專(zhuān)利名稱(chēng)：Ofdm系統(tǒng)中的時(shí)間和頻率信道估計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本技術(shù)領(lǐng)域涉及通信，更具體地說(shuō)，涉及在時(shí)間和頻率方面估 計(jì)信道。
背景技術(shù)：
接收器通常采用均衡器來(lái)補(bǔ)償在信道上進(jìn)行信號(hào)傳播的過(guò)程中 所遭受的信號(hào)失真。大多數(shù)均衡方法包括估計(jì)信道特性以便確定信 道如何使信號(hào)失真。 一種用于確定該失真的方法是在信道上發(fā)送接 收器已知的信號(hào)。接收器將所接收的信號(hào)和已知信號(hào)進(jìn)行比較，并 且可以計(jì)算信道的估計(jì)值。已知信號(hào)的一個(gè)示例是簡(jiǎn)單的脈沖。在 此情況下，所接收的信號(hào)稱(chēng)為信道脈沖響應(yīng)，它對(duì)應(yīng)于信道的傳遞
函數(shù)/2。 一種更復(fù)雜的已知信號(hào)是導(dǎo)頻信號(hào)，它包括例如已知的位或 符號(hào)序列。將已知的導(dǎo)頻序列和所接收的序列進(jìn)行比較，以便確定 所接收的信號(hào)和已知序列有多少差異以及它們的差異之處。均衡器 可以視作是類(lèi)別過(guò)濾器，它試圖從所接收的信號(hào)移除信道失真。
正交頻域復(fù)用(OFDM)屬于通過(guò)有線或無(wú)線通信介質(zhì)同時(shí)傳送 多個(gè)信號(hào)的技術(shù)。具體來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)分布在大量間隔精確頻率的副載 波上。該間隔提供便于解調(diào)每個(gè)頻率所需的正交性。
可以采用基于無(wú)線的OFDM接收器來(lái)在多個(gè)并行的平坦衰落信 道上傳送多個(gè)數(shù)據(jù)流。可以在頻域中利用單抽頭數(shù)字濾波器來(lái)執(zhí)行 均衡。利用已知的導(dǎo)頻序列來(lái)執(zhí)行信道估計(jì)。在發(fā)射器和接收器已
知的特定時(shí)隙和頻率副載波處傳送導(dǎo)頻信號(hào)。可以利用諸如迫零、
最小均方差(MMSE)等的導(dǎo)頻輔助信道估計(jì)技術(shù)來(lái)估計(jì)這些導(dǎo)頻時(shí) 隙和頻率副載波處的信道。還必須為在與發(fā)送導(dǎo)頻的時(shí)隙和副載波 不同的時(shí)隙和副載波處傳送的數(shù)據(jù)估計(jì)信道?？梢岳萌缇€性內(nèi)插 法和MMSE內(nèi)插法的預(yù)測(cè)方法來(lái)確定數(shù)據(jù)的信道估計(jì)。
即使相對(duì)易于實(shí)施，但線性內(nèi)插法在頻率選擇性時(shí)變環(huán)境中的 結(jié)果通常都較差。換句話說(shuō)，在基于所接收的導(dǎo)頻信號(hào)估計(jì)信道的 兩個(gè)點(diǎn)之間，信道可能發(fā)生顯著變化(這在移動(dòng)無(wú)線電環(huán)境中并不 是不常見(jiàn))。結(jié)果，這兩個(gè)導(dǎo)頻之間的內(nèi)插信道估計(jì)值可能和那些 點(diǎn)處的實(shí)際信道完全不同。另一個(gè)缺點(diǎn)是，在時(shí)間-頻率網(wǎng)格的邊界 處，所估計(jì)的信道和真實(shí)信道之間存在較大的OFDM失配。
線性MMSE內(nèi)插法是基于用于確定信道的時(shí)間和頻率變化的沖莫 型的。例如，許多情況下的時(shí)間變化遵循Jakes模型(基于求和正弦 波衰落的Rayleigh (瑞利)模型)，并且可以利用功率延遲分布來(lái)確 定頻率響應(yīng)。如果才莫型選擇正確，那么線性MMSE內(nèi)插法可以相當(dāng) 令人滿意。但是，如果才莫型不匹配，那么性能受損。這種線性MMSE 內(nèi)插法的另 一個(gè)缺點(diǎn)是存在大存儲(chǔ)器要求和計(jì)算復(fù)雜度。

發(fā)明內(nèi)容
描述一種在基于OFDM的無(wú)線電通信系統(tǒng)中使用的無(wú)線電信道 估計(jì)技術(shù)。從多個(gè)天線發(fā)射OFDM符號(hào)塊。該OFDM符號(hào)塊包括已 知的導(dǎo)頻符號(hào)和待由接收器確定的數(shù)據(jù)符號(hào)。在周期性副載波上以 預(yù)定模式定期傳送導(dǎo)頻符號(hào)。為所接收的OFDM符號(hào)塊中的每個(gè)導(dǎo) 頻符號(hào)確定導(dǎo)頻信道估計(jì)值。形成對(duì)應(yīng)于所接收的OFDM符號(hào)塊的 NxM點(diǎn)矩陣。N是副載波的數(shù)量，且M是OFDM符號(hào)塊中OFDM 符號(hào)的數(shù)量。該矩陣是通過(guò)根據(jù)預(yù)定導(dǎo)頻模式在該NxM矩陣的預(yù) 定位置插入導(dǎo)頻信道估計(jì)值且在該NxM矩陣的剩余位置插入零而 形成的。計(jì)算NxM矩陣的二維傅立葉逆變換，以便在時(shí)域中形成
信道估計(jì)值的多個(gè)副本。選擇其中一個(gè)副本，并計(jì)算所選擇的信道
估計(jì)值的二維傅立葉變換，以便獲得OFDM塊中的每個(gè)點(diǎn)處的信道 估計(jì)值。然后，基于所獲得的信道估計(jì)值均衡所接收的OFDM數(shù)據(jù) 符號(hào)。
為了便于進(jìn)行無(wú)線電信道估計(jì)，多天線發(fā)射器確定一個(gè)或多個(gè) 已知的導(dǎo)頻符號(hào)和定期的導(dǎo)頻傳送模式，在該模式，將導(dǎo)頻符號(hào)定 期安插在周期性副載波上。根據(jù)預(yù)定模式形成包括上述一個(gè)或多個(gè) 導(dǎo)頻符號(hào)和數(shù)據(jù)符號(hào)的OFDM符號(hào)塊。將OFDM符號(hào)中的某些符號(hào) 分配給上述多個(gè)天線中的相應(yīng)天線，使得每個(gè)天線具有相關(guān)的OFDM 符號(hào)流。接著，從相應(yīng)天線發(fā)射每個(gè)OFDM符號(hào)流。定期導(dǎo)頻傳送 模式優(yōu)選是對(duì)稱(chēng)模式。但是，如果不是，也可以將導(dǎo)頻傳送模式變 換為對(duì)稱(chēng)模式，在對(duì)稱(chēng)模式，導(dǎo)頻符號(hào)和數(shù)據(jù)符號(hào)對(duì)稱(chēng)地散布在 OFDM符號(hào)塊中。


圖1是示例OFDM無(wú)線電通信系統(tǒng)的圖2是示出根據(jù)一個(gè)非限制性示例實(shí)施例的發(fā)射器過(guò)程的流程
圖3是示出根據(jù)一個(gè)非限制性示例實(shí)施例的接收器過(guò)程的流程
圖4是示出預(yù)定的對(duì)稱(chēng)導(dǎo)頻;漠式的非限制性示例的圖5示出將非對(duì)稱(chēng)導(dǎo)頻模式變換為對(duì)稱(chēng)導(dǎo)頻模式的非限制性示
例；
圖6是非限制性示例OFDM發(fā)射器的功能框圖； 圖7是非限制性示例OFDM接收器的功能框圖； 圖8是雙天線發(fā)射器的非限制性示例信道脈沖響應(yīng)對(duì)時(shí)間的二 維圖9是雙天線發(fā)射器的非限制性示例信道響應(yīng)對(duì)副載波頻率和
OFDM符號(hào)數(shù)量(二維FFT域)的三維圖IO是已知的導(dǎo)頻符號(hào)的非限制性示例信道響應(yīng)的三維圖11A-11C包括利用導(dǎo)頻符號(hào)的信道脈沖響應(yīng)(no并在剩佘
數(shù)據(jù)符號(hào)位置插入零的信道的非限制性示例信道IR、對(duì)應(yīng)于天線Al
的OFDM符號(hào)的片段和OFDM符號(hào)維度中的第一個(gè)副栽波的另一個(gè)
片段的三維圖；以及
圖12是示出通過(guò)計(jì)算如圖11所示的副本之一的二維傅立葉變
換而為每個(gè)天線恢復(fù)的恢復(fù)后信道估計(jì)的圖。
具體實(shí)施例方式
在以下描述中，為了說(shuō)明而不是限制的目的，闡述了具體細(xì)節(jié)， 如特定節(jié)點(diǎn)、功能實(shí)體、技術(shù)、協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)等，以便理解所描述的 技術(shù)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白，除了下文所描述的具體細(xì)節(jié)外， 可以實(shí)施其它實(shí)施例。在其它情況下，省略了對(duì)眾所周知的方法、 裝置、技術(shù)等的詳細(xì)描述，以免讓不必要的細(xì)節(jié)混淆本描述。圖中 示出個(gè)別功能塊。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白，那些塊的功能可以利 用個(gè)別硬件電路、結(jié)合經(jīng)合適編程的微處理器或通用計(jì)算機(jī)利用軟 件程序和數(shù)據(jù)、利用專(zhuān)用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列、 一個(gè)或多個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)等來(lái)實(shí)現(xiàn)。
圖1示出可以基于正交頻域復(fù)用(OFDM)的無(wú)線電通信系統(tǒng)10 的示例。OFDM發(fā)射器12包括用于向組合器22提供一個(gè)或多個(gè)已
知的導(dǎo)頻序列的導(dǎo)頻處理器18。發(fā)射器12包括多個(gè)天線AP A2.....
Ax。數(shù)據(jù)處理器20向組合器22提供OFDM數(shù)據(jù)符號(hào)，這些符號(hào)以 預(yù)定^t莫式(下文將更詳細(xì)地進(jìn)行描述)和OFDM導(dǎo)頻符號(hào)組合在一 起。組合信號(hào)經(jīng)過(guò)變換，接著在射頻(RF)塊24中進(jìn)行處理，然后 通過(guò)其中 一個(gè)相應(yīng)的天線傳送。
天線傳輸在無(wú)線電信道16上傳播，且在OFDM接收器14的一 個(gè)或多個(gè)天線Ai、 A2.....Ay處^皮接收；天線信號(hào)在RF塊26中進(jìn)
行處理，并轉(zhuǎn)換為基帶。基帶信號(hào)同時(shí)提供給用于均衡的信道均衡
器28和用于為所接收的OFDM符號(hào)塊估計(jì)無(wú)線電信道16的信道估 計(jì)器30。信道均衡器28利用來(lái)自信道估計(jì)器30的估計(jì)信道來(lái)補(bǔ)償 由無(wú)線電信道16引起的失真。如果接收器14采用多個(gè)接收天線， 那么分開(kāi)處理每個(gè)天線分支，以便向例如最大比率組合器(MRC) 32 提供均衡符號(hào)流。最大比率組合器32組合來(lái)自每個(gè)天線的符號(hào)流， 這通常在具有較佳的信號(hào)-干擾比或某個(gè)齊它質(zhì)量度量的天線符號(hào)流 中提供較高的權(quán)重。接著，將組合符號(hào)流^提供給解調(diào)器34，解調(diào) 器34解調(diào)關(guān)于每個(gè)OFDM副載波的信息，以便提供解調(diào)后的位用于 進(jìn)一步處理。
如背景部分所述，可以利用一個(gè)或多個(gè)已知的導(dǎo)頻信號(hào)和任何 一種眾所周知的導(dǎo)頻輔助信道估計(jì)技術(shù)來(lái)為已知的導(dǎo)頻符號(hào)執(zhí)行信 道估計(jì)。但是，還必須為數(shù)據(jù)符號(hào)估計(jì)信道，數(shù)據(jù)符號(hào)和導(dǎo)頻符號(hào) 不同，它們并不為接收器預(yù)先已知。出于背景部分中所說(shuō)的原因， 利用內(nèi)插技術(shù)來(lái)為OFDM塊中的未知的數(shù)據(jù)符號(hào)執(zhí)行信道估計(jì)并不 是太好。本發(fā)明者設(shè)想了更好、更精確且更簡(jiǎn)單的技術(shù)，它利用預(yù) 定的定期導(dǎo)頻傳送模式基于OFDM塊的傳送來(lái)為數(shù)據(jù)符號(hào)估計(jì)信 道。
圖2示出用于建立和傳送該定期的^頻傳送模式的"發(fā)射"流 程圖中的示例非限制性過(guò)程。首先，在步驟Sl中確定一個(gè)或多個(gè)已 知的導(dǎo)頻符號(hào)。在步驟S2中確定定期的導(dǎo)頻傳送模式。圖4示出 OFDM符號(hào)塊的非限制性示例預(yù)定導(dǎo)頻模式。和時(shí)隙關(guān)聯(lián)的每個(gè)垂 直列對(duì)應(yīng)于具有26個(gè)副載波的單個(gè)OFDM符號(hào)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員 將明白，時(shí)隙的數(shù)量和副載波的數(shù)量可以是任何合適的數(shù)量。在 OFDM塊中安插導(dǎo)頻符號(hào)，使得它們同時(shí)相對(duì)于副載波和時(shí)隙定期 出現(xiàn)。在圖4中，每隔四個(gè)副載波且每隔三個(gè)時(shí)隙插入一個(gè)導(dǎo)頻。 沿頻率和時(shí)間方向的導(dǎo)頻的數(shù)量取決于信道的最大延遲和最大多普 勒頻率。導(dǎo)頻在時(shí)域中的周期性應(yīng)當(dāng)比多普勒頻率快至少兩倍，以便滿足Nyquist (奈奎斯特)定理。在頻域中，兩個(gè)導(dǎo)頻之間的頻率 間隔最大可以等于無(wú)線電信道的相干帶寬。
返回到圖2,根據(jù)剛剛說(shuō)明的定期導(dǎo)頻模式，在周期性副載波上 將導(dǎo)頻符號(hào)定期插入到OFDM數(shù)據(jù)符號(hào)塊中(步驟S3)。然后，對(duì) OFDM符號(hào)塊執(zhí)行時(shí)間-空間編碼，使得在不同的時(shí)間間隔從不同的 發(fā)射器天線傳送不同的符號(hào)(步驟S4)。在每個(gè)天線數(shù)據(jù)流中增加 一個(gè)循環(huán)前綴，以便減少接收器處的符號(hào)間干擾(步驟S5)。對(duì)天 線數(shù)據(jù)流進(jìn)行上變頻，并經(jīng)由它的相應(yīng)天線在無(wú)線電信道上進(jìn)行傳 送(步驟S6 )。
圖3示出概述可以通過(guò)接收器14執(zhí)行的示例非限制性步驟的"接 收"流程圖。如之前所說(shuō)明，接收器可以具有一個(gè)或幾個(gè)天線。對(duì) 于每個(gè)接收天線，將所接收的信號(hào)下變頻到基帶頻率，并從符號(hào)流 中移除循環(huán)嵌綴(步驟S10)。對(duì)每個(gè)天線符號(hào)流執(zhí)行二維傅立葉變 換(優(yōu)選是快速傅立葉變換(FFT)),并檢測(cè)已知的導(dǎo)頻符號(hào)(步 驟Sll )。為檢測(cè)到的每個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)計(jì)算第一信道估計(jì)值(步驟S12)。 然后，接收器中的處理電路形成對(duì)應(yīng)于所接收的OFDM符號(hào)塊 的N x M點(diǎn)矩陣，其中N二副載波的數(shù)量，且M=OFDM塊中OFDM 符號(hào)的數(shù)量。通過(guò)在對(duì)應(yīng)于預(yù)定導(dǎo)頻模式的矩陣位置插入之前確定 的導(dǎo)頻信道估計(jì)值來(lái)形成該矩陣(S13)。在對(duì)應(yīng)于尚且未知的數(shù)據(jù) 符號(hào)的剩余矩陣位置插入零(步驟S14 )。計(jì)算N x M矩陣的二維傅 立葉逆變換(優(yōu)選是二維快速傅立葉逆變換(IFFT)),以便在時(shí) 域中為剛剛接收的OFDM符號(hào)塊生成信道估計(jì)值的多個(gè)副本(copy) (步驟S15)。由此產(chǎn)生信道估計(jì)值的多個(gè)副本。副本的數(shù)量對(duì)應(yīng)于 在同一個(gè)時(shí)隙中的導(dǎo)頻符號(hào)之間插入的零的數(shù)量。在圖4的示例中， 在每個(gè)OFDM符號(hào)中的每個(gè)導(dǎo)頻之間有4個(gè)零。因此，將生成信道 估計(jì)值的四個(gè)副本。選擇該信道估計(jì)值的副本之一 (步驟S16)。例 如，可以利用低通濾波器來(lái)選擇副本。然后，為所選擇的信道估計(jì) 值計(jì)算二維FFT，以便為NxM矩陣中的每個(gè)位置獲得實(shí)際信道估
計(jì)值(步驟S17 )。然后，基于所獲得的信道估計(jì)值均衡所接收的OFDM 數(shù)據(jù)符號(hào)(步驟S18)。
如上文所說(shuō)明，OFDM符號(hào)塊的預(yù)定導(dǎo)頻模式應(yīng)當(dāng)是對(duì)稱(chēng)的。 對(duì)稱(chēng)導(dǎo)頻模式的非限制性示例如圖4所示。但是，如果導(dǎo)頻非對(duì)稱(chēng) 地散布在OFDM數(shù)據(jù)塊中，那么應(yīng)當(dāng)變換那個(gè)OFDM數(shù)據(jù)塊，使得 導(dǎo)頻符號(hào)對(duì)稱(chēng)且定期地安插在塊中。圖5的左手邊示出其中導(dǎo)頻非 對(duì)稱(chēng)地散布的OFDM符號(hào)塊的示例。然后，變換那個(gè)非對(duì)稱(chēng)的OFDM 符號(hào)塊，使得如圖的右邊所示，導(dǎo)頻符號(hào)對(duì)稱(chēng)且定期地分隔開(kāi)。為 了獲得信道估計(jì)值，應(yīng)當(dāng)在時(shí)域/頻域中定期安插導(dǎo)頻，以便執(zhí)行二 維FFT/IFFT運(yùn)算。
圖6示出發(fā)射器12的一個(gè)非限制性示例實(shí)施。如上文所說(shuō)明， 對(duì)于OFDM傳送， 一個(gè)OFDM符號(hào)由調(diào)制到N個(gè)副載波中的相應(yīng) 副載波上的N個(gè)樣本組成。在如圖4所示的示例中， 一個(gè)OFDM符 號(hào)對(duì)應(yīng)于圖中的一個(gè)列，其中N等于例如26。每一列可以包括26 個(gè)導(dǎo)頻和數(shù)據(jù)符號(hào)或更可能是26個(gè)符號(hào)樣本。塊50執(zhí)行OFMD符 號(hào)到副載波的分配，以便生成N個(gè)輸出。然后，將每個(gè)由N個(gè)輸出 組成的列存儲(chǔ)在塊緩沖器52中。當(dāng)將完整的OFDM塊存儲(chǔ)在緩沖器 52中時(shí)，接著將該OFDM塊提供給二維快速傅立葉逆變換器54。變 換器54生成串行符號(hào)流S,以便提供給空間-時(shí)間編碼器56。
空間-時(shí)間編碼器56確定在特定時(shí)隙期間通過(guò)特定發(fā)射天線發(fā)射 的OFDM符號(hào)。考慮這樣一個(gè)簡(jiǎn)化示例，其中一個(gè)時(shí)隙對(duì)應(yīng)于傳送 三個(gè)OFDM符號(hào)1、 2、 3。在一個(gè)時(shí)隙期間，OFDM符號(hào)1、 2和3 按照該順序經(jīng)由第一天線Al傳送。在相同時(shí)隙期間，OFDM符號(hào)按 照不同順序2、 3和1通過(guò)天線A2傳送。通過(guò)天線A2傳送的序列是 通過(guò)Al傳送的序列的循環(huán)移位版本，其中移位量等于一個(gè)OFDM 符號(hào)。與循環(huán)延遲分集類(lèi)似，對(duì)所傳送的數(shù)據(jù)應(yīng)用循環(huán)移位人為地 修改了無(wú)線電信道，同時(shí)使數(shù)據(jù)序列在接收器處透明。將每個(gè)天線 符號(hào)流Sl和S2提供給相應(yīng)的增加循環(huán)前綴塊58，該塊58將經(jīng)過(guò)修
改的符號(hào)流sr和S2，輸出給用于將基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為射頻的上變頻器
塊60并通過(guò)相關(guān)天線Al或A2傳送。
圖7示出包括一個(gè)天線Al的非限制性示例接收器14。在下變頻 器70中將所接收的信號(hào)從RF向下轉(zhuǎn)換到基帶。在塊72中移除循環(huán) 前綴。接著，形成大小為NxM的OFDM符號(hào)塊。對(duì)OFDM塊應(yīng)用 二維快速傅立葉變換74,然后提供給信道估計(jì)器78。信道估計(jì)器78 執(zhí)行如例如圖3所概述的信道估計(jì)過(guò)程。接著，通過(guò)信道均衡器76 根據(jù)實(shí)際的信道估計(jì)值均衡所接收的OFDM數(shù)據(jù)符號(hào)。然后，將均 衡后的信號(hào)提供給基帶處理器80以便進(jìn)一步進(jìn)行基帶處理。
現(xiàn)在結(jié)合圖8-11說(shuō)明雙天線發(fā)射器和單天線接收器的示例信道 估計(jì)。圖8示出兩個(gè)發(fā)射天線Al和A2中的每個(gè)天線的實(shí)際信道射c 沖響應(yīng)A。為了說(shuō)明和筒化的目的，可以將信道脈沖響應(yīng)視為是對(duì)應(yīng) 于信道估計(jì)值。天線Al的信道脈沖響應(yīng)由圓表示，而天線A2的信 道脈沖響應(yīng)由方塊表示。
圖9示出兩個(gè)天線的頻域和時(shí)域中的信道響應(yīng)。信道響應(yīng)必須 在三維中示出，以便說(shuō)明每個(gè)OFDM符號(hào)的多個(gè)副栽波和OFDM塊 中的多個(gè)OFDM符號(hào)。圖10示出在導(dǎo)頻符號(hào)位置處的信道響應(yīng)。
回想如圖4所示的示例預(yù)定導(dǎo)頻才莫式，其中每個(gè)OFDM列符號(hào) 中的某些符號(hào)樣本對(duì)應(yīng)于已知的導(dǎo)頻符號(hào)。例如，圖10示出個(gè)別導(dǎo) 頻符號(hào)一第1個(gè)OFDM符號(hào)和第9個(gè)OFDM符號(hào)的信道響應(yīng)。接著， 可以將每個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)處的信道響應(yīng)和已知的導(dǎo)頻符號(hào)進(jìn)行比較，以
便確定那個(gè)導(dǎo)頻位置處的信道的估計(jì)值。因?yàn)閿?shù)據(jù)符號(hào)位置的信道 響應(yīng)未知，所以只將已知的導(dǎo)頻位置的信道響應(yīng)值保存在OFMD塊 中。結(jié)果，通過(guò)取該經(jīng)過(guò)修改的OFDM塊的二維IFFT來(lái)在這些數(shù)據(jù) 位置中插入零。
2D-IFFT結(jié)果如圖11A-11C所示。圖IIA表明，信道脈沖響應(yīng) 是周期性的，從而產(chǎn)生數(shù)量對(duì)應(yīng)于在兩個(gè)相鄰導(dǎo)頻之間插入的零的 數(shù)量的多個(gè)信道脈沖響應(yīng)副本。只需信道的 一個(gè)副本便可獲得最終
的信道估計(jì)值。可以利用選擇數(shù)據(jù)的第 一部分而忽略它的隨后的重
復(fù)版本的低通濾波器來(lái)選擇副本。圖11B示出從如圖IIA所示的三 維信道脈沖響應(yīng)獲取的OFDM符號(hào)中的第一個(gè)OFDM符號(hào)(對(duì)應(yīng)于 天線Al)的"片段，，。每個(gè)天線的信道'脈沖響應(yīng)都是周期性的，其 周期性對(duì)應(yīng)于副載波頻率之間插入的零的數(shù)量(對(duì)于該示例是15)。 圖11C是對(duì)應(yīng)于所有OFDM符號(hào)的第一個(gè)副載波頻率維度的另一個(gè) 片段。所有天線(A2和A1)的信道脈沖響應(yīng)都是周期性的，其周期 由OFDM符號(hào)之間插入的零的數(shù)量決定(對(duì)于該示例是7)。
然后，對(duì)所選擇的副本執(zhí)行二維FFT,這在時(shí)域中為兩個(gè)天線產(chǎn) 生信道脈沖響應(yīng)，如圖12所示。圖12和圖8之間的比較表明，這 兩個(gè)圖是相同的。因此，以上技術(shù)在沒(méi)有在導(dǎo)頻符號(hào)之間執(zhí)行線性 內(nèi)插法的情況下為OFDM符號(hào)塊的所有點(diǎn)估計(jì)了信道。因?yàn)閳D8和 12同等匹配，所以該技術(shù)的精確度顯而易見(jiàn)。
以上描述可以在數(shù)學(xué)上得到支持。設(shè)B是圖6中的2D-IFFT塊 的輸入端的大小為NxM的編碼OFDM-符號(hào)塊。2D-IFFT的輸出由 S表示。接著，如之前所說(shuō)明，對(duì)信號(hào)S進(jìn)行線性運(yùn)算并在多個(gè)天線 人上傳送，即，以循環(huán)方式選擇S的列，并傳送到物理天線上。令 s-^ " k 1，其中&對(duì)應(yīng)于s的笫k個(gè)OFDM符號(hào)。設(shè) 卜h力k y"l是諸如移動(dòng)站的接收器處所接收的信號(hào)，其中yj寸應(yīng) 于所接收的第k個(gè)OFDM符號(hào)。如下文所證明，Y的2D-FFT由下 式給出
F-V^So5^VM/ oa (l) 其中j 和f分別表示信道矩陣H和數(shù)據(jù)塊S的二維快速傅立葉變換 (FFT)，且B是OFDM符號(hào)塊。3oS項(xiàng)表示S和^的逐個(gè)元素相 乘。因?yàn)橐阎膶?dǎo)頻在頻率(和時(shí)間)上均等地安插在》中，并且因 為導(dǎo)頻的數(shù)量大于信道脈沖響應(yīng)(IR)'的長(zhǎng)度和發(fā)射天線的數(shù)量， 從而滿足頻率和時(shí)間的Nyquist定理，所以可以/人導(dǎo)頻樣本完全恢復(fù) H的歹寸禾口4亍。例3口， 參見(jiàn)Oppenheim等人的Z)^c/r^漏77we S7g 7a/
Prpcessing, p. 558, Prentice Hall，第二版，1999年。
這可以在以下示例中得到證實(shí)。假設(shè)N等于4， M等于2，且使 用兩個(gè)發(fā)射天線Al和A2。 B是大小為4 x 2的OFDM符號(hào)塊，它
對(duì)應(yīng)于:<formula>formula see original document page 15</formula>然后，符號(hào)塊B的二維IFFT，即S等于
假設(shè)信道矩陣H包括以下隨機(jī)選擇的值<formula>formula see original document page 15</formula>H的笫一列和第二列分別對(duì)應(yīng)于來(lái)自第一發(fā)射天線和 第二發(fā)射天線的信道脈沖響應(yīng)。
在第一個(gè)傳送時(shí)間瞬間t,，從發(fā)射天線Al傳送OFDM符號(hào)sP 并從發(fā)射天線A2傳送OFDM符號(hào)s2。在下一個(gè)傳送時(shí)間瞬間ts，從 發(fā)射天線Al傳送OFDM符號(hào)s2,并從天線A2傳送OFDM符號(hào)st。 在接收器處，可以將所接收的對(duì)應(yīng)于第一和第二 OFDM符號(hào)的信號(hào) 寫(xiě)成y1=H1S2+H2S2和y2=H1S2+H2S1其中<formula>formula see original document page 15</formula>和<formula>formula see original document page 15</formula>分別是對(duì)應(yīng)于信
道脈沖響應(yīng)^和h2的信道矩陣(同樣地，對(duì)于該示例，隨機(jī)選擇& 和4的值)。通過(guò)用相應(yīng)值取代信道矩陣和發(fā)射OFDM符號(hào)，接收器接收的信號(hào)由<formula>formula see original document page 15</formula>給出.Y=(y1 y2)的2D-FFT產(chǎn)生<formula>formula see original document page 15</formula> 。從上式(1 )，并假定H的2D-FFT是<formula>formula see original document page 16</formula>那么乘牙只廁SoS是
它等同于上述f。以
上示例可以容易地顯示適用于N和M的任意值。
上述信道估計(jì)技術(shù)具有許多優(yōu)點(diǎn)。常規(guī)的MTMO OFDM技術(shù)需 要傳送巨大的"開(kāi)銷(xiāo)"信息，由此減小了總處理能力。在上述方法 中，不需要將唯一的導(dǎo)頻和每個(gè)發(fā)射天線關(guān)聯(lián)。接收器也不需要知 道發(fā)射天線的數(shù)量。因此，不需要在無(wú)線信道上發(fā)送任何一則開(kāi)銷(xiāo) 信息。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，在時(shí)間-頻率網(wǎng)格的邊界處精確地估計(jì)信道。 此外，與諸如線性MMSE的信道估計(jì)技術(shù)相比，本信道估計(jì)方法只 需相對(duì)較小的存儲(chǔ)量，并且在計(jì)算上基本上不太復(fù)雜。
盡管示出且詳細(xì)描述了各種實(shí)施例，但權(quán)利要求不限于任何特 定的實(shí)施例或示例。閱讀上述描述時(shí)不應(yīng)將它理解為意味著，任何 特定的要素、步驟、范圍或功能是必需的，因而必須包含在權(quán)利要 求范圍內(nèi)。專(zhuān)利的主題的范圍只由權(quán)利要求限定。法律保護(hù)的程度 由所允許的權(quán)利要求及其均等物中敘述的詞語(yǔ)限定。除非使用詞語(yǔ) "用于...的部件"，否則不希望任何一個(gè)權(quán)利要求援引35USC§ 112 的條款。
權(quán)利要求
1.一種用于在基于OFDM的無(wú)線電通信系統(tǒng)(10)中估計(jì)無(wú)線電信道的方法，包括在接收器處接收在多個(gè)副載波頻率上從多個(gè)天線傳送的OFDM符號(hào)塊，其中所述OFDM符號(hào)塊包括已知的導(dǎo)頻符號(hào)和待由所述接收器確定的數(shù)據(jù)符號(hào)，其特征在于在周期性副載波上以預(yù)定模式定期傳送所述導(dǎo)頻符號(hào)，所述方法的特征在于處理所接收的OFDM符號(hào)塊，以便為每個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)確定導(dǎo)頻信道估計(jì)值；形成對(duì)應(yīng)于所接收的OFDM符號(hào)塊的N×M點(diǎn)矩陣，其中N是副載波的數(shù)量，且M是所述OFDM符號(hào)塊中OFDM符號(hào)的數(shù)量，所述形成步驟包括根據(jù)所述預(yù)定導(dǎo)頻模式在所述N×M矩陣中的預(yù)定位置插入所述導(dǎo)頻信道估計(jì)值以及在所述N×M矩陣中的剩余位置插入零；計(jì)算所述N×M矩陣的二維傅立葉逆變換，從而在時(shí)域中產(chǎn)生信道估計(jì)值的多個(gè)副本；選擇所述信道估計(jì)值的所述副本之一；以及計(jì)算所選擇的信道估計(jì)值的二維傅立葉變換，以便為所述N×M矩陣中的每個(gè)位置獲得信道估計(jì)值。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括 基于所獲得的信道估計(jì)值均衡所接收的OFDM數(shù)據(jù)符號(hào)。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)頻符號(hào)的信 道估計(jì)值是利用迫零均衡算法確定的。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)頻符號(hào)的信 道估計(jì)值是利用線性最小均方差(MMSE)技術(shù)確定的。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述預(yù)定才莫式是對(duì) 稱(chēng)模式。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述信道估計(jì)值的 所述一個(gè)選定副本是利用二維低通濾波器選擇的。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收器通過(guò)一 個(gè)或多個(gè)天線接收所述OFDM符號(hào)塊。
8. —種在基于OFDM的無(wú)線電通信系統(tǒng)中的具有多個(gè)天線 (Al， A2)的發(fā)射器(12)中使用的方法，包括確定一個(gè)或多個(gè)已知的導(dǎo)頻符號(hào)，所述方法的特征在于 確定定期的導(dǎo)頻傳送才莫式；根據(jù)預(yù)定模式形成包括所述一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)和數(shù)據(jù)符號(hào)的 OFDM符號(hào)塊；將所述OFDM符號(hào)中的某些符號(hào)分配給所述多個(gè)天線中的對(duì)應(yīng) 天線，使得每個(gè)天線具有相關(guān)OFDM.符號(hào)流；以及 從相應(yīng)天線傳送每個(gè)OFDM符號(hào)流。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，還包括在傳送之前，在每個(gè)OFDM符號(hào)流中增加一個(gè)循環(huán)前綴。
10. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述預(yù)定一莫式是對(duì) 稱(chēng)模式。 、
11. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述預(yù)定才莫式不對(duì) 稱(chēng)，所述方法還包括將所述預(yù)定模式變換為對(duì)稱(chēng)模式，在所述對(duì)稱(chēng)模式，所述導(dǎo)頻 符號(hào)和所述數(shù)據(jù)符號(hào)對(duì)稱(chēng)地散布在所述OFDM符號(hào)塊中。
12. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述預(yù)定才莫式是使得在周期性副載波上定期傳送所述導(dǎo)頻符號(hào)的^t式。
13. —種用于在基于OFDM的無(wú)線電通信系統(tǒng)中估計(jì)無(wú)線電信 道的設(shè)備(14)，包括用于接收在多個(gè)(N個(gè))副載波頻率上從多 個(gè)天線(Al， A2)傳送的OFDM符號(hào)塊的接收器(14),其中所述 OFDM符號(hào)塊包括已知的導(dǎo)頻符號(hào)和待由所述接收器確定的數(shù)據(jù)符 號(hào)，其特征在于在周期性副載波上以預(yù)定模式定期傳送所述導(dǎo)頻符號(hào)； 所述設(shè)備的特征在于 信道估計(jì)器(76),用于處理所接收的OFDM符號(hào)塊，以便 為每個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)確定導(dǎo)頻信道估計(jì)值；處理器(76)，用于形成對(duì)應(yīng)于所接收的OFDM符號(hào)塊的N x M點(diǎn)矩陣，其中N是副載波的數(shù)量，且M是所述OFDM符號(hào)塊 中OFDM符號(hào)的數(shù)量，所述NxM點(diǎn)矩陣是通過(guò)根據(jù)所述預(yù)定導(dǎo)頻 模式在所述NxM矩陣中的預(yù)定位置插入所述導(dǎo)頻信道估計(jì)值并在 所述NxM矩陣中的剩余位置插入零而形成的；第一變換電路(Sll)，用于計(jì)算所述NxM矩陣的二維傅立葉 逆變換，從而在時(shí)域中產(chǎn)生信道估計(jì)值的多個(gè)副本；選擇器(S16)，用于選擇所述信道估計(jì)值的所述副本之一；以及第二變換電路(S17),用于計(jì)算所選擇的信道估計(jì)值的二維傅 立葉變換，以便為所述N x M矩陣中的每個(gè)位置獲得信道估計(jì)值。
14. 如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，還包括均衡器(78 )，用于基于所獲得的信道估計(jì)值均衡所接收的OFDM 數(shù)據(jù)符號(hào)。
15. 如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，所述信道估計(jì)器 (76 )配置成用于利用迫零均衡算法來(lái)確定所述導(dǎo)頻符號(hào)的信道估計(jì)值。
16. 如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，所述信道估計(jì)器 (76)配置成用于利用線性最小均方差(MMSE)技術(shù)來(lái)確定所述導(dǎo)頻符號(hào)的信道估計(jì)值。
17. 如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，所述預(yù)定模式是 對(duì)稱(chēng)模式。
18. 如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，所述選擇器(S16) 是二維低通濾波器。
19. 如權(quán)利要求13所述的設(shè)H^，其特征在于，所述接收器(14) 包括一個(gè)或多個(gè)天線。
20. —種在基于OFDM的無(wú)線電通信系統(tǒng)中的發(fā)射器(12)中 使用的設(shè)備，包括多個(gè)天線(Al， A2)、配置成用于確定一個(gè)或多 個(gè)已知的導(dǎo)頻符號(hào)(Sl)的電子電路和耦合到所述電子電路的發(fā)射 器(60)，其特征在于所述電子電路配置成用于確定定期的導(dǎo)頻傳送^)^莫式(S2);根據(jù)預(yù)定模式形成包括所述一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)和數(shù)據(jù)符號(hào) 的OFDM符號(hào)塊(S3 );將所述OFDM符號(hào)中的某些符號(hào)分配給所述多個(gè)天線中的對(duì) 應(yīng)天線，使得每個(gè)天線具有相關(guān)OFDM符號(hào)流(S4);并且所述發(fā)射器(60)配置成用于從相應(yīng)天線傳送每個(gè)OFDM符號(hào)流。
21. 如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其特征在于，所述電子電路配 置成用于在傳送之前在每個(gè)OFDM符號(hào)流中增加一個(gè)循環(huán)前綴(S5)。
22. 如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其特征在于，所述預(yù)定才莫式是 對(duì)稱(chēng)模式。
23. 如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其特征在于，當(dāng)所述預(yù)定才莫式 不對(duì)稱(chēng)時(shí)，所述電子電路配置成用于將所述預(yù)定模式變換為對(duì)稱(chēng)模 式，在所述對(duì)稱(chēng)模式，所述導(dǎo)頻符號(hào)和所述數(shù)椐符號(hào)對(duì)稱(chēng)地散布在 所述OFDM符號(hào)塊中。
24. 如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其特征在于，所述預(yù)定對(duì)莫式是 使得在周期性副栽波上定期傳送所述導(dǎo)頻符號(hào)的才莫式。
全文摘要
描述一種在基于OFDM的無(wú)線電通信系統(tǒng)中使用的無(wú)線電信道估計(jì)技術(shù)。在多個(gè)副載波頻率從多個(gè)天線傳送OFDM符號(hào)塊。該OFDM符號(hào)塊包括已知的導(dǎo)頻符號(hào)和待由接收器確定的數(shù)據(jù)符號(hào)。在周期性副載波上以預(yù)定模式定期傳送導(dǎo)頻符號(hào)。為所接收的OFDM符號(hào)塊中的每個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)確定導(dǎo)頻信道估計(jì)值。形成對(duì)應(yīng)于所接收的OFDM符號(hào)塊的N×M點(diǎn)矩陣。N是副載波的數(shù)量，且M是OFDM符號(hào)塊中OFDM符號(hào)的數(shù)量。該矩陣是通過(guò)根據(jù)預(yù)定的導(dǎo)頻模式在N×M矩陣的預(yù)定位置插入導(dǎo)頻信道估計(jì)值且在N×M矩陣的剩余位置插入零而形成的。計(jì)算N×M矩陣的二維傅立葉逆變換，以便在時(shí)域中形成信道估計(jì)值的多個(gè)副本。選擇其中一個(gè)副本，并計(jì)算所選擇的信道估計(jì)值的二維傅立葉變換，以便獲得OFDM塊中的每個(gè)點(diǎn)處的信道估計(jì)值。
文檔編號(hào)H04L25/02GK101194481SQ200680020322
公開(kāi)日2008年6月4日 申請(qǐng)日期2006年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月9日
發(fā)明者A·奧塞蘭, A·洛戈塞蒂斯 申請(qǐng)人:艾利森電話股份有限公司