專利名稱：在使用脈沖整形濾波器的mc－cdma無線電電信系統(tǒng)中改進(jìn)了性能的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及無線電電話，尤其是一種方法和設(shè)備，它們使用改進(jìn)的采樣和信道估計(jì)技術(shù)以改進(jìn)使用脈沖整形濾波器的寬帶MC-CDMA無線電電信系統(tǒng)的性能。
背景技術(shù)：
一般來說，無線電電話涉及到使用便攜式無線電臺(tái)，它被用戶用來通過無線電電信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行電話通信。網(wǎng)絡(luò)把大量網(wǎng)絡(luò)用戶彼此連接起來，通常，還把他們與其他網(wǎng)絡(luò)的用戶連接起來。主叫和被叫方之間的連接使用網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施來進(jìn)行，網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施包括信息信道和交換設(shè)備以便把呼叫路由到適當(dāng)?shù)哪康牡?。已連接的用戶可以從事語音對(duì)話，也可以交換文本消息、電子郵件或其他形式的數(shù)據(jù)。
在無線電電信網(wǎng)絡(luò)中，只有實(shí)際的射頻連接可以在用戶的無線電臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施之間(雖然這不必是真的)?；A(chǔ)設(shè)施節(jié)點(diǎn)常常在位置上固定并通過使用電線、電纜或光纖來互連以便它們可以傳送大量信息。然而，到用戶的無線電連接是重要的，因?yàn)樗o予他們移動(dòng)性。在理想環(huán)境下，用戶可以進(jìn)行呼叫并保留連接，即使在行進(jìn)幾十，甚至幾百英里的時(shí)候。
為了進(jìn)行這樣的通信，無線電電信網(wǎng)絡(luò)典型地采用大量的固定基站，它們遍布在寬廣的地理區(qū)域上，此區(qū)域有時(shí)稱為網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域。每個(gè)基站都采用一個(gè)或多個(gè)天線來與鄰近的移動(dòng)臺(tái)通信，當(dāng)然每個(gè)基站還被連接到基礎(chǔ)設(shè)施的余下部分。


圖1是一個(gè)圖示說明典型的無線電電信網(wǎng)絡(luò)100中被選組件的簡化框圖。所示基站105-110每一個(gè)都與一個(gè)天線111-116連接。每個(gè)天線都是在被選區(qū)域內(nèi)處理通信用的，被選區(qū)域有時(shí)稱為小區(qū)。(為此，在這樣的網(wǎng)絡(luò)中使用的便攜式用戶無線電臺(tái)常常叫做“蜂窩式”或簡稱“蜂窩”電話。)例如，在圖1中，所示蜂窩電話11、12和13分別經(jīng)由無線電信道1、2和3與天線111、112和113通信。
圖1中的虛線代表小區(qū)邊界。這些邊界不代表它們的相關(guān)天線的精確范圍，當(dāng)然，這些邊界未必總是是形狀規(guī)則或大小一致的。雖然只畫出六個(gè)小區(qū)，但典型的是在網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)還有許多小區(qū)。蜂窩電話可以并常常從一個(gè)小區(qū)移動(dòng)到另一個(gè)小區(qū)，并且它們的網(wǎng)絡(luò)通信通常通過一個(gè)叫做切換的處理從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)天線轉(zhuǎn)移到另一個(gè)。
基站控制器(BSC)120和125分別與基站105-107和108-110通信，而且通常分別控制它們的操作。基站控制器進(jìn)而與移動(dòng)交換中心(MSC)130連接，后者處理呼叫路由并提供到其他網(wǎng)絡(luò)MSC(未示出)和網(wǎng)關(guān)MSC的連接，網(wǎng)關(guān)MSC比如是G-MSC 135，它可以提供到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的連接。訪問位置寄存器，也就是這里的VLR 140，保留與在相關(guān)MSC所服務(wù)的區(qū)域中的蜂窩電話有關(guān)的信息。(可以提供一個(gè)歸屬位置寄存器(HLR)(未示出)，以便跟蹤與所有網(wǎng)絡(luò)用戶有關(guān)的位置和其他信息。)我們注意到，雖然蜂窩式電話在傳統(tǒng)上被用來進(jìn)行語音通信，但技術(shù)上的進(jìn)步已經(jīng)允許引進(jìn)并越來越多地使用這樣的手段，這些手段用作其他應(yīng)用，包括發(fā)送文本消息、即時(shí)消息、數(shù)據(jù)傳送和Web沖浪。某些甚至已經(jīng)加入了原先由個(gè)人數(shù)字助理(PDA)執(zhí)行的功能，比如約會(huì)日歷。為此這種能夠通過無線電電信進(jìn)行通信的廣泛多樣的設(shè)備將被簡稱為“移動(dòng)臺(tái)”。
在無線電電信網(wǎng)絡(luò)中，蜂窩式體系結(jié)構(gòu)提供數(shù)個(gè)優(yōu)點(diǎn)。其中一個(gè)是，在許多網(wǎng)絡(luò)中為各個(gè)用戶或控制通信形成信道是通過給每個(gè)信道分配不同頻率來實(shí)現(xiàn)的。通過控制這些通信的范圍，所分配的頻率可以在不相鄰的小區(qū)中重復(fù)使用而不產(chǎn)生用戶間的干擾。此外，在基站緊相鄰的地方要與其通信意味著，移動(dòng)臺(tái)可以用比它們到達(dá)遠(yuǎn)處天線必須用的功率更低的發(fā)射功率來通信。節(jié)約功率當(dāng)然是電池供電設(shè)備的重要目標(biāo)。
在移動(dòng)場境下的頻率信道化更多地稱為頻分多址接入(FDMA)。每個(gè)移動(dòng)臺(tái)都被分配與基站通信的整個(gè)操作帶寬內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)頻率。在一些系統(tǒng)中，每個(gè)通信頻率還被劃分成時(shí)隙，是一種稱為時(shí)分多址接入(TDMA)的方案。在TDMA中，每個(gè)移動(dòng)臺(tái)都被分配這些時(shí)隙中的一個(gè)或多個(gè)并且依次發(fā)射它信息中的一部分。自然，這些時(shí)隙有足夠的持續(xù)時(shí)間和頻率以便每個(gè)用戶都覺得他們自己的對(duì)話持續(xù)不斷。
另一種類型的多址接入方案叫做碼分多址接入(CDMA)。CDMA操作有點(diǎn)困難；不是把可用的傳輸帶寬劃分成個(gè)別信道，而是使用一個(gè)擴(kuò)展碼把這許多的各個(gè)傳輸信道擴(kuò)展在一個(gè)頻帶上。打算送給特定接收機(jī)(即移動(dòng)臺(tái))的傳輸用分配給移動(dòng)臺(tái)的擴(kuò)展碼擴(kuò)展，移動(dòng)臺(tái)只解碼打算送給它的信息并忽略打算送給其他移動(dòng)臺(tái)的不同編碼的傳輸。因此可以在給定區(qū)域內(nèi)操作的數(shù)個(gè)移動(dòng)臺(tái)由數(shù)個(gè)可用的唯一編碼序列來限制，而不是由數(shù)個(gè)頻帶來限制。CDMA網(wǎng)絡(luò)的操作正常情況下按照一個(gè)稱為IS-95(臨時(shí)標(biāo)準(zhǔn)-95)的協(xié)議來執(zhí)行，或者不斷增加地，按照它的第三代(3G)后繼標(biāo)準(zhǔn)，比如有時(shí)稱為CDMA2000、1xEV-DO和1xEV-DV的那些標(biāo)準(zhǔn)來執(zhí)行，后一類標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了數(shù)據(jù)和語音兩種信息的傳輸。
在新近開發(fā)的方案中，CDMA技術(shù)與正交頻分復(fù)用(OFDM)結(jié)合使用。OFDM是一種調(diào)制方法，其中多個(gè)用戶符號(hào)通過使用多個(gè)不同的子載波來并行發(fā)送。這些子載波，有時(shí)叫做頻率接收器(frequencybin)，被用來在頻率上而不是在時(shí)間上擴(kuò)展所傳輸?shù)男畔?如同傳統(tǒng)的CDMA一樣)。這個(gè)多址接入方案有時(shí)稱為多載波CDMA(或MC-CDMA)。
圖2是一個(gè)圖示說明典型的MC-CDMA電信系統(tǒng)200中被選組件的簡化框圖。如圖2中所描繪的，系統(tǒng)200具有發(fā)射端205和接收端210。在發(fā)射端上，信息或者是用來發(fā)射的語音或者是用來發(fā)射的數(shù)據(jù)，它首先在編碼器215中編碼。把編碼后的信息傳遞給調(diào)制器220來按照幾個(gè)調(diào)制方案之一進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制方案比如是QPSK或16QAM。然后把調(diào)制后的符號(hào)提供到MC-CDMA發(fā)射機(jī)225上用來在空中接口無線電信道230上傳輸。
所發(fā)射的信息在接收端上被MC-CDMA接收機(jī)235接收，它處理此信息并把它呈現(xiàn)給檢測器240來進(jìn)行符號(hào)檢測。簡單來說，檢測器240試圖通過從所接收的信號(hào)中去掉在傳輸中所添加的任何失真或噪聲的效應(yīng)來如實(shí)地重新構(gòu)建所發(fā)射的符號(hào)流。部分地，這些不想要卻不能避免的效應(yīng)通過分析叫做導(dǎo)頻符號(hào)的某些所接收符號(hào)的質(zhì)量而被去掉或者至少被減輕。這些導(dǎo)頻符號(hào)不是所傳輸?shù)挠脩粜畔⒌慕M成部分，而是被插入其中的。它們的被發(fā)射值是接收機(jī)已知的，接收機(jī)可以從它們被接收的狀況來估計(jì)信道效應(yīng)。然后把檢測后的符號(hào)流呈現(xiàn)給解碼器245來進(jìn)行解碼。把解碼后的信息保存起來或提供給用戶接口比如揚(yáng)聲器(未示出)，以便它可以被用戶察覺。
會(huì)使所發(fā)射的無線電通信失真的另一種形式的干擾稱為碼間干擾(ISI)。ISI主要是由多徑效應(yīng)引起的，多徑效應(yīng)是當(dāng)傳播著的無線電信號(hào)成扇形展開或遇到例如不同反射表面和傳播介質(zhì)時(shí)發(fā)生的一種產(chǎn)生同一個(gè)信號(hào)的數(shù)個(gè)“副本”的現(xiàn)象，這些副本每一個(gè)都會(huì)在略有不同的時(shí)間到達(dá)接收機(jī)。被用來限制所發(fā)射信號(hào)的頻率內(nèi)容的發(fā)射濾波器，比如脈沖整形濾波器，也能引進(jìn)ISI。
接收機(jī)中的信道均衡器常常被用來抵抗多徑效應(yīng)引進(jìn)的ISI。對(duì)于發(fā)射濾波器導(dǎo)致的ISI來說，可以在接收機(jī)中實(shí)現(xiàn)匹配濾波器以產(chǎn)生一個(gè)無ISI的復(fù)合濾波器。然而，不總是采取這個(gè)辦法。例如，諸如IS-95和1xEV-DV這樣的CDMA標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的脈沖整形濾波器不是無ISI的。結(jié)果，這些系統(tǒng)中的脈沖整形濾波器引進(jìn)不衰退的ISI，使接收端精確估計(jì)信道和檢測所發(fā)射符號(hào)的能力都退化了。
因此，需要一種方式在使用脈沖整形濾波器的MC-CDMA系統(tǒng)中減少或消除ISI效應(yīng)以改進(jìn)系統(tǒng)性能。本發(fā)明就提供了這樣一種解決方案。
發(fā)明概述一方面，本發(fā)明是一種用在無線電電信系統(tǒng)中的改進(jìn)設(shè)備，它包括一個(gè)發(fā)射機(jī)和一個(gè)接收機(jī)，發(fā)射機(jī)包括具有已知頻率響應(yīng)的脈沖整形濾波器和一個(gè)正交頻分復(fù)用(OFDM)調(diào)制器，它在符號(hào)流劃分成了子流并在子流之間插入了零之后對(duì)將要發(fā)射的符號(hào)流作快速傅立葉逆變換(IFFT)。優(yōu)選地，把此流劃分成兩個(gè)等長的子流并把零作為高頻分量插入。此設(shè)備可以進(jìn)一步包括一個(gè)接收機(jī)，以便接收所發(fā)射的無線電信號(hào)，作快速傅立葉變換(FFT)，并且去掉原先插入的零。此設(shè)備還可以在最小二乘法分析中應(yīng)用已知的脈沖整形濾波器頻率響應(yīng)以確定一個(gè)傳輸信道頻率響應(yīng)的最大似然估計(jì)。
另一方面，本發(fā)明是一種用來接收MC-CDMA發(fā)射機(jī)所發(fā)射的時(shí)域信號(hào)的接收機(jī)，該MC-CDMA發(fā)射機(jī)在把符號(hào)流轉(zhuǎn)換到時(shí)域上并把符號(hào)映射到頻率接收器上用來進(jìn)行傳輸之前對(duì)符號(hào)流進(jìn)行上采樣并在頻域上插入零，此接收機(jī)包括一個(gè)OFDM解調(diào)器，它在把符號(hào)流轉(zhuǎn)換回頻域上之后從其中去掉零。
還有另一方面，本發(fā)明是一種處理MC-CDMA信號(hào)的方法，包括下述步驟編碼此信息，把編碼后的信號(hào)調(diào)制到載波上，把調(diào)制后的信號(hào)劃分成多個(gè)流并用擴(kuò)展碼擴(kuò)展每個(gè)流，把這些擴(kuò)展后的流累加成一個(gè)長度為Nb的符號(hào)序列，把符號(hào)序列劃分成多個(gè)部分，把零插入各個(gè)相互獨(dú)立的部分之間，對(duì)最后得到的流作IFFT以獲得時(shí)域信號(hào)，把時(shí)域信號(hào)提供到脈沖整形濾波器上，以及發(fā)射此信號(hào)。此方法可以進(jìn)一步包括接收所發(fā)射的信號(hào)并去掉原先插入的零的步驟。最后，此方法還可以包括下述步驟在最小二乘法分析中應(yīng)用已知的脈沖整形濾波器頻率響應(yīng)以確定傳輸信道頻率響應(yīng)的最大似然估計(jì)，以及在檢測器中應(yīng)用由此確定的信道估計(jì)以檢測所發(fā)射的符號(hào)流。
附圖簡要說明為了更完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，在下面的詳細(xì)說明中參考以下附圖圖1是圖示說明在典型的CDMA電信網(wǎng)絡(luò)中被選組件的關(guān)系的功能框圖，比如可能有利地采用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的一個(gè)CDMA電信網(wǎng)絡(luò)。
圖2是一個(gè)圖示說明典型的MC-CDMA電信系統(tǒng)中的被選組件的簡化框圖。
圖3是一個(gè)圖示說明一種在MC-CDMA無線電電信系統(tǒng)中進(jìn)行無線電傳輸?shù)姆椒ǖ牧鞒虉D。
圖4是一個(gè)圖示說明在可以按照本發(fā)明的實(shí)施例操作的無線電電信系統(tǒng)中被選組件的功能框圖。
圖5是一個(gè)圖示說明一種按照本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行信道估計(jì)的方法的流程圖。
圖6是一個(gè)圖示說明一種按照本發(fā)明的實(shí)施例處理并發(fā)射無線電信號(hào)的方法的流程圖。
圖7是一個(gè)圖示說明一種按照本發(fā)明的實(shí)施例接收并處理無線電信號(hào)的方法的流程圖。
詳細(xì)說明在此所論述的圖1到7以及用來描述本發(fā)明的各種實(shí)施例只是為圖示說明起見，不應(yīng)該被解釋成限制本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，除了在此明確論述的那些之外，本發(fā)明的原理可以在任何類似的無線電通信設(shè)備中實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明集中于一種用來在無線電電信網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行通信的系統(tǒng)和方法，在應(yīng)用到在發(fā)射端包括脈沖整形濾波器的多載波碼分多址接入(MC-CDMA)系統(tǒng)上的時(shí)候尤其有利。圖3是一個(gè)圖示說明在這樣的系統(tǒng)中信號(hào)傳輸處理的相關(guān)部分的流程圖。在開始，假定將要發(fā)射的信息已被編碼和調(diào)制。然后使用一個(gè)適當(dāng)?shù)臄U(kuò)展碼來擴(kuò)展調(diào)制后的符號(hào)(步驟305)并把它提供到OFDM調(diào)制器上。(雖然在這里論述一個(gè)，但是會(huì)有并且經(jīng)常有不只一個(gè)符號(hào)流。)OFDM調(diào)制器通過作快速傅立葉逆變換(IFFT)把信號(hào)轉(zhuǎn)換成時(shí)域信號(hào)(步驟310)并把這個(gè)信號(hào)提供到脈沖整形濾波器上。在脈沖整形之后(步驟315)，在空中接口上發(fā)射此信號(hào)(步驟320)。
在接收機(jī)上，接收所發(fā)射的信號(hào)(步驟325)并在一個(gè)應(yīng)用快速傅立葉變換(FFT)的解調(diào)器中把信號(hào)從時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域(步驟330)。進(jìn)行信道估計(jì)(步驟335)，并把解調(diào)后的信號(hào)提供到檢測器上用來進(jìn)行符號(hào)檢測(步驟340)。(注意，信道估計(jì)的定時(shí)和規(guī)律性可以隨著系統(tǒng)設(shè)計(jì)而變化。)圖4是一個(gè)圖示說明使用按照本發(fā)明實(shí)施例的MC-CDMA在空中接口上發(fā)送信息的示范性系統(tǒng)400的簡化框圖。在虛線以上的圖形部分代表發(fā)射機(jī)401，比如可能在一個(gè)電信網(wǎng)絡(luò)基站中發(fā)現(xiàn)的發(fā)射機(jī)，而以下的部分圖示說明接收機(jī)451，例如在一個(gè)移動(dòng)臺(tái)中操作的接收機(jī)。虛線本身代表一個(gè)在無線電電信網(wǎng)絡(luò)的空中接口上的多徑信道。
在發(fā)射機(jī)401中，串并(S/P)轉(zhuǎn)換器405把調(diào)制后的(所有K個(gè)用戶的)符號(hào)流拆分成K個(gè)由J個(gè)流組成的塊(s0，0到sK-1，J-1)。這些流s中每一個(gè)都通過乘上一個(gè)沃爾什-哈達(dá)瑪(Walsh-Hadamard)碼(c0到cJ-1)而被擴(kuò)展，然后被呈現(xiàn)給一個(gè)累加器(4100...410K....410K-1)，它把與0到K-1各個(gè)塊相關(guān)的流累加成擴(kuò)展后的單一流(S0到SK-1)。然后擴(kuò)展后的流SK在呈現(xiàn)給交織器420進(jìn)行塊交織之前穿過S/P轉(zhuǎn)換器4150...415K...415K-1。交織器420的輸出被標(biāo)注為X，它代表一個(gè)長度為Nb的符號(hào)流。OFDM調(diào)制器(IFFT)425被耦合到交織器420上并把交織后的信號(hào)映射到頻率接收器(子載波)上，并且可以添加一個(gè)循環(huán)前綴。
按照本發(fā)明，在對(duì)符號(hào)流X(這里的X0...XK...XK-1)作IFFT以前，OFDM調(diào)制器425首先把此流分離成兩個(gè)流(每個(gè)長度為Nb/2)。把一組Nb(Ns-1)個(gè)零以很高的頻率插入這兩等份之間，產(chǎn)生規(guī)模為NbNs的一個(gè)新向量。這意味著IFFT將變得更長(也就是規(guī)模為NbNs)，但最后得到的時(shí)域信號(hào)將具有期望的采樣率Ns，而沒有修改信號(hào)的頻率內(nèi)容。然后最后得到的時(shí)域信號(hào)穿過脈沖整形濾波器430并在無線電信道上使用天線435發(fā)射。
接收機(jī)451包括用來接收所發(fā)射的無線電信號(hào)的天線453。所接收的信號(hào)可以首先穿過匹配帶通接收濾波器455以抑制帶外噪聲和干擾。注意，在某些狀況下，匹配濾波器可以是不必要的，如下面所論述的。然后過濾后的信號(hào)穿過OFDM解調(diào)器(FFT)460并解調(diào)成頻域信號(hào)Zk(還會(huì)有其他塊的信號(hào)出現(xiàn)，但為了簡單起見只有一個(gè)被示出)。按照本發(fā)明在作(規(guī)模為NbNs的)FFT之后，原先添加的高頻分量(零)被去掉并且此符號(hào)流的兩個(gè)等份被重接起來以形成長度為Nb的單一流。去交織器465去交織信號(hào)Zk并被耦合到并串(P/S)轉(zhuǎn)換器470k上，并串轉(zhuǎn)換器470k產(chǎn)生一個(gè)比特流Yk(另外，會(huì)有與每個(gè)塊相關(guān)的一個(gè)比特流，盡管只有一個(gè)流在圖4中示出)。檢測器475k為各個(gè)原始符號(hào)或比特流 到 生成軟或硬判決輸出。
如上所述，本發(fā)明涉及一種新的上采樣和下采樣技術(shù)，現(xiàn)在將更加詳細(xì)地描述它的優(yōu)點(diǎn)。按照本發(fā)明的實(shí)施例，通過把Nb(Ns-1)個(gè)零以很高的頻率插入它們之間來把OFDM調(diào)制器425的輸入向量X(見圖4)劃分成長度為Nb/2的等長的兩部分以形成一個(gè)長度為NbNs的向量。然后OFDM調(diào)制器425應(yīng)用一個(gè)規(guī)模為NbNs的IFFT以獲得時(shí)域信號(hào)，然后此信號(hào)被傳遞給脈沖整形濾波器430用來在傳輸以前進(jìn)行處理。注意，通過使用這個(gè)方法，時(shí)域信號(hào)實(shí)現(xiàn)每碼片Ns個(gè)采樣的期望采樣率，而沒有修改該信號(hào)的頻率內(nèi)容。
在接收機(jī)451中，OFDM解調(diào)器460接收此時(shí)域信號(hào)并在去掉原先插入的Nb(Ns-1)個(gè)高頻分量之前應(yīng)用一個(gè)規(guī)模為NbNs的FFT。然后可以去交織并進(jìn)一步處理包括符號(hào)流的兩個(gè)低頻部分的長度為Nb的頻域信號(hào)。
我們注意到，去掉原先插入的高頻分量實(shí)際上是一個(gè)低通濾波處理，為此可以消除對(duì)一個(gè)獨(dú)立的接收濾波器的需要(比如圖4中所示的濾波器455)，只要所接收的時(shí)域信號(hào)的帶寬不大于Ns/TcHz。
按照本發(fā)明，接收機(jī)的性能還被一種改進(jìn)的信道估計(jì)技術(shù)所增強(qiáng)。如上所述，信道估計(jì)可以通過評(píng)估所接收的導(dǎo)頻符號(hào)的狀況來執(zhí)行。圖5是一個(gè)圖示說明一種按照本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行信道估計(jì)的方法500的流程圖。在開始，假定提供了一個(gè)比如在圖4中圖示說明那樣的MC-CDMA電信系統(tǒng)。還假定傳輸信道是一個(gè)在長度上有Lc個(gè)采樣的多徑信道，而且假定至少Lc個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)沿著所發(fā)射的符號(hào)流等間隔分布。在這個(gè)實(shí)施例中，在頻域插入這些導(dǎo)頻符號(hào)。
首先，從去交織后的符號(hào)流Y中收集導(dǎo)頻符號(hào)以形成向量Yp(步驟505)。以類似的方式，向量Hcp和Np以及矩陣Htp分別從對(duì)應(yīng)元素Hc、N和Ht(與信道、加性噪聲和發(fā)射脈沖整形濾波器相對(duì)應(yīng))中形成(步驟510)。它們之間的關(guān)系如下Yp＝HtpHcp+Np如果W是一個(gè)由OFDM解調(diào)器FFT矩陣的前Lc列組成的矩陣，那么Hc是一個(gè)對(duì)角矩陣Hc＝diag(Whc)而且如果Wp是一個(gè)只考慮那些包括所發(fā)射的導(dǎo)頻信號(hào)的行的矩陣Hcp＝Wphc那么Yp＝HtpWphc+Np。
然后估計(jì)信道沖激響應(yīng)hc的最大似然(ML)值(步驟515)。為了獲得hc的ML估計(jì)，對(duì)以下對(duì)數(shù)似然函數(shù)(log-likelihood function)求解最大值L(hc)＝lnp(Yp|hc)＝A-B‖Yp-HtpWphc‖2既然A和B是恒定標(biāo)量(B＞0)，所以它等價(jià)于以下的優(yōu)化
h^c=argminhc||Yp-HtpWphc||2]]>這個(gè)優(yōu)化問題可以通過使用奇異值分解(SVD)的方法來作為一個(gè)最小二乘法(LS)的問題求值。如果HtpWp的SVD由HtpWp＝USVH給出，那么h^c=VS-1UHYp.]]>然后可以通過對(duì) 作FFT(步驟520)來獲得按照本發(fā)明的信道估計(jì)，如下H^c=diag(Wh^c)=diag(WVS-1U11Yp).]]>最后，既然W、Ht、V、S和U是已知的，所以可以計(jì)算矩陣L＝WVS-1UH(步驟525)并且可以把每個(gè)OFDM符號(hào)的信道估計(jì)都表示成H^c=diag(LYp).]]>本發(fā)明的方法由此有利地應(yīng)用于已知的發(fā)射脈沖整形濾波器的頻率響應(yīng)。
如上所述，按照本發(fā)明的實(shí)施例在檢測器475k中應(yīng)用信道估計(jì)。分別計(jì)算出了信道估計(jì)之后，現(xiàn)在把它與發(fā)射脈沖整形濾波器的(已知的)頻率響應(yīng)Ht結(jié)合起來以形成一個(gè)復(fù)合信道矩陣H＝HcHt。如果把與第k個(gè)發(fā)射塊有關(guān)的復(fù)合信道效應(yīng)表示成Hk和對(duì)應(yīng)的加性噪聲Nk，那么可以把到檢測器475k的輸入表示成Yk＝HkSk+Nk。
通過應(yīng)用各種方法，所發(fā)射的符號(hào)流可以從這些新參數(shù)重新構(gòu)建起來，例如通過應(yīng)用傳統(tǒng)的匹配濾波檢測器，或者通過使用最大似然檢測器。
圖6是一個(gè)圖示說明一種按照本發(fā)明的實(shí)施例發(fā)射無線電信號(hào)的方法600的流程圖。在開始，假定提供了一個(gè)發(fā)射機(jī)，比如圖4中所示的發(fā)射機(jī)401。當(dāng)將要發(fā)射的信息被編碼(步驟605)時(shí)開始該方法。然后按照幾個(gè)現(xiàn)有方案中的任何一個(gè)來調(diào)制編碼后的信息(步驟610)。然后把調(diào)制后的符號(hào)劃分成K個(gè)塊，每個(gè)塊由J個(gè)流組成(步驟615)。一個(gè)塊內(nèi)的每個(gè)流都用唯一擴(kuò)展碼來擴(kuò)展(步驟620)，通常是用沃爾什-哈達(dá)瑪(Walsh-Hadamard)碼，并被累加成一個(gè)單一流(步驟625)。然后這個(gè)符號(hào)流在串并轉(zhuǎn)換器中被重新劃分成并行路徑(步驟630)從而用其他塊的流進(jìn)行交織(步驟635)。
按照本發(fā)明，把交織后的輸出X(這個(gè)圖例中的X0到XK-1)劃分成每個(gè)長度為Nb/2的兩個(gè)流(步驟640)。然后，把Nb(Ns-1)個(gè)零插入這兩部分之間(步驟645)，形成一個(gè)長度為NbNs的新向量。然后使用一個(gè)OFDM調(diào)制器作規(guī)模為NbNs的快速傅立葉逆變換(IFFT)把這些信號(hào)映射到頻率接收器上(步驟650)以獲得一個(gè)同樣長度的時(shí)域信號(hào)。
結(jié)果是沒有修改信號(hào)的頻率內(nèi)容就獲得一個(gè)采樣率為Ns的時(shí)域信號(hào)。然后此時(shí)域信號(hào)被呈現(xiàn)給一個(gè)脈沖整形濾波器(步驟655)，然后在無線電信道上被發(fā)射(步驟660)。
圖7是一個(gè)圖示說明一種按照本發(fā)明的實(shí)施例接收無線電信號(hào)的方法700的流程圖。在開始，假定提供了一個(gè)接收機(jī)，比如圖4中所示的接收機(jī)451，還假定發(fā)射了一個(gè)按照本發(fā)明的信號(hào)。首先所發(fā)射的時(shí)域無線電信號(hào)被接收(步驟705)。為了在OFDM解調(diào)器的輸出端恢復(fù)Nb個(gè)符號(hào)，規(guī)模為NbNs的快速傅立葉變換(FFT)被應(yīng)用到所接收的信號(hào)上(步驟710)，把此信號(hào)轉(zhuǎn)換回到頻域，然后中間的這Nb(Ns-1)個(gè)高頻符號(hào)被丟棄(步驟715)。
這Nb個(gè)符號(hào)從OFDM解調(diào)器輸出(由圖4中的向量Z代表)，然后被提供到一個(gè)去交織器上以便進(jìn)行去交織(步驟720)，并且重新構(gòu)建原始發(fā)射的塊(步驟725)。為了重新產(chǎn)生所發(fā)射的符號(hào)流，執(zhí)行信道估計(jì)(步驟730)，并且通過使用估計(jì)出的信道，每個(gè)塊都被呈現(xiàn)給一個(gè)檢測器以便進(jìn)行符號(hào)檢測(步驟735)。
因此上述描述提供一種用來在MC-CDMA電信系統(tǒng)中發(fā)射信息的改進(jìn)的系統(tǒng)和方法，它減少或消除由MC-CDMA發(fā)射機(jī)中所用的(非理想的)脈沖整形濾波器引起的ISI。還提供一種改進(jìn)的信道估計(jì)技術(shù)，并把這個(gè)改進(jìn)的估計(jì)有利地應(yīng)用在符號(hào)檢測中。
優(yōu)先描述的是用來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)選范例，本發(fā)明的范圍不必由這個(gè)描述來限制。相反地，本發(fā)明的范圍由以下權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種用在多載波碼分多址接入(MC-CDMA)電信網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備，所述設(shè)備包括用來發(fā)射無線電信號(hào)的發(fā)射機(jī)，其中該發(fā)射機(jī)包括正交頻分復(fù)用(OFDM)調(diào)制器，把長度為Nb的輸入向量X劃分成兩部分，把Nx個(gè)零插入在它們之間，并且作規(guī)模為NbNx的快速傅立葉逆變換(IFFT)以獲得時(shí)域信號(hào)；和被耦合到OFDM調(diào)制器的脈沖整形濾波器，用來在傳輸以前處理該時(shí)域信號(hào)；和用來接收所發(fā)射的時(shí)域信號(hào)的接收機(jī)，其中該接收機(jī)包括OFDM解調(diào)器，用來對(duì)所接收的信號(hào)作規(guī)模為NbNx的快速傅立葉變換(FFT)并從最后得到的頻域信號(hào)中去掉在發(fā)射機(jī)中插入的零。
2.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，所述時(shí)域信號(hào)具有每碼片Ns個(gè)采樣的采樣率，并且其中Nx＝Nb(Ns-1)。
3.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，所述脈沖整形濾波器是升余弦濾波器。
4.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，所述插入的零是比輸入向量X更高頻率的分量。
5.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，所述接收機(jī)進(jìn)一步包括一個(gè)與發(fā)射機(jī)的脈沖整形濾波器匹配的濾波器，用來濾波所接收的信號(hào)并把濾波后的信號(hào)提供到OFDM解調(diào)器。
6.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，所述發(fā)射機(jī)進(jìn)一步包括用來編碼將要發(fā)射的信息的編碼器；和用來調(diào)制編碼后信息的調(diào)制器。
7.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，所述OFDM解調(diào)器通過把頻域信號(hào)去掉零以后的余下部分串接起來從而把所發(fā)射的信號(hào)重新構(gòu)建成輸出向量Z。
8.權(quán)利要求7的設(shè)備，其中，所述接收機(jī)進(jìn)一步包括一個(gè)檢測器，用來在所發(fā)射的信號(hào)轉(zhuǎn)換到頻域之后檢測所接收的符號(hào)。
9.權(quán)利要求8的設(shè)備，其中，所述接收機(jī)進(jìn)一步通過分析所接收的導(dǎo)頻符號(hào)來執(zhí)行信道估計(jì)，這些導(dǎo)頻符號(hào)是由發(fā)射機(jī)在頻域上插入的。
10.權(quán)利要求9的設(shè)備，其中，所述脈沖整形濾波器的頻率響應(yīng)是已知的，并且其中執(zhí)行信道估計(jì)應(yīng)用已知的脈沖整形濾波器頻率響應(yīng)。
11.權(quán)利要求10的設(shè)備，其中，所述接收機(jī)使用最小二乘法(LS)分析來執(zhí)行信道估計(jì)。
12.權(quán)利要求9的設(shè)備，其中，所述檢測器把信道估計(jì)應(yīng)用到所接收符號(hào)的檢測上。
13.用在可以按照MC-CDMA協(xié)議操作的電信系統(tǒng)中，一種用來處理所接收的時(shí)域信號(hào)的改進(jìn)的接收機(jī)，該時(shí)域信號(hào)通過對(duì)一個(gè)在頻域上插入了零的劃分后的輸入信號(hào)作IFFT從而被上采樣，所述接收機(jī)包括OFDM解調(diào)器，用來對(duì)所接收的時(shí)域信號(hào)作FFT并去掉插入的零。
14.權(quán)利要求13的接收機(jī)，其中，所述OFDM解調(diào)器包括用來去掉零的低通濾波器。
15.一種用來處理一個(gè)將要在MC-CDMA通信網(wǎng)絡(luò)中的空中接口上發(fā)射的已編碼和調(diào)制并承載有信息的信號(hào)的方法；所述方法包括步驟把調(diào)制后的承載有信息的信號(hào)劃分成多個(gè)流；用擴(kuò)展碼擴(kuò)展多個(gè)流中的每一個(gè)；把擴(kuò)展后的流累加成一個(gè)長度為Nb的符號(hào)序列；把該符號(hào)序列劃分成兩部分；把零插入這兩部分之間；對(duì)最后得到的流作IFFT以獲得時(shí)域信號(hào)；把該時(shí)域信號(hào)提供給脈沖整形濾波器；并且發(fā)射該信號(hào)。
16.權(quán)利要求15的方法，其中，零作為高頻分量被插入。
17.權(quán)利要求15的方法，進(jìn)一步包括步驟接收所發(fā)射的時(shí)域信號(hào)；對(duì)所接收的信號(hào)作FFT以獲得頻域信號(hào)；以及從該頻域信號(hào)中去掉原先插入的零。
18.權(quán)利要求17的方法，進(jìn)一步包括估計(jì)傳輸信道的頻率響應(yīng)的步驟。
19.權(quán)利要求18的方法，其中，所發(fā)射的信號(hào)被具有脈沖整形濾波器的發(fā)射機(jī)所發(fā)射，該脈沖整形濾波器具有已知的頻率響應(yīng)，而且其中的估計(jì)步驟包括通過解答一個(gè)應(yīng)用已知的脈沖整形濾波器頻率響應(yīng)的LS問題來確定最大似然估計(jì)。
20.權(quán)利要求18的方法，進(jìn)一步包括使用所述信道估計(jì)來檢測所接收的符號(hào)的步驟。
全文摘要
一種用在多載波碼分多址接入電信網(wǎng)絡(luò)(圖1)中的設(shè)備包括用來發(fā)射無線電信號(hào)的發(fā)射機(jī)。該發(fā)射機(jī)包括正交頻分復(fù)用調(diào)制器(425)，它把輸入向量劃分成兩部分，把N個(gè)零插入它們之間并且作快速傅立葉逆變換以獲得時(shí)域信號(hào)。被耦合到調(diào)制器(425)的脈沖整形濾波器(430)用來在傳輸以前處理該時(shí)域信號(hào)。一個(gè)用來接收所發(fā)射的信號(hào)的接收機(jī)(451)。接收機(jī)(451)包括OFDM解調(diào)器(460)，用來對(duì)該信號(hào)作FFT并從最后得到的頻域信號(hào)中去掉在發(fā)射機(jī)中插入的零。
文檔編號(hào)H04L5/02GK1672349SQ03817866
公開日2005年9月21日 申請(qǐng)日期2003年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月25日
發(fā)明者M·J·博蘭, P·瓦斯內(nèi)伊, H·維波南, P·帕帕迪米特里奧 申請(qǐng)人:諾基亞有限公司