CN101006697B - 用于使用导频进行信道估计的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种导频辅助信道估计方法。接收机可以用于根据具有导频音和扩频导频信号的信号来对信道的脉冲响应进行估计。接收机根据导频音对该信道的响应进行估计，并且基于扩频导频信号来调整对信道响应进行估计的延迟的长度。

Description

用于使用导频进行信道估计的方法和装置

根据35 U.S.C.§119的优先权要求

本专利申请要求2004年6月14日提交的题目为“Pilot AssistedChannel Estimation”的临时申请No.60/579,874的优先权，该临时申请已转让给本申请的受让人，并特此通过引用将其并入此处。

技术领域

本公开总体上涉及无线电通信，并且更具体地，涉及导频辅助信道估计技术。

背景技术

在典型的无线电通信系统中，以Turbo码对将要发送的数据进行编码，这生成被称为“码符号”的符号序列。可以将若干码符号成块到一起，并且将其映射到信号星座图上的点，从而生成复“调制符号”序列。可以将该序列应用于调制器，该调制器生成在无线信道上发送的连续时间信号。

在接收机处，解调器生成软判决序列。每个软判决代表对在信道上发送的调制符号的估计。该估计可以用于计算码符号的对数似然比(LLR)。Turbo解码器使用码符号LLR序列以便对原先发送的数据进行解码。

当计算码符号的LLR时，应该考虑信道的传播状况。在接收机处，可以根据被嵌入在数据传输中的已知导频序列来估计信道状况或者信道脉冲响应。举例来说，在正交频分复用(OFDM)系统中，通常使用最小二乘(LS)法对信道进行估计。使用该方法，只要信道的脉冲响应的时间间隔LT小于PT，就可以根据在频带1/2T≤f≤1/2T上均匀间隔开的一组导频音(pilot tone)来对信道进行估计，其中L是在到达的信号之间以码片为单位的延迟扩展(delay spread)、T是码片持续时间(时间)、LT是时间延迟，其中P是导频音的数目、T是码片持续时间、并且PT是导频持续时间。此外可以看出，信道估计方差或者误差与L成正比而与P成反比。

假定在频率音上有相等的噪声功率，则可以通过下式表示信道估计方差：

${\mathrm{\σ}}_e^2=\frac{L}{P}{\mathrm{\σ}}^2---\left(1\right)$

其中，σ_e ²代表信道估计的方差，而σ²代表每个音的噪声方差。

典型地，接收机中的信道估计器具有固定的延迟扩展LT，其中，L＝P。然而，当实际的信道脉冲响应很小时，这可能导致不必要的很大的信道估计方差。如果根据接收机所观测到的信道的时变特性来调整接收机中的延迟扩展LT，那么可以改善信道估计方差。

发明内容

在本发明的一个方面中，一种信道估计方法包括：从一个多径衰落信道接收一个包括多个导频音的信号，得到对于多个多径信号到达的定时信息，根据导频音对信道的响应进行估计，并且根据对于多径信号到达的定时信息来调整对信道响应进行估计的时间的长度。

在本发明的另一个方面中，一种信道估计方法包括：接收一个包括多个导频音和扩频导频信号的信号，根据导频音对信道的响应进行估计，并且基于扩频导频信号来调整对信道响应进行估计的时间长度。

在本发明的另一个方面中，一种接收机包括：瑞克(rake)接收机，用于从在一个多径衰落信道上发送的一个信号中得到定时信息，该定时信息与多个多径信号到达有关；以及解调器，用于从该信号中提取多个导频音，所述解调器包括信道估计器，该信道估计器具有能够通过来自瑞克接收机的定时信息来调整的延迟扩展，该信道估计器用于根据导频音对信道的响应进行估计。

在本发明的另一个方面中，一种接收机包括：瑞克接收机，用于从在一个信道上发送的一个信号中的多个扩频导频信号中得到定时信息；以及解调器，用于从该信号中提取多个导频音，所述解调器包括信道估计器，该信道估计器具有能够通过来自瑞克接收机的定时信息来调整的延迟扩展，该信道估计器用于根据导频音对信道响应进行估计。

附图说明

图1是说明了无线电通信系统的例子的概念方框图；

图2是说明了与接收机进行通信的发射机的例子的概念方框图；

以及

图3是说明了支持CDMA和OFDM操作的接收机的功能的概念方框图。

具体实施方式

下文结合附图进行的详述旨在作为对本发明的各个实施例的一个说明，而不是要表示可以在其中实现本发明的仅有的实施例。该详述包括了特定细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，可以不采用这些特定细节实现本发明。在一些例子中，为了避免使本发明的概念模糊，以方框图的形式示出公知的结构和部件。

图1是说明了无线电通信系统的例子的概念方框图。无线电通信系统100可以包括接入网络(AN)102，其支持与任何数目的接入终端(AT)104之间的通信。还可以将接入网络102连接到在该接入网络102外部的其它网络110a和110b，诸如因特网、企业内联网、公共交换电话网(PSTN)、广播网、或者任何其它网络。接入终端104可以是能够与接入网络102进行通信的任意类型的固定或者移动设备，包括无线手机或电话、蜂窝电话、数据收发机、寻呼接收机、定位接收机、调制解调器、或者任何其它无线终端。

可以以分散在整个地理区域中的任何数目的基站实现接入网络102。可以将地理区域再分成被称为小区的更小区域，其中，每个小区由一个基站服务。在高通信量应用中，可以将小区进一步分成多个扇区，其中，每个扇区由一个基站服务。为简便起见，示出了一个基站106。基站控制器108可以用来对多个基站的活动进行协调，并且提供与接入网络102之外的网络的接口。

可以利用任何数目的不同技术实现无线电通信系统100。码分多址(CDMA)仅仅是一个例子。CDMA是一种基于扩频通信的调制和多址方案。在CDMA无线电通信系统中，大量信号共享相同的频谱，结果，这样的系统提供了高用户容量。这是通过用不同的码来发送每个信号而实现的，其中，不同的码对载波进行调制，并且因此扩展了信号波形的频谱。在接收机内，通过解调器对所发送的信号进行分离，该解调器使用相应的码以便对信号进行解扩。那些码不匹配的非期望信号不被进行解扩，而仅对噪声有贡献。CDMA在本领域中是公知的。

OFDM是适合于无线电通信的另一个接入方案的例子。OFDM是一种扩频技术，其将数据分布在以精确的频率间隔开的大量载波上。间隔提供了“正交性”，其防止接收机处的解调器观测到除了那些专门针对该接收机的频率以外的频率。OFDM在本领域中也是公知的，其通常用于商业和私人广播，但是并不限于这些应用。

最近，已经部署了支持CDMA和OFDM操作的混合无线电通信系统。这些无线电通信系统已经在广播服务领域获得了广泛认可，其中，广播服务被集成到最初被设计为支持与接入终端的点对点通信的现有基础设施中。在这些混合系统中，接入网络102可以用于将OFDM传输打孔(puncture)到CDMA波形中。

图2是说明了与接收机进行通信的发射机的例子的概念方框图。发射机202和接收机204可以是独立实体，或者可以将其集成到图1的无线电通信系统或者任何其它无线电通信系统中。在图1的无线电通信系统中，发射机202可以在基站106中，而接收机204可以在接入终端104中。可替换地，发射机202可以在接入终端104中，而接收机204可以在基站106中。

在发射机202处，Turbo编码器206可以用于将编码处理过程应用于数据，以便有助于前向纠错(FEC)。编码处理过程产生具有冗余的码符号序列，接收机204可以使用该冗余来纠错。码符号可以被提供给调制器208，在该处，这些码符号被成块到一起，并且被映射到信号星座图上的坐标。信号星座图中每个点的坐标代表基带正交分量，其中模拟前端210使用这些基带正交分量，以便在通过无线信道212进行传输之前对正交载波信号进行调制。

接收机204内的模拟前端204可以用于将正交载波信号转换为它们的基带分量。解调器216可以将基带分量转变回信号星座图中的正确点。由于噪声和信道212中的其它干扰，基带分量可能不对应于原始信号星座图中点的精确位置。解调器216通过寻找信号星座图内所接收的点和有效符号的位置之间的最小距离来检测哪个调制符号最可能被发送。LLR计算模块218使用这些软判决来确定与给定的调制符号相关联的码符号的LLR。为了对最初被发送的数据进行解码，Turbo解码器220使用码符号LLR序列。

当在解调器中对被发送的调制符号进行检测时，应该考虑信道的脉冲响应。可以在接收机204处利用各种技术，以便对该信道的脉冲响应进行估计。通常的例子是之前在本公开的背景部分讨论的最小二乘法，但是还可以使用其它公知的方法。在CDMA无线电通信系统中，这些方法可以产生信道估计以及更简单的信道参数，其中，在噪声方面，信道估计是比由于相干处理增益引起的数据更小的量级。作为结果，当对被发送的调制符号进行检测时，通常可以忽略信道估计误差。然而，在OFDM无线电通信系统中，信道估计通常具有可与被接收的数据中的噪声相比的方差。在这样的情况下，可能期望在对被发送的调制符号进行检测之前对信道估计方差进行限制。

在OFDM无线电通信系统中，增加信道估计准确性的一种方式是增大在频带上导频音的数目。然而，该方法将更多本来可以用于发送数据的资源分配给信道估计处理过程，并且因此，该方法对于多种情况可能不是最期望的方法。可替换地，可以随着变化的信道状况来调整信道估计器的延迟扩展LT。采用该方法，当信道的时间弥散(timedispersion)很小时，通过相应地降低如式(1)中所示的L，可以减少信道估计方差或者误差。在支持OFDM和CDMA操作的混合无线电通信系统中，可以基于根据CDMA导频信号获得的信息来调整延迟扩展LT。具体地，来自CDMA解调器中的瑞克接收机的信息可以用于确定由接收机204所观测到的信道脉冲响应的时间间隔，并且该信息可以用于调整信道估计器的延迟扩展LT。

图3是说明了支持CDMA和OFDM操作的接收机的功能的概念方框图。接收机204可以包括CDMA解调器302和OFDM解调器304，可以将其集成到诸如微处理器、数字信号处理器(DSP)、或者任何其它基于硬件和/或软件的处理实体这样的单个处理实体中。可替换地，解调器302和304中的每一个可以是诸如微处理器、DSP、可编程逻辑或专用硬件这样的独立处理实体，或者可以分布在接入终端内任何数目的处理实体中。

CDMA解调器302可以包括瑞克接收机306，以便在多径衰落信道环境中实现分集增益。瑞克接收机306可以用于以独立的相关器308对每个多径信号进行处理。搜索器310可以用于识别强的多径信号到达。这可以通过在基带正交分量中进行搜索以找到用于每个多径的导频信号来实现。搜索器310可以通过将基带正交分量与本地生成的扩频导频信号的复本进行相关来执行该功能。随后，通过搜索器310对耙齿(finger)进行分配，以对多径的定时偏移量进行识别。每个相关器308可以使用不同的耙齿作为扩频处理的定时参考。在加法器312中，可以对相关器308的各个输出进行相干合并。可以将结果提供给CDMA解调器302中的信号解映射器314和LLR计算模块316。

OFDM解调器304可以包括离散傅里叶变换(DFT)318，其可以用于对OFDM符号进行处理。可以将定时参考从瑞克接收机306提供给DFT 318，以便对DFT 318进行同步。定时参考可以是对应于最早多径到达的耙齿分配。在OFDM解调器304的至少一个实施例中，DFT 318在距最早多径到达的某个预定的退避时间上开始对OFDM符号进行处理，以便解决发射和接收脉冲整形滤波器的反因果(anti-causal)部分。举例来说，DFT 318可以用于比最早多径到达早10个码片开始对OFDM符号进行处理，其中，1个“码片”是由T定义的时间单位。

DFT 318可以用于将OFDM信号从时域转换到频域。在频域内，每个载波或者音调上的信息被分成独立的频率仓(frequency bin)。通过导频音滤波器320将导频音提供给信道估计器322，其中，导频音在频带上均匀间隔开并且与数据音交替。可以利用抽取器(decimator)或者其它恰当的设备实现导频音滤波器320。导频音滤波器320可以将信令提供给数据音滤波器334，该信令指示何时将数据音从DFT318发送到信号解映射器324。信号解映射器324对于信号星座图中最可能在数据音上被发送的调制符号作出软判决。该判决可以部分基于信道的脉冲响应。信道估计器322可以用于将该信息提供给信号解映射器324。信道估计器322可以使用最小二乘法、或者任何其它合适的信道估计方法来根据导频音对信道的脉冲响应进行估计。

可以利用离散傅里叶逆变换(IDFT)328来实现信道估计器322。IDFT 328将来自频域的导频音转换成时域中信道脉冲响应的P个采样。随后，可以使用内插处理根据该P个采样对所有频率音的信道频率响应进行估计。可以通过信道估计器322中的DFT 330来执行该功能。

通过延迟扩展332来确定DFT 330用于对信道的脉冲响应进行估计的采样数。通过将采样数从P减少到L，可以实现信道估计方差的改善。可以根据对于最早多径到达(T_min)和最迟多径到达(T_max)的耙齿分配来确定延迟扩展L(以码片为单位)，其中，T_max和T_min是以码片为单位来度量的。于是，可以根据下列各式计算延迟扩展L：

L₁＝T_max-T_min+T_pulse    (2)

L₂＝min{P，L₁}          (3)

L＝max{T₀，L₂}          (4)

其中，T_pulse解决了由发射机和接收机中的脉冲整形滤波器引入的延迟弥散，并且P和T₀分别设置了延迟扩展的上限和下限。举例来说，在具有被集成到CDMA接入终端中的64个导频音P的OFDM无线电通信系统中，可以将T_pulse设置为16个码片以解决发射机和接收机中脉冲整形滤波器的合并的响应，并且可以将最小延迟扩展T_min设置为32个码片。

结合这里所公开的实施例所描述的各种说明性的逻辑块、模块、电路、元件和/或部件可以以通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑部件、分立门或晶体管逻辑、分立硬件部件、或者设计为实现这里所描述的功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但是可替换地，该处理器可以是任何常规处理器、控制器、微控制器、或者状态机。还可以将处理器实现为计算部件的组合，例如：DSP和微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核相结合的一个或多个微处理器、或者任何其它这种配置。

可以将结合这里所公开的实施例所描述的方法或算法直接包含在硬件、通过处理器执行的软件模块、或者二者的组合中。软件模块可以驻留在RAM存储器、闪速存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或者本领域已知的任何其它形式的存储介质中。可以将存储介质连接到处理器，使得该处理器可以从该存储介质中读取信息，并且将信息写入该存储介质。可替换地，可以将该存储介质集成到该处理器中。提供了所公开的实施例的上述说明，以使本领域的任何技术人员都能够实现或使用本发明。这些实施例的各种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，并且在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以将这里定义的一般原理应用到其它实施例。因此，本发明并不是要被限制于这里所示的实施例，而是要符合与权利要求一致的全部范围，其中，除非明确说明，否则以单数形式提及要素并非要表示“一个且仅一个”，而是指的“一个或多个”。所有对于本领域普通技术人员来说都是已知的或者以后将成为已知的本公开中所述的实施例的元素的结构和功能等价物明确地通过引用并入此处，并且试图被权利要求包含在内。此外，无论在权利要求中是否明确地述及这里所公开的内容，这样的公开内容都不是试图针对公众的。除非使用短语“用于...的模块”来明确表述权利要求要素、或者在方法权利要求的情形中使用短语“用于...的步骤”来表述权利要求要素，否则此处的权利要求要素都不得按照35 U.S.C.§112第六段的规定来进行解释。

Claims (31)

1.一种信道估计方法，包括：

接收来自多径衰落信道的多径信号，所述多径信号包括多个导频音和扩频导频信号；

从所述扩频导频信号得到对于多个多径信号到达的定时信息；

根据所述导频音，对所述信道的响应进行估计；以及

根据对于所述多个多径信号到达的所述定时信息，调整对所述信道响应进行估计的延迟的长度。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述多径信号还包括被打孔到扩频数据中的正交频分复用OFDM数据，所述方法还包括基于对于所述多径信号到达的所述定时信息来将对所述OFDM数据进行的处理进行同步。

3.如权利要求1所述的方法，其中，用于调整对所述信道响应进行估计的时间长度的所述定时信息包括对于最早多径信号到达和最迟多径信号到达的定时信息。

4.如权利要求3所述的方法，其中，将对所述信道响应进行估计的时间长度调整为等于所述最早多径信号到达和所述最迟多径信号到达之间的延迟。

5.如权利要求4所述的方法，其中，通过对所述延迟进行调节以解决由一个或多个脉冲整形滤波器引入的延迟弥散，来调整对所述信道响应进行估计的时间长度。

6.如权利要求3所述的方法，其中，通过确定所述最早多径信号到达和所述最迟多径信号到达之间的所述延迟超过最小延迟、并且将对所述信道响应进行估计的时间长度调整为所估计的长度和所述最小延迟之中的较大者，来调整对所述信道响应进行估计的时间长度。

7.如权利要求3所述的方法，其中，通过确定所述最早多径信号到达和所述最迟多径信号到达之间的所述延迟低于最大延迟、并且将对所述信道响应进行估计的时间长度调整为所估计的长度和所述最大延迟之中的较小者，来调整对所述信道响应进行估计的时间长度，所述最大延迟是导频音的数目的函数。

8.一种信道估计的方法，包括：

接收包括多个导频音和扩频导频信号的多径信号；

从所述扩频导频信号得到对于多个多径信号到达的定时信息；

根据所述导频音，对所述信道的响应进行估计；以及

基于所述定时信息来调整对所述信道响应进行估计的时间长度。

9.如权利要求8所述的方法，其中，所述多径信号还包括被打孔到扩频数据中的OFDM数据，所述方法还包括基于根据所述扩频导频信号得到的定时信息来将对所述扩频数据进行的处理进行同步。

10.如权利要求8所述的方法，其中，所述信道是多径衰落信道，所述方法还包括：根据所述扩频导频信号得到对于多个多径信号到达的定时信息，对于所述多径信号到达的所述定时信息被用来调整对所述信道响应进行估计的时间长度。

11.如权利要求10所述的方法，其中，用于调整对所述信道响应进行估计的时间长度的所述定时信息包括对于最早多径信号到达和最迟多径信号到达的定时信息。

12.如权利要求11所述的方法，其中，将对所述信道响应进行估计的时间长度调整为等于所述最早多径信号到达和所述最迟多径信号到达之间的延迟。

13.如权利要求12所述的方法，其中，通过对所述延迟进行调节以解决由一个或多个脉冲整形滤波器引入的延迟弥散，来调整对所述信道响应进行估计的时间长度。

14.如权利要求11所述的方法，其中，通过确定所述最早多径信号到达和所述最迟多径信号到达之间的所述延迟超过最大延迟、并且将对所述信道响应进行估计的时间长度调整为所述最大延迟，来调整对所述信道响应进行估计的时间长度，所述最大延迟是导频音的数目的函数。

15.如权利要求11所述的方法，其中，通过确定所述最早多径信号到达和所述最迟多径信号到达之间的所述延迟低于最小延迟、并且将对所述信道响应进行估计的时间长度调整为所述最小延迟，来调整对所述信道响应进行估计的时间长度。

16.一种接收机，包括：

瑞克接收机，用于根据在多径衰落信道上发送的多径信号中包含的扩频导频信号得到定时信息，所述定时信息与多个多径信号到达有关；以及

解调器，用于从所述多径信号中提取多个导频音，所述解调器包括信道估计器，所述信道估计器具有能通过来自所述瑞克接收机的所述定时信息来调整的延迟扩展，所述信道估计器用于根据所述导频音对所述信道的响应进行估计。

17.如权利要求16所述的接收机，其中，所述瑞克接收机进一步用于根据所述多径信号中的多个扩频导频信号得到所述定时信息。

18.如权利要求17所述的接收机，其中，所述解调器进一步用于对被打孔到所述多径信号中的OFDM数据进行处理，对所述OFDM数据进行的处理被通过与所述多径信号到达有关的所述定时信息来进行同步。

19.如权利要求16所述的接收机，其中，由所述瑞克接收机生成的所述定时信息包括对于最早多径信号到达和最迟多径信号到达的定时信息。

20.如权利要求19所述的接收机，其中，所述信道估计器进一步用于计算所述最早多径信号到达和所述最迟多径信号到达之间的延迟，并且如果所计算的延迟在某个范围内，就将所述延迟扩展调整为所计算的延迟。

21.如权利要求20所述的接收机，其中，所述信道估计器进一步用于解决当计算所述延迟时由一个或多个脉冲整形滤波器引入的延迟弥散。

22.如权利要求20所述的接收机，其中，所述范围具有最大延迟，所述最大延迟是所述导频音的数目的函数，所述信道估计器进一步用于如果所计算的延迟超过所述最大延迟，则将所述延迟扩展调整为所述最大延迟。

23.如权利要求20所述的接收机，其中，所述范围具有最小延迟，所述信道估计器进一步用于如果所计算的延迟低于最小延迟，则将所述延迟扩展调整为所述最小延迟。

24.一种接收机，包括：

瑞克接收机，用于根据在信道上发送的信号中的多个扩频导频信号得到定时信息；以及

解调器，用于从所述发送的信号中提取多个导频音，所述解调器包括信道估计器，所述信道估计器具有能通过来自所述瑞克接收机的所述定时信息来调整的延迟扩展，所述信道估计器用于根据所述导频音对所述信道的响应进行估计。

25.如权利要求24所述的接收机，其中，所述解调器进一步用于对被打孔到所述发送的信号中的OFDM数据进行处理，对所述OFDM数据进行的处理被通过根据所述扩频导频信号得到的所述定时信息来进行同步。

26.如权利要求24所述的接收机，其中，所述信道是多径衰落信道，并且所述定时信息与多个多径信号到达有关。

27.如权利要求26所述的接收机，其中，由所述瑞克接收机生成的所述定时信息包括对于最早多径信号到达和最迟多径信号到达的定时信息。

28.如权利要求27所述的接收机，其中，所述信道估计器进一步用于计算所述最早多径信号到达和所述最迟多径信号到达之间的延迟，并且如果所计算的延迟在某个范围内，就将所述延迟扩展调整为所计算的延迟。

29.如权利要求28所述的接收机，其中，所述信道估计器进一步用于解决当计算所述延迟时由一个或多个脉冲整形滤波器引入的延迟弥散。

30.如权利要求28所述的接收机，其中，所述范围具有最大延迟，所述最大延迟是导频音的数目的函数，所述信道估计器进一步用于如果所计算的延迟超过所述最大延迟，则将所述延迟扩展调整为所述最大延迟。

31.如权利要求28所述的接收机，其中，所述范围具有最小延迟，所述信道估计器进一步用于如果所计算的延迟低于最小延迟，则将所述延迟扩展调整为所述最小延迟。

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