專利名稱：在ofdm傳輸系統(tǒng)中進(jìn)行信道估計(jì)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動電信系統(tǒng)，而且更具體地涉及高數(shù)據(jù)速率移動通信系統(tǒng)內(nèi)信道估計(jì)的方法和裝置。
有關(guān)技術(shù)描述個(gè)人通信系統(tǒng)的發(fā)展領(lǐng)域?yàn)閭€(gè)人提供了能夠支持各種業(yè)務(wù)(例如多媒體)的個(gè)人終端。因?yàn)橛写罅康臄?shù)據(jù)需要傳輸，這些業(yè)務(wù)要求使用更高的比特速率。使用更高的比特速率在常規(guī)的單載波系統(tǒng)中產(chǎn)生了因符號間干擾(ISI)和深度頻率選擇衰落問題帶來的問題。
這些問題的一個(gè)解決方法是在無線移動環(huán)境內(nèi)利用正交頻分復(fù)用(OFDM)減少上述問題。在OFDM中，信號在帶寬小于相干帶寬的多個(gè)正交載波上發(fā)射，以便克服發(fā)射信號中的頻率選擇性衰落。ISI可以通過使用保護(hù)間隔來減輕。目前OFDM系統(tǒng)已經(jīng)在歐洲用于數(shù)字音頻廣播并建議用于數(shù)字TV廣播系統(tǒng)。它也用于非對稱數(shù)字用戶線路(ADSL)以便發(fā)射高速數(shù)據(jù)。
現(xiàn)有的信道估計(jì)方法基于自適應(yīng)信號處理，其中信道被認(rèn)為是緩變的。在特定時(shí)刻的估計(jì)的信道參數(shù)根據(jù)前一時(shí)刻的接收數(shù)據(jù)和信道參數(shù)而定。在快變信道情況下，例如高數(shù)據(jù)率移動系統(tǒng)中，必須修改這些方法以減少估計(jì)時(shí)間。現(xiàn)有的修改的信道估計(jì)器實(shí)現(xiàn)起來較為復(fù)雜，而且需要使用時(shí)間引導(dǎo)或頻率引導(dǎo)來估計(jì)脈沖響應(yīng)或頻率響應(yīng)時(shí)間。對于深度衰落信道，線性估計(jì)的性能很差。但是，非線性估計(jì)器會提供較好的性能。因此，在頻率選擇性衰落移動信道中對于正交頻分復(fù)用系統(tǒng)存在改進(jìn)信道估計(jì)方法的必要。
在OFDM中，信道均衡從時(shí)域轉(zhuǎn)移到頻域，以便估計(jì)信道的頻率響應(yīng)。在時(shí)間不變信道中，通常所用的均衡方法使用強(qiáng)制歸零或最小均方(LMS)算法。用于時(shí)間不變信道的均衡器不一定適于時(shí)變信道，例如移動通信信道所特有的頻率選擇性衰落信道。已經(jīng)建議了幾種方法用于OFDM的信道估計(jì)和均衡。
一種方法是利用一組訓(xùn)練脈沖的周期性廣播作為時(shí)間引導(dǎo)。每個(gè)脈沖之間的時(shí)間間隔大于信道的時(shí)延擴(kuò)散。但是，它的實(shí)現(xiàn)很復(fù)雜，而且需要附加電路進(jìn)行信道估計(jì)和噪聲載波抑制。另一種方法使用常規(guī)的LMS算法和附加的調(diào)諧系數(shù)來加速均衡器的操作。一種修改的方法是，通過對某些頻率規(guī)劃使用單獨(dú)的公共載波幅度和相位估計(jì)器，以便補(bǔ)償某些區(qū)域中的所有載波共有的幅度和相位誤差。這種方法的均衡器結(jié)構(gòu)也非常復(fù)雜。
發(fā)明概要本發(fā)明通過一種改善衰落信道上的信道估計(jì)的方法克服了前述的以及其它的問題。該方法最初在由一串信號抽樣組成的主信號上進(jìn)行正交幅度調(diào)制。然后使用第一信號碼對調(diào)制的抽樣進(jìn)行編碼。同時(shí)，產(chǎn)生由一串“1”組成的引導(dǎo)信號，并用與第一信號碼正交的第二信號碼進(jìn)行編碼。編碼的引導(dǎo)信號和編碼的主信號被合并，并且使用逆快速傅立葉變換將其處理成OFDM信號，然后通過衰落信道傳輸?shù)浇邮諜C(jī)。
接收的信號由快速傅立葉變換來進(jìn)行處理并提供給一組由解碼器和累加器組成的匹配濾波器。一個(gè)解碼器和累加器對負(fù)責(zé)檢測OFDM信號中接收的主信號。這包括一個(gè)使用第一信號碼編碼的OFDM信號部分。接收的主信號在累加器內(nèi)累加。第二累加器和解碼器對可以對用正交的第二信號碼編碼的OFDM信號的引導(dǎo)信號部分進(jìn)行解碼。這部分信號代表引導(dǎo)信號和衰落信道的頻率響應(yīng)估計(jì)。估計(jì)的頻率響應(yīng)的抽樣在第二累加器內(nèi)進(jìn)行累加。
然后，接收機(jī)接收的估計(jì)的主信號可以使用接收主信號和估計(jì)的衰落信道頻率響應(yīng)來計(jì)算。在第一實(shí)施例中，估計(jì)的主信號的計(jì)算包括使用接收的主信號和估計(jì)的衰落信道頻率響應(yīng)的逆。在第二實(shí)施例中，估計(jì)的主信號根據(jù)接收主信號、估計(jì)的衰落信道頻率響應(yīng)、以及一系列所有可能的發(fā)射信號子序列來確定。該可能序列的系列和該估計(jì)的衰落信道頻率響應(yīng)被用于計(jì)算所有可能的衰落子序列的矩陣。將這個(gè)矩陣與接收的主信號結(jié)合起來以用于計(jì)算一個(gè)量度，使得能夠在可能的發(fā)射子序列的系列中選擇出合適的估計(jì)的主信號子序列。該主信號序列是所有估計(jì)的子序列的集合。
附圖的簡要描述為了更完整地理解本發(fā)明，應(yīng)結(jié)合附圖參考如下詳細(xì)描述，其中

圖1是本發(fā)明的信道頻率響應(yīng)估計(jì)器的第一實(shí)施例框圖；以及圖2是信道頻率響應(yīng)估計(jì)器的另一個(gè)實(shí)施例框圖。
發(fā)明的詳細(xì)描述現(xiàn)在參考附圖，更具體的是參考圖1，其中描述了一種用于估計(jì)具有快速時(shí)變信道的正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)的信道頻率響應(yīng)的裝置和方法。由N個(gè)信號抽樣a(n)的塊組成的主信號提供給正交幅度調(diào)制器(QAM)15。調(diào)制的信號在混合器20中與第一信號碼C1相乘(編碼)。同時(shí)，由一串1組成的引導(dǎo)信號25或一些其它已知序列在混合器35中與第二信號碼C2相乘(編碼)。第二信號碼C2與第一信號碼C1正交。
編碼的引導(dǎo)信號30以及編碼的信號抽樣32在合成器40中合并(相加)。編碼信號抽樣和引導(dǎo)碼合成所產(chǎn)生的時(shí)域信號呈現(xiàn)為x(n)＝a(n)c1+c2來自混合器40的合成信號由逆快速傅立葉變換(IFFT)45處理，產(chǎn)生OFDM合成信號。IFFT信號46通過無線鏈路50發(fā)送到處于遠(yuǎn)端位置的接收單元51。無線鏈路或信道50包括快變衰落信道。該信道被假設(shè)為具有指數(shù)冪時(shí)延分布的多徑頻率選擇衰落信道。
x(n)的逆快速傅立葉變換是X(k)。因此，在無線鏈路50上發(fā)射的時(shí)域信號呈現(xiàn)為z(n)＝X(n)*h(n)+nn1這里h(n)是信道脈沖響應(yīng)，H(K)是它的頻率響應(yīng)；*表示卷積；而且nn1是加性高斯白噪聲(AWGN)。
在信號傳輸過程中，加性高斯白噪聲(AWGN)55破壞無線鏈路50上的發(fā)射信號。這個(gè)加性噪聲通常用混合器60來表示。應(yīng)該認(rèn)識到，并沒有實(shí)際的合成單元被用于將AWGN 55與發(fā)射信號合成。
在接收單元51中，接收信號由快速傅立葉變換(FFT)60處理，然后提供給70處的兩個(gè)獨(dú)立分支(72，74)。在快速傅立葉變換之后，信號呈現(xiàn)為
Z(n)＝X(n)H(n)+nn2這里H(n)是H(K)的抽樣頻率響應(yīng)；而且nn2是處理的高斯噪聲。
第一分支72恢復(fù)所接收的N個(gè)失真信號抽樣串，而第二分支74恢復(fù)引導(dǎo)信號，其中包括接收信號內(nèi)衰落信道的估計(jì)的頻率響應(yīng)。在分支72中，信號在混合器75中與第一編碼信號C1合成(解碼)，以便解碼從接收信號中得到C1部分。解碼的信號再在累加器80中累加。累加器80將每個(gè)用第一信號碼C1編碼的信號抽樣累加，將信號的其余部分解擴(kuò)。
第二分支74將快速傅立葉變換信號在混合器85中混合(解碼)并檢測用第二信號碼C2編碼的引導(dǎo)信號部分。然后這個(gè)檢測到的信號在累加器90中累加。在累加器90中累加的信號代表發(fā)射信號頻率響應(yīng)的估計(jì)。累加器90的輸出包括響應(yīng)時(shí)間(m)處的n個(gè)信道頻率響應(yīng)值的估計(jì)。由于碼信號是正交的，累加器90的輸出將呈現(xiàn)為H^(n)=ΣT((a(n)c1+c2)H(n)+nn2)c2]]>這里T是符號間隔中的碼片數(shù)并等于處理增益。處理增益包括每符號間隔的碼信道數(shù)。
C1和C2是正交碼，滿足ΣTCiCj=Ti=jOi≠j]]>因此，累加器90提供的估計(jì)抽樣頻率響應(yīng)由下式給出H^(n)=H(n)+nn4]]>這里nn4包括處理的高斯噪聲。
把在反轉(zhuǎn)器95中得到的估計(jì)頻率響應(yīng)的逆(信道倒置物(channelinversion))與所接收的主信號結(jié)合起來以用于確定估計(jì)的信道信號。因此，輸出的估計(jì)信號由下式給出a^(n)=a(n)H(n)+nn4H(n)+nn4]]>a^(n)=a(n)11+nn4H(n)+nn4H(n)1+nn4H(n)]]>
除了實(shí)現(xiàn)簡單之外，這個(gè)方案的好處在于信道估計(jì)是瞬時(shí)的，因?yàn)槌闃有盘柡鸵龑?dǎo)信號是正交碼分復(fù)用的并且同時(shí)是失真的。在估計(jì)信道頻率響應(yīng)信號時(shí)的誤差源是AWGN。在深度衰落信道中，即H(n)很大時(shí)，這種方法會失敗。
現(xiàn)在參考圖2，其中描述了本發(fā)明的第二實(shí)施例。類似的參考號用于相同的部件。正如在前一個(gè)實(shí)施例中，將一塊N個(gè)信號抽樣a(n)提供給正交幅度調(diào)制器(QAM)15。調(diào)制的抽樣在混合器20中與第一碼信號C1合成(編碼)。編碼的抽樣在加法器40中與編碼的引導(dǎo)信號相加(復(fù)用)，引導(dǎo)信號由一串1(或其它已知序列)組成并在混合器35中乘以(編碼)第二信號碼C2。同前面一樣，C1和C2彼此正交。這個(gè)合成信號由逆快速傅立葉變換45處理。這樣提供了在無線鏈路50的衰落信道上傳輸?shù)腛FDM信號。在無線鏈路50中，有效的高斯白噪聲(AWGN)將與信號混合，在此總的用加法器60來表示。
在接收機(jī)單元51中，接收的信號提供給快速傅立葉變換65。來自快速傅立葉變換的信號在70處分成第一和第二分支。第一分支72檢測實(shí)際接收信號，而第二分支74則檢測接收信號頻率響應(yīng)的估計(jì)。接收的信號在混合器75中與碼信號C1相乘(解碼)，并通過累加器80以便將信道內(nèi)所有C1編碼的信號(接收的抽樣信號)累加。
類似地，接收的信號在混合器85中與第二碼信號C2相乘，而且累加器90檢測并累加衰落信道的估計(jì)頻率響應(yīng)。累加器90輸出信道頻率響應(yīng)時(shí)間(m)的n個(gè)值的集合。信道頻率響應(yīng)估計(jì)在混合器120中與來自存儲器125的輸入合成，存儲器125中包含系統(tǒng)所發(fā)射的所有可能的信號子序列，以便產(chǎn)生所有可能的衰落子序列的矩陣b(n)。然后可以使用具有最大似然子序列估計(jì)的信道估計(jì)來確定估計(jì)的主信號。
編碼的引導(dǎo)信號用于估計(jì)信道頻率響應(yīng)，同時(shí)在接收機(jī)51的第一分支72中檢測接收信號。這樣能夠減輕頻道快速變化的影響。通過使用來自累加器90的信道頻率響應(yīng)估計(jì)
和來自存儲器125的所有可能發(fā)射信號子序列集合，根據(jù)下式可以產(chǎn)生矩陣b(n)b(n)=ai(n)H^(n);]]>i∈(1，N/T)這里N是FFT階數(shù)；而且T是累加器鏈路我們還可以定義b(n)為b(n)＝ai(n)H(n)+ai(n)nn3＝ai(n)H(n)+nn5這里nn5是與nn3方差相同的高斯噪聲。
將代表接收的主信號ar(n)的累加輸出從矩陣中減去，并在130處進(jìn)行平方。這個(gè)結(jié)果的最小絕對值包括一個(gè)量度，該量度用于選擇此時(shí)最接近接收信號的恰當(dāng)序列。然后可以基于最小量度(mi)選擇估計(jì)的接收信號。
將用于從存儲器125中選擇恰當(dāng)輸出序列的矩陣mi定義如下Mi＝|ar(n)-b(n)|2＝|(ar(n)-a(n))H(n)+nn3-nn4|2盡管本發(fā)明方法及設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)在附圖中說明并在前面詳細(xì)描述中描述，但是應(yīng)該理解發(fā)明不限于所公開的實(shí)施例；而是能夠在不背離如下權(quán)利要求提出并定義的發(fā)明精神前提下進(jìn)行很多重組、修改和替換。
權(quán)利要求
1.一種改進(jìn)快衰落信道上的信道估計(jì)的方法，包括如下步驟產(chǎn)生編碼的OFDM信號，其中包括編碼的主信號部分和編碼的引導(dǎo)信號部分；在衰落信道上發(fā)射編碼的OFDM信號；檢測編碼的OFDM信號內(nèi)的接收主信號；根據(jù)引導(dǎo)信號估計(jì)編碼的OFDM信號內(nèi)主信號的頻率響應(yīng)；并且根據(jù)接收主信號和估計(jì)的衰落信道頻率響應(yīng)確定估計(jì)的接收信號。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于產(chǎn)生編碼的OFDM信號的步驟還包括如下步驟用第一信號碼對主信號編碼；用第二信號碼對由已知序列組成的引導(dǎo)信號編碼，其中第二信號碼與第一信號碼正交；并且將編碼的主信號和編碼的引導(dǎo)信號合成，以產(chǎn)生編碼的合成信號。
3.權(quán)利要求2的方法，其特征在于發(fā)射步驟還包括如下步驟根據(jù)逆快速傅立葉變換處理編碼的合成信號，從而產(chǎn)生編碼的OFDM信號；在衰落信道上發(fā)射編碼的OFDM信號；并且根據(jù)快速傅立葉變換處理所發(fā)射的編碼的OFDM信號。
4.權(quán)利要求1的方法，其特征在于確定步驟包括使用信道倒置物確定估計(jì)信號。
5.權(quán)利要求1的方法，其特征在于確定步驟包括使用結(jié)合最大似然子序列估計(jì)的信道估計(jì)來確定估計(jì)的信號。
6.權(quán)利要求1的方法，其特征在于檢測接收的主信號的步驟還包括如下步驟對編碼的OFDM信號的編碼的主信號部分進(jìn)行解碼；并且將多個(gè)解碼的主信號的抽樣進(jìn)行累加。
7.權(quán)利要求1的方法，其特征在于估計(jì)頻率響應(yīng)的步驟還包括如下步驟對編碼的OFDM信號的編碼的引導(dǎo)信號部分解碼；并且將代表估計(jì)的頻率響應(yīng)的多個(gè)解碼的引導(dǎo)信號抽樣累加。
8.一種在快衰落信道上進(jìn)行信號估計(jì)的方法，包括如下步驟產(chǎn)生編碼的OFDM信號，其中包括編碼的主信號部分和編碼的引導(dǎo)信號部分；在衰落信道上發(fā)射編碼的OFDM信號；檢測編碼的OFDM信號內(nèi)的接收的主信號；根據(jù)引導(dǎo)信號估計(jì)編碼的0FDM信號內(nèi)主信號的頻率響應(yīng)；對估計(jì)的主信號頻率響應(yīng)求逆；并且根據(jù)估計(jì)的頻率響應(yīng)的逆和檢測的接收的主信號產(chǎn)生估計(jì)的信道信號。
9.權(quán)利要求8的方法，其特征在于產(chǎn)生編碼的OFDM信號的步驟還包括如下步驟用第一信號碼對主信號編碼；用第二信號碼對引導(dǎo)信號編碼，其中第二信號碼正交于第一信號碼；并且將編碼主信號和編碼引導(dǎo)信號合成，以產(chǎn)生編碼的合成信號。
10.權(quán)利要求8的方法，其特征在于發(fā)射步驟還包括如下步驟根據(jù)逆快速傅立葉變換處理編碼的合成信號，以便產(chǎn)生編碼的OFDM信號；在衰落信道上發(fā)射編碼的OFDM信號；并且根據(jù)快速傅立葉變換處理所發(fā)射的編碼的OFDM信號。
11.權(quán)利要求8的方法，其特征在于檢測接收的主信號的步驟還包括如下步驟對編碼的OFDM信號的編碼的主信號部分解碼；并且將多個(gè)解碼的主信號的抽樣累加。
12.權(quán)利要求8的方法，其特征在于估計(jì)頻率響應(yīng)的步驟還包括如下步驟對編碼的OFDM信號的編碼的引導(dǎo)信號部分解碼；并且將代表估計(jì)的頻率響應(yīng)的多個(gè)解碼的引導(dǎo)信號抽樣累加。
13.一種改進(jìn)快、深度衰落信道上的信道信號估計(jì)的方法，包括如下步驟產(chǎn)生編碼的OFDM信號，其中包括編碼的主信號部分和編碼的引導(dǎo)信號部分；在衰落信道上發(fā)射編碼的OFDM信號；從編碼的OFDM信號中檢測接收的主信號；從引導(dǎo)信號估計(jì)編碼的OFDM信號內(nèi)衰落信道的頻率響應(yīng)；并且使用估計(jì)的頻率響應(yīng)、接收的主信號、和所有可能發(fā)射序列的系列來選擇代表估計(jì)信號的子序列。
14.權(quán)利要求13的方法，其特征在于選擇步驟還包括如下步驟產(chǎn)生一個(gè)矩陣，它代表所有可能發(fā)射序列的系列中來自估計(jì)的頻率響應(yīng)的所有可能衰落子序列；產(chǎn)生一個(gè)量度，使得能夠使用矩陣和接收的主信號選擇估計(jì)的子序列；使用該量度選擇一個(gè)估計(jì)的信號子序列。
15.權(quán)利要求13的方法，其特征在于產(chǎn)生編碼的OFDM信號的步驟還包括如下步驟用第一信號碼對主信號編碼；用第二信號碼對引導(dǎo)信號編碼，其中第二信號碼正交于第一信號碼；并且將編碼的主信號和編碼的引導(dǎo)信號合成，從而產(chǎn)生編碼的合成信號。
16.權(quán)利要求15的方法，其特征在于發(fā)射步驟還包括如下步驟根據(jù)逆快速傅立葉變換處理編碼的合成信號，從而產(chǎn)生編碼的OFDM信號；在衰落信道上發(fā)射編碼的OFDM信號；并且根據(jù)快速傅立葉變換處理所發(fā)射的編碼OFDM信號。
17.權(quán)利要求13的方法，其特征在于檢測接收的主信號的步驟還包括如下步驟對編碼的OFDM信號的編碼的主信號部分解碼；并且將多個(gè)解碼的主信號的抽樣累加。
18.權(quán)利要求13的方法，其特征在于估計(jì)頻率響應(yīng)的步驟還包括如下步驟對編碼的OFDM信號的編碼的引導(dǎo)信號部分解碼；并且將代表估計(jì)的頻率響應(yīng)的多個(gè)解碼的引導(dǎo)信號抽樣累加。
全文摘要
公開了一種用于在快衰落信道(50)上進(jìn)行信道響應(yīng)估計(jì)并使用編碼引導(dǎo)進(jìn)行信號估計(jì)的方法。產(chǎn)生編碼的正交頻分調(diào)制(OFDM)信號,包括主信號部分(10)和編碼引導(dǎo)信號部分(25)。編碼的OFDM信號在一個(gè)衰落信道(50)上發(fā)送到接收單元,在其中檢測接收的主信號部分(72),并使用發(fā)射信號的編碼引導(dǎo)信號部分(74)進(jìn)行衰落信道的頻率響應(yīng)估計(jì)。檢測的接收主信號以及估計(jì)的信道頻率響應(yīng)用于估計(jì)該信號。這個(gè)確定可以根據(jù)頻率響應(yīng)的信道倒置物(95)或者與最大似然子序列估計(jì)(130)結(jié)合的新信道估計(jì)(125)來進(jìn)行。
文檔編號H04L27/26GK1250566SQ98803341
公開日2000年4月12日 申請日期1998年1月13日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月15日
發(fā)明者H·H·赫咪米 申請人:艾利森公司