專利名稱：對(duì)信道脈沖響應(yīng)的長(zhǎng)度的估計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于對(duì)通信系統(tǒng)中的OFDM編碼數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理的方法以及相應(yīng)信號(hào)處理器。
本發(fā)明還涉及一種用于接收OFDM編碼信號(hào)的接收器以及用于接收OFDM編碼信號(hào)的移動(dòng)設(shè)備。最后，本發(fā)明涉及一種包括有這種移動(dòng)設(shè)備的電信系統(tǒng)。
在諸如地面視頻廣播系統(tǒng)DVB-T或DVB-H之類的、利用OFDM調(diào)制的系統(tǒng)中，本方法可用于得到改善的信道估計(jì)并且由此最終改善數(shù)據(jù)估計(jì)。根據(jù)本發(fā)明的移動(dòng)設(shè)備例如可以是便攜式TV接收器、移動(dòng)電話、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、或者諸如膝上計(jì)算機(jī)之類的便攜式計(jì)算機(jī)、或者其任何組合。
在OFDM通信系統(tǒng)中，將要傳送的數(shù)據(jù)調(diào)制在具有不同頻率的多個(gè)子載波信號(hào)上。此后接收器必須從這些子載波信號(hào)中解調(diào)出所傳送的數(shù)據(jù)。所接收到的信號(hào)受到從發(fā)射器至接收器的無(wú)線信道的特性的影響，并且因此為了能夠執(zhí)行該解調(diào)，接收器必須使用對(duì)信道特性的估計(jì)。
信道可以隨時(shí)間而變，并且因此需要以規(guī)則間隔執(zhí)行信道估計(jì)。此外，信道可在所傳送信號(hào)的不同子載波頻率之間變化?；趯?duì)子載波子集上的信道頻率響應(yīng)的估計(jì)，有可能對(duì)其它子載波上的信道頻率響應(yīng)進(jìn)行估計(jì)。
US 6,654,429公開(kāi)了一種用于導(dǎo)頻輔助的信道估計(jì)的方法，在該方法中將導(dǎo)頻碼元(也就是說(shuō)，具有已知值的碼元)插入到位于已知位置的每個(gè)傳送數(shù)據(jù)包中以便占據(jù)時(shí)間-頻率空間中的預(yù)定位置。也就是說(shuō)，在特定時(shí)間，可以在某些子載波頻率處傳送導(dǎo)頻碼元。在其它時(shí)間，可以在其它子載波頻率處傳送導(dǎo)頻碼元。通過(guò)對(duì)在傳送導(dǎo)頻碼元的那些時(shí)間和頻率處所接收到的碼元進(jìn)行檢查，有可能以足以可用的精確性來(lái)估計(jì)出那些時(shí)間和頻率處的信道頻率響應(yīng)。
未公布的專利申請(qǐng)No.PCT/IB2005/051667描述了一種用于對(duì)OFDM編碼數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理的方法，在該方法中利用作為具有已知值的導(dǎo)頻子載波的子載波子集來(lái)在若干頻率信道中將OFDM編碼數(shù)字信號(hào)作為數(shù)據(jù)碼元子載波進(jìn)行傳送，該方法包括 對(duì)導(dǎo)頻子載波處的信道頻率響應(yīng)做出第一估計(jì)；以及 利用清理濾波器(cleaning filters)來(lái)對(duì)導(dǎo)頻子載波處的所估計(jì)的信道頻率響應(yīng)進(jìn)行清理。
眾所周知的是通過(guò)在導(dǎo)頻子載波處所獲得的信道頻率響應(yīng)之間進(jìn)行插值可獲得其它子載波處的信道頻率響應(yīng)。該插值是利用插值濾波器來(lái)執(zhí)行的。插值濾波器的設(shè)計(jì)假定信道脈沖響應(yīng)的有限長(zhǎng)度以及某個(gè)信道頻率響應(yīng)相關(guān)性。
如果信道脈沖響應(yīng)的長(zhǎng)度是已知的，那么可選擇正確的清理濾波器和插值濾波器，并且因此可獲得更好插值的信道頻率響應(yīng)。
對(duì)于接收器內(nèi)的其它目的而言，具有對(duì)信道脈沖響應(yīng)的長(zhǎng)度的良好估計(jì)也是有用的。
作者為Chen等人，Vehicular Technology Conference，2003；VTC 2003春天；第57次IEEE半年卷1，2003年4月22-25，第378-382頁(yè)、名稱為＂OFDM Timing Synchronization Under Multi-pathChannels＂的文檔提議了通過(guò)利用導(dǎo)頻信息來(lái)估計(jì)出導(dǎo)頻子載波處的信道頻率響應(yīng)、此后在所估計(jì)的信道頻率響應(yīng)上執(zhí)行逆傅里葉變換來(lái)估計(jì)信道脈沖響應(yīng)中的第一路徑。
作者為Zhao等、會(huì)刊第47次IEEE Vehicular Technology Conf、Phoenix、USA、1997年5月、第2089-2093頁(yè)、名稱為＂A Novel ChanneEstimation Method for OFDM Mobile Communication Systems Basedon Pilot Signalsand Transform-Domain Processing＂的文檔提議了一種通過(guò)利用導(dǎo)頻信息來(lái)估計(jì)出信道傳遞函數(shù)、并且此后形成信道傳遞函數(shù)的變換域表示來(lái)估計(jì)信道脈沖響應(yīng)的長(zhǎng)度的方法，其中可從所述變換域表示中導(dǎo)出信道脈沖響應(yīng)的長(zhǎng)度。
這些方法的缺點(diǎn)在于，通過(guò)利用導(dǎo)頻子載波所承載的信息，這些方法實(shí)際上對(duì)所接收到的數(shù)據(jù)采樣不足，從而由于混疊而無(wú)法確定比特定長(zhǎng)度更長(zhǎng)的信道脈沖響應(yīng)。
本發(fā)明的目的是提供這樣一種方法，該方法用于對(duì)OFDM編碼數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理以即使當(dāng)信道脈沖響應(yīng)較長(zhǎng)時(shí)也可獲得對(duì)信道脈沖響應(yīng)的長(zhǎng)度的良好估計(jì)。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于對(duì)OFDM編碼信號(hào)進(jìn)行處理的方法，其中所述OFDM編碼數(shù)字信號(hào)在多個(gè)子載波頻率信道中進(jìn)行傳送，該方法包括 接收在每個(gè)所述子載波中包括有碼元的OFDM編碼信號(hào)，其中至少一些所述子載波包括用戶數(shù)據(jù)碼元； 根據(jù)在所述子載波中所接收到的用戶數(shù)據(jù)碼元的幅值來(lái)對(duì)信道頻率響應(yīng)做出初始估計(jì)； 通過(guò)在信道頻率響應(yīng)的初始估計(jì)上執(zhí)行逆傅里葉變換來(lái)估計(jì)信道脈沖響應(yīng)的相關(guān)函數(shù)；以及 通過(guò)在所估計(jì)的信道脈沖響應(yīng)的相關(guān)函數(shù)中檢查峰值來(lái)估計(jì)信道脈沖響應(yīng)的長(zhǎng)度。
這優(yōu)點(diǎn)在于，可獲得對(duì)信道脈沖響應(yīng)的長(zhǎng)度的精確估計(jì)而無(wú)需利用導(dǎo)頻信號(hào)所承載的任何信息。其結(jié)果是，不存在對(duì)接收數(shù)據(jù)采樣不足的問(wèn)題，并且可確定更長(zhǎng)的信道脈沖響應(yīng)。
即使當(dāng)信道長(zhǎng)度比插入到OFDM碼元中的保護(hù)間隔長(zhǎng)時(shí)，即使存在噪聲、碼元間干擾、以及多普勒擴(kuò)展，本發(fā)明的實(shí)施例也允許獲得對(duì)信道脈沖響應(yīng)的長(zhǎng)度的可接受的精確估計(jì)。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種包括有信道估計(jì)器的接收器，其中信道估計(jì)器利用根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法來(lái)估計(jì)信道的長(zhǎng)度。
根據(jù)對(duì)以下描述的閱讀可顯而易見(jiàn)地得知本發(fā)明的進(jìn)一步目的、特征、以及優(yōu)點(diǎn)，在以下描述中僅通過(guò)示例的方式來(lái)參考附圖，在附圖中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的通信系統(tǒng)的示意圖； 圖2是用于對(duì)根據(jù)本發(fā)明的通信系統(tǒng)進(jìn)行更詳細(xì)說(shuō)明的框圖； 圖3說(shuō)明了移動(dòng)通信系統(tǒng)中的有用數(shù)據(jù)當(dāng)中的導(dǎo)頻碼元的傳輸； 圖4是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明方面的方法的流程圖； 圖5是說(shuō)明圖4的方法中的步驟結(jié)果的標(biāo)圖； 圖6是進(jìn)一步說(shuō)明圖4的方法中的步驟結(jié)果的標(biāo)圖；以及 圖7是說(shuō)明圖4的方法中的進(jìn)一步步驟的結(jié)果的標(biāo)圖。
本發(fā)明將參考圖1所示的通信系統(tǒng)進(jìn)行描述，在圖1中從發(fā)射器10廣播DVB-T(數(shù)字視頻廣播-地面)信號(hào)。圖1給出了能夠接收廣播信號(hào)的單個(gè)接收器20，雖然應(yīng)該明白的是，在實(shí)際系統(tǒng)中預(yù)期有大量的能夠接收廣播信號(hào)的這種接收器。
本發(fā)明將參考圖1所示的通信系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步描述，在圖1中接收器20是這樣的便攜式設(shè)備，該便攜式設(shè)備能夠在發(fā)射器10周圍的區(qū)域中移動(dòng)的同時(shí)接收廣播信號(hào)。將該系統(tǒng)稱為DVB-H(數(shù)字視頻廣播-手提)系統(tǒng)。
如已知的，DVB系統(tǒng)是正交頻分多路復(fù)用(OFDM)通信系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中將要傳送的數(shù)據(jù)調(diào)制到具有不同頻率的多個(gè)(在這種情況下是N個(gè))子載波信號(hào)上，其中N可選擇為2048、或4196(在DVB-H的情況下)、或8192。此后接收器必須從這些子載波信號(hào)中解調(diào)出所傳送的數(shù)據(jù)。所接收到的信號(hào)受到從發(fā)射器至接收器的無(wú)線信道的特性的影響，并且因此為了能夠執(zhí)行該解調(diào)，接收器必須使用對(duì)信道特性的估計(jì)。
圖2是更詳細(xì)地說(shuō)明與對(duì)本發(fā)明的理解相關(guān)的、發(fā)射器10和接收器20中的那些部件的示意框圖。應(yīng)當(dāng)知道的是發(fā)射器10和接收器20具有許多其他的特征和部件，這些特征和部件在圖2中未示出并且在這里不對(duì)它們進(jìn)行更詳細(xì)的描述。
在本發(fā)明的所說(shuō)明的實(shí)施例中，發(fā)射器10采取下述廣播發(fā)射器的形式，在該廣播發(fā)射器中，將信號(hào)廣播到潛在能夠接收這些信號(hào)的大量接收器。然而，應(yīng)知道的是，本發(fā)明同樣適用于其中發(fā)射器10將獨(dú)立的信號(hào)發(fā)送到相應(yīng)接收器的狀況。
在發(fā)射器10之內(nèi)，將用于在每個(gè)OFDM碼元時(shí)段中在N個(gè)子載波上傳送的數(shù)據(jù)碼元a0，a1，...，aN-1傳到逆數(shù)字傅里葉變換(IDFT)塊12，以便轉(zhuǎn)換成時(shí)間域。如已知的，在一個(gè)傳統(tǒng)系統(tǒng)中，每個(gè)子載波可以攜帶用戶數(shù)據(jù)、或者導(dǎo)頻信息、或者空。在N＝8192的DVB-H系統(tǒng)中，存在6817個(gè)包括有用戶數(shù)據(jù)或者導(dǎo)頻信息的子載波，同時(shí)頻帶兩端處的剩余者是空的子載波。將包含用戶數(shù)據(jù)的子載波稱為數(shù)據(jù)子載波。
將最終產(chǎn)生的信號(hào)傳到保護(hù)間隔(GI)插入塊14，其中例如通過(guò)對(duì)預(yù)定數(shù)目的樣本進(jìn)行重復(fù)來(lái)形成保護(hù)間隔并且將其作為前綴而加上。將預(yù)定數(shù)目的樣本設(shè)置為N的一部分(fraction)。還將數(shù)據(jù)從并行轉(zhuǎn)換成串行。
將最終產(chǎn)生的信號(hào)傳到發(fā)射天線16以通過(guò)無(wú)線接口進(jìn)行傳送。
如上所述，接收器20采取下述移動(dòng)設(shè)備的形式，該移動(dòng)設(shè)備例如可以是便攜式TV接收器、移動(dòng)電話、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、或者諸如膝上計(jì)算機(jī)這樣的便攜式計(jì)算機(jī)、或者其任何組合。
移動(dòng)設(shè)備20具有用于接收信號(hào)的天線22，并且在應(yīng)用于適當(dāng)模擬接收器電路(未示出)并且進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換之后，將所接收到的信號(hào)傳到GI清除塊24以例如通過(guò)清除保護(hù)間隔來(lái)選擇所需數(shù)目(N)個(gè)樣本，并且隨后將所選樣本從串行轉(zhuǎn)換成并行。
將時(shí)域中的最終產(chǎn)生的數(shù)據(jù)樣本傳到離散傅里葉變換(DFT)塊26，以便轉(zhuǎn)換成頻域中的所接收的碼元y0，y1，...，yN-1。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該知道的是所接收到的信號(hào)矢量Y(Y是N×1矢量y0，y1，...、yN-1，其中N是子載波數(shù)目或者FFT大小)示出了信道對(duì)所傳送的OFDM碼元A(A也是由所傳送的數(shù)據(jù)碼元a0，a1，...，aN-1所組成的N×1矢量)的影響，并且將包括添加的噪聲W。也就是說(shuō) Y＝H·A+W 其中H是表示信道頻率響應(yīng)的N×N矩陣。
如果該信道是非時(shí)變的，那么矩陣H在其主對(duì)角線上僅具有非零元素。如果在一個(gè)碼元時(shí)段期間信道是時(shí)變的，那么其時(shí)變由信道矩陣H的主對(duì)角線的非零碼元來(lái)表示。因?yàn)樾诺朗遣粩嘧兓?，因此信道矩陣隨著碼元時(shí)段的變化而變化。在下文中，將用于特定第n個(gè)OFDM碼元的信道矩陣H稱為H(n)，以強(qiáng)調(diào)信道矩陣可隨著OFDM碼元的變化而變化。
為了能夠根據(jù)所接收到的碼元來(lái)確定所傳送的碼元的值，因此必需使用H(n)的值、即時(shí)變信道頻率響應(yīng)。因此將所接收到的頻域中的碼元y0，y1，...，yN-1傳到用于形成信道估計(jì)的信道估計(jì)塊28。
如眾所周知的，所接收到的碼元以及由信道估計(jì)塊28所形成的信道估計(jì)此后用于形成對(duì)構(gòu)成所傳送的OFDM碼元的碼元的所需估計(jì)。
為了允許信道估計(jì)塊28對(duì)信道做出可接受的精確估計(jì)，如先前所提到的，將導(dǎo)頻碼元(即具有已知值的碼元)包含在從發(fā)射器10傳送的信號(hào)中。
圖3是DVB-H OFDM通信系統(tǒng)中的時(shí)頻平面的很小部分的圖示。也就是說(shuō)，圖3所示平面中的不同垂直位置處的圓圈表示在不同時(shí)間所傳送的碼元，同時(shí)圖3所示平面中的不同水平位置處的圓圈表示以不同子載波頻率傳送的碼元。
在圖3中，實(shí)心黑圈表示從發(fā)射器20廣播的導(dǎo)頻碼元，同時(shí)空心圓圈表示從發(fā)射器20廣播的數(shù)據(jù)子載波。
因此，在該說(shuō)明性示例中，在任何一個(gè)OFDM碼元時(shí)段期間，十二個(gè)中的一個(gè)子載波包括導(dǎo)頻碼元。換句話說(shuō)，在四個(gè)時(shí)段中的一個(gè)OFDM碼元時(shí)段期間，三個(gè)子載波中的一個(gè)子載波包括導(dǎo)頻碼元，同時(shí)其它兩個(gè)子載波不用于包含導(dǎo)頻碼元。在導(dǎo)頻子載波上的信道頻率響應(yīng)此后可用于估計(jì)在周圍子載波上的信道頻率響應(yīng)。還應(yīng)當(dāng)注意的是，在每個(gè)OFDM碼元時(shí)段期間存在包括導(dǎo)頻碼元的其他子載波(圖3未示出)。
圖4是用于對(duì)估計(jì)信道脈沖響應(yīng)的長(zhǎng)度的方法進(jìn)行說(shuō)明的流程圖。該處理可在信道估計(jì)塊中執(zhí)行，以便該方法的結(jié)果可用在對(duì)從發(fā)射器10至接收器20的無(wú)線信道的特性進(jìn)行估計(jì)的處理的一部分中。
例如，信道估計(jì)處理可包括在利用導(dǎo)頻碼元所測(cè)量的信道特性之間進(jìn)行插值、以便獲得對(duì)數(shù)據(jù)子載波處的信道特性的估計(jì)的步驟?？衫貌逯禐V波器來(lái)執(zhí)行這種插值，并且對(duì)最適合的插值濾波器的選擇取決于信道脈沖響應(yīng)的長(zhǎng)度。
該方法是從下述實(shí)現(xiàn)開(kāi)始進(jìn)行的，該實(shí)現(xiàn)即就是因?yàn)樵陬l域中對(duì)所傳送的數(shù)據(jù)碼元進(jìn)行獨(dú)立調(diào)制并且具有相等的平均功率，因此它們可用作探測(cè)信號(hào)(sounding signal)以確定信道脈沖響應(yīng)的長(zhǎng)度。
通過(guò)對(duì)所接收到的攜帶用戶數(shù)據(jù)的碼元的幅值進(jìn)行檢查，該原理可用于對(duì)信道脈沖響應(yīng)的長(zhǎng)度進(jìn)行估計(jì)。然而，在本發(fā)明的實(shí)施例中，這由于下述事實(shí)而變復(fù)雜，所述事實(shí)即就是雖然也在頻域中對(duì)導(dǎo)頻子載波進(jìn)行獨(dú)立調(diào)制，但是它們具有比數(shù)據(jù)子載波更高的平均功率。因此可以進(jìn)行消除該影響的步驟。
在圖4所示過(guò)程的步驟40中，在頻域中接收碼元。也就是說(shuō)，該系統(tǒng)接收每個(gè)頻率子載波中的碼元的值。如上面參考圖3所描述的，將知道在特定碼元時(shí)段期間，一些子載波是導(dǎo)頻子載波，同時(shí)其它子載波是數(shù)據(jù)子載波。
該過(guò)程此后轉(zhuǎn)到步驟42，在該步驟42中，在每個(gè)子載波處形成對(duì)信道頻率響應(yīng)的估計(jì)。
如上所述，眾所周知的是，導(dǎo)頻子載波將平均具有比數(shù)據(jù)子載波更高的功率。因此，在本發(fā)明的實(shí)施例中，進(jìn)行用于使所接收到的信號(hào)白噪聲化的步驟，也就是說(shuō)通過(guò)對(duì)導(dǎo)頻子載波進(jìn)行限幅(de-boosting)來(lái)構(gòu)造所有子載波相等的平均功率。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，眾所周知的是，導(dǎo)頻子載波的振幅平均比數(shù)據(jù)子載波的振幅要高4/3。因此，為了使所接收到的信號(hào)白噪聲化，將導(dǎo)頻子載波的振幅乘以3/4。
雖然信號(hào)的振幅取決于要傳送的數(shù)據(jù)而隨著子載波的變化而變化，但是這種變化實(shí)際上是隨機(jī)的。因此將子載波的幅值隨頻率的變化作為對(duì)信道頻率響應(yīng)的第一近似。
首先，對(duì)于在一個(gè)OFDM碼元時(shí)段期間所接收到的碼元yk＝y(tǒng)0，y1，...，yN-1中的每一個(gè)而言，計(jì)算平方絕對(duì)值|yk|2，應(yīng)該注意的是對(duì)于空的子載波而言，|yk|2＝0。
此后，對(duì)每個(gè)子載波處的信道頻率響應(yīng)的估計(jì)如下 其中Hk是某個(gè)OFDM碼元的矩陣H的(k，k)元素，Inull、Idata、以及Ipilot分別是特定OFDM碼元時(shí)段期間的空子載波索引、數(shù)據(jù)子載波索引、以及導(dǎo)頻子載波索引的集合。
此后該過(guò)程轉(zhuǎn)到步驟46，在該步驟中，使用這個(gè)對(duì)信道頻率響應(yīng)的初始估計(jì)用于形成對(duì)信道脈沖響應(yīng)的相關(guān)性的估計(jì)。
特別地，如果由Rhh(τ)來(lái)表示信道脈沖響應(yīng)的相關(guān)性，并且由Rhh(i)來(lái)表示該相關(guān)性的離散時(shí)間采樣版本，那么可認(rèn)為g(i)是Rhh(i)的近似，其中g(shù)(i)是通過(guò)在

上執(zhí)行逆離散傅里葉變換(IDFT)而獲得的。也就是說(shuō) 應(yīng)該注意的是，對(duì)于該步驟而言，僅需要執(zhí)行實(shí)數(shù)IDFT操作而不是復(fù)數(shù)IDFT，由此可降低所需的計(jì)算次數(shù)。此外，當(dāng)|yk|2是實(shí)信號(hào)時(shí)，g(i)是赫米特(Hermitian)函數(shù)，并且因此僅需計(jì)算g(i)的N/2值而不是所有N值。
圖5是在使用16-QAM(正交調(diào)幅)的一個(gè)特定情況下、g(i)的結(jié)果值的絕對(duì)值對(duì)比i的標(biāo)圖，以便說(shuō)明怎樣使用這個(gè)對(duì)信道脈沖響應(yīng)的相關(guān)函數(shù)的估計(jì)來(lái)形成對(duì)信道脈沖響應(yīng)的長(zhǎng)度的估計(jì)。特別地，該標(biāo)圖示出了在i＝0的大波峰51，以及在i＝±512的情況下其他兩個(gè)大波峰52，53。該圖案是具有基本上相等功率的兩個(gè)路徑的信道的特征。在具有更多路徑的信道的情況下，在g(i)的標(biāo)圖中存在更多波峰。
在通常由參考數(shù)字54所示的其它i值處，g(i)的值采用低得多的值，這是由于不同子載波上的信號(hào)值之間的疊合相關(guān)引起的。
將其它i值處的g(i)的值的級(jí)別稱為＂小變化(grass)＂級(jí)別，因?yàn)槠漕愃朴跇?biāo)圖中的小變化。
圖6是為比較目的而提供的、g(i)的結(jié)果值的絕對(duì)值對(duì)比i的標(biāo)圖，該圖6示出了未執(zhí)行對(duì)導(dǎo)頻子載波處的碼元值進(jìn)行限幅的步驟而獲得的結(jié)果。從圖6中可以看出，同樣有i＝0處的大波峰51和其他兩個(gè)大波峰52，53，以及在其它i值處存在其他較小波峰55，這是由于導(dǎo)頻子載波具有比數(shù)據(jù)子載波更大的平均功率這樣的事實(shí)引起的。在該說(shuō)明性示例中，仍相對(duì)容易地區(qū)分出大波峰52、53與較小波峰55，并且因此該方法仍可起作用而無(wú)需限幅步驟，但是在其他狀況下，較小波峰55的存在則使得識(shí)別出與用于確定信道脈沖響應(yīng)長(zhǎng)度相關(guān)的波峰變得困難。
每個(gè)波峰位置表示信道脈沖響應(yīng)相關(guān)中的兩個(gè)路徑之間存在疊合的時(shí)移，因此為了確定信道脈沖響應(yīng)的長(zhǎng)度，必須在標(biāo)圖中找到最后的非零值。然而，由于值的疊合相關(guān)所引起的小變化的存在意味著嚴(yán)格來(lái)說(shuō)不存在非零值，即使相關(guān)函數(shù)中的波峰可能是所接收到的信號(hào)中的回波的結(jié)果也是如此。
因此，為了從圖5所示的標(biāo)圖中獲得對(duì)信道脈沖響應(yīng)長(zhǎng)度的估計(jì)，在存在小變化的狀況下，必須將每個(gè)g(i)的值與閾值gth進(jìn)行比較，以便確定當(dāng)形成對(duì)信道脈沖響應(yīng)長(zhǎng)度的估計(jì)時(shí)要考慮哪些波峰并且不考慮哪些較小波峰。此后可將信道脈沖響應(yīng)的長(zhǎng)度導(dǎo)出為為g(i)的幅值超過(guò)了閾值的i的最大值。也就是說(shuō) LCIR＝max{i∈
|g(i)|≥gth} 在圖4所示的過(guò)程的步驟48中，形成了必需的閾值。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例中，將閾值gth做為恒定乘法因數(shù)c與小變化的平均級(jí)別ggrass的乘積來(lái)形成。也就是說(shuō)， gth＝c·ggrass 可以在每個(gè)OFDM碼元中計(jì)算小變化的平均級(jí)別的值ggrass，或者可使用預(yù)計(jì)算的固定值。如果使用預(yù)計(jì)算的固定值，那么它可以是理論上計(jì)算的或者可以是通過(guò)平均處理獲得的。具體地說(shuō)，可以假定信道脈沖響應(yīng)長(zhǎng)度不會(huì)長(zhǎng)于某個(gè)值Lmax，并且因此該平均處理可在許多信道和碼元實(shí)現(xiàn)上為大于Lmax的i值形成|g(i)|的平均值。因?yàn)閷⒈Ｗo(hù)間隔或者循環(huán)前綴的長(zhǎng)度選為小于信道脈沖響應(yīng)的長(zhǎng)度，因此可以對(duì)一些或所有i的值執(zhí)行平均以便N×CPratio<i<N/2，其中CPratio是與OFDM碼元的有用部分的長(zhǎng)度成比例的循環(huán)前綴的長(zhǎng)度，并且由此N×CPratio是循環(huán)前綴的長(zhǎng)度。
或者，更優(yōu)選的，如果要在每個(gè)OFDM碼元期間計(jì)算小變化的平均級(jí)別ggrass，那么再次通過(guò)例如對(duì)相對(duì)較大的i值(以便如上所定義的N×CPratio<I<N/2)來(lái)檢查已知作為小變化一部分的g(i)值應(yīng)當(dāng)可以進(jìn)行計(jì)算。也就是說(shuō)， 如上所述，將所需閾值gth形成為乘法因素c與小變化的平均級(jí)別ggrass的乘積。乘法因數(shù)c例如可以是4或者5，雖然實(shí)驗(yàn)上可確定在特定狀況下可使用其他值，以便區(qū)分作為信道回波的自相關(guān)性的一部分的、在g(i)標(biāo)圖中的那些較低波峰與不是信道回波的自相關(guān)性的一部分的那些。
圖7給出了添加到圖5所示標(biāo)圖上的閾值gth＝c·ggrass。根據(jù)圖4所示過(guò)程的步驟50，此后估計(jì)信道脈沖響應(yīng)長(zhǎng)度的值。具體地說(shuō)，對(duì)高于閾值gth＝c·ggrass的g(i)的標(biāo)圖中的每個(gè)波峰進(jìn)行檢查。
如上所述，在圖5和7中，g(i)的標(biāo)圖中存在兩個(gè)重要波峰52、53。在這種情況下，相對(duì)于從發(fā)射器至接收器的直達(dá)路徑的長(zhǎng)度而言，這些波峰距i＝0的大波峰51的距離(即會(huì)出現(xiàn)波峰處的i值)是會(huì)引起波峰的回波的長(zhǎng)度的度量。更一般而言，最后波峰距最大波峰的距離是信道長(zhǎng)度的度量，并且因此通過(guò)對(duì)超過(guò)閾值的所有波峰當(dāng)中的、在最大i值出現(xiàn)的波峰進(jìn)行檢查，可獲得信道脈沖響應(yīng)的總長(zhǎng)度LCIR。也就是說(shuō)，如上所述 LCIR＝max{i∈
|g(i)|≥gth} 因此，在圖7中所說(shuō)明的，在i＝±512處出現(xiàn)了兩個(gè)大波峰52、53并且沒(méi)有其它波峰超過(guò)閾值的情況下，可估計(jì)出信道脈沖響應(yīng)的長(zhǎng)度是512個(gè)OFDM時(shí)間樣本。
因此描述了用于形成對(duì)信道脈沖響應(yīng)長(zhǎng)度的估計(jì)的方法。
在本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例中，在多個(gè)OFDM碼元時(shí)段期間而不是僅在一個(gè)OFDM碼元時(shí)段時(shí)間執(zhí)行對(duì)信道頻率響應(yīng)的估計(jì)(其在上面參考圖4過(guò)程中的步驟42進(jìn)行描述，并且在如上參考圖4過(guò)程中的步驟46所描述的形成對(duì)信道脈沖的相關(guān)函數(shù)的估計(jì)中使用)。
具體地說(shuō)，為了形成對(duì)信道頻率響應(yīng)的估計(jì)，不是利用一個(gè)碼元時(shí)段中的數(shù)據(jù)子載波的絕對(duì)值的平方|yk|2，而是該過(guò)程使用M個(gè)數(shù)目的OFDM碼元時(shí)段上的|yk|2的平均值。優(yōu)選地，M＝4或者4的倍數(shù)。
多個(gè)OFDM碼元時(shí)段上的平均值具有降低g(i)的標(biāo)圖中的＂小變化＂的級(jí)別這樣的優(yōu)點(diǎn)，并且因此當(dāng)最后的波峰具有低幅值時(shí)，較容易準(zhǔn)確地估計(jì)出信道長(zhǎng)度。
此外，如果M＝4或者4的倍數(shù)，那么在該說(shuō)明性示例中，對(duì)導(dǎo)頻子載波的限幅變得很容易。具體地說(shuō)，如圖3所示，在該說(shuō)明性示例中，在具有四個(gè)連續(xù)OFDM碼元時(shí)段的每個(gè)塊中，三分之一的子載波包括一個(gè)導(dǎo)頻碼元，并且不必知道這四個(gè)OFDM碼元時(shí)段的哪一個(gè)是傳送導(dǎo)頻碼元的一個(gè)。
因此，對(duì)于f＝k·fs而言，其中fs是子載波間隔，根據(jù)|yk|2在M個(gè)數(shù)目的OFDM碼元時(shí)段上的平均值來(lái)計(jì)算上述由

所表示的、對(duì)所有子載波的信道頻率響應(yīng)|H(f)|2的估計(jì)，其中M＝4或者4的倍數(shù)。
在這種情況下，通過(guò)在該階段執(zhí)行補(bǔ)償可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)頻限幅的效果，而無(wú)需知道在任何特定OFDM碼元時(shí)段期間哪個(gè)子載波實(shí)際上是導(dǎo)頻子載波。在說(shuō)明性示例中，如上所述，存在總是空的子載波索引Inull、總是包含數(shù)據(jù)的子載波索引Iall_data、總是包含導(dǎo)頻的子載波索引Iall_piiot、以及在四分之一的碼元期間包含導(dǎo)頻的子載波索引Isome_pilot。必須對(duì)導(dǎo)頻的幅值限幅3/4，從而具有需要對(duì)這些導(dǎo)頻的功率限幅9/16的結(jié)果。因此，如下可獲得對(duì)信道頻率響應(yīng)的限幅估計(jì)
所屬技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員顯而易見(jiàn)的是，對(duì)導(dǎo)頻子載波的安排不同或者導(dǎo)頻子載波的功率與數(shù)據(jù)子載波的功率相差一些不同因數(shù)的系統(tǒng)而言，那么可應(yīng)用不同加權(quán)。
實(shí)際上如上參考圖4所示過(guò)程的步驟46所描述，利用對(duì)信道頻率響應(yīng)的這個(gè)估計(jì)

可獲得g(i)的標(biāo)圖。因此 如前，g(i)的這個(gè)標(biāo)圖可用于形成對(duì)信道脈沖響應(yīng)長(zhǎng)度的估計(jì)。
因此描述了用于對(duì)所接收到的信號(hào)進(jìn)行處理以形成對(duì)信道脈沖響應(yīng)長(zhǎng)度的估計(jì)的進(jìn)一步方法。
在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，可做出對(duì)所述方法的進(jìn)一步修改。
例如，在執(zhí)行上述方法的過(guò)程中，存在這樣的可能性，即選擇在形成閾值gth的過(guò)程中所使用的乘法因數(shù)c會(huì)將由于空的子載波所引起的旁瓣錯(cuò)誤地確定為在估計(jì)信道脈沖響應(yīng)的長(zhǎng)度時(shí)應(yīng)考慮的波峰。
為了降低該可能性，有利地是，將非直方窗口函數(shù)應(yīng)用于逆離散傅里葉變換(IDFT)的輸入，以便抑制g(i)中的波峰周圍的旁瓣的g(i)值。這在不管是否已對(duì)信道頻率響應(yīng)的估計(jì)進(jìn)行了限幅與否以對(duì)導(dǎo)頻碼元的效果進(jìn)行處理都是可應(yīng)用的，但是下面對(duì)將窗口函數(shù)應(yīng)用于信道頻率響應(yīng)的經(jīng)限幅且經(jīng)平均的估計(jì)

的情況進(jìn)行了說(shuō)明。因此，信道頻率響應(yīng)的窗口估計(jì)是 對(duì)于整數(shù)n，并且窗口函數(shù)優(yōu)選為是三角形窗 或者翰氏窗(Hann)窗 其中(Kmax+1)是數(shù)據(jù)子載波的數(shù)目。
在上面的描述中，|g(i)|的函數(shù)用于形成對(duì)信道脈沖響應(yīng)長(zhǎng)度的估計(jì)，其中|g(i)|已經(jīng)通過(guò)在

上執(zhí)行逆離散傅里葉變換(IDFT)而獲得。然而，如果代之以使用|g(i)|2的函數(shù)以形成對(duì)信道脈沖響應(yīng)長(zhǎng)度的估計(jì)，那么可使用簡(jiǎn)化計(jì)算，因?yàn)檫@可以是更直接地從IDFT操作中獲得的。
在這種情況下 LCIR＝max{i∈
|g(i)|2≥gth，1} 并且可將閾值形成為gth，1＝c1·ggrass，1，其中 當(dāng)使用|g(i)|2時(shí)，仍可按照與上述相同的方式來(lái)執(zhí)行平均和開(kāi)窗操作。
在上述方法的進(jìn)一步改進(jìn)中，通過(guò)與兩個(gè)閾值的比較，可根據(jù)|g(i)|或者|g(i)|2來(lái)形成對(duì)信道脈沖響應(yīng)長(zhǎng)度的估計(jì)。
具體地說(shuō)，在一個(gè)實(shí)施例中，將根據(jù)數(shù)據(jù)的隨機(jī)性來(lái)計(jì)算閾值的第一閾值處理方法與根據(jù)信道相關(guān)性本身的特征來(lái)計(jì)算閾值的第二閾值處理方法相結(jié)合。
可將第一閾值處理方法概括如下(不管是否還應(yīng)用了第二閾值處理方法) LCIR，1＝max{i∈
f1|g(i)|≥gt，1} f(g(i))例如可以是|g(i)|或|g(i)|2或者|g(i)|或|g(i)|2的任何函數(shù)并且gt，1是由如下所確定的第一閾值 gt，1＝f2(g(i1)，...g(ik))i1，...，ik∈Ig 其中Ig是與僅有小變化的區(qū)域相對(duì)應(yīng)的索引集。該第一閾值具有使在小變化中檢測(cè)波峰的概率最小化的目的，并且由此有可能獲得過(guò)大的信道長(zhǎng)度值。
函數(shù)f2可以是f1的L范數(shù)(norm)，例如可以是L1范數(shù)或者L2范數(shù) 或者 還應(yīng)用了第二閾值處理方法，并且這是按照通用形式可寫為 LCIR，2＝max{i∈
f3(g(i))≥gt，2} f3(g(i))可以與f(g(i))相同或者它可不同。例如，f3(g(i))可以是|g(i)|/|g(0)|。
按照下述方式來(lái)確定第二閾值gt，2，所述方式即就是最小化對(duì)旁瓣進(jìn)行檢測(cè)的概率或者最大化對(duì)包含有99％(或者諸如99.9％之類的其它比例)的總信道能量的信道長(zhǎng)度進(jìn)行檢測(cè)或估計(jì)的概率。如上參考第一閾值所述，第二閾值可以是固定閾值(例如實(shí)驗(yàn)上確定的)或者可以是動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)計(jì)算的。
當(dāng)已應(yīng)用了兩個(gè)閾值處理方法二者時(shí)，可從以下獲得對(duì)信道脈沖響應(yīng)長(zhǎng)度的最終估計(jì) LCIR＝min(LCIR，1，LCIR，2) 如果f3(g(i))與f1(g(i))相同，那么可按照不同方式執(zhí)行閾值處理。而不是確定信道脈沖響應(yīng)長(zhǎng)度的兩個(gè)值并且此后采用該兩個(gè)值中的較小者，而是可找到這兩個(gè)閾值中的最大者并且此后根據(jù)該最大閾值得到信道脈沖響應(yīng)的長(zhǎng)度。因此 gt，max＝max{gt，1，gt，2} 并且 LCIR＝max{i∈
f1|g(i)|≥gt，max} 因此描述了一種可提供精確估計(jì)的、對(duì)信道脈沖響應(yīng)的長(zhǎng)度進(jìn)行估計(jì)的方法，該方法即使當(dāng)信道長(zhǎng)度比可用保護(hù)間隔長(zhǎng)時(shí)也估計(jì)出信道脈沖響應(yīng)的長(zhǎng)度。
權(quán)利要求
1、一種用于對(duì)OFDM編碼信號(hào)進(jìn)行處理的方法，其中在多個(gè)子載波信道中對(duì)所述OFDM編碼數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳送，該方法包括
接收在每個(gè)所述子載波中包括碼元的OFDM編碼信號(hào)，其中至少一些所述子載波包括用戶數(shù)據(jù)碼元；
根據(jù)在所述子載波中接收到的用戶數(shù)據(jù)碼元的幅值來(lái)形成對(duì)信道頻率響應(yīng)的初始估計(jì)；
通過(guò)在信道頻率響應(yīng)的初始估計(jì)上執(zhí)行逆傅里葉變換來(lái)估計(jì)出信道脈沖響應(yīng)的相關(guān)函數(shù)；以及
通過(guò)對(duì)所估計(jì)的信道脈沖響應(yīng)的相關(guān)函數(shù)中的波峰進(jìn)行檢查來(lái)估計(jì)出信道脈沖響應(yīng)的長(zhǎng)度。
2、如權(quán)利要求1所述的方法，其中至少一些所述子載波包含導(dǎo)頻數(shù)據(jù)碼元，所述導(dǎo)頻數(shù)據(jù)碼元平均起來(lái)具有比所述用戶數(shù)據(jù)碼元更大的幅值，該方法包括
通過(guò)對(duì)導(dǎo)頻數(shù)據(jù)碼元進(jìn)行限幅來(lái)使所接收到的信號(hào)后白噪聲化；以及
根據(jù)用戶數(shù)據(jù)碼元的幅值以及經(jīng)限幅的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)碼元的幅值來(lái)形成對(duì)信道頻率響應(yīng)的初始估計(jì)。
3、如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述對(duì)所接收到的信號(hào)進(jìn)行后白噪聲化的步驟包括將導(dǎo)頻數(shù)據(jù)碼元乘以常數(shù)因子。
4、如任何一個(gè)先前權(quán)利要求所述的方法，其中所述對(duì)信道脈沖響應(yīng)的長(zhǎng)度進(jìn)行估計(jì)的步驟包括通過(guò)將所估計(jì)的信道脈沖響應(yīng)的相關(guān)函數(shù)與閾值進(jìn)行比較來(lái)對(duì)所估計(jì)的信道脈沖響應(yīng)的相關(guān)函數(shù)中的波峰進(jìn)行檢測(cè)。
5、如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述閾值是通過(guò)以下形成的
選擇預(yù)期無(wú)回波影響的信道脈沖響應(yīng)的相關(guān)函數(shù)的至少一個(gè)區(qū)域；
在所述至少一個(gè)區(qū)域中形成所述相關(guān)函數(shù)的平均值；以及
將所述閾值形成為所述平均值的倍數(shù)。
6、如權(quán)利要求5所述的方法，其中將所述閾值形成為若干OFDM碼元上的平均值。
7、如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述閾值是預(yù)計(jì)算的閾值。
8、如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述估計(jì)信道脈沖響應(yīng)的長(zhǎng)度的步驟包括選擇在所估計(jì)的信道脈沖響應(yīng)的相關(guān)函數(shù)上的位置，該位置處的所估計(jì)的相關(guān)函數(shù)的值超過(guò)了閾值并且與最長(zhǎng)回波相對(duì)應(yīng)。
9、如先前任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其中所述估計(jì)信道脈沖響應(yīng)的相關(guān)函數(shù)的步驟包括
形成在一個(gè)碼元時(shí)段中所接收的碼元的絕對(duì)值的平方；以及
在該絕對(duì)值平方上執(zhí)行逆傅里葉變換。
10、如權(quán)利要求1至9任何一個(gè)所述的方法，其中所述對(duì)信道脈沖響應(yīng)的相關(guān)函數(shù)進(jìn)行估計(jì)的步驟包括
形成在多個(gè)碼元時(shí)段中所接收到的碼元的絕對(duì)值平方的平均值；以及
在平均的絕對(duì)值平方上執(zhí)行逆傅里葉變換。
11、如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述估計(jì)信道脈沖響應(yīng)的長(zhǎng)度的步驟包括
選擇與所估計(jì)的信道脈沖響應(yīng)的相關(guān)函數(shù)上的最長(zhǎng)回波相對(duì)應(yīng)的第一位置，該第一位置處所估計(jì)的相關(guān)函數(shù)的值超過(guò)了所述閾值；
選擇與所估計(jì)的信道脈沖響應(yīng)的相關(guān)函數(shù)上的最長(zhǎng)回波相對(duì)應(yīng)的第二位置，該第二位置處所估計(jì)的相關(guān)函數(shù)的值超過(guò)了第二閾值；以及
將所估計(jì)的信道脈沖響應(yīng)的相關(guān)函數(shù)上的選定位置取為對(duì)所述信道脈沖響應(yīng)長(zhǎng)度的估計(jì)，該選定位置是第一位置與第二位置中與較短回波相對(duì)應(yīng)的一個(gè)。
12、如權(quán)利要求11所述的方法，其中根據(jù)數(shù)據(jù)的隨機(jī)性來(lái)計(jì)算所述閾值，并且其中根據(jù)所述信道的特征來(lái)計(jì)算所述第二閾值。
13、如先前任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，還包括在對(duì)所述信道頻率響應(yīng)的估計(jì)執(zhí)行逆傅里葉變換之前向所述信道頻率響應(yīng)的估計(jì)應(yīng)用窗口函數(shù)。
14、如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述窗口函數(shù)是非自方的。
15、如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述窗口函數(shù)是三角形。
16、一種用于對(duì)OFDM編碼信號(hào)進(jìn)行處理的接收器，其中所述OFDM編碼數(shù)字信號(hào)在多個(gè)子載波頻率信道中進(jìn)行傳送，該接收器包括信道估計(jì)器，該信道估計(jì)器適于根據(jù)如權(quán)利要求1至15中的一個(gè)所述的方法來(lái)估計(jì)信道脈沖響應(yīng)的長(zhǎng)度。
17、一種通信設(shè)備，該通信設(shè)備包括如權(quán)利要求16所述的接收器。
全文摘要
在用于對(duì)OFDM編碼信號(hào)進(jìn)行處理的接收器中，其中OFDM編碼數(shù)字信號(hào)借助于每個(gè)子載波頻率信道中的碼元進(jìn)行傳送，其中至少一些所述子載波包含用戶數(shù)據(jù)碼元，根據(jù)在那些子載波中所接收到的用戶數(shù)據(jù)碼元的幅值來(lái)對(duì)信道頻率響應(yīng)做出初始估計(jì)。此后，通過(guò)對(duì)信道頻率響應(yīng)的初始估計(jì)執(zhí)行逆傅里葉變換來(lái)估計(jì)信道脈沖響應(yīng)的相關(guān)函數(shù)，并且通過(guò)對(duì)所估計(jì)的信道脈沖響應(yīng)的相關(guān)函數(shù)中的波峰進(jìn)行檢測(cè)來(lái)估計(jì)信道脈沖響應(yīng)的長(zhǎng)度。
文檔編號(hào)H04L25/02GK101371538SQ200780002899
公開(kāi)日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2007年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月23日
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