信道估计的方法和信道估计器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及信道估计的方法和信道估计器。一种方法包括通过多信道路径来接收信号、生成接收信号的多个观察向量、生成所述多个观察向量的信道协方差矩阵以及通过以不同的时间偏移将脉冲成形向量投影在信道协方差矩阵上来识别第一路径并选择其最大值作为第一路径。其后，能够识别其他路径。在每个情况下，通过以不同的时间偏移将脉冲成形向量投影到n-1个先前识别路径的零空间中来识别第n路径，并且其最大值被选作第n路径。
【专利说明】信道估计的方法和信道估计器
【技术领域】
[0001]本公开涉及信道估计的方法和信道估计器。
【背景技术】
[0002]无线无线电传输系统能够被基于能够以例如单载波或多载波数据信号的形式来发射和接收已调数据信号的发射机和接收机来配置。多载波无线电传输系统的一个示例是正交频分复用(0FDM)，其中，OFDM发射机广播由包含多个等间距载波频率的符号组成的信息。无线通信信道的特性通常由于传输路径的改变而随时间推移而变化。为了在存在传输信道的显著时间变化的情况下对OFDM已调数据进行解调，需要传输信道频率响应的知识。这使得需要接收机提供传输信道的适当信道估计。
[0003]在无线无线电传输系统中，发射信号在通过无线通信信道的传播之后到达接收机。在传播信道中，发射信号以非常复杂的方式与环境相交互。通过无线通信信道的信号传播由于来自大型障碍物的反射、较小对象和边缘周围的衍射以及通过介质的折射和信号散射而引起接收信号中的各种类型的衰减。这些复杂的交互导致通过多个路径发射的信号的多个延迟版本或副本的接收，每个版本具有随机分布的振幅和相位。一般地，信道被已知由于多个路径而经历延迟扩展或时间扩散，并且被称为多路径衰落信道。
[0004]多路径衰落可以由于符号间干扰(ISI)而引起信号解码中的错误，并且还可以影响通信系统的性能。因此，延迟扩展被认为是传播信道的重要特性中的一个，因为其影响通信系统的性能。然而，传播信道的甚至更重要的特性是延迟在窗口内的精确定位。因此，关于信道的延迟路径的知识从而能够被用于设计更好的接收机结构，其本身能够适合于处理底层信道的变化性质，并且提供增强用户体验的改进性能。
[0005]用于延迟估计和路径发现的常规方法不能实现必需的时间分辨率，这意味着在时间上相对地相互接近的路径不能以令人满意的方式在时间上被分辨。其他已知方法可能能够达到令人满意的时间分辨率，但是可能要求相当于路径数目的维度方面的最优化，这可能意指例如将要求很大计算复杂性的6维最优化问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]包括附图是为了提供本公开的各方面的进一步理解，并且被结合在本说明书中且组成其一部分。附图图示出各方面并连同描述一起用于解释各方面的原理。将很容易认识到其他方面和示例及方面和示例的许多预期优点，因为通过参考以下详细描述，其将被更好地理解。相同的附图标记指定相应的类似部分。
[0007]图1图示出信道估计的示例性方法的流程图。
[0008]图2图示出用于说明信道估计的示例性方法的示意性方框表示。
[0009]图3图示出示例性信道估计器的示意性方框表示。
[0010]图4图示出示例性组合的信道估计器和均衡器的示意性方框表示，该信道估计器包括相关器。[0011]图5图示出包括示例性组合的信道估计器和均衡器的示意性方框表示的系统模型，该信道估计器包括导频相关器。
[0012]图6图示出识别多路径信号中的路径的示例性方法的流程图。
[0013]图7图示出识别多路径信号中的路径的示例性方法的流程图。
[0014]图8图示出识别多路径信号中的路径的示例性方法的流程图。
[0015]图9图示出估计所识别路径的振幅的示例性方法的流程图。
[0016]图10图示出包括信道估计器的无线通信系统的示意性方框表示。
【具体实施方式】
[0017]参考附图来描述各方面和示例，其中，一般自始至终利用相同的附图标记来指示相同的元件。在以下详细描述中，出于说明的目的，阐述了许多特定细节以便提供对一个和多个方面或示例的透彻理解。然而，对于本领域的技术人员而言可能显而易见的是可以用较小程度的特定细节来实施一个或多个方面或示例。在其他实例中，以示意性形式示出了已知结构和元件以便促进描述一个或多个方面或示例。应理解的是在不脱离本公开的范围的情况下可以利用其示例，并且可以进行结构或逻辑修改。
[0018]另外，虽然可以相对于多个实施方式中的仅一个来公开示例的特定特征或方面，但可以根据需要将此类特征或方面与其他实施方式的一个或多个其他特征和/或方面组合，并且这对于任何给定或特定应用而言是有利的。此外，在已在详细描述或权利要求中使用术语“包括”、“具有”、“带有”或其变体的程度上，此类术语意图以与术语“包括”类似的方式是包括性的。可以使用术语“耦合”和“连接”以及派生词。应理解的是这些术语可以用来指示两个元件相互合作或交互，无论其是处于直接物理或电接触还是其相互并未直接接触。并且，术语“示例性”仅仅意图作为示例，而不是最好或最佳的。因此，不应以限制性意义来理解以下详细描述，并且本发明的范围由所附权利要求来定义。
[0019]本文所述的设备和方法被用作无线电传输系统的一部分并用于无线电传输系统，例如用于根据类似于GSM标准、EDGE标准、UMTS标准或长期演进(LTE)标准的移动通信标准中的任何一个操作的系统。因此可以与任何种类的载波无线电传输系统相结合地阅读以下描述，诸如在这些标准中的一个或多个中实现的那些以及还有例如用于在正交频分复用(OFDM)模式下操作的系统。可以在被用于根据这些标准中的一个或多个生成的无线电信号的传输或接收的设备的基带段中体现公开的设备，特别是基站、中继站、移动电话、手持式设备或其他种类的移动无线电接收机。所述设备可以用来执行本文所述的方法，不过也可以以任何其他方式来执行那些方法。
[0020]还可以结合数字视频广播(DVB-T/H)领域中的多载波无线电传输系统来阅读以下描述，其基于陆地发射机和适合于移动或手持式接收机的通信系统设计。然而，例如卫星OFDM系统的其他通信系统也可以受益于本文概述的概念和原理。
[0021]本文所述的方法和设备可以与在本文所述的多载波无线电传输系统中所采用的任何种类的天线配置一起使用。特别地，本文提出的概念可应用于采用任意数目的发射和/或接收天线的无线电系统，亦即单输入单输出(SISO)系统、单输入多输出(SIMO)系统、多输入单输出(MISO)系统和多输入多输出(MMO)系统。
[0022]图1图示出信道估计的示例性方法的流程图。图1中所示的方法10包括通过多路径信道来接收信号(11)、生成接收信号的多个观察向量(12)、生成所述多个观察向量的信道协方差矩阵(13)以及通过以不同的时间偏移将脉冲成形向量投影在信道协方差矩阵上来识别第一路径并选择其最大值作为第一路径。
[0023]在第一路径的识别之后，能够识别第二路径和可能的其他路径。为了使其更清楚，对图2进行参考，图2图示出用于说明信道估计的示例性方法的示意性表示。
[0024]首先假设在发射机中，脉冲成形滤波器形成脉冲21，其中，脉冲21被假设为具有升余弦脉冲形状。发射机的天线向多路径信道22中辐射脉冲21。多路径信道22被假设为
包括具有延迟b..., rr；的η个唯一路径，其中，K - > e,￥ iJ: ? 二/ ,其中卜是最小间
隔距离，即这些路径中没有两个会在完全相同的时间到达接收机。此外，信道观察窗口使用w样本，并且接收机还可以包括作为接收机系统的已知部件的脉冲成形滤波器，得到包含此脉冲形状的采样版本的唯一定义的m -向量^)。
[0025]可以使用以下信道模型:
X = h + \r (I)
其中，-?是观察向量，?是要估计的实际信道向量，并且方框23表示导致噪声向量1的噪声。信道向量Λ本身是由.? = Tor生成的，其中，T = [AHj1) ftr〔r2).? A3Krri)]且是确定性的，ft表示路径的平均振幅且是包含采样脉冲成形滤波器的列向量，以延迟r:偏移。同时，σ是随机列向量，其中，每个元素％保持瞬时相位和衰落信息，其被假设为在每次观察时改变。假设σ的元素相互独立且跨各观察是独立的，也称为非相关散射模型，并且意指对角协方差矩阵,并且我们进一步建模= /?。我们对? = Ta的规定允许我们假设这是单位矩阵，即使物理条件并未直接与假设匹配，因为其简单地导致已变换、但等价的模型。
[0026]生成所述多个观察向量中的每一个可以包括对接收信号进行采样和量化以获得多个数字值并且然后使信号相关。在CDMA中，用已知信道化码、也称为扩频码，并且可能还用已知加扰码对接收信号进行编码。使信号相关可以例如通过将信号与扩频码相乘且在必要时可能还与加扰码相乘。还可能的是在采样之前，用类似于例如脉冲成形滤波器的输入滤波器对信号进行滤波。脉冲成形滤波器可以是升余弦或根升余弦滤波器。
[0027]给定一系列过去观察结果Ii ^2.….Ai ,在方框24中，生成Cfch的估计，其为无噪声信道的协方差矩阵(信道协方差矩阵)。这可以通过以最大似然方式来生成有噪声信道协方差并且然后设定Q?: = Cη ~ Αν，.ν来完成:
【权利要求】
1.一种信道估计的方法，包括: 通过多路径信道来接收信号； 生成接收信号的多个观察向量； 生成所述多个观察向量的信道协方差矩阵；以及 通过以不同的时间偏移将脉冲成形向量投影在信道协方差矩阵上来识别第一路径并选择其最大值作为第一路径。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括: 通过以不同的时间偏移将脉冲成形向量投影到第一路径的零空间中来识别第二路径并选择其最大值作为第二路径。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括: 生成信道协方差矩阵包括生成有噪声信道的协方差矩阵并从中减去噪声向量的协方差矩阵。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括: 用以下等式来识别第一路径:
5.根据权利要求2所述的方法，其中 通过定义与第一路径正交的空间来确定第一路径的零空间。
6.根据权利要求2所述的方法，还包括: 确定第一路径的零空间包括生成与第一路径正交的投影矩阵。
7.根据权利要求2所述的方法，还包括: 用以下等式来识别第二路径
8.根据权利要求1所述的方法，还包括: 识别其他路径，其中，在每个情况下，通过以不同的时间偏移将脉冲成形向量投影到n-Ι个先前识别路径的零空间中来识别第η路径，并且其最大值被选作第η路径。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括: 通过定义与n-Ι个先前定义路径正交的空间来确定n-Ι个先前识别路径的零空间。
10.根据权利要求8所述的方法，还包括: 确定n-Ι个先前识别路径的零空间包括生成与n-Ι个先前识别路径正交的投影矩阵。
11.根据权利要求8所述的方法，还包括: 用以下等式来识别第η路径；
12.根据权利要求1所述的方法，还包括: 在第一步骤中，识别第一路径和第二路径，并且其后在第二步骤中，通过将脉冲成形向量投影到所识别第二路径的零空间中来再次识别第一路径和其他路径。
13.根据权利要求8所述的方法，还包括: 在第一步骤中识别第一路径和其他路径，并且其后在第二步骤中再次地通过将脉冲成形向量投影到所有其他已识别路径的零空间中来识别第一路径和其他路径。
14.根据权利要求12所述的方法，还包括: 用第一时间分辨率来执行第一步骤；以及 用第二时间分辨率来执行第二步骤，其中，所述第一时间分辨率低于所述第二时间分辨率。
15.根据权利要求12所述的方法，还包括: 通过应用对数搜索来执行第一步骤和第二步骤中的一个或多个。
16.根据权利要求8所述的方法，还包括: 通过将脉冲成形向量投影在包含所有已识别路径的多路径信道协方差矩阵上来确定已识别路径的振幅。
17.一种方法，包括: 通过多路径信道来接收信号； 生成接收信号的观察向量的信道协方差矩阵；通过以不同的时间偏移将脉冲成形向量投影在信道协方差矩阵上来识别第一路径并选择其最大值作为第一路径； 通过以不同的时间偏移将脉冲成形向量投影到第一路径的零空间中来识别第二路径并选择其最大值作为第二路径。
18.一种信道估计器，包括: 观察向量发生器，被配置成生成接收信号的多个观察向量； 信道协方差矩阵估计器，被配置成从所述多个观察向量生成信道协方差矩阵；以及路径识别器，被配置成通过以不同的时间偏移将脉冲成形向量投影在信道协方差矩阵上来识别第一路径并选择其最大值作为第一路径。
19.根据权利要求18所述的信道估计器，还包括: 路径识别器被配置成通过以不同的时间偏移将脉冲成形向量投影到第一路径的零空间中来识别第二路径并选择其最大值作为第二路径。
20.根据权利要求19所述的信道估计器，还包括: 投影矩阵发生器，被配置成生成与第一路径正交的投影矩阵。
21.根据 权利要求18所述的信道估计器，还包括: 路径识别器被配置成识别其他路径，并且被配置成通过以不同的时间偏移将脉冲成形向量投影到n-Ι个先前识别路径的零空间中来识别第η路径并选择其最大值作为第η路径。
22.根据权利要求21所述的信道估计器，还包括: 投影矩阵发生器，被配置成生成与n-Ι个先前识别路径正交的投影矩阵。
23.根据权利要求18所述的信道估计器，还包括: 路径识别器配置成在第一步骤中识别第一路径和第二路径，并且其后在第二步骤中通过将脉冲成形向量投影到所识别第二路径的零空间中来识别第一路径和其他路径。
24.根据权利要求18所述的信道估计器，还包括: 路径识别器被配置成在第一步骤中识别第一路径和其他路径，并且其后在第二步骤中通过将脉冲成形向量投影到所有其他已识别路径的零空间中来识别第一路径和其他路径。
25.根据权利要求18所述的信道估计器，还包括: 路径识别器被配置成以第一时间分辨率来执行第一步骤并以第二时间分辨率来执行第二步骤，其中，第一时间分辨率低于第二时间分辨率。
26.根据权利要求24所述的信道估计器，还包括: 路径识别器被配置成通过应用对数搜索来执行第一步骤和第二步骤中的一个或多个。
27.根据权利要求21所述的信道估计器，还包括: 路径识别器被配置成通过将脉冲成形向量投影在包含所有已识别路径的多路径信道协方差矩阵上来确定已识别路径的振幅。
28.一种无线接收机模块，包括: 天线端口，用于接收信号；以及 信道估计器，该信道估计器包括被配置成生成接收信号的多个观察向量的观察向量发生器、被配置成从所述多个观察向量生成信道协方差矩阵的信道协方差矩阵估计器以及被配置成通过以不同的时间偏移将脉冲成形向量投影在信道协方差矩阵上来识别第一路径并选择其最大值作为第 一路径的路径识别器。
【文档编号】H04L25/02GK103701727SQ201310443210
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年9月26日 优先权日:2012年9月27日
【发明者】S.基尼利, C.布哈赫尔 申请人:英特尔移动通信有限责任公司