用于减少相位噪声的影响的装置和方法与流程

本发明的示例性和非限制性实施例大体上涉及通信。

背景技术

在通信中，特别是在无线通信中，存在对通信的质量具有影响的许多因素。这些因素中的一些是由于发射机和接收机之间的通信信道，一些是由于在发射机和接收机中（特别是在装置的射频和模拟部分中）发生的非理想性。

在无线通信中，使用的频率往往很高，并且调制方法复杂。这些因素在通信装置的设计中提出了挑战，因为目标是最大化可用通信信道的容量和质量。

与无线通信相关的一些问题是公共相位误差和载波频率偏移。这些问题是固有的，特别是在载波频率很高时。

技术实现要素：

根据本发明的一个方面，提供了一种通信系统中的装置，包括：用于接收包括一组数据符号和参考符号的数据结构作为输入的部件，每个数据符号形成样本的矩形符号星座图；用于基于参考符号解旋转（derotate）该组的第一个符号的部件；用于将第一个符号的相位旋转角度设置为零的部件；和对于该组符号中的每个随后的连续符号：用于执行均衡的部件；用于通过经由利用两个或更多个阈值选择星座图的两个或更多个角落中的样本来减少星座图中的样本数量的部件；用于从减少数量的样本估计符号的相位旋转角度的部件；和用于基于所确定的相位旋转角度来解旋转符号的部件。

根据本发明的一个方面，提供了一种通信系统的接收机中的方法，包括：接收包括一组数据符号和参考符号的数据结构作为输入，每个数据符号形成样本的矩形符号星座图；基于参考符号解旋转该组的第一个符号；将第一个符号的相位旋转角度假设为零；对于该组符号中的每个随后的连续数据符号：执行均衡；通过经由利用两个或更多个阈值选择星座图的两个或更多个角落中的样本来减少星座图中的样本数量；从减少数量的样本估计符号的相位旋转角度；基于所确定的相位旋转角度来解旋转符号。

在附图和下面的描述中更详细地阐述了实现的一个或多个示例。其他特征将从说明书和附图以及从权利要求中显而易见。

附图说明

在下文中将参考附图（随附图）通过优选实施例更详细地描述本发明，其中：

图1图示了通信系统的示例；

图2图示了由接收机接收的数据符号的示例；

图3a和3b是图示了本发明的实施例的流程图；

图4a和4b图示了确定符号的相位旋转角度的一些实施例；

图5a、5b、5c、6a和6b图示了确定符号的相位旋转角度的一些另外的实施例；

图7图示了所描述的解决方案的性能的示例；和

图8a和图8b图示了应用本发明的实施例的装置的简化示例。

具体实施方式

实施例适用于任何基站、用户设备（ue）、用户终端（ut）、对应组件，和/或适用于支持所需功能的任何通信系统或不同通信系统的任何组合。

所使用的协议、通信系统的规范、服务器和用户终端（特别是在无线通信中）发展迅速。这样的发展可能需要对实施例的额外改变。因此，所有的词语和表达应当被广义地解释，并且它们旨在说明而不是限制实施例。

存在用于通信系统中的许多不同无线电协议。不同通信系统的一些示例是通用移动电信系统（umts）无线电接入网络（utran或e-utran）、长期演进（lte，也称为e-utra）、长期演进高级（lte-a）、第五代移动网络、基于ieee802.11标准的无线局域网（wlan）、全球微波接入互操作性（wimax）、蓝牙®、个人通信服务（pcs）和使用超宽带（uwb）技术的系统。ieee是指电气和电子工程师协会。

在下文中，将使用实施例可以应用于的图1中所示的接入架构作为示例来描述不同的实施例。本文使用lte-a术语，然而，并不将本发明限制于lte-a。

图1是仅示出都是实现可能与所示的不同的逻辑单元的一些元件和功能实体的简化系统架构。对于本领域技术人员显而易见的是，该系统还可以包括未图示的其他功能和结构，例如到核心网络/系统的连接。

图1中所示的示例性系统包括用户终端100（在图1中仅图示一个）和控制无线电接入系统中的一个或多个小区的网络节点102以及移动性管理实体/服务网关104。

例如，移动性管理实体（mme）表示在承载激活/去激活过程中涉及的核心网络中的移动性锚点实体。移动性管理实体被配置为支持载波聚合。服务网关（s-gw）进一步路由和转发用户数据分组。

用户终端（用户设备、ue）100图示了空中接口上的资源被分配和分派到的一种类型的装置，并且因此本文与用户装置（用户设备）一起描述的任何特征可以用对应的装置来实现。用户终端100是指包括在具有或不具有订户标识模块（sim）的情况下操作的无线移动通信设备的便携式计算设备，包括但不限于以下类型的设备：移动电话、智能电话、个人数字助理（pda）、手机、膝上型计算机、电子阅读设备和平板电脑。用户终端102可以被配置为还支持载波聚合。

在图1的示例中，网络节点102描绘了控制一个或多个小区的装置，经由其接入被提供到用户终端和网络节点连接到的网络。在lte-a系统中，这样的网络节点是演进节点b（enb）。演进节点b102或控制一个或多个小区的任何对应的网络装置是被配置为控制无线电资源并且连接到演进分组核心网络由此向用户终端100提供到通信系统的连接的计算设备。典型地但非必要地，演进节点b包括通信的所有无线电相关功能，由此演进节点b例如通过为用户终端分配某些上行链路资源并通知用户终端关于要使用的发射格式来调度发射。节点102可以被配置为执行演进节点b功能中的一个或多个。

演进节点b还提供小区，但是示例性实施例可以用具有单独控制装置以及由控制装置控制的单独小区提供装置的解决方案来实现。此外，小区可以是宏小区和/或小小区。

例如，enb可以被配置为使用s1-mme/s1-u接口与移动性管理实体/服务网关104进行通信。另外，enb可以使用x2接口彼此进行通信。

如上所述，由于相位噪声的载波频率偏移（cfo）和公共相位误差（cpe）在无线电通信系统中特别是当载波频率很高时是固有的。在许多通信系统中，通信利用包括一组数据符号的诸如帧、子帧或时隙的数据结构，并且其中每个数据符号形成样本的符号星座图。例如，星座图可以具有正方形或非正方形的矩形形式。图2图示了由接收机接收的数据符号的示例，其中cpe/cfo旋转了所接收的星座图。当发射时，矩形符号星座图的边与水平轴200和竖直轴202对齐。然而，由于cpe/cfo，整个星座图旋转了相位旋转角度α的量。在接收机中，目的是在解码符号之前确定相位旋转角度α并基于所确定的角度α解旋转星座图。

已知在接收机中利用可以嵌入在数据符号中的解调参考信号（dmrs）来估计所接收的星座图的相位旋转。也存在用于cpe估计的若干种盲方法。这些解决方案的缺点是高计算复杂性和/或在低信噪比情况下的欠佳性能。另一个缺点是不能检测大的相位旋转。

在实施例中，（多个）dmrs符号位于帧或子帧的开始，并且数据符号跟随dmrs符号之后。该实现被表示为前加载的dmrs。在实施例中，利用表示为“随机游走”的相位噪声的性质，其中pn过程的连续样本是相关的，并且连续ofdm符号之间的相位改变相对较小。

图3a是图示通信系统的接收机中的本发明的实施例的流程图。该图图示了诸如enb或用户终端控制的装置的操作的示例。流程图的步骤也可以采用与图3a中所示的不同的次序。在下文中，使用术语帧，但是实施例同样适用于子帧或其他数据结构，如本领域技术人员觉知的。

在步骤300中，该装置被配置为接收包括一组数据符号和参考符号的帧作为输入。每个数据符号形成样本的矩形符号星座图，如图2所描绘的。参考符号可以是（多个）dmrs符号。

在步骤302中，该装置被配置为基于参考符号解旋转该组的第一个数据符号。

在步骤304中，该装置被配置为将第一个符号的相位旋转角度假设或设置为零。通过基于参考符号解旋转第一个数据符号，可以消除相位噪声的影响。通常，在帧的开始，相位噪声的影响是最小的。

对于该组符号中的每个随后的连续符号，可以采取以下步骤：

在步骤306中，该装置被配置为使用已知方法执行均衡。

在步骤308中，该装置被配置为通过经由利用两个或更多个阈值选择星座图的两个或更多个角落中的样本来减少星座图中的样本数量。在实施例中，阈值取决于在符号的发射中使用的调制方法。

在步骤310中，该装置被配置为从减少数量的样本估计符号的相位旋转角度α。

在步骤312中，该装置被配置为基于所确定的相位旋转角度α来解旋转符号。因此，可以消除相位噪声对符号的影响。

如果存在更多符号314，则针对接下来的符号重复步骤306至312。

图4a和4b图示了该实施例的步骤308和310。本文可以利用矩形形状的星座图。图4a图示了由于相位噪声或cfo而旋转的接收符号星座图。在该示例中，利用四个阈值400、402、404、406来限制星座图中的样本数量。

让我们假设正在处理接收帧的第n个符号。因此，符号具有相位旋转角度αn。这四个阈值可以具有形式x=，其中kth和ath是取决于在符号的发射中使用的调制方法和先前符号的相位旋转角度αn-1的常数。如本领域中已知的那样，符号星座图的尺寸和形状取决于所使用的调制方法。如上所述，通常，连续符号之间的相位改变相对较小。通过利用关于先前符号的相位旋转角度的信息，可以获得更准确的结果。第一个符号的角度可以被假设为零。

利用四个阈值，可以选择符号星座图的每个角落处的样本。因此，在利用阈值之后，获得四个样本组，样本组形成两个样本组对，其中样本组对的样本组在星座图的相对侧上。在图4a和4b的示例中，阈值在符号星座图的左上角408、右上角410、左下角414和右下角412处。第一样本组对包括左上角和右下角处的样本，并且第二样本组对包括右上角和左下角处的样本。

在实施例中，可以如下那样估计符号的相位旋转角度。

确定通过样本组对（例如星座图的左上角和右下角处的样本）的第一线420，并且确定线的斜率k1。

类似地，确定通过另一样本组对（即，星座图的右上角和左下角处的样本）的第二线418，并确定线的斜率k2。

接下来，可以将最终斜率k3确定为k3=。

最后，从下式获得所检查的符号的相位旋转角度αn

αn=。

现在可以基于所确定的相位旋转角度αn来解旋转符号，并且可以消除相位噪声或cpe/cfo对符号的影响。

图3b是图示通信系统的接收机中的本发明的另一实施例的流程图。该图图示了诸如enb或用户终端控制的装置的操作的示例。流程图的步骤也可以采用与图3b所示的不同的次序。

图3b的部分步骤类似于图3a的流程图。类似步骤具有相同的参考数字。第一步骤300、302、304和306是相同的。在该示例实施例中，如下面所讨论的那样利用要被解旋转的符号的临时（temporary）副本。

在步骤320中，该装置被配置为在均衡之后使用先前符号的相位旋转角度αn-1来解旋转符号的临时副本。因此，符号星座图基于先前符号的相位旋转角度被解旋转。以这种方式，可以减小符号的旋转角度。

在步骤322中，该装置被配置为减少符号的临时副本的解旋转星座图中的样本数量。该步骤在下面详细讨论。

在步骤324中，该装置被配置为从减少数量的样本估计临时符号的相位旋转角度αnt。该步骤在下面详细讨论。

在步骤326中，该装置被配置为将原始符号的相位旋转角度αn确定为所估计的相位旋转角度αnt和先前符号的相位旋转角度αn-1之和。

如在图3a中那样，在步骤312中，该装置被配置成基于所确定的相位旋转角度α来解旋转符号。因此，可以消除相位噪声对符号的影响。此外，如果存在更多符号314，则针对接下来的符号重复步骤306至312。

图5a、图5b和图5c图示了实现步骤324和326的第一示例实施例。在该示例中，减少星座图中的样本数量包括首先将符号星座图的临时副本旋转预定度数。在这种情况下，在星座图是矩形的情况下，例如，度数可以约为45。通常，旋转角度可以取决于星座图的形状。在这种情况下，旋转导致图5a的星座图。接下来，通过应用较低阈值500并选择小于阈值的样本504来确定符号星座图的具有最小实部的样本。类似地，通过应用较高阈值502并选择大于阈值的样本来确定符号星座图的具有最大实部的样本。在实施例中，较低阈值500和较高阈值502取决于在符号的发射中使用的调制方法。

估计符号的临时副本的相位旋转角度包括首先确定通过最小实数样本504和最大实数样本506的线508。在实施例中，可以使用线性回归来将这些样本拟合到线。作为线性回归的示例，线的系数或斜率kr可以被计算为

其中n是样本数量，xi和yi是每个样本的实部和虚部。所提出的公式是可能的计算方法的一个示例。如本领域技术人员清楚的那样，也可以使用其他公式。旋转角度然后可以被估计为

原始符号的相位旋转角度αn可以被计算为所估计的相位旋转角度αnt和先前符号的相位旋转角度αn-1之和：

αn=αnt+αn-1。

以上，利用了实数样本值。也可以使用虚数样本。在该情况下，减少星座图中的样本数量包括首先通过应用较低阈值并选择小于阈值的样本来选择符号星座图的具有最小虚部的样本，并且通过应用较高阈值并选择大于阈值的样本来选择符号星座图的具有最大虚部的样本。然后将具有最小和最大虚数样本的星座图旋转90度。以与上述类似的方式估计符号的相位旋转角度包括确定通过最小虚数样本和最大虚数样本的线，确定线的斜率ki并且基于斜率计算相位旋转角度αnt。在上面的用于αnt的等式中，实数样本线的斜率kr可以被替换为虚数样本线的斜率ki。

在实施例中，可以使用实数样本和虚数样本两者。在这种情况下，该方法包括基于最小和最大实数样本来确定用于第一斜率kr的值，并且基于最小和最大虚数样本来确定用于第二斜率ki的值，取得第一斜率和第二斜率的平均值，并基于平均值计算相位旋转角度。

图6a和图6b以及图示了实现步骤324和326的第二示例实施例。在该示例中，减少星座图中的样本数量包括利用四个阈值600、602、604、606来限制星座图中的样本数量。

如同以上结合图4a和图4b一样，四个阈值可以具有形式x=，其中kth和ath在这种情况下是取决于在符号的发射中使用的调制方法的常数。

利用四个阈值，可以选择符号星座图的每个角落处的样本。因此，在利用阈值之后，获得四个样本组，样本组形成两个样本组对，其中样本组对的样本组在星座图的相对侧上。在图6a和6b的示例中，阈值在符号星座图的左上角608、右上角610、左下角614和右下角612处。第一样本组对包括左上角和右下角处的样本，第二样本组对包括右上角和左下角处的样本。

在实施例中，可以如下那样估计符号的相位旋转角度。

确定通过样本组对（例如星座图的左上角和右下角处的样本）的第一线618，并且确定线的斜率k4。

类似地，确定通过另一样本组对（即星座图的右上角和左下角处的样本）的第二线620，并确定线的斜率k5。

接下来，可以将最终斜率k6确定为k6=。

最后，从下式获得所检查的符号的相位旋转角度αn

αn=。

现在可以基于所确定的相位旋转角度αn来解旋转符号，并且可以消除相位噪声或cpe/cfo对符号的影响。

在实施例中，例如当执行该方法的装置的处理能力有限时，可以仅计算k4或k5以用较少处理量获得最终斜率。

在实施例中，当接收到要处理的帧的接收机利用多个天线或天线组并且因此所接收的信号可以包括若干层时，可以针对每个层单独地执行处理。

在实施例中，当利用阈值时，在利用两个或更多个阈值减少样本数量之后确定样本数量。如果剩余样本数量小于或大于给定限制，则可以调整阈值并且可以重做（redo）星座图中的样本数量。

在其中确定两个斜率的实施例（诸如具有k1、k2和k4、k5的示例）中，可以使用附加约束来确定斜率。例如，可以设置在确定最终斜率时使用的线必须是垂直的。因此，在上面的示例中，k1=-1/k2以及k4=-1/k5。在上面的示例中，最终斜率可以被确定为αn=atan（k1）-π/4以及αn=atan（k4）-π/4。

此外，参考图4b和图6b，可以将左上角和右下角中的样本旋转90度，然后通过对所有样本执行线性回归来计算斜率。

图7图示了所描述的解决方案的性能的示例。图7图示了根据信噪比snr的接收信号或误块率（bler）。该图示出其中没有相位噪声的理想情况下的bler700。曲线图702示出当没有进行相位噪声补偿时的性能，并且曲线图704图示应用所提出的解决方案的性能。如可以看出的，所提出的解决方案提供了优秀的性能。

所提出的解决方案具有许多优点。如图7所示，性能很好。此外，由于成环结构，所提出的解决方案在其中接收符号具有大的相位旋转角度的情况下也很好地工作。与现有技术方法相比，该解决方案具有低复杂性，因为它不需要任何迭代。

在实施例中，由该解决方案提供的相位旋转信息可以在接收机中在fft之前利用，以通过提供相位旋转信息作为对干扰消除的反馈来减少载波间干扰（ici）。

在实施例中，所提出的解决方案可以与诸如相位噪声追踪参考信号（ptrs）的其他方法组合。例如，最终旋转角度估计可以是所提出的方法与根据基于ptrs的方法的角度估计的组合。可以注意到，ptrs的使用涉及开销，因为由一个用户使用的ptrs子载波不能被相同或其他用户用于数据。利用所提出的解决方案，ptrs开销可以通过减少ptrs子载波的数量来减少，或者通过根本不使用ptrs来完全避免。

图8a和8b图示了实施例。这些图图示了应用本发明的实施例的装置的简化示例。在一些实施例中，该装置可以是enb或enb的部分。在一些实施例中，该装置可以是用户终端或用户终端的部分。

应理解的是，在本文中描绘该装置作为说明一些实施例的示例。对于本领域技术人员显而易见的是，该装置还可以包括其他功能和/或结构，并且不是所有描述的功能和结构都被需要。尽管该装置被描绘为一个实体，但是不同的模块和存储器可以在一个或多个物理或逻辑实体中实现。

该装置可以包括可以利用其接收信号的一个或多个天线800或天线组。接收信号被取到射频部分802和快速傅立叶变换（fft）部件804。在fft之后，信号被取到均衡器806，均衡器806基于来自信道估计器808的信息部分地去除信号路径对信号的影响。在实施例中，所提及的组件可以使用已知方法来实现。

该装置还可以包括相位误差估计和补偿处理单元，其可以被配置为执行用于估计接收数据符号的相位旋转角度的上述方法步骤中的一些。该装置还可以包括用于解码信号的解码器812。

上述组件中的至少一些可以用控制器、控制电路或处理器820来实现。组件可以包括用于存储数据的存储器822。此外，存储器可以存储可由电路820执行的软件824。存储器可以集成在控制电路中。

在实施例中，软件824可以包括包含程序代码部件的计算机程序，所述程序代码部件适于使控制电路820执行如下操作：接收包括一组数据符号和参考符号的帧作为输入，每个数据符号形成样本的矩形符号星座图；基于参考符号解旋转该组的第一个符号；将第一个符号的相位旋转角度假设或设置为零；对于该组符号中的每个随后的连续符号：执行均衡；通过经由利用两个或更多个阈值选择星座图的两个或更多个角落中的样本来减少星座图中的样本数量；从减少数量的样本估计符号的相位旋转角度；和基于所确定的相位旋转角度来解旋转符号。

上文和附图中描述的步骤和相关功能不是以绝对的时间次序，并且一些步骤可以同时执行或者以与给定的次序不同的次序执行。其他功能也可以在步骤之间或步骤内执行。一些步骤也可以被忽视或替换为对应的步骤。

能够执行上述步骤的装置或控制器可以被实现为电子数字计算机，其可以包括工作存储器（ram）、中央处理单元（cpu）和系统时钟。cpu可以包括一组寄存器、算术逻辑单元和控制器。控制器通过从ram传送到cpu的程序指令序列控制。控制器可以包含用于基本操作的许多微指令。微指令的实现可以取决于cpu设计而变化。程序指令可以通过编程语言编码，编程语言可以是诸如c、java等的高级编程语言或者诸如机器语言或汇编程序的低级编程语言。电子数字计算机还可以具有操作系统，操作系统可以向用程序指令编写的计算机程序提供系统服务。

如在本申请中所使用的，术语“电路”是指所有以下内容：（a）仅硬件电路实现（诸如在仅模拟和/或数字电路中的实现）和（b）电路和软件（和/或固件）的组合，诸如（如适用）：（i）（多个）处理器的组合；或（ii）（多个）处理器/软件的部分，包括（多个）数字信号处理器、软件和（多个）存储器，其一起工作以使装置执行各种功能，和（c）诸如（多个）微处理器或（多个）微处理器的部分的电路，其需要软件或固件以用于操作，即使软件或固件不物理存在。

“电路”的定义适用于该术语在本申请中的所有使用。作为另外的示例，如本申请中所使用的，术语“电路”还将覆盖仅处理器（或多个处理器）或处理器的部分及它的（或它们的）附随软件和/或固件的实现。术语“电路”还将覆盖（例如并且如果适用于特定元件的话）用于移动电话的基带集成电路或应用处理器集成电路、或者服务器、蜂窝网络设备或其他网络设备中的类似集成电路。

实施例提供了体现在分发介质上的计算机程序，其包括当被加载到电子装置中时被配置为控制装置执行上述实施例的程序指令。

计算机程序可以采用源代码形式、目标代码形式或者采用某种中间形式，并且它可以存储在可以是能够承载程序的任何实体或设备的某种载体中。例如，这样的载体包括记录介质、计算机存储器、只读存储器和软件分发包。取决于所需的处理能力，计算机程序可以在单个电子数字计算机中执行，或者其可以分布在许多计算机之间。

该装置还可以被实现为一个或多个集成电路，诸如专用集成电路asic。其他硬件实施例也是可行的，诸如由单独的逻辑组件构成的电路。这些不同实现的混合也是可行的。例如，在选择实现方法时，本领域技术人员将考虑针对装置的尺寸和功耗、必要的处理容量、生产成本和生产量所设置的要求。

对于本领域技术人员将显而易见的是，随着技术的进步，本发明构思可以以各种方式实现。本发明及其实施例不限于上述示例，而是可以在权利要求的范围内变化。