用于直流偏移估计的无线通信单元和方法

专利名称：用于直流偏移估计的无线通信单元和方法
技术领域：
本发明涉及用于正交频分复用通信的失真估计和缓解，尤其但不排他地涉及采用 正交频分多址的蜂窝通信系统中的上行链路估计和补偿。
背景技术：
在最近的十年里，使用射频的无线通信已经变得越来越广泛，且很多通信系统现 在竞争有限的资源。因此，用于无线通信系统的标准开发中的最重要的参数之一是特定无 线通信系统如何能够高效地使用被分配的频谱。高效使用稀有频谱资源的需求导致可以在高度干扰下工作的无线技术的发展。例 如，对于高容量蜂窝通信系统，可以允许高度干扰是一个关键需求。典型地，这些通信系统 使用一个频率再利用进行操作，这意味着在跨越网络的所有扇区和小区中相同的信道宽度 可用并且被使用。因此，在小区交叠区域，从相邻小区看到的小区间干扰可能极大。因为发 射器可用的功率受限，在这种条件下，可用的载波干扰比(C/I)以及因此数据率也受限。如 果可以去除小区间干扰，则有效C/I增加且数据率随C/I的改善相当地增加。这可以提供 高得多的频谱效率且充分增加系统的容量，且因此十分希望去除或缓解小区间干扰。可以在无线通信系统中使用的通信方案是正交频分复用(OFDM)方案。而且，蜂窝 通信系统可以使用正交频分多址(OFDMA)，其中，相同小区中的用户被分配以与其他用户子 载波组同时有效的子载波组。然而，在OFDMA中，小区内的传输可以保持正交且对于相同小 区中的用户产生的干扰(小区内干扰)可以有效地缓解到一般可以忽略的程度。诸如OFDM的多载波通信技术将整个系统带宽分割成大量子载波。这典型地通过 在要发射的信号的频域表示中向子载波分配符号且然后使用逆傅立叶变换(IFFT)来产生 等价的时域基带信号来实现。基于多载波调制的系统典型地仅向子载波的子集分配符号，剩余子载波保持永久 不被占用。图1中示出常规OFDM系统中子载波100的布置。在该布置中，频带的上和下边 缘处的大量子载波保持不被占用115。这些不被占用的子载波115可以用作这种传输和相 邻信道上的传输之间的防护频带，以及确保任意假频伪信号从有用信号充分隔离以在实际 实现中简轻过滤需求。对应于输入到IFFT的直流(DC)的子载波105也通常保持不被占用。这确保基带 发射信号的时域表示具有零平均值。因为基带信号不包含DC分量，这使得接收器更简单地 估计和去除接收信号中的任意DC偏移。多载波系统中的信道估计典型地通过发射器和接收器均已知的导频符号的传输 实现。一些系统在全部非零子载波110上发射这些导频符号，而其他系统设计为仅在子载 波的子集(在频率中分布)上发射导频信号。一旦获得其上发射导频符号的子载波的初始 信道估计，一些系统可以对信道估计执行进一步的处理。该附加处理可以改善信道估计质 量和/或获得其上不发射导频符号的子载波的信道估计。已知可能通过发射器和/或接收器引入DC偏移。用于上/下变换的直接变换(零中间频率(IF))架构尤其易于引入DC偏移。然而，只要发射的基带信号已知为零平均值， 则能够通过简单地估计接收的信号的平均值获得接收器处的DC偏移的精确估计。对于DC子载波100为空的多载波系统，这容易通过获得整数OFDM符号(在去除 循环前缀之后)上接收的时域信号110的平均实现。理论上，这种系统不需要估计和去除 DC偏移，因为在DC子载波上不发射数据。然而，在实际的系统中，大DC偏移的存在将要求 对于接收器处的基带处理中的较大动态范围的支持。而且，在与载波频率偏移组合时大DC 偏移的存在还可以引入附加的信号失真。因此，估计和去除DC分量仍是有益的。已知并不是所有的通信系统都设计为在DC子载波上包括空值。这种系统的示 例包括使用专用于3GPP LTE标准的上行链路上的频域均衡(SC-FDE)和单载波频分多址 (SC-FDMA)技术的单载波系统中的接收器。这些系统也可以具有如图1所示的子载波布置 150，其中DC子载波155不为空且用于数据传输。对于不包括DC处空子载波的多载波系统，受到任意DC偏移的引入或增加的影响。 首先，接收器的DC偏移估计不能使用与具有永久为空的DC子载波的系统相同的方法，因为 发射的基带信号不具有零平均值。其次，除非DC偏移被充分抑制，否则它将向DC子载波上 发射的数据符号引入显著的失真，导致链路和系统性能的直接劣化。因此，当前技术是次优的。因此，解决DC偏移估计及其补偿问题的改善机制将是 有利的。

发明内容
因此，本发明寻求单独地或以任意组合的方式减轻、缓解或消除上述缺点其中一 个或多个。根据本发明的第一方面，提供了一种用于估计多载波通信系统中经历失真的子载 波中的至少一个偏移的方法。该方法包括接收多个子载波，其中该多个子载波包含经历失 真的子载波；和产生不经历失真的相应多个接收子载波的多个第一信道估计。该方法还包 括处理不经历失真的相应多个接收子载波的若干个所述多个第一信道估计，以产生经历失 真的子载波的第二信道估计；和估计与经历失真的子载波相关联的偏移。对偏移的估计包 括接收针对经历失真的子载波发射的已知参考信号；将该第二信道估计与该已知参考信 号相乘以产生第一值；以及从接收的已知参考信号减去该第一值以产生估计的偏移。因而，本发明的实施例提供用于估计多载波通信单元中接收的信号中的偏移特性 的改善机制。而且，这将提供用于对于所述偏移应用补偿且因此产生改善的系统性能所需 要的信息。根据本发明的可选特征，该方法还可以包含基于估计的偏移判断是否应用偏移补 偿。根据本发明的可选特征，该方法还包含基于判断要应用偏移补偿，从经历失真的载波上 接收的数据中去除估计的偏移。根据本发明的可选特征，该方法还可以包含从经历失真的 子载波上连续接收的多个数据符号去除估计的偏移。因而，当确定了偏移时，本发明的实施 例可以提供多载波通信单元中接收信号中的偏移的去除。所述偏移的这种去除将能够改善 数据检测。根据本发明的可选特征，估计的偏移可以是经历失真的直流(DC)子载波的直流 (DC)偏移估计。因而，本发明的实施例可以提供用于估计多载波通信单元中接收的信号中的DC偏移的改善机制。根据本发明的可选特征，处理若干个所述多个第一信道估计可以包含在经历失真 的子载波的任一侧上接收的子载波的第一信道估计之间进行插值。本发明的一个可选特征 可以使用非线性插值。这可以提高信道估计的精确度。根据本发明的可选特征，已知参考信号可以是已知的导频符号。用于该目的的导 频符号的再利用减小了开销。根据本发明的可选特征，从接收的数据去除估计的偏移可以应用在频域和/或时 域中。例如，从接收的数据去除估计的偏移可以包含在FFT之前从接收的信号时域样本减 去根据相应快速傅立叶变换(FFT)的尺寸缩放的偏移估计。FFT计算之前的DC补偿的应用 可以实现从FFT输出的信号的有用动态范围的增加。根据本发明的可选特征，可以执行时域DC偏移补偿以去除初始估计的偏移，在此 之后，执行频域补偿以去除任意残余的估计的偏移。根据本发明的可选特征，处理若干个所述多个第一信道估计可以包含在与经历失 真的子载波直接相邻的那些接收子载波之外的接收子载波的第一信道估计之间进行插值。 可以判断子载波的选择和数目以在计算复杂度与估计精度之间进行折衷。根据本发明的可选特征，第一信道估计的产生可以包含在与DC子载波直接相邻 的那些接收子载波之外的接收子载波的信道估计之间进行插值。根据本发明的可选特征，多载波通信系统可以支持符号到子载波的变化的分配， 使得数据和导频符号至少一个并不总是在经历失真的子载波上发射。根据本发明的可选特征，该方法可以应用在上行链路通信信道或下行链路通信信 道中且可以在单载波频分多址(SC-FDMA)系统中采用。多载波通信系统可以包含第三代合 作伙伴计划(3GPP)长期演进(LTE)通信系统。根据本发明的第二方面，提供了一种无线通信单元，包含用于估计多载波通信系 统中经历失真的子载波中的至少一个偏移的逻辑。该无线通信单元包含用于接收多个子 载波的接收器，其中该多个子载波包含经历失真的子载波；用于产生不经历失真的相应多 个接收子载波的多个第一信道估计的逻辑；和用于处理不经历失真的相应多个接收子载波 的若干个所述多个第一信道估计，以产生经历失真的子载波的第二信道估计的逻辑。所述 无线通信单元还包括用于按以下述方式估计与经历失真的子载波相关联的偏移的逻辑接 收针对经历失真的子载波发射的已知参考信号；将该第二信道估计与该已知参考信号相乘 以产生第一值；以及从接收的已知参考信号减去该第一值以产生估计的偏移。根据本发明的第三方面，提供了一种包含根据本发明的第二方面的无线通信单元 的多载波无线通信系统。根据本发明的第四方面，提供了一种计算机程序产品，包含用于估计多载波通信 系统中经历失真的子载波中的至少一个偏移的程序代码。该计算机程序产品包含以下用途 的程序代码接收多个子载波，其中该多个子载波包含经历失真的子载波；产生不经历失 真的相应多个接收子载波的多个第一信道估计；以及处理不经历失真的相应多个接收子载 波的若干个所述多个第一信道估计，以产生经历失真的子载波的第二信道估计。该计算机 程序产品还包括用于通过以下方式估计与经历失真的子载波相关联的偏移的程序代码接 收针对经历失真的子载波发射的已知参考信号；将该第二信道估计与该已知参考信号相乘
6以产生第一值；以及从接收的已知参考信号减去该第一值以产生估计的偏移。本发明的这些和其他方面、特征和优点将从此后描述的(多个)实施例显现和得 到阐述。


图1说明用于蜂窝OFDM通信系统和不具有空值DC子载波的常规多载波系统的常 规子载波布置。现在参考附图，仅通过举例的方式描述本发明的实施例，附图中图2说明适于实现本发明的实施例的3GPP LTE通信系统。图3说明适于实现本发明的实施例的无线通信单元。图4说明根据本发明的一些实施例，结合了 DC偏移估计和去除(补偿)的信道估 计的流程图。图5说明根据图4的处理的信道估计以及DC偏移估计和去除的流程图。图6说明可用于实现本发明的实施例中的处理功能的典型计算系统。
具体实施例方式下面的描述聚焦于本发明的实施例可应用于UMTS(通用移动通信系统)蜂窝通 信系统，且尤其可应用于在第三代合作伙伴计划(3GPP)系统中操作的UMTS地面无线电接 入网络(UTRAN)。具体而言，本发明的实施例涉及当前3GPP中讨论的演进-UTRAN(E-UTRAN) 无线通信系统的系统架构。其也被称为长期演进(LTE)。然而，应当意识到本发明不限于该 特定蜂窝通信系统，而是可以应用于其他蜂窝通信系统。尽管参考LTE系统中的OFDM操作描述本发明的实施例，可以预见，本发明的概念 可以应用于采用“多载波符号”的任意通信系统，该“多载波符号”包含输入到多载波接收 器中的N点FFT的接收时域波形的N个样本的块以及从FFT输出的频域样本的等价块。尽管参考3GPP LET上行链路实现描述本发明的实施例，可以预见，此处描述的发 明概念可应用于上行链路或下行链路方案。然而，在3GPP LTE下行链路的背景下，需要明 确可能并不需要本发明的实施例，因为LTE下行链路采用结合空值DC子载波的常规OFDM 传输格式。已知，接收的OFDM信号可以包含3种DC分量，即(i)预期发射波形的DC分量；(ii)发射器添加的附加和无意DC ；(iii)接收器添加的附加和无意DC ；根据本发明的实施例，描述在发射的基带信号的DC分量非零时用于接收器中的 “无意”DC偏移的估计和去除(情况(ii)和(iii))的基带信号处理技术。尽管此处描述的大部分实施例涉及DC偏移损害的估计和去除，可以预见，本发明 的概念可应用于去除以类似方式呈现自身的任意失真，这种失真可对应于DC偏移损害或 来自外部源的其他这种干扰。本发明的实施例利用这一信息发射的基带信号的预期DC分量对于至少一个 OFDM符号是已知的。典型示例是，在至少一个OFDM符号中，在DC子载波上发射已知的导频符号(例如，用于信道估计)。现在参考图2，概要地示出根据本发明的一个实施例的无线通信系统200。在该实 施例中，无线通信系统200兼容且包含能够在通用移动通信系统(UMTS)空中接口上操作的 网络元件。该架构包含无线电接入网(RAN)和核心网(CN)元件，核心网204耦合到诸如因 特网或企业网络这样被称为分组数据网络(PDN)的外部网络202。RAN的主要组件是经 由Sl接口连接到CN 204且经由Uu接口连接到UE 220的eNodeB (演进NodeB) 210、220。 eNodeB210,220控制和管理无线电资源相关功能。节点B 210,220系列典型地执行网络较 低层的处理，执行诸如介质访问控制(MAC)的功能、格式化数据块以进行传输和向UE 225 物理地发射传输块。CN 204具有三个主要组件服务GW 206、PDN GW(PGW) 205和移动管理实体 (MME) 208。服务GW 206控制U面(用户面)通信。PND-GW 205控制对于适当外部网络(例 如PDN)的接入。MME 208控制c面(控制面)通信，其中通过MME 208处理用户移动、用于 空闲模式UE的寻呼发起、承载建立、和对缺省承载的QoS支持。UE订户配置文件和规范信 息可以存储在诸如HSS 230的静态数据库中，其中可以包含用于UE认证的用户证书、服务 级别方面的用户等级以及其他静态信息。E-UTRAN RAN基于下行链路(DL)中的OFDMA(正交频分多址接入)和上行链 路(UL)中的SC-FDMA(单载波频分多址接入)。在E-UTRAN中使用的无线电帧格式和 物理层配置的其他信息可以在 TS 36. 211(3GPP TS 36. 211v. 8. 2. 0 (2008-03)，‘3GPP Technical specification group radio access network, physical channels and modulation (release 8)，)中寻找。Node-B 210无线连接到UE 225。每个Node-B包含操作耦合到相应信号处理逻辑 214、2M的一个或多个收发器单元212、222。类似地，每个UE包含操作地耦合到信号处理逻 辑229(仅为了清楚起见，在细节中说明一个UE)且与支持各自位置区域中的通信的NodeB 通信的收发器单元227。为清楚起见，系统包含没有示出的很多其他UE和Node-B。现在参考图3，示出根据本发明实施例的多载波发射器和多载波接收器的特定实 施例。发射器包含向前向纠错(FEC)编码单元303提供数据比特的数据源302。编码比特 然后被传递到将比特映射成复杂符号的符号映射单元304。这些符号被输入到将其与导频 符号产生单元305产生的导频符号相乘的乘法器306。串行-并行转换器307获取符号组 以形成多载波符号且将这些符号输入到反向快速傅立叶变换(IFFT)308。从IFFT 308输 出的信号被转换回样本309的串行序列且被输入到向每个多载波符号插入循环前缀的循 环前缀插入功能310。发射波形然后被上变换成射频(RF)信号、被放大且从天线311辐射 出ο发射的信号通过发射天线311和接收天线314之间的无线信道312传播。循环前 缀去除功能315从每个多载波符号去除循环前缀。串行-并行转换器316获取对应于一个 多载波符号的一组样本且将它们输入到快速傅立叶变换(FFT) 317。FFT的输出被处理以产 生每个子载波的信道估计318。这些信道估计与FFT 317输出的接收数据符号一起被输入 到均衡器319。均衡的符号被转换回串行流320且输入到计算每个数据比特的LLR的对数 似然比(LLR)生成逻辑312。LLR然后被输入到FEC解码器322，该解码器产生用于输入到数据接收装置323的数据比特。根据本发明的实施例，如图4进一步所示地修改多载波接收器的信道估计处理 318。现在参考图4，流程图400示出包括DC偏移估计和去除(补偿)的信道估计。FFT 逻辑(例如图3的FFT逻辑317)的输出被输入到修改的信道估计功能401，该功能已被增 强为包括DC偏移和去除功能性。去除了任意DC偏移的信道估计和接收的数据符号然后从 修改的信道估计逻辑401输出且输入到均衡器319。现在参考图5，流程图500说明根据图4的处理401的信道估计以及DC偏移估计 和去除。DC偏移估计过稈首先，如步骤510所示，通过将每个接收导频符号除以子载波的已知导频符号，对 接收的导频符号执行信道估计处理以产生每个子载波的信道估计。因而，除DC子载波之外 的所有子载波的信道估计可以正常输出，被均衡器(例如图3中的示例均衡器319)使用。如步骤520所示，可以选择和保持与DC子载波相邻子载波的信道估计以用于进一 步处理。在步骤530中，通过在与DC子载波相邻的子载波的信道估计之间进行内插来计算 DC子载波的无损信道估计。然后，在步骤M0，通过使得为DC子载波发射的已知导频符号与DC子载波的无损 信道估计相乘且从该导频符号的接收拷贝中减去相乘的结果，计算包含在DC子载波上接 收的数据符号中的DC偏移的估计。DC偏移去除过程为了从DC子载波上接收的每个(未均衡)数据符号去除DC偏移，在这些符号输 入到均衡器(例如图3的示例均衡器319)之前，从DC子载波上接收的所有数据符号减去 该DC偏移估计(550)。DC子载波的无损信道估计从信道估计功能输出供均衡器使用。在数学表达中，上述估计处理的一个实施例可以描述如下此处描述的DC偏移补偿方法的一个实施例为系统提供全部Nfft个子载波，其中Nsc 个被分配给数据且布置在邻近块中。该实施例包括用于信道估计目的的完整导频OFDM符 号的周期传输，其中Ns。个数据子载波中每个上的发射信号也是接收器预先知道的。导频OFDM符号中在队。个数据子载波中的每个上发射的导频符号由NS。X1向量χ 表示，且在Ns。个数据子载波中的每个上接收的相应值由NS。X 1向量ypil。t表示。在下文中，我们将称这些向量其中每一个中的元素i为对应于DC的子载波，使得 DC子载波上接收的导频符号表示为ypil。t[i]。接收的数据符号表示为ydata。获得如上所述无损信道估计的一种可能的方法是计算
权利要求
1.一种用于估计多载波通信系统中经历失真的子载波中的至少一个偏移的方法，该方 法包含接收多个子载波，其中该多个子载波包含经历失真的子载波；产生不经历失真的相应多个接收子载波的多个第一信道估计；处理不经历失真的相应多个接收子载波的若干个所述多个第一信道估计，以产生经历 失真的子载波的第二信道估计；通过以下方式估计与经历失真的子载波相关联的偏移接收针对经历失真的子载波发射的已知参考信号；将该第二信道估计与该已知参考信号相乘以产生第一值；以及从接收的已知参考信号减去该第一值以产生估计的偏移。
2.根据权利要求1所述的方法，其中该估计的偏移是经历失真的直流DC子载波的直流 DC偏移估计。
3.根据前述权利要求其中任一项所述的方法，其中处理若干个所述多个第一信道估计 包括在对于经历失真的子载波任一侧上接收的子载波的第一信道估计之间进行插值。
4.根据前述权利要求其中任一项所述的方法，其中该已知参考信号是已知导频符号。
5.根据前述权利要求其中任一项所述的方法，其中处理若干个所述多个第一信道估计 包括在对于与经历失真的子载波直接相邻的那些接收子载波之外的接收子载波的第一信 道估计之间进行插值。
6.根据前述权利要求其中任一项所述的方法，其中处理若干个所述多个第一信道估计 包括使用非线性插值。
7.根据前述权利要求其中任一项所述的方法，该方法还包括基于所述估计的偏移判断 是否应用偏移补偿。
8.根据前述权利要求其中任一项所述的方法，该方法还包括基于判断要应用偏移补 偿，从经历失真的载波上接收的数据中去除所述估计的偏移。
9.根据权利要求8所述的方法，该方法还包括从经历失真的子载波上连续接收的多个 数据符号中去除所述估计的偏移。
10.根据权利要求9所述的方法，其中去除所述估计的偏移应用于频域或时域。
11.根据权利要求10所述的方法，其中去除估计的偏移包括在快速傅立叶变换FFT 之前从接收的信号时域样本中减去根据相应快速傅立叶变换FFT的尺寸缩放的偏移估计。
12.根据权利要求9所述的方法，其中执行时域DC偏移补偿以去除初始估计的偏移，之 后执行频域补偿以去除任何残余估计的偏移。
13.根据前述权利要求其中任一项所述的方法，其中该多载波通信系统支持符号到子 载波的可变分配，使得数据、导频符号其中至少之一并不总是在经历失真的子载波上发射。
14.根据前述权利要求其中任一项所述的方法，其中该方法应用在上行链路通信信道 或下行链路通信信道中。
15.根据前述权利要求其中任一项所述的方法，其中该多载波通信系统采用单载波频 分多址SC-FDMA和/或包含第三代合作伙伴计划3GPP长期演进LTE通信系统。
16.一种无线通信单元，包含用于估计多载波通信系统中经历失真的子载波中的至少 一个偏移的逻辑，该无线通信单元包含用于接收多个子载波的接收器，其中该多个子载波包含经历失真的子载波； 用于产生不经历失真的相应多个接收子载波的多个第一信道估计的逻辑； 用于处理不经历失真的相应多个接收子载波的若干个所述多个第一信道估计，以产生 经历失真的子载波的第二信道估计的逻辑；用于按以下述方式估计与经历失真的子载波相关联的偏移的逻辑 接收针对经历失真的子载波发射的已知参考信号； 将该第二信道估计与该已知参考信号相乘以产生第一值；以及 从接收的已知参考信号减去该第一值以产生估计的偏移。
17.一种包含无线通信单元的多载波无线通信系统，该无线通信单元具有用于估计多 载波通信系统中经历失真的子载波中的至少一个偏移的逻辑，该无线通信单元包含用于接收多个子载波的接收器，其中该多个子载波包含经历失真的子载波； 用于产生不经历失真的相应多个接收子载波的多个第一信道估计的逻辑； 用于处理不经历失真的相应多个接收子载波的若干个所述多个第一信道估计，以产生 经历失真的子载波的第二信道估计的逻辑；用于按以下述方式估计与经历失真的子载波相关联的偏移的逻辑 接收针对经历失真的子载波发射的已知参考信号； 将该第二信道估计与该已知参考信号相乘以产生第一值；以及 从接收的已知参考信号减去该第一值以产生估计的偏移。
18.一种计算机程序产品，包含用于估计多载波通信系统中经历失真的子载波中的至 少一个偏移的程序代码，该计算机程序产品包含以下用途的程序代码接收多个子载波，其中该多个子载波包含经历失真的子载波； 产生不经历失真的相应多个接收子载波的多个第一信道估计； 处理不经历失真的相应多个接收子载波的若干个所述多个第一信道估计，以产生经历 失真的子载波的第二信道估计；通过以下方式估计与经历失真的子载波相关联的偏移 接收针对经历失真的子载波发射的已知参考信号； 将该第二信道估计与该已知参考信号相乘以产生第一值；以及 从接收的已知参考信号减去该第一值以产生估计的偏移。
全文摘要
一种用于估计在多载波通信系统中经历失真的子载波中的至少一个偏移的方法(500)。该方法包含接收多个子载波，其中该多个子载波包含经历失真的子载波；以及产生用于不经历失真的相应多个接收子载波的多个第一信道估计。该方法还包含处理用于不经历失真的相应多个接收子载波的大量多个第一信道估计以产生用于经历失真的子载波的第二信道估计；以及估计与经历失真的子载波相关的偏移。偏移的估算包含接收针对经历失真的子载波发射的已知参考信号；将该第二信道估计与已知参考信号相乘以产生第一值；以及从接收的已知参考信号减去该第一值以产生估计偏移。
文档编号H04L25/02GK102067537SQ200980122495
公开日2011年5月18日 申请日期2009年3月25日 优先权日2008年4月25日
发明者D·P·麦克纳玛拉 申请人:无线技术解决方案有限责任公司