專利名稱：估算信道脈沖響應(yīng)的方法以及無線電站和信道估算序列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于估算無線電信道的信道脈沖響應(yīng)的方法以及一種相應(yīng)的無線電站和一種相應(yīng)的信道估算序列。
背景技術(shù)：
在無線電通信系統(tǒng)中，相應(yīng)的本機(jī)振蕩器的頻率漂移導(dǎo)致進(jìn)行發(fā)射的無線電站與進(jìn)行接收的無線電站之間的載頻偏移(英語(yǔ)為CarrierFrequency Offset(CFO))。由于CFO，基帶發(fā)射信號(hào)從進(jìn)行接收的無線電站看來在頻域中偏移。在OFDM(正交頻分復(fù)用(OrthogonalFrequency Division Multiplex))無線電通信系統(tǒng)中，這種偏移引起單個(gè)副載波信號(hào)丟失正交性，由此在那些副載波信號(hào)之間出現(xiàn)干涉。為了保證無干涉的傳輸，因此必須在OFDM無線電通信系統(tǒng)中準(zhǔn)確地估算和補(bǔ)償CFO。
在SU無線電通信系統(tǒng)(SU(英語(yǔ)為single-user)即單個(gè)用戶)中，例如該過程如下形成在初始過程中(并且因此還在執(zhí)行用于進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)整的其它功能之前)，能借助于公知的方法足夠準(zhǔn)確地估算和完全地補(bǔ)償CFO。借助其來獲得關(guān)于信道脈沖響應(yīng)的知識(shí)并且通常接在補(bǔ)償CFO之后的無線電信道的估算因此不再受CFO的影響。
在MU-MIMO無線電通信系統(tǒng)(MU(英語(yǔ)為multi-user)即多個(gè)用戶，而MIMO(英語(yǔ)為multiple-input/multiple output，多輸入/多輸出)即多天線)中情況不同。此處，多個(gè)無線電站(例如用戶電站)分別在應(yīng)用一個(gè)或者多個(gè)發(fā)射天線的情況下同時(shí)在例如同一頻帶中與具有一個(gè)或者多個(gè)接收天線的無線電站(例如基站)進(jìn)行通信。在上行鏈路(用戶站發(fā)射而基站接收)期間，每個(gè)用戶站相對(duì)于基站具有自己的、與其它用戶站的CFO無關(guān)的CFO。因此，基站不能簡(jiǎn)單地相應(yīng)地匹配其本機(jī)振蕩器，以進(jìn)行CFO補(bǔ)償。為了盡管如此還能在基站中執(zhí)行(單獨(dú)針對(duì)每個(gè)用戶站的)CFO補(bǔ)償，首先必須在基站中分離不同用戶站的信號(hào)。對(duì)于用戶站分離，關(guān)于在被分配給每個(gè)用戶站的、對(duì)應(yīng)于單個(gè)發(fā)射和接收天線對(duì)的無線電信道方面的信道脈沖響應(yīng)的知識(shí)是必要的。

發(fā)明內(nèi)容
因此必需一種信道估算方法，該信道估算方法盡管有干擾也能夠提供相應(yīng)的無線電信道的信道脈沖響應(yīng)的可靠的估算值，這些干擾由于在由同時(shí)接收所有用戶站的信號(hào)所產(chǎn)生的總接收信號(hào)中存在多個(gè)CFO形成。
這個(gè)任務(wù)利用根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求所述的方法以及無線電站和信道估算序列來解決。
本發(fā)明的有利的改進(jìn)方案和擴(kuò)展方案是從屬權(quán)利要求的主題。
在根據(jù)本發(fā)明的用于估算無線電信道的信道脈沖響應(yīng)的方法中，由于通過第二無線電站發(fā)射第一信道估算序列，第一無線電站在第一無線電信道上接收接收信號(hào)并且通過將該接收信號(hào)與第一信道估算序列進(jìn)行相關(guān)來估算該第一無線電信道的信道脈沖響應(yīng)，其中該第一信道估算序列具有第一子序列和第二子序列，這兩個(gè)子序列構(gòu)成第一格雷(Golay)序列對(duì)。根據(jù)本發(fā)明，這兩個(gè)子序列在相同位置(或者在開頭或者在末尾)上這樣各被擴(kuò)展了數(shù)量為L(zhǎng)的元素，使得對(duì)于第一信道估算序列在偏移了k(其中0＜|k|≤L)時(shí)保持格雷序列對(duì)的非周期的自相關(guān)特性。
有利地，所有L個(gè)元素分別有值“零”。
有利地，對(duì)于數(shù)量L適用的是，L大于或者等于信道脈沖響應(yīng)的最大長(zhǎng)度。
本發(fā)明的擴(kuò)展方案規(guī)定，所述第一信道估算序列由后接有第二子序列的第一子序列的序列的數(shù)量為v的重復(fù)來構(gòu)成，其中對(duì)于該v次重復(fù)的每次，這兩個(gè)子序列在相同位置(或者在開頭或者在末尾)上這樣各被擴(kuò)展了數(shù)量為L(zhǎng)的元素，使得對(duì)于第一信道估算序列在偏移了k(其中，0＜|k|≤L)時(shí)保持格雷序列對(duì)的非周期的自相關(guān)特性。
有利地，利用沃爾什哈達(dá)馬(Walsh-Hadamard)序列來調(diào)制第一信道估算序列的該v次重復(fù)。
在本發(fā)明的有利的改進(jìn)方案中，為了估算第二無線電信道的信道脈沖響應(yīng)，在第一無線電站與第三無線電站之間應(yīng)用第二信道估算序列，所述第二信道估算序列與第一信道估算序列的區(qū)別在于，代替第一子序列，該第二信道估算序列具有第三子序列，并且代替第二子序列，該第二信道估算序列具有第四子序列，其中所述第三和第四子序列構(gòu)成與第一格雷序列對(duì)交叉互補(bǔ)的第二格雷序列對(duì)。
根據(jù)本發(fā)明這樣構(gòu)成所述第一和第二信道估算序列，以致對(duì)于這些信道估算序列保持格雷序列對(duì)的非周期的自相關(guān)特性。這有利地導(dǎo)致，在偏移了k(其中0＜|k|≤L)時(shí)，第一和第二信道估算序列具有理想的非周期的互相關(guān)特性。因此，第一和第二信道估算序列是正交的。可以相應(yīng)地構(gòu)成其它的正交信道估算序列。
根據(jù)本發(fā)明的無線電站具有用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法所必需的所有特征。特別是可以設(shè)置用于執(zhí)行單個(gè)方法步驟或者方法變型的相應(yīng)的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的信道估算序列具有為了將其用于根據(jù)本發(fā)明的方法所必需的所有特征和特性。


下面借助于附圖中所示的實(shí)施例詳細(xì)地說明本發(fā)明。其中圖1示出第一和第二根據(jù)本發(fā)明的信道估算序列的示意圖，圖2示出四個(gè)由第一和第二信道估算序列構(gòu)成的并且利用沃爾什哈達(dá)序列來調(diào)制的其它信道估算序列的示意圖，圖3示出借助第一和第二信道估算序列來進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的信道估算的示意圖，圖4不僅針對(duì)無線電信道的信道脈沖響應(yīng)的理想的估算而且針對(duì)時(shí)域中的根據(jù)本發(fā)明的信道脈沖響應(yīng)的估算示出在檢測(cè)到兩個(gè)載頻偏移的OFDM符號(hào)時(shí)的誤差率的模擬結(jié)果，以及圖5不僅針對(duì)無線電信道的信道脈沖響應(yīng)的理想的估算而且針對(duì)頻域中的公知的信道脈沖響應(yīng)的估算示出在檢測(cè)到兩個(gè)載頻偏移的OFDM符號(hào)時(shí)的誤差率的模擬結(jié)果。
這些附圖中的相同的參考標(biāo)記表示相同的對(duì)象。
具體實(shí)施例方式
無線電站是一種借助其在無線電通信系統(tǒng)中通過空中接口發(fā)送有用數(shù)據(jù)和/或信令數(shù)據(jù)的裝置。例如，無線電站被布置在網(wǎng)絡(luò)側(cè)，也就是說，該無線電站是無線電通信系統(tǒng)的無線電接入網(wǎng)的組成部分。此外，無線電站可以例如是用戶站。
例如，用戶站是移動(dòng)無線電終端設(shè)備、特別是移動(dòng)電話或者也可以是位置移動(dòng)的或者位置固定的裝置，用于傳輸圖像數(shù)據(jù)和/或聲音數(shù)據(jù)，用于發(fā)送傳真、發(fā)送短消息業(yè)務(wù)SMS(Short Message Service)、發(fā)送多媒體消息傳遞業(yè)務(wù)MMS(Multimedia Messaging Service)和/或發(fā)送電子郵件和/或用于接入因特網(wǎng)。
從一用戶站接收有用數(shù)據(jù)和/或信令數(shù)據(jù)和/或向該用戶站發(fā)送有用數(shù)據(jù)和/或信令數(shù)據(jù)的、被布置在網(wǎng)絡(luò)側(cè)的無線電站例如是基站或者所謂的接入點(diǎn)(英語(yǔ)為access point)。基站如同經(jīng)過其它的網(wǎng)絡(luò)側(cè)裝置與核心網(wǎng)連接的接入點(diǎn)一樣，通過所述核心網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行其它的無線電通信系統(tǒng)中的連接或者其它的數(shù)據(jù)網(wǎng)中的連接。數(shù)據(jù)網(wǎng)例如被理解為具有例如語(yǔ)音和/或數(shù)據(jù)的線路交換或者分組交換連接的因特網(wǎng)或者固定網(wǎng)。
本發(fā)明可有利地被用于任意的無線電通信系統(tǒng)中。無線電通信系統(tǒng)應(yīng)被理解為其中經(jīng)空中接口在無線電站之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)。所述數(shù)據(jù)傳輸既可以雙向進(jìn)行也可以單向進(jìn)行。無線電通信系統(tǒng)特別地是任意的例如按照GSM標(biāo)準(zhǔn)或者UMTS標(biāo)準(zhǔn)的移動(dòng)無線電系統(tǒng)。無線電通信系統(tǒng)還應(yīng)被理解為未來的移動(dòng)無線電系統(tǒng)(例如第四代移動(dòng)無線電系統(tǒng))以及自組織(Ad-hoc)網(wǎng)。無線電通信系統(tǒng)例如也可以是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.11a-i、HiperLAN1和HiperLAN2的無線局域網(wǎng)(WLANWireless Local Area Network)以及藍(lán)牙網(wǎng)和具有例如根據(jù)IEEE 802.16的無線接入的寬帶網(wǎng)。
下面將基站考慮為第一無線電站并且將用戶站分別考慮為第二和第三無線電站，可是并不想要由此表示本發(fā)明應(yīng)被限于此。
當(dāng)然，本發(fā)明也可被用于由用戶站執(zhí)行的利用基站和/或利用其它的用戶站的無線電信道的信道脈沖響應(yīng)的估算。
下面，通常以應(yīng)用OFDM來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線電通信系統(tǒng)為例來說明本發(fā)明，可是并不想要由此表示本發(fā)明應(yīng)被限于此。
如已經(jīng)在說明書引言中所提及的那樣，CFO導(dǎo)致基帶發(fā)射信號(hào)在頻域中的偏移。對(duì)于等效的時(shí)域信號(hào)，頻率偏移意味著與相對(duì)應(yīng)的時(shí)間連續(xù)的相位旋轉(zhuǎn)函數(shù)(Phasenrotationsfunktion)相乘。
在該實(shí)施例中考慮具有N個(gè)副載波的OFDM無線電通信系統(tǒng)。借助于N級(jí)傅立葉變換，從(離散的)頻域信號(hào)X(n)中得到同樣離散的、包含N個(gè)時(shí)間抽樣的時(shí)域信號(hào)x(n)。如果出現(xiàn)為p倍副載波間隔Δf大小的CFO，則將時(shí)域信號(hào)x(n)與離散的相位旋轉(zhuǎn)函數(shù)ejp·2πn/N相乘。
該關(guān)系適用于所有的p∈R、p∈[-N/2...N/2]。
在MU-MIMO無線電通信系統(tǒng)的上行鏈路中，在基站的接收機(jī)上重疊不同用戶站的i個(gè)發(fā)射信號(hào)xi(n)，這些發(fā)射信號(hào)xi(n)分別由于自己的在副載波間隔Δf上標(biāo)準(zhǔn)化的CFO pi和信道脈沖響應(yīng)hi(1)(1∈
)而失真ri(n)=Σl=0Lhi(l)ejpi·2π(n-l)/Nxi(n-l)---(2)]]>r(n)=Σiri(n)---(3)]]>在此，ri(n)是同時(shí)到達(dá)所述接收機(jī)的用戶站的i個(gè)單個(gè)信號(hào)，而r(n)是由全部單個(gè)信號(hào)ri(n)的重疊組成的單個(gè)接收天線上的接收信號(hào)。
可以此為出發(fā)點(diǎn)，即用戶站的CFO在上行鏈路期間在實(shí)踐中所應(yīng)用的MU-OFDM無線電通信系統(tǒng)中比較??；副載波間隔Δf的百分之幾的數(shù)量級(jí)是現(xiàn)實(shí)的。于是，可以把由CFO所引起的、接收信號(hào)ri(n)的兩個(gè)單個(gè)直接相繼的時(shí)間抽樣ri(k)與ri(k+1)之間的相位旋轉(zhuǎn)視為可忽略得小；在具有N＝64個(gè)副載波的OFDM系統(tǒng)中，在CFO為副載波間隔的10％的情況下，相位旋轉(zhuǎn)是ej0.1·2π/64≈ej0.01≈1(4)下面針對(duì)示例性考慮的MU-OFDM無線電通信系統(tǒng)以此為出發(fā)點(diǎn)，即每個(gè)用戶站只擁有單個(gè)發(fā)射天線。當(dāng)然，所闡明的考慮也可以毫無問題地移用到其中用戶站應(yīng)用多于一個(gè)的發(fā)射天線的無線電通信系統(tǒng)中。
為了能夠同時(shí)估算所有用戶站的無線電信道的信道脈沖響應(yīng)，采用由用戶站例如在數(shù)據(jù)傳輸開始時(shí)作為先導(dǎo)序列同時(shí)經(jīng)過相應(yīng)的無線電信道所發(fā)射的正交信道估算序列。當(dāng)然，所述信道估算序列還可以作為中間序列或者后置序列并且也在數(shù)據(jù)傳輸期間必要時(shí)重復(fù)地被發(fā)射。
正交信道估算序列的特征在于下列特性如果將兩個(gè)正交信道估算序列逐元素地相乘并且將由該相乘所得到的乘積序列(在時(shí)間上沒有相互偏移的信道估算序列中，這對(duì)應(yīng)于標(biāo)量積的構(gòu)成)的全部單個(gè)乘積相加，則得到零作為總和。這意味著，在每個(gè)元素(單個(gè)乘積)的乘積序列之內(nèi)存在反元；在求和所述乘積序列的元素時(shí)，元素和反元相互抵消，以致得到零作為總和。
在接收機(jī)中獲得單個(gè)用戶站的無線電信道(無線電信道用于在發(fā)射天線與接收天線之間傳輸信號(hào))的信道脈沖響應(yīng)，其方式是將通過同時(shí)向每個(gè)接收天線發(fā)射用戶站的信道估算序列而由重疊所發(fā)射的信道估算序列所形成的接收信號(hào)與相應(yīng)的在接收機(jī)中存在的未失真的信道估算序列進(jìn)行相關(guān)。該相關(guān)的結(jié)果于是只包含經(jīng)過其發(fā)射所選出的信道估算序列的部分無線電信道，因?yàn)橛捎趩蝹€(gè)同時(shí)被發(fā)射的信道估算序列的正交性而在進(jìn)行相關(guān)時(shí)抑制所有其余無線電信道的全部影響。以這種方式可以單個(gè)估算每個(gè)無線電信道。
但是，由CFO所引起的時(shí)域信號(hào)的相位旋轉(zhuǎn)卻導(dǎo)致干擾信道估算序列的正交性在對(duì)接收信號(hào)和所考慮的用戶站的信道估算序列進(jìn)行相關(guān)時(shí)在接收機(jī)中所形成的各個(gè)乘積序列之內(nèi)，由于時(shí)間上的相位旋轉(zhuǎn)，反元具有不同于對(duì)應(yīng)于其的配對(duì)元(Gegensuteck)的其它相位；因而，在相加時(shí)這兩個(gè)元素不能夠完全抵消。本發(fā)明人已認(rèn)識(shí)到，為了保持這種干擾盡可能地小，應(yīng)當(dāng)如此設(shè)計(jì)該信道估算序列，以致反元與相對(duì)應(yīng)的配對(duì)元在進(jìn)行相關(guān)時(shí)所構(gòu)成的乘積序列之內(nèi)在時(shí)間上彼此靠近，以便該反元與相對(duì)應(yīng)的配對(duì)元在相位上具有盡可能小的差別。在這種情況下，即使在接收信號(hào)中存在CFO，仍能為該用戶站的無線電信道的信道脈沖響應(yīng)確定可靠的估算值。
如果在時(shí)域中執(zhí)行信道估算，則必需具有良好的互相關(guān)特性以及自相關(guān)特性的信道估算序列，以便盡可能無干擾地分辨時(shí)間上的信道脈沖響應(yīng)的單個(gè)分支。本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，在所謂的格雷序列對(duì)的基礎(chǔ)上可以構(gòu)成在所確定的時(shí)間窗之內(nèi)擁有理想的互相關(guān)特性和自相關(guān)特性的信道估算序列。下面僅簡(jiǎn)短地說明對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員知之甚詳?shù)母窭仔蛄袑?duì)的特性?？紤]其元素來自集合[-1，+1]的示例性的二元序列。當(dāng)然還可針對(duì)所述元素應(yīng)用由復(fù)數(shù)的集合構(gòu)成的值。
相關(guān)函數(shù)可以在數(shù)學(xué)上如下定義假定有長(zhǎng)度為S的兩個(gè)序列a和b。那么，
ck(a,b)=Σi=0S-k-1ai*bi+k0≤k<S,---(5)]]>c-k(a,b)=ck*(b,a)---(6)]]>為非周期的互相關(guān)函數(shù)。此處，*表示共軛的復(fù)算子。
如果a＝b，則等式(5)和(6)描述非周期的自相關(guān)函數(shù)。
此外假定長(zhǎng)度為R的序列r0。對(duì)于序列r0，能夠這樣構(gòu)造相同長(zhǎng)度的互補(bǔ)的序列r1，使得r0和r1的自相關(guān)函數(shù)的總和對(duì)于所有的k≠0為零而對(duì)于k＝0取值2R。2R對(duì)應(yīng)于這兩個(gè)序列的總和能量 也就是，對(duì)于每個(gè)k≠0，r1的自相關(guān)函數(shù)準(zhǔn)確地取r0的自相關(guān)函數(shù)的反值。滿足式(7)中所述條件的序列對(duì)(r0，r1)被稱為格雷序列對(duì)。此外，對(duì)于每個(gè)格雷序列對(duì)都能構(gòu)成滿足以下條件的交叉互補(bǔ)的序列對(duì)(q0，q1)ck(r0，q0)+ck(r1，q1)＝0 k (8)此處，r0和q0的互相關(guān)函數(shù)因此完全與r1和q1的互相關(guān)函數(shù)相反。對(duì)(q0，q1)本身又是格雷序列對(duì)，也就是說，序列q0和q1的自相關(guān)函數(shù)在其方面又滿足以下條件 該格雷序列對(duì)的兩個(gè)序列q0和q1同樣具有長(zhǎng)度R。
如上已經(jīng)提及的那樣，在等式(7)至(9)中，左側(cè)兩個(gè)求和項(xiàng)之一是相應(yīng)的其它求和項(xiàng)的反元(在自相關(guān)函數(shù)內(nèi)k＝0的情況除外)。在自相關(guān)總和(7)中，左邊的求和項(xiàng)只由序列r0的元素的乘積組成，而對(duì)于k≠0提供與左邊的求和頂相反的元素的右邊的求和項(xiàng)只由序列r1的元素的乘積組成。
為了滿足之前已經(jīng)所述的由本發(fā)明人所識(shí)別的對(duì)信道估算序列的以下要求，即乘積序列之內(nèi)的元素和反元應(yīng)當(dāng)盡可能地相互靠近，可以構(gòu)成第一信道估算序列和第二信道估算序列，其方式是以上所考慮的格雷序列對(duì)的序列r0和r1以及q0和q1在第一信道估算序列之內(nèi)以及第二信道估算序列之內(nèi)直接在時(shí)間上接近地(也就是說直接相繼地)來布置?？墒牵@在發(fā)射第一和第二信道估算序列時(shí)可能由于具有不同的傳輸持續(xù)時(shí)間的不同的傳輸路線(多路徑傳播)而導(dǎo)致序列r0和r1以及q0和q1在接收機(jī)處的重疊。由此可能不存在對(duì)于盡可能好的信道估算所必需的、第一和第二信道估算序列的非周期的自相關(guān)特性。此外，除了在偏移k＝0時(shí)以外，第一和第二信道估算序列可能不是正交的。
為了在由于信道脈沖響應(yīng)的最大長(zhǎng)度而出現(xiàn)在基于相應(yīng)的傳輸?shù)牡谝缓偷诙o線電信道上的那種偏移的范圍中達(dá)到第一和第二信道估算序列的理想的自相關(guān)，構(gòu)成第一信道估算序列S1和第二信道估算序列S2，其方式是分別在相應(yīng)的子序列r0和r1或q0和q1之后(也就是說在相應(yīng)的子序列的末尾)嵌入具有零的塊，所述塊在這兩個(gè)信道脈沖響應(yīng)方面擁有最大長(zhǎng)度L(參見圖1)。根據(jù)本發(fā)明以這種方式達(dá)到，在進(jìn)行自相關(guān)時(shí)，不論是第一還是第二信道估算序列直到各偏移k＝L時(shí)都不會(huì)重疊這兩個(gè)相應(yīng)的子序列r0和r1或q0和q1。同時(shí)，對(duì)于第一和第二信道估算序列通過應(yīng)用零來根據(jù)本發(fā)明保持格雷序列對(duì)的非周期的互相關(guān)特性。如果取代零而是例如可能應(yīng)用子序列r0和r1或q0和q1的周期連續(xù)，則這例如可能不是這種情況。當(dāng)然，所述塊“零”也可以分別被嵌入子序列r0和r1或q0和q1的開頭。
因此，第一信道估算序列S1和第二信道估算序列S2分別擁有總長(zhǎng)度2(R+L)。通過選擇盡可能短的子序列的長(zhǎng)度R，可以在整個(gè)序列之內(nèi)進(jìn)一步減少其開始的間隔。從而進(jìn)一步地提高信道估算序列相對(duì)于由于CFO的小的失真的穩(wěn)定性。如本領(lǐng)域技術(shù)人員不難看出的那樣，在圖1中所示的信道估算序列S1和S2在偏移k∈[-L...L]的范圍內(nèi)具有理想的自相關(guān)特性和互相關(guān)特性。
具有相同的上述特性的其它正交信道估算序列能借助于擴(kuò)展來產(chǎn)生通過v次重復(fù)第一信道估算序列S1或第二信道估算序列S2能產(chǎn)生長(zhǎng)度為S＝v·2(R+L)(v∈N)的其它信道估算序列si。單個(gè)由第一或第二信道估算序列所構(gòu)成的該信道估算序列的元素利用沃爾什哈達(dá)馬序列來調(diào)制。以這種方式形成多個(gè)正交的信道估算序列，這些信道估算序列全都擁有與第一和第二信道估算序列S1和S2相同的自相關(guān)特性和互相關(guān)特性(參見圖2)。借助于所述其它的信道估算序列可以從任意數(shù)量的用戶站出發(fā)對(duì)于任意數(shù)量的無線電信道(也就是說也對(duì)于每個(gè)用戶站的任意數(shù)量的發(fā)射天線)在接收機(jī)中同時(shí)估算信道脈沖響應(yīng)。
在具有M個(gè)接收天線的接收機(jī)中，基于由K個(gè)用戶站例如各用一個(gè)天線所發(fā)射的信道估算序列si(i∈[1...K])得到接收信號(hào)rj(n)(j∈[1...M])。于是，第i個(gè)用戶站的發(fā)射天線與第j個(gè)接收天線之間的傳輸路徑的單個(gè)信道脈沖響應(yīng)hij(n)可以從相對(duì)應(yīng)的接收信號(hào)與已知的信道估算序列si的相關(guān)中獲得。
為了估算信道脈沖響應(yīng)hij(n)，首先將接收信號(hào)rj(n)與相位旋轉(zhuǎn)函數(shù)exp(-jΔfi·n)，Δfi＝2π·pi/N(10)相乘，所述相位旋轉(zhuǎn)函數(shù)補(bǔ)償?shù)趇個(gè)用戶站在rj(n)中的載頻偏移。因此得到一次CFO補(bǔ)償過的信號(hào)rj(i)n=exp(-jΔfi·n)·rj(n)---(11)]]>通過緊接著將該信號(hào)與相應(yīng)的信道估算序列si進(jìn)行相關(guān)，按照下式得到信道脈沖響應(yīng)hij(n)hij(n)=12RvΣd=0S-1rj(i)(d+n)·si*(d)---(12)]]>其中，2Rv對(duì)應(yīng)于信道估算序列si的能量。
通過式(11)中的CFO補(bǔ)償確保，在進(jìn)行相關(guān)時(shí)相位正確地累加對(duì)信道脈沖響應(yīng)hij(n)做出構(gòu)造貢獻(xiàn)的全部元素。rj(n)中的其它用戶站的信號(hào)的CFO的大小由于式(11)中的相位旋轉(zhuǎn)函數(shù)(10)雖然以統(tǒng)計(jì)學(xué)方法(Mittel)增加(增加隨機(jī)量的分散)，可是這只對(duì)應(yīng)當(dāng)彼此補(bǔ)償?shù)氖?12)中的相關(guān)總和之內(nèi)的元素有小的影響。由于(由根據(jù)本發(fā)明的信道估算序列si決定的)相關(guān)總和中的元素的靠近的時(shí)間位置和與之相關(guān)聯(lián)的、引起元素與反元之間的CFO的很小的相位差，由不完全補(bǔ)償所引起的干涉也即總是小得可以忽略不計(jì)，以致該干涉在進(jìn)行信道估算時(shí)不起決定作用。
圖3示意性地示出第一用戶站UE1，所述第一用戶站UE1向基站節(jié)點(diǎn)B發(fā)射借助于序列發(fā)生器SG1所產(chǎn)生的第一信道估算序列S1。同時(shí)，第二用戶站UE2向基站節(jié)點(diǎn)B發(fā)射借助于序列發(fā)生器SG2所產(chǎn)生的第二信道估算序列S2。該基站有第一和第二接收天線A1、A2，并且利用第一接收天線A1在第一無線電信道FK1上接收第一信道估算序列S1以及在第二無線電信道FK22上接收第二信道估算序列S2。同時(shí)，該基站節(jié)點(diǎn)B利用第二接收天線A2在第三無線電信道FK11上接收第一信道估算序列S1以及在第四無線電信道FK2上接收第二信道估算序列S2。
例如，第一信道估算序列S1以r0＝[1 1 -1 1]和r1＝[1 1 1 -1]來構(gòu)成并且第二信道估算序列S2以q0＝[-1 1 1 1]和q1＝[-1 1 -1-1]來構(gòu)成。因此，子序列r0、r1、q0、q1的長(zhǎng)度是R＝4。
通常，出于能量效率的原因有利的是，盡可能大地并且大于信道脈沖響應(yīng)的長(zhǎng)度L來選擇R。但是，R只需選擇得如此大，以致在基站與用戶站之間存在的頻率偏移不防礙信道估算。這可能導(dǎo)致必須將R選擇得小于L。
如果R＞L并且R＝M*L(其中m∈N)，則有利的是如下構(gòu)成第一和第二信道估算序列的子序列r0＝m*r0′并且r1＝m*r1′，以及q0＝m*q0′并且q1＝m*q1′，其中r0′和r1′以及q0′和q1′具有長(zhǎng)度L并且r0′和r1′以及q0′和q1′是格雷序列對(duì)。子序列r0和r1以及q0和q1通過m次重復(fù)(逐塊地周期性連續(xù))格雷序列r0′和r1′以及q0′和q1′來構(gòu)成。這樣構(gòu)成的子序列r0和r1以及q0和q1同樣是格雷序列對(duì)并且根據(jù)本發(fā)明可被用于進(jìn)行信道估算。
以這種方式降低構(gòu)成第一和第二信道估算序列的花費(fèi)，因?yàn)闃?gòu)成和m次重復(fù)長(zhǎng)度為L(zhǎng)的格雷序列比直接構(gòu)成長(zhǎng)度為m*L的格雷序列要求更少的花費(fèi)。
由于重疊第一和第二信道估算序列而在第一接收天線A1上形成第一接收信號(hào)r1并且在第二接收天線A2上形成第二接收信號(hào)r2。為了確定第一無線電信道的信道脈沖響應(yīng)h11(n)，根據(jù)等式(10)將第一接收信號(hào)r1與相應(yīng)的相位旋轉(zhuǎn)函數(shù)exp(-j*ΔfUE1*n)相乘并且接著與第一相關(guān)器中的未失真的第一信道估算序列S1進(jìn)行相關(guān)。此外，為了確定第二無線電信道的信道脈沖響應(yīng)h21(n)，將第一接收信號(hào)r1與相應(yīng)的相位旋轉(zhuǎn)函數(shù)exp(-j*ΔfUE2*n)相乘并且隨后與第二相關(guān)器中的未失真的第二信道估算序列S2進(jìn)行相關(guān)。相應(yīng)地，為了確定第三無線電信道的信道脈沖響應(yīng)h12(n)，將第二接收信號(hào)r2與相應(yīng)的相位旋轉(zhuǎn)函數(shù)exp(-j*ΔfUE1*n)相乘并且隨后與第四相關(guān)器中的未失真的第一信道估算序列S1進(jìn)行相關(guān)。為了確定第四無線電信道的信道脈沖響應(yīng)h22(n)，將第二接收信號(hào)r2與相應(yīng)的相位旋轉(zhuǎn)函數(shù)exp(-j*ΔfUE2*n)相乘并且隨后與第三相關(guān)器中的未失真的第二信道估算序列S2進(jìn)行相關(guān)?；竟?jié)點(diǎn)B借助于序列發(fā)生器SG產(chǎn)生所述第一和第二未失真的信道估算序列S1、S2。
在該實(shí)施例中，接收信號(hào)r1和r2的相關(guān)通過被布置在基站之內(nèi)的單元來執(zhí)行。當(dāng)然，上述的相關(guān)也可以在具有相應(yīng)的單元的裝置中被執(zhí)行，該裝置與基站線路連接或者通過空中接口連接并且向該裝置輸送這兩個(gè)接收信號(hào)。
如果取代第一和第二信道估算序列而應(yīng)用兩個(gè)根據(jù)圖2的不同的其它信道估算序列si，則也能毫無問題地執(zhí)行上述的無線電信道的信道脈沖響應(yīng)的估算。同樣，所述方法也可被一般化到任意數(shù)量的用戶站和發(fā)射天線。
一種借助于由基站節(jié)點(diǎn)B所接收到的信道估算序列通過第一和第二用戶站UE1、UE2進(jìn)行的信道估算借助于相應(yīng)的序列發(fā)生器SG1、SG2和存在于每個(gè)用戶站中的相關(guān)器K01、K02以相應(yīng)的方式通過使用等式(10)、(11)和(12)進(jìn)行。例如，基站節(jié)點(diǎn)B為每個(gè)其發(fā)射天線各應(yīng)用唯一的信道估算序列。因此，這些信道估算序列識(shí)別基站的發(fā)射天線并且由所有用戶站用于進(jìn)行信道估算。
借助于模擬，在OFDM無線電通信系統(tǒng)中研究了基于此處所介紹的信道估算序列的信道估算的性能特性。對(duì)于該無線電通信系統(tǒng)做出以下的假設(shè)·各具有一個(gè)發(fā)射天線的2個(gè)用戶站，具有3個(gè)接收天線的基站·具有在所有無線電信道上考慮的最大長(zhǎng)度L＝3(4個(gè)分支)的瑞利衰落(Rayleigh-Fading)的無線電信道·以時(shí)間常數(shù)q＝4呈指數(shù)消退的性能分布(Leistungsprofil)·N＝64個(gè)副載波，長(zhǎng)度G＝16個(gè)抽樣的保護(hù)間隔(Guard-Intervalle)·BPSK調(diào)制構(gòu)造信道估算序列·子序列r1的長(zhǎng)度R＝4
·零塊的長(zhǎng)度L＝16·在所應(yīng)用的信道估算序列中重復(fù)第一或第二信道估算序列S1和S2v＝8由此得出所應(yīng)用的信道估算序列si的總長(zhǎng)度為S＝v·2(R+L)＝320個(gè)抽樣。通過確定零塊的大小為L(zhǎng)＝16，所述序列支持16+1＝17個(gè)分支的信道脈沖響應(yīng)的最大長(zhǎng)度。這也是其中OFDM系統(tǒng)尚能夠無誤差地運(yùn)行的最大信道長(zhǎng)度(L對(duì)應(yīng)于所述保護(hù)間隔的長(zhǎng)度)。對(duì)于所有的無線電信道(也就是說，發(fā)射天線與接收天線之間的每次傳輸均對(duì)應(yīng)于一無線電信道)，總是首先確定該系統(tǒng)能夠分辨的所有17個(gè)分支。接著進(jìn)行所述分支的分析如果在相關(guān)聯(lián)的范圍[x...L](x∈
)中單個(gè)信道分支的能量在某一閾值之下，則從分支x起縮短相應(yīng)的信道脈沖響應(yīng)。這導(dǎo)致信道脈沖響應(yīng)在頻域中的平滑。在縮短之后進(jìn)行向頻域的變換。然后，利用所有信道脈沖響應(yīng)的單個(gè)頻域-信道系數(shù)就可以執(zhí)行所傳輸?shù)腛FDM數(shù)據(jù)符號(hào)的MIMO信道校正。彼此獨(dú)立地為每個(gè)模擬過程隨機(jī)決定這兩個(gè)用戶站的CFO。其分布遵從平均值為0并且分散度為σ的高斯曲線。圖4示出所得到的性能曲線。在這方面，性能曲線應(yīng)被理解為根據(jù)以dB為單位的信噪比SNR的校正過的OFDM數(shù)據(jù)符號(hào)的誤碼率BER。分散度σ以副載波間隔的百分?jǐn)?shù)來給出。在理想的信道知識(shí)中，以分散度σ＝10％的CFO得出誤差基底(error-floor)，因?yàn)镺FDM無線電通信系統(tǒng)中的信道校正不再達(dá)到完全無干涉(OFDM信號(hào)的正交性的小的干擾)。如圖4所示，所估算的信道的曲線與理想的信道知識(shí)情況下的曲線也在高SNR的范圍中疊合。該結(jié)果強(qiáng)調(diào)了根據(jù)本發(fā)明的信道估算相對(duì)于由小的CFO所引起的接收信號(hào)失真的穩(wěn)定性。
為了進(jìn)行比較，考慮一種公知的用于針對(duì)MU-OFDM無線電通信系統(tǒng)而在頻域中估算信道脈沖響應(yīng)的方法。在那所應(yīng)用的系統(tǒng)在2004年10月11-13日在中國(guó)上海舉辦的IEEE Global Mobile Congress(IEEE全球移動(dòng)通信會(huì)議)上由V.Jungnickel等人的公開文獻(xiàn)“Real-TimeConcepts for MIMO-OFDM(MIMO-OFDM的實(shí)時(shí)概念)”中詳細(xì)地被說明。下面簡(jiǎn)短地說明對(duì)于該比較所必需的該系統(tǒng)的特性。
給用戶站的每個(gè)發(fā)射天線分配自己的沃爾什哈達(dá)馬序列。該沃爾什哈達(dá)馬序列從每個(gè)單個(gè)發(fā)射天線出發(fā)被傳輸?shù)絅個(gè)可供使用的副載波的每個(gè)上(因此，沃爾什哈達(dá)馬序列分布到多個(gè)在時(shí)間上相繼的OFDM數(shù)據(jù)符號(hào))。在接收機(jī)中，在將時(shí)域接收信號(hào)轉(zhuǎn)換到頻域中之后，將單個(gè)所接收到的副載波信號(hào)與已知的沃爾什哈達(dá)馬序列進(jìn)行相關(guān)。于是，為每個(gè)單個(gè)無線電信道的每個(gè)單個(gè)副載波得到信道脈沖響應(yīng)的頻域系數(shù)。為了接著執(zhí)行單個(gè)無線電信道的系數(shù)的平滑，借助于離散的傅立葉變換將該系數(shù)變換成長(zhǎng)度為G(保護(hù)間隔的長(zhǎng)度并且因此是該系統(tǒng)的最大可分辨的信道脈沖響應(yīng)長(zhǎng)度)的時(shí)域信號(hào)；得到時(shí)域中的信道脈沖響應(yīng)。此后，進(jìn)行信道脈沖響應(yīng)的單個(gè)分支的分析并且必要時(shí)如前文針對(duì)根據(jù)本發(fā)明的方法所說明的那樣說明緊接著的縮短。在接著把已縮短的信道脈沖響應(yīng)逆變換至頻域中之后，得到相應(yīng)的無線電信道的所有副載波的平滑了的系數(shù)。
如果在接收信號(hào)中存在各種用戶站的CFO，則為了確定信道脈沖響應(yīng)的頻域系數(shù)Hij(n)，首先必須根據(jù)等式(11)重新補(bǔ)償具有第i個(gè)用戶的CFO的接收信號(hào)rj(n)(時(shí)域)。接著，按照前面所說明的方案進(jìn)行頻域系數(shù)Hij(n)的確定。對(duì)單個(gè)副載波進(jìn)行相關(guān)。因而，在相關(guān)總和之內(nèi)的兩個(gè)彼此相繼的元素之間有持續(xù)時(shí)間為OFDM數(shù)據(jù)符號(hào)的時(shí)間間隔(總共N+G個(gè)單個(gè)時(shí)間抽樣)。這因此也是應(yīng)當(dāng)在相關(guān)總和中彼此補(bǔ)償?shù)脑氐淖钚r(shí)間間隔；根據(jù)等式(1)，相位中的差據(jù)此相應(yīng)的大。但是，根據(jù)所應(yīng)用的沃爾什哈達(dá)馬序列，相關(guān)總和中的反元與配對(duì)元之間的間隔也是該最小間隔的多倍，結(jié)果總是較差地達(dá)到這兩個(gè)元素的完全補(bǔ)償。
此處所說明的特性清楚地在圖5中示出，其中在應(yīng)用所介紹的信道估算時(shí)示出借助于模擬所確定的剛才所說明的比較系統(tǒng)的性能曲線。作為信道估算序列，由兩個(gè)用戶站各發(fā)射四個(gè)在時(shí)間上相繼的OFDM符號(hào)，該OFDM符號(hào)的副載波信號(hào)已承載沃爾什哈達(dá)馬序列[1 1 1 1](第一用戶站)和[1 -1 1 -1](第二用戶站)。由此得到(時(shí)域中的)信道估算序列的總長(zhǎng)度S＝4·(G+N)＝320個(gè)抽樣。因此，這對(duì)應(yīng)于針對(duì)圖4中的模擬所應(yīng)用的根據(jù)本發(fā)明的信道估算序列的長(zhǎng)度。
針對(duì)該比較系統(tǒng)所得到的功率曲線相對(duì)于理想的信道知識(shí)中的曲線(與通過根據(jù)圖4的根據(jù)本發(fā)明的信道估算序列所得到的功率曲線相反)明顯地下降。此外應(yīng)識(shí)別，已經(jīng)在比圖4中的較小的SNR值處出現(xiàn)了分散度為σ＝10％的CFO的情況下的誤差基底。即使在分散度為σ＝5％的CFO的情況下，所估算的信道的性能曲線還沒有達(dá)到高SNR的范圍中的理想的信道知識(shí)的參考曲線。從而表明，此處所介紹的比較系統(tǒng)中的比較方法已經(jīng)在出現(xiàn)比較小的CFO時(shí)就不再提供可靠的結(jié)果了。
由于以上所執(zhí)行的新開發(fā)的時(shí)域信道估算方法與公知的在頻域中估算信道脈沖響應(yīng)的方法的擴(kuò)展的比較，能為根據(jù)本發(fā)明的方法給出以下的優(yōu)點(diǎn)·相對(duì)于MU無線電通信系統(tǒng)中的小的載頻偏移的穩(wěn)定性，·還可以毫無問題地被用于不應(yīng)用OFDM的無線電通信系統(tǒng)中，·并且通過利用沃爾什哈達(dá)馬序列的調(diào)制得到序列長(zhǎng)度的適度增加，以便支持附加的發(fā)射天線和/或用戶站。
此外，在(根據(jù)圖4和圖5的)兩種方法的直接比較中存在根據(jù)本發(fā)明的方法的涉及所述方法的技術(shù)轉(zhuǎn)換的其它優(yōu)點(diǎn)·用于縮短信道脈沖響應(yīng)的過程對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的方法實(shí)際上更簡(jiǎn)單地來實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槿∠祟l域系數(shù)向時(shí)域的變換過程，·并且存在更小的存儲(chǔ)器花費(fèi)，因?yàn)闀r(shí)域或者頻域中的接收值的緩沖存儲(chǔ)是不必要的。
權(quán)利要求
1.用于估算無線電信道的信道脈沖響應(yīng)的方法，其中，由于通過第二無線電站(UE1)發(fā)射第一信道估算序列(S1)，第一無線電站(節(jié)點(diǎn)B)在第一無線電信道(FK1、FK11)上接收接收信號(hào)(r1)并且通過將該接收信號(hào)(r1)與第一信道估算序列(S1)進(jìn)行相關(guān)來估算該第一無線電信道(FK1、FK11)的信道脈沖響應(yīng)(h11、h12)，其中，所述第一信道估算序列(S1)具有第一子序列和第二子序列(r0、r1)，所述第一子序列和第二子序列(r0、r1)構(gòu)成第一格雷序列對(duì)，其特征在于，所述兩個(gè)子序列(r0、r1)在相同的位置上、也就是或者在開頭或者在末尾這樣各被擴(kuò)展了數(shù)量為L(zhǎng)的元素，使得對(duì)于第一信道估算序列(S1)在偏移了k時(shí)保持格雷序列對(duì)的非周期的自相關(guān)特性，其中，0＜|k|≤L。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所有L個(gè)元素分別具有值“零”。
3.根據(jù)以上權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，對(duì)于數(shù)量L適用的是，L大于或者等于信道脈沖響應(yīng)的最大長(zhǎng)度。
4.根據(jù)以上權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述第一信道估算序列(S3、S5)由后接有第二子序列r1的第一子序列r0的序列的數(shù)量為v次重復(fù)來構(gòu)成，其中，對(duì)于該v次重復(fù)的每次，兩個(gè)子序列r0、r1在相同的位置上、也就是或者在開頭或者在末尾這樣各被擴(kuò)展了數(shù)量為L(zhǎng)的元素，使得對(duì)于該第一信道估算序列(S3、S5)在偏移了k時(shí)保持格雷序列對(duì)的非周期的自相關(guān)特性，其中0＜|k|≤L。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，利用沃爾什哈達(dá)馬序列調(diào)制所述第一信道估算序列(S3、S5)的v次重復(fù)。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，為了估算第二無線電信道(FK2、FK22)的信道脈沖響應(yīng)(h21、h22)，在第一無線電站(節(jié)點(diǎn)B)與第三電站之間(UE2)之間應(yīng)用第二信道估算序列(S2)，所述第二信道估算序列(S2)與第一信道估算序列(S1)的區(qū)別在于，代替所述第一子序列(r0)，所述第二信道估算序列(S2)具有第三子序列(q0)，并且代替所述第二子序列(r1)，所述第二信道估算序列(S2)具有第四子序列(q1)，其中所述第三和第四子序列(q0、q1)構(gòu)成與所述第一格雷序列對(duì)交叉互補(bǔ)的第二格雷序列對(duì)。
7.無線電站(節(jié)點(diǎn)B)，其具有用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的無線電信道(FK1、FK11、FK2、FK22)的信道脈沖響應(yīng)(h11、h12、h21、h22)的估算的裝置。
8.信道估算序列(S1、S2、S3、S4、S5、S6)，其被設(shè)置用于在根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的估算無線電信道的信道脈沖響應(yīng)(h11、h12、h21、h22)的情況下使用。
全文摘要
在用于估算無線電信道的信道脈沖響應(yīng)的方法中，由于通過第二無線電站(UE1)發(fā)射第一信道估算序列(S1)，第一無線電站(節(jié)點(diǎn)B)在第一無線電信道(FK1、FK11)上接收接收信號(hào)(r
文檔編號(hào)H04L25/02GK1905540SQ20061010756
公開日2007年1月31日 申請(qǐng)日期2006年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月27日
發(fā)明者M·謝爾曼, E·舒爾茨, S·施坦察克, W·齊爾瓦斯 申請(qǐng)人:西門子公司, 弗勞恩霍弗實(shí)用研究促進(jìn)協(xié)會(huì)