專利名稱：估計通信系統(tǒng)中傳送的數(shù)據(jù)符號的頻偏的裝置及相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及用于在移動通信系統(tǒng)或其它通信系統(tǒng)中向接收站傳送數(shù)據(jù)的方法，其中，當(dāng)傳送到接收站上的數(shù)據(jù)目的端時，數(shù)據(jù)顯示例如多普勒偏移導(dǎo)致的頻偏。更具體地說，本發(fā)明涉及借以更好地利用線性技術(shù)估計頻偏的裝置及相關(guān)方法。
無論頻偏大小都要精確地進(jìn)行頻偏估計。投影技術(shù)是一種線性技術(shù)，它可以可接受的計算復(fù)雜度來計算頻偏估計。而且，由于這種估計基于所有接收數(shù)據(jù)，即導(dǎo)頻和數(shù)據(jù)符號來進(jìn)行，因此無需增加導(dǎo)頻符號的數(shù)量即允許估計頻偏。
背景技術(shù)：
通信系統(tǒng)用于在發(fā)送站和接收站之間傳送數(shù)據(jù)。在發(fā)送站上獲取要傳送的數(shù)據(jù)，然后經(jīng)通信信道將其傳送到終接數(shù)據(jù)的接收站。
有時要對數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制或進(jìn)行其它改動，以將數(shù)據(jù)置于允許其在通信信道上傳輸?shù)男问?。而且，一旦在接收站接收到該?shù)據(jù)，就對其進(jìn)行解調(diào)或以其它方式加以處理(必要時)，以恢復(fù)該數(shù)據(jù)的信息內(nèi)容。
由于技術(shù)進(jìn)步，已開發(fā)出不同類型的通信系統(tǒng)。許多不同類型的通信系統(tǒng)經(jīng)常用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，以便執(zhí)行許多不同類型的通信服務(wù)。新型通信系統(tǒng)以及對現(xiàn)有通信系統(tǒng)的改進(jìn)將可能開發(fā)出來并加以實現(xiàn)。
一種示范類型的通信系統(tǒng)是無線電通信系統(tǒng)。在無線電通信系統(tǒng)中，用于在發(fā)送站和接收站之間傳送數(shù)據(jù)的通信信道是基于無線電鏈路形成的。無線電鏈路是電磁頻譜的指定部分，有時以無線電鏈路在其上定義的頻率來定義。對于在發(fā)送站和接收站之間延伸的通信路徑部分，免除使用固定的有線連接而代之以采用無線電信道。因此，無線電通信系統(tǒng)相對于有線系統(tǒng)有時安裝成本較低，從而降低了基礎(chǔ)設(shè)施的成本。而且，無線電通信系統(tǒng)已經(jīng)證明適合于作為允許通信移動性的移動通信系統(tǒng)來實施。
可分配用于第一無線電鏈路從而構(gòu)造通信信道的電磁頻譜的量值一般是有限的。因此，無線電通信系統(tǒng)通常稱為帶寬約束系統(tǒng)。有時，僅通過更有效率地利用分配的頻譜，即可提升通信系統(tǒng)的通信容量。
例如，利用數(shù)字通信技術(shù)可以提高通信系統(tǒng)的通信容量。許多數(shù)字通信技術(shù)將數(shù)字化的數(shù)據(jù)格式化為分組或幀，并將其在共享通信信道上傳送，從而允許采用分組交換通信。
要實現(xiàn)或計劃實現(xiàn)的通信服務(wù)越來越屬于數(shù)據(jù)密集型服務(wù)。大量的數(shù)據(jù)必須在發(fā)送站和接收站之間以及時準(zhǔn)確的方式傳送，以便完成通信服務(wù)。
可實現(xiàn)的通信系統(tǒng)并不是理想的。即，通信系統(tǒng)工作期間傳送的數(shù)據(jù)在于發(fā)送站上源端與接收站上的目的端之間傳送期間以某種形式失真。例如，在許多但并非全部非理想移動無線電通信系統(tǒng)中，當(dāng)數(shù)據(jù)在發(fā)送站和接收站之間傳送時，在形成數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)符號上引入了頻偏。頻偏是發(fā)送站和接收站中的至少一個在數(shù)據(jù)通信期間以某種速度移動時由多普勒偏移導(dǎo)致的。隨著相對速度增加，多普勒偏移所導(dǎo)致的頻偏一般也會增加。
當(dāng)在接收站被檢測到時，頻偏會使接收數(shù)據(jù)符號旋轉(zhuǎn)。也就是說，數(shù)據(jù)符號是部分地按頻率分量來定義的。即，多普勒偏移引起的頻偏使數(shù)據(jù)符號的頻率分量旋轉(zhuǎn)，即改變。頻偏必須加以估計，隨后予以補償，以便可以正確地恢復(fù)符號的實際值。
在接收數(shù)據(jù)的接收站上還引入了其它的頻偏。例如因電路不完善而引入頻偏。頻偏在移動通信系統(tǒng)的接收站以及其它固定位置的接收站上引入。同樣，這也必須加以估計，而后予以補償，以便可以正確地恢復(fù)符號的實際值。
在用以估計頻偏的一種方法中，利用了導(dǎo)頻符號。導(dǎo)頻符號包含在數(shù)據(jù)突發(fā)分組中，用于執(zhí)行最大似然(ML)估計。為了使估計精確，一般需要在突發(fā)中包含大量導(dǎo)頻符號。如果載頻如同在跳頻環(huán)境中一樣隨機或在通信站的移動速度發(fā)生變化時，這種需要尤其明顯。在此情況中，無法對多個突發(fā)求平均。需要利用大量導(dǎo)頻符號，這一需求使突發(fā)中可以形成數(shù)據(jù)符號的符號數(shù)量減少。從而，通信系統(tǒng)的通信容量因需要使用大量導(dǎo)頻符號而受到限制。
有時，基于數(shù)據(jù)符號檢測，通過判決導(dǎo)向的符號來補充利用導(dǎo)頻符號的最大似然估計。但是，如果頻偏太大以致使檢測操作無法得到數(shù)據(jù)符號的精確估計，則該方法效果很差，或甚至無效。因此，當(dāng)通信條件引起很大的頻偏量時，此類估計技術(shù)的實用性有限。
在用于估計頻偏的另一種方法中，估計操作不檢測數(shù)據(jù)符號，而是盲目地利用數(shù)據(jù)符號。采用此類型估計技術(shù)的方法通常在計算方面很復(fù)雜，而某些通信站的計算能力是有限的。因此，此估計方法在計算能力有限的系統(tǒng)中不可用或不實際。
因為估計頻偏的現(xiàn)有方法存在各種缺點，所以需要一種估計頻偏的改進(jìn)方法，以允許執(zhí)行改進(jìn)的估計，從而提高通信系統(tǒng)中通信的質(zhì)量。
鑒于在通信系統(tǒng)中估計頻偏的方法的上述相關(guān)背景信息，提出了本發(fā)明的顯著改進(jìn)。
發(fā)明概要因此，本發(fā)明提供一種用于在移動通信系統(tǒng)或其它通信系統(tǒng)中向接收站傳送數(shù)據(jù)的裝置和相關(guān)方法，所述數(shù)據(jù)傳送到所述接收站的數(shù)據(jù)目的端時表現(xiàn)出頻偏。
通過本發(fā)明實施例的操作，提供了一種利用線性技術(shù)更好地估計頻偏的方法。
本發(fā)明可執(zhí)行精確的頻偏估計。不管頻偏量有多大估計性能都很精確。因為該投影技術(shù)是線性的，所以計算頻偏估計的復(fù)雜性程度可以接受。而且所有接收數(shù)據(jù)被用于頻偏估計。即在估計時同時利用導(dǎo)頻符號和數(shù)據(jù)符號。為了形成估計，不需要增加導(dǎo)頻符號。
在本發(fā)明的一個方面，提供了一種盲頻偏估計技術(shù)。使用該技術(shù)可通過在信道脈沖響應(yīng)矩陣生成的子空間執(zhí)行投影步驟來進(jìn)行頻偏估計。該技術(shù)對頻偏大小不敏感。而且，該技術(shù)無需利用導(dǎo)頻符號作為輔助，因此數(shù)據(jù)吞吐率不會受要使用增量導(dǎo)頻符號的需要限制。再者，該估計技術(shù)按突發(fā)進(jìn)行，執(zhí)行頻偏估計不一定需要使用長期平均值。
在本發(fā)明的一個方面，在構(gòu)成無線電通信系統(tǒng)一部分的接收站上接收由一個或多個數(shù)據(jù)突發(fā)形成的信號。每個數(shù)據(jù)突發(fā)由一個數(shù)據(jù)符號序列構(gòu)成。然后將每個數(shù)據(jù)突發(fā)下變頻為基帶信號。一旦下變頻到基帶級，則將至少選擇的數(shù)據(jù)突發(fā)的數(shù)據(jù)符號乘以相位旋轉(zhuǎn)項。
該相位旋轉(zhuǎn)項是從一組預(yù)先選擇的值中選擇的。更具體地說，該相位旋轉(zhuǎn)項是從一組預(yù)先選擇的偏移值中選擇的。將所述預(yù)先選擇的值選擇為例如與在期望的可能頻偏量范圍內(nèi)的值相對應(yīng)。由此，通過以相位旋轉(zhuǎn)項乘以數(shù)據(jù)突發(fā)的符號而得到了經(jīng)過旋轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)突發(fā)。通過分別與預(yù)先選擇的值組中的各相位旋轉(zhuǎn)項相乘，從而得到各旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)突發(fā)。例如，形成數(shù)量與所述預(yù)先選擇的一組值的相位旋轉(zhuǎn)項的數(shù)量對應(yīng)的多個旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)突發(fā)，其中，每個旋轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)突發(fā)是利用所述預(yù)先選擇的值中單獨的一個來形成的。
在本發(fā)明的另一方面中，對每個旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)突發(fā)執(zhí)行估計操作。估計操作用于在數(shù)據(jù)突發(fā)符號一與相位旋轉(zhuǎn)項相乘，便相應(yīng)地估計該數(shù)據(jù)突發(fā)符號經(jīng)通信信道向接收站傳送之前的值。也就是說，估計操作估計與發(fā)送站向接收站發(fā)送的一樣的數(shù)據(jù)突發(fā)符號的值，即估計在通信信道上傳輸期間沒有引入例如多普勒偏移引起的頻偏的數(shù)據(jù)序列符號值。
上述估計操作是利用與傳送數(shù)據(jù)突發(fā)的通信信道的信道脈沖響應(yīng)(CIR)的相關(guān)指標(biāo)來執(zhí)行的。更具體地說，將矩陣H用于表示通信信道的信道脈沖響應(yīng)。所述矩陣H以特普利茨(Toeplitz)形式提供。形成矢量的旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)突發(fā)各自投影到特普利茨形式的矩陣H所定義的子空間上。這種投影是線性運算。這種線性運算所要求的計算復(fù)雜性很小，足以允許以有效的方式在通用處理裝置中執(zhí)行這種運算。對于旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)突發(fā)，通過將旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)突發(fā)投影到表示信道脈沖響應(yīng)的矩陣上來形成估計的數(shù)據(jù)矢量。
在本發(fā)明的另一個方面，還執(zhí)行其它操作來獲得附加指標(biāo)，該附加指標(biāo)與對應(yīng)于各旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)突發(fā)形成的各估計數(shù)據(jù)矢量相關(guān)聯(lián)。即，確定與每個估計數(shù)據(jù)矢量相關(guān)聯(lián)的噪聲序列n。除非在與該噪聲序列相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)突發(fā)上引入的相位旋轉(zhuǎn)量為某個量或某個量的倍數(shù)，否則這種噪聲序列的能量高于電平ns。具體而言，當(dāng)數(shù)據(jù)突發(fā)符號上乘以的相位旋轉(zhuǎn)對應(yīng)于通信系統(tǒng)中所用星座集的最小調(diào)制星座增量的整數(shù)倍時，該噪聲序列的電平小于電平ns。還確定噪聲序列能級的標(biāo)準(zhǔn)差。對于每個估計的數(shù)據(jù)矢量，計算噪聲序列及其標(biāo)準(zhǔn)差。
比較每個噪聲矢量的標(biāo)準(zhǔn)差。因為與不同估計數(shù)據(jù)序列相關(guān)聯(lián)的噪聲序列具有不同的值，所以這些噪聲序列的對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)差也具有不同的值。選擇與值最小的標(biāo)準(zhǔn)差相關(guān)聯(lián)的估計數(shù)據(jù)序列來表示與在向與接收站相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)目的端傳輸數(shù)據(jù)突發(fā)期間在數(shù)據(jù)突發(fā)上引入的頻偏對應(yīng)的相位旋轉(zhuǎn)。這種選擇在數(shù)據(jù)矢量符號上引入(即與之相乘的)相位旋轉(zhuǎn)量與數(shù)據(jù)突發(fā)在通信信道上向接收站傳送期間其上引入的頻偏和多普勒偏移量最一致時作出。
對接收數(shù)據(jù)突發(fā)執(zhí)行的乘法運算、矢量在表示信道脈沖響應(yīng)的矩陣上的投影、噪聲序列及其標(biāo)準(zhǔn)差的計算以及比較運算都是線性運算。需要由接收站執(zhí)行的計算很容易實現(xiàn)，因為所需要的這些運算的計算復(fù)雜性相對簡單，只需執(zhí)行線性運算。此外，這些運算不需要使用增量導(dǎo)頻符號來形成數(shù)據(jù)符號的部分。因此，吞吐率不會因需要在數(shù)據(jù)突發(fā)中增加導(dǎo)頻符號數(shù)量而降低。
在一種實現(xiàn)方案中，提供了一種方法，通過該方法，可以更好地估計蜂窩通信系統(tǒng)(如根據(jù)定義GSM/GPRS(全球移動通信系統(tǒng)/通用分組無線業(yè)務(wù))系統(tǒng)的操作的操作規(guī)范構(gòu)造的蜂窩通信系統(tǒng))操作過程中發(fā)送的數(shù)據(jù)符號上引入的頻偏。估計例如因多普勒偏移和電路缺陷而引入在至移動臺的前向鏈路信道上傳送的數(shù)據(jù)的頻偏。另外，還估計在至通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)部分的反向鏈路信道上傳送的數(shù)據(jù)上引入的頻偏。當(dāng)在適當(dāng)?shù)慕邮照?即移動臺或基站收發(fā)信臺)接收到數(shù)據(jù)時，將其轉(zhuǎn)換成基帶形式。將數(shù)據(jù)序列乘以從一組預(yù)先選擇的值中選擇的相位旋轉(zhuǎn)項。形成對應(yīng)于各預(yù)先選擇的相位旋轉(zhuǎn)項值的不同旋轉(zhuǎn)序列。對于每個旋轉(zhuǎn)序列，通過將該旋轉(zhuǎn)序列投影到表示傳送數(shù)據(jù)的信道的信道脈沖響應(yīng)的矩陣上而形成估計的數(shù)據(jù)序列。針對每個估計的數(shù)據(jù)序列，確定噪聲及其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)差。對上述標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行比較。選擇與呈示最小噪聲序列標(biāo)準(zhǔn)差的估計數(shù)據(jù)序列相關(guān)的頻偏作為數(shù)據(jù)傳輸期間引入數(shù)據(jù)的頻偏。
因此，在這些和其它方面中，提供一種用于如下通信系統(tǒng)的裝置和相關(guān)方法在所述通信系統(tǒng)中，在通信信道上向接收站傳送由初始數(shù)據(jù)符號值構(gòu)成的數(shù)據(jù)序列。響應(yīng)所接收到的數(shù)據(jù)符號值而形成對接收數(shù)據(jù)符號的頻偏的估計。第一級數(shù)據(jù)值確定器連接成接收對接收站上接收到的數(shù)據(jù)符號值的指示。第一級數(shù)據(jù)值確定器確定所述數(shù)據(jù)序列的第一第一級估計和所述數(shù)據(jù)序列的至少第二第一級估計。噪聲指標(biāo)計算器連接到第一級數(shù)據(jù)值確定器。該噪聲指標(biāo)計算器計算與每個第一級估計相關(guān)聯(lián)的噪聲指標(biāo)。選擇器連接成接收所述噪聲指標(biāo)的值。所述選擇器分別選擇第一和至少第二第一級估計中選定的一個估計作為接收數(shù)據(jù)符號的頻偏。
通過如下簡述的附圖、如下優(yōu)選實施例詳細(xì)說明和所附權(quán)利要求書，可以對本發(fā)明及其范圍有更全面的了解。
附圖簡介
圖1顯示本發(fā)明的優(yōu)選實施例構(gòu)成其一部分的無線電通信系統(tǒng)的功能框圖；圖2說明本發(fā)明實施例的操作的矢量表示，所述操作用于估計圖1所示通信系統(tǒng)操作期間傳送的數(shù)據(jù)突發(fā)上引入的頻偏。
圖3說明表示本發(fā)明實施例的操作的流程圖，所述操作用于估計諸如圖1所示通信系統(tǒng)操作期間傳送的數(shù)據(jù)突發(fā)上引入的頻偏。
圖4顯示表示本發(fā)明實施例操作的方法流程圖。
發(fā)明的詳細(xì)說明首先參考圖1，標(biāo)記10處顯示的無線電通信系統(tǒng)支持與移動臺12的數(shù)據(jù)通信，其中實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)通信。以下描述將說明其中通信系統(tǒng)構(gòu)成蜂窩通信系統(tǒng)的本發(fā)明示范實施方案的操作。
蜂窩通信系統(tǒng)可按照任何選定的數(shù)字蜂窩標(biāo)準(zhǔn)運行。例如，通信系統(tǒng)10代表GSM(全球移動通信)系統(tǒng)，如支持GPRS(通用分組無線業(yè)務(wù))或EDGE(增強GSM數(shù)據(jù)演進(jìn))的GSM系統(tǒng)。其中每種系統(tǒng)都支持?jǐn)?shù)據(jù)通信。該通信系統(tǒng)還可代表其它類型的蜂窩通信系統(tǒng)，如根據(jù)CDMA2000(碼分多址2000)通信制式運行的系統(tǒng)。更一般地，通信系統(tǒng)10代表許多不同的移動通信系統(tǒng)，在這些移動通信系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)在容易受頻偏影響，例如受多普勒偏移和電子電路缺陷引起的頻偏影響的通信信道上傳送。
下文將描述在支持?jǐn)?shù)據(jù)通信的蜂窩通信系統(tǒng)中實施本發(fā)明時其實施例的操作。但是，要明確的是本發(fā)明同樣可以在其它類型的移動通信系統(tǒng)和其它通信系統(tǒng)中實施，可類似地描述在所述其它類型的通信系統(tǒng)中實施本發(fā)明時其實施例的操作。
移動臺12通過無線電鏈路與通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)部分通信。該無線電鏈路此處由前向鏈路14和反向鏈路16來代表。與移動臺的雙向通信是通過在基于前向鏈路和反向鏈路定義的信道上傳送數(shù)據(jù)來實現(xiàn)的。
通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)部分18包括含有基站收發(fā)信臺(BTS)20的基站系統(tǒng)(BSS)?；鞠到y(tǒng)的基站收發(fā)信臺構(gòu)成無線電收發(fā)器，包括接收部分22和發(fā)送部分24。移動臺的電路也構(gòu)成無線電收發(fā)器，包括接收部分26和發(fā)送部分28。
基站收發(fā)信臺的發(fā)送部分24用于生成在基于前向鏈路14定義的前向鏈路信道上傳送的信號，以便交付給移動臺。移動臺的接收部分26用于接收傳送給它的信號并加以處理。類似地，移動臺的發(fā)送部分28用于生成在基于反向鏈路16定義的反向鏈路信道上傳送的信號，以便交付給基站收發(fā)信臺?；臼瞻l(fā)信臺的接收部分22用于接收傳送給它的信號并加以處理。
基站收發(fā)信臺連接到基站控制器(BSC)32，BSC32與基站收發(fā)信臺一起構(gòu)成基站系統(tǒng)的一部分。除其它功能以外，該基站控制器用于控制基站收發(fā)信臺的操作。該基站控制器又連接到無線電網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)(GWY)34。在通信系統(tǒng)按照定義GSM/GPRS蜂窩通信系統(tǒng)的操作規(guī)范運行的示范實施方案中，所述網(wǎng)關(guān)包括例如GGSN(網(wǎng)關(guān)GPRS服務(wù)節(jié)點)的功能。
該網(wǎng)關(guān)連接到通信網(wǎng)絡(luò)，此處為廣域分組數(shù)據(jù)網(wǎng)(PDN)36，如因特網(wǎng)。對應(yīng)節(jié)點(CN)38連接到網(wǎng)絡(luò)36。該對應(yīng)節(jié)點代表一個通信實體，如充當(dāng)最終數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)服務(wù)器或與移動臺通信的數(shù)據(jù)目的端。
在通信系統(tǒng)的示范操作期間，基站收發(fā)信臺和移動臺之間傳送的數(shù)據(jù)以突發(fā)形式傳輸。即，根據(jù)通信服務(wù)的實施方式，按選定間隔來傳送數(shù)據(jù)突發(fā)。每個數(shù)據(jù)突發(fā)由一個或多個符號構(gòu)成。此處，將數(shù)據(jù)格式化為具有首部部分和凈荷部分的數(shù)據(jù)分組或幀。這些符號可選擇性地構(gòu)成數(shù)據(jù)符號和導(dǎo)頻符號。因為本發(fā)明實施例的操作無需利用導(dǎo)頻符號，所以數(shù)據(jù)突發(fā)中包含的符號有時會一般地稱為數(shù)據(jù)符號或更簡單地稱為符號。
這些數(shù)據(jù)符號是一些含有頻率分量的值。此處，這些數(shù)據(jù)符號是從調(diào)制星座中選擇的一組值。例如，所述調(diào)制星座形成一個QPSK(四相移鍵控)調(diào)制集或8-PSK(相移鍵控)調(diào)制集。該調(diào)制集的每個數(shù)據(jù)符號是部分根據(jù)頻率或徑向分量來定義的。當(dāng)在通信系統(tǒng)操作期間傳送時，必須正確地確定符號的頻率分量，以便正確地確定該符號的值。
因為上述通信系統(tǒng)不是理想的通信系統(tǒng)，所以數(shù)據(jù)符號的值容易在通信過程中失真。尤其重要的是數(shù)據(jù)符號在向數(shù)據(jù)目的端傳送期間其上可能引入頻偏。頻偏改變了數(shù)據(jù)符號的頻率分量。如果頻偏足夠大，且未對該頻偏進(jìn)行補償，則無法正確地(即精確地)確定數(shù)據(jù)符號的值。
頻偏在例如接收數(shù)據(jù)突發(fā)的接收部分上引入數(shù)據(jù)符號。此處，基站收發(fā)信臺的接收部分22和移動臺的接收部分26分別將頻偏引入該處接收到的數(shù)據(jù)突發(fā)的數(shù)據(jù)符號上。該頻偏是由這些接收部分的電路缺陷引起的。偏移量取決于這些接收部分的電路的不完善程度。
頻偏也會因多普勒偏移而引入數(shù)據(jù)符號。當(dāng)移動臺在數(shù)據(jù)通信期間移動時會發(fā)生多普勒偏移。箭頭42表示移動臺在兩個方向上的移動?？梢灶愃频仫@示移動臺在其它方向上或組合方向上的移動。多普勒偏移量和由此產(chǎn)生的頻偏量取決于數(shù)據(jù)突發(fā)傳送期間移動臺相對于基站收發(fā)信臺的移動速度。
不管引起頻偏的原因為何，都必須對其進(jìn)行補償，以校正該偏移，以便可以正確地恢復(fù)數(shù)據(jù)符號的值。基站收發(fā)信臺的接收部分22和移動臺的接收部分26分別包括本發(fā)明實施例的裝置46。裝置46用于估計各接收部分上接收到的數(shù)據(jù)突發(fā)的數(shù)據(jù)符號上引入的頻偏。這里，對該裝置的描述將參考移動臺接收部分26中該裝置的操作來描述?？梢灶愃频姆绞矫枋鲈O(shè)在基站收發(fā)信臺上的該裝置的操作。
所顯示的構(gòu)成裝置46的部件是功能表示，表示該裝置的功能操作。這些部件以任何期望方式實現(xiàn)。在本示范實施方案中，各部件執(zhí)行的功能至少部分通過可由處理電路執(zhí)行的算法來實現(xiàn)。
移動臺的接收部分此處顯示為包括用于將該處接收的數(shù)據(jù)突發(fā)下變頻成基帶級的下變頻轉(zhuǎn)換器48。該下變頻轉(zhuǎn)換器表示接收部分中可能在數(shù)據(jù)突發(fā)上引入頻偏的電路。如上所述，多普勒偏移所致的附加頻偏已經(jīng)在數(shù)據(jù)突發(fā)在前向鏈路上向移動臺傳輸期間引入到該數(shù)據(jù)突發(fā)的符號上。
接收數(shù)據(jù)突發(fā)的基帶級表示通過線路52提供給預(yù)乘法器部件54。該預(yù)乘法器用于使接收數(shù)據(jù)突發(fā)的數(shù)據(jù)符號與旋轉(zhuǎn)項相乘，從而形成旋轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)突發(fā)。與數(shù)據(jù)突發(fā)的數(shù)據(jù)符號相乘的旋轉(zhuǎn)項是從一組允許的旋轉(zhuǎn)項中選擇的。這里，這些旋轉(zhuǎn)項保存在存儲單元56中，該組的每個旋轉(zhuǎn)項都存儲在其中。該組旋轉(zhuǎn)項包括例如Q個相位旋轉(zhuǎn)項。預(yù)乘法器用于形成Q個旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)突發(fā)。每個旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)突發(fā)通過選擇Q個旋轉(zhuǎn)項中不同的一個與提供給預(yù)乘法器部件的數(shù)據(jù)突發(fā)表示相乘而形成。
形成所述旋轉(zhuǎn)項組的相位旋轉(zhuǎn)項的數(shù)量決定了本發(fā)明實施例操作期間估計的頻偏的分辨率。假定旋轉(zhuǎn)項的值是等間距的，則數(shù)量Q越大，所提供的分辨率也越好。例如，由于通信系統(tǒng)操作期間可能的頻偏存在一定的范圍，因此這些相位旋轉(zhuǎn)項是可選擇的。例如，該頻偏范圍是定義通信系統(tǒng)10的操作參數(shù)的操作規(guī)范中提出的參數(shù)。
形成矢量的旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)突發(fā)由延伸到第一級估計器和確定器部件62的線路58上的預(yù)乘法器形成。當(dāng)預(yù)乘法器形成Q個旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)突發(fā)時，將該Q個不同的旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)突發(fā)提供給估計器和確定器部件62。該第一級估計器和確定器用于估計預(yù)乘法器形成的每個不同旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)突發(fā)的數(shù)據(jù)序列。也就是說，所作的估計基于乘以相關(guān)相位旋轉(zhuǎn)項的數(shù)據(jù)符號值來估計數(shù)據(jù)突發(fā)的數(shù)據(jù)符號的實際值。
在本示范實施方案中，部件62對各旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)突發(fā)執(zhí)行的估計形成估計序列d*。即將Q個不同的旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)突發(fā)提供給部件62時，便得到Q個估計序列d*。雖然這些估計序列可以采用任何期望的估計技術(shù)來形成，但在本發(fā)明實施例的示范實施方案中，這些序列是通過將這些旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)突發(fā)投影到矩陣H所定義的子空間上而形成的。矩陣H是表示信道脈沖響應(yīng)(CIR)的矩陣，或者是表示用于將數(shù)據(jù)突發(fā)傳送到移動臺的信道的矩陣。此處，形成矩陣的表示信道脈沖響應(yīng)的值顯示為通過線路64提供給部件62。信道脈沖響應(yīng)以任何期望的方式來確定，此處視為已知的，或者是可用的，以便由部件62用于執(zhí)行估計。
旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)突發(fā)投影到其上的矩陣H采取特普利茨(Toeplitz)的形式。通過這種將數(shù)據(jù)突發(fā)投影到矩陣上的操作，可有效地執(zhí)行序列估計。
Q個估計序列在線路64上形成。線路64延伸到噪聲和標(biāo)準(zhǔn)差計算器66。該計算器用于確定估計器部件62所形成的各估計數(shù)據(jù)序列的噪聲序列n*。此外還計算這些噪聲序列的標(biāo)準(zhǔn)差。
線路64還延伸到比較器68。線路72也從噪聲和標(biāo)準(zhǔn)差計算器66延伸到比較器68。該噪聲和標(biāo)準(zhǔn)差計算器還用于向該比較器提供在其上針對與Q個估計數(shù)據(jù)序列相關(guān)聯(lián)的各噪聲序列確定的標(biāo)準(zhǔn)差的值。
該比較器用于比較在線路72上提供給它的標(biāo)準(zhǔn)差的值。該比較器選擇具有最小值的標(biāo)準(zhǔn)差，并且將對應(yīng)估計數(shù)據(jù)序列的頻偏選為已引入到經(jīng)線路52提供給裝置46的數(shù)據(jù)突發(fā)符號上的頻偏量。在線路76上形成表示如此選擇的頻偏的值，并將其提供給求和部件78。該求和部件還連接到線路52，在線路52上形成移動臺上接收到的數(shù)據(jù)突發(fā)符號的基帶表示。該求和部件用于接線路76上提供的頻偏使線路52上提供的每個符號旋轉(zhuǎn)。由此，該求和部件在線路82上生成經(jīng)過頻率校正的符號值，頻率校正按裝置46所確定的作為數(shù)據(jù)突發(fā)符號在傳送到裝置46之前其上引入的頻偏的頻偏量進(jìn)行。對該數(shù)據(jù)突發(fā)符號的進(jìn)一步處理由移動臺接收部分的其它結(jié)構(gòu)(附圖未顯示)進(jìn)行。
裝置46執(zhí)行的過程提供頻偏估計。表示數(shù)據(jù)突發(fā)的符號預(yù)先乘以從一組預(yù)先選擇的偏移值中選擇的相位旋轉(zhuǎn)項。當(dāng)該組值中包含Q個預(yù)先選擇的值時，分別執(zhí)行Q次預(yù)乘法運算，由此形成Q個不同的經(jīng)過預(yù)乘法的數(shù)據(jù)突發(fā)符號表示。然后，對Q個預(yù)乘的符號表示中的每一個表示計算序列d*。該序列通過將旋轉(zhuǎn)的接收矢量投影到矩陣H生成的子空間而計算得到，其中H是代表用于將數(shù)據(jù)傳送到裝置46的信道的信道的特普利茨形式的信道脈沖響應(yīng)。然后，對于每個序列，計算噪聲矢量n*及其標(biāo)準(zhǔn)差。在所選擇的集合中選擇與顯示最小標(biāo)準(zhǔn)差的相關(guān)噪聲矢量對應(yīng)的頻偏。
上述過程利用了一個假設(shè)認(rèn)為頻偏存在于數(shù)據(jù)檢測過程中但被忽略。所有具有從調(diào)制星座中選擇的元素的可能序列d將產(chǎn)生能量大于ns的噪聲序列n，除非相位旋轉(zhuǎn)增量碰巧是最小調(diào)制星座增量的整數(shù)倍。
圖2顯示了一般地用標(biāo)記86表示的圖示，它以圖形解釋本發(fā)明實施例的操作過程。矢量88表示未引入頻偏的接收信號r[n]。矢量92表示相同的信號，但引入了頻偏f0。平面矢量94表示相位參考。矢量94表示之間的噪聲序列ns。與頻偏信號相關(guān)聯(lián)的矢量96所表示的噪聲項其長度大于矢量94。
圖3顯示表示本發(fā)明實施例的操作過程的流程圖，一般地標(biāo)記為98。該操作過程提供對發(fā)送站向目的端傳送一個或多個符號的序列期間在其上引入的頻偏的估計。一旦估計了頻偏，便可以進(jìn)行頻率校正以補償已引入該序列數(shù)據(jù)符號的估計頻偏。
該操作過程從方框100開始。然后，如方框102所示，選擇一組Q個頻偏值。例如，按如下方式選擇該組值，使之與認(rèn)為最可能在數(shù)據(jù)序列上引入的頻偏的預(yù)期范圍。例如，這些值等間距地分布在定義上述范圍的上下限之間，從而定義可據(jù)以估計頻偏的分辨率。
該過程在收到數(shù)據(jù)序列時繼續(xù)，如方框104所示。該數(shù)據(jù)序列例如形成含一序列符號的數(shù)據(jù)突發(fā)，從而定義數(shù)據(jù)矢量。這些符號部分地按頻率分量來定義，并且容易受頻偏影響。頻偏是由各種因素中的任何一種，如多普勒偏移、電路缺陷或其它原因引起的。
然后，如方框106所示形成旋轉(zhuǎn)矢量。分別對該組頻偏值中的每個元素形成一個旋轉(zhuǎn)矢量。也就是說，如果該組值包括Q個元素，則得到Q個不同的旋轉(zhuǎn)矢量。這些旋轉(zhuǎn)矢量通過將數(shù)據(jù)序列的符號與該組中的某個元素值相乘，以使該數(shù)據(jù)序列中的每個符號在頻率上發(fā)生偏移而形成。
隨后執(zhí)行數(shù)據(jù)序列估計，如方框108所示。分別針對各旋轉(zhuǎn)矢量估計各數(shù)據(jù)序列。當(dāng)形成了Q個旋轉(zhuǎn)矢量時，估計Q個數(shù)據(jù)序列。例如，估計操作通過將旋轉(zhuǎn)矢量投影到表示用于將數(shù)據(jù)序列傳送到數(shù)據(jù)目的端的信道的信道脈沖響應(yīng)的矩陣所生成的子空間上來執(zhí)行。
然后，如方框112所示，針對各估計數(shù)據(jù)序列計算噪聲序列。確定與每個計算的噪聲序列相關(guān)聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)差(sigma)。然后，如方框114所示，比較每個計算的噪聲序列的標(biāo)準(zhǔn)差的值。進(jìn)行這種比較是為了確定哪個標(biāo)準(zhǔn)差具有最小的量值。
隨后，如方框116所示，選擇與顯示最小標(biāo)準(zhǔn)差的估計數(shù)據(jù)序列相關(guān)聯(lián)的頻偏。也就是說，將用于使接收數(shù)據(jù)序列符號旋轉(zhuǎn)以形成據(jù)以形成估計數(shù)據(jù)序列的旋轉(zhuǎn)矢量的元素值選擇為已在數(shù)據(jù)序列符號上引入的頻偏。如果需要，隨后可以執(zhí)行頻率校正操作，以針對選擇的估計頻偏進(jìn)行校正。
圖4說明表示本發(fā)明實施例操作方法的方法流程圖，一般地標(biāo)記為124。該方法估計接收的數(shù)據(jù)序列的數(shù)據(jù)符號的頻偏。由初始數(shù)據(jù)符號值形成的上述數(shù)據(jù)序列在通信信道上傳送到接收站。
首先，如方框126所示，形成第一第一級數(shù)據(jù)序列估計和至少第二第一級數(shù)據(jù)序列估計。
然后，如方框128所示，計算與每個第一級估計相關(guān)聯(lián)的噪聲指標(biāo)。接著，如方框132所示，將上述第一和至少第二第一級估計之一選擇為與所述數(shù)據(jù)序列數(shù)據(jù)符號的頻偏相關(guān)聯(lián)。
由此提出了一種用于執(zhí)行頻偏估計的方式。估計的執(zhí)行是精確的，并且估計精度不取決于實際偏移的量值。該估計操作中只使用了線性技術(shù)，從而限制了估計所需的計算復(fù)雜性。
以上是對實施本發(fā)明的優(yōu)選實施例的描述，但本發(fā)明范圍并不受此描述限制。本發(fā)明范圍由所附權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.在經(jīng)通信信道將初始數(shù)據(jù)符號構(gòu)成的數(shù)據(jù)序列傳送到接收站的通信系統(tǒng)中，一種改進(jìn)的用于響應(yīng)所述接收站上接收到的接收數(shù)據(jù)符號值估計所述接收數(shù)據(jù)符號的頻偏的裝置，所述裝置包括第一級數(shù)據(jù)值確定器，耦合成接收所述接收站上接收到的所述數(shù)據(jù)符號值的指示，所述第一級數(shù)據(jù)值確定器用于確定所述數(shù)據(jù)序列的第一第一級估計和所述數(shù)據(jù)序列的至少第二第一級估計；噪聲指標(biāo)計算器，耦合到所述第一級數(shù)據(jù)值確定器，所述噪聲指標(biāo)計算器用于計算與所述數(shù)據(jù)值確定器形成的每個第一級估計相關(guān)聯(lián)的噪聲指標(biāo)；以及選擇器，耦合成接收所述噪聲指標(biāo)計算器計算的噪聲指標(biāo)的值，所述選擇器用于分別選擇從所述第一和至少第二第一級估計中選定的一個估計作為所述接收數(shù)據(jù)符號的頻偏。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于還包括耦合成接收所述接收符號的值的乘法器，所述乘法器用于將所述接收符號的值乘以第一項以形成第一乘積值序列，以及將其乘以第二項以形成至少第二乘積值序列，其中所述第一級數(shù)據(jù)值確定器要接收的所述符號值指示包括所述第一和至少第二乘積值序列。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于通過所述乘法器與所接收符號值相乘的所述第一項包含第一旋轉(zhuǎn)項，而通過所述乘法器與所接收符號值相乘的所述至少第二項包含至少第二旋轉(zhuǎn)項。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于所述乘法器使用的所述第一和至少第二旋轉(zhuǎn)項分別是從乘積值序列集中選擇的。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于形成所述數(shù)據(jù)序列的所述初始符號值是從允許的符號值星座集中選擇的，以及所述第一和至少第二旋轉(zhuǎn)項各屬于一定值范圍。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于所述第一和至少第二旋轉(zhuǎn)項相對于彼此均等偏移，所述均等偏移定義可據(jù)以確定所述頻偏的分辨率。
7.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所述第一級數(shù)據(jù)值確定器還耦合成接收與用于將所述數(shù)據(jù)序列傳送到所述接收站的所述通信信道相關(guān)聯(lián)的指標(biāo)，以及所述數(shù)據(jù)序列的所述第一和至少第二第一級估計分別屬于部分響應(yīng)于與所述通信信道相關(guān)聯(lián)的指標(biāo)的值。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于所述第一級數(shù)據(jù)值確定器要接收的、與所述通信信道相關(guān)聯(lián)的指標(biāo)包括信道脈沖響應(yīng)。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于通過分別使所述第一和至少第二乘積值序列旋轉(zhuǎn)到表示所述信道脈沖響應(yīng)的矩陣上而形成所述數(shù)據(jù)序列的所述第一和至少第二第一級估計中的每一個估計。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于表示所述信道脈沖響應(yīng)的矩陣采取特普利茨的形式。
11.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所述噪聲指標(biāo)計算器計算與所述數(shù)據(jù)值確定器形成的每個第一級估計相關(guān)聯(lián)的噪聲指標(biāo)。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于所述噪聲指標(biāo)計算器還計算與每個噪聲矢量相關(guān)聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)差。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于所述選擇器分別選擇從所述第一和至少第二第一級估計中選定的具有最小標(biāo)準(zhǔn)差的一個作為所述頻偏。
14.在經(jīng)通信信道將初始數(shù)據(jù)符號構(gòu)成的數(shù)據(jù)序列傳送到接收站的通信系統(tǒng)所用的通信方法中，一種改進(jìn)的用于響應(yīng)在所述接收站上接收到的接收數(shù)據(jù)符號值而估計所述接收數(shù)據(jù)符號的頻偏的方法，此方法包括如下步驟確定所述數(shù)據(jù)序列的第一第一級估計和所述數(shù)據(jù)序列的至少第二第一級估計；計算與所述確定操作期間形成的每個第一級估計相關(guān)聯(lián)的噪聲指標(biāo)；以及選擇所述第一和至少第二第一級估計值中選定的一個估計作為所述數(shù)據(jù)序列的數(shù)據(jù)符號的頻偏。
15.如權(quán)利要求14的方法，其特征在于在所述確定操作之前還包括如下操作將接收數(shù)據(jù)符號的值乘以第一項以形成第一乘積值序列，以及將其乘以第二項以形成至少第二乘積值序列。
16.如權(quán)利要求15的方法，其特征在于所述乘法運算期間與所接收符號值相乘的所述第一項和所述至少第二項包括從某個乘積值序列集中選擇的旋轉(zhuǎn)項。
17.如權(quán)利要求15的方法，其特征在于所述確定操作期間確定的所述數(shù)據(jù)序列的所述第一和至少第二第一級估計是根據(jù)所述接收站上接收到的所述數(shù)據(jù)符號值的指示以及與用于將所述數(shù)據(jù)序列傳送到所述接收站的所述通信信道相關(guān)聯(lián)的指標(biāo)來確定的。
18.如權(quán)利要求17的方法，其特征在于所述確定操作包括將所述第一和至少第二第一級估計的表示投影到表示所述信道脈沖響應(yīng)的特普利茨形式的矩陣所生成的子空間上。
19.如權(quán)利要求18的方法，其特征在于所述計算操作期間計算的噪聲指標(biāo)包括噪聲矢量和相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)差。
20.如權(quán)利要求19的方法，其特征在于所述選擇操作期間選擇的作為所述數(shù)據(jù)序列的頻偏的選定的一個估計與具有最小值的標(biāo)準(zhǔn)差相關(guān)聯(lián)。
全文摘要
一種用于估計在通信系統(tǒng)操作期間從發(fā)送站傳送到數(shù)據(jù)目的端的序列符號上引入的頻偏的裝置和相關(guān)方法。通過將這些序列符號乘以從一組偏移值(106)選擇的偏移值來使接收序列(104)旋轉(zhuǎn)。然后，對于每個旋轉(zhuǎn)序列，進(jìn)行數(shù)據(jù)序列估計(108)。計算(112)與每個估計的數(shù)據(jù)序列相關(guān)聯(lián)的噪聲指標(biāo)。比較與每個估計的數(shù)據(jù)序列相關(guān)聯(lián)的噪聲指標(biāo)(114)。根據(jù)比較結(jié)果，選擇已引入數(shù)據(jù)序列上的頻偏(116)。
文檔編號H04Q7/20GK1732656SQ200380107845
公開日2006年2月8日 申請日期2003年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月31日
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