專利名稱：估計無線電信系統(tǒng)中的多普勒頻率的方法和裝置的制作方法
估計無線電信系統(tǒng)中的多普勒頻率的方法和裝置
背景技術(shù)：
在無線電信系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)傳輸信道可以具有時變性。這是由于發(fā)射機的運動、接收機的運動和/或電信環(huán)境的變化而導(dǎo)致的。對于蜂窩系統(tǒng)和廣播系統(tǒng)，出現(xiàn)較大的多普勒頻擴的主要原因在于通信終端的相對高速運動。在無線電信系統(tǒng)中，由于數(shù)據(jù)傳輸信道中存在著各種物體，例如建筑、樹木等，發(fā)送信號往往會遭遇到折射、遮蔽和反射現(xiàn)象。因此，發(fā)射機發(fā)射的信號波會通過各個路徑到達接收天線，這種現(xiàn)象被成為多徑傳播。同時，發(fā)射機與接收機之間的所有傳播路徑構(gòu)成了多徑數(shù)據(jù)傳輸信道。此數(shù)據(jù)傳輸路徑的特征在于參數(shù)，尤其是延遲、衰減和相移這三個方面。路徑延遲取決于路徑長度，以及信號波在不同媒介中的傳播速度。沿著這些路徑，由于衰落而引起了信號衰減和相移。在不使用復(fù)均衡的方法前提下，為了應(yīng)對嚴峻的信道條件，可以通過多載波的方式將濾波信號作為正交頻分復(fù)用(OFDM)信號進行發(fā)送。在OFDM系統(tǒng)中，信道包括大量副載波，這些副載波可以根據(jù)自 身的數(shù)據(jù)單獨經(jīng)過調(diào)制?？梢园凑蘸芏喙J的調(diào)制技術(shù)，例如，正交幅度調(diào)制(QAM)或相移鍵控(PSK)，來進行調(diào)制。OFDM系統(tǒng)中的基站信號是由這些已調(diào)制的副載波的總和而形成的。大量相距很近的正交副載波可用于攜帶數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可以劃分為多個并行數(shù)據(jù)流或信道，每個數(shù)據(jù)流或信道對應(yīng)一種副載波。各個副載波可以在較低的符號速率下使用傳統(tǒng)的調(diào)制方案，例如QAM或PSK，進行調(diào)制處理，以獲取類似于傳統(tǒng)單載波調(diào)制方案的所有數(shù)據(jù)速率。采用較低的符號速率，能夠使得符號之間保護間隔的使用開銷可承受得起，從而能夠處理時間擴展和消除符號間干擾(ISI)。當信號通過頻率選擇性信道時，信號中會出現(xiàn)符號間干擾(ISI)。在OFDM系統(tǒng)中，這會導(dǎo)致副載波的正交性丟失，從而導(dǎo)致符號間干擾(ISI)。要處理基于OFDM的系統(tǒng)的較大延遲擴展，可以使用保護間隔(GI)。保護間隔(GI)也稱為循環(huán)前綴(CP)。循環(huán)前綴(CP)是OFDM符號末尾部分的副本，是預(yù)先附加在發(fā)送符號上的，將在解調(diào)之前刪除。長期演進(LTE)無線系統(tǒng)正在將傳統(tǒng)的UMTS系統(tǒng)向基于OFDM的無線寬帶系統(tǒng)升級。LTE eUTRAN系統(tǒng)用于與GSM、Edge、UMTS或HSPA等現(xiàn)有無線標準兼容并共存。正交頻分復(fù)用OFDM可用于基站(BS)與移動臺(MS)之間的下行鏈路連接，以及移動臺(MS)與對應(yīng)基站(BS)之間的上行鏈路連接。傳統(tǒng)LTE系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)由時長為IOms的無線幀組成，包括20個時隙,其中每個時隙的時長為0，5mso此巾貞適用于TDD傳輸和FDD傳輸。為了提高性能，OFDM接收機通常包括信道估計器，用于動態(tài)地確定信道響應(yīng)。之后，可以使用此信息使得接收機能夠以一定的方式處理接收信號，以抵消信道的時散效應(yīng)。在OFDM接收機中，用于確定信道響應(yīng)的傳統(tǒng)方式是將某些載波專用于傳輸導(dǎo)頻信號或?qū)ьl符號(PS)。導(dǎo)頻信號(PS)包含已知信息，通過此信息，信道估計器可以通過將實際接收信號與已知的發(fā)送信號進行比較從而確定對應(yīng)載波頻率上的信道響應(yīng)。在頻率中，用于傳輸導(dǎo)頻信號(PS)的載波之間保持一定的間隔，以便能夠通過內(nèi)插針對導(dǎo)頻載波確定的信道響應(yīng)，從而能夠正確地估計位于導(dǎo)頻載波之間的載波的頻道響應(yīng)。對于無線鏈路，多輸入多輸出(MIMO)使用發(fā)射機端和接收機端的多個天線，以提高通信性能。MMO屬于諸如3GPP長期演進、WiMAX、HSPA等無線電信標準的一部分。BO ZHOU 2008年在瑞典斯德哥爾摩發(fā)表了他的理學碩士論文“上行LTE的多普勒估計”。這篇論文介紹了一種用于在MMO-OFDM系統(tǒng)中估計多普勒頻率的方法。在此方法中，使用了過零率(ZCR)算法或電平通過率(LCR)算法，用于根據(jù)衰落取樣計算穿過橫軸或電平的次數(shù)。Leif Wilhelmsson 2009年提出了 “0FDM系統(tǒng)的多普勒擴頻估計”，美國專利號為US 7599 453。他提出了，當信噪比(SNR)和用戶速度都比較低時，使用滯后則可以提高性能。Schober H. ,Jondral F提出了另一種傳統(tǒng)方法，目卩“基于OFDM的通信系統(tǒng)的速度估計”，參考資料來源德國卡爾斯魯厄大學工程實驗室，VTC 2002，2002年IEEE第56個出版日期，第2卷，第715-718頁。此方法介紹了大量自相關(guān)函數(shù)取樣的計算，以找到第一個負取樣1 (2 3^0100，函數(shù)取樣包括1 (0)、1 (2 3^0 0、1 (2 3^02 0等，其中T表示兩個相鄰的導(dǎo)頻符號(PS)之間的時間間隔。在此傳統(tǒng)方法中，多普勒頻率fD的計算公式為·
在此傳統(tǒng)方法中，多普勒頻率fD的計算公式為
權(quán)利要求
1.一種用于估計無線電信系統(tǒng)中的多普勒頻率(fD)的方法 其中，重發(fā)數(shù)據(jù)塊(DB)時存在預(yù)定義的重新發(fā)送延遲，以響應(yīng)混合自動重發(fā)請求(HARQ)，其中每個數(shù)據(jù)塊(DB)包括至少一個導(dǎo)頻符號(PS)； 其中，在第一種工作模式(OMl)下，基于兩個導(dǎo)頻符號(PS)之間的時間間隔(τ)計算多普勒頻率(fD);在第二種工作模式(0M2)下，基于重發(fā)延遲計算多普勒頻率(fD)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法 其中，每個數(shù)據(jù)塊(DB)包括至少有兩個時隙的子幀，其中各個時隙包括預(yù)定義數(shù)量的數(shù)據(jù)符號和導(dǎo)頻符號(PS)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法 其中，上述數(shù)據(jù)塊(DB)中的符號由正交頻分復(fù)用(OFDM)符號組成，其中各個符號包括循環(huán)前綴(CP)。
4.根據(jù)在前的權(quán)利要求1-3所述的方法 其中，重發(fā)延遲比兩個導(dǎo)頻符號(PS)之間的時間間隔(τ)要長一段預(yù)定義系數(shù)(η)的時間。
5.根據(jù)在前的權(quán)利要求1-4中的任何權(quán)利要求所述的方法 其中，發(fā)送的數(shù)據(jù)塊(DB)由MIMO接收機(I)的N個預(yù)定義數(shù)量的接收天線(2)接收； 其中，各個接收天線(2)提供一組數(shù)據(jù)塊，其中數(shù)據(jù)塊包括預(yù)定義數(shù)量的時域復(fù)相關(guān)響應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法 其中，在各個包括時域復(fù)相關(guān)響應(yīng)的數(shù)據(jù)塊中，各個響應(yīng)的循環(huán)前綴(CP)已被刪除，而且剩余響應(yīng)已通過離散傅里葉變換(DFT)變換為頻域，以提供一組數(shù)據(jù)塊，其中數(shù)據(jù)塊針對接收機(I)的各個接收天線(2)提供K個預(yù)定數(shù)量的頻域復(fù)相關(guān)響應(yīng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法 其中，在針對各個接收天線提供的一組K個頻域復(fù)相關(guān)響應(yīng)中，選擇導(dǎo)頻符號(PS)的K個復(fù)相關(guān)響應(yīng)的對應(yīng)數(shù)據(jù)塊，以針對各個接收天線(2)形成一組數(shù)據(jù)塊，其中數(shù)據(jù)塊包括導(dǎo)頻符號的K個復(fù)相關(guān)響應(yīng)(C)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法 其中，各個數(shù)據(jù)塊包括導(dǎo)頻符號(PS)的K個復(fù)相關(guān)響應(yīng)(C)，對OFDM符號使用的副載波數(shù)量NSC進行求平均值計算，以針對接收機(I)的各個接收天線(2)形成一組數(shù)據(jù)塊，其中各個數(shù)據(jù)塊包括導(dǎo)頻符號(PS)的Κ/NSC個平均數(shù)量的復(fù)相關(guān)響應(yīng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法 其中，在預(yù)定義數(shù)量(N)的接收天線中，將各個接收天線提供的各個數(shù)據(jù)塊傳送到K/NSC個N延遲線中，其中各個數(shù)據(jù)塊包括導(dǎo)頻符號(PS)的Κ/NSC個平均數(shù)量的復(fù)相關(guān)響應(yīng)(C)，同時各個線路提供預(yù)定義時長(L)的時間延遲，以在各個延遲線的輸出端針對接收機(I)的各個接收天線(2)形成一組數(shù)據(jù)塊，其中各個數(shù)據(jù)塊包括導(dǎo)頻符號(PS)的Κ/NSC個N延遲的平均數(shù)量的復(fù)相關(guān)響應(yīng)(C’)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法 其中，針對接收機(I)的各個接收天線(2)，基于一組包括導(dǎo)頻符號(PS)的平均數(shù)量的復(fù)相關(guān)響應(yīng)(C)的數(shù)據(jù)塊與一組包括導(dǎo)頻符號(PS)的已延遲的平均數(shù)量的復(fù)相關(guān)響應(yīng)(C’)的數(shù)據(jù)塊，計算出一組自相關(guān)函數(shù)估計。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法 其中，在第一種工作模式(OMl)下，第一組第一個自相關(guān)函數(shù)估計(Rl)的計算方法如下 針對各個接收天線，將子幀中第一個時隙的導(dǎo)頻符號(PS)的Κ/NSC個平均數(shù)量的復(fù)相關(guān)響應(yīng)(C)與上述子幀中第二個時隙的導(dǎo)頻符號(PS)的對應(yīng)共軛平均數(shù)量的復(fù)相關(guān)響應(yīng)(C*)相乘； 針對N個接收天線中的各個天線，計算Κ/NSC個已獲取的相乘結(jié)果的實數(shù)部分的平均值，以提供針對接收機(I)的各個接收天線的平均值； 為已獲取的接收機(I)所有接收天線的平均值進行求平均值計算，以提供各個第一個自相關(guān)函數(shù)估計(Rl)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法 其中，在第一種工作模式(OMl)下，根據(jù)以下公式計算第一個自相關(guān)函數(shù)估計(Rl)
13.根據(jù)在前的權(quán)利要求10-12中的任何權(quán)利要求所述的方法 其中，在第二種工作模式下，根據(jù)以下公式計算一組第二個自相關(guān)函數(shù)估計(R2)
14.根據(jù)在前的權(quán)利要求1-13中的任何權(quán)利要求所述的方法 其中，在第一種工作模式(OMl)下，通過以下方式計算出一組第一個功率估計(Pl):同時獲取到每個接收天線(2)的第一個和第二個數(shù)據(jù)塊的導(dǎo)頻符號(PS)的Κ/NSC個已延遲的平均數(shù)量的復(fù)相關(guān)響應(yīng)C的平方模數(shù)；對接收機(I)所有接收天線的所有數(shù)據(jù)塊的所有已經(jīng)獲取的乘法模數(shù)進行求平均值計算。
15.根據(jù)在前的權(quán)利要求1-14中的任何權(quán)利要求所述的方法 其中，在第二種工作模式(0M2)下，通過以下方式計算出一組第二個功率估計(P2):同時獲取到每個接收天線(2)的第一個和第二個數(shù)據(jù)塊的導(dǎo)頻符號(PS)的Κ/NSC個平均數(shù)量的復(fù)相關(guān)響應(yīng)(C)的平方模數(shù)； 同時獲取到每個接收天線(2)的第一個和第二個數(shù)據(jù)塊的導(dǎo)頻符號(PS)的Κ/NSC個已延遲的平均數(shù)量的復(fù)相關(guān)響應(yīng)(C')的平方模數(shù)； 對接收機(I)所有接收天線的所有數(shù)據(jù)塊的所有已經(jīng)獲取的乘法模數(shù)進行求平均值計算。
16.根據(jù)在前的權(quán)利要求11-12中的任何權(quán)利要求所述的方法 其中，在第一種工作模式(OMl)下，適時地通過第一類包括阿爾法參數(shù)一(α I)的阿爾法濾波器(12)對第一個自相關(guān)函數(shù)估計(Rl)進行過濾，以形成一組第一個已過濾的自相關(guān)函數(shù)估計(瓦)。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法 其中，在第一種工作模式(OMl)下，從計算出的一組第一個功率估計(Pl)中減去噪音功率值(02)，并適時地通過第一類包括阿爾法參數(shù)一(α I)的阿爾法濾波器(14)對減法運算的結(jié)果進行過濾，以形成一組第一個已過濾的功率估計
18.根據(jù)在前的權(quán)利要求16、17所述的方法 其中，在第一種工作模式(OMl)下，通過貝塞爾函數(shù)計算出多普勒頻率估計(fDl)，以對應(yīng)于一組第一個比值其中這些比值是通過將第一個已過濾的自相關(guān)函數(shù)估計 與第一個已過濾的功率估計@ )相除而得出的。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法 其中，在第一種工作模式(OMl)下，通過以下方式計算出多普勒頻率估計(fDl):在從零到貝塞爾函數(shù)的第一個極值之間的間隔中定義零階貝塞爾函數(shù)的一組最鄰近的對應(yīng)參數(shù)，其中所定義參數(shù)(arg)的貝塞爾函數(shù)接近于一組已計算出的各個第一個比值@/ ^，其中，各個所定義的參數(shù)(arg)可與常數(shù)值V相乘， 其中
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法 其中，在第一種工作模式(OMl)下，通過第二類包括阿爾法參數(shù)二(α2)的阿爾法濾波器(16)對提供的多普勒頻率估計(fDl)進行過濾，以形成一組第一種工作模式(OMl)的已過濾多普勒頻率估計(Ti)。
21.根據(jù)在前的權(quán)利要求13-20中的任何權(quán)利要求所述的方法 其中在第二種工作模式(0M2)下，適時地通過第三類包括阿爾法參數(shù)三(α3)的阿爾法濾波器(17)對一組第二個自相關(guān)函數(shù)估計(R2)中的各個自相關(guān)函數(shù)估計進行過濾，以形成一組第二個已過濾的自相關(guān)函數(shù)估計
22.根據(jù)權(quán)利要求15-21中的任何權(quán)利要求所述的方法 其中，在第二種工作模式(0Μ2)下，從第二個功率估計(Ρ2)中減去噪音功率值(02)，并適時地通過第三類包括阿爾法參數(shù)三(α3)的阿爾法濾波器(19)對減法運算的結(jié)果進行過濾，以形成一組第二個已過濾的功率估計
23.根據(jù)在前的權(quán)利要求21、22所述的方法 其中，在第二種工作模式(0Μ2)下，通過貝塞爾函數(shù)計算出針對不同傳輸延遲的一組多普勒頻率估計，以對應(yīng)于一組第二個比值( ζ/ ^，其中這些比值是通過將一組第二個已過濾的自相關(guān)函數(shù)估計中的各個已過濾的自相關(guān)函數(shù)與第二個已過濾的功率估計相除而得出的。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法 其中，在第二種工作模式(0Μ2)下，通過以下方式計算出針對不同重發(fā)延遲的一組多普勒頻率估計在從零到貝塞爾函數(shù)的第一個極值之間的間隔中定義一組零階貝塞爾函數(shù)的最鄰近的對應(yīng)參數(shù)(arg)，其中這些所定義參數(shù)的貝塞爾函數(shù)接近于已計算出的各個比值(瓦疋)， 其中，各個所定義的參數(shù)(arg)可與常數(shù)值V相乘， 其中F = ^_， 2π- η-τ ητ表示用于對混合自動重發(fā)請求(HARQ)做出響應(yīng)的數(shù)據(jù)塊(DB)的重發(fā)延遲。
25.根據(jù)在前的權(quán)利要求23、24所述的方法 其中，在第二種工作模式(0Μ2)下，通過對針對不同重發(fā)延遲的一組多普勒估計中的所有多普勒頻率估計進行求平均值計算，從而計算出多普勒頻率估計(fD2)，以提供第二種工作模式(0M2)的多普勒頻率估計(fD2)。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法 其中，在第二種工作模式(0M2)下，通過第四類包括阿爾法參數(shù)四(α4)的阿爾法濾波器(21)對提供的多普勒頻率估計(fD2)進行過濾，以形成一組第二種工作模式(0M2)的已過濾多普勒頻率估計。
27.根據(jù)權(quán)利要求5-26中的任何權(quán)利要求所述的方法 其中，根據(jù)切換條件(SC)從第一種工作模式(OMl)切換到第二種工作模式(0M2)，切換條件(SC)包括 切換條件一(SCl)，即混合自動重發(fā)請求的可用性(HARQ)； 切換條件二(SC2)，即在當前工作模式下由接收機(I)計算出的當前已過濾的多普勒頻率估計(X;小于預(yù)定義的頻率閾值(Π )； 切換條件三(SC3)，即在第二種工作模式(0M2)下針對最小重發(fā)延遲(nmin · τ )計算出的第二個已過濾的自相關(guān)函數(shù)估計的值大于在第二種工作模式(0M2)下針對最大重發(fā)延遲(nmax · τ )計算出的第二個已過濾的自相關(guān)函數(shù)估計的值。
28.根據(jù)權(quán)利要求5-27中的任何權(quán)利要求所述的方法 其中，根據(jù)切換條件(SC)從第二種工作模式(0M2)切換到第一種工作模式(OMl)，切換條件(SC)包括 切換條件四(SC4)，即最后一個混合自動重發(fā)請求(HARQ)的接收時間與當前時間之間的時間間隔小于預(yù)定義的最大時間段(Mmax)；切換條件五(SC5)，即在當前工作模式下由MMO接收機計算出的當前已過濾的多普勒步頁率Oi; 7^)大于預(yù)定義的頻率_值(fTH); 切換條件六(SC6)，即在第二種工作模式下針對最小重發(fā)延遲(nmin· τ)計算出的第二個已過濾的自相關(guān)函數(shù)估計的值大于在第二種工作模式下針對最大重發(fā)延遲(nmax · τ )計算出的第二個已過濾的自相關(guān)函數(shù)估計的值。
29.根據(jù)權(quán)利要求16-28中的任何權(quán)利要求所述的方法 其中，阿爾法濾波器的阿爾法參數(shù)(α)包括 阿爾法參數(shù)一(。1)，設(shè)置為0，01; 阿爾法參數(shù)二( α 2)，設(shè)置為O, 03 ； 阿爾法參數(shù)三(α 3)，設(shè)置為0，007 ； 阿爾法參數(shù)四(。4)，設(shè)置為0，3。
30.對其進行調(diào)整適應(yīng)以執(zhí)行根據(jù)在前的權(quán)利要求1-29中的任何權(quán)利要求所述的方法的接收機。
31.無線電信系統(tǒng)，包括至少一個根據(jù)權(quán)利要求所述的接收機。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的無線電信系統(tǒng) 其中，無線電信系統(tǒng)是長期演進(LTE) FDD或TDD系統(tǒng)，其針對其下的移動臺(MS)與基站(MS)之間的至少一個上行鏈路(UL)和至少一個下行鏈路(DL)對接收機進行調(diào)整適應(yīng)，以執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1-29所述的方法。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的無線電信系統(tǒng) 其中，如果是LTE FDD UL系統(tǒng)，延遲線的時長(L)設(shè)置為8ms，頻率閾值(fTH)設(shè)置為70Hz ;如果是LTE TDD UL系統(tǒng)，延遲線的時長(L)設(shè)置為10ms，頻率閾值(fTH)設(shè)置為60Hz。
34.根據(jù)權(quán)利要求31、32、33所述的無線電信系統(tǒng) 其中，對于LTE FDD UL系統(tǒng)和LTE TDD UL系統(tǒng)中的任何系統(tǒng)，最大時間段(Mmax)設(shè)置為250ms。
35.無線電信系統(tǒng)的基站，此基站包括至少一個根據(jù)權(quán)利要求30所述的接收機。
全文摘要
一種用于估計無線電信系統(tǒng)中的多普勒頻率(fD)的方法和裝置其中，重發(fā)數(shù)據(jù)塊(DB)時存在預(yù)定義的重新發(fā)送延遲，以響應(yīng)混合自動重發(fā)請求(HARQ)，其中每個數(shù)據(jù)塊(DB)包括至少一個導(dǎo)頻符號(PS)；其中，在第一種工作模式(OM1)下，基于兩個導(dǎo)頻符號(PS)之間的時間間隔(τ)計算多普勒頻率(fD)；在第二種工作模式(OM2)下，基于重發(fā)延遲計算多普勒頻率(fD)。
文檔編號H04L25/02GK103004159SQ201180001388
公開日2013年3月27日 申請日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月28日
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