前 綴&(4),并且第二個訓練符號似2), ,2(3)，/2(4), Ml))具有循環(huán)前綴/2(1)，它 也是第一個訓練符號的循環(huán)后綴。因此，也可以在早同步的情況中很好地 降低ISI。因此，根據(jù)本發(fā)明該實施例生成的訓練序列可以被用在MIMO OFDM 系統(tǒng)，用于在存在任何種類的同步誤差時的魯棒的信道估計。由于根據(jù)本 發(fā)明的訓練序列中的每對訓練符號中的第一個訓練符號可以與傳統(tǒng)訓練序 列中的相應的符號相同，所以利用每對訓練符號中的接收的第一個訓練符 號，可以在接收機中應用能夠利用傳統(tǒng)訓練序列而工作的所有估計方法。 另外，訓練序列可以被插入幀的前導字段或者載荷字段中，并且如果訓練 序列是利用調(diào)制數(shù)據(jù)符號生成的，則可以實現(xiàn)解調(diào)性能測量。在上述實施例中，針對各個天線的每個訓練序列是由多對訓練符號組 成的。但是，本發(fā)明并不限于該特定的實施例。例如，針對各個天線的每 個訓練序列可以包括多組訓練符號，每組訓練符號可以包括滿足根據(jù)本發(fā) 明設計的約束的多于兩個的訓練符號，只要每個序列作為一個整體與針對 其它天線的序列正交。從上述說明可以看出，利用本發(fā)明，在SISO OFDM通信系統(tǒng)和 MMO OFDM通信系統(tǒng)中都可以執(zhí)行對同步誤差不敏感的魯棒的信道估 計。與傳統(tǒng)方案相比，本發(fā)明還有許多優(yōu)點。例如，不需要修改幀，這意 味著本發(fā)明可以被應用與基于SISO/MMO OFDM傳輸標準的任何通信系 統(tǒng)。當訓練符號是利用調(diào)制符號生成的時候，可以通過利用同一套訓練序 列來執(zhí)行解調(diào)性能測量和信道估計兩者，以提高效率。并且，對信道估計 的算法沒有限制，這意味著可以利用本領域中已知的一般算法。在MMO OFDM系統(tǒng)中進行了實驗。圖13A示出了發(fā)射符號的星座 圖，圖13B示出了利用傳統(tǒng)訓練序列執(zhí)行信道估計且存在遲同歩的情況下 的接收符號，圖13C示出了利用如圖12所示的訓練序列執(zhí)行信道估計且 存在遲同步的情況下的接收符號。從圖中可以看出，由于解調(diào)中沒有ISI，本發(fā)明極大地改善了解調(diào)性能。圖14示出了在存在遲同步的情況下，在具有兩個發(fā)射機天線和兩個 接收機天線的MIMOOFDM系統(tǒng)中， 一個發(fā)射機天線和一個接收機天線 之間的實際信道響應和相應的估計結果。橫軸表示子載波的序號，縱軸表 示頻率信道相應的幅度。很清楚，利用根據(jù)本發(fā)明的包含成對符號的訓練 序列獲得的估計結果與實際信道值很接近，而利用包含單訓練符號的傳統(tǒng) 訓練序列獲得結果具有由于ISI引起的較大誤差。在圖15中，同步誤差對信道估計的影響被描繪為同步誤差的函數(shù)。 橫軸表示按照符號的估計出的開始時刻和實際的開始時刻之間的時域樣本 數(shù)目的同步誤差?？v軸示出了信道估計的均方誤差。在橫軸中，"0"意 味著理想同步，負值意味著早同步，正值意味著遲同步。當使用包含單符 號的傳統(tǒng)訓練序列時，由于遲同步的出現(xiàn)，信道估計誤差中存在陡升，而 利用根據(jù)本發(fā)明的包含成對符號的訓練序列的估計結果的誤差在整個橫軸 中沒有變化。該事實說明根據(jù)本發(fā)明生成的訓練序列可以在存在所有種類 的同步誤差的情況中提供準確的信道估計結果。請注意，在各個配置框圖中所述的塊未必是分立的設備。這些塊是通 過其功能進行劃分的，并且可以實現(xiàn)在單個設備或多個設備中。B卩，每個 單元的功能可以由若干不同的設備執(zhí)行，或者若干單元的功能可以由單個 設備執(zhí)行。此外，功能可以以任何分布式的方式執(zhí)行。例如，如果訓練符 號生成器在頻域中生成訓練符號，則IFFT過程可以由訓練序列生成器中 的單獨的IFFT單元執(zhí)行，或者由發(fā)射機中原有的IFFT單元執(zhí)行。另外，訓練符號可以在被添加循環(huán)前綴之前與幀中的數(shù)據(jù)符號相組合，然后與幀 的其它部分一起經(jīng)歷循環(huán)前綴插入過程。本領域的技術人員可以構造發(fā)射 機的任何具體的布局，只要所生成的訓練序列最終滿足根據(jù)本發(fā)明設計的 約束。上面在SISO OFDM系統(tǒng)或MMO OFDM系統(tǒng)的環(huán)境中描述了本發(fā)明 的具體實施例。但是，如本領域的技術人員將會認識到的，本發(fā)明也可以應用于使用訓練序列的任何其它通信系統(tǒng)。還應當注意，本發(fā)明上述實施例中所描述的約束的根據(jù)從FFT窗的輸出消除ISI的思想而設計的。但是，也可以設計和生成其它的序列，使得這些序列滿足對同歩誤差不敏感的要求。在閱讀了說明書之后，本領域的 技術人員能夠修改上述約束而不脫離本發(fā)明的精神。本發(fā)明的元素可以實現(xiàn)為硬件、軟件、固件或它們的組合，并且可以 用在系統(tǒng)、子系統(tǒng)、部件或其子部件中。當實現(xiàn)為軟件時，本發(fā)明的元素 可以是程序或者被用于執(zhí)行必要任務的代碼段。程序或代碼段可以被存儲 在機器可讀介質中，或者通過載波中攜帶的數(shù)據(jù)信號在傳輸介質或通信鏈 路上傳輸。"機器可讀介質"可以包括任何能夠存儲或傳遞信息的介質。機器可讀介質的示例包括電子電路、半導體存儲器設備、ROM、閃存、可 擦除ROM (EROM)、軟盤、CR-ROM、光盤、硬盤、光纖介質、射頻 (RF)鏈路等。代碼段可以通過諸如因特網(wǎng)、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)之類的計算機網(wǎng)絡被下載o上面已經(jīng)參考附圖描述了根據(jù)本發(fā)明的具體實施例。但是，本發(fā)明并 不受圖中所示的具體配置和過程的限制。本發(fā)明可以以其它的具體形式實 現(xiàn)，而不脫離其精神和本質特征。例如，特定實施例中所描述的訓練序列 可以被修改，只要其滿足根據(jù)本發(fā)明設計的約束。因此，當前的實施例在 所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本發(fā)明的范圍由所附權利要 求而非上述描述定義，并且，落入權利要求的含義和等同物的范圍內(nèi)的全 部改變從而都被包括在本發(fā)明的范圍之中。
權利要求
1.一種用于實現(xiàn)通信系統(tǒng)中的魯棒信道估計的裝置，包括訓練序列生成器，被配置為生成訓練序列；格式化器，被配置為將所述訓練序列插入到幀中；和發(fā)射模塊，被配置為發(fā)射所述幀，其中，所述訓練序列生成器包括訓練符號生成器，被配置為生成多個訓練符號，所述多個訓練符號滿足預定的約束，使得所述訓練符號對同步誤差不敏感；和訓練序列形成單元，被配置為從由所述訓練符號生成器生成的訓練符號形成所述訓練序列。
2. 根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述訓練序列形成單元被配置 為向每個訓練符號添加循環(huán)前綴，并串接所述被添加了循環(huán)前綴的多個訓 練符號。
3. 根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述訓練符號生成器包括循環(huán) 左移器，所述循環(huán)左移器在時域中對當前訓練符號執(zhí)行循環(huán)左移，以生成 下一訓練符號。
4. 根據(jù)權利要求3所述的裝置，其中，所述移位的量是根據(jù)要被添加 到每個訓練符號上的循環(huán)前綴中的段的數(shù)目而確定的。
5. 根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，由所述訓練符號生成器生成的 所述訓練符號是調(diào)制符號。
6. 根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述格式化器被配置為將所述 訓練序列插入到所述幀的前導字段中。
7.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述格式化器被配置為將所述 訓練序列插入到所述幀的載荷字段中。
8.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述通信系統(tǒng)是多入多出正交 頻分復用系統(tǒng)，并且所述發(fā)射模塊包括多個天線；并且其中所述訓練符號生成器還被配置為針對每個天線生成多組所述多個訓練 付虧；所述訓練序列形成單元還被配置為形成多個彼此正交的訓練序列，每 個訓練序列對應于相應的天線并且包括針對所述相應的天線的所述多組多個訓練符號；所述幀形成單元還被配置為將每個訓練序列插入到要從相應的天線發(fā) 射的幀中；并且所述發(fā)射模塊還被配置為從相應的天線發(fā)射每個幀。
9.—種用于實現(xiàn)通信系統(tǒng)中的魯棒信道估計的通信方法，包括生成多個訓練符號，所述多個訓練符號滿足預定的約束，使得所述訓 練符號對同步誤差不敏感；從所述多個訓練符號形成訓練序列；將所述訓練序列插入到幀中；以及發(fā)射所述幀。
10. 根據(jù)權利要求9所述的方法，其中，形成訓練序列包括向每個訓 練符號添加循環(huán)前綴，并串接所述被添加了循環(huán)前綴的多個訓練符號。
11. 根據(jù)權利要求9所述的方法，其中，生成多個訓練符號包括在時 域中對當前訓練符號執(zhí)行循環(huán)左移，以生成下一訓練符號。
12. 根據(jù)權利要求U所述的方法，其中，所述移位的量是根據(jù)要被添 加到每個訓練符號上的循環(huán)前綴中的段的數(shù)目而確定的。
13. 根據(jù)權利要求9所述的方法，其中，由所述訓練符號是調(diào)制符號。
14. 根據(jù)權利要求9所述的方法，其中，所述訓練序列被插入到所述 幀的前導字段中。
15. 根據(jù)權利要求9所述的方法，其中，所述訓練序列被插入到所述 幀的載荷字段中。
16. 根據(jù)權利要求9所述的方法，其中，所述通信系統(tǒng)是具有多個發(fā) 射機天線的多入多出正交頻分復用系統(tǒng)，所述方法還包括-針對每個天線生成多組所述多個訓練符號；形成多個彼此正交的訓練序列，每個訓練序列對應于相應的天線并且 包括針對所述相應的天線的所述多組多個訓練符號；將每個訓練序列插入到要從相應的天線發(fā)射的幀中；并且 為從相應的天線皿每個幀。
17.—種用于實現(xiàn)通信系統(tǒng)中的魯棒信道估計的通信方法，包括接收幀；從所述接收的幀中提取訓練序列 ，通過在所述訓練序列中將一個訓練符號的循環(huán)后綴作為下一個訓練符 號的循環(huán)前綴，從所述訓練序列提取訓練符號；以及 基于所述訓練符號執(zhí)行信道估計。
18. 根據(jù)權利要求n所述的方法，其中，所述訓練序列是從所述頓的 前導字段中提取的。
19. 根據(jù)權利要求n所述的方法，其中，所述訓練序列是從所述幀的載荷字段中提取的。
20. 根據(jù)權利要求17所述的方法，還包括基于所述訓練符號執(zhí)行解調(diào) 性能測量。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于實現(xiàn)通信系統(tǒng)中的魯棒信道估計的裝置和方法。訓練序列被構造使得其中的訓練符號對同步誤差不敏感。在本發(fā)明的一個實施例中，在時域中每個訓練符號是前一訓練符號的循環(huán)前綴形式。訓練序列可以被插入到幀的前導字段或載荷字段中。在根據(jù)本發(fā)明一個實施例而生成的訓練序列中，一個訓練符號的循環(huán)前綴也是前一訓練符號的循環(huán)后綴。序列可以用于SISO/MIMO OFDM通信系統(tǒng)中的魯棒信道估計。當利用調(diào)制符號生成訓練符號時，可以使用同一組訓練序列執(zhí)行解調(diào)性能測量和信道估計。
文檔編號H04L27/26GK101325569SQ20071010674
公開日2008年12月17日 申請日期2007年6月15日 優(yōu)先權日2007年6月15日
發(fā)明者雅 井, 孔紅偉, 張洪剛, 沈丹勛, 白自權, 旭 趙 申請人:安捷倫科技有限公司