专利名称：频率相关的iq不平衡估计的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及无线通信系统接收器，并且具体地涉及用于估计接收的无线通信信号中的频率相关的IQ不平衡的系统和方法。
背景技术：
现代无线通信系统通过将数据调制到射频(RF)载波上来跨空中接口发射数字数据(包括数字化的话音信号)。接收器接收和处理RF信号以恢复数据。除了数据以外，接收的信号还包括必须被量化(或被估计)并被消除的损伤，例如干扰和噪声。这些损伤不但由于跨空中接口的传输而产生(例如，多径干扰、来自其它信号的干扰、来自信道的噪声)，而且产生于处理接收的信号的RF和模拟接收器电路中。感兴趣的RF和模拟电路损伤(此后 被称为RF损伤)包括相位噪声、载波频率偏置以及特别是IQ不平衡。为了帮助接收器评估信道条件以消除信道引起的干扰，已知的是发射已知的参考信号，已知的参考信号也称为导频。在正交频分复用(OFDM)系统中，定义了两种类型的导频结构，如图I所示。所谓的块状导频排列包括在特定的周期内插入OFDM符号的每个子载波中的导频音。因此，块状导频是频率连续而时间分隔的。在慢衰落信道下，块状导频是有用的，以及信道的估计可以基于例如最小二乘(LS)或最小均方误差(MMSE)算法。所谓的梳状导频信号包括均匀地插入每个OFDM符号的某些子载波中的导频音，这些子载波(在时间和频率上)相互隔开。引入梳状导频排列来满足即使在一个OFDM块中也使显著的变化均衡的需求。需要(在时间和频率上)内插以估计数据子载波的信道条件。IQ不平衡是接收的信号的同相位(I)和正交(Q)相位分量中的增益和/或相位差异。IQ不平衡是频率相关的，尤其是对于宽带宽信道。频率相关的IQ不平衡主要源自零中频(zero-IF)接收器中的模拟信道选择滤波器。这种滤波器的传递函数由多个极点和零点定义。对于具有高Q值的那些极点和零点，对分量值不匹配的灵敏度是非常突出的。针对WLAN，特别是IEEE 802. Ila,已经对RF损伤估计和补偿进行了研究。因为这些解决方案依赖于无线协议的特性，所以它们通常是有局限性的。例如，WLAN的多径衰落信道被假设在帧内是相当静态的；这种假设对于很多其它的系统是不成立的。此外，为了 RF损伤估计的目的，发射被称为前导的块状导频信号。如果在帧内多径衰落保持不变，则有可能利用先前估计的信道系数，从而易于进行RF损伤估计。而且，如果在数据传输期间块状导频信号可用，则更容易满足所要求的估计精度而无需依靠判决反馈估计。最后，现有技术的大部分仅处理频率无关的IQ不平衡，而且仅集中于损伤参数的子集，例如，IQ不平衡、载波频率偏置和信道系数(不包括相位噪声)。在G. Xing、M. Shen和H. Liu发表的论文中提出了使用数字基带FIR滤波器的频率相关的IQ不平衡估计，论文名称为“用于直接转换接收器的频率偏置和I/Q不平衡补偿(Frequency offset and I/Q imbalance compensation for direct-conversionreceivers)”,发表于 IEEE Trans, on Wireless Commun ,第 4卷，第 673-680 页，2005年 3月，该论文的公开通过引用其全文结合于本文。然而，这种解决方案旨在用于WLAN，因此对于例如LTE、先进的LTE以及诸如此类的其它系统的适用性有限，在这些其它系统中，信道随时间快速变化，并且在数据传输期间RF损伤估计依靠梳状导频信号。更重要的是，Xing等人提出的解决方案没有考虑相位噪声。如果连同频率相关的IQ不平衡来考虑相位噪声，则得到的信号模型比Xing等人提出的信号模型要复杂很多。
发明内容
根据本文公开的和要求保护的一个或多个实施例，在每子带(或每子带对)的基础上对包括频率相关的IQ不平衡的RF损伤参数进行估计。在一个实施例中，接收例如同步信道(SCH)上的块状导频信号，并根据块状导频信号对IQ不平衡和载波频率偏置进行估计。可以接收仅在覆盖SCH的带宽的一个或若干子带中的块状导频信号，这取决于这些子带的大小。然后接收所有子带上的数据和梳状导频信号。基于IQ不平衡和载波频率偏置估计来为第一子带估计相位噪声和信道系数。然后基于梳状导频信号、先前估计的载波频率偏置估计以及基于根据之前的子带(或对)的相位噪声和IQ不平衡估计，在每子带(或每子带对)的基础上依次地估计IQ不平衡。这可以包括基于判决反馈的迭代估计。在一个实施例 中，RF损伤估计以接收的信号带宽的中心频率处的第一子带开始，并且在每子带(或每子带对)的基础上依次地向外继续进行至更高/更低的频率。一个实施例涉及一种通过在无线通信网络中的接收器估计接收的无线通信信号中的IQ不平衡的方法，该无线通信信号具有预定带宽。将接收的信号频分成多个子带。估计接收的信号的第一子带中的IQ不平衡和载波频率偏置。估计接收的信号的第一子带中的相位噪声和信道系数。基于载波频率偏置估计以及基于根据之前的子带的相位噪声和IQ不平衡估计，迭代地估计接收的信号的后继子带中的IQ不平衡。另一个实施例涉及在无线通信网络中操作的接收器。接收器包括一个或多个天线以及操作以接收来自天线的无线通信信号的接收器。接收器还包括控制器，该控制器操作以控制接收器并进一步操作以将接收的信号频分成多个子带；估计接收的信号的第一子带中的IQ不平衡和载波频率偏置；估计接收的信号的第一子带中的相位噪声和信道系数；以及基于载波频率偏置估计以及基于根据之前的子带的相位噪声和IQ不平衡估计，迭代地估计接收的信号的后继子带中的IQ不平衡。
图I示出现有技术的在OFDM中块状和梳状导频排列的图。图2是示出接收的信号的实际频率响应和实际频率响应的逐步近似的有代表性的频率图。图3是示出宽带信号分成多个子带的有代表性的频率图，多个子带以与第一、中心的子带相邻向外成对的方式标注。图4是估计宽频带信号中的IQ不平衡的方法的流程图。图5是示出在六个资源块上接收同步信道中的块状导频信号的有代表性的频率图。图6是示出由来自其它子带的相位噪声导致的图3的第一子带中的信道间干扰的有代表性的频率图。
图7是操作以实现图4的方法的UE的功能框图。
具体实施例方式根据本发明的实施例，通过将接收的具有预定带宽的信号分成多个子带并估计每个子带中的IQ不平衡来估计频率相关的IQ不平衡。这些每子带的IQ不平衡估计操作利用先前估计的IQ不平衡和例如载波频率偏置和相位噪声的其它RF损伤参数。图2示出有代表性的接收的宽带信号和对接收的信号的实际频率响应的逐步近似。如图3中所示出的，逐步近似使得接收的信号分成多个子带。编号为0的第一子带位于(例如，中心在)接收的信号带宽的中心频率/；处。编号为+/-I的第二子带对位于与第一子带0相邻并位于第一子带0的两侧。后继子带对，例如在图3中编号为+/-2的那些子 带，各自与之前的子带对频率相邻，(在频率上)向外延伸以覆盖整个接收的信号带宽。每个子带可以包括一个或多个资源块，并且因此横跨多个子载波频率。为了提供全面、完整并可实施的公开，本文是在对通用移动电信系统(UMTS)的长期演进(LTE或先进的LTE)增强的下行链路的上下文中描述频率相关的IQ不平衡估计的实施例。然而，本发明并不局限于此上下文，而是可以有利地应用于其中IQ不平衡是频率相关的任何无线通信系统。如前所讨论的，LTE下行链路采用两种不同的、也称为导频的参考信号。在主(P-SCH)或次(S-SCH)同步信道(SCH)上发射频率连续、时间分隔的(块状)导频分配。与系统数据一起发射时间和频率分隔的(梳状)导频参考序列(RS)。参见3DPP TS 36.211。由于SCH的一个目的是帮助估计信道系数和载波频率偏置，因此可以连同块状导频来估计或基于判决反馈来迭代地估计IQ不平衡。载波频率偏置和IQ不平衡通常随时间如此缓慢地变化以致于跨若干巾贞它们仍保持几乎不变。例如参见Q. Zou、A. Tarighat和A. H. Sayed发表的名称为“在OFDM无线系统中的IQ不平衡和相位噪声的联合补偿(Joint compensationof IQ imbalance and phase noise in OFDM wireless systems)，，的论文，发表于 IEEETrans. On Communications,第 57 卷，第 404-414 页，2009 年 2 月(在下文称为“Zou_I ”)，该论文的公开通过引用其全文结合于本文。由于使用SCH的估计总是先于实际数据接收，因此当在随后的数据接收期间估计RF损伤参数时，可以利用根据SCH得到的估计，例如，(第一子带的)载波频率偏置和IQ不平衡。由于附加的原因，这是所期望的，附加的原因是由于没有数据子载波的模糊性而且不需要依靠判决反馈估计，因此就(在慢衰落信道中)RF损伤参数的估计而言，块状导频是比梳状导频更有利的。然而，由于IQ不平衡并不一定是频率无关的，尤其是对于宽带信道，参见Xing等人的论文，而且仅在中心六个资源块(RB)上发射SCH (参见图3)，因此在实际数据传输期间也必须估计IQ不平衡(至少在中心六个RB之外)。梳状导频RS帮助在数据传输期间估计RF损伤参数。在有频率相关的IQ不平衡和相位噪声时，与Xing等人提出的相反，信号模型不是在数学上便于处理的。详细地，接收的信号被表示为
r(i)=!"r I 'WV K1)
^k MJ% JtJ
其中AiU)和么(0分别表示同相位(I)和正交相位(Q)滤波器(包括增益不平衡)，0表不相位不平衡，表不在第k米样处的发射的OFDM符号,给出的Sk为sk —(Sn
是在第n子载波处的调制符号)，c{t)表示多径衰落信道，以及0 {t)表示相位噪声(包括载波频率偏置)。由于相位噪声总是通过指数项来影响接收的信号，因此相位噪声的指数^^力:或
e 即所谓的载波噪声，被视为相位噪声的量度。注意AiU)和么⑴分别覆盖同相
位(I)和正交相位(Q)分支的模拟滤波器、基带放大器、模拟-数字转换器(ADC)和抽取链(decimation chain)。为了简化分析，假设同相位和正交相位滤波器在一组接连RB内是频率平坦的，这证明频率响应的逐步近似是合理的(参见图2)。因此，假设在一组接连RB (此后称为子带；参见图3)内频率相关的IQ不平衡也是频率平坦的是可能的。鉴于频率相关的IQ不平衡通常是由模拟信道选择滤波器引起的，因而这种逐步近似是适当的。图4示出估计接收的具有预定带宽的无线通信信号中的IQ不平衡的方法100。接收的信号的整个系统带宽被分成多个子带，从中心子带到边缘子带对所述多个子带进行编号(图4,框102)。例如,子带0是中心子带,子带m是第m更高的子带,子带_m是第m更低的子带等等。因此，子带m是子带-m的镜像。参见图3。由于假设IQ不平衡在子带内是频率无关的，因此子带m内的接收的信号，rm{t)，被表不为
权利要求
1.一种通过在无线通信网络中的接收器估计接收的无线通信信号中的IQ不平衡的方法，所述接收的无线通信信号具有预定带宽，所述方法包括 将接收的信号频分成多个子带； 估计所述接收的信号的第一子带中的IQ不平衡和载波频率偏置； 估计所述接收的信号的所述第一子带中的相位噪声和信道系数；以及 基于载波频率偏置估计以及基于根据之前的子带的相位噪声和IQ不平衡估计来迭代地估计所述接收的信号的后继子带中的IQ不平衡。
2.如权利要求I所述的方法，其中，将接收的信号频分成多个子带包括将所述接收的信号分成位于信号带宽的中心频率处的第一子带、与所述第一子带相邻并位于所述第一子带的两侧的第二子带对以及一个或多个后继子带对，每个子带对与之前的子带对频率相邻。
3.如权利要求2所述的方法，其中，估计所述接收的信号的第一子带中的IQ不平衡和载波频率偏置包括 接收所述第一子带中的频率连续、时间分隔的(块状)参考信号；以及 基于所述块状参考信号来估计所述第一子带中的IQ不平衡和载波频率偏置。
4.如权利要求3所述的方法，其中，接收所述第一子带中的块状参考信号包括接收同步信道上的六个资源块上的块状参考信号。
5.如权利要求3所述的方法，其中，估计所述接收的信号的所述第一子带中的相位噪声和信道系数包括 接收所有子带中的数据以及时间和频率分隔的(梳状)参考信号；以及 基于所述第一子带中的所述梳状参考符号来估计所述第一子带中的相位噪声和信道系数。
6.如权利要求5所述的方法，其中，接收所有子带中的梳状参考信号包括接收数据信道上的梳状参考信号。
7.如权利要求5所述的方法，其中，基于载波频率偏置估计以及基于根据之前的子带的相位噪声和IQ不平衡估计来估计所述接收的信号的后继子带中的IQ不平衡包括忽略之前的子带的IQ不平衡，用先前估计的相位噪声来补偿相位噪声，以及然后基于所述梳状参考信号来为当前子带估计IQ不平衡和信道系数。
8.如权利要求5所述的方法，其中，基于载波频率偏置估计以及基于根据之前的子带的相位噪声和IQ不平衡估计来估计所述接收的信号的后继子带中的IQ不平衡包括用之前的子带的IQ不平衡来补偿IQ不平衡，用先前估计的相位噪声来补偿相位噪声，以及然后基于所述梳状参考信号来为当前子带估计IQ不平衡和信道系数。
9.如权利要求I所述的方法，其中，基于载波频率偏置估计以及基于根据之前的子带的相位噪声和IQ不平衡估计来估计所述接收的信号的后继子带中的IQ不平衡包括使用判决反馈来估计IQ不平衡。
10.如权利要求5所述的方法，其中，估计相位噪声包括仅估计相位噪声的低频频谱分量和使用所述低频频谱分量来近似实际相位噪声。
11.如权利要求10所述的方法，其中，估计相位噪声还包括当估计后继子带的RF损伤参数时，通过增加高频频谱分量来更新相位噪声估计。
12.一种在无线通信网络中操作的接收器，包括 一个或多个天线； 接收器，所述接收器操作以接收来自天线的无线通信信号；和 控制器，所述控制器操作以控制所述接收器并进一步操作以 估计接收的信号的第一子带中的IQ不平衡和载波频率偏置； 估计所述接收的信号的所述第一子带中的相位噪声和信道系数；以及基于载波频率偏置估计以及基于根据之前的子带的相位噪声和IQ不平衡估计，迭代地估计所述接收的信号的后继子带中的IQ不平衡。
13.如权利要求12所述的接收器，其中，所述控制器操作以通过以下操作将所述接收的信号频分成多个子带将所述接收的信号分成位于信号带宽的中心频率处的第一子带、与所述第一子带相邻并位于所述第一子带的两侧的第二子带对以及一个或多个后继子带对，每个子带对与之前的子带对频率相邻。
14.如权利要求13所述的接收器，其中，所述控制器操作以通过以下操作来估计所述接收的信号的第一子带中的相位噪声和IQ不平衡 控制所述接收器以接收所述第一子带中的频率连续、时间分隔的(块状)导频参考信号; 基于所述块状参考信号来估计所述第一子带中的IQ不平衡和载波频率偏置； 控制所述接收器以接收所有子带中的数据以及时间和频率分隔的(梳状)参考信号；以及 基于所述第一子带中的所述梳状参考符号来估计所述第一子带中的相位噪声。
15.如权利要求14所述的接收器，其中，控制所述接收器以接收所述第一子带中的块状导频参考信号包括控制所述接收器以接收同步信道上的六个资源块上的块状导频参考信号。
16.如权利要求14所述的接收器，其中，所述控制器还操作以基于先前估计的相位噪声来估计所述接收的信号的后继子带中的RF损伤参数。
17.如权利要求14所述的接收器，其中，估计所述接收的信号的后继子带中的RF损伤参数包括假设无IQ不平衡，以及然后基于所述梳状导频信号和先前估计的相位噪声来估计和内插信道系数。
18.如权利要求14所述的接收器，其中，估计所述接收的信号的后继子带中的RF损伤参数包括使用判决反馈来迭代地估计所述RF损伤参数。
19.如权利要求14所述的接收器，其中，估计相位噪声包括仅估计相位噪声的低频频谱分量和使用所述低频频谱分量来近似实际相位噪声。
20.如权利要求19所述的接收器，其中，估计相位噪声还包括当估计后继子带的RF损伤参数时，通过增加高频频谱分量来更新相位噪声估计。
21.如权利要求12所述的接收器，其中，所述控制器还操作以基于之前的子带中估计的IQ不平衡来估计所述接收的信号的后继子带中的RF损伤参数。
22.如权利要求21所述的接收器，其中，所述控制器操作以通过以下操作来估计RF损伤参数最初假设无信道间干扰的相位噪声，以及然后基于梳状导频信号来估计和内插所述信道系数和普通相位误差。
23.如权利要求12所述的接收器，其中，所述控制器操作以使用判决反馈来迭代地估计RF损伤参数。
全文摘要
在每子带(或每子带对)的基础上对接收的宽带信号中的包括频率相关的IQ不平衡的RF损伤参数进行估计。在一个实施例中，接收例如在SCH上的块状导频信号，并根据块状导频信号来估计IQ不平衡和载波频率偏置。然后接收所有子带上的数据和梳状导频信号。基于IQ不平衡和载波频率偏置估计来为第一子带估计相位噪声和信道系数。然后基于梳状导频信号、先前估计的载波频率偏置估计以及基于根据之前的子带(或对)的相位噪声和IQ不平衡估计来在每子带(或每子带对)的基础上依次地估计IQ不平衡。这可以包括基于判决反馈的迭代估计。
文档编号H04L27/38GK102783113SQ201180013611
公开日2012年11月14日 申请日期2011年2月16日 优先权日2010年3月12日
发明者C.帕克, L.威廉松, L.孙德斯特伦 申请人:瑞典爱立信有限公司