專利名稱：用于mimo－ofdm系統(tǒng)的分散導(dǎo)頻圖案和信道估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及OFDM通信系統(tǒng)，更具體地，涉及在這樣的系統(tǒng)內(nèi)導(dǎo)頻符號(hào)的更有效的使用。
背景技術(shù)：
多輸入多輸出-正交頻分復(fù)用(MIMO-OFDM)是一種新的高度頻譜有效的技術(shù)，該技術(shù)被使用來(lái)通過(guò)頻率上和時(shí)間上有快速衰落的無(wú)線信道來(lái)發(fā)送高速數(shù)據(jù)。
在采用OFDM的無(wú)線通信系統(tǒng)中，發(fā)射機(jī)通過(guò)使用許多并行的子載波發(fā)送數(shù)據(jù)到接收機(jī)。子載波的頻率是正交的。并行地發(fā)送數(shù)據(jù)便允許包含數(shù)據(jù)的符號(hào)具有較長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間，這減小了多徑衰落的影響。頻率的正交性允許子載波緊密地安排，而同時(shí)使得載波間干擾最小化。在發(fā)射機(jī)處，數(shù)據(jù)被編碼、交織和調(diào)制，以形成數(shù)據(jù)符號(hào)。包括導(dǎo)頻符號(hào)的附加開銷信息被添加，以及符號(hào)(數(shù)據(jù)加附加開銷)被組織成OFDM符號(hào)。每個(gè)OFDM符號(hào)典型地使用2n個(gè)頻率。每個(gè)符號(hào)被分配去代表不同的正交頻率的分量。逆快速付立葉變換(IFFT)被應(yīng)用到OFDM符號(hào)(因此最好是2n個(gè)頻率)，以生成信號(hào)的時(shí)間樣本。為信號(hào)添加循環(huán)擴(kuò)展，以及把該信號(hào)傳送到數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器。最后，發(fā)射機(jī)沿一個(gè)信道將信號(hào)發(fā)送到接收機(jī)。
當(dāng)接收機(jī)接收到該信號(hào)時(shí)，執(zhí)行逆運(yùn)算。接收到的信號(hào)被傳送通過(guò)一個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，然后確定定時(shí)信息。從該信號(hào)中去除循環(huán)擴(kuò)展。接收機(jī)對(duì)接收到的信號(hào)執(zhí)行FFT，以恢復(fù)該信號(hào)，也就是，數(shù)據(jù)符號(hào)的頻率分量?？赡軐?duì)數(shù)據(jù)符號(hào)施加糾錯(cuò)，以補(bǔ)償在信號(hào)沿信道傳播期間造成的相位和幅度的變化。然后，數(shù)據(jù)符號(hào)被解調(diào)、去交織和譯碼，以產(chǎn)生發(fā)送的數(shù)據(jù)。
在采用微分檢測(cè)的系統(tǒng)中，接收機(jī)把每個(gè)接收到的符號(hào)的相位和/或幅度與相鄰的符號(hào)進(jìn)行比較。該相鄰的符號(hào)可以是在時(shí)間方向上或在頻率方向上相鄰的。接收機(jī)通過(guò)測(cè)量一個(gè)符號(hào)與相鄰的符號(hào)之間的相位上和/或幅度上的改變而恢復(fù)被發(fā)送的數(shù)據(jù)。如果使用微分檢測(cè)，則不需要施加信道補(bǔ)償，來(lái)補(bǔ)償在信號(hào)傳播期間造成的相位和幅度的變化。然而，在采用相干檢測(cè)的系統(tǒng)中，接收機(jī)必須估計(jì)信道響應(yīng)的實(shí)際相位和幅度，以及必須施加信道補(bǔ)償。
由沿信道傳播而導(dǎo)致的相位和幅度的變化被稱為信道響應(yīng)。該信道響應(yīng)通常與頻率和時(shí)間相關(guān)的。如果接收機(jī)可確定信道響應(yīng)，則接收到的信號(hào)可被校正來(lái)補(bǔ)償信道惡化。信道響應(yīng)的確定即所謂的信道估計(jì)。在每個(gè)OFDM符號(hào)中包括導(dǎo)頻符號(hào)便允許接收機(jī)實(shí)行信道估計(jì)。該導(dǎo)頻符號(hào)用接收機(jī)已知的數(shù)值發(fā)送。當(dāng)接收機(jī)接收該OFDM符號(hào)時(shí)，接收機(jī)把導(dǎo)頻符號(hào)的已接收值與導(dǎo)頻符號(hào)的已知發(fā)送值進(jìn)行比較，以估計(jì)該信道響應(yīng)。
導(dǎo)頻符號(hào)是附加開銷，其數(shù)目應(yīng)當(dāng)盡可能少，以便使數(shù)據(jù)符號(hào)的傳輸速率最大化。由于信道響應(yīng)可隨時(shí)間和隨頻率變化，所以導(dǎo)頻符號(hào)被分散在數(shù)據(jù)符號(hào)間，以提供信道響應(yīng)在頻率和時(shí)間上的盡可能完整的范圍。導(dǎo)頻符號(hào)被插入的頻率和時(shí)間的集合被稱為導(dǎo)頻圖案。在導(dǎo)頻符號(hào)之間的最佳時(shí)間間隔通常由最大預(yù)期的多卜勒頻率規(guī)定，以及在導(dǎo)頻符號(hào)之間的最佳頻率間隔通常由多徑衰落的預(yù)期的時(shí)延擴(kuò)散規(guī)定。
現(xiàn)有的導(dǎo)頻輔助的OFDM信道估計(jì)方法被設(shè)計(jì)用于傳統(tǒng)的一個(gè)發(fā)射機(jī)系統(tǒng)。對(duì)于分散導(dǎo)頻安排，有三類算法·1-D頻率內(nèi)插或時(shí)間內(nèi)插·變換的頻率1-D內(nèi)插·獨(dú)立的時(shí)間和頻率1-D內(nèi)插第一類算法是基于導(dǎo)頻OFDM符號(hào)(所有的子載波被用作為導(dǎo)頻)或梳型導(dǎo)頻。在

圖1A的流程圖上顯示的這個(gè)方法是簡(jiǎn)單的，但只適用于具有高的頻率選擇性的信道或具有高的時(shí)間衰落的信道。該方法涉及頻域中的導(dǎo)頻提取(步驟1A-1)，后隨時(shí)間上的內(nèi)插(步驟1A-2)，或頻率上的內(nèi)插(步驟1A-3)。
在圖1B的流程圖上顯示的第二種方法針對(duì)具有慢速多卜勒衰落和快速頻率衰落的信道。它通過(guò)以分別為該信道估計(jì)計(jì)算FFT/IFFT為代價(jià)，來(lái)為噪聲減少處理使用FFT將信道響應(yīng)重建回時(shí)域，而改進(jìn)第一種方法。該方法從頻域中的導(dǎo)頻提取(步驟1B-1)開始，可能后隨頻率上的內(nèi)插(步驟1B-2)。然后，執(zhí)行逆快速付立葉變換(步驟1B-3)、平滑/去噪聲處理(步驟1B-4)、以及最后是快速付立葉變換(1B-5)步驟。
在圖1C的流程圖上顯示的第三種方法可被使用來(lái)估計(jì)用于移動(dòng)應(yīng)用的信道，該信道中既存在快速時(shí)間衰落又存在頻率衰落。然而，它需要相對(duì)較高的導(dǎo)頻密度和完整的內(nèi)插器。該方法涉及頻域中的導(dǎo)頻提取(步驟1C-1)，后隨時(shí)間上的內(nèi)插(步驟1C-2)和頻率上的內(nèi)插(步驟1C-3)。
在具有高的頻散和時(shí)間衰落的傳播環(huán)境下，信道估計(jì)性能可以通過(guò)以減小數(shù)據(jù)傳輸?shù)念l譜效率為代價(jià)來(lái)增加導(dǎo)頻符號(hào)密度而被改進(jìn)。從有限的導(dǎo)頻來(lái)內(nèi)插和重建信道響應(yīng)函數(shù)以實(shí)現(xiàn)具有最小附加開銷的可靠信道估計(jì)是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。
有各種各樣的現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)頻圖案。在其中信道只隨時(shí)間和頻率緩慢變化的環(huán)境中，導(dǎo)頻符號(hào)可以被循環(huán)地插入，在每個(gè)時(shí)間間隔后在相鄰的頻率處被插入。在其中信道是具有高的頻率相關(guān)性的環(huán)境下，導(dǎo)頻符號(hào)可以同時(shí)在所有頻率處周期性地被插入。然而，這樣的導(dǎo)頻圖案只適合于隨時(shí)間非常緩慢地變化的信道。在其中信道是具有高的時(shí)間相關(guān)性的環(huán)境下，導(dǎo)頻符號(hào)可以連續(xù)地只在梳狀安排中的一個(gè)特定頻率處插入，以提供信道響應(yīng)的恒定測(cè)量。然而，這樣的導(dǎo)頻圖案只適合于隨頻率緩慢地變化的信道。在其中信道是具有高的頻率相關(guān)性和高的時(shí)間相關(guān)性的環(huán)境下(例如，具有很大的多徑衰落的移動(dòng)系統(tǒng))，導(dǎo)頻符號(hào)可以在時(shí)間上和頻率上周期地插入，以使得當(dāng)符號(hào)被畫在時(shí)間-頻率圖上時(shí)，導(dǎo)頻符號(hào)形成一個(gè)矩形網(wǎng)格。
在采用相干調(diào)制和解調(diào)的OFDM通信系統(tǒng)中，接收機(jī)必須估計(jì)在所有子載波的頻率上和在所有時(shí)間上的信道響應(yīng)。雖然與采用差分調(diào)制和解調(diào)的系統(tǒng)相比，這需要更多的處理，但使用相干調(diào)制和解調(diào)可以得到信號(hào)噪聲比的更大增益。接收機(jī)確定導(dǎo)頻符號(hào)被插入到OFDM符號(hào)的時(shí)間和頻率上的信道響應(yīng)，以及執(zhí)行內(nèi)插，以估計(jì)數(shù)據(jù)符號(hào)位于OFDM符號(hào)內(nèi)的時(shí)間和頻率上的信道響應(yīng)。在導(dǎo)頻圖案內(nèi)把導(dǎo)頻符號(hào)更加緊密地放置在一起(如果使用梳狀圖案，則在頻率上；如果使用周期性圖案，則在時(shí)間上；或者，如果使用矩形網(wǎng)格圖案，則在頻率和時(shí)間上)導(dǎo)致更加精確的內(nèi)插。然而，因?yàn)閷?dǎo)頻符號(hào)是附加開銷，所以一個(gè)更緊密的導(dǎo)頻圖案是以發(fā)送的數(shù)據(jù)速率為代價(jià)的。
如果信道隨時(shí)間緩慢地變化(例如，對(duì)于游動(dòng)的應(yīng)用)，則現(xiàn)有的導(dǎo)頻圖案和內(nèi)插技術(shù)通常是足夠的。然而，如果信道隨時(shí)間非?？斓刈兓?例如，對(duì)于移動(dòng)應(yīng)用)，則在導(dǎo)頻符號(hào)之間的時(shí)間間隔必須減小，以便允許通過(guò)內(nèi)插精確地估計(jì)信道響應(yīng)。這增加信號(hào)中的附加開銷。
使導(dǎo)頻符號(hào)數(shù)目最小化而同時(shí)使得內(nèi)插的精確度最大化的問(wèn)題，在多輸入多輸出(MIMO)OFDM系統(tǒng)中也是特別麻煩的。在MIMO OFDM系統(tǒng)中，發(fā)射機(jī)通過(guò)一個(gè)以上的發(fā)射天線發(fā)送數(shù)據(jù)，以及接收機(jī)通過(guò)一個(gè)以上的接收天線接收數(shù)據(jù)。二進(jìn)制數(shù)據(jù)通常在發(fā)射天線之間被分開，盡管如果希望用空間分集的話，同一數(shù)據(jù)可以通過(guò)每個(gè)發(fā)射天線被發(fā)送。每個(gè)接收天線接收來(lái)自所有的發(fā)射天線的數(shù)據(jù)，這樣，如果有M個(gè)發(fā)射天線和N個(gè)接收天線，則信號(hào)將通過(guò)M×N信道傳播，每個(gè)信道具有它自己的信道響應(yīng)。每個(gè)發(fā)射天線把導(dǎo)頻符號(hào)插入到它正在發(fā)送的OFDM符號(hào)的同一子載波位置。為了使得在接收機(jī)處在每個(gè)發(fā)射天線的導(dǎo)頻符號(hào)之間的干擾最小化，每個(gè)發(fā)射天線典型地使它的導(dǎo)頻圖案閃爍接通和關(guān)斷。這增加每個(gè)發(fā)射機(jī)的導(dǎo)頻符號(hào)的時(shí)間分隔，減小被使用來(lái)估計(jì)信道響應(yīng)的內(nèi)插的精確度。在MIMO-OFDM系統(tǒng)中，因?yàn)橛糜诠烙?jì)M×N信道的計(jì)算能力的限制，一個(gè)簡(jiǎn)單和快速的信道估計(jì)方法是特別關(guān)鍵的，而在SISO-OFDM系統(tǒng)中只需要估計(jì)一個(gè)信道。
發(fā)明概要提供了通過(guò)使用真正的2-D內(nèi)插而基于分散導(dǎo)頻的部分內(nèi)插的信道估計(jì)方法；且另外地，簡(jiǎn)單的1-D內(nèi)插被使用來(lái)重建全部信道。這個(gè)方法具有減小的分散導(dǎo)頻附加開銷，以及其計(jì)算復(fù)雜性比起某些現(xiàn)有的方法至少小一個(gè)數(shù)量級(jí)。通常，建議的信道估計(jì)方法在具有高的多卜勒擴(kuò)展的信道中是更魯棒的，以及比起某些現(xiàn)有的方法提供更好的性能，以及與某些方法相比，要求更少的OFDM符號(hào)緩沖來(lái)用于接收機(jī)處的相干檢測(cè)。
本方法允許在每個(gè)OFDM符號(hào)內(nèi)放置更少的導(dǎo)頻符號(hào)，而同時(shí)仍允許信道響應(yīng)的精確的內(nèi)插。MIMO-OFDM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)速率由此得以提高。
本發(fā)明的第一廣義方面提供一種在具有至少一個(gè)發(fā)射天線的OFDM發(fā)射機(jī)處把導(dǎo)頻符號(hào)插入到正交頻分復(fù)用(OFDM)幀的方法，OFDM幀具有時(shí)域和頻域，每個(gè)OFDM幀包括多個(gè)OFDM符號(hào)。該方法涉及，對(duì)于每個(gè)天線，在時(shí)間-頻率中在等同的分散圖案中來(lái)插入分散導(dǎo)頻符號(hào)。
在某些實(shí)施例中，等同的分散圖案是普通的對(duì)角線形網(wǎng)格。
在某些實(shí)施例中，把導(dǎo)頻符號(hào)插入到等同的對(duì)角線形網(wǎng)格包括對(duì)于在等同的對(duì)角線形網(wǎng)格中的每個(gè)點(diǎn)，在用于N個(gè)接連的OFDM符號(hào)的單個(gè)子載波上插入多個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)，其中N是發(fā)射天線的數(shù)目。
在某些實(shí)施例中，對(duì)角線形網(wǎng)格是菱形網(wǎng)格。
在某些實(shí)施例中，對(duì)于在對(duì)角線形網(wǎng)格中的每個(gè)點(diǎn)，生成L個(gè)未編碼的導(dǎo)頻符號(hào)。對(duì)于L個(gè)未編碼的導(dǎo)頻符號(hào)的組進(jìn)行空間時(shí)間塊編碼(STBC)，以產(chǎn)生N×N個(gè)STBC塊，L和N確定STBC編碼速率。然后，STBC塊的一行或列在特定的子載波上通過(guò)每個(gè)天線被發(fā)送。
在某些實(shí)施例中，取決于反映信道條件的數(shù)值，發(fā)送導(dǎo)頻符號(hào)是用高于數(shù)據(jù)符號(hào)功率電平的功率電平完成的。
在某些實(shí)施例中，發(fā)送導(dǎo)頻符號(hào)是用這樣一個(gè)功率電平來(lái)完成的，該功率電平作為施加到載送數(shù)據(jù)的子載波的調(diào)制類型的函數(shù)而被動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)，以保證足夠精確的接收。
在某些實(shí)施例中，對(duì)角線形網(wǎng)格圖案具有第一多個(gè)相等地間隔開的子載波位置，和從所述第一多個(gè)子載波位置偏離的、第二多個(gè)相等地間隔開的子載波位置。該導(dǎo)頻符號(hào)交替地在時(shí)間上通過(guò)使用第一多個(gè)相等間隔開的子載波位置和第二多個(gè)相等間隔開的子載波位置被插入。
在某些實(shí)施例中，第二多個(gè)子載波偏離第一多個(gè)相等間隔子載波位置的間隔是第一多個(gè)子載波位置的相鄰子載波之間間隔的一半，由此，形成菱形網(wǎng)格圖案。
在某些實(shí)施例中，為至少一個(gè)相鄰的基站而使導(dǎo)頻圖案既在時(shí)間方向也在頻率方向上循環(huán)地偏移，以便形成重復(fù)使用圖案。
本發(fā)明的另一個(gè)廣義方面提供OFDM發(fā)射機(jī)。該OFDM發(fā)射機(jī)具有多個(gè)發(fā)射天線，以及適合于把導(dǎo)頻符號(hào)插入到具有時(shí)域和頻域的正交頻分復(fù)用(OFDM)幀，每個(gè)OFDM幀包括多個(gè)OFDM符號(hào)，這是通過(guò)對(duì)于每個(gè)天線，在時(shí)間一頻率上在等同的分散圖案中插入導(dǎo)頻符號(hào)而進(jìn)行的。
在某些實(shí)施例中，等同的分散圖案是對(duì)角線形網(wǎng)格。
在某些實(shí)施例中，把導(dǎo)頻符號(hào)插入到等同的分散圖案中涉及對(duì)于在等同的分散圖案中的每個(gè)點(diǎn)，在用于N個(gè)接連的OFDM符號(hào)的單個(gè)子載波上插入多個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)，其中N是發(fā)射天線的數(shù)目，這里N＞＝1。
在某些實(shí)施例中，分散圖案是菱形網(wǎng)格。
在某些實(shí)施例中，對(duì)于在分散圖案中的每個(gè)點(diǎn)，OFDM發(fā)射機(jī)適合于生成L個(gè)未編碼的導(dǎo)頻符號(hào)，對(duì)于L個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)的組進(jìn)行空間時(shí)間塊編碼(STBC)，以產(chǎn)生N×N個(gè)STBC塊，以及在每個(gè)天線上發(fā)送STBC塊的一行或列。
在某些實(shí)施例中，取決于反映信道條件的數(shù)值，OFDM發(fā)射機(jī)還適合于以高于數(shù)據(jù)符號(hào)功率電平的功率電平來(lái)發(fā)送導(dǎo)頻符號(hào)。
在其中采用菱形網(wǎng)格圖案的某些實(shí)施例中，該菱形網(wǎng)格圖案具有第一多個(gè)相等地間隔開的子載波位置，和從所述第一多個(gè)子載波位置偏離的、第二多個(gè)相等地間隔開的子載波位置。該導(dǎo)頻符號(hào)交替地在時(shí)間上通過(guò)使用第一多個(gè)相等地間隔開的子載波位置和第二多個(gè)相等地間隔開的子載波位置被插入。
本發(fā)明的另一個(gè)廣義方面提供在具有至少一個(gè)接收天線的正交頻分復(fù)用(OFDM)接收機(jī)處估計(jì)多個(gè)信道響應(yīng)的方法。該方法涉及在每個(gè)接收天線處接收由至少一個(gè)發(fā)射天線發(fā)送的OFDM幀，該OFDM幀具有時(shí)域和頻域，由每個(gè)天線發(fā)送的OFDM幀使導(dǎo)頻符號(hào)插入在時(shí)間-頻率上的等同的分散圖案中，每個(gè)OFDM幀包括多個(gè)OFDM符號(hào)。對(duì)于每個(gè)發(fā)射天線，接收天線組合(a)接收的OFDM幀的導(dǎo)頻符號(hào)被使用來(lái)估計(jì)在分散圖案上每個(gè)點(diǎn)處的信道響應(yīng)；(b)通過(guò)執(zhí)行對(duì)分散圖案中的點(diǎn)確定的信道響應(yīng)的二維(時(shí)間方向，頻率方向)內(nèi)插，而估計(jì)不在分散圖案中的多個(gè)點(diǎn)的信道響應(yīng)；(c)在頻率方向上執(zhí)行內(nèi)插，以便估計(jì)相應(yīng)于每個(gè)OFDM符號(hào)內(nèi)其余的OFDM子載波的信道響應(yīng)。
在某些實(shí)施例中，在頻率方向上執(zhí)行內(nèi)插以便估計(jì)相應(yīng)于每個(gè)OFDM符號(hào)內(nèi)其余OFDM子載波的信道響應(yīng)之前，對(duì)該信道響應(yīng)執(zhí)行濾波功能。
在某些實(shí)施例中，通過(guò)執(zhí)行對(duì)于分散圖案網(wǎng)格中的點(diǎn)確定的信道響應(yīng)的二維(時(shí)間方向，頻率方向)內(nèi)插，而估計(jì)不在分散圖案上的多個(gè)點(diǎn)的信道響應(yīng)，這涉及對(duì)于要被估計(jì)的每個(gè)子載波而平均在頻率上要被估計(jì)的子載波之前的子載波(當(dāng)存在時(shí))和在頻率上要被估計(jì)的子載波之后的子載波(當(dāng)存在時(shí))的給定信道估計(jì)周期的信道響應(yīng)和在以前的估計(jì)周期(當(dāng)存在時(shí))和隨后的估計(jì)周期(當(dāng)存在時(shí))的信道響應(yīng)。
在某些實(shí)施例中，該方法被應(yīng)用到單個(gè)發(fā)射機(jī)、單個(gè)接收機(jī)系統(tǒng)。
在其他實(shí)施例中，該方法被應(yīng)用到單個(gè)發(fā)射機(jī)系統(tǒng)，其中分散圖案中的每個(gè)點(diǎn)包含單個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)。
在某些實(shí)施例中，該方法被應(yīng)用到其中有N＞＝2個(gè)天線的系統(tǒng)，以及分散圖案中的每個(gè)點(diǎn)包含在子載波上發(fā)送的N個(gè)接連的已編碼導(dǎo)頻符號(hào)，單個(gè)信道估計(jì)是對(duì)于每N個(gè)編碼的導(dǎo)頻符號(hào)確定的。
在某些實(shí)施例中，該N個(gè)編碼的導(dǎo)頻符號(hào)包含被進(jìn)行STBC塊編碼的L個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)，其中N和L一起確定STBC編碼速率。
通過(guò)結(jié)合附圖考察以下的本發(fā)明的具體實(shí)施例的說(shuō)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白本發(fā)明的其他方面和特性。
附圖簡(jiǎn)述現(xiàn)在參考附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中圖1顯示對(duì)于傳統(tǒng)OFDM信道估計(jì)的三個(gè)例子的流程圖；圖2是由本發(fā)明的實(shí)施例提供的多輸入多輸出正交頻分復(fù)用(OFDM)發(fā)射機(jī)的方框圖；圖3是OFDM接收機(jī)的方框圖；圖4是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、OFDM發(fā)射機(jī)把導(dǎo)頻符號(hào)插入到OFDM幀的方法的流程圖；圖5是通過(guò)使用圖4的方法來(lái)生成導(dǎo)頻圖案的圖；圖6是顯示在兩個(gè)發(fā)射天線與兩個(gè)接收天線之間的信道轉(zhuǎn)移函數(shù)的MIMO系統(tǒng)的方框圖；圖7顯示用于導(dǎo)頻信道估計(jì)的信道估計(jì)位置的時(shí)間頻率圖；圖8示意地顯示對(duì)估計(jì)的和內(nèi)插的導(dǎo)頻信道估計(jì)進(jìn)行濾波的步驟；圖9示意地顯示在先前確定的信道估計(jì)之間內(nèi)插、以提供對(duì)于所有子載波和所有時(shí)間的信道估計(jì)的步驟；圖10是概述由本發(fā)明的實(shí)施例提供的總的信道估計(jì)方法的流程圖；以及圖11是通過(guò)使用圖10的方法得到的一組性能結(jié)果的例子。
優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)描述以下章節(jié)描述MIMO-OFDM發(fā)射機(jī)/接收機(jī)和分散導(dǎo)頻插入。作為引言，OFDM幀由前同步OFDM符號(hào)和常規(guī)的OFDM符號(hào)組成。每個(gè)OFDM符號(hào)使用一組正交子載波。當(dāng)有兩個(gè)發(fā)射天線時(shí)，兩個(gè)OFDM符號(hào)形成STTD塊。對(duì)于常規(guī)的OFDM符號(hào)，某些子載波被用作為載送導(dǎo)頻符號(hào)的導(dǎo)頻子載波，而其他的子載波被用作為載送數(shù)據(jù)符號(hào)的數(shù)據(jù)子載波。導(dǎo)頻子載波被由QPSK生成的導(dǎo)頻符號(hào)調(diào)制。數(shù)據(jù)子載波由通過(guò)QAM映射而生成的復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)符號(hào)來(lái)調(diào)制。對(duì)位于一個(gè)STTD塊內(nèi)、在同一個(gè)頻率上的導(dǎo)頻子載波對(duì)應(yīng)用STTD編碼。
參照?qǐng)D2，圖上顯示由本發(fā)明的實(shí)施例提供的多輸入多輸出(MIMO)正交頻分復(fù)用(OFDM)發(fā)射機(jī)的方框圖。圖2所示的OFDM發(fā)射機(jī)是一個(gè)兩輸出的OFDM發(fā)射機(jī)，盡管更一般地可能有多個(gè)(M個(gè))發(fā)射天線。OFDM發(fā)射機(jī)10取二進(jìn)制數(shù)據(jù)作為輸入，但可以包容其他形式的數(shù)據(jù)。二進(jìn)制數(shù)據(jù)被傳送到編碼/調(diào)制基元(primitive)12，后者負(fù)責(zé)編碼、交織、和調(diào)制二進(jìn)制數(shù)據(jù)，以生成數(shù)據(jù)符號(hào)，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的。該編碼/調(diào)制基元12可包括多個(gè)處理塊，圖2上未示出。編碼器14對(duì)數(shù)據(jù)符號(hào)應(yīng)用空間時(shí)間塊編碼(SBTC)。編碼器14也通過(guò)沿著兩條處理通道的每條通道交替地發(fā)送數(shù)據(jù)符號(hào)，而把數(shù)據(jù)符號(hào)分成第一處理通道16和第二處理通道18。在其中OFDM發(fā)射機(jī)10包括M個(gè)發(fā)射天線的更一般的情形下，編碼器14把數(shù)據(jù)符號(hào)分開到M條處理通道中。
沿著第一處理通道16發(fā)送的數(shù)據(jù)符號(hào)被發(fā)送到第一OFDM部件20。該數(shù)據(jù)符號(hào)首先被傳送到第一OFDM部件20的解復(fù)用器22，此后該數(shù)據(jù)符號(hào)被作為子載波成分對(duì)待。然后，數(shù)據(jù)符號(hào)被發(fā)送到導(dǎo)頻插入器24，在其中導(dǎo)頻符號(hào)被插入到數(shù)據(jù)符號(hào)之間?？偲饋?lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)符號(hào)和導(dǎo)頻符號(hào)此后簡(jiǎn)單地被稱為符號(hào)。該符號(hào)被傳送到逆快速付立葉變換(IFFT)處理器26，然后傳送到復(fù)用器28，在這里它們被重新組合成一個(gè)串行流。保護(hù)插入器30把前緩加到該符號(hào)中。最后，OFDM信號(hào)被傳送通過(guò)一個(gè)硬限幅器32、數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器34、和射頻(RF)發(fā)射機(jī)36，該發(fā)射機(jī)通過(guò)第一發(fā)射天線37把OFDM符號(hào)作為信號(hào)發(fā)送。在大多數(shù)實(shí)施例中，在第一OFDM部件20中的每個(gè)單元是處理器、更大處理器的部件、或處理器的集合，或硬件、固件和軟件的任何適當(dāng)?shù)慕M合。列舉幾個(gè)例子，這些可包括通用處理器、ASIC、FPGA、DSP。
導(dǎo)頻插入器24被連接來(lái)從導(dǎo)頻STBC功能23接收空間-時(shí)間編碼的導(dǎo)頻符號(hào)，該導(dǎo)頻STBC功能23對(duì)導(dǎo)頻符號(hào)執(zhí)行STBC。導(dǎo)頻STBC塊23一次取兩個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)，例如P1和P2，如圖2所示，以及生成由2×2矩陣組成的STBC塊，該矩陣的第一行具有(P1，P2)，以及第二行具有(-P2*，P1*)。正是這個(gè)STBC塊的第一行被導(dǎo)頻插入器24插入。
沿著第二處理通道18發(fā)送的數(shù)據(jù)符號(hào)被發(fā)送到第二OFDM部件38，它包括類似于在第一OFDM部件20中所包括的那樣的處理器。然而，導(dǎo)頻插入器40插入由導(dǎo)頻STBC功能23產(chǎn)生的STBC塊的第二行的編碼的導(dǎo)頻符號(hào)。沿著第二處理通道18發(fā)送的符號(hào)最終通過(guò)第二發(fā)射天線42作為信號(hào)被發(fā)送。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3，圖上顯示MIMO-OFDM接收機(jī)的方框圖。OFDM接收機(jī)50包括第一接收天線52和第二接收天線54(雖然更一般地將有一個(gè)或多個(gè)接收天線)。該第一接收天線52接收第一接收信號(hào)。該第一接收信號(hào)是由圖2的兩個(gè)發(fā)射天線37和42發(fā)送的兩個(gè)信號(hào)的組合，盡管兩個(gè)信號(hào)的每個(gè)信號(hào)將已被在各自發(fā)射天線與第一接收天線52之間的各自信道所改變。第二接收天線54接收第二接收的信號(hào)。該第二接收的信號(hào)是由圖2的兩個(gè)發(fā)射天線37和42發(fā)送的兩個(gè)信號(hào)的組合，盡管這兩個(gè)信號(hào)的每個(gè)信號(hào)已被在各自發(fā)射天線與第二接收天線54之間的各自信道所改變。四個(gè)信道(在兩個(gè)發(fā)射天線的每個(gè)發(fā)射天線與兩個(gè)接收天線的每個(gè)接收天線之間)可能隨時(shí)間和隨頻率變化，以及通常將是互相不同的。
OFDM接收機(jī)50包括第一OFDM部件56和第二OFDM部件58(雖然通常將有N個(gè)OFDM部件，每個(gè)接收天線一個(gè))。第一OFDM部件56包括RF接收機(jī)59和模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器60，該模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器把第一接收信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)樣本。該信號(hào)樣本被傳送到頻率同步器62和頻率偏移校正器64。該信號(hào)樣本也被饋送到幀/時(shí)間同步器66?？偲饋?lái)說(shuō)，這三個(gè)部件產(chǎn)生同步的信號(hào)樣本。
同步的信號(hào)樣本代表數(shù)據(jù)的時(shí)間序列。同步的信號(hào)樣本被傳送到解復(fù)用器68，然后并行地傳送到快速付立葉變換(FFT)處理器70。FFT處理器70對(duì)信號(hào)樣本執(zhí)行FFT，以生成估計(jì)的接收符號(hào)，它們?cè)趶?fù)用器76中被復(fù)用，以及作為接收的符號(hào)來(lái)發(fā)送到譯碼器78。理想地，接收符號(hào)將是與在OFDM發(fā)射機(jī)10中被饋送到IFFT處理器26的符號(hào)相同的。然而，由于接收信號(hào)將多半被各種傳播信道改變，所以第一OFDM部件56必須通過(guò)考慮該信道而校正接收到的符號(hào)。接收到的符號(hào)被傳送到信道估計(jì)器72，后者分析在OFDM幀內(nèi)、位于已知的時(shí)間和頻率處的接收到的導(dǎo)頻符號(hào)。信道估計(jì)器72把接收到的導(dǎo)頻符號(hào)與信道估計(jì)器72已知為是由OFDM發(fā)射機(jī)10發(fā)送的導(dǎo)頻符號(hào)的值進(jìn)行比較，以及對(duì)于該OFDM符號(hào)內(nèi)每個(gè)頻率和時(shí)間生成一個(gè)估計(jì)的信道響應(yīng)。該估計(jì)的信道響應(yīng)被傳送到譯碼器78。信道估計(jì)器72在下面更詳細(xì)地描述。
第二OFDM部件58包括類似于在第一OFDM部件56中所包括的那樣的部件，以及以與第一OFDM部件56處理第一接收信號(hào)的相同的方式來(lái)處理第二接收信號(hào)。每個(gè)OFDM部件把OFDM符號(hào)傳送到譯碼器78。
譯碼器78對(duì)OFDM符號(hào)應(yīng)用STBC譯碼，以及把符號(hào)傳送到譯碼/解調(diào)基元80，后者負(fù)責(zé)譯碼、去交織、和解調(diào)符號(hào)，以生成輸出的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的。譯碼/解調(diào)基元80可包括多個(gè)附加處理塊，圖2上未示出。在OFDM部件56和58中的每個(gè)單元是處理器、更大處理器的部件、或處理器集合。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4，圖上顯示圖2的每個(gè)導(dǎo)頻插入器24和40把導(dǎo)頻符號(hào)插入到數(shù)據(jù)符號(hào)中間的方法。該方法將參照第一OFDM部件20中的導(dǎo)頻插入器24進(jìn)行描述。在步驟100，導(dǎo)頻插入器24接收來(lái)自解復(fù)用器22的數(shù)據(jù)符號(hào)。在步驟102，導(dǎo)頻STBC功能23生成(或接收)兩個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)。在步驟104，導(dǎo)頻STBC功能23對(duì)導(dǎo)頻符號(hào)應(yīng)用STBC編碼，以便生成編碼的導(dǎo)頻符號(hào)的STBC塊。為第一發(fā)射天線37生成的編碼的導(dǎo)頻符號(hào)將是STBC塊的一行，以及其數(shù)目將等于在OFDM發(fā)射機(jī)中發(fā)射天線的數(shù)目。因此，對(duì)于一個(gè)二天線系統(tǒng)，生成2×2STBC塊。
在步驟106，導(dǎo)頻插入器24把編碼的導(dǎo)頻符號(hào)插入到OFDM符號(hào)內(nèi)。編碼的導(dǎo)頻符號(hào)以菱形網(wǎng)格圖案被插入。該菱形網(wǎng)格圖案使用與其他菱形網(wǎng)格圖案相同的頻率，但具有與其他菱形網(wǎng)格圖案的時(shí)間偏移。優(yōu)選地，對(duì)于每個(gè)菱形網(wǎng)格圖案的時(shí)間偏移是來(lái)自另一個(gè)菱形網(wǎng)格圖案的一個(gè)符號(hào)(在時(shí)間方向)，這樣，菱形網(wǎng)格圖案使用在OFDM幀的時(shí)間方向上的接連的符號(hào)。
其中每個(gè)編碼的導(dǎo)頻符號(hào)被插入到OFDM幀內(nèi)的菱形網(wǎng)格圖案，優(yōu)選地是完美的菱形網(wǎng)格圖案。為了達(dá)到這一點(diǎn)，編碼的導(dǎo)頻符號(hào)被在第一頻率子集的每個(gè)頻率上插入。在第一頻率子集內(nèi)的頻率被一個(gè)導(dǎo)頻間隔相等地間隔開。編碼的導(dǎo)頻符號(hào)被在用于一個(gè)STBC塊(兩個(gè)OFDM符號(hào))的第一頻率子集的每個(gè)頻率上插入。在某個(gè)以后的時(shí)間，編碼的導(dǎo)頻符號(hào)被在第二頻率子集的每個(gè)頻率上插入。在第二頻率子集內(nèi)的頻率從第一頻率子集內(nèi)的頻率移位頻率方向內(nèi)的半個(gè)導(dǎo)頻間隔。導(dǎo)頻插入器24繼續(xù)插入編碼的導(dǎo)頻符號(hào)，從而在第一頻率子集與第二頻率子集之間交替。
替換地，可以使用不同的導(dǎo)頻圖案，只要是將相同的導(dǎo)頻圖案用于對(duì)發(fā)射天線37獨(dú)特的至少一個(gè)編碼的導(dǎo)頻符號(hào)中的每個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)，以及只要用于編碼的導(dǎo)頻符號(hào)的導(dǎo)頻圖案在OFDM幀的時(shí)間方向上互相偏移。例如，可以使用普通的對(duì)角線網(wǎng)格圖案，菱形網(wǎng)格是這種圖案的特殊情形。
導(dǎo)頻插入器40通過(guò)使用相同的方法而插入導(dǎo)頻符號(hào)，雖然導(dǎo)頻符號(hào)將是STBC塊42的另一半。對(duì)于第二發(fā)射天線42獨(dú)特的編碼的導(dǎo)頻符號(hào)被在插入相應(yīng)于第一發(fā)射天線37的編碼的導(dǎo)頻符號(hào)的同一個(gè)符號(hào)位置處插入到OFDM幀中。
參照?qǐng)D5，圖上顯示通過(guò)使用圖4的方法生成的導(dǎo)頻圖案的例子。導(dǎo)頻和數(shù)據(jù)符號(hào)在時(shí)間方向120和頻率方向122上被在OFDM幀上擴(kuò)展。OFDM幀內(nèi)的大多數(shù)符號(hào)是數(shù)據(jù)符號(hào)124。相應(yīng)于第一發(fā)射天線37的第一組編碼的導(dǎo)頻符號(hào)126被插入在菱形網(wǎng)格圖案中。相應(yīng)于第一發(fā)射天線37的第二組編碼的導(dǎo)頻符號(hào)128被插入在菱形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中、在與第一組編碼的導(dǎo)頻符號(hào)相同的頻率處，但在時(shí)間方向120上偏移一個(gè)OFDM符號(hào)位置。在說(shuō)明的例子中，每四個(gè)OFDM符號(hào)中的兩個(gè)符號(hào)載送編碼的導(dǎo)頻符號(hào)。每個(gè)其他的發(fā)射天線通過(guò)使用相同的圖案來(lái)發(fā)送。在子載波上接連的導(dǎo)頻符號(hào)對(duì)是由兩行STBC編碼的導(dǎo)頻符號(hào)組成的。該相同的圖案由第二天線發(fā)送。
編碼的導(dǎo)頻符號(hào)126，128的功率與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)符號(hào)124相比可能被增加。編碼的導(dǎo)頻的功率增加可以相對(duì)于發(fā)送數(shù)據(jù)符號(hào)功率電平或調(diào)制類型(QAM大小)，或者作為信道質(zhì)量的函數(shù)，而被動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)。菱形網(wǎng)格圖案的位置也可被最佳化，以允許分散導(dǎo)頻的快速提取而不使用計(jì)算。如果導(dǎo)頻子載波在頻率方向上被間隔2^n，則這可以達(dá)到。在多個(gè)基站發(fā)送安排中，菱形網(wǎng)格圖案的位置可以在相鄰的基站之間、在時(shí)間方向和頻率方向上循環(huán)偏移，以形成菱形網(wǎng)格重復(fù)使用圖案。
現(xiàn)在參照?qǐng)D6到10，描述信道估計(jì)方法，它是基于上述的導(dǎo)頻插入方法的。本發(fā)明給出在時(shí)間上和頻率上對(duì)于快速衰落信道具有低導(dǎo)頻密度的MIMO-OFDM系統(tǒng)的簡(jiǎn)單二維信道插入器。信道估計(jì)的目標(biāo)是對(duì)于每個(gè)可能的發(fā)射天線、接收天線組合，估計(jì)對(duì)于每個(gè)子載波和在每個(gè)時(shí)間的信道特性。參照?qǐng)D13，對(duì)于兩個(gè)發(fā)射天線、兩個(gè)接收天線例子，顯示兩個(gè)發(fā)射天線Tx1 140和Tx2 142以及兩個(gè)接收天線Rx1 144和Rx2146。信道估計(jì)估計(jì)對(duì)于每個(gè)子載波以及在每個(gè)時(shí)間上的Tx1 140和Rx1144之間被表示為每個(gè)H11148的信道，在Tx1 140和Rx2 146之間被表示為轉(zhuǎn)移函數(shù)H12150的信道，對(duì)于發(fā)射機(jī)Tx2 142到Rx1 144的被表示為轉(zhuǎn)移函數(shù)H22152的信道估計(jì)，以及最后，對(duì)于發(fā)射機(jī)Tx2 142到接收機(jī)Rx2 146的被表示為轉(zhuǎn)移函數(shù)H21154的信道估計(jì)。
建議的方法與某些現(xiàn)有的方法相比的一些優(yōu)點(diǎn)在于(1)對(duì)于高的移動(dòng)性速度的魯棒性，(2)分散導(dǎo)頻網(wǎng)格密度的減小，以及因此而減小的導(dǎo)頻附加開銷。
令P1和P2是在STBC塊中編碼的兩個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)，它們由兩個(gè)天線在一個(gè)子載波上以接連的OFDM符號(hào)發(fā)送。然后，在第一接收天線處，對(duì)于其上發(fā)送導(dǎo)頻符號(hào)的每個(gè)子載波存在以下關(guān)系，其中假設(shè)信道響應(yīng)Hij在兩個(gè)OFDM幀上是恒定的Y1,1Y1,2=P1P2-P2*P1*H11H21]]>Y1，1是在兩個(gè)接連的OFDM符號(hào)的第一個(gè)符號(hào)中、在子載波上在第一天線上的接收數(shù)據(jù)，以及Y1，2是在兩個(gè)接連的符號(hào)的第二個(gè)符號(hào)中、在子載波上在第一天線上的接收數(shù)據(jù)。這可以對(duì)H11，H21求解，產(chǎn)生H11H21=1|P1|2+|P2|2P1*-P2P2*P1Y1,1Y1,2]]>對(duì)于第二天線的類似的過(guò)程產(chǎn)生H12H22=1|P1|2+|P2|2P1*-P2P2*P1Y2,1Y2,2]]>其中Y2，1是在兩個(gè)接連的OFDM符號(hào)的第一個(gè)符號(hào)中、在子載波上在第二天線上的接收數(shù)據(jù)，以及Y2，2是在兩個(gè)接連的OFDM符號(hào)的第二個(gè)符號(hào)中、在子載波上在第二天線上的接收數(shù)據(jù)。
通過(guò)使用這個(gè)技術(shù)，對(duì)于每個(gè)導(dǎo)頻子載波和對(duì)于被使用來(lái)發(fā)送STBC塊的每對(duì)OFDM符號(hào)，作出信道估計(jì)。
對(duì)于圖12的例子，結(jié)果是對(duì)于所發(fā)送的每對(duì)導(dǎo)頻符號(hào)、對(duì)于每個(gè)可能的信道(這些是對(duì)于在圖13所示的這個(gè)例子中的信道)的信道估計(jì)。這被顯示于圖14，其中只顯示被使用于發(fā)送導(dǎo)頻的子載波。信道估計(jì)150是對(duì)于每個(gè)導(dǎo)頻子載波、對(duì)于每對(duì)(在時(shí)間上是接連的)OFDM幀產(chǎn)生的。這導(dǎo)致對(duì)于第一和第二幀的信道估計(jì)150、152、154，以及對(duì)于第五和第六幀的信道估計(jì)156、158、160，等等。
信道估計(jì)按逐個(gè)STBC塊的原則進(jìn)行，以使得圖7所示的信道估計(jì)的圖案隨時(shí)間而逐步顯現(xiàn)。在處理過(guò)程中的下一個(gè)步驟是根據(jù)圖7的信道估計(jì)來(lái)執(zhí)行內(nèi)插，以得到對(duì)于圖7上不代表導(dǎo)頻信道定位的位置的信道估計(jì)。完成這個(gè)的方式將對(duì)于單個(gè)例子進(jìn)行描述，即，被表示為圖7的163的未知信道估計(jì)。信道估計(jì)按正在進(jìn)行的原則被緩沖，以及當(dāng)形成圍繞未知的信道估計(jì)163的菱形162的四個(gè)信道估計(jì)152、156、158和164已被計(jì)算時(shí)，正是內(nèi)插以得到對(duì)于未知點(diǎn)163的信道估計(jì)的時(shí)間。在位于該菱形的中心的子載波上的信道轉(zhuǎn)移函數(shù)可以從簡(jiǎn)單的4點(diǎn)二維內(nèi)插器得到。三點(diǎn)二維內(nèi)插器可被使用來(lái)得到相應(yīng)于該第一或者最后的有用子載波的信道估計(jì)Hnew(n+1,k)=14(H(n,k)+H(n+2,k)+H(n+1,k-1)+H(n+1,k+1))]]>這里(k＝2，......，Npilot-1)Hnew(n+1,1)=14(H(n,1)+H(n+2,1)+2H(n+1,2))]]>Hnew(n+1,Npilot)=14(H(n,Npilot)+H(n+2,Npilot)+2H(n,Npilot-1))]]>其中k是導(dǎo)頻子載波索引，n是信道估計(jì)索引(或STBC塊號(hào)-用于每?jī)蓚€(gè)符號(hào)的、每子載波一個(gè)信道估計(jì))，以及Npilot是導(dǎo)頻子載波的數(shù)目(在圖7的例子中是6)。Hnew是對(duì)于第i個(gè)信道估計(jì)周期和第j個(gè)導(dǎo)頻子載波的新內(nèi)插的信道估計(jì)。H(i，j)是如先前描述的、從導(dǎo)頻符號(hào)確定的信道估計(jì)。三點(diǎn)內(nèi)插器也將對(duì)于OFDM幀的最后的STBC塊(即，最后兩個(gè)OFDM符號(hào))被執(zhí)行。
這些計(jì)算是對(duì)于每個(gè)發(fā)射天線、接收天線組合完成的。應(yīng)當(dāng)指出，這只是信道估計(jì)如何被內(nèi)插的一個(gè)例子。
如果在頻率方向上、在導(dǎo)頻子載波之間的原始距離是Df，則在上述的第一個(gè)內(nèi)插步驟后，導(dǎo)頻子載波的間隙變成為Df/2。
在某些實(shí)施例中，為了去除噪聲，而在每個(gè)信道估計(jì)周期對(duì)這樣計(jì)算的信道估計(jì)進(jìn)行濾波。這顯示于圖6，其中在一個(gè)信道估計(jì)周期內(nèi)的信道估計(jì)170被顯示為輸入濾波器172，以產(chǎn)生濾波的信道估計(jì)。例如，簡(jiǎn)單的3點(diǎn)移動(dòng)疊代平滑算法可以施加到H’H′sm(n,k)=H′sm(n,k-1)+13(H′(n,k+1)+H′sm(n,k-2))]]>其中k＝3，...，2Npilot-2。應(yīng)當(dāng)看到，可以采用其他濾波算法。
在如圖7概述的、導(dǎo)頻信道估計(jì)的內(nèi)插后，對(duì)于其上發(fā)送導(dǎo)頻信道信息的每個(gè)子載波和對(duì)于其間發(fā)送導(dǎo)頻信道化信息的每個(gè)兩OFDM符號(hào)周期將有一個(gè)信道估計(jì)。參照?qǐng)D5，這意味著對(duì)于每個(gè)天線、對(duì)于畫上陰影以表示導(dǎo)頻信道信息被傳輸?shù)臅r(shí)間頻率點(diǎn)，將有一個(gè)信道估計(jì)。對(duì)于在圖7的菱形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的中心的時(shí)間頻率點(diǎn)也將有信道估計(jì)。然而，對(duì)于不是導(dǎo)頻符號(hào)傳輸時(shí)間-頻率點(diǎn)、也不是處在這樣的點(diǎn)的菱形網(wǎng)格中心的點(diǎn)的那些點(diǎn)，將還沒有計(jì)算的信道估計(jì)。下一個(gè)步驟是執(zhí)行另一個(gè)內(nèi)插步驟，以逐步顯現(xiàn)對(duì)于這些其他點(diǎn)的信道估計(jì)。
在某些實(shí)施例中，在頻率方向上的三次拉格朗日(Cubic Lagrange)內(nèi)插和線性內(nèi)插(對(duì)于靠近第一和最后的有用子載波的子載波)被使用來(lái)得到(對(duì)于每對(duì)OFDM符號(hào)的)對(duì)于每個(gè)STBC塊的所有子載波處的信道轉(zhuǎn)移函數(shù)。
三次拉格朗日內(nèi)插器的系數(shù)可被計(jì)算為μ(i)=iDf/2----i=1,2,......,Df2]]>q-1(μ)=-16μ3+12μ2-13μ]]>q0(μ)=12μ3-μ2-12μ+1]]>q1(μ)=-12μ3+12μ2+μ]]>q2(μ)=-16μ3-16μ]]>數(shù)據(jù)子載波上的信道轉(zhuǎn)移函數(shù)被給出為Hintorp((j-1).Df2+i)=Σn=-12qn(μ(i)).H′sm(j+n)]]>這里j＝2，......，Npilot-2。
這被顯示于圖9，其中估計(jì)的信道響應(yīng)被饋送到拉格朗日三次內(nèi)插器功能175，它輸出對(duì)于所有的中間子載波的值。替換地可以采用其他內(nèi)插器。
在某些實(shí)施例中，每個(gè)OFDM符號(hào)包含某些導(dǎo)頻插入點(diǎn)，并且這樣，這完成了內(nèi)插處理過(guò)程。在其他實(shí)施例中，有一些不具有任何導(dǎo)頻插入點(diǎn)的OFDM符號(hào)。為了得到對(duì)于這些OFDM符號(hào)的信道估計(jì)，執(zhí)行先前計(jì)算的信道估計(jì)在時(shí)間上的內(nèi)插。在高移動(dòng)性應(yīng)用中，導(dǎo)頻應(yīng)當(dāng)被包括在每個(gè)OFDM符號(hào)中，以避免需要時(shí)間步驟中這個(gè)最后的內(nèi)插。
圖10給出對(duì)于兩個(gè)發(fā)射天線建議的內(nèi)插方法的總的方框圖。圖10上顯示對(duì)于建議的MIMO-OFDM信道估計(jì)算法的一組示例性的性能結(jié)果。在非常高的多卜勒擴(kuò)展下，2-D信道估計(jì)算法的性能接近于理想信道的性能(僅僅有0.5dB的損耗)。
現(xiàn)在參照?qǐng)D10和3，信道估計(jì)方法由信道估計(jì)器72實(shí)行，以便估計(jì)對(duì)于每個(gè)子載波和OFDM幀內(nèi)的每個(gè)OFDM符號(hào)的信道響應(yīng)。信道估計(jì)方法在步驟500通過(guò)提取對(duì)于每個(gè)接收天線的、在頻域中的導(dǎo)頻符號(hào)而開始。這后面是信道響應(yīng)矩陣計(jì)算步驟502；由此譯碼由接收天線接收的接收信號(hào)，這實(shí)際上是在導(dǎo)頻圖案的每個(gè)點(diǎn)處執(zhí)行編碼的導(dǎo)頻符號(hào)的時(shí)間平均。例如，假設(shè)接收天線接收具有如圖5所示的導(dǎo)頻圖案的OFDM幀(盡管符號(hào)126現(xiàn)在將是由每個(gè)發(fā)射天線在這個(gè)位置發(fā)送的編碼的導(dǎo)頻符號(hào)的線性組合，以及符號(hào)128將是由每個(gè)發(fā)射天線在這個(gè)位置發(fā)送的編碼的導(dǎo)頻符號(hào)的線性組合)。在譯碼后，在符號(hào)位置126處的導(dǎo)頻符號(hào)將是在符號(hào)位置126處接收的導(dǎo)頻符號(hào)和在符號(hào)位置128處接收的導(dǎo)頻符號(hào)的平均。在步驟503期間，由STBC譯碼產(chǎn)生的時(shí)間平均效果可被看作為預(yù)處理步驟，正如步驟500和502可以完成的。實(shí)際的信道估計(jì)方法可以廣義地用四個(gè)步驟來(lái)描述。跟隨步驟503之后，在步驟504期間，信道估計(jì)器72估計(jì)對(duì)于多個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)中每個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)的信道響應(yīng)。對(duì)于菱形網(wǎng)格圖案，該多個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)將是形成單個(gè)菱形圖案的四個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)。信道估計(jì)器72估計(jì)中心符號(hào)的信道響應(yīng)，該中心符號(hào)具有由多個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)的時(shí)間方向值和頻率方向值約束限制的時(shí)間方向值和頻率方向值。該中心符號(hào)優(yōu)選地具有的頻率方向值等于多個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)中的兩個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)的頻率方向值，以及具有的時(shí)間方向值是在具有與中心符號(hào)相同的頻率方向值的兩個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)的時(shí)間方向值中間。這通常可被描述為在導(dǎo)頻符號(hào)之間的信道響應(yīng)的四點(diǎn)2-D內(nèi)插。第三，信道估計(jì)器72平滑在頻率方向上的信道響應(yīng)(相應(yīng)于編碼的導(dǎo)頻符號(hào)和中心符號(hào))，優(yōu)選地這是通過(guò)執(zhí)行三點(diǎn)平滑來(lái)進(jìn)行的，正如按照步驟505那樣。第四，信道估計(jì)器72執(zhí)行在頻率方向上的內(nèi)插，以估計(jì)對(duì)于其余符號(hào)的信道響應(yīng)，正如按照步驟506那樣。內(nèi)插可以是對(duì)于這樣的符號(hào)的線性內(nèi)插，所述符號(hào)具有等于在OFDM符號(hào)內(nèi)的第一或最后有用子載波的頻率方向值，而否則是三次拉格朗日內(nèi)插。
內(nèi)插導(dǎo)頻符號(hào)的方法(以上參照?qǐng)D4描述的)和信道估計(jì)方法(以上參照?qǐng)D10描述的)不必一起使用。任何信道估計(jì)方法可被OFDM接收機(jī)使用來(lái)估計(jì)對(duì)于包含使用上述方法插入的已編碼導(dǎo)頻符號(hào)的OFDM幀的信道響應(yīng)。然而，由于在以上參照?qǐng)D4和圖5描述的導(dǎo)頻圖案中導(dǎo)頻符號(hào)的稀疏分布，二維內(nèi)插方法是優(yōu)選于一維內(nèi)插方法的。同樣地，信道估計(jì)方法可被應(yīng)用到包含任何導(dǎo)頻符號(hào)的圖案的OFDM幀上。
本發(fā)明已結(jié)合MIMO-OFDM通信系統(tǒng)描述。本發(fā)明也可以有利地使用于單輸入多輸出OFDM通信系統(tǒng)，因?yàn)椴迦雽?dǎo)頻符號(hào)的方法(以上參照?qǐng)D4描述的)和信道估計(jì)方法(以上參照?qǐng)D10描述的)并不依賴于接收天線的數(shù)目。在OFDM接收機(jī)50內(nèi)的每個(gè)接收天線獨(dú)立地執(zhí)行信道估計(jì)，而不管存在的接收天線的數(shù)目。
參照?qǐng)D10描述的信道估計(jì)方法在只具有一個(gè)發(fā)射天線的OFDM通信系統(tǒng)中也將是有利的，因?yàn)樵摲椒ㄌ峁┬诺理憫?yīng)的改進(jìn)的內(nèi)插，而不管發(fā)射天線的數(shù)目。參照?qǐng)D11描述的插入導(dǎo)頻符號(hào)的方法可以使用于只具有一個(gè)發(fā)射天線的OFDM通信系統(tǒng)，但將不如在具有一個(gè)以上的發(fā)射天線的OFDM通信系統(tǒng)中那樣有利，因?yàn)楦郊娱_銷將沒有減小。
插入導(dǎo)頻符號(hào)的方法和信道估計(jì)方法優(yōu)選地以數(shù)字信號(hào)處理器可讀的軟件指令的形式來(lái)分別在OFDM發(fā)射機(jī)和OFDM接收機(jī)上實(shí)施。替換地，這些方法可以以集成電路內(nèi)的邏輯電路系統(tǒng)被實(shí)施。更一般地，包含用于執(zhí)行所描述功能性的邏輯的任何計(jì)算設(shè)備可以實(shí)施這些方法。實(shí)施這些方法的計(jì)算設(shè)備(尤其是導(dǎo)頻插入器或信道估計(jì)器)可以是單個(gè)處理器、一個(gè)以上的處理器、或更大處理器的部件。該邏輯可包括被存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀媒體上的外部指令，或可包括內(nèi)部電路系統(tǒng)。
所描述的內(nèi)容僅僅是本發(fā)明原理的應(yīng)用的說(shuō)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以實(shí)施其他裝置和方法，而不背離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種在具有至少一個(gè)發(fā)射天線的OFDM發(fā)射機(jī)處把導(dǎo)頻符號(hào)插入到正交頻分復(fù)用(OFDM)幀中的方法，該OFDM幀具有時(shí)域和頻域，每個(gè)OFDM幀包括多個(gè)OFDM符號(hào)，該方法包括以下步驟對(duì)于每個(gè)天線，以在時(shí)間-頻率上、在等同的分散圖案中插入分散導(dǎo)頻符號(hào)。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其中等同的分散圖案是常規(guī)的對(duì)角線形網(wǎng)格。
3.按照權(quán)利要求2的方法，其中對(duì)于每個(gè)天線，把導(dǎo)頻符號(hào)插入到等同的對(duì)角線形網(wǎng)格中包括對(duì)于在該等同的對(duì)角線形網(wǎng)格中的每個(gè)點(diǎn)，在用于N個(gè)接連的OFDM符號(hào)的單個(gè)子載波上插入多個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)，其中N是發(fā)射天線的數(shù)目。
4.按照權(quán)利要求3的方法，其中對(duì)角線形網(wǎng)格是菱形網(wǎng)格。
5.按照權(quán)利要求3的方法，還包括對(duì)于在對(duì)角線形網(wǎng)格中的每個(gè)點(diǎn)生成L個(gè)未編碼的導(dǎo)頻符號(hào)；對(duì)L個(gè)未編碼的導(dǎo)頻符號(hào)的組執(zhí)行空間時(shí)間塊編碼(STBC)，以產(chǎn)生N×N個(gè)STBC塊，L和N確定STBC編碼速率；在每個(gè)天線的特定子載波上發(fā)送該STBC塊的一個(gè)行或列。
6.按照權(quán)利要求1的方法，還包括取決于一個(gè)反映信道條件的值，用高于數(shù)據(jù)符號(hào)功率電平的功率電平來(lái)發(fā)送導(dǎo)頻符號(hào)。
7.按照權(quán)利要求4的方法，還包括以一動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的功率電平發(fā)送該導(dǎo)頻符號(hào)，以保證足夠精確的接收，所述功率電平是作為施加到載送數(shù)據(jù)的子載波的調(diào)制類型的函數(shù)而被動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的。
8.按照權(quán)利要求2的方法，其中對(duì)角線形網(wǎng)格圖案包括第一多個(gè)相等地間隔開的子載波位置；從所述第一多個(gè)子載波位置偏離的、第二多個(gè)相等地間隔開的子載波位置；其中該導(dǎo)頻符號(hào)交替地使用第一多個(gè)相等地間隔開的子載波位置和第二多個(gè)相等地間隔開的子載波位置而在時(shí)間上被插入。
9.按照權(quán)利要求8的方法，其中第二多個(gè)子載波從第一多個(gè)相等地間隔開的子載波位置偏離該第一多個(gè)子載波位置的相鄰子載波之間的間隔的一半，由此而形成菱形網(wǎng)格圖案。
10.按照權(quán)利要求1的方法，其中該導(dǎo)頻圖案為至少一個(gè)相鄰的基站在時(shí)間方向和頻率方向上循環(huán)地偏移，以便形成重復(fù)使用的圖案。
11.一種OFDM發(fā)射機(jī)，包括多個(gè)發(fā)射天線；該OFDM發(fā)射機(jī)適合于把導(dǎo)頻符號(hào)插入到具有時(shí)域和頻域的正交頻分復(fù)用(OFDM)幀，每個(gè)OFDM幀通過(guò)對(duì)于每個(gè)天線、在時(shí)間-頻率上在等同的分散圖案中插入導(dǎo)頻符號(hào)而包括多個(gè)OFDM符號(hào)。
12.按照權(quán)利要求11的發(fā)射機(jī)，其中等同的分散圖案是對(duì)角線形網(wǎng)格。
13.按照權(quán)利要求11的OFDM發(fā)射機(jī)，其中對(duì)于每個(gè)天線、以等同的分散圖案插入導(dǎo)頻符號(hào)包括對(duì)于在等同的分散圖案中的每個(gè)點(diǎn)，在用于N個(gè)接連的OFDM符號(hào)的單個(gè)子載波上插入多個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)，其中N是發(fā)射天線的數(shù)目，這里N＞＝1。
14.按照權(quán)利要求13的OFDM發(fā)射機(jī)，其中分散圖案是菱形網(wǎng)格。
15.按照權(quán)利要求11的OFDM發(fā)射機(jī)，還適合于對(duì)在分散圖案中的每個(gè)點(diǎn)生成L個(gè)未編碼的導(dǎo)頻符號(hào)；對(duì)L個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)的組執(zhí)行空間時(shí)間塊編碼(STBC)，以產(chǎn)生N×N個(gè)STBC塊；在每個(gè)天線上發(fā)送該STBC塊的一個(gè)行或列。
16.按照權(quán)利要求15的OFDM發(fā)射機(jī)，其中等同的分散圖案是對(duì)角線形網(wǎng)格。
17.按照權(quán)利要求11的OFDM發(fā)射機(jī)，還適合于取決于一個(gè)反映信道條件的值，以高于數(shù)據(jù)符號(hào)功率電平的功率電平來(lái)發(fā)送導(dǎo)頻符號(hào)。
18.按照權(quán)利要求11的OFDM發(fā)射機(jī)，還適合于用動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)的功率電平來(lái)發(fā)送導(dǎo)頻符號(hào)，以保證足夠精確的接收。
19.按照權(quán)利要求16的OFDM發(fā)射機(jī)，其中菱形網(wǎng)格圖案包括第一多個(gè)相等地間隔開的子載波位置；從所述第一多個(gè)子載波位置偏離的、第二多個(gè)相等地間隔開的子載波位置；其中導(dǎo)頻符號(hào)交替地使用第一多個(gè)相等地間隔開的子載波位置和第二多個(gè)相等地間隔開的子載波位置來(lái)在時(shí)間上被插入。
20.按照權(quán)利要求19的OFDM發(fā)射機(jī)，其中在菱形網(wǎng)格圖案的位置之間的間隔被最佳化，以便允許快速提取分散導(dǎo)頻符號(hào)，而不需要計(jì)算完整的FFT。
21.一種在具有至少一個(gè)接收天線的正交頻分復(fù)用(OFDM)接收機(jī)處估計(jì)多個(gè)信道響應(yīng)的方法，該方法包括在每個(gè)接收天線處接收由至少一個(gè)發(fā)射天線發(fā)送的OFDM幀，該OFDM幀具有時(shí)域和頻域，由每個(gè)天線發(fā)送的OFDM幀具有在時(shí)間-頻率中、在等同的分散圖案中插入的導(dǎo)頻符號(hào)，每個(gè)OFDM幀包括多個(gè)OFDM符號(hào)；對(duì)于每個(gè)發(fā)射天線、接收天線組合(a)使用接收的OFDM幀的導(dǎo)頻符號(hào)來(lái)估計(jì)在分散圖案上每個(gè)點(diǎn)的信道響應(yīng)；(b)通過(guò)執(zhí)行對(duì)于分散圖案上的點(diǎn)確定的信道響應(yīng)的二維(時(shí)間方向，頻率方向)內(nèi)插，而估計(jì)不在該分散圖案上的多個(gè)點(diǎn)的信道響應(yīng)；(c)在頻率方向上執(zhí)行內(nèi)插，以估計(jì)相應(yīng)于每個(gè)OFDM符號(hào)內(nèi)其余的OFDM子載波的信道響應(yīng)。
22.按照權(quán)利要求21的方法，還包括在頻率方向上執(zhí)行內(nèi)插以便估計(jì)相應(yīng)于每個(gè)OFDM符號(hào)內(nèi)其余的OFDM子載波的信道響應(yīng)之前，對(duì)信道響應(yīng)執(zhí)行濾波功能。
23.按照權(quán)利要求21的方法，其中分散圖案是常規(guī)的菱形網(wǎng)格。
24.按照權(quán)利要求23的方法，其中通過(guò)執(zhí)行對(duì)于分散圖案網(wǎng)格上的點(diǎn)所確定的信道響應(yīng)的二維(時(shí)間方向，頻率方向)內(nèi)插而估計(jì)不在該分散圖案上的多個(gè)點(diǎn)的信道響應(yīng)包括對(duì)于要被估計(jì)的每個(gè)子載波，平均在頻率上要被估計(jì)的子載波之前的子載波(當(dāng)存在時(shí))和在頻率上要被估計(jì)的子載波之后的子載波(當(dāng)存在時(shí))的給定信道估計(jì)周期的信道響應(yīng)和對(duì)于以前的估計(jì)周期(當(dāng)存在時(shí))和隨后的估計(jì)周期(當(dāng)存在時(shí))的信道響應(yīng)。
25.按照權(quán)利要求22的方法，其中濾波信道響應(yīng)包括執(zhí)行三點(diǎn)平滑運(yùn)算。
26.按照權(quán)利要求21的方法，其中執(zhí)行頻域上的內(nèi)插包括對(duì)于在OFDM符號(hào)內(nèi)最低或最高有用頻率上的子載波執(zhí)行線性內(nèi)插，以及對(duì)于在不等于第一或最后有用頻率的頻率上的子載波執(zhí)行三次拉格朗日內(nèi)插。
27.按照權(quán)利要求21的方法被應(yīng)用到單發(fā)射機(jī)、單接收機(jī)系統(tǒng)。
28.按照權(quán)利要求21的方法被應(yīng)用到其中分散圖案上的每個(gè)點(diǎn)包含單個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)的單發(fā)射機(jī)系統(tǒng)。
29.按照權(quán)利要求21的方法被應(yīng)用到其中有N＞＝2個(gè)發(fā)射天線的系統(tǒng)，以及其中在分散圖案上的每個(gè)點(diǎn)包含在子載波上發(fā)送的N個(gè)接連的編碼的導(dǎo)頻符號(hào)，單個(gè)信道估計(jì)是對(duì)于每N個(gè)編碼的導(dǎo)頻符號(hào)確定的。
30.按照權(quán)利要求29的方法，其中N個(gè)編碼的導(dǎo)頻符號(hào)包含被STBC塊編碼的L個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)，其中N和L一起確定STBC編碼速率。
31.按照權(quán)利要求21的方法，其中分散圖案是常規(guī)的對(duì)角線形網(wǎng)格。
32.按照權(quán)利要求31的方法，其中常規(guī)的對(duì)角線形網(wǎng)格是菱形網(wǎng)格。
全文摘要
提供了在MIMO－OFDM通信系統(tǒng)內(nèi)減小導(dǎo)頻符號(hào)的數(shù)目和改進(jìn)這樣的系統(tǒng)內(nèi)的信道估計(jì)的方法和設(shè)備。對(duì)于在OFDM發(fā)射機(jī)中的每個(gè)發(fā)射天線，導(dǎo)頻符號(hào)被編碼，以便對(duì)于該發(fā)射天線是獨(dú)特的。編碼的導(dǎo)頻符號(hào)然后被插入到OFDM幀，以形成菱形網(wǎng)格，用于不同發(fā)射天線的菱形網(wǎng)格使用相同的頻率，但在時(shí)域上互相偏離單個(gè)符號(hào)。在OFDM接收機(jī)處，信道響應(yīng)是對(duì)于菱形網(wǎng)格的每個(gè)菱形中心的符號(hào)、通過(guò)使用二維內(nèi)插被估計(jì)的。估計(jì)的信道響應(yīng)在頻域中被平滑。其余符號(hào)的信道響應(yīng)然后通過(guò)在頻域中內(nèi)插而進(jìn)行估計(jì)。
文檔編號(hào)H04L5/02GK1605172SQ02825159
公開日2005年4月6日 申請(qǐng)日期2002年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月17日
發(fā)明者J·馬, M·賈, P·朱, 童文 申請(qǐng)人:北方電訊網(wǎng)絡(luò)有限公司