在ofdm通信中的动态调节的ofdm信道估计滤波的制作方法

文档序号:7808028阅读:216来源:国知局
专利名称:在ofdm通信中的动态调节的ofdm信道估计滤波的制作方法
在OFDM通信中的动态调节的OFDM信道估计滤波
相关申请的交叉引用本专利文件要求于2010年12月29日提交的标题为“DYNAMICALLY ADJUSTEDOFDM CHANNEL ESTIMATION FILTERING IN OFDM COMMUNICATIONS” 的美国临时专利申请号61/428,219的优先权利益。上面引用的临时专利申请的全部内容通过引用被合并为本专利文件的一部分。背景本专利文件涉及无线通信、无线通信设备和无线通信系统。无线通信系统使用电磁波来与位于系统的覆盖区域的小区内的无线通信设备进行通信。为无线通信服务或特定类别的无线服务指定或分配的无线电频谱范围或频带可分成不同的无线电载波频率,用于产生不同的通信频率信道。对于给定的无线系统,通信容量随着通信频率信道的数量的增加而增加。两个不同的频率信道当其位置在频率上彼此太接近时可能彼此干扰或串扰,以产生噪声,因而减小信噪比。减小两个相邻的信道之间的最小频率间隔的一种技术是通过使用正交频分复用(OFDM)来在给定的频带内产生不同的信道。当不同的信道以选定的相等间隔开的频率为中心时,这种技术产生彼此正交的信道频谱分布。在OFDM下,频率间隔可能比常规频率信道中的最小间隔更小,因此增加在给定频带内的信道的数量。在IEEE 806. 16x标准下的现有和发展中的规范支持在OFDM和正交频分多址(OFDMA)下的无线通信。例如,在2004年I月公布的IEEE806. 16d标准的草案提供对OFDM和OFDMA无线系统的技术规范。发明概述本文件除了别的以外还描述了用于无线通信的技术,包括提高信道估计作为对所发送的信号进行解码的过程的部分的设备、系统和方法。在一个方面,公开了无线通信方法。该方法包括接收在多个子载波上的多个参考信号;基于所接收的多个参考信号来执行信道估计以获得多个粗信道估计;确定将用于信道估计精细化的一定数量的粗信道估计;以及使用来自多个粗信道估计的所述数量的粗信道估计来计算精细的信道估计。在另一方面,基于正交频域复用(OFDM)的通信系统可包括基站的网络,这些基站在空间上分布在服务区域中以形成无线通信设备的无线电接入网络。每个基站包括接收机模块,其接收在多个子载波上的多个参考信号;信道估计模块,其基于所接收的多个参考信号来执行信道估计以获得多个粗信道估计;信道估计滤波模块,其确定将用于信道估计精细化的一定数量的粗信道估计;以及信道估计精细化模块,其使用来自多个粗信道估计的所述数量的粗信道估计来提供精细的信道估计。在另一方面,公开了用于在正交频域复用(OFDM)通信系统中执行信道估计的无线通信装置。该装置包括接收机模块,其用于接收在多个子载波上的多个参考信号;信道估计模块,其用于基于所接收的多个参考信号来执行信道估计以获得多个粗信道估计;信道估计滤波模块,其用于确定将用于信道估计精细化的一定数量的粗信道估计;以及信道估计精细化模块,其用于使用来自多个粗信道估计的所述数量的粗信道估计来计算精细的信道估计。在又一方面,公开了包括存储有计算机可执行指令的非易失性计算机可读介质的计算机程序。指令包括用于便于进行下列操作的代码接收在多个子载波上的多个参考信号;基于所接收的多个参考信号来执行信道估计以获得多个粗信道估计;确定将用于信道估计精细化的一定数量的粗信道估计;以及使用来自多个粗信道估计的该数量的粗信道估计来计算精细的信道估计。在下面的附件、附图
和描述中阐述了一个或多个实 现的细节。根据该描述、附图和根据权利要求,其它特征将是明显的。附图的简要说明图I示出无线通信系统的例子。图2示出无线电站结构的例子。图3示出可实现根据实施方式的OFDM接收机系统的无线通信系统的例子。图4是示出示例性OFDM接收机系统的图示。图5是示出作为数据SNR和信道估计SNR的函数的示例性SER的曲线。图6是示出根据实施方式的示例性OFDM接收机系统的图示。图7是无线通信的过程的流程图表示。图8是无线通信装置的一部分的方框图表示。在不同图中的相似的参考符号表示相似的元件。详细描述OFDM接收机常常需要信道估计作为对所发送的信号解码的过程的一部分。为了帮助接收机计算信道的响应,发射机常常配置成周期性地在某些子载波上发送已知的参考信号(也称为导频信号)。通过比较实际接收的信号与已知已被发送的信号,接收机可估计信道的响应。此外,如在长期演进(LTE)OFDMA上行链路中的,情况常常是,参考信号配置成占用几个相邻的子载波。因为在相邻子载波之间的信道响应是高度相关的,来自相邻或附近子载波的信道响应可组合和求平均值,以便产生提高的信道估计。这称为在频域中的信道估计滤波。滤波可以是计算密集的操作,且在一些情况下,如果不经任何滤波信道估计的信噪比就是可接受的,则滤波不是必须的。利用静止或固定的滤波算法可能在其结果将产生具有超过目标性能要求的信噪比的经滤波的信号估计时浪费计算资源。相反,根据未经滤波的和所需经滤波的信道估计的信噪比改变滤波器长度L的动态信道估计滤波计算可更好地优化计算资源,并允许接收机同时对更多的信道执行信道估计滤波。图I示出根据实施方式的示例性无线通信系统100,其在OFDM或OFDMA下使用不同频率处的通信信道来提供所基于的无线通信服务。系统100可包括基站(BS)或基站收发机(BST) 120的网络,基站(BS)或基站收发机(BST) 120在空间上分布在服务区域中以形成无线用户或无线用户站(SS)IlO的无线电接入网络。在一些实现中,基站120可设计成具有定向天线,并产生两个或多个定向波束以进一步将每个小区分成不同的区域。基站控制器(BSC) 130通常使用电线或电缆连接到BS 120并控制所连接的BS 120。每个BSC 130通常连接并控制两个或多个指定的BS 120。
无线系统100可包括载波分组网络140,其可连接到一个或多个公共交换电话网络(PSTN) 150和一个或多个分组数据网络160 (例如,IP网络)。移动交换中心(MSC) 152可用作BSC 130和PSTN 150之间的接口。分组数据服务节点142可用于提供载波分组网络140和分组数据网络160之间的接口。此外,载波分组网络管理器144可连接到载波分组网络140以提供各种 网络管理功能,例如用于认证、授权和计费(AAA)功能的AAA服务器。每个用户站110可以是静止或移动的无线通信设备。静止无线设备的例子可包括桌上型计算机和计算机服务器。移动无线设备的例子可包括移动无线电话、个人数字助理(PDA)和移动计算机。用户站110可以是能够与基站120无线地通信的任何通信设备。在一个实施方式中,图I中的系统可以应用于在IEEE 802. 16x标准例如IEEE802. 16d(2004年I月)中提供的在OFDM和OFDMA下的从2到IlGHz的通信频带。在OFDM和OFDMA系统中,可用频带分成在不同频率处正交的子载波。在OFDMA系统中,子信道从子载波的子集形成。在OFDMA中,总共32个子信道被分配到每个无线电小区。基站(BS)或基站收发机(BST) 120可包括OFDM接收机。OFDM接收机可提供信道估计作为对所发送的信号解码的过程的一部分。为了帮助接收机计算信道的响应,发射机常常配置成周期性地发送在某些子载波上的已知参考信号(也称为导频信号)。通过比较实际接收的信号与已知已被发送的信号,接收机可估计信道的响应。此外,如在长期演进(LTE)OFDMA上行链路中的,情况常常是,参考信号配置成占用几个相邻的子载波。因为在相邻子载波之间的信道响应是高度相关的,来自相邻或附近子载波的信道响应可组合和求平均值,以便产生提高的信道估计。这称为在频域中的信道估计滤波。图2示出执行在频域中的信道估计滤波的示例性OFDM接收机的示意图。可使用适合于实现本文公开的功能的硬件和软件的组合来执行在系统200中示出的产生经滤波的信道估计的示例性处理。在一个实施方式中,所述硬件可包括数字信号处理器,例如来自德克萨斯州达拉斯的Texas Instruments Incorporated的TMS320TCI6616无线基站片上系统。数字信号处理器可以配置有处理器可执行指令。处理器可执行指令可存储在数字信号处理器内的或与数字信号处理器通信的随机存取存储器(RAM)中,或存储在数字信号处理器内的或与数字信号处理器通信的非易失性存储器例如只读存储器(ROM)、EEPR0M(电可擦除和可编程只读存储器)、或E-闪存(嵌入式闪存)中。配置数字信号处理器的可执行指令可实现与彼此和与基站内外的硬件和软件进行通信的一定数量的软件模块或应用,以便实现OFDM接收机200的功能。所接收的基带信号202被发送到从OFDM符号移除循环前缀(CP)的模块204 (CP移除模块)。CP移除模块204的输出被发送到系统DFT模块206,其将信号从时域转换到频域。信号接着进入导频补偿(PC)模块208,其提取用于发送参考序列的子载波,并且还针对所发送的已知参考信号进行补偿。令D表示系统DFT模块206的进入PC模块208的矢量输出。接着PC模块208的输出可被写为
ττ ,.、 D(i + P')tHraw{i) - ~~p^ —, ^ i ^ Neef-I 公式(I)其中Hra是PC模块208的输出,Nref是参考符号实际占用的系统DFT子载波的数量,P1是系统DFT的输出中的第一参考符号的位置。P是包含从发射机发送的已知参考符号的长度为Nkef的矢量(假定没有参考符号具有值O)。例如,假设已知发射机在子载波123到157上发送35个参考符号(矢量P)。在这种情况下,P1将是123,而Nkef将是35。在本文件内的描述中,假定所有矢量是列矢量,除非另外规定。因此,Hraw是包含粗信道估计的矢量。在不包含噪声的理想系统中,Hraw将优选地表示在发射机和接收机之间的信道响应(Harfual)。然而,在真实世界系统中,噪声使信道估计恶化,且滤波常常用于提高信道估计的准确度。信道估计滤波器(CEF) 210模块试图利用信道响应的已知先验自相关特性,以便产生具有提高的准确度的精细的信道估计212。因为附近子载波的信道响应通常是相关的,滤波可被应用,以便合并相邻信道估计以产生称为Hfilt的最终的精细信道估计矢量。这个滤波操作常常设计成使得长度(L)的滤波器应用于所有信道估计。它可以是或可以不是同一长度L滤波器应用于所有信道估计的情况。滤波操作可如下被表示为矩阵操作Hfilt = MsmoothHraw 公式(2)下文示出Nref = 12和L = 5时的示例性Ms_th矩阵。
权利要求
1.一种在正交频域复用(OFDM)通信系统中执行信道估计的方法,所述方法包括 接收在多个子载波上的多个参考信号; 基于所接收的多个参考信号来执行信道估计以获得多个粗信道估计; 确定将用于信道估计精细化的粗信道估计的数量;以及 使用来自所述多个粗信道估计的所述数量的粗信道估计来计算精细的信道估计。
2.如权利要求I所述的方法,其中确定粗信道估计的数量的操作包括使用信噪比(SNR)标准来确定粗信道估计的数量。
3.如权利要求2所述的方法,其中确定粗信道估计的数量的操作还包括 确立先验的、在粗信道估计的数量和信道估计中的SNR提高之间的关系;以及 选择最大化信道估计中的SNR提高的粗信道估计的数量。
4.如权利要求I所述的方法,其中执行信道估计的操作包括执行频域中的信道估计。
5.如权利要求I所述的方法,其中计算所述多个粗信道估计的操作包括通过滤波所述数量的粗信道估计来计算所述多个粗信道估计。
6.如权利要求5所述的方法,其中滤波所述数量的粗信道估计包括对所述数量的粗信道估计求平均值。
7.如权利要求I所述的方法,其中不同数量的粗信道估计用于计算至少两个不同的精细的信道估计。
8.—种在正交频域复用(OFDM)通信系统中执行信道估计的装置,所述装置包括 接收机模块,其接收在多个子载波上的多个参考信号;信道估计模块,其基于所接收的多个参考信号来执行信道估计以获得多个粗信道估计; 信道估计滤波模块,其确定将用于信道估计精细化的粗信道估计的数量;以及信道估计精细化模块,其使用来自所述多个粗信道估计的所述数量的粗信道估计来提供精细的信道估计。
9.如权利要求8所述的装置,其中所述信道估计滤波模块包括信噪比(SNR)模块,所述信噪比(SNR)模块用于使用信噪比(SNR)标准来确定粗信道估计的所述数量。
10.如权利要求9所述的装置,其中所述信道估计滤波模块还包括确立模块,其确立先验的、在粗信道估计的数量和信道估计中的SNR提高之间的关系;以及 选择模块,其选择最大化信道估计中的SNR提高的粗信道估计的数量。
11.如权利要求8所述的装置,其中所述信道估计模块能够操作来执行频域中的信道估计。
12.如权利要求8所述的装置,其中所述信道估计模块包括滤波模块,所述滤波模块通过滤波所述数量的粗信道估计来产生所述多个粗信道估计。
13.如权利要求12所述的装置,其中滤波所述数量的粗信道估计包括对所述数量的粗信道估计求平均值。
14.如权利要求8所述的装置,其中不同数量的粗信道估计用于计算至少两个不同的精细的信道估计。
15.—种包括存储有计算机可执行指令的非易失性计算机可读介质的计算机程序产品,所述指令包括便于进行下列操作的代码 接收在多个子载波上的多个参考信号; 基于所接收的多个参考信号来执行信道估计以获得多个粗信道估计; 确定将用于信道估计精细化的粗信道估计的数量;以及 使用来自所述多个粗信道估计的所述数量的粗信道估计来计算精细的信道估计。
16.一种信道估计装置,包括 用于接收在多个子载波上的多个参考信号的装置; 用于基于所接收的多个参考信号来执行信道估计以获得多个粗信道估计的装置;用于确定将用于信道估计精细化的粗信道估计的数量的装置;以及用于使用来自所述多个粗信道估计的所述数量的粗信道估计来计算精细的信道估计的装置。
17.一种在接收机中获得信道估计的方法,包括 接收具有循环前缀并相应于信道的基带信号; 从所述基带信号移除所述循环前缀; 将所述基带信号从时域转换到频域以产生在所述频域中的基带信号; 从所述频域中的所述基带信号提取用于发送所述基带信号的子载波,以产生粗信道估计; 为经滤波的信道估计确定所需的信噪比; 确定实现所述经滤波的信道估计的所需的信噪比而需要的每一粗信道估计的滤波器乘法的最小数量,其中每一经滤波的信道的乘法的最小数量相应于确定的滤波器长度;以及 使用具有所确定的滤波器长度的滤波器来滤波所述粗信道估计,以产生所述经滤波的信道估计。
18.—种在接收机中获得经滤波的信道估计的方法,包括 接收粗信道估计; 使用具有实现期望的信噪比所需的最小确定的滤波器长度的滤波器来滤波所述粗信道估计。
19.一种在接收机中分配滤波资源的方法,包括 对于多个信道中的每个信道 为相应于所述信道的经滤波的信道估计确定所需的信噪比; 确定实现所述经滤波的信道估计的所需的信噪比而需要的每一粗信道估计的滤波器乘法的最小数量,其中每一经滤波的信道的乘法的最小数量相应于确定的滤波器长度;以及 以每个信道所需的确定的滤波器长度的升序来分配接收机的可用滤波资源;以及对于被分配了滤波资源的每个信道,使用具有所确定的滤波器长度的滤波器来滤波所述粗信道估计以产生所述经滤波的信道估计。
20.一种接收机,包括 天线,其能够操作来接收具有循环前缀并相应于信道的基带信号;以及 处理器,其与所述天线进行通信,所述处理器能够操作以从所述基带信号移除所述循环前缀; 将所述基带信号从时域转换到频域以产生在所述频域中的基带信号; 从所述频域中的所述基带信号提取用于发送所述基带信号的子载波,以产生粗信道估计; 为经滤波的信道估计确定所需的信噪比; 确定实现所述经滤波的信道估计的所需的信噪比而需要的每一粗信道估计的滤波器乘法的最小数量,其中每一经滤波的信道的乘法的最小数量相应于确定的滤波器长度;以及 使用具有所确定的滤波器长度的滤波器来滤波所述粗信道估计,以产生所述经滤波的信道估计。
21.一种基于正交频域复用(OFDM)的通信系统,包括 基站的网络,所述基站在空间上分布在服务区域中以形成无线通信设备的无线电接入网络, 其中每个基站包括 接收机模块,其接收在多个子载波上的多个参考信号; 信道估计模块,其基于所接收的多个参考信号来执行信道估计以获得多个粗信道估计; 信道估计滤波模块,其确定将用于信道估计精细化的粗信道估计的数量;以及信道估计精细化模块,其使用来自所述多个粗信道估计的所述数量的粗信道估计来提供精细的信道估计。
全文摘要
本申请涉及在OFDM通信中的动态调节的OFDM信道估计滤波。用于在正交频域复用(OFDM)通信系统中执行信道估计的技术包括接收在多个子载波上的多个参考信号;基于所接收的多个参考信号来执行信道估计以获得多个粗信道估计;确定将用于信道估计精细化的粗信道估计的数量;以及使用来自多个粗信道估计的所述数量的粗信道估计来计算精细的信道估计。
文档编号H04L27/26GK102638424SQ20111045296
公开日2012年8月15日 申请日期2011年12月29日 优先权日2010年12月29日
发明者詹姆士·普托拉斯 申请人:Zte维创通讯公司
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