用于在无线通信系统中联合执行信道估计和干扰估计的方法和装置制造方法
【专利摘要】提供了用于估计信道的特性的系统和方法。在接收设备处接收已知参考数据的传输。所述参考数据通过包括一个或多个期望层和一个或多个干扰层的信道进行传送。基于所述已知参考数据确定所述信道的特性，其中所述确定包括所述一个或多个期望层和所述一个或多个干扰层的联合估计。所述确定包括将所述层中的特定层选择为在所述已知参考数据中的每个已知参考数据处进行估计，并且将所述层中的特定层选择为在所述已知参考数据的范围上进行估计。所述确定包括基于所述选择来求解等式以对所述一个或多个期望层以及所述一个或多个干扰层进行联合估计。所述选择减少了所述等式中未知值的数目。
【专利说明】用于在无线通信系统中联合执行信道估计和干扰估计的方 法和装置
[000。 相关申请的香叉引用
[0002] 本申请要求于2012年4月5日提交的美国临时专利申请第61/620, 911号的优先 权，其内容通过引用而结合于此。
【技术领域】
[0003] 本文献中所描述的技术总体上设及无线通信，更具体地设及用于估计无线通信信 道的特性的系统和方法。
【背景技术】
[0004] 在无线通信领域，MIM0-0抑M(多输入多输出-正交频分复用）技术已经被用来实 现提高的数据吞吐量和链路范围而并不要求附加带宽或提高的传输功率。MIM0-0抑M技术 利用传送器处的多个传输天线W及接收器处的多个接收天线而使得能够在传送器和接收 器之间存在具有多个正交通道的多路径的丰富环境。数据信号能够通过该些信道并行传 送，因此使得数据吞吐量和链路范围能够得W提高。由于其有益属性，MIMO-OFDM是在诸如 I邸E 802. lln(WiFi)、4G、3GPP长期演进（LTE)、WiMAX和服PA+之类的多种无线通信标准 中使用的空中接口技术。为了有效操作，在容量、误块率和其它度量方面，可W在接收器处 执行接收器和传送器之间的通信信道的估计。
【发明内容】
[0005] 本公开内容针对用于估计信道的特性的系统和方法。在一种用于估计信道的特性 的方法中，在接收设备处接收已知参考数据的传输。所述参考数据通过包括一个或多个期 望层和一个或多个干扰层的信道进行传送。基于所述已知参考数据确定所述信道的特性， 其中所述确定包括所述一个或多个期望层和所述一个或多个干扰层的联合估计。所述确定 包括将所述层中的特定层选择为在所述已知参考数据中的每个已知参考数据处进行估计。 所述确定还包括将所述层中的特定层选择为在所述已知参考数据的范围上进行估计。所述 确定进一步包括基于所述选择来求解等式W对所述一个或多个期望层W及所述一个或多 个干扰层进行联合估计。所述选择减少了所述等式中未知值的数目。
[0006] 在另一示例中，一种用于估计通信信道的特性的接收器包括处理器系统和禪合至 所述处理系统的存储器。所述处理系统被配置为执行步骤，所述步骤包括接收已知参考数 据的传输，其中所述参考数据通过所述信道进行传送，所述信道包括一个或多个期望层W 及一个或多个干扰层。所述步骤还包括基于所述已知参考数据来确定所述信道的特性，其 中所述确定包括所述一个或多个期望层W及所述一个或多个干扰层的联合估计。所述确 定包括：将所述层中的特定层选择为在所述已知参考数据中的每个已知参考数据处进行估 计，并且将所述层中的特定层选择为在所述已知参考数据的范围上进行估计。所述确定进 一步包括基于所述选择来求解等式W对所述一个或多个期望层W及所述一个或多个干扰 层进行联合估计。所述选择减少了所述等式中未知值的数目。
【专利附图】
【附图说明】
[0007] 图1A是包括具有一个或多个期望层和一个或多个干扰层的信道的示例多输入多 输出（MIMO)通信系统的框图。
[000引图1B描绘了接收器用来估计通信信道的已知参考数据的示例。
[0009] 图1C描绘了用来对通信信道的一个或多个期望层和一个或多个干扰层进行联合 估计的等式。
[0010] 图1D描绘了由接收器所执行的用于对通信信道的一个或多个期望层和一个或多 个干扰层执行联合估计的示例步骤。
[0011] 图2描绘了可W在其中执行一个或多个期望层和一个或多个干扰层的联合估计 的示例系统。
[0012] 图3描绘了包括各种时间-频率位置的已知参考数据的矩阵和可W被求解W基于 已知参考数据对一个或多个期望层和一个或多个干扰层进行联合估计的等式。
[0013] 图4图示了所提出的用于估计通信信道的特性的解决方案，其包括在估计中将信 道中的某些方面选择为频率平坦的（化equency-flat)并且将信道中的某些方面选择为频 率选择性的 frequency-selective)。
[0014] 图5是图示用于估计通信信道的特性的示例方法的流程图。
【具体实施方式】
[001引图1A是示例多输入多输出（MIMO)通信系统100的框图，通信系统100包括具有 一个或多个期望层和一个或多个干扰层的信道112。在图1A的示例通信系统100中，输入 数据流106被传送器108所接收并且随后通过多个传输天线110进行传送。传输天线110 通过信道112传送输入数据流106,该信道112包括一个或多个期望层和一个或多个干扰 层。通过多个传输天线110的数据传输在接收器102的多个天线114处被接收。信道112 影响在传送器108和接收器102之间传送的数据，而使得所传送信号的修改版本在接收天 线114处被接收。除其它原因之外，所接收的信号由于信道112的性质、接收天线114处的 干扰或者由于信道112的噪声而可能与所传送信号相比有所修改。系统100可W总体上经 由W下等式进行描述：
[0016] y = Hx+n
[0017] 其中H是定义信道112的特性的信道矩阵，X是定义传送器108所传送的信号的 数据矩阵，y是定义接收器102所接收的信号的数据矩阵，并且n是影响所传送信号的噪声 矩阵。当采用多个传送器天线110时，可W在传送器108处使用预编码或波束赋形。在W 上等式中，信道矩阵H定义了一个或多个期望层的特性W及一个或多个干扰层的特性。注 意，传送器106传送图1A中的期望层和干扰层。该仅是用于示例。可替换地，多个传送器 可W同时进行传送，期望层从所述多个传送器中的一些传送器进行传送，而干扰层则从所 述多个传送器中的其它传送器进行传送。在该样的情况下，传送器106可W被假定为传送 器的超级集合，并且将应用W下讨论。
[0018] 为了系统100的有效操作（即，在容量、误块率等方面），在接收器102处执行信道 112的估计。为了执行信道估计，在接收器102处接收已知参考数据（即，导频符号或小区 特定参考信号）的传输。该已知参考数据在预定时间和频率位置通过包括一个或多个期望 层和一个或多个干扰层的信道112进行传送。接收器102使用该已知参考数据在所有时间 和频率位置估计信道112的特性。在图1A的系统100中，接收器102执行信道112的一个 或多个期望层和一个或多个干扰层的联合估计。该联合估计过程中还可W包括系统100的 噪声和/或残余干扰的估计。执行一个或多个期望层和一个或多个干扰层的联合估计而不 是独立估计。例如，独立估计可能设及与期望层分离且与之独立的期望层的估计和/或干 扰和噪声的估计。
[0019] 图1B的120处描绘了由接收器102用来估计信道112的已知参考数据的示例。数 据矩阵S(f，t)的X轴随时间变化，而数据矩阵S(f，t)的y轴随频率变化。该矩阵的变黑 单元表示接收器102事先得知的、在预定时间和频率位置传送的已知导频符号。在该矩阵 中，已知参考数据可W被认为是开销。因此，为了实现更高的吞吐量，可能期望使用更小数 目的参考符号，因为较高数目的参考符号可能使得系统100的频谱效率有所降低。然而，如 果已知参考信号过于稀疏，则接收器102可能难W对信道112进行准确估计。
[0020] 如W上所提到的，信道112的估计是联合估计，其中信道112的一个或多个期望层 和一个或多个干扰层在一起进行估计而不是经由单独的独立估计进行估计。在图1A的100 处，信道112被图示为包括多个层（即，信道、流）hi、h2、和h 4并且该些层中的某些是期 望层而该些层中的某些是干扰层。在图1C的140处，用于对一个或多个期望层和一个或多 个干扰层进行联合估计的等式如下：
[0021]
【权利要求】
1. 一种用于估计信道的特性的方法，所述方法包括： 在接收设备处接收已知参考数据的传输，其中所述参考数据通过所述信道进行传送， 所述信道包括一个或多个期望层以及一个或多个干扰层；以及 基于所述已知参考数据来确定所述信道的特性，所述确定包括所述一个或多个期望层 以及所述一个或多个干扰层的联合估计，并且所述确定包括： 将所述层中的特定层选择为在所述已知参考数据中的每个已知参考数据处进行估计， 将所述层中的特定层选择为在所述已知参考数据的范围上进行估计，以及 基于所述选择来求解等式以对所述一个或多个期望层以及所述一个或多个干扰层进 行联合估计，所述选择减少了所述等式中未知值的数目。
2. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括： 将所述层中的特定层选择为以下各项中的至少一项：（1)频率平坦的并且时间平坦 的，（2)时间平坦的并且频率选择性的，（3)频率平坦的并且时间选择性的，以及（4)频率选 择性的并且时间选择性的，其中所述选择基于以下各项中的至少一项：所述层中的一个或 多个层的重要性，所述干扰层中的一个或多个干扰层被确定为相比于所述一个或多个干扰 层中的其它干扰层是主导的，所述信道的性质的互相关度，所述接收设备中的期望的性能， 或者所述接收设备的仪器复杂度。
3. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括： 基于频率或时间而针对所述特定层确定所述已知参考数据的所述范围，所述特定层在 所述频率或所述时间上被选择为平坦的；以及 通过在所述已知参考数据的所述范围上针对所述特定层中的每个特定层求解一个未 知值来减少未知值的所述数目。
4. 根据权利要求3所述的方法，进一步包括： 确定所述已知参考数据的所述范围，其中所述范围是以下各项中的一项或多项： (i) 一个频率位置的所有时间位置； (ii) 一个时间位置的所有频率位置； (iii) 所有时间和频率位置； (iv) -些矩形时间和频率位置；以及 (v) 矩形时间和频率区域内的所有时间和频率位置。
5. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括： 将所述层中的特定层选择为频率平坦的并且将所述层中的特定层选择为频率选择性 的，其中层的总数等于四，其中所述四个层中的两个层被选择为频率平坦的，并且其中所述 四个层中的两个层被选择为频率选择性的。
6. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括： 将所述层中的特定层选择为频率平坦的并且将所述层中的特定层选择为频率选择性 的，其中所述一个或多个期望层被选择为频率选择性的，并且其中所述一个或多个干扰层 被选择为频率平坦的。
7. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括： 将所述层中的特定层选择为频率平坦的并且将所述层中的特定层选择为频率选择性 的，其中所述一个或多个干扰层中的主导的干扰层被选择为频率选择性的，并且其中所述 一个或多个干扰层中的其它干扰层被选择为频率平坦的。
8. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括： 将所述一个或多个期望层以及所述一个或多个干扰层中的特定层选择为在所述估计 中是频率平坦的，其中在所述估计中使用所述频率平坦的层的统计而不是所述频率平坦的 层的瞬时值。
9. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括： 使用以下各项中的至少一项来求解所述等式： (i) 最小二乘法； (ii) 具有载荷因子的最小二乘法，其中所述载荷因子基于以下各项中的一项或多项： ⑴预定值，⑵预定对角矩阵，⑶信噪比（SNR)，（4)信号干扰噪声比（SINR)，以及（5)计 算稳定性；以及 (iii) 最小均方误差（MMSE)法。
10. 根据权利要求9所述的方法，进一步包括： 通过利用矩阵的结构来对所述矩阵求逆，其中所述求逆包括： (i) 将所述矩阵划分为更小的块； (ii) 对所述更小的块中的一个或多个块求逆；以及 (iii) 根据所述更小的块的逆和所述更小的块来计算所述矩阵的逆中的块。
11. 一种用于估计信道的特性的接收器，所述接收器包括： 处理器系统；以及 耦合至所述处理系统的存储器，其中所述处理系统被配置为执行步骤，所述步骤包 括： 接收已知参考数据的传输，其中所述参考数据通过所述信道进行传送，所述信道包括 一个或多个期望层以及一个或多个干扰层；以及 基于所述已知参考数据来确定所述信道的特性，所述确定包括所述一个或多个期望层 以及所述一个或多个干扰层的联合估计，并且所述确定包括： 将所述层中的特定层选择为在所述已知参考数据中的每个已知参考数据处进行估计， 将所述层中的特定层选择为在所述已知参考数据的范围上进行估计，以及 基于所述选择来求解等式以对所述一个或多个期望层以及所述一个或多个干扰层进 行联合估计，所述选择减少了所述等式中未知值的数目。
12. 根据权利要求11的接收器，其中所述步骤进一步包括： 将所述层中的特定层选择为以下各项中的至少一项：（1)时间平坦的并且频率平坦 的，（2)时间平坦的并且频率选择性的，（3)频率平坦的并且时间选择性的，以及（4)频率选 择性的并且时间选择性的，其中所述选择基于以下各项：所述层中的一个或多个层的重要 性，所述干扰层中的一个或多个干扰层被确定为相比于所述一个或多个干扰层中的其它干 扰层是主导的，所述信道的性质的互相关度，所述接收设备中的期望的性能，或者所述接收 设备的仪器复杂度。
13. 根据权利要求11的接收器，其中所述步骤进一步包括： 基于频率或时间而针对所述特定层确定所述已知参考数据的所述范围，所述特定层在 所述频率或所述时间上被选择为平坦的；以及 通过在所述已知参考数据的所述范围上针对所述特定层中的每个特定层求解一个未 知值来减少未知值的所述数目。
14. 根据权利要求13的接收器，其中所述步骤进一步包括： 确定所述已知参考数据的所述范围，其中所述范围是以下各项中的一项或多项： (i) 一个频率位置的所有时间位置； (ii) 一个时间位置的所有频率位置； (iii) 所有时间和频率位置； (iv) -些矩形时间和频率位置；以及 矩形时间和频率区域内的所有时间和频率位置。
15. 根据权利要求11的接收器，其中所述步骤进一步包括： 将所述层中的特定层选择为频率平坦的并且将所述层中的特定层选择为频率选择性 的，其中层的总数等于四，其中所述四个层中的两个层被选择为频率平坦的，并且其中所述 四个层中的两个层被选择为频率选择性的。
16. 根据权利要求11的接收器，其中所述步骤进一步包括： 将所述层中的特定层选择为频率平坦的并且将所述层中的特定层选择为频率选择性 的，其中所述一个或多个期望层被选择为频率选择性的，并且其中所述一个或多个干扰层 被选择为频率平坦的。
17. 根据权利要求11的接收器，其中所述步骤进一步包括： 将所述层中的特定层选择为频率平坦的并且将所述层中的特定层选择为频率选择性 的，其中所述一个或多个干扰层中的主导的干扰层被选择为频率选择性的，并且其中所述 一个或多个干扰层中的其它干扰层被选择为频率平坦的。
18. 根据权利要求11的接收器，其中所述步骤进一步包括： 将所述一个或多个期望层以及所述一个或多个干扰层中的特定层选择为在所述估计 中是频率平坦的，其中在所述估计中使用所述频率平坦的层的统计而不是所述频率平坦的 层的瞬时值。
19. 根据权利要求11的接收器，其中所述步骤进一步包括： 使用以下各项中的至少一项来求解所述等式： (i) 最小二乘法； (ii) 具有载荷因子的最小二乘法，其中所述载荷因子基于以下各项中的一项或多项： ⑴预定值，⑵预定对角矩阵，⑶信噪比（SNR)，（4)信号干扰噪声比（SINR)，以及（5)计 算稳定性；以及 (iii) 最小均方误差（MMSE)法。
20. 根据权利要求19的接收器，其中所述步骤进一步包括： 通过利用矩阵的结构来对所述矩阵求逆，其中所述求逆包括： (i) 将所述矩阵划分为更小的块； (ii) 对所述更小的块中的一个或多个块求逆；以及 (iii) 根据所述更小的块的逆和所述更小的块来计算所述矩阵的逆中的块。
【文档编号】H04L25/03GK104488214SQ201380024938
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2013年3月28日 优先权日:2012年4月5日
【发明者】K·S·冈马达姆, 孙亚崑, R·辛德瑞隆, H-L·娄 申请人:马维尔国际贸易有限公司