专利名称：用于正交频分复用通信系统中的毛刺消除的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及正交频分复用(OFDM)通信系统，并且具体涉及OFDM通信系统中的毛刺消除。
背景技术：
在正交频分复用(OFDM)通信系统之中，将频率带宽划分为多个同时被传输的连续频率子带，或子载波。在正交频分多址(OFDMA)通信系统之中，可将一个或多个频率子带指配给用户，用于用户信息的交换，由此允许多个用户在不同的子载波上同时进行传输。这些子载波相互正交，因此在理论上没有子载波间干扰。本发明可以应用于其中将所有子载波指配给单个用户的OFDM系统和其中子载波在同一时间由多个用户来共享的OFDMA系统。在以下内容之中，OFDM和OFDMA是可以互换的。
在OFDMA接收机之中，混合器将高输入射频(RF)转换为较低的中频(IF)。该过程被称为下变频，并且其利用混合器的RF输入和低端注入的本地振荡器(LO)输入之间的差项(LO频率<RF频率)，或是混合器的LO和高端注入的RF输入之间的差项。该下变频过程可以通过以下等式来描述， fIF＝±fRF±fLO， 其中fIF是在混合器输出端口的中频(IF)，fRf是施加到混合器的RF输入端口的任意RF信号，而fLO是施加到混合器的LO输入端口的本地振荡器信号。
理论上，混合器输出信号的幅度和相位与RF输入信号的幅度和相位成比例，并独立于LO信号特性。然而，在实践中，混合器非线性产生不期望的混合产物，称为假响应，或毛刺，其是由不期望信号到达混合器的RF输入端口并在IF频率上产生响应而引起的。到达RF输入端口的信号不必然地一定落在期望的RF频带之中而成为麻烦。很多这些信号功率电平足够高，使得在混合器之前的RF滤波器没有足够的灵敏度来使它们不引起附加的假响应。当它们与期望的IF频率干涉时，可以通过下列公式来描述混合机制， fIF＝±mfRF±nfLO， 其中m和n是RF和LO频率的整数次谐波，其混合以生成众多假产物组合。
实际上，随着m或n值的增加，这些假成分的幅度减小。通过知晓期望的RF频率范围，可以使用频率规划来仔细选择IF和对应的LO频率，以在任何可能的时候避免假混合产物。然后，使用滤波器来抑制可能引起带内IF响应的带外RF信号。然后，对混合器之后的中频(IF)滤波器灵敏度进行规定以仅使期望的频率通过，由此在末端检测器之前过滤掉假响应信号。然而，IF滤波器将不衰减在IF频带内出现的假响应。该毛刺避免技术在窄带RF信号的情况之中工作良好。
对于无线宽带系统，例如802.16e，RF信号带宽可能大于20MHz，并且很难在期望的IF带宽内避免假响应。例如，假如在802.16e基站(BS)之中，将768MHz的正弦时钟信号馈送到发射机的数模器件(DAC)，其中将时钟信号除以2，以产生384MHz的方波时钟信号。如果接收机准确调谐到3.456GHz，则该信号的9次谐波也是3456MHz的正弦波。该连续波形可能从收发信机壳内的收发信机(TRX)板的数字部分辐射，并且可能耦合进入收发信机的接收机侧的前端电路，其中信号向下混合到期望信号带宽之内的IF。可以将其在数学上表示为 [(768MHz/2)x9]-(LO频率2988MHz)＝3.456GHz-2988MHz＝IF频率456MHz 其中LO频率是2988MHz，以得到456MHz的IF频率。
不同于诸如CDMA的其他无线宽带系统，其中处理增益自然提供了毛刺抑制，OFDMA系统对于期望信号带宽内的毛刺非常敏感。在RF设计中，对于无线宽带OFDMA信号，很难避免假响应。所以，需要可以在宽带处理之中实施的，简单和有效的数字毛刺消除方法。
图1是根据本发明实施例的无线通信系统的框图。
图2是根据本发明实施例的图1的接收无线通信设备的框图。
图3是说明在根据本发明实施例执行毛刺消除过程中，由图1的接收通信设备的辅助电路所执行的方法的逻辑流程图。
图4是说明根据本发明实施例，由图1的接收通信设备来估计毛刺幅度的逻辑流程图。
图5是说明根据本发明实施例，由图1的接收通信设备来估计毛刺初始相位的逻辑流程图。
图6是描述邻近于毛刺所驻留的子载波的邻近子载波上的示例性毛刺相位变化速率和幅度的表格，该相位变化速率和幅度是离开包括毛刺的子载波的中心的毛刺偏移(δ)的函数。
图7和8是在1024点FFT之后的示例性接收信号强度指示符(RSSI)的图形说明，其中20dB功率的毛刺在子载波的中心。
图9和10是在1024点FFT之后的示例性RSSI的图形说明，其中20dB功率的毛刺位于两个子载波的边缘。
本领域的技术人员将理解，出于简洁的目的来图示说明附图中的单元，而且不必对其按比例进行绘制。例如，图中的一些单元的尺寸可能相对其它单元扩大了，以有助于增进对本发明的各种实施例的理解。并且，为了有利于较少障碍地了解本发明的这些不同实施例，通常未描绘出在商业上可行的实施例中有益或必需的通用和公知的单元。
具体实施例方式 为了解决对可以在宽带处理之中实施的简单和有效的数字毛刺消除方法的需要，提供了能够在正交频分复用(OFDM)通信系统中操作，并且提供带内毛刺消除的通信设备。通信设备识别与反变换器的输出相关联并且包括毛刺的多个仓(bin)中的仓，并且估计与所识别的仓相关联的一个或多个毛刺相位参数和毛刺幅度。在本发明的多个实施例之中，一个或多个毛刺相位参数包括毛刺初始相位和/或毛刺变化速率。当通信设备接收到来自另一通信设备的信号时，该通信设备将接收到的信号进行变换以产生多个并行输出信号，其中多个并行输出信号的每个输出信号与多个仓中的仓相关联，并且基于估计的一个或多个毛刺相位参数和毛刺幅度，消除在与所识别的仓相关联的多个并行输出信号中的输出信号之中的毛刺。
一般而言，本发明的实施例包括用于在OFDM通信系统中进行毛刺消除的方法。该方法包括识别与反变换器的输出相关联并且包括毛刺的多个仓中的仓，估计与所识别的仓相关联的一个或多个毛刺相位参数和毛刺幅度，将接收到的信号进行变换以产生多个并行的输出信号，其中多个输出信号中的每个输出信号与多个仓中的仓相关联，并且基于估计的一个或多个毛刺相位参数和估计的毛刺幅度来消除多个并行输出信号之中的一个输出信号中的毛刺，其中该输出信号与所识别的仓相关联。
本发明的另一实施例包括通信设备，该通信设备能够在OFDM通信系统中操作并包括处理器，配置该处理器来识别与反变换器的输出相关联并且包括毛刺的多个仓中的仓，估计与所识别的仓相关联的一个或多个毛刺相位参数和毛刺幅度，将接收到的信号进行变换以产生多个并行的输出信号，其中多个并行输出信号中的每个输出信号与多个仓中的仓相关联，并且基于估计的毛刺幅度和相位来消除多个并行输出信号中的输出信号之中的毛刺，其中该输出信号与所识别的仓相关联。
本发明的又一实施例包括接收机，该接收机能够在OFDM通信系统之中操作，该接收机包括主信号路径以及耦合到主信号路径的辅助电路。主信号路径接收发射信号，以产生接收信号，并将接收信号进行变换，以产生多个并行的输出信号，其中多个并行输出信号中的每个输出信号与多个仓中的仓相关联。辅助电路识别与反变换器的输出相关联并且包括毛刺的多个仓中的仓，估计与所识别的仓相关联的一个或多个毛刺相位参数和毛刺幅度，并且基于估计的一个或多个毛刺相位参数和毛刺幅度来消除在多个并行输出信号中的输出信号之中的毛刺，其中该输出信号与所识别的仓相关联。
将参照图1-10来更完整地描述本发明。图1是根据本发明实施例的无线通信系统100的框图。通信系统100包括经由空中接口110进行通信的发射无线通信设备102和接收无线通信设备120。在本发明的多个实施例之中，发射和接收无线通信设备102、120中的一个可以是固定无线通信设备，例如，节点B、接入点、或将无线通信服务提供给诸如移动站的其他无线通信设备的基站收发信机(BTS)，或者，第一和第二无线通信设备102、120均可以是移动或便携无线通信设备，或者发射和接收无线通信设备102、120均可以是固定无线通信设备。
发射通信设备102包括发射机，其包括用于将信号上变频为RF并且经由空中接口110来发射信号的射频(RF)电路108、耦合到RF电路的处理器104、以及耦合到处理器和RF电路的一个或多个存储器件106，所述处理器104诸如一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、其组合或本领域的技术人员公知的其他这类器件，所述存储器件106诸如随机存取存储器(RAM)、动态随机存储存储器(DRAM)、和/或只读存储器(ROM)或其等效物，所述存储器件存储可由对应处理器执行的数据和程序。通过执行存储在一个或多个存储器件106之中的软件指令和例程来确定处理器104的特定操作/功能。
接收通信设备120包括包括RF电路126的接收机，用于经由空中接口110来接收信号，放大所接收的信号，并将所接收的信号下变频为诸如中频(IF)和/或基带频率；耦合到RF电路的处理器122，诸如一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、其组合或本领域的技术人员公知的其他这类器件；以及耦合到处理器和RF电路的一个或多个存储器件124，诸如随机存取存储器(RAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、和/或只读存储器(ROM)或其等效物，该存储器件存储由对应处理器执行的数据和程序。通过执行存储在一个或多个存储器件124之中的软件指令和例程来确定处理器122的特定操作/功能。
通信系统100包括正交频分多址(OFDMA)空中接口技术，其中将频率带宽划分为多个频率子带，或子载波，该频率子带或子载波包括在其上同时传输业务和信令信道的物理层信道。然后可将一个或多个频率子带指配给用户，用于用户信息的交换，由此允许多个用户在不同的子载波上同时进行传输。另外，通信系统100可以根据采用正交频分复用(OFDM)方案的任何无线通信标准来进行操作，诸如3GPP(第三代合作伙伴计划)、E-UTRA(演进UMTS地面无线电接入)通信系统、3GPP2(第三代合作伙伴计划2)演进通信系统，例如CDMA(码分多址)20001xEV-DV通信系统、如由IEEE(电气与电子工程师协会)的802.xx标准(例如，802.11、802.16或802.21标准)所描述的无线局域网(WLAN)通信系统、或多个已提出的超宽带(UWB)通信系统。
现在参照图2，提供了框图来说明根据本发明的实施例的接收无线通信设备120，更具体地说是接收机。尽管图2描述了使用数字中频(数字IF)的单次变频接收机，提供图2仅为了说明本发明的操作而不是意欲关于可以在其中采用本发明的接收机的类型来限制本发明。例如，基于此处提供的描述，本领域的技术人员可以容易地在二次变频接收机或直接变频接收机以及所说明的使用数字IF的单次变频接收机之中实施本发明。
接收通信设备120包括主信号路径，该主信号路径包括天线200、耦合到第一滤波器204的第一放大器202、耦合到滤波器204的第二放大器206、耦合到放大器206的下变频器208、耦合到下变频器的第三放大器212、耦合到放大器212的第二IF滤波器214、耦合到IF滤波器的第四放大器216、耦合到放大器216的模数转换器(A/D)218、耦合到A/D的数字IF 220、耦合到数字IF 220的循环前缀(CP)去除器、耦合到CP去除器的串并(S/P)转换器224、耦合到S/P转换器的反变换器226(其是OFDM系统中的快速傅里叶变换(FFT))、耦合到反变换器的均衡器230、耦合到均衡器的并串(P/S)转换器232、耦合到P/S转换器的反符号映射器234、以及耦合到反符号映射器的解码器236。在WiMAX通信系统中，接收通信设备120可进一步包括插入在反变换器226和均衡器230之间的PRBS(伪随机比特序列)228。
接收通信设备120进一步包括耦合到主信号路径并且在通信设备120中提供数字毛刺消除的辅助电路240。辅助电路240包括幅度和相位估计器(APE)242以及多个，诸如M个，加法器2451-245M，其中每个加法器2451-245M与由反变换器226所输出的多个频域子载波或仓的一个频域子载波或仓相关联。在本发明的一个实施例之中，在RF电路126之中实施此处描述的由单元202、204、206、208、212、216、和218所执行的功能，并且处理器122基于保持在至少一个存储器件124之中的指令，实施此处描述的由单元220、222、224、226、228、230、232、234、和240所执行的功能。然而，本领域的技术人员知道各个单元可以替代性地在RF电路或处理器及软件和/或硬件之中实施，例如，集成电路(IC)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等，诸如在一个或多个无线通信设备102、120之中实施的ASIC。基于本公开，本领域的技术人员将能够在不需要取消实验的情况下，轻松地生成和实施该软件和/或硬件。
在接收通信设备120之中，辅助电路240进行操作以提供带内毛刺的数字消除。为了理解辅助电路240的操作，首先描述接收通信设备120的操作概况。接收通信设备120在天线200上接收射频(RF)信号，并将该RF信号路由到第一放大器202。放大器202放大该RF信号，并将放大的信号路由到第一滤波器204，例如低通和带通滤波器。滤波器204将带外噪声从RF信号中过滤掉，并将过滤后的RF信号路由到第二放大器206，第二放大器206放大过滤后的RF信号，并将经放大的过滤后的RF信号路由到下变频器208。下变频器208将RF信号下变频为预定的中频(IF)以产生IF信号。例如，如图2所示，下变频器208可以包括耦合到本地振荡器(LO)210的混合器209。混合器209从第二放大器206接收经放大的过滤后的信号，并进一步从LO 210接收参考信号，设计该参考信号以有利于将经放大的过滤后的信号下变频为中频(IF)。然后，混合器209将经放大的过滤后的RF信号和参考信号相乘，以产生IF信号，将该IF信号路由到第三放大器212。
放大器212放大该IF信号，并将经放大的IF信号路由到第二IF滤波器214，其典型为带通滤波器，第二IF滤波器214将带外噪声从经放大的IF信号中过滤掉。然而，典型地，IF滤波器不衰减在IF频带内出现的假响应。然后，IF滤波器214将过滤后的经放大的IF信号路由到第四放大器216，其将过滤后的经放大的IF信号进行放大，并将经放大的信号路由到A/D 218。A/D 218对从放大器216接收到的IF信号进行数字化，以产生数字IF信号，并将该数字IF信号路由到数字IF 220。数字IF为本领域所熟知，除了以下内容以外，此处不对其进行详细描述。数字IF 220包括下变频器(未示出)，其将从A/D 214接收到的数字化IF信号从IF下变频为0IF、或基带频率，以产生数字基带信号。数字IF 216进一步包括多个串行耦合的滤波器(未示出)，其对数字基带信号进行过滤，以产生具有改进的选择性的降低的采样率信号221。
然后，数字IF 220将数字基带信号221路由到CP去除器222。CP去除器222去除已通过发射通信设备102中的对应CP添加器附加到信号上的循环前缀。然后，CP去除器222将该无循环前缀的信号传递到S/P转换器224。S/P转换器224将基带、无前缀的信号从串行形式转换为并行形式，输出多个，诸如M个，并行调制子载波。将该多个，即M个，并行调制子载波传递到反变换器226，例如离散傅里叶变换(DFT)或快速傅里叶变换(FFT)，反变换器226基于在发射通信设备102之中的变换器内使用的M个正交函数中的一个对应正交函数将M个并行调制子载波中的每个子载波从时域变换到频域。即，反变换器226将每个符号变换为与时域信号相关联的频域子载波或仓，以产生多个，即M个，并行符号。然后，反变换器226的输出包括基于M个调制子载波的多个，即M个，并行符号，其中M个并行加密符号中的每个符号是从发射通信设备102之中的符号映射器(未示出)所应用的星座图(constellation)的可能符号中提取的。
反变换器226将M个并行符号经由加法器2451-245M传递到均衡器230，或在WiMAX接收机的情况之中，传递到PRBS 228，其中每个加法器与由反变换器输出的频域子载波或仓相关联。除了接收反变换器226的输出以外，加法器2451-245M中的一个或多个加法器还从APE 242接收信号，该信号对应于APE在关联的仓之中检测到的毛刺的估计的负数。当加法器2451-245M接收到反变换器226的输出和来自APE 242的毛刺信号的负数时，加法器将两个接收到的信号相加，由此针对该仓消除了反变换器226的输出中的毛刺，并产生了毛刺消除的信号。然后，加法器就将该毛刺消除的信号路由到均衡器230或PRBS 228，哪个合适就到哪个。在本发明的另一实施例之中，除了接收反变换器226的输出以外，加法器2451-245M中的一个或多个加法器还从APE 242接收信号，该信号对应于APE在关联的仓之中检测到的毛刺的估计。然后，为了针对该仓消除输出中的毛刺并产生毛刺消除的信号，加法器将接收的毛刺的估计从接收的反变换器226的输出中减去。
如果通信系统包括PRBS 228，PRBS将PRBS调制从M个并行信号中的每个接收到的信号之中去除，并将无PRBS调制的信号路由到均衡器230。均衡器230接收反变换器226或PRBS 228的M个并行输出(哪个合适就接收哪个)，根据众多已知均衡技术之中的任何一个或多个，对M个并行输出中的每个执行均衡，并将均衡后的M个并行输出路由到P/S 232。P/S 232将均衡后的M个并行输出从并行形式转换为串行形式，以产生符号流233，并将该符号流路由到反符号映射器234。反符号映射器基于发射通信设备102的符号映射器所使用的符号映射方案，通过恢复对应于每个符号的比特来产生比特流。然后，反符号映射器将恢复的比特流传递到解码器236。解码器236基于发射通信设备102的编码器(未示出)所应用的纠错码对该比特流进行解码，并将解码后的比特流传递到数据接收器(data sink)(未示出)。
现在参照图3，提供了逻辑流程图300，该逻辑流程图300说明根据本发明实施例由辅助电路240在执行毛刺消除之中所执行的方法。在诸如系统100的OFDM通信系统之中的基带信号中，可以由复纯音调波形(complex pure tone waveform)来表示毛刺，该复纯音调波形表示为 Aej(2πft+φ) t＝0，1，2，3，...， 其中，A是毛刺的幅度，f是系统采样频率的分数的毛刺频率，φ是任意初始相位，t是采样实例的索引。将期望信号的样本表示为dt，并且加性白噪声(AWGN)zt可能破坏这些样本。由于毛刺是根据已知的毛刺产生机制被添加到期望的信号上的，所以可以将接收通信设备120馈送到OFDMA解调器(单元224、226、228、230和232)的样本表示为 rt＝dt+Aej(2πft+φ)+ztt＝0，1，2，3，.... 将这些样本形成为具有N个样本的组，其中N是每个OFDM符号的样本数，并且将这些样本馈送到反变换器226。结果是，反变换器，例如FFT，对第n个子载波上的第p个OFDM符号(即第p个具有N个样本的组)的输出可以表示为 其中NCP是在反变换器226之前被去除循环前缀(CP)的样本的数目，Sn(p)是在第p个OFDM符号和第n个子载波上接收到的QAM符号，Zn对应于AWGN，An＝ABn并且φn＝φ+θn。Bn和θn分别是复数
的幅度和相位。当f＝m/N时，这是数字毛刺位于子载波m的中心的情况，对于第n个子载波反变换器输出表示为 其中Nd是数据子载波的数目。即，仅有第m个子载波受到毛刺的影响。在一般情形，当毛刺处于子载波m之中并且偏离子载波的中心δ时(即，δ是在仓(子载波)中心频率和毛刺的频率之间的差)，即f＝(m+δ)/N，其中δ的绝对值小于0.5，反变换器输出是 n∈[-Nd/2，Nd/2]， 其中ejΔΦ(m+δ)p指示毛刺相位变化是p，即OFDM符号索引的线性函数，并且ΔΦ(m+δ)是毛刺的相位变化速率，且是(m+δ)的函数，其独立于子载波索引n。然而，子载波n上的毛刺的幅度An＝ABn和初始相位φn＝φ+θn取决于子载波索引n。以上公式代表了此处毛刺消除基础的基本思想，即添加到时域信号的毛刺可以通过减去重构的频域复波形来在频域之中消除。复波形可以由三个参数来确定幅度An，初始相位φn，OFDM符号上的相位变化速率ΔΦ(m+δ)。在下文中，将展示确定这三个参数的多种方法。
由于在该情况之中An≠0，所以理论上，如果δ≠0，则所有的子载波都受毛刺的影响。然而，随着n远离m，An动态减小。这使得毛刺消除的实际实施成为可能。更具体地，当δ＝0，仅对子载波m执行毛刺消除，否则需要对两个子载波来执行毛刺消除，例如，当0<δ<0.5时的子载波m和m+1，或者当-0.5<δ<0时的子载波m-1和m。
例如，图6包括描述邻近于毛刺所驻留的子载波的邻近子载波上的示例性毛刺相位变化速率和幅度的表格，该相位变化速率和幅度是离开包括毛刺的子载波的中心的毛刺偏移(δ)的函数。图6中描述的表格示出为δ的函数的相位变化速率ΔΦ(m+δ)，以及Am-1、Am、和Am+1，其对应于20dB的毛刺功率和m＝185。然后，图7-10以图形说明1024点FFT之后的接收信号强度指示符(RSSI)，其中具有20dB功率的毛刺位于子载波的中心，具体是子载波187(图7和8)，或者位于两个子载波的边缘，具体是在子载波187和188中的每个的边缘处(图9和10)。
在反变换器输出之中看到的毛刺的另一成分是毛刺的初始相位
在实践中这很难精确测量，并且在实践中可以将其建模为随机变量，该随机变量由于很高的毛刺频率和定时抖动，故均匀分布在相位范围
内。为了准确地消除毛刺，应当确定毛刺的初始相位。这可以通过在
上以给定搜索解析度(resolution)来穷尽搜索而实现。仿真结果指示可以将要求的搜索解析度设置为如10度一样的粗粒而不会有显著的性能劣化。这转换为36个可以考虑的不同初始相位。如图7-10所示，可以通过查看反变换器(例如FFT)输出之中的RSSI来轻松地识别毛刺。一旦与子载波相关联的RSSI大于预定的阈值，就可以确定已经检测到毛刺并且在该子载波上应当执行毛刺消除。
再次参照图3，在反变换器处不存在发射信号时，例如，在如果接收通信设备是在基础设施之中实施的，没有上行链路(UL)信号施加到反变换器时，或者在如果接收通信设备是在移动站之中实施的，没有下行链路(DL)信号施加到反变换器时，当接收无线通信设备120将反变换器226输出的每个子载波或仓路由到APE 242时，逻辑流程图300开始(302)。然后，APE 242针对每个仓计算(306)反变换器226的输出的功率，优选地是RSSI，以产生多个计算功率。基于多个计算功率，APE 242识别(308)毛刺位置或仓。即，对于反变换器226所输出的多个仓中的每个仓，APE 242将关于该仓的计算功率与存储在至少一个存储器件124之中的对应阈值进行比较，以产生比较。基于该比较，并且更具体地，当仓的计算功率超过阈值，则APE 242确定毛刺存在于该仓中。
响应于检测到毛刺的存在，然后，APE 242估计(310)一个或多个毛刺相位参数，优选地是与所识别的仓n相关联的毛刺初始相位φn和毛刺相位变化速率ΔΦ(m+δ)、以及毛刺幅度An，即确定与仓关联的估计的初始相位、相位变化速率、和毛刺幅度，并且将该估计的初始相位、相位变化速率、和毛刺幅度存储(312)在接收通信设备120的一个或多个存储器件124中。当接收通信设备120在天线200上接收到(314)来自发射通信设备102的发射信号(由此产生接收信号)时，如上详细所述，接收通信设备通过接收通信设备的主信号路径的单元202、204、206、208、212、214、216、218、220、222和224来路由接收信号，以产生多个，例如M个，并行基带信号，该多个并行基带信号是从接收信号导出的，并且被施加到反变换器226。然后，反变换器226对时域基带信号进行变换(316)，以产生多个并行频域输出信号，即与每个反变换器所输出的多个子载波或仓中的每个子载波和仓相关联的输出信号。可以假定由反变换器226在步骤316输出并与在步骤308识别出的仓相关联的信号将包括毛刺，该毛刺类似于在步骤310估计的毛刺。然后，将多个并行输出信号中的每个输出信号路由到与对应仓相关联的加法器2451-245M。
针对已被识别为包括毛刺的仓，APE 242将基于对每个OFDM符号p的An，φn和ΔΦ(m+δ)的估计而重构的毛刺路由到对应加法器2451-245M，其中将重构的毛刺从对于该仓的反变换器输出之中减去。通过另一示例，APE 242可以基于对每个OFDM符号p的An，φn和ΔΦ(m+δ)的估计来构造毛刺的负数，并将毛刺的负数传递到与仓相关联的对应加法器2451-245M，其中将毛刺的负数加到对于该仓的反变换器输出。然后，针对给定子载波n，加法器通过将重构毛刺从该加法器所接收到的反变换器226的输出减去，或将毛刺的负数与该加法器所接收到的反变换器226的输出相加来消除(318)包括在反变换器226的输出之中的毛刺，随后逻辑流300结束(320)。
优选地在毛刺检测的开始来执行步骤306和308，并且出于更新的目的，可以在那之后偶尔再次执行，但不需要对接收通信设备120所接收到的每个发射子帧来执行。然而，为了消除子载波m之中的毛刺，优选地对通信设备所接收到的每个发射子帧执行步骤310-318。
现在参照图4，提供了逻辑流程图400，该逻辑流程图400描述了根据本发明实施例的接收通信设备120对毛刺幅度An的估计。优选地是，当在反变换器226的输入处没有发射信号时，执行逻辑流程图400之中描述的方法。当输入主要包括噪声并且毛刺被施加(406)到反变换器226时，逻辑流程图400开始(402)。为了确保输入主要包括噪声和毛刺，接收通信设备可选地可以禁用从接收机126天线200上接收到的进入信号(404)。然后，反变换器226将输入从时域变换(408)到频域，以输出多个，或M个，子载波，或频域仓，该输出耦合到辅助电路240，并且更具体地，耦合到APE 242。
对于多个频域仓中的每个仓，APE 242收集(410)与该仓相关联的输出的多个样本，可以在单个帧或多个帧上收集该多个样本。基于收集的样本，APE 242确定(412)与仓输出相关联的功率(再次，当不存在发射信号时)，即，当不存在发射信号时，在N个样本上确定
即，对于n＝1，...，N，其中yn代表该仓上的第n个样本。当针对该仓确定的功率超过对应的功率阈值时，基于所确定的该仓的功率，APE 242确定(414)该仓包括毛刺，并且估计(416)毛刺的功率，以及对应地毛刺幅度，该幅度可以表示为
然后，APE 242将估计的毛刺幅度存储(418)在接收通信设备的一个或多个存储器件124中，并且然后逻辑流400结束(420)。在本发明的另一实施例之中，可以重复步骤404到418直到时间段τ期满，可以基于毛刺特性和诸如温度的环境来动态确定时间段τ。可以在每次重复时更新估计的功率，或者直到时间段τ期满时再确定。
在估计毛刺的相位中，APE 242基于毛刺频率和载波频率来确定毛刺的相位变化速率，并且估计和/或更新所检测到的毛刺的初始相位。如果已知毛刺频率，则可以分析计算相位变化速率，即ΔΦ(m+δ)，也就是ΔΦ(f)＝2πfNs。此处用ΔΦ(f)来代替ΔΦ(m+δ)，以强调在给定每个OFDM符号的采样数Ns时，相位变化速率取决于毛刺频率f，Ns包括循环前缀(CP)，即Ns＝N+NCP，(要注意f＝(m+δ)/N，其中m的范围从-N/2到N/2)。实践中，有效的相位变化速率是(为了简洁，将相位变化速率表示为常数，在毛刺频率、系统载波频率、和OFDM符号间隔都是常数时，实际上就是如此) ΔΦ＝mod(2πfrelativeTsymb，2π)， 其中frelative＝fspur-fcarrier代表实际毛刺频率和系统载波频率之间的频率差，并且Tsymb代表包括CP的OFDM符号间隔。显然，用相对毛刺频率frelative，可以确定就子载波索引m而言的毛刺位置。结果是，可以按以下来确定更加准确的毛刺幅度估计 其中p是OFDMA符号索引，P是用于幅度估计的OFDMA符号或样本的总数目，并且m代表应当在其中执行毛刺消除的子载波。系数e-jΔΦ×p对应于相位旋转器。这是对毛刺幅度的相干估计，其中已知毛刺的频率，与以上描述的非相干估计相对，其中毛刺的频率是未知的。
在不知道毛刺频率的情况之中，APE 242也可以通过在不存在发射信号的情形下确定多个OFDM符号上的相位变化速率来估计和/或更新毛刺的相位变化速率ΔΦ(m+δ)， 以及 其中P是在其上执行估计的OFDM符号的数目，并且m是在其中检测到毛刺的子载波索引，即Am>T，其中T是用于毛刺检测的阈值。
现在参照图5，提供了逻辑流程图500，该逻辑流程图500描述根据本发明实施例的接收通信设备120对毛刺的初始相位的估计。类似于逻辑流程图400，优选地是，当在反变换器226的输入处不存在发射信号时，执行逻辑流程图500之中描述的方法。当输入主要包括噪声并且毛刺被施加(506)到反变换器226时，流程图500开始(502)。为了确保输入主要包括噪声和毛刺，接收通信设备可选地可以禁用从接收机126天线200上接收到的进入信号(504)。然后，反变换器226将输入从时域变换(508)到频域，以输出多个，或M个，子载波，或频域仓，该输出耦合到辅助电路240，并且更具体地，耦合到APE 242。
然后，对于多个仓中的每个仓，APE 242收集(510)与该仓相关联的输出的多个样本(再次，当不存在发射信号时)，可以在单个帧或多个帧上收集该多个样本。基于该多个样本，并且如参照图4所详细描述的，APE 242识别(512)由反变换器226输出的多个仓中包括毛刺的仓。对于所识别的仓或子载波，并且对于多个预先确定的可能的初始相位中的每一个，例如，每10度，在360°上对应于36个可能的初始相位点，APE 242确定(514)相位检测度量，每个度量对应于该采样点上的毛刺的可能初始相位。可以在从已识别出毛刺的仓之中取出的一个或多个符号之上确定每个相位检测度量。然后，APE 242基于对多个可能的初始相位所确定的多个相位检测度量，来估计(516)毛刺的初始相位，优选地是通过将多个相位检测度量中的每个相位检测度量与多个相位检测度量中的其他相位检测度量相比较，来产生多个比较，然后基于该多个比较来估计毛刺相位，并且更具体地，选择对应于最小的所确定的相位检测度量的初始相位。
即，在本发明的一个实施例之中，APE 242可以使用穷尽搜索来确定检测到的毛刺的初始相位。即，对于每个所识别的子载波m并且在一个上行链路(UL)子帧内(例如，在子信道(PUSC)模式的部分使用之中的15个OFDM符号)，APE 242基于给定的搜索解析度，使用对初始相位的穷尽搜索来检测毛刺的初始相位(即，通过假定多个可能的毛刺初始相位来进行搜索，例如，每10度采样一次，在360°上对应于36个可能的初始相位)，即计算指示毛刺初始相位的相位检测度量，例如计算相位检测度量 p＝1，2，…，15 and k＝1，2，…，36。
换言之，APE 242通过使用估计的毛刺幅度、相位变化速率和可能的毛刺初始相位来确定重构毛刺从而确定初始相位，并进一步确定仓上的信号和重构毛刺之间的差Y。然后，APE 242将P个，例如此处P是15个，OFDM符号上的
进行加总，得到K个度量，这里在该示例中K＝36，即k＝1，2，...，36。然后，通过36个可能相位中的由k索引(index)的值给出子载波m上的毛刺的估计初始相位φm，其中k指明36个度量中的最小度量。例如，如果所有可能的相位是0，10，20，...，350度，并且第5个度量是36个度量之中最小的那个，即M5是最小度量，因此k＝5并且第5个相位值，其是40度，将是子载波m上的毛刺的估计初始相位。
APE 242将估计的毛刺初始相位存储(518)在接收通信设备的一个或多个存储器件124之中，并且然后逻辑流500结束(520)。在本发明的另一实施例之中，APE 242可以重复步骤508、510、512、514、和516，并且对每次重复，计算初始相位的滑动平均(running average)，所述初始相位包括当前确定的初始相位和一个或多个先前确定的初始相位，并且其可以进一步包括与每个当前确定的和一个或多个先前确定的初始相位相关联的权重。
在本发明的又一实施例之中，其中已知毛刺频率，并且相对频率和时域双工(TDD)帧间隔的乘积是整数，理论上，在每个子载波上看到的毛刺的初始相位是常数，所述相对频率是毛刺频率和载波频率之间的差。所以，可以将在先前帧中估计的每个子载波上的毛刺的初始相位用在当前帧内用于毛刺消除。在该情况之中，可以使用先前介绍的方法，即使用相位检测度量通过对预先确定的可能的相位点进行穷尽搜索来估计每个TDD帧之中的每个子载波上的毛刺的初始相位。将每个TDD帧的所有估计初始相位通过平滑滤波器来进行滑动平均。更具体地，若φn(k)是第k个TDD帧之中的第n个子载波的估计初始相位，则在相同子载波上用于在第(k+1)个帧中的毛刺消除的平均初始相位φn(k+1)可以表示为 φn(k+1)＝(1-λ)φn(k)+λφn(k)， 此处，λ是取值在0到1之间的存储系数，例如λ＝0.2。为了降低计算复杂度，对于第k个帧中的初始相位估计的穷尽搜索可以在平均初始相位φn(k)附近的几个点上来执行，例如，可以对10个点进行搜索，而不是利用解析度为10度的360度上的36个点。可以在存在或不存在发射信号的情况下来执行该操作。
类似地，在本发明的另一实施例之中，可以在每个TDD帧中估计每个子载波上的毛刺幅度，并且在后一个帧中对其求平均用于毛刺消除。更具体地，若An(k)是第k个TDD帧之中的第n个子载波的估计毛刺幅度，则在相同子载波上用于第(k+1)个帧中的毛刺消除的平均毛刺幅度An(k+1)可以表示为 An(k+1)＝(1-α)An(k)+αAn(k) 此处，α是取值在0到1之间的存储系数，例如α＝0.2。在存在发射信号的情况之中，可以将对毛刺幅度的确定修改如下 n≠d， 其中，毛刺幅度是此处，
和
分别是在当前帧的第n个子载波和第d个子载波上的第p个接收到的符号，n代表有毛刺存在的子载波，并且d指明没有毛刺存在的子载波。通过基于先前帧而分析计算出的毛刺相位变化速率ΔΦ、平均初始相位φn(k+1)和平均幅度An(k+1)，可以轻松地重构毛刺，以用于在第(k+1)个帧中的消除，依此类推。
总之，提供了能够在OFDM/OFDMA通信系统之中操作的通信设备，该通信设备包括提供用于接收信号之中的带内毛刺消除的接收机。尽管将此处描述的通信设备描述为在无线通信系统之中操作，但是本领域的技术人员理解此处描述的原理可以应用于任何OFDM通信系统中的通信设备，无论是无线还是有线。通信设备识别与反变换器的输出相关联的并且包括毛刺的多个仓中的仓，并且估计与所识别的仓相关联的一个或多个毛刺相位参数，优选地是毛刺初始相位和毛刺相位变化速率、以及毛刺幅度。当通信设备接收到发射信号，产生接收信号时，该通信设备的反变换器将接收信号进行变换，以产生多个并行输出信号，其中多个并行输出信号的每个输出信号与多个子载波或仓的频域子载波或频域仓相关联，并且基于估计的一个或多个毛刺相位参数和毛刺幅度来消除多个并行输出信号中的输出信号之中的毛刺，其中该输出信号与所识别的仓相关联。
在本发明的各个实施例之中，通信设备可以通过下述过程来识别包括毛刺的仓通过对多个仓中的每个仓计算功率，并基于所确定的功率来识别包括毛刺的仓，优选地通过将多个计算功率中的每个计算功率与阈值相比，以产生多个比较，并且基于该多个比较来识别包括毛刺的仓。通信设备可以进一步基于与所识别的仓相关联的计算功率来确定毛刺的幅度。
在本发明的一个实施例之中，当不存在发射信号时，通信设备可以基于反变换器的输出来估计多个OFDM符号上的毛刺相位变化速率；然而，在本发明的另一实施例之中，当存在发射信号时，通信设备可以基于已知的毛刺频率和已知的载波频率来估计多个OFDM符号上的毛刺相位变化速率。
在本发明的各个实施例之中，通信设备可以通过针对所识别的仓估计相位检测度量，优选地通过确定多个可能的毛刺初始相位并且对每个可能的初始相位来计算相位检测度量从而确定毛刺的初始相位。然后，通信设备可以基于相位检测度量(多个)来估计毛刺初始相位，例如通过将多个相位检测度量中的每个相位检测度量与多个相位检测度量中的其他相位检测度量进行比较，以产生多个比较，并基于该多个比较来估计毛刺相位。可以通过使用估计的毛刺幅度、相位变化速率、和可能的毛刺初始相位来对毛刺进行重构、确定在所识别的仓中的信号和重构毛刺之间的差、并且将一个以上OFDM符号上的差进行加总，从而确定对于(多个可能毛刺初始相位中的)一个可能毛刺初始相位的相位检测度量。然后，可以基于对每个可能初始相位的加总的差，优选地通过选择最小的加总的差来选择毛刺初始相位。然后，可以基于估计的毛刺幅度、初始相位、和相位变化速率，来重构毛刺或毛刺的负数。当从发射通信设备接收到信号，并且将接收到的信号进行变换，以产生多个反变换器输出信号时，可以从与所识别的仓相关联的反变换器输出信号中减去重构的毛刺或者可以将毛刺的负数加到与所识别的仓相关联的反变换器输出信号上，以消除信号中的毛刺。
尽管已经参照本发明的特定实施例具体展示了本发明并且对本发明进行了描述，但是应当理解，在不偏离本发明范围的前提下，本领域的技术人员将可以对本发明的单元做出各种修改和等效替换，本发明的范围由所附权利要求来阐述。因此，说明和附图被认为是说明性的而不是限制性意义的，并且意欲将所有这类修改和替换均包括在本发明的范围之内。
以上已经对具体实施例的益处、其它优点和对问题的解决方案进行了描述。然而，益处、优点、问题的解决方案，以及可使任何益处、优点、或解决方案产生或变得更明显的任何单元(多个)都不被解释为任何或所有权利要求的关键、必要、或基本的特性或单元。如此处所使用的术语“包括”或其任何变形，意欲涵盖非排它的内含物，使得包括单元列表的过程、方法、物件、或装置不仅包括这些单元，还可以包括未明确列出的其他单元，或者这类过程、方法、物件、或装置所固有的单元。如此处所用的词语“包含”和/或“具有”被定义为包括。另外，除非在这里额外指明，否则关系术语(如果有的话)例如第一和第二、顶部和底部等的使用，仅用于将一个实体或动作与另一实体或动作进行区别，而不是必然要求或意指这些实体或动作之间的任何实际这种关系或顺序。前面以“...一个”开始的单元，如果没有更多限制，那么不排除在包括该单元的过程、方法、物件、或装置中存有其它相同的单元。
权利要求
1.一种用于正交频分复用通信系统中的毛刺消除的方法，包括
识别与反变换器的输出相关联并且包括毛刺的多个仓中的仓；
估计与所识别的仓相关联的一个或多个毛刺相位参数和毛刺幅度；
将接收信号进行变换，以产生多个并行输出信号，其中所述多个输出信号中的每个输出信号与所述多个仓中的仓相关联；以及
基于所估计的一个或多个毛刺相位参数和所估计的毛刺幅度来消除所述多个并行输出信号中的输出信号之中的毛刺，其中所述输出信号与所识别的仓相关联。
2.如权利要求1所述的方法，其中识别包括针对所述多个仓中的每个仓计算功率，以产生多个计算功率，并且基于所确定的功率来识别仓。
3.如权利要求1所述的方法，其中估计一个或多个毛刺相位参数包括以下中的一个或多个
基于已知的毛刺频率和已知的载波频率来估计正交频分复用符号上的毛刺相位变化速率；以及
当不存在发射信号时，基于反变换器的输出，估计正交频分复用符号上的毛刺相位变化速率。
4.如权利要求1所述的方法，其中估计一个或多个毛刺相位参数包括
针对所识别的仓确定相位检测度量；以及
基于所述相位检测度量，估计毛刺初始相位。
5.如权利要求4所述的方法，其中确定相位检测度量包括
确定多个可能的毛刺初始相位；以及
针对所述多个可能的毛刺初始相位中的每个可能的初始相位计算相位检测度量。
6.如权利要求5所述的方法，其中计算相位检测度量包括
使用所估计的毛刺幅度、相位变化速率和可能的毛刺初始相位来确定重构毛刺；
确定在所述仓上的信号和重构毛刺之间的至少一个差；以及
将一个以上的正交频分复用符号上的所述差进行加总。
7.如权利要求4所述的方法，其中确定相位检测度量包括针对多个预先确定的相位中的每个相位确定相位检测度量，以产生多个相位检测度量，并且其中估计毛刺初始相位包括基于所述多个相位检测度量来估计毛刺初始相位。
8.如权利要求1所述的方法，其中消除所述多个并行输出信号中的输出信号之中的毛刺包括以下中的一个或多个
基于所估计的一个或多个毛刺相位参数和所估计的毛刺幅度来确定重构毛刺，并且从所述输出信号中减去所述重构毛刺；以及
基于所估计的一个或多个毛刺相位参数和所估计的毛刺幅度来确定毛刺的负数，并且从所述输出信号中减去所述毛刺的负数。
9.一种能够在正交频分复用通信系统中操作并且包括处理器的通信设备，所述处理器适于识别与反变换器的输出相关联并且包括毛刺的多个仓中的仓；估计与所识别的仓相关联的一个或多个毛刺相位参数和毛刺幅度；将接收信号进行变换以产生多个并行输出信号，其中所述多个并行输出信号中的每个输出信号与所述多个仓中的仓相关联；以及基于所估计的一个或多个毛刺相位参数和所估计的毛刺幅度来消除所述多个并行输出信号中的输出信号之中的毛刺，其中所述输出信号与所识别的仓相关联。
10.如权利要求9所述的通信设备，其中所述处理器适于通过针对所述多个仓中的每个仓计算功率以产生多个计算功率并且基于所确定的功率来识别仓，从而识别多个仓中的仓。
11.如权利要求9所述的通信设备，其中所述处理器适于通过以下中的一个或多个来估计一个或多个毛刺相位参数
基于已知的毛刺频率和已知的载波频率来估计正交频分复用符号上的毛刺相位变化速率；以及
当不存在发射信号时，基于所述反变换器的输出来估计正交频分复用符号上的毛刺相位变化速率。
12.如权利要求9所述的通信设备，其中所述处理器适于通过针对所识别的仓确定相位检测度量并且基于所述相位检测度量来估计毛刺初始相位，从而估计一个或多个毛刺相位参数。
13.如权利要求12所述的通信设备，其中所述处理器适于通过确定多个可能的毛刺初始相位并且针对所述多个可能的毛刺初始相位中的每个可能的初始相位计算相位检测度量，从而确定相位检测度量。
14.如权利要求13所述的通信设备，其中所述处理器适于通过使用所估计的毛刺幅度、相位变化速率和可能的毛刺初始相位来确定重构毛刺，确定在所述仓上的信号和所述重构毛刺之间的至少一个差，并且将一个以上的正交频分复用符号上的所述差进行加总，从而计算相位检测度量。
15.如权利要求12所述的通信设备，其中所述处理器适于通过针对多个预先确定的相位中的每个相位确定相位检测度量以产生多个相位检测度量，并且基于所述多个相位检测度量来估计毛刺初始相位，从而确定相位检测度量。
16.如权利要求9所述的通信设备，其中所述处理器适于通过以下中的一个或多个来消除所述多个并行输出信号中的输出信号之中的毛刺
基于所估计的一个或多个毛刺相位参数和所估计的毛刺幅度来确定重构毛刺，并且从所述输出信号中减去所述重构毛刺；以及
基于所估计的一个或多个毛刺相位参数和所估计的毛刺幅度来确定毛刺的负数，并且从所述输出信号中减去所述毛刺的负数；并且
17.如权利要求9所述的通信设备，进一步包括耦合到所述处理器的一个或多个存储器件，其中所述一个或多个毛刺相位参数包括毛刺初始相位，并且其中所述处理器适于在存在发射信号时确定所估计的毛刺初始相位和幅度的滑动平均，并且将所述平均毛刺初始相位和幅度存储在所述一个或多个存储器件之中。
18.如权利要求9所述的通信设备，进一步包括耦合到所述处理器的一个或多个存储器件，并且其中所述处理器适于在不存在发射信号的情况下估计一个或多个毛刺相位参数和毛刺幅度，并且将所估计的一个或多个毛刺相位参数和毛刺幅度存储在所述一个或多个存储器件之中。
19.一种能够在正交频分复用通信系统中操作的接收机，所述接收机包括
主信号路径，所述主信号路径适于接收发射信号，以产生接收信号，并且将所述接收信号进行变换以产生多个并行输出信号，其中所述多个并行输出信号中的每个输出信号与多个仓中的仓相关联；以及
耦合到所述主信号路径的辅助电路，所述辅助电路适于识别与反变换器的输出相关联并且包括毛刺的所述多个仓中的仓，估计与所识别的仓相关联的一个或多个毛刺相位参数和毛刺幅度，并且基于所估计的一个或多个毛刺相位参数和所估计的毛刺幅度来消除所述多个并行输出信号中的输出信号之中的毛刺，其中所述输出信号与所识别的仓相关联。
20.如权利要求19所述的接收机，进一步包括耦合到所述辅助电路的一个或多个存储器件，其中所述一个或多个毛刺相位参数包括毛刺初始相位，并且其中所述辅助电路适于在存在发射信号时确定所估计的毛刺初始相位和幅度的滑动平均，并且将所述平均毛刺初始相位和幅度存储在所述一个或多个存储器件之中。
21.如权利要求19所述的接收机，进一步包括耦合到所述辅助电路的一个或多个存储器件，其中所述辅助电路适于在不存在发射信号的情况下估计一个或多个毛刺相位参数和毛刺幅度，并且将所估计的一个或多个毛刺相位参数和毛刺幅度存储在所述一个或多个存储器件之中。
全文摘要
一种能够在OFDM通信系统中操作的通信设备(120)提供带内毛刺的消除。该通信设备识别(308)与反变换器的输出相关联的并且包括毛刺的多个仓中的仓，并且估计(310)与所识别的仓相关联的一个或多个毛刺相位参数和毛刺幅度。在本发明的一个实施例之中，一个或多个毛刺相位参数包括毛刺初始相位和毛刺变化速率。当通信设备接收(314)到来自另一通信设备的信号时，该通信设备将接收信号进行变换(316)以产生多个并行输出信号，该多个并行输出信号的每个输出信号与多个仓中的仓相关联，并且基于所估计的一个或多个毛刺相位参数和毛刺幅度，消除(318)与所识别的仓相关联的输出信号中的毛刺。
文档编号H04B1/00GK101536322SQ200780040813
公开日2009年9月16日 申请日期2007年10月29日 优先权日2006年10月31日
发明者于骁勇, 托马斯·J·科瓦里克, 爱伦·P·洛汀赫斯 申请人:摩托罗拉公司