專利名稱：時(shí)域加窗和載波間干擾消除的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用正交頻分復(fù)用(OFDM)的數(shù)字通信，更具體來(lái)說(shuō)，涉及OFDM副載波之間的載波間干擾的消除。

背景技術(shù)：
在OFDM系統(tǒng)中，信號(hào)包括通過(guò)各自數(shù)據(jù)獨(dú)立調(diào)制的多個(gè)副載波。調(diào)制可按照多種眾所周知的技術(shù)，例如正交幅度調(diào)制(QAM)或n相移鍵控(n-PSK)。OFDM系統(tǒng)中的基帶信號(hào)則為這些調(diào)制副載波之和?；鶐盘?hào)則用來(lái)調(diào)制主射頻(RF)信號(hào)。對(duì)這樣一種信號(hào)進(jìn)行解調(diào)(由此重新得到基礎(chǔ)基帶信號(hào))的一個(gè)重要方面包括通過(guò)快速傅立葉變換(FFT)對(duì)它進(jìn)行處理。通過(guò)OFDM進(jìn)行通信的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，它允許在接收器側(cè)采用適當(dāng)?shù)膹?fù)雜度，通過(guò)高時(shí)間彌散信道(即，由于發(fā)送信號(hào)的多徑傳播)而進(jìn)行通信。
處理基于OFDM的系統(tǒng)的大時(shí)延擴(kuò)展的方式是利用在本文獻(xiàn)中往往稱作“循環(huán)前綴”(“CP”)的保護(hù)間隔(GI)。CP只是當(dāng)前符號(hào)之前發(fā)送的OFDM符號(hào)的最后部分的副本。這種情況在圖1中示意說(shuō)明，其中示出多個(gè)符號(hào)。一個(gè)示范符號(hào)“符號(hào)101”包括作為前導(dǎo)循環(huán)前綴105發(fā)送的最后部分103(圖中的時(shí)間從左至右移動(dòng))。其它循環(huán)前綴類似地從其直接后繼符號(hào)的結(jié)束部分形成。
眾所周知的是，對(duì)于基于OFDM的系統(tǒng)，只要CP的長(zhǎng)度(即時(shí)長(zhǎng))至少與信道的脈沖響應(yīng)的(最大)時(shí)長(zhǎng)一樣長(zhǎng)，則可避免稱作碼間串?dāng)_(ISI)的時(shí)間彌散信道的影響。由于OFDM系統(tǒng)處理大時(shí)延擴(kuò)展的能力，它非常適合于可以用于廣播的所謂的單頻率網(wǎng)絡(luò)(SFN)。(在單頻率網(wǎng)絡(luò)中，地理上分隔的發(fā)射器工作在相同頻率上，并且彼此在時(shí)間上同步。)OFDM還成為其它類型的無(wú)線通信系統(tǒng)的選擇。它用于無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)、寬帶接入(Wi-Max)、數(shù)字視頻廣播(DVB)、數(shù)字音頻廣播(DAB)，并且已經(jīng)被建議用于第四代(4G)移動(dòng)通信設(shè)備。
OFDM系統(tǒng)面臨的一個(gè)主要技術(shù)問(wèn)題是它們?cè)谛诺揽焖俑淖儠r(shí)對(duì)頻率偏移、相位噪聲和多普勒效應(yīng)的敏感性。這些問(wèn)題引起OFDM副載波之間的載波間干擾(ICI)，從而導(dǎo)致高誤碼率。
更具體來(lái)說(shuō)，ICI是由于不同副載波上所接收的信號(hào)之間缺乏正交性所導(dǎo)致。由于正交性是頻率上的，因此，諸如頻率誤差、相位噪聲和多普勒擴(kuò)展(Doppler spread)等方面都會(huì)導(dǎo)致正交性的損失。在理論上并且通常在實(shí)際中通過(guò)適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)可以使頻率誤差和相位噪聲的影響足夠的小。但是，由多普勒擴(kuò)展所引起的ICI即使在理想接收器中也會(huì)存在，因?yàn)樗尚诺雷兓稹?br> 對(duì)于典型OFDM系統(tǒng)，在采用Jakes譜時(shí)由多普勒擴(kuò)展所引起的ICI的功率PICI表示為 式中，fD＝fcv/c是最大多普勒頻率，以及Δf是副載波之間的載波間距。在這里，fc是載頻，v是接收器與發(fā)射器之間的相對(duì)速度，以及c＝3×108m/s是光速。在設(shè)計(jì)OFDM系統(tǒng)時(shí)，對(duì)ICI的這種了解可用來(lái)確保通過(guò)使Δf相對(duì)預(yù)計(jì)多普勒偏移(Doppler shift)足夠大，多普勒效應(yīng)所引起的ICI將不會(huì)成為一個(gè)問(wèn)題。
至今，大多數(shù)OFDM應(yīng)用一直用于固定或低移動(dòng)性應(yīng)用(低多普勒)。但是，最近已經(jīng)開(kāi)始針對(duì)高移動(dòng)性服務(wù)(例如DAB、DVB-H和4G)。這類系統(tǒng)在遇到的多普勒效應(yīng)很高時(shí)需要改進(jìn)的性能。
例如，多普勒偏移是DVB-H系統(tǒng)的一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)镈VB-H設(shè)計(jì)成與早期的DVB-T系統(tǒng)后向兼容，而不是從頭開(kāi)始設(shè)計(jì)的。DVB-T系統(tǒng)最初設(shè)計(jì)用于具有低移動(dòng)性的接收器；在大部分情況中，接收天線設(shè)置在建筑物的屋頂上，因此是完全靜止的。由于DVB-H針對(duì)高移動(dòng)裝置，可以說(shuō)沒(méi)有正確設(shè)計(jì)該系統(tǒng)。在某種程度上，DVB-H中引入的4k模式(其中，與DVB-T系統(tǒng)中通常使用的8k FFT相比，這里的FFT的大小為4k)是改進(jìn)系統(tǒng)的多普勒容限的一種嘗試。
對(duì)于美國(guó)的DVB-H系統(tǒng)，多普勒偏移甚至更是一個(gè)問(wèn)題。其原因有兩個(gè)方面首先，載頻為1.67GHz，考慮到最高頻率，這大致為其它地區(qū)的DVD-H的兩倍。其次，美國(guó)系統(tǒng)的帶寬僅為5MHz。前者表示對(duì)于相同車輛速度而言，fD高達(dá)至少兩倍，而后者表示，與8MHz系統(tǒng)相比載波間距Δf減小到原來(lái)的5/8。
通過(guò)采用更少子信道來(lái)改進(jìn)多普勒效應(yīng)中或者具有頻率偏移的OFDM性能。減少子信道的數(shù)量(N)允許符號(hào)時(shí)長(zhǎng)的相應(yīng)減小。但是，這導(dǎo)致傳輸效率的下降，因?yàn)檠h(huán)前綴的長(zhǎng)度由于信道時(shí)延擴(kuò)展的考慮而無(wú)法相應(yīng)法減小。循環(huán)前綴長(zhǎng)度設(shè)計(jì)成包含信道上預(yù)計(jì)的最長(zhǎng)時(shí)延擴(kuò)展。因此，在常規(guī)操作中，這一般是浪費(fèi)的，因?yàn)樽铋L(zhǎng)時(shí)延擴(kuò)展很少出現(xiàn)。
一種用于改進(jìn)OFDM多普勒性能的方法采用更健壯的調(diào)制(例如，如同DAB中那樣)。另一種方法是添加附加的編碼層(例如，如同DVB-H中那樣)。又一種方法是對(duì)于因ICI引起的最小降級(jí)引入特殊代碼，例如重復(fù)編碼(在相鄰子信道上發(fā)送相同數(shù)據(jù))。所有這些方案都因減少字符或增加編碼開(kāi)銷而使吞吐量減小。
其它方法包括在接收器中執(zhí)行ICI消除。形成描述耦合到相鄰信道的ICI的系數(shù)矩陣。接收信號(hào)則與這個(gè)矩陣的逆矩陣相乘，以便消除ICI影響。該方案是復(fù)雜的，因?yàn)樵S多副載波都形成ICI，特別是在信噪比要求很高時(shí)，因?yàn)樗糜诓捎酶呒?jí)調(diào)制、如64QAM的高數(shù)據(jù)速率系統(tǒng)。
因此，需要一種用于改進(jìn)在遇到的多普勒效應(yīng)很高的環(huán)境中使用的基于OFDM的系統(tǒng)的性能的技術(shù)。


發(fā)明內(nèi)容
應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)的是，在本說(shuō)明中，術(shù)語(yǔ)“包括”用來(lái)說(shuō)明存在所述特征、整數(shù)、步驟或組件；但這些術(shù)語(yǔ)的使用并不排除存在或附加一個(gè)或多個(gè)其它特征、整數(shù)、步驟、組件或上述各項(xiàng)的分組。
符合本發(fā)明的方法和裝置減小在時(shí)間t所接收的正交頻分復(fù)用(OFDM)信號(hào)的第k個(gè)副載波的載波間干擾(ICI)，其中，所接收OFDM信號(hào)包括多個(gè)副載波。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，這包括產(chǎn)生副載波k-L上所接收的信號(hào)的自干擾項(xiàng)ICIk-L，k-L，其中，L∈[...，-3，-2，-1，1，2，3，...](例如，在一些實(shí)施例中L＝±1)，并且所述自干擾項(xiàng)是根據(jù)副載波k-L在時(shí)間t通過(guò)的信道的變化速率進(jìn)行加權(quán)的、在時(shí)間t在所述副載波k-L上所接收的所述數(shù)據(jù)的估計(jì)。獲得ICI消除系數(shù)GL，其中，ICI消除系數(shù)GL作為窗口函數(shù)的函數(shù)來(lái)確定。通過(guò)基于ICI消除系數(shù)GL將自干擾項(xiàng)ICIk-L，k-L調(diào)節(jié)某個(gè)量，來(lái)產(chǎn)生估計(jì)ICI項(xiàng)。從表示在時(shí)間t在第k個(gè)副載波上所接收的信號(hào)的項(xiàng)中減去估計(jì)ICI項(xiàng)。
在一些實(shí)施例中，獲得ICI消除系數(shù)GL的步驟包括從存儲(chǔ)裝置中所存儲(chǔ)的表中檢索ICI消除系數(shù)GL。
在另一個(gè)方面，通過(guò)將窗口函數(shù)應(yīng)用于所接收OFDM信號(hào)以產(chǎn)生所選加權(quán)樣本(weighted sample)集合，來(lái)獲得表示在時(shí)間t在第k個(gè)副載波上所接收的信號(hào)的項(xiàng)，其中在OFDM信號(hào)上發(fā)送的符號(hào)由N個(gè)樣本表示；窗口函數(shù)具有大于N的大??；所選加權(quán)樣本集合包括樣本的中心部分，以及樣本的初始部分和樣本的最后部分的至少一個(gè)；并且樣本的中心部分由N個(gè)樣本組成。在優(yōu)選實(shí)施例中，窗口函數(shù)為奈奎斯特窗口。然后對(duì)所選加權(quán)樣本集合執(zhí)行繞回函數(shù)(wrap function)，以便通過(guò)在所選加權(quán)樣本集合包括樣本的初始部分時(shí)，將樣本的初始部分與從樣本的中心部分選取的相似數(shù)量的樣本組合，以及在所選加權(quán)樣本集合包括樣本的最后部分時(shí)，將樣本的最后部分與從樣本的中心部分選取的相似數(shù)量的樣本組合，從而產(chǎn)生N個(gè)組合加權(quán)樣本的集合。然后對(duì)N個(gè)組合加權(quán)樣本執(zhí)行快速傅立葉變換。
窗口函數(shù)可能符合大量備選方案的任一個(gè)。例如，在一些備選實(shí)施例中，窗口函數(shù)為3階窗口，它以一個(gè)階躍函數(shù)開(kāi)始，所述階躍函數(shù)從最小值增加到第一中間值，該窗口函數(shù)在第一時(shí)間段保持為第一中間值，然后從第一中間值增加到第二中間值，在第二時(shí)間段保持為第二中間值，然后從第二中間值增加到第三中間值，在第三時(shí)間段保持為第三中間值，然后采用另一個(gè)階躍函數(shù)，從第三中間值增加到最大值，在第四時(shí)間段保持為最大值，然后采用一個(gè)階躍函數(shù)，從最大值減小到第三中間值，在第五時(shí)間段保持為第三中間值，然后采用一個(gè)階躍函數(shù)，從第三中間值減小到第二中間值，在第六時(shí)間段保持為第二中間值，然后采用一個(gè)階躍函數(shù)，從第二中間值減小到第一中間值，在第七時(shí)間段保持為第一中間值，然后采用一個(gè)階躍函數(shù)，從第一中間值減小到最小值。
在與這些實(shí)施例相關(guān)的另一個(gè)方面，ICI消除系數(shù)按照下式來(lái)確定 式中，WREL是相對(duì)于N的窗口函數(shù)的滾降區(qū)域的大小。
在其它備選實(shí)施例中，窗口函數(shù)為1階窗口，它以一個(gè)階躍函數(shù)開(kāi)始，該階躍函數(shù)從最小值增加到中間值，該窗口函數(shù)在第一時(shí)間段保持為中間值，然后采用另一個(gè)階躍函數(shù)，從中間值增加到最大值，在第二時(shí)間段保持為最大值，然后采用一個(gè)階躍函數(shù)，從最大值減小到中間值，在第三時(shí)間段保持為中間值，然后采用一個(gè)階躍函數(shù)，從中間值又減小到最小值。
在另一個(gè)方面，在OFDM信號(hào)上發(fā)送的符號(hào)由循環(huán)前綴前導(dǎo)；以及降低ICI的步驟包括估計(jì)副載波k通過(guò)的信道的時(shí)間彌散量；并且調(diào)節(jié)窗口函數(shù)的大小，使得它大于N但不是大到足以擴(kuò)展到受信道的時(shí)間彌散影響的循環(huán)前綴的一部分中。
在又一個(gè)方面，符合本發(fā)明的實(shí)施例包括根據(jù)窗口函數(shù)的長(zhǎng)度來(lái)選擇窗口函數(shù)的形狀。
在又一個(gè)方面，符合本發(fā)明的實(shí)施例包括根據(jù)在時(shí)間t所接收的OFDM信號(hào)中消除的單元(bin)數(shù)量來(lái)選擇窗口函數(shù)的形狀。
在又一個(gè)方面，符合本發(fā)明的實(shí)施例包括按照下式來(lái)估計(jì)自干擾項(xiàng)ICIk-L，k-L 式中，

是在時(shí)間t在副載波k-L上發(fā)送的數(shù)據(jù)的估計(jì)，以及

是在時(shí)間t上副載波k-L的信道的導(dǎo)數(shù)的估計(jì)。在這些實(shí)施例的一部分中，

通過(guò)采用判定引導(dǎo)技術(shù)(decision directed technique)來(lái)確定。
在又一些實(shí)施例中，自干擾項(xiàng)ICIk-L，k-L按照下式來(lái)確定 式中 TN是與表示OFDM信號(hào)中的符號(hào)的N個(gè)樣本對(duì)應(yīng)的持續(xù)時(shí)間； Tcp是符號(hào)之前的循環(huán)前綴的持續(xù)時(shí)間；

是副載波k-L的當(dāng)前信道估計(jì)；是副載波k-L的下一個(gè)信道估計(jì)；是副載波k-L的前一個(gè)信道估計(jì)； Dk-L(t)是在時(shí)間t在副載波k-L上實(shí)際發(fā)送的信號(hào)；以及 Hk-L(t)是在時(shí)間t在副載波k-L上的實(shí)際信道。
在又一個(gè)方面，降低ICI的步驟包括將估計(jì)ICI項(xiàng)與預(yù)定信噪比(SNR)進(jìn)行比較，然后僅當(dāng)估計(jì)ICI項(xiàng)與預(yù)定SNR的比較結(jié)果滿足預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)才從表示在時(shí)間t在第k個(gè)副載波上所接收的信號(hào)的項(xiàng)中減去估計(jì)ICI項(xiàng)。



通過(guò)閱讀以下結(jié)合附圖的詳細(xì)說(shuō)明，將會(huì)了解本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)，附圖包括 圖1是在正交頻分復(fù)用(ODFM)系統(tǒng)中通過(guò)循環(huán)前綴所分隔的符號(hào)的示意說(shuō)明。
圖2是傳統(tǒng)OFDM接收器的框圖。
圖3是說(shuō)明傳統(tǒng)矩形窗口函數(shù)的操作的簡(jiǎn)圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)方面的OFDM接收器的一個(gè)示范實(shí)施例的框圖。
圖5是示范過(guò)程流程圖，說(shuō)明窗口和繞回邏輯的操作。
圖6A是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面、由ICI減法邏輯執(zhí)行的操作的流程圖。
圖6B是執(zhí)行圖6A所示的過(guò)程時(shí)所執(zhí)行的示范操作的流程圖。
圖7說(shuō)明接收器可如何接收信號(hào)的不同射線(ray of a signal)，其各具有自己的取決于相對(duì)于接收器的到達(dá)角θi的多普勒偏移。
圖8說(shuō)明在一些實(shí)施例中如何優(yōu)選地從符號(hào)中心到符號(hào)中心來(lái)測(cè)量連續(xù)確定的信道估計(jì)的差異。
圖9說(shuō)明可考慮用于本文所述類型的OFDM接收器的多個(gè)窗口函數(shù)。
圖10是曲線圖，說(shuō)明不同窗口函數(shù)的消除和加窗(windowing)的有效性的模擬結(jié)果。
圖11是一組曲線，說(shuō)明改變窗口函數(shù)的大小的效果。
圖12說(shuō)明，為了確定ICI消除系數(shù)，3階窗口函數(shù)可如何看作是各經(jīng)過(guò)時(shí)間偏移的4個(gè)矩形脈沖之和。
圖13是說(shuō)明對(duì)于3階窗口函數(shù)所計(jì)算的消除系數(shù)的表。
圖14是一組曲線，說(shuō)明了對(duì)于給定數(shù)量的IC消除而言，什么樣的窗口函數(shù)大小(假定3階窗口函數(shù))和消除單元的數(shù)量的組合能實(shí)現(xiàn)那個(gè)等級(jí)的消除。
圖15是一組曲線，說(shuō)明對(duì)于理想信道估計(jì)(perfect channelestimation)且C/N＝100dB的情況，模擬有效SNR與理論有效SNR之間的比較。
圖16是一組曲線，說(shuō)明對(duì)于理想信道估計(jì)且C/N＝20dB的情況，模擬有效SNR與理論有效SNR之間的比較。
圖17是一組曲線，說(shuō)明2個(gè)和4個(gè)單元的ICI消除的模擬性能的比較，其中在SNR＝100dB時(shí)所發(fā)送信號(hào)估計(jì)為
圖18是一組曲線，說(shuō)明2個(gè)和4個(gè)單元的ICI消除的模擬性能的比較，其中在SNR＝20dB時(shí)所發(fā)送信號(hào)估計(jì)為
圖19是一組曲線，說(shuō)明2個(gè)和4個(gè)單元的ICI消除的模擬性能的比較，其中使用在SNR＝100dB時(shí)的所發(fā)送信號(hào)的判定引導(dǎo)估計(jì)。
圖20是一組曲線，說(shuō)明2個(gè)和4個(gè)單元的ICI消除的模擬性能的比較，其中使用在SNR＝20dB時(shí)的所發(fā)送信號(hào)的判定引導(dǎo)估計(jì)。
圖21是一組曲線，說(shuō)明2個(gè)和4個(gè)單元的ICI消除的模擬誤符號(hào)率(SER)的比較，其中在SNR＝100dB時(shí)所發(fā)送信號(hào)估計(jì)為
圖22是一組曲線，說(shuō)明2個(gè)和4個(gè)單元的ICI消除的模擬SER的比較，其中在SNR＝20dB時(shí)所發(fā)送信號(hào)估計(jì)為
圖23是一組曲線，說(shuō)明2個(gè)和4個(gè)單元的ICI消除的模擬SER的比較，其中使用在SNR＝100dB時(shí)的所發(fā)送信號(hào)的判定引導(dǎo)估計(jì)。
圖24是一組曲線，說(shuō)明2個(gè)和4個(gè)單元的ICI消除的模擬SER的比較，其中使用在SNR＝20dB時(shí)的所發(fā)送信號(hào)的判定引導(dǎo)估計(jì)。

具體實(shí)施例方式 現(xiàn)在參照

本發(fā)明的各種特征，附圖中，相似部分采用相同參考標(biāo)號(hào)來(lái)標(biāo)識(shí)。
現(xiàn)在結(jié)合多個(gè)示范實(shí)施例更詳細(xì)地描述本發(fā)明的各個(gè)方面。為了便于理解本發(fā)明，根據(jù)將由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的單元或者能夠執(zhí)行程序指令的其它硬件所執(zhí)行的動(dòng)作序列來(lái)描述本發(fā)明的多個(gè)方面。大家知道，在每個(gè)實(shí)施例中，可通過(guò)專用電路(例如經(jīng)過(guò)互連以執(zhí)行特殊功能的分立邏輯門)、一個(gè)或多個(gè)處理器運(yùn)行的程序指令或者它們兩者的組合來(lái)執(zhí)行各種動(dòng)作。此外，本發(fā)明還可以考慮完全在包含使處理器執(zhí)行本文所述技術(shù)的計(jì)算機(jī)指令的適當(dāng)集合的諸如固態(tài)存儲(chǔ)器、磁盤、光盤或載波(例如射頻、音頻頻率或光頻率載波)之類的任何形式的計(jì)算機(jī)可讀載體中來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明的各個(gè)方面可按照不同的形式來(lái)體現(xiàn)，以及所有這些形式均被認(rèn)為處于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。對(duì)于本發(fā)明的各個(gè)方面的每一個(gè)方面，任何這種形式的實(shí)施例在本文中可稱作“邏輯--配置用于”執(zhí)行所述動(dòng)作，或者稱作執(zhí)行所述動(dòng)作的“邏輯”。
在本文所述的一些示范實(shí)施例的一個(gè)方面，將非矩形窗口函數(shù)應(yīng)用于接收器上的接收信號(hào)。非矩形加窗減小來(lái)自頻率偏移和多普勒信道的ICI問(wèn)題，并且能夠至少或多或少地改進(jìn)所接收的信噪比。非矩形加窗在它涉及減小來(lái)自距離遇到干擾的載波比較遠(yuǎn)的載波的ICI時(shí)特別有效。也就是說(shuō)，通過(guò)應(yīng)用加窗，遇到的總ICI由非常接近的副載波支配。這又意味著，如果采用ICI消除，則只需要消除更少的ICI項(xiàng)，由此降低了復(fù)雜度。
在本文所述的一些示范實(shí)施例的另一個(gè)方面，自適應(yīng)過(guò)程用來(lái)改變窗口大小。窗口擴(kuò)大到用盡未被信道時(shí)延擴(kuò)展破壞的任何過(guò)剩循環(huán)前綴時(shí)間。這樣，調(diào)諧到具有低時(shí)延擴(kuò)展的信道的接收器可利用CP的不必要部分來(lái)改進(jìn)它在多普勒環(huán)境中的性能。
在本文所述的一些示范實(shí)施例的又一個(gè)方面，采用簡(jiǎn)化ICI消除例程。在結(jié)合了各個(gè)方面的實(shí)施例中，簡(jiǎn)化的ICI消除例程利用非矩形加窗來(lái)減少ICI消除所涉及的信道的數(shù)量。非矩形加窗還能夠減少校正系數(shù)值的數(shù)量。
在以下論述中更詳細(xì)地描述這些方面及其它方面。為了幫助理解各個(gè)方面，將創(chuàng)造性實(shí)施例與傳統(tǒng)實(shí)施例進(jìn)行比較是有益的。
圖2是傳統(tǒng)OFDM接收器的框圖。數(shù)字化接收信號(hào)r(n)經(jīng)過(guò)傳統(tǒng)矩形窗口函數(shù)201，傳統(tǒng)矩形窗口函數(shù)201選擇與一個(gè)符號(hào)的時(shí)長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的N個(gè)連續(xù)信號(hào)樣本。傳統(tǒng)矩形窗口函數(shù)201的操作如圖3所示。在圖3中，時(shí)間從左至右移動(dòng)?？梢钥吹?，第一符號(hào)301由其對(duì)應(yīng)的循環(huán)前綴(CP1)前導(dǎo)。由于信道的時(shí)延擴(kuò)展303，表示第一符號(hào)301的信號(hào)的最后部分重疊到第二符號(hào)305相應(yīng)的循環(huán)前綴(CP2)。
在任何時(shí)刻，傳統(tǒng)矩形窗口函數(shù)307取兩個(gè)可能的值、即零和一其中的一個(gè)。矩形窗口函數(shù)307用作門電路當(dāng)它的值為零時(shí)，接收信號(hào)的對(duì)應(yīng)部分未選取。當(dāng)窗口函數(shù)307具有值一時(shí)，則接收信號(hào)的對(duì)應(yīng)部分被選取(例如允許未受影響地傳送到矩形窗口函數(shù)201的輸出)。矩形窗口函數(shù)307的非零部分的時(shí)長(zhǎng)/長(zhǎng)度設(shè)置成等于發(fā)送符號(hào)的時(shí)長(zhǎng)，使得每當(dāng)應(yīng)用矩形窗口函數(shù)307時(shí)，就能夠直接從接收信號(hào)中選擇N個(gè)樣本點(diǎn)。在圖3中，這表示為與符號(hào)1對(duì)應(yīng)的N個(gè)樣本309，以及與符號(hào)2對(duì)應(yīng)的N個(gè)樣本311。
在圖中，傳統(tǒng)矩形窗口函數(shù)307的開(kāi)始表示為與各符號(hào)的開(kāi)始完全對(duì)齊。實(shí)際上，可允許的是略微更早地(即在符號(hào)的對(duì)應(yīng)循環(huán)前綴中)開(kāi)始矩形窗口函數(shù)307，只要窗口沒(méi)有與受到時(shí)延擴(kuò)展影響的(即受到碼間串?dāng)_影響的)接收信號(hào)的任何部分重疊。以這種方式更早地開(kāi)始傳統(tǒng)矩形窗口對(duì)應(yīng)于N個(gè)樣本點(diǎn)的偏移，它可通過(guò)接收器中的已知附加處理來(lái)校正。
再參照?qǐng)D2，將來(lái)自傳統(tǒng)矩形窗口函數(shù)201的各組N個(gè)樣本提供給N點(diǎn)快速傅立葉變換(FFT)單元203，它產(chǎn)生表示所傳遞的信息的系數(shù)集合。將系數(shù)提供給信道估計(jì)器205，它采用傳統(tǒng)技術(shù)來(lái)產(chǎn)生信道的估計(jì)。還將系數(shù)與信道估計(jì)(來(lái)自信道估計(jì)器205)一起提供給均衡器207，使得可消除多徑傳播的影響。均衡可通過(guò)每個(gè)子信道一個(gè)分支的均衡器來(lái)執(zhí)行。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)方面的OFDM接收器400的一個(gè)示范實(shí)施例的框圖。在一個(gè)方面，示范OFDM接收器400與傳統(tǒng)接收器的不同之處在于，將接收信號(hào)r(n)提供給窗口和繞回邏輯401而不是提供給傳統(tǒng)矩形窗口函數(shù)?，F(xiàn)在參照?qǐng)D5所示的示范過(guò)程流程圖來(lái)描述窗口和繞回邏輯401的操作。
如同圖3中那樣，圖5說(shuō)明包括第一和第二符號(hào)301、305及其相應(yīng)的循環(huán)前綴CP1和CP2的信號(hào)。但采用不同的窗口函數(shù)501來(lái)取代傳統(tǒng)矩形窗口。窗口函數(shù)501可能在若干方面與傳統(tǒng)矩形窗口不同。首先，它可取兩個(gè)以上的值，因而形狀不像矩形。例如，窗口函數(shù)501從其最小值零線性增加到其最大值，在最大值保持在一段時(shí)間，然后又線性減小到它的零值。稍后將會(huì)描述，這個(gè)具體窗口函數(shù)(在本文中稱作“三角”窗口)是可采用的多種可能的窗口函數(shù)的其中之一。任何特定時(shí)刻的窗口函數(shù)的幅度對(duì)所選的對(duì)應(yīng)樣本加權(quán)。
窗口函數(shù)501與傳統(tǒng)矩形窗口的不同之外還在于，它的時(shí)長(zhǎng)無(wú)需限制為符號(hào)的時(shí)長(zhǎng)。相反，優(yōu)選地使窗口函數(shù)501比符號(hào)的時(shí)長(zhǎng)更長(zhǎng)，但是不會(huì)長(zhǎng)到使得它與受信道的時(shí)延擴(kuò)展影響的循環(huán)前綴的一部分重疊。一般來(lái)說(shuō)，窗口501超過(guò)符號(hào)的長(zhǎng)度N一個(gè)數(shù)量WREL·N，其中，WREL·N可能是從零到CP中的樣本數(shù)量的任意值。(這也是窗口的“滾降區(qū)域”的大小。下標(biāo)“REL”在這里用來(lái)表明，WREL表示滾降區(qū)域與符號(hào)的長(zhǎng)度相比的相對(duì)大小。)在圖5所示的實(shí)施例中，窗口函數(shù)501對(duì)于給定數(shù)量的信道時(shí)間彌散取其最大可允許時(shí)長(zhǎng)。在其它實(shí)施例中，也可采用更短的時(shí)長(zhǎng)。
通過(guò)應(yīng)用窗口函數(shù)501，產(chǎn)生所選加權(quán)樣本503的集合。所選加權(quán)樣本503的集合包括三個(gè)部分N個(gè)樣本的中心部分505，初始部分507和最后部分509。首先來(lái)看中心部分503，將會(huì)觀測(cè)到，并非所有N個(gè)樣本均以其最大值來(lái)加權(quán)。相反，N個(gè)樣本的某些數(shù)量的前部樣本和某些數(shù)量的后部樣本以小于其最大值來(lái)加權(quán)。我們記得，在循環(huán)前綴中傳送的信息與符號(hào)的相應(yīng)最后部分中傳送的信息相同，可以看到，由中心部分505的前部樣本所表示的信息與所選加權(quán)樣本503的最后部分509所表示的信息相同。類似地，中心部分505的后部樣本所表示的信息與所選加權(quán)樣本503的初始部分507所表示的信息相同。因此，窗口函數(shù)501以下列方式來(lái)設(shè)計(jì)來(lái)自初始部分507的加權(quán)樣本可與來(lái)自中心部分505的的加權(quán)樣本組合，以便產(chǎn)生組合樣本集合，其中的每個(gè)組合樣本以其最大值進(jìn)行加權(quán)(即采用Nyquist窗口)。此外，來(lái)自最后部分509的加權(quán)樣本可與來(lái)自中心部分505的初始樣本的加權(quán)樣本組合，以便產(chǎn)生組合樣本集合，其中的每個(gè)以其最大值進(jìn)行加權(quán)。在圖5中，這表示為N個(gè)組合樣本511。
因此可以看到，窗口函數(shù)501滿足Nyquist條件，并且經(jīng)過(guò)循環(huán)重疊(繞回)以獲得N個(gè)點(diǎn)的所需FFT長(zhǎng)度。還要注意，在這個(gè)實(shí)例中，在構(gòu)成中心部分的N個(gè)樣本處于中部的意義上，循環(huán)重疊(circularoverlapping)是對(duì)稱的。但這不是必要的。在本公開(kāi)中稍后還描述非對(duì)稱窗口的一個(gè)實(shí)例。
在一部分但不一定是所有實(shí)施例中，提供一個(gè)附加特征，在其中，窗口大小經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，以便確保窗口函數(shù)501沒(méi)有與受到信道的時(shí)延擴(kuò)展影響的循環(huán)前綴的一部分重合。進(jìn)行這個(gè)操作的一種方式如圖4所示將接收信號(hào)r(n)提供給時(shí)延擴(kuò)展估計(jì)邏輯403，以便確定信道的時(shí)延擴(kuò)展的估計(jì)。存在執(zhí)行這種估計(jì)的許多已知方式，其中的任一種均可采用。
將時(shí)延擴(kuò)展估計(jì)提供給窗口大小確定邏輯405。從ICI消除的觀點(diǎn)來(lái)看，優(yōu)選的是采用盡可能大的窗口，因?yàn)閷?duì)于相同數(shù)量的消除ICI項(xiàng)而言，這通常提供更好的性能；或者，可進(jìn)行不同的折衷，在其中，消除更少的ICI項(xiàng)，同時(shí)仍然能夠?qū)崿F(xiàn)與采用矩形加窗相同的性能，但需要采用更復(fù)雜的ICI消除方案。但是，僅可在信道的最大時(shí)延擴(kuò)展小于循環(huán)前綴的時(shí)長(zhǎng)時(shí)才能使用大窗口。因此，窗口大小確定邏輯405采用信道的時(shí)延擴(kuò)展的估計(jì)來(lái)適配窗口函數(shù)501的時(shí)長(zhǎng)，優(yōu)選地使它盡可能大同，但沒(méi)有從受到信道的時(shí)延擴(kuò)展影響的循環(huán)前綴中選取樣本。由于通常無(wú)論如何都需要信道的時(shí)延擴(kuò)展的估計(jì)(例如用于信道估計(jì))，所以窗口大小確定邏輯405的添加僅對(duì)接收器400構(gòu)成了很小的額外復(fù)雜度。如圖4所示，窗口大小確定邏輯405動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)窗口和繞回邏輯401的操作，其調(diào)節(jié)程度至少是動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)窗口和繞回邏輯401所使用的窗口的時(shí)長(zhǎng)。
在備選實(shí)施例中，信道的時(shí)延擴(kuò)展可在FFT單元203之后來(lái)估計(jì)，然后找出適當(dāng)?shù)拇翱诖笮　?br> 在OFDM接收器400的另一個(gè)方面，窗口大小和形狀控制消除系數(shù)407的生成，它可能存儲(chǔ)在查找表中或者只是在接收器400中計(jì)算。將消除系數(shù)GL提供給ICI減法邏輯409，ICI減法邏輯409還接收來(lái)自FFT單元203的輸出以及來(lái)自信道估計(jì)邏輯205的信道估計(jì)。ICI減法邏輯409根據(jù)系數(shù)GL、發(fā)送信號(hào)的估計(jì)以及相對(duì)于時(shí)間的信道估計(jì)的變化速率從FFT輸出中減去ICI的估計(jì)。來(lái)自ICI減法邏輯409的輸出則提供給以傳統(tǒng)方式進(jìn)行操作的均衡器207。
消除過(guò)程通過(guò)首先計(jì)算本文中稱作自干擾項(xiàng)的ICIk，k而開(kāi)始，它是根據(jù)在時(shí)間t上副載波k通過(guò)的信道的變化(的速率)進(jìn)行加權(quán)的、在時(shí)間t在其中一個(gè)副載波k上所接收的數(shù)據(jù)的估計(jì)。自干擾項(xiàng)取決于信道的變化速率，其在OFDM符號(hào)期間假定為始終是恒定的。此外，符號(hào)Hk′(t)在本文中用來(lái)表示其中點(diǎn)處于時(shí)間t處的一個(gè)符號(hào)期間的信道的變化。注意，如果Hk′(t)是一個(gè)符號(hào)的信道的變化，則與信道在符號(hào)的開(kāi)始時(shí)的情況相比，在這個(gè)符號(hào)期間的信道的平均變化為Hk′(t)/2。因此，將自干擾ICIk，k定義為 ICIk，k≡Dk(t)Hk′(t)/2 由于Dk(t)是載波k上的所發(fā)送數(shù)據(jù)，實(shí)際上，這例如可估計(jì)為
式中，Rk是實(shí)際接收的數(shù)據(jù)((Rk(t)＝Dk(t)Hk(t)))，以及

是Hk的估計(jì)。估計(jì)Dk(t)的備選方式包括判定引導(dǎo)方法以及通過(guò)使估計(jì)的最小均方誤差(MMSE)為最小所得到的估計(jì)。估計(jì)數(shù)據(jù)的這些方式本身是本領(lǐng)域已知的。本公開(kāi)中稍后結(jié)合模擬結(jié)果將會(huì)更詳細(xì)地論述判定引導(dǎo)方法的使用。
在一些實(shí)施例中，可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化所需的邏輯，這通過(guò)假定信道對(duì)于兩個(gè)或兩個(gè)以上符號(hào)以線性方式改變，使得不是計(jì)算導(dǎo)數(shù)項(xiàng)，而只是通過(guò)確定與兩個(gè)不同時(shí)刻對(duì)應(yīng)的信道估計(jì)之間的差異，然后再除以表示那兩個(gè)時(shí)刻之間經(jīng)過(guò)的時(shí)間的數(shù)值來(lái)簡(jiǎn)單地計(jì)算平均變化速率。如果進(jìn)行這些近似計(jì)算，則得到表示為下式的自干擾項(xiàng)的近似值 式中，TN是與N個(gè)樣本對(duì)應(yīng)的持續(xù)時(shí)間，以及Tcp是循環(huán)前綴的持續(xù)時(shí)間。分母中的“4”來(lái)自以下事實(shí)ICIk，k的表示在分母中具有2的因子，以及由于它是2個(gè)連續(xù)符號(hào)所計(jì)算出的信道估計(jì)之間的差值，所以在一個(gè)符號(hào)期間的信道的變化的估計(jì)在分母中也具有2的因子。三個(gè)信道項(xiàng)的每個(gè)可從信道估計(jì)邏輯205獲得。

是副載波k的當(dāng)前信道估計(jì)，是下一個(gè)信道估計(jì)，以及是前一個(gè)信道估計(jì)。來(lái)自FFT的當(dāng)前所接收信號(hào)為(Dk(t)Hk(t))(其中的Dk(t)是在時(shí)間t在副載波k上實(shí)際發(fā)送的信號(hào)，以及Hk(t)表示在時(shí)間t在副載波k上的實(shí)際信道)。毫無(wú)疑問(wèn)，這里提供的近似計(jì)算只是可進(jìn)行的多種可能的近似計(jì)算的其中之一，它們?nèi)烤幱诒景l(fā)明的范圍之內(nèi)。
一旦確定了自干擾項(xiàng)，則根據(jù)適當(dāng)?shù)南禂?shù)GL進(jìn)行加權(quán)，然后從相鄰子信道中減去。下面描述用于確定ICI消除系數(shù)GL的技術(shù)。圖6A是由ICI減法邏輯409所執(zhí)行的這些操作的流程圖。簡(jiǎn)言之，對(duì)于各副載波k而言，對(duì)于相鄰副載波k-L((L∈[...，-3，-2，-1，1，2，3，...]))產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)自干擾項(xiàng)。將這些自干擾項(xiàng)縮放某個(gè)量GL，然后從需要降低干擾的副載波k中減去。在均衡過(guò)程中通常需要反向信道項(xiàng)，因此除法項(xiàng)不一定是額外負(fù)擔(dān)。
現(xiàn)在參照?qǐng)D6B所示的流程圖更詳細(xì)地描述圖6A所示的示范過(guò)程。為了幫助本描述，注意焦點(diǎn)將集中于在時(shí)間t所接收的OFDM信號(hào)的第k個(gè)副載波上，其中，所接收OFDM信號(hào)包括多個(gè)副載波。這個(gè)示例中的目的是減小第k個(gè)副載波的ICI。示范過(guò)程通過(guò)產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)相鄰副載波k-L上所接收的信號(hào)的自干擾項(xiàng)(L∈[...，-3，-2，-1，1，2，3，...])開(kāi)始，其中，自干擾項(xiàng)是根據(jù)副載波k-L在時(shí)間t通過(guò)的信道的變化速率進(jìn)行加權(quán)的、在時(shí)間t在副載波k-L上所接收的數(shù)據(jù)的估計(jì)(步驟601)。
隨后，獲得與副載波k-L的第L個(gè)最近的相鄰副載波對(duì)應(yīng)的ICI消除系數(shù)GL(步驟603)。ICI消除系數(shù)GL例如可從這類系數(shù)的先前存儲(chǔ)的表中讀取，或者可動(dòng)態(tài)計(jì)算。如前面所述，ICI消除系數(shù)GL作為窗口函數(shù)的函數(shù)來(lái)確定。
然后通過(guò)根據(jù)ICI消除系數(shù)GL將自干擾項(xiàng)ICIk-L，k-L調(diào)節(jié)某個(gè)量，來(lái)產(chǎn)生估計(jì)ICI項(xiàng)(步驟605)。
隨后，從表示在時(shí)間t在第k個(gè)副載波上所接收的信號(hào)的項(xiàng)中減去估計(jì)ICI項(xiàng)(步驟607)。從相鄰單元所產(chǎn)生并從在時(shí)間t在第k個(gè)副載波上的信號(hào)中減去的估計(jì)ICI項(xiàng)的數(shù)量(即L所取的值的數(shù)量)是與應(yīng)用相關(guān)的。
論述現(xiàn)在集中于確定ICI消除系數(shù)的技術(shù)。首先考慮頻率偏移所引起的ICI的情況，因?yàn)轭l率偏移可看作是多普勒偏移的特例，在其中，信道變化表示相位在OFDM符號(hào)期間被改變。從要用于多普勒偏移的情況的系數(shù)可通過(guò)考慮頻率偏移來(lái)得到的事實(shí)中，大家很清楚，如果干擾的原因?qū)嶋H上是頻率偏移而不是變化信道，則本文描述的方法和裝置也適用。為了完整性，在本公開(kāi)中稍后還對(duì)于變化信道直接導(dǎo)出系數(shù)。結(jié)果無(wú)疑是相同的。
對(duì)于矩形窗口函數(shù)，各頻率單元(k)所產(chǎn)生的ICI在N趨于大且L趨于小時(shí)遵循SINC函數(shù)。因此，遇到的干擾Y(f)表示為 式中，f是單元中與預(yù)期單元k的偏移頻率(＝L+δ)。exp項(xiàng)由矩形時(shí)間窗口從以零為中心的位置到以零為起始的位置的偏移所引起(按照FFT)。這個(gè)表達(dá)式的斜率用于泰勒展開(kāi)式的第一項(xiàng)，以得到ICI值 ICIk，k＝DkHkjπδ當(dāng)L＝0 當(dāng)|L|＞0 注意，由于在以上推導(dǎo)中離開(kāi)第k個(gè)單元的頻率偏移為L(zhǎng)+δ，以及實(shí)際上正觀測(cè)單元L的輸出，所以信號(hào)的真正頻率偏移具有與δ相反的符號(hào)。
對(duì)于頻率偏移，這給出下式的ICI系數(shù)GL對(duì)于注意，當(dāng)L變?yōu)樨?fù)時(shí)，符號(hào)改變。出現(xiàn)的自干擾項(xiàng)(L＝0)表示在半個(gè)符號(hào)周期中的相位旋轉(zhuǎn)，并且通常包含在信道估計(jì)過(guò)程中。
現(xiàn)在考慮衰減條件(fading condition)中的ICI的校正。圖7說(shuō)明接收器700可如何接收信號(hào)的不同射線(ray)，各具有其自己的取決于相對(duì)于接收器700的到達(dá)角θi的多普勒偏移。各射線具有關(guān)聯(lián)增益(hi)、相位(φi)、延遲(τi)以及標(biāo)準(zhǔn)化多普勒偏移(即實(shí)際多普勒頻率除以副載波間距)()。各射線的幅度、相位和延遲在一個(gè)符號(hào)的接收期間基本上是恒定的(準(zhǔn)靜態(tài)的)。正是多普勒偏移所產(chǎn)生的相位旋轉(zhuǎn)引起時(shí)間上的衰減。各射線的影響單獨(dú)求和。
對(duì)于頻率單元k，信道Hk(t)因各路徑上的多普勒相位旋轉(zhuǎn)而緩慢變化 在一個(gè)符號(hào)周期之后，信道改變?yōu)镠k(t+TN+Tcp)(即下一個(gè)時(shí)隙中的新的信道估計(jì))。各路徑上的旋轉(zhuǎn)為2πδt(N+cp)/N。
各路徑中的多普勒偏移的效應(yīng)將產(chǎn)生符號(hào)中的自干擾，因?yàn)樗挂粋€(gè)副載波中傳送的信息偏移到另一個(gè)副載波。δi的相移產(chǎn)生exp(jπδi)的平均增益。對(duì)于小δi，這可近似為jπδi。(假定純頻率偏移產(chǎn)生相位變化。指數(shù)的泰勒展開(kāi)式提供此結(jié)果。)這對(duì)于所有路徑的作用是將信道改變?yōu)槿绻俣ㄐ诺罍y(cè)量之間的線性響應(yīng) 式中，出現(xiàn)在等式右側(cè)的分子中的差值ΔHk＝Hk(t+TN+Tcp)-Hk(t)優(yōu)選地從符號(hào)中心到符號(hào)中心來(lái)測(cè)量，如圖8所示。
與OFDM符號(hào)期間的信道變化對(duì)應(yīng)的、被除以二的最后一項(xiàng)是出現(xiàn)在自干擾項(xiàng)中的因子之一，自干擾項(xiàng)可寫作 估計(jì)如果差值是取自對(duì)稱地圍繞著需要估計(jì)信道變化的符號(hào)的兩個(gè)符號(hào)周期的話，則獲得更好的估計(jì) 實(shí)際上，如前面所述，發(fā)送符號(hào)Dk(t)以及信道都不是已知的，都需要進(jìn)行估計(jì)。這引起將自干擾估計(jì)為例如下式的可能性 如前面所述，存在估計(jì)所發(fā)送數(shù)據(jù)以及信道變化的多種方式，以上所述應(yīng)當(dāng)認(rèn)為只是許多可能的備選方法其中之一，它們?nèi)繉儆诒景l(fā)明的范圍。
現(xiàn)在，將以上所述與因頻率誤差-δ而引起信道變化的情況進(jìn)行比較，從而 將它從單元k-L中減去，從而完成消除過(guò)程。更一般來(lái)說(shuō)，系數(shù)項(xiàng)GL取決于所采用的窗口。
接收器加窗還減小ICI，因此在一些實(shí)施例中，在確定系數(shù)GL之前選擇適當(dāng)?shù)拇翱?，因?yàn)橄禂?shù)作為所使用窗口的類型的函數(shù)來(lái)確定，如上所述。
圖9說(shuō)明可考慮用于本文所述類型的OFDM接收器的多個(gè)窗口函數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，窗口的大小表示為 WindowSize＝(1+WREL)N＝(1+cp·win)N 式中，WREL是窗口滾降區(qū)域的大小，它在這里表示為循環(huán)前綴的大小的一部分win(循環(huán)前綴的大小本身用與符號(hào)大小N的相對(duì)大小來(lái)表示)。
在實(shí)例的每個(gè)中，假定符號(hào)大小N＝8192，循環(huán)前綴的大小為0.25·N(即，相對(duì)于符號(hào)的大小的循環(huán)前綴的大小由cp＝0.25表示)，以及窗口滾降區(qū)域的大小為0.5·cp·N(即，窗口滾降區(qū)域是循環(huán)前綴的大小的一半)。但是，這里所示的數(shù)值只作為實(shí)例，并不是要限制本發(fā)明的范圍。具體來(lái)說(shuō)，以下窗口如圖9所示 -三角窗口窗口在初始時(shí)間段上通過(guò)從其最小值零線性增加到其最大值開(kāi)始，在其最大值保持一段時(shí)間，然后又線性減小到零值。這種類型的窗口用作圖5的實(shí)例。
-升余弦窗口在初始時(shí)間段通過(guò)按照升余弦函數(shù)從其最小值零增加到其最大值開(kāi)始，在其最大值保持一段時(shí)間，然后按照升余弦函數(shù)從其最大值又減小到零值。
-1階窗口以一個(gè)階躍函數(shù)開(kāi)始，該階躍函數(shù)從最小值零增加到中間值，在第一時(shí)間段保持為中間值，然后采用另一個(gè)階躍函數(shù)，從中間值增加到最大值，在第二時(shí)間段保持為最大值，然后采用一個(gè)階躍函數(shù)，從最大值減小到中間值，在第三時(shí)間段保持為中間值，然后采用一個(gè)階躍函數(shù)，從中間值又減小到零值。
-3階窗口以一個(gè)階躍函數(shù)開(kāi)始，該階躍函數(shù)從最小值零增加到第一中間值，在第一時(shí)間段保持為第一中間值，然后從第一中間值增加到第二中間值，在第二時(shí)間段保持為第二中間值，然后從第二中間值增加到第三中間值，在第三時(shí)間段保持為第三中間值，然后采用另一個(gè)階躍函數(shù)，從第三中間值增加到最大值，在第四時(shí)間段保持為最大值，然后采用一個(gè)階躍函數(shù)，從最大值減小到第三中間值，在第五時(shí)間段保持為第三中間值，然后采用一個(gè)階躍函數(shù)，從第三中間值減小到第二中間值，在第六時(shí)間段保持為第二中間值，然后采用一個(gè)階躍函數(shù)，從第二中間值減小到第一中間值，在第七時(shí)間段保持為第一中間值，然后采用一個(gè)階躍函數(shù)，從第一中間值又減小到零值。
但是，本發(fā)明不限于這些實(shí)例；可采用這里未示出的其它許多窗口函數(shù)。
圖10是曲線圖，說(shuō)明不同窗口函數(shù)的消除和加窗的有效性的模擬結(jié)果。在這個(gè)實(shí)例中，ICI由頻率偏移而不是信道的多普勒偏移所引起。如前面所述，頻率誤差可看作是多普勒偏移的特例，在其中，信道變化表示相位在OFDM符號(hào)期間被改變。在圖10中，對(duì)于δ＝0.1的標(biāo)準(zhǔn)化頻率偏移，為多個(gè)不同窗口函數(shù)的每個(gè)繪制出了ICI功率相對(duì)于消除單元的數(shù)量的關(guān)系。水平軸表示消除單元的數(shù)量，其中的單元0表示沒(méi)有消除，第一點(diǎn)表示僅消除固定相移，點(diǎn)“2”表示消除固定相移加上2個(gè)相鄰單元的消除的效果，點(diǎn)“4”表示消除固定相移加上4個(gè)相鄰單元的消除的效果，依此類推。
對(duì)于這些模擬，窗口大小固定為WREL＝1/8的符號(hào)周期(即，在CP為符號(hào)周期的時(shí)的循環(huán)前綴長(zhǎng)度的一半)。頂部曲線說(shuō)明采用傳統(tǒng)矩形窗口函數(shù)的效果。曲線越低，則性能越好。從各個(gè)曲線可以看到，為給定OFDM接收器選擇“最佳”窗口函數(shù)與在那個(gè)接收器中消除的單元的數(shù)量相關(guān)。當(dāng)消除單元的數(shù)量很大時(shí)，較平滑的窗口執(zhí)行得更好。在點(diǎn)6之上，三角形是最佳的(即，消除固定相移加上6個(gè)相鄰單元)。對(duì)于消除固定相移加上2到6個(gè)相鄰單元的消除，3階是最佳的，而對(duì)于完全沒(méi)有ICI消除-只消除固定相移-的情況，1步略微更好些。
在設(shè)計(jì)OFDM接收器時(shí)的另一個(gè)考慮因素是復(fù)雜度。在這方面要注意，階躍波形沒(méi)有包括乘法而只包括移位運(yùn)算，因此是簡(jiǎn)單的。因此，在考慮ICI時(shí)，3階窗口函數(shù)被認(rèn)為是優(yōu)選的。
所有窗口將提供信噪比(SNR)性能方面的少許改進(jìn)。1階是最佳的，提供(1-WREL/2)的噪聲減小(在圖10的實(shí)例中為0.28dB)。在這些實(shí)例中，WREL(即相對(duì)于符號(hào)的大小的窗口滾降區(qū)域的大小)為1024/8192。
圖10所示的結(jié)果還證明，可能有利的是，根據(jù)窗口函數(shù)的長(zhǎng)度來(lái)選擇窗口函數(shù)的形狀，一些備選實(shí)施例包括這個(gè)方面。
圖11是一組曲線，說(shuō)明改變窗口函數(shù)的大小的效果。具體來(lái)說(shuō)，曲線表示的是對(duì)優(yōu)選窗口函數(shù)(3階)而言，在用盡不同量的循環(huán)前綴的情況下，ICI(單位為dB)作為消除單元的數(shù)量的函數(shù)而繪制的曲線，其中用盡的循環(huán)前綴量100％(WREL＝1/4)，50％(WREL＝1/8)，25％(WREL＝1/16)，12.5％(WREL＝1/32)，以及6.25％(WREL＝1/64)。(假定循環(huán)前綴在這種情況中為符號(hào)周期的25％。)如同圖10一樣，水平軸表示消除單元的數(shù)量，其中的點(diǎn)0表示沒(méi)有消除，第一點(diǎn)表示僅消除固定相移，點(diǎn)“2”表示消除固定相移加上2個(gè)相鄰單元的效果，點(diǎn)“4”表示消除固定相移加上4個(gè)相鄰單元的效果，依此類推。作為參考，還示出表示W(wǎng)REL＝0(即采用傳統(tǒng)矩形窗口函數(shù))的最上面的曲線。僅消除固定相移作為典型的信道估計(jì)過(guò)程而發(fā)生。WREL＝1/8窗口將剩余ICI減小1.5dB，從-15dB到-16.5dB。改進(jìn)隨著消除單元的數(shù)量增加而提高。(對(duì)于消除固定相移加上2個(gè)相鄰單元的消除為4dB，對(duì)于消除固定相移加上4個(gè)相鄰單元的消除為7dB，以及對(duì)于消除固定相移加上6個(gè)相鄰單元的消除為9dB。)對(duì)于給定數(shù)量的消除單元，改進(jìn)一般還隨著使窗口大小變得更大而增加。雖然曲線表示在窗口函數(shù)用盡整個(gè)循環(huán)前綴(即WREL＝1/4)時(shí)實(shí)現(xiàn)ICI消除的最大改進(jìn)，但是并不推薦這樣做，因?yàn)樗x樣本包括來(lái)自先前發(fā)送符號(hào)的能量(由于信道的時(shí)間彌散)，因此導(dǎo)致碼間串?dāng)_。
如前面所述，窗口函數(shù)的形狀確定由ICI減法邏輯409所使用的消除系數(shù)GL的值。優(yōu)選地，這些系數(shù)可事先確定并存儲(chǔ)在查找表中。下面是充分說(shuō)明為給定窗口函數(shù)確定消除系數(shù)時(shí)涉及的原理的一個(gè)實(shí)例。在這個(gè)實(shí)例中，采取3階窗口函數(shù)。
3階窗口函數(shù)可認(rèn)為是各相對(duì)于其它進(jìn)行時(shí)間偏移的四個(gè)矩形脈沖之和。這種情況如圖12所示。值WREL在這里相對(duì)于FFT符號(hào)的大小來(lái)表示，所示FFT符號(hào)的大小標(biāo)準(zhǔn)化為值1.0。為了避免復(fù)系數(shù)，在應(yīng)用窗口函數(shù)之后執(zhí)行的繞回(即產(chǎn)生組合加權(quán)樣本)應(yīng)當(dāng)處于圖中所示的虛線之間。
因此，遇到的干擾Y(L)是與矩形脈沖的每個(gè)關(guān)聯(lián)的干擾的總和，并且表示為 通過(guò)與對(duì)于采用矩形窗口的情況相似的推理(即通過(guò)采用泰勒展開(kāi)式)，對(duì)于ICI得到以下表達(dá)式 ICIk-L，k＝GLICIk，k 但是在其中，這時(shí)系數(shù)GL已經(jīng)從1/(jπL)減小為 這些系數(shù)在圖13提供的表中示出。
用于產(chǎn)生其它窗口形狀的消除系數(shù)的技術(shù)現(xiàn)在對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的，因?yàn)樾螤畹娜我粋€(gè)可認(rèn)為是相當(dāng)于時(shí)間偏移矩形脈沖。
加窗和消除的組合效果如圖14所示，圖14是一組曲線，對(duì)于給定量的IC消除來(lái)說(shuō)明窗口函數(shù)大小(假定3階窗口函數(shù))和所消除單元的數(shù)量的什么組合將實(shí)現(xiàn)那個(gè)等級(jí)的消除。窗口函數(shù)大小表示為從0(即傳統(tǒng)矩形窗口函數(shù))到8/32(即循環(huán)前綴的長(zhǎng)度等于0.25的符號(hào)長(zhǎng)度時(shí)的完全循環(huán)前綴大小)的范圍。這些值采取16路徑全向(類似Jakes)信道，其中的最大標(biāo)準(zhǔn)化多普勒頻率fD等于fD＝0.12。這些曲線表明，對(duì)于消除的復(fù)雜度、ICI減小或多普勒性能，可以用來(lái)對(duì)窗口大小進(jìn)行折衷。對(duì)于2單元消除器(L＝+1，L＝-1)，將窗口大小從WREL＝0增加到WREL＝4/32的操作能夠?qū)CI從-18.5dB減小到-24db。
圖14呈現(xiàn)的信息提供了一組備選實(shí)施例的基礎(chǔ)，在這些備選實(shí)施例中，根據(jù)令系統(tǒng)正常工作所需的SNR的等級(jí)以及遇到的多普勒頻率的估計(jì)有選擇地應(yīng)用ICI消除。例如，如果所需SNR為10dB，則已知的是，高達(dá)-10dB的ICI等級(jí)是可接受的。在圖14的實(shí)例中，由于無(wú)需ICI消除可實(shí)現(xiàn)這個(gè)性能等級(jí)是已知的，所以停止ICI消除。如果改為需要20dB，則ICI消除被啟用，以便滿足接收器的要求。(此圖針對(duì)固定fD。)由于ICI的幅度與信道的導(dǎo)數(shù)成正比，因此，實(shí)際實(shí)施例可將估計(jì)ICI等級(jí)與所需SNR進(jìn)行比較，以便動(dòng)態(tài)確定是否應(yīng)當(dāng)執(zhí)行ICI消除。
當(dāng)信道的時(shí)延擴(kuò)展很低時(shí)，自適應(yīng)改變窗口大小以便利用循環(huán)前綴的可用的、無(wú)ISI部分的操作可能導(dǎo)致多普勒信道中極大改進(jìn)的性能。
不是通過(guò)將其作為對(duì)應(yīng)于不同頻率誤差的許多路徑的重疊來(lái)推導(dǎo)衰減信道的系數(shù)，而是還可能(直接)假定信道以線性方式變化，并導(dǎo)出FFT的輸出上的取樣信號(hào)的系數(shù)。具體來(lái)說(shuō)，設(shè) 式中，HK′是載波K的符號(hào)(的信息部分)期間的信道變化，以及n是從0到N-1的時(shí)間標(biāo)號(hào)。注意，在這種情況中，OFDM符號(hào)的接收期間的平均信道等于

。考慮FFT的輸出上的第K+L個(gè)單元，這等于 其中，rn表示接收信號(hào)的第n個(gè)樣本。注意，ICIK+L是單元K+L上的總信號(hào)。
如果信道為靜態(tài)的(即對(duì)于所有n，Hk，n＝Hk)，則 即，如果信道不是變化的，則在FFT中沒(méi)有泄漏。
要確定變化信道的影響，再次設(shè)ICIk+L，k表示因單元k上所發(fā)送的信號(hào)而在k+L上遇到的ICI。則得到 式中，最后一步是從以下事實(shí)得出的如果信道為靜態(tài)的，則不同音調(diào)(tone)是正交的，因此只是變化部分才構(gòu)成ICI。為了繼續(xù)進(jìn)行，利用以下事實(shí)如果N變?yōu)楹艽?，則 因此，由載波k上所發(fā)送的符號(hào)引起的載波k+L上的ICI表示為 或者，通過(guò)由-L代替L，得 將自干擾定義為DkHk′/2，則可斷定，得到與ICI項(xiàng)從假定信道為頻率偏移的重疊中得出的ICI項(xiàng)時(shí)相同的結(jié)果。
通過(guò)利用非矩形窗口可得到的增益還可利用FFT的輸出上的取樣信號(hào)來(lái)得出。在考慮具體窗口之前，假定在應(yīng)用FFT之前，采用r-W，r-W+1，...，r-1代替rN-W，rN-W+1，...，rN-1?？梢哉f(shuō)，“折疊”圍繞樣本零發(fā)生，因?yàn)閞0是饋送到FFT的第一個(gè)樣本。ICI則可計(jì)算為 則直接計(jì)算得 為了舉例說(shuō)明在窗口相對(duì)折疊不是對(duì)稱的情況、如圖5的情況中發(fā)生的情況，考慮采用如下窗口函數(shù)，其中來(lái)自GI的W個(gè)樣本能夠與OFDM符號(hào)的結(jié)束時(shí)的對(duì)應(yīng)部分組合，這種組合通過(guò)將對(duì)應(yīng)樣本的每個(gè)都乘以0.5，然后將它們相加來(lái)實(shí)現(xiàn)。這個(gè)窗口可表示為 由于這可看作等式(6)和(9)的平均，得 因子

只是由如何進(jìn)行折疊所引起的相移。通過(guò)具有相對(duì)于FFT位置的對(duì)稱窗口，即通過(guò)具有如同具有三步窗口的前一個(gè)實(shí)例中那樣的對(duì)稱窗口，可避免這個(gè)相移。最后，為了進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)與采用非矩形窗口的效果的前一個(gè)推導(dǎo)的相似性，注意WREL＝W/N。
比較等式(6)和(11)易于看出，上述簡(jiǎn)單窗口將ICI的數(shù)量減小

的因子。在表1中，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)化窗口長(zhǎng)度WREL和消除單元的數(shù)量的各種值給出采用上述簡(jiǎn)單窗口的效果。在這里，消除兩個(gè)單元表示來(lái)自兩個(gè)最接近單元(每側(cè)一個(gè)，即L＝±1)的ICI被消除，消除四個(gè)單元表示來(lái)自四個(gè)最接近單元(每側(cè)兩個(gè)，即L＝±1，±2)的ICI被消除，依此類推。
表1在ICI消除中通過(guò)采用窗口長(zhǎng)度和不同復(fù)雜度的不同組合在dB方面的理想改進(jìn)。
由于ICI與fD2成正比，所以從表1可推斷，例如，在WREL＝3/16并且沒(méi)有消除的情況中，理論上能夠使最大可容許多普勒偏移增加大約35％，以及如果完全消除來(lái)自兩個(gè)最接近載波(即L＝±1)的載波間干擾，則最大可容許多普勒在理論上可改進(jìn)大約為三的因子。
對(duì)于長(zhǎng)度為N+W的任意Nyquist窗口，存在來(lái)自GI的W個(gè)樣本與OFDM符號(hào)的結(jié)束時(shí)的對(duì)應(yīng)樣本進(jìn)行組合。窗口函數(shù)的加權(quán)可能對(duì)各樣本獨(dú)立選擇，唯一的要求是w(-n)+w(N-n)＝1，以便滿足Nyquist標(biāo)準(zhǔn)。由于ICI系數(shù)取決于窗口函數(shù)的形狀，所以這應(yīng)當(dāng)結(jié)合將消除多少單元來(lái)選擇。參照表1可以看到，對(duì)于不同數(shù)量的消除單元而言，最佳的窗口長(zhǎng)度是不同的(假定相同的窗口形狀)。
返回到考慮圖4所示的框圖，大家會(huì)理解，這個(gè)示范OFDM接收器利用加窗以及ICI消除。首先將接收信號(hào)提供給如上所述執(zhí)行各種窗口操作的窗口和繞回邏輯401。將窗口和繞回邏輯401所產(chǎn)生的N個(gè)樣本提供給FFT單元203，F(xiàn)FT單元203從調(diào)制信號(hào)中產(chǎn)生發(fā)送數(shù)據(jù)。信道估計(jì)器205產(chǎn)生信道的估計(jì)，并將它提供給ICI減法邏輯409以及提供給均衡器207。ICI減法邏輯409采用信道估計(jì)來(lái)產(chǎn)生ICI的估計(jì)，然后從FFT單元203所提供的數(shù)據(jù)中減去這個(gè)ICI估計(jì)。要注意，ICI減法邏輯409所使用的系數(shù)GL本身是窗口和繞回邏輯401使用的窗口函數(shù)的函數(shù)。ICI減法邏輯409的輸出則提供給均衡器207供進(jìn)一步處理。
如前面所述，在實(shí)際實(shí)現(xiàn)中，需要估計(jì)信道變化。另外，所發(fā)送數(shù)據(jù)必須被估計(jì)，除非它正好是導(dǎo)頻符號(hào)，在那種情況中它是已知的。為了認(rèn)識(shí)估計(jì)數(shù)據(jù)的不同方式的影響，比較兩種方法。在第一種方法中，只將數(shù)據(jù)估計(jì)為 在第二種方法中，采用判定引導(dǎo)方法，其中，首先采用等式(12)，然后進(jìn)行判定。
執(zhí)行模擬以便測(cè)試具有8k FFT的DVB-T系統(tǒng)的上述技術(shù)。高多普勒偏移的存在通常意味著信道估計(jì)更為困難，特別是在采用時(shí)間上的內(nèi)插的情況中。要減小高多普勒偏移上的不良信道估計(jì)的影響，具有較短過(guò)度延遲(excess delay)(1μs)的信道用于模擬中。這允許信道估計(jì)通過(guò)在頻率方向上在導(dǎo)頻符號(hào)之間直接內(nèi)插來(lái)進(jìn)行。
簡(jiǎn)單三次內(nèi)插濾波器用于模擬中。因此，應(yīng)當(dāng)能夠通過(guò)采用更復(fù)雜的內(nèi)插濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步改進(jìn)的性能。然而，這種簡(jiǎn)單濾波器足以提供關(guān)于與ICI消除相關(guān)的不同參數(shù)是如何影響性能的某種指示。兩個(gè)質(zhì)量因數(shù)用來(lái)確定性能，而無(wú)需模擬包括FEC的完整系統(tǒng)。它們是 -在FEC解碼之前的誤符號(hào)率(SER)。即，SER是根據(jù)IQ圖中的均衡數(shù)據(jù)來(lái)確定的。
-IQ圖中的SNR，在其中，根據(jù)

對(duì)誤差進(jìn)行加權(quán)，以便補(bǔ)償在均衡信道時(shí)被

除的接收信號(hào)。
對(duì)于各種多普勒偏移進(jìn)行模擬，以及通過(guò)模擬各包含一些6000個(gè)數(shù)據(jù)副載波的1000個(gè)OFDM符號(hào)獲得圖中的各點(diǎn)。研究以下方面 -采用如大小為WREL＝3/16的公式(10)所述的窗口的影響。
-采用如上所述的判定引導(dǎo)方法的影響。
-消除單元的數(shù)量的影響。在這里比較三種情況沒(méi)有消除、消除兩個(gè)最接近單元以及消除四個(gè)單元。
圖15是一組曲線，說(shuō)明對(duì)于理想信道估計(jì)的情況的模擬有效SNR與理論有效SNR之間的比較。對(duì)于這些模擬，載波噪聲比(C/N)等于100dB。曲線1501說(shuō)明沒(méi)有應(yīng)用加窗的情況的理論性能。曲線1503說(shuō)明沒(méi)有應(yīng)用加窗的情況的模擬性能的結(jié)果。曲線1505說(shuō)明應(yīng)用了加窗的情況的理論性能，曲線1507說(shuō)明應(yīng)用了加窗的情況的模擬性能的結(jié)果。
圖16是一組曲線，說(shuō)明對(duì)于理想信道估計(jì)的情況的模擬有效SNR與理論有效SNR之間的比較。對(duì)于這些模擬，C/N＝20dB。曲線1601說(shuō)明沒(méi)有應(yīng)用加窗的情況的理論性能。曲線1603說(shuō)明沒(méi)有應(yīng)用加窗的情況的模擬性能的結(jié)果。曲線1605說(shuō)明應(yīng)用了加窗的情況的理論性能。曲線1607說(shuō)明應(yīng)用了加窗的情況的模擬性能的結(jié)果。
圖17是一組曲線，說(shuō)明2個(gè)和4個(gè)單元的ICI消除的模擬性能的比較，其中在SNR＝100dB時(shí)所發(fā)送信號(hào)估計(jì)為

估計(jì)。曲線1701說(shuō)明沒(méi)有執(zhí)行加窗和ICI消除時(shí)的性能。曲線1703說(shuō)明執(zhí)行了加窗但沒(méi)有執(zhí)行ICI消除時(shí)的性能。曲線1705是說(shuō)明沒(méi)有執(zhí)行加窗但執(zhí)行了2個(gè)單元的ICI消除時(shí)的性能的曲線。曲線1707是說(shuō)明執(zhí)行了加窗以及執(zhí)行了2個(gè)單元的ICI消除時(shí)的性能的曲線。曲線1709是說(shuō)明沒(méi)有執(zhí)行加窗但執(zhí)行了4個(gè)單元的ICI消除時(shí)的性能的曲線。曲線1711是說(shuō)明執(zhí)行了加窗以及執(zhí)行了4個(gè)單元的ICI消除時(shí)的性能的曲線。
圖18是一組曲線，說(shuō)明2個(gè)和4個(gè)單元的ICI消除的模擬性能的比較，其中在SNR＝20dB時(shí)所發(fā)送信號(hào)估計(jì)為

曲線1801說(shuō)明沒(méi)有執(zhí)行加窗和ICI消除時(shí)的性能。曲線1803說(shuō)明執(zhí)行了加窗但沒(méi)有執(zhí)行ICI消除時(shí)的性能。曲線1805是說(shuō)明沒(méi)有執(zhí)行加窗但執(zhí)行了2個(gè)單元的ICI消除時(shí)的性能的曲線。曲線1807是說(shuō)明執(zhí)行了加窗以及執(zhí)行了2個(gè)單元的ICI消除時(shí)的性能的曲線。曲線1809是說(shuō)明沒(méi)有執(zhí)行加窗但執(zhí)行了4個(gè)單元的ICI消除時(shí)的性能的曲線。曲線1811是說(shuō)明執(zhí)行了加窗以及執(zhí)行了4個(gè)單元的ICI消除時(shí)的性能的曲線。
圖19是一組曲線，說(shuō)明2個(gè)和4個(gè)單元的ICI消除的模擬性能的比較，其中使用在SNR＝100dB時(shí)的所發(fā)送信號(hào)的判定引導(dǎo)估計(jì)。曲線1901說(shuō)明沒(méi)有執(zhí)行加窗和ICI消除時(shí)的性能。曲線1903說(shuō)明執(zhí)行了加窗但沒(méi)有執(zhí)行ICI消除時(shí)的性能。曲線1905是說(shuō)明沒(méi)有執(zhí)行加窗但執(zhí)行了2個(gè)單元的ICI消除時(shí)的性能的曲線。曲線1907是說(shuō)明執(zhí)行了加窗以及執(zhí)行了2個(gè)單元的ICI消除時(shí)的性能的曲線。曲線1909是說(shuō)明沒(méi)有執(zhí)行加窗但執(zhí)行了4個(gè)單元的ICI消除時(shí)的性能的曲線。曲線1911是說(shuō)明執(zhí)行了加窗以及執(zhí)行了4個(gè)單元的ICI消除時(shí)的性能的曲線。
圖20是一組曲線，說(shuō)明2個(gè)和4個(gè)單元的ICI消除的模擬性能的比較，其中使用了在SNR＝20dB時(shí)的所發(fā)送信號(hào)的判定引導(dǎo)估計(jì)。曲線2001說(shuō)明沒(méi)有執(zhí)行加窗和ICI消除時(shí)的性能。曲線2003說(shuō)明執(zhí)行了加窗但沒(méi)有執(zhí)行ICI消除時(shí)的性能。曲線2005是說(shuō)明沒(méi)有執(zhí)行加窗但執(zhí)行了2個(gè)單元的ICI消除時(shí)的性能的曲線。曲線2007是說(shuō)明執(zhí)行了加窗以及執(zhí)行了2個(gè)單元的ICI消除時(shí)的性能的曲線。曲線2009是說(shuō)明沒(méi)有執(zhí)行加窗但執(zhí)行了4個(gè)單元的ICI消除時(shí)的性能的曲線。曲線2011是說(shuō)明執(zhí)行了加窗以及執(zhí)行了4個(gè)單元的ICI消除時(shí)的性能的曲線。
圖21是一組曲線，說(shuō)明2個(gè)和4個(gè)單元的ICI消除的模擬誤符號(hào)率(SER)的比較，其中在SNR＝100dB時(shí)所發(fā)送信號(hào)估計(jì)為

曲線2101說(shuō)明沒(méi)有執(zhí)行加窗和ICI消除時(shí)的性能。曲線2103說(shuō)明執(zhí)行了加窗但沒(méi)有執(zhí)行ICI消除時(shí)的性能。曲線2105是說(shuō)明沒(méi)有執(zhí)行加窗但執(zhí)行了2個(gè)單元的ICI消除時(shí)的性能的曲線。曲線2107是說(shuō)明執(zhí)行了加窗以及執(zhí)行了2個(gè)單元的ICI消除時(shí)的性能的曲線。曲線2109是說(shuō)明沒(méi)有執(zhí)行加窗但執(zhí)行了4個(gè)單元的ICI消除時(shí)的性能的曲線。曲線2111是說(shuō)明執(zhí)行了加窗以及執(zhí)行了4個(gè)單元的ICI消除時(shí)的性能的曲線。
圖22是一組曲線，說(shuō)明2個(gè)和4個(gè)單元的ICI消除的模擬SER的比較，其中在SNR＝20dB時(shí)所發(fā)送信號(hào)估計(jì)為

曲線2201說(shuō)明沒(méi)有執(zhí)行加窗和ICI消除時(shí)的性能。曲線2203說(shuō)明執(zhí)行了加窗但沒(méi)有執(zhí)行ICI消除時(shí)的性能。曲線2205是說(shuō)明沒(méi)有執(zhí)行加窗但執(zhí)行了2個(gè)單元的ICI消除時(shí)的性能的曲線。曲線2207是說(shuō)明執(zhí)行了加窗以及執(zhí)行了2個(gè)單元的ICI消除時(shí)的性能的曲線。曲線2209是說(shuō)明沒(méi)有執(zhí)行加窗但執(zhí)行了4個(gè)單元的ICI消除時(shí)的性能的曲線。曲線2211是說(shuō)明執(zhí)行了加窗以及執(zhí)行了4個(gè)單元的ICI消除時(shí)的性能的曲線。
圖23是一組曲線，說(shuō)明2個(gè)和4個(gè)單元的ICI消除的模擬SER的比較，其中使用在SNR＝100dB時(shí)的所發(fā)送信號(hào)的判定引導(dǎo)估計(jì)。曲線2301說(shuō)明沒(méi)有執(zhí)行加窗和ICI消除時(shí)的性能。曲線2303說(shuō)明執(zhí)行了加窗但沒(méi)有執(zhí)行ICI消除時(shí)的性能。曲線2305是說(shuō)明沒(méi)有執(zhí)行加窗但執(zhí)行了2個(gè)單元的ICI消除時(shí)的性能的曲線。曲線2307是說(shuō)明執(zhí)行了加窗以及執(zhí)行了2個(gè)單元的ICI消除時(shí)的性能的曲線。曲線2309是說(shuō)明沒(méi)有執(zhí)行加窗但執(zhí)行了4個(gè)單元的ICI消除時(shí)的性能的曲線。曲線2311是說(shuō)明執(zhí)行了加窗以及執(zhí)行了4個(gè)單元的ICI消除時(shí)的性能的曲線。
圖24是一組曲線，說(shuō)明2個(gè)和4個(gè)單元的ICI消除的模擬SER的比較，其中使用在SNR＝20dB時(shí)的所發(fā)送信號(hào)的判定引導(dǎo)估計(jì)。曲線2401說(shuō)明沒(méi)有執(zhí)行加窗和ICI消除時(shí)的性能。曲線2403說(shuō)明執(zhí)行了加窗但沒(méi)有執(zhí)行ICI消除時(shí)的性能。曲線2405是說(shuō)明沒(méi)有執(zhí)行加窗但執(zhí)行了2個(gè)單元的ICI消除時(shí)的性能的曲線。曲線2407是說(shuō)明執(zhí)行了加窗以及執(zhí)行了2個(gè)單元的ICI消除時(shí)的性能的曲線。曲線2409是說(shuō)明沒(méi)有執(zhí)行加窗但執(zhí)行了4個(gè)單元的ICI消除時(shí)的性能的曲線。曲線2411是說(shuō)明執(zhí)行了加窗以及執(zhí)行了4個(gè)單元的ICI消除時(shí)的性能的曲線。
從圖15-24所示的結(jié)果中可得出以下結(jié)論 -在沒(méi)有采用ICI消除的情況中，模擬有效SNR相當(dāng)好地與理論預(yù)測(cè)的一致。在這里，理論有效SNR定義為 損失在這里可歸因于非理想信道估計(jì)。
-多普勒中的增益大約為30％，如表1中的結(jié)果預(yù)測(cè)的那樣。
-在應(yīng)用ICI消除時(shí)，加窗極為重要。
-如果等式(12)用于估計(jì)所發(fā)送信號(hào)(即沒(méi)有進(jìn)行判定)，則看來(lái)增加消除單元的數(shù)量會(huì)改進(jìn)性能，盡管從2個(gè)轉(zhuǎn)到4個(gè)消除單元時(shí)只是略微地改進(jìn)。
-當(dāng)采取判定引導(dǎo)方法時(shí)，看來(lái)僅消除兩個(gè)單元實(shí)際上提供比消除四個(gè)單元更好的結(jié)果。
-判定引導(dǎo)方法提供最佳結(jié)果。其原因被認(rèn)為不僅因?yàn)樵谡_判定的情況中誤差為零，而且還因?yàn)閷?duì)于等式(12)的實(shí)際不良值(即其中的估計(jì)信號(hào)具有大幅度)，錯(cuò)誤判定也意味著明顯改進(jìn)。
已經(jīng)參照具體實(shí)施例描述了本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員非常清楚，能夠按照不同于上述實(shí)施例的具體形式來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
例如，一些實(shí)施例可能通過(guò)采用導(dǎo)頻符號(hào)為已知并且不將它們看作未知數(shù)據(jù)的事實(shí)進(jìn)一步改進(jìn)ICI消除器的性能。
此外，在一些實(shí)施例中，信道估計(jì)還可通過(guò)采用高階濾波器進(jìn)一步得到改進(jìn)。更好的信道估計(jì)又表示更好的ICI消除，因?yàn)樾诺拦烙?jì)用于ICI消除過(guò)程。
因此，所述實(shí)施例只是說(shuō)明性的，而決不應(yīng)當(dāng)看作是限制性的。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書、而不是由上述說(shuō)明來(lái)提供，并且落入本權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)的所有變更及等效方案均要包含在其中。
權(quán)利要求
1.一種減小在時(shí)間t所接收的正交頻分復(fù)用(OFDM)信號(hào)的第k個(gè)副載波的載波間干擾(ICI)的方法，其中，所接收的OFDM信號(hào)包括多個(gè)副載波，所述方法包括
產(chǎn)生在副載波k-L上所接收的信號(hào)的自干擾項(xiàng)ICIk-L，k-L，其中，L∈[...，-3，-2，-1，1，2，3，...]，并且所述自干擾項(xiàng)是根據(jù)副載波k-L在時(shí)間t通過(guò)的信道的變化速率進(jìn)行加權(quán)的、在時(shí)間t在所述副載波k-L上所接收的所述數(shù)據(jù)的估計(jì)；
獲得ICI消除系數(shù)GL；
通過(guò)根據(jù)所述ICI消除系數(shù)GL將所述自干擾項(xiàng)ICIk-L.k-L調(diào)節(jié)某個(gè)量，來(lái)產(chǎn)生估計(jì)ICI項(xiàng)；以及
從表示在時(shí)間t在所述第k個(gè)副載波上所接收的信號(hào)的項(xiàng)中減去所述估計(jì)ICI項(xiàng)，
其中，所述ICI消除系數(shù)GL作為窗口函數(shù)的函數(shù)來(lái)確定。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，獲得所述ICI消除系數(shù)GL的步驟包括從存儲(chǔ)裝置中所存儲(chǔ)的表中檢索所述ICI消除系數(shù)GL。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過(guò)執(zhí)行以下步驟來(lái)獲得表示在時(shí)間t在所述第k個(gè)副載波上所接收的信號(hào)的項(xiàng)
將窗口函數(shù)應(yīng)用于所接收的OFDM信號(hào)，以便產(chǎn)生所選加權(quán)樣本集合，其中
在所述OFDM信號(hào)上所發(fā)送的符號(hào)由N個(gè)樣本表示；
所述窗口函數(shù)具有大于N的大??；
所述所選加權(quán)樣本集合包括樣本的中心部分，以及樣本的初始部分和樣本的最后部分中的至少一個(gè)；以及
樣本的所述中心部分由N個(gè)樣本組成；
對(duì)所述所選加權(quán)樣本集合執(zhí)行繞回函數(shù)，以便通過(guò)在所述所選加權(quán)樣本集合包括樣本的所述初始部分時(shí)，將樣本的所述初始部分與從樣本的所述中心部分選取的相似數(shù)量的樣本組合，以及在所述所選加權(quán)樣本集合包括樣本的所述最后部分時(shí)，將樣本的所述最后部分與從樣本的所述中心部分選取的相似數(shù)量的樣本組合，從而產(chǎn)生N個(gè)組合加權(quán)樣本的集合；以及
對(duì)所述N個(gè)組合加權(quán)樣本執(zhí)行快速傅立葉變換。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述窗口函數(shù)是Nyquist窗口。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述窗口函數(shù)為3階窗口，它以一個(gè)階躍函數(shù)開(kāi)始，所述階躍函數(shù)從最小值增加到第一中間值，所述窗口函數(shù)在第一時(shí)間段保持為所述第一中間值，然后從所述第一中間值增加到第二中間值，在第二時(shí)間段保持為所述第二中間值，然后從所述第二中間值增加到第三中間值，在第三時(shí)間段保持為所述第三中間值，然后采用另一個(gè)階躍函數(shù)，從所述第三中間值增加到最大值，在第四時(shí)間段保持為所述最大值，然后采用一個(gè)階躍函數(shù)，從所述最大值減小到所述第三中間值，在第五時(shí)間段保持為所述第三中間值，然后采用一個(gè)階躍函數(shù)，從所述第三中間值減小到所述第二中間值，在第六時(shí)間段保持為所述第二中間值，然后采用一個(gè)階躍函數(shù)，從所述第二中間值減小到所述第一中間值，在第七時(shí)間段保持為所述第一中間值，然后采用一個(gè)階躍函數(shù)，從所述第一中間值減小到所述最小值。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述ICI消除系數(shù)按照下式來(lái)確定
式中，WREL是相對(duì)于N的所述窗口函數(shù)的滾降區(qū)域的大小。
7.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述窗口函數(shù)為1階窗口，它以一個(gè)階躍函數(shù)開(kāi)始，所述階躍函數(shù)從最小值增加到中間值，所述窗口函數(shù)在第一時(shí)間段保持為所述中間值，然后采用另一個(gè)階躍函數(shù)，從所述中間值增加到最大值，在第二時(shí)間段保持為所述最大值，然后采用一個(gè)階躍函數(shù)，從所述最大值減小到所述中間值，在第三時(shí)間段保持為所述中間值，然后采用一個(gè)階躍函數(shù)，從所述中間值又減小到所述最小值。
8.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于
在所述OFDM信號(hào)上所發(fā)送的所述符號(hào)由循環(huán)前綴前導(dǎo)；以及
所述方法包括
估計(jì)所述副載波k通過(guò)的信道的時(shí)間彌散量；以及
調(diào)節(jié)所述窗口函數(shù)的大小，使得它大于N但不會(huì)大到足以擴(kuò)展到受到所述信道的時(shí)間彌散影響的循環(huán)前綴的一部分中。
9.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，包括
根據(jù)所述窗口函數(shù)的長(zhǎng)度來(lái)選擇所述窗口函數(shù)的形狀。
10.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，包括
根據(jù)在時(shí)間t所接收的所述OFDM信號(hào)中消除的單元數(shù)量來(lái)選擇所述窗口函數(shù)的形狀。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述自干擾項(xiàng)ICIk-L，k-L按照下式來(lái)估計(jì)
式中，
是在時(shí)間t在副載波k-L上發(fā)送的所述數(shù)據(jù)的估計(jì)，以及
是在時(shí)間t處副載波k-L的所述信道的導(dǎo)數(shù)的估計(jì)。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，
通過(guò)采用判定引導(dǎo)技術(shù)來(lái)確定。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述自干擾項(xiàng)ICIk-L，k-L按照下式來(lái)確定
式中
TN是與表示所述OFDM信號(hào)中的符號(hào)的N個(gè)樣本對(duì)應(yīng)的持續(xù)時(shí)間；
Tcp是所述符號(hào)之前的循環(huán)前綴的持續(xù)時(shí)間；
是副載波k-L的當(dāng)前信道估計(jì)；
是副載波k-L的下一個(gè)信道估計(jì)；
是副載波k-L的前一個(gè)信道估計(jì)；
Dk-L(t)是在時(shí)間t在副載波k-L上實(shí)際發(fā)送的信號(hào)；以及
Hk-L(t)是在時(shí)間t在副載波k-L上的實(shí)際信道。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括
將所述估計(jì)ICI項(xiàng)與預(yù)定信噪比(SNR)進(jìn)行比較，
其中，僅在所述估計(jì)ICI項(xiàng)與所述預(yù)定SNR的比較結(jié)果滿足預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，從表示在時(shí)間t在所述第k個(gè)副載波上所接收的信號(hào)的項(xiàng)中減去所述估計(jì)ICI項(xiàng)的步驟才被執(zhí)行估計(jì)。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，L＝±1。
16.一種用于減小在時(shí)間t所接收的正交頻分復(fù)用(OFDM)信號(hào)的第k個(gè)副載波的載波間干擾(ICI)的裝置，其中，所接收的OFDM信號(hào)包括多個(gè)副載波，所述裝置包括
配置成產(chǎn)生在副載波k-L上所接收的信號(hào)的自干擾項(xiàng)ICIk-L，k-L的邏輯，其中，L∈[...，-3，-2，-1，1，2，3，...]，以及所述自干擾項(xiàng)是根據(jù)副載波k-L在時(shí)間t通過(guò)的信道的變化速率進(jìn)行加權(quán)的、在時(shí)間t在所述副載波k-L上所接收的數(shù)據(jù)的估計(jì)；
配置成獲得ICI消除系數(shù)GL的邏輯；
配置成通過(guò)根據(jù)所述ICI消除系數(shù)GL將所述自干擾項(xiàng)ICIk-L，k-L調(diào)節(jié)某個(gè)量來(lái)產(chǎn)生估計(jì)ICI項(xiàng)的邏輯；以及
配置成從表示在時(shí)間t在所述第k個(gè)副載波上所接收的信號(hào)的項(xiàng)中減去所述估計(jì)ICI項(xiàng)的邏輯，
其中，所述ICI消除系數(shù)GL作為窗口函數(shù)的函數(shù)來(lái)確定。
17.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，配置成獲得所述ICI消除系數(shù)GL的所述邏輯包括配置成從存儲(chǔ)裝置中所存儲(chǔ)的表中檢索所述ICI消除系數(shù)GL的邏輯。
18.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，包括配置成通過(guò)執(zhí)行以下步驟來(lái)產(chǎn)生表示在時(shí)間t在所述第k個(gè)副載波上所接收的信號(hào)的項(xiàng)的邏輯
將窗口函數(shù)應(yīng)用于所接收的OFDM信號(hào)，以便產(chǎn)生所選加權(quán)樣本集合，其中
在所述OFDM信號(hào)上所發(fā)送的符號(hào)由N個(gè)樣本表示；
所述窗口函數(shù)具有大于N的大??；
所述所選加權(quán)樣本集合包括樣本的中心部分，以及樣本的初始部分和樣本的最后部分中的至少一個(gè)；以及
樣本的所述中心部分由N個(gè)樣本組成；
對(duì)所述所選加權(quán)樣本集合執(zhí)行繞回函數(shù)，以便通過(guò)在所述所選加權(quán)樣本集合包括樣本的所述初始部分時(shí)，將樣本的所述初始部分與從樣本的所述中心部分選取的相似數(shù)量的樣本組合，以及在所述所選加權(quán)樣本集合包括樣本的所述最后部分時(shí)，將樣本的所述最后部分與從樣本的所述中心部分選取的相似數(shù)量的樣本組合，從而產(chǎn)生N個(gè)組合加權(quán)樣本的集合；以及
對(duì)所述N個(gè)組合加權(quán)樣本執(zhí)行快速傅立葉變換。
19.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，所述窗口函數(shù)是Nyquist窗口。
20.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，所述窗口函數(shù)為3階窗口，它以一個(gè)階躍函數(shù)開(kāi)始，所述階躍函數(shù)從最小值增加到第一中間值，所述窗口函數(shù)在第一時(shí)間段保持為所述第一中間值，然后從所述第一中間值增加到第二中間值，在第二時(shí)間段保持為所述第二中間值，然后從所述第二中間值增加到第三中間值，在第三時(shí)間段保持為所述第三中間值，然后采用另一個(gè)階躍函數(shù)，從所述第三中間值增加到最大值，在第四時(shí)間段保持為所述最大值，然后采用一個(gè)階躍函數(shù)，從所述最大值減小到所述第三中間值，在第五時(shí)間段保持為所述第三中間值，然后采用一個(gè)階躍函數(shù)，從所述第三中間值減小到所述第二中間值，在第六時(shí)間段保持為所述第二中間值，然后采用一個(gè)階躍函數(shù)，從所述第二中間值減小到所述第一中間值，在第七時(shí)間段保持為所述第一中間值，然后采用一個(gè)階躍函數(shù)，從所述第一中間值減小到所述最小值。
21.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，所述ICI消除系數(shù)按照下式來(lái)確定
式中，WREL是相對(duì)于N的所述窗口函數(shù)的滾降區(qū)域的大小。
22.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，所述窗口函數(shù)為1階窗口，它以一個(gè)階躍函數(shù)開(kāi)始，所述階躍函數(shù)從最小值增加到中間值，所述窗口函數(shù)在第一時(shí)間段保持為所述中間值，然后采用另一個(gè)階躍函數(shù)，從所述中間值增加到最大值，在第二時(shí)間段保持為所述最大值，然后采用一個(gè)階躍函數(shù)，從所述最大值減小到所述中間值，在第三時(shí)間段保持為所述中間值，然后采用一個(gè)階躍函數(shù)，從所述中間值又減小到所述最小值。
23.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于
在所述OFDM信號(hào)上所發(fā)送的所述符號(hào)由循環(huán)前綴前導(dǎo)；以及
所述裝置包括
配置成估計(jì)所述副載波k通過(guò)其中的信道的時(shí)間彌散量的邏輯；以及
配置成調(diào)節(jié)所述窗口函數(shù)的大小、使得它大于N但不會(huì)大到足以擴(kuò)展到受到所述信道的時(shí)間彌散影響的所述循環(huán)前綴的一部分中的邏輯。
24.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，包括
配置成根據(jù)所述窗口函數(shù)的長(zhǎng)度來(lái)選擇所述窗口函數(shù)的形狀的邏輯。
25.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，包括
配置成根據(jù)在時(shí)間t所接收的所述OFDM信號(hào)中消除的單元數(shù)量來(lái)選擇所述窗口函數(shù)的形狀的邏輯。
26.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，配置成產(chǎn)生所述自干擾項(xiàng)ICIk-L，k-L的所述邏輯按照下式來(lái)估計(jì)所述自干擾項(xiàng)ICIk-L，k-L
式中，
是在時(shí)間t在副載波k-L上發(fā)送的所述數(shù)據(jù)的估計(jì)，以及
是在時(shí)間t處副載波k-L的所述信道的導(dǎo)數(shù)的估計(jì)。
27.如權(quán)利要求26所述的裝置，其特征在于，包括配置成采用判定引導(dǎo)技術(shù)來(lái)確定
的邏輯。
28.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，包括配置成按照下式來(lái)確定所述自干擾項(xiàng)ICIk-L，k-L的邏輯
式中
TN是與表示所述OFDM信號(hào)中的符號(hào)的N個(gè)樣本對(duì)應(yīng)的持續(xù)時(shí)間；
Tcp是所述符號(hào)之前的循環(huán)前綴的持續(xù)時(shí)間；
是副載波k-L的當(dāng)前信道估計(jì)；
是副載波k-L的下一個(gè)信道估計(jì)；
是副載波k-L的前一個(gè)信道估計(jì)；
Dk-L(t)是在時(shí)間t在副載波k-L上實(shí)際發(fā)送的信號(hào)；以及
Hk-L(t)是在時(shí)間t在副載波k-L上的實(shí)際信道。
29.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，包括
配置成將所述估計(jì)ICI項(xiàng)與預(yù)定信噪比(SNR)進(jìn)行比較的邏輯，
其中，僅在所述估計(jì)ICI項(xiàng)與所述預(yù)定SNR的比較結(jié)果滿足預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，配置成從表示在時(shí)間t在所述第k個(gè)副載波上所接收的信號(hào)的項(xiàng)中減去所述估計(jì)ICI項(xiàng)的所述邏輯才進(jìn)行操作估計(jì)。
30.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，L＝±1。
31.一種正交頻分復(fù)用(OFDM)接收器，包括
快速傅立葉變換單元；
信道估計(jì)器；
均衡器；
配置成將窗口函數(shù)應(yīng)用于所接收的OFDM信號(hào)的邏輯；
配置成產(chǎn)生所述OFDM信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)副載波的一個(gè)或多個(gè)自干擾項(xiàng)的邏輯；以及
配置成根據(jù)所述一個(gè)或多個(gè)自干擾項(xiàng)和所述窗口函數(shù)來(lái)減小所接收的OFDM信號(hào)中的載波間干擾的邏輯。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于，減小在時(shí)間t所接收的正交頻分復(fù)用(OFDM)信號(hào)的第k個(gè)副載波的載波間干擾(ICI)，其中，所接收OFDM信號(hào)包括多個(gè)副載波。這通過(guò)產(chǎn)生副載波k-L上所接收的信號(hào)的自干擾項(xiàng)ICIk-L，k-L來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中，L∈[...，-3，-2，-1，1，2，3，...]，以及自干擾項(xiàng)是根據(jù)副載波k-L在時(shí)間t通過(guò)的信道的變化速率進(jìn)行加權(quán)的、在時(shí)間t在副載波k-L上所接收的數(shù)據(jù)的估計(jì)。ICI消除系數(shù)GL根據(jù)非矩形時(shí)域加窗函數(shù)來(lái)獲得，以及估計(jì)ICI項(xiàng)通過(guò)根據(jù)ICI消除系數(shù)GL將自干擾項(xiàng)ICIk-L，k-L調(diào)節(jié)某個(gè)量來(lái)產(chǎn)生。然后從表示在時(shí)間t在第k個(gè)副載波上所接收的信號(hào)的項(xiàng)中減去估計(jì)ICI項(xiàng)。
文檔編號(hào)H04L27/26GK101204057SQ200680022144
公開(kāi)日2008年6月18日 申請(qǐng)日期2006年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月21日
發(fā)明者L·威廉森, M·福爾克納 申請(qǐng)人:艾利森電話股份有限公司