專利名稱：正交頻分復用802.11系統(tǒng)接收端反身式信道估計的方法及實現(xiàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及正交頻分復用(OFDM)無線局域網(wǎng)系統(tǒng)。
技術(shù)背景隨著社會生活越來越廣泛的對于信息的需求，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)越來越成為人們?nèi)粘Ｉ畈豢扇?少的一部分。無線局域網(wǎng)因其接入靈活、不需要布線等優(yōu)點，具有廣闊的發(fā)展前景。IEEE802.il工作組針對無線局域網(wǎng)的應(yīng)用需求提出了其無線局域網(wǎng)的解決方案，這就是 802.11無線局域網(wǎng)標準。到目甜為止，802.11無線局域網(wǎng)物理層的標準主要有四個，即802.11， 802.11b, 802.1 lg禾卩802.1 la，媒體接入(MAC)層的標準主要有802.11和802.1le。在物理層標 準方面，802.11定義了跳頻擴頻、直接序列擴頻和紅外三種工作方式；802.11b對802.11的直 接序列擴頻工作方式進行擴展，使其物理層最高數(shù)據(jù)速率達到11Mbps (能者只能達到 2Mbps); 802.11g則對802.11b作進一歩的擴展，在兼容802.1 lb的基礎(chǔ)上，加入了OFDM工 作方式，物理層最高數(shù)據(jù)速率可達54Mbps， 802.11g和802.11b均工作在2.4G頻段802.11a 標準工作在5G頻段，采用OFDM工作方式，物理層最高數(shù)據(jù)速率為54Mbps; 802.11g的OFDM 工作方式與802.11a采用了完全相同的實現(xiàn)方式，差別只在于工作頻段不同。在MAC層標準 方面，802.11定義了 802.11網(wǎng)絡(luò)中工作站點占用信道的方式，即通過隨機競爭占用信道(DCF) 和AP通過中央控制占用信道(PCF)兩種方式，S02.11e主要是針對802.11網(wǎng)絡(luò)的用戶質(zhì)量問 題而提出的解決方案，提出了 HCF工作方式來實現(xiàn)局域網(wǎng)通信屮的用戶質(zhì)量。在802.U-OFDM(含802.11a和802.1 lg的OFDM方式)系統(tǒng)中，接收端的信道估計通過物 理幀幀頭中的長訓練符號來實現(xiàn)。由于每次信道估計在各個子載波信道上只能通過兩個樣本 來實現(xiàn)，當信道條件較差時，其信道估計會存在較大的偏差，從而會影響到接收端解數(shù)據(jù)包 的性能。本發(fā)明考慮利用所發(fā)送的數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)符號來進行反身式信道估計。當發(fā)射站點向接 收站點連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)包時，信道在一段時間內(nèi)可認為是保持不變的，因此，可將當前數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)作為訓練序列對當前信道作反身式信道估計，用于后續(xù)數(shù)據(jù)包的信號檢測。另一方面，
在物理層采用閉環(huán)工作方式時，接收端可以通過作反身式信道估計得到較為精確的信道估計 值，再反饋給發(fā)射端。在802.n-OFDM系統(tǒng)中，為提高物理層數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅?，可考慮采用 閉環(huán)工作方式。反身式信道估計的實現(xiàn)過程是接收站點對接收到的數(shù)據(jù)包首先利用長訓練符號按常規(guī) 方法進行信道估計，并將該信道估計的結(jié)果用于對當甜物理幀數(shù)據(jù)符號的均衡。通過對接收 的數(shù)據(jù)符號的均衡、解調(diào)和解碼，得到信息序列，即當甜數(shù)據(jù)包所傳輸?shù)腗AC幀。若信息 序列經(jīng)MAC幀中的FCS校驗證明是正確的，則將其再經(jīng)編碼和調(diào)制后構(gòu)造成新的加長的訓 練序列，用于對當前信道作信道估計。由于該新訓練序列往往要比長訓練符號長很多，和長 訓練符號一起用于信道估計時，會使得信道佔計的偏差大大減少，將該信道估計的結(jié)果用于 當前發(fā)射和接收站點間以后各物理幀的傳輸和檢測，可以顯著提高802.11-OFDM系統(tǒng)物理層 數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅?。發(fā)明內(nèi)容一個802.11-OFDM物理幀由幀頭、SIGNAL符號、數(shù)據(jù)符號三部分組成，其中幀頭又有 短訓練符號和長訓練符號兩部分組成，如圖1所示。短訓練符號用于幀同歩、定時同歩、載 波粗同歩等。長訓練符號的子載波序列是一個固定的包含著52個非零元素的符號序列，用于 信道估計、載波細同歩等。當將其用于信道估計時，每個非零元素對應(yīng)于一個OFDM子載波 信道的信道估計。山于802.11-OFDM物理幀幀頭的長訓練符號部分只包含兩個長訓練符號， 因此，在用其對OFDM的子載波信道作信道估計時，只能使用兩個樣本來實現(xiàn)對每個子載波 信道的信道估計，在信道條件較差時，該信道估計會存在較大的偏差。本發(fā)明提出的反身式信道估計的實現(xiàn)過程如圖2所示。接收端在接收到長訓練符號后， 用其對OFDM各子載波信道作信道估計，得到各子信道的信道系數(shù)，用于信道均衡。接收端 對接收到的數(shù)據(jù)符號(及SIGNAL符號)，先進行均衡，然后對其解調(diào)和解碼，得到由數(shù)據(jù)符 號傳輸?shù)男畔⑿蛄?及SIGNAL符號中的信息序列)。接收到的信息序列經(jīng)FCS校驗(對 SIGNAL符號中的信息序列則是用其所含的1位校驗位進行校驗)、證明接收.lH確后，將其重 新進行編碼和調(diào)制，作為新的加長了的訓練序列用于信道估計，從而可以得到更為精確的對 各子載波信道的信道系數(shù)的估計。這樣，在發(fā)射站點連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)包的情況下，該信道估計 的結(jié)果可用于對后續(xù)數(shù)據(jù)包的均衡或者在發(fā)射站點與接收站點間采用閉環(huán)工作方式時，接 收站點可以將該信道估計結(jié)果反饋給發(fā)射站點、用于發(fā)射站點對后續(xù)數(shù)據(jù)包的傳輸。本發(fā)明提出一種接收端實現(xiàn)反身式信道估計的數(shù)字電路實現(xiàn)系統(tǒng)。在該實現(xiàn)系統(tǒng)中，輸
入信號以O(shè)FDM符號為單位對各子載波信道進行信道估計，各個OFDM符號的估計結(jié)果經(jīng) 累加后再作平均，得到總的信道估計的結(jié)果。在信息序列通過FCS校驗證明接收正確后，該 信道估計的結(jié)果被輸出，接收端完成反身式信道估計。


圖1 802.11-OFDM系統(tǒng)物理幀的幀結(jié)構(gòu) 圖2反身式信道估計的實現(xiàn)方法 圖3反身式信道估計的實現(xiàn)系統(tǒng)圖4接收到的子載波符號序列、信息序列、編碼調(diào)制后的子載波符號序列的相互關(guān)系具體實施方式
圖2給出了 802.11-OFDM系統(tǒng)中反身式信道估計的實現(xiàn)方法，其工作原理是對解碼后 得到的信息序列經(jīng)FCS校驗為正確后，將其重新進行編碼和調(diào)制，作為新的加長的訓練序列 用于更為精確的信道估計。本發(fā)明提出的反身式信道估計的數(shù)字電路實現(xiàn)系統(tǒng)如圖3所示。該實現(xiàn)系統(tǒng)以O(shè)FDM符 號為單位對OFDM的各子載波信道作出信道估計。圖3中假設(shè)用于信道估計的OFDM符號 數(shù)為K(在接收端接收到的物理幀中，若最后一個OFDM符號未被發(fā)送數(shù)據(jù)所填滿，其可不 用于反身式信道估計)。對于任一 OFDM符號k(k=l，2,...,K)，其接收到的子載波符號序列和編碼調(diào)制后的子載波 符號序列的相互關(guān)系見圖4。其中，信息序列就是系統(tǒng)通過OFDM數(shù)據(jù)符號所傳輸?shù)腗AC 幀，其JF:確性可通過FCS校驗來驗證；均衡器根據(jù)信道估計提供的信道系數(shù)來工作；解調(diào)解 碼器對經(jīng)過均衡的802.1-OFDM信號作解調(diào)、解碼等的操作，其由解調(diào)器、解交織器、解碼 器、解擾器等部分構(gòu)造；編碼調(diào)制器則按802.11-OFDM協(xié)議的規(guī)定對信息序列作編碼、調(diào)制 的操作，重新構(gòu)造發(fā)送的符號序列，其由加擾器、編碼器、交織器、調(diào)制器等所構(gòu)成。圖3所示的本發(fā)明提出的反身式信道估計的數(shù)字電路實現(xiàn)系統(tǒng)，由一個序列除法器、一 個加法器、 一個延遲寄存器、 一個計數(shù)器和一個除法器所構(gòu)成。其中，序列除法器實現(xiàn)對兩 個輸入序列的對應(yīng)元素的相除，延遲寄存器依靠觸發(fā)脈沖的上升沿或下降沿控制輸出，因而 其輸入與輸出之間存在一個延遲。序列除法器的輸入為接收到的子載波符號序列與編碼調(diào)制 后的子載波符號序列，輸出為當前OFDM符號的信道估計結(jié)果。序列除法器在輸出當前信道 估計結(jié)果的同時，還輸出一個觸發(fā)脈沖，該觸發(fā)脈沖一方面輸出到延遲寄存器的觸發(fā)端，使
其將當前的寄存器內(nèi)容輸出給加法器，另一方面則輸出到計數(shù)器的輸入端，使計數(shù)器產(chǎn)生一 次計數(shù)。延遲寄存器只在觸發(fā)脈沖的邊沿到來的瞬間給出一個輸出，其后即關(guān)閉輸出。延遲 寄存器中存放著到當斬時刻為止由各OFDM符號作信道估計得到的信道估計結(jié)果的累加值， 計數(shù)器中則存放著已參與反身式信道估計的OFDM符號的個數(shù)，由兩值相除得到的商(即除 法器中相除的結(jié)果)即是到當前時刻為止信道估計的結(jié)果。序列除法器輸入端每輸入一對"收 到的子載波符號序列-編碼調(diào)制后的子載波符號序列"序列對，在后面的除法器中即會得到一 個更新的信道估計值。當信息序列經(jīng)過FCS校驗為正確時，除法器里的信道估計值即允許得 到輸出。在該信道估計實現(xiàn)系統(tǒng)中，延遲寄存器和計數(shù)器的初始值均置為0，若要將長訓練 符號的估計結(jié)果包含在反身式信道估計中，可在進行反身式信道估計之前，將兩個"接收到 的長訓練符號序列-長訓練符號序列"序列對先輸入到序列除法器、從而在電路輸出端的除法 器中產(chǎn)生出先行的信道估計的結(jié)果。采用圖3所示的實現(xiàn)系統(tǒng)，可在接收端檢測接收序列的同時作反身式信道估計。在用 Viterbi解碼器對接收序列解碼時，為節(jié)省緩存，在對信號作判決時一般要采用一種回溯技術(shù)。 設(shè)回溯長度為L，則Viterbi解碼器在對當前信息位和各條可能的路徑作概率計算時，也對距 離當前信息位為L的信息位作判決。因此，在Viterbi解碼的每個時刻，其回溯位置之前的信 息位實際上都己經(jīng)確定。在反身式信道估計中，若我們判定某個OFDM符號的所有信息位都 己經(jīng)位于當前回溯位置之前時，就可用該OFDM符號作反身式信道估計。這種即時方式的信 道估計的優(yōu)點是(1)可以降低計算時延；(2)可以減少接收端所需要的緩存，節(jié)約接收端的 硬件成本。在發(fā)射站點與接收站點采用閉環(huán)方式工作時，接收站點可能會被要求在對當前 MAC幀的應(yīng)答中向發(fā)射站點傳輸信道信息，此時反身式信道估計的計算就不能存在過大的時 延。由圖3所示的反身式信道估計的實現(xiàn)系統(tǒng)得到的是在最小二乘準則下信道估計的結(jié)果， 當802.11網(wǎng)絡(luò)接收端采用最小均方誤差等準則進行信道估計時，只需在圖3所示的輸出中乘 以一個常系數(shù)就可得到相應(yīng)的估計結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種正交頻分復用802.11系統(tǒng)中接收端反身式信道估計的方法，其特征在于接收端在完成對一個數(shù)據(jù)幀的檢測后，將檢測結(jié)果作為新的加長的訓練序列用于更為精確的信道估計；該信道估計的結(jié)果可用于后續(xù)物理幀的檢測，或在系統(tǒng)閉環(huán)工作方式下發(fā)送給發(fā)射站點。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種正交頻分復用802.11系統(tǒng)中接收端反身式信道估計的方法， 其特征在于，系統(tǒng)的物理層是802.11a協(xié)議定義的物理層，或者是802.11g協(xié)議定義的 OFDM物理層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種正交頻分復用802.11系統(tǒng)中接收端反身式信道估計的方法， 其特征在于，將檢測結(jié)果作為新的加長的訓練序列用于信道估計的方法-由FCS校驗證明得到正確接收的信息序列——即MAC幀——作為新的加長的訓練序列用 于信道估計；該信息序列經(jīng)編碼、調(diào)制后作為新的加長的訓練序列用于信道估計。
4. 一種正交頻分復用802.11系統(tǒng)中接收端反身式信道估計的實現(xiàn)系統(tǒng)，其特征在于 它在數(shù)字電路上實現(xiàn)；它基于權(quán)利要求1的方法而實現(xiàn)；由序列除法器、加法器、延遲寄存器、計數(shù)器和除法器等部分所構(gòu)成； 其輸入為接收到的子載波符號序列和由信息序列經(jīng)編碼、調(diào)制后得到的符號序列，輸出為 信道估計的結(jié)果；以O(shè)FDM符號為單位進行輸入和信道估計；當信息序列經(jīng)過FCS校驗證明接收正確后，該系統(tǒng)輸出信道估計的結(jié)果。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種正交頻分復用802.11系統(tǒng)中接收端的反身式信道估計的實現(xiàn) 系統(tǒng)，其各組成部分的功能如下序列除法器將接收到的子載波符號序列與編碼調(diào)制后的子載波符號序列的對應(yīng)元素相除，得到當前OFDM符號的信道估計結(jié)果；加法器將當前OFDM符號的信道估計結(jié)果與此前各OFDM符號的信道估計結(jié)果的累加 值進行相加，產(chǎn)生新的累加值；延遲寄存器存放著到當前時刻為止OFDM符號信道估計結(jié)果的累加值，其有一個觸發(fā) 端，受到觸發(fā)后，延遲寄存器利用觸發(fā)的上升沿或下降沿輸出當前的寄存器數(shù)據(jù)；計數(shù)器存放著己參與反身式信道估計的OFDM符號的符號數(shù)；除法器將信道估計的累加值與已參與信道估計的OFDM符號數(shù)相除，得到反身式信道 估計的結(jié)果，其有一個輸出控制端，可由外部信號控制其是否將計算結(jié)果進行輸出。 6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種卍交頻分復用802.11系統(tǒng)中接收端的反身式信道估計的實現(xiàn) 系統(tǒng)，其特征在于，以O(shè)FDM符號為單位進行信道估計的方法在接收端的Viterbi解碼中，當由一個OFDM符號所解出的信息位均位于當前回溯位置之 前時，該OFDM符號即用于反身式信道估計；該方法一方面可以降低計算時延，另一方面可以降低接收端所需的緩存大小。
全文摘要
一種正交頻分復用(OFDM)802.11系統(tǒng)接收端的反身式信道估計方法及其實現(xiàn)系統(tǒng)，屬于無線通信技術(shù)的領(lǐng)域。802.11-OFDM系統(tǒng)的接收端對經(jīng)解碼得到的信息序列，在通過FCS校驗證明接收正確后，將其經(jīng)編碼、調(diào)制后構(gòu)造成新的加長的訓練序列，用于新的更為精確的信道估計。該信道估計的結(jié)果將用于后續(xù)物理幀的信號檢測或發(fā)送。反身式信道估計的實現(xiàn)系統(tǒng)由序列除法器、加法器、延遲寄存器、計數(shù)器和除法器等所構(gòu)成。接收端在對信息序列進行解碼的同時將其輸入到實現(xiàn)系統(tǒng)，進行信道估計的計算。最終，當信息序列經(jīng)FCS校驗證明正確之后，除法器將計算得到的信道估計結(jié)果輸出給接收端使用。
文檔編號H04L25/02GK101166167SQ20061015058
公開日2008年4月23日 申請日期2006年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月20日
發(fā)明者劉謙雷, 鮑東山 申請人:鮑東山