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估计无线电信系统中的多普勒频率的方法和装置
背景技术：
在无线电信系统中，数据传输信道可以具有时变性。这是由于发射机的运动、接收机的运动和/或电信环境的变化而导致的。对于蜂窝系统和广播系统，出现较大的多普勒频扩的主要原因在于通信终端的相对高速运动。在无线电信系统中，由于数据传输信道中存在着各种物体，例如建筑、树木等，发送信号往往会遭遇到折射、遮蔽和反射现象。因此，发射机发射的信号波会通过各个路径到达接收天线，这种现象被成为多径传播。同时，发射机与接收机之间的所有传播路径构成了多径数据传输信道。此数据传输路径的特征在于参数，尤其是延迟、衰减和相移这三个方面。路径延迟取决于路径长度，以及信号波在不同媒介中的传播速度。沿着这些路径，由于衰落而引起了信号衰减和相移。在不使用复均衡的方法前提下，为了应对严峻的信道条件，可以通过多载波的方式将滤波信号作为正交频分复用(OFDM)信号进行发送。在OFDM系统中，信道包括大量副载波，这些副载波可以根据自 身的数据单独经过调制。可以按照很多公认的调制技术，例如，正交幅度调制(QAM)或相移键控(PSK)，来进行调制。OFDM系统中的基站信号是由这些已调制的副载波的总和而形成的。大量相距很近的正交副载波可用于携带数据。数据可以划分为多个并行数据流或信道，每个数据流或信道对应一种副载波。各个副载波可以在较低的符号速率下使用传统的调制方案，例如QAM或PSK，进行调制处理，以获取类似于传统单载波调制方案的所有数据速率。采用较低的符号速率，能够使得符号之间保护间隔的使用开销可承受得起，从而能够处理时间扩展和消除符号间干扰(ISI)。当信号通过频率选择性信道时，信号中会出现符号间干扰(ISI)。在OFDM系统中，这会导致副载波的正交性丢失，从而导致符号间干扰(ISI)。要处理基于OFDM的系统的较大延迟扩展，可以使用保护间隔(GI)。保护间隔(GI)也称为循环前缀(CP)。循环前缀(CP)是OFDM符号末尾部分的副本，是预先附加在发送符号上的，将在解调之前删除。长期演进(LTE)无线系统正在将传统的UMTS系统向基于OFDM的无线宽带系统升级。LTE eUTRAN系统用于与GSM、Edge、UMTS或HSPA等现有无线标准兼容并共存。正交频分复用OFDM可用于基站(BS)与移动台(MS)之间的下行链路连接，以及移动台(MS)与对应基站(BS)之间的上行链路连接。传统LTE系统的结构由时长为IOms的无线帧组成，包括20个时隙,其中每个时隙的时长为0，5mso此巾贞适用于TDD传输和FDD传输。为了提高性能，OFDM接收机通常包括信道估计器，用于动态地确定信道响应。之后，可以使用此信息使得接收机能够以一定的方式处理接收信号，以抵消信道的时散效应。在OFDM接收机中，用于确定信道响应的传统方式是将某些载波专用于传输导频信号或导频符号(PS)。导频信号(PS)包含已知信息，通过此信息，信道估计器可以通过将实际接收信号与已知的发送信号进行比较从而确定对应载波频率上的信道响应。在频率中，用于传输导频信号(PS)的载波之间保持一定的间隔，以便能够通过内插针对导频载波确定的信道响应，从而能够正确地估计位于导频载波之间的载波的频道响应。对于无线链路，多输入多输出(MIMO)使用发射机端和接收机端的多个天线，以提高通信性能。MMO属于诸如3GPP长期演进、WiMAX、HSPA等无线电信标准的一部分。BO ZHOU 2008年在瑞典斯德哥尔摩发表了他的理学硕士论文“上行LTE的多普勒估计”。这篇论文介绍了一种用于在MMO-OFDM系统中估计多普勒频率的方法。在此方法中，使用了过零率(ZCR)算法或电平通过率(LCR)算法，用于根据衰落取样计算穿过横轴或电平的次数。Leif Wilhelmsson 2009年提出了 “0FDM系统的多普勒扩频估计”，美国专利号为US 7599 453。他提出了，当信噪比(SNR)和用户速度都比较低时，使用滞后则可以提高性能。Schober H. ,Jondral F提出了另一种传统方法，目卩“基于OFDM的通信系统的速度估计”，参考资料来源德国卡尔斯鲁厄大学工程实验室，VTC 2002，2002年IEEE第56个出版日期，第2卷，第715-718页。此方法介绍了大量自相关函数取样的计算，以找到第一个负取样1 (2 3^0100，函数取样包括1 (0)、1 (2 3^0 0、1 (2 3^02 0等，其中T表示两个相邻的导频符号(PS)之间的时间间隔。在此传统方法中，多普勒频率fD的计算公式为·
在此传统方法中，多普勒频率fD的计算公式为
权利要求
1.一种用于估计无线电信系统中的多普勒频率(fD)的方法 其中，重发数据块(DB)时存在预定义的重新发送延迟，以响应混合自动重发请求(HARQ)，其中每个数据块(DB)包括至少一个导频符号(PS)； 其中，在第一种工作模式(OMl)下，基于两个导频符号(PS)之间的时间间隔(τ)计算多普勒频率(fD);在第二种工作模式(0M2)下，基于重发延迟计算多普勒频率(fD)。
2.根据权利要求1所述的方法 其中，每个数据块(DB)包括至少有两个时隙的子帧，其中各个时隙包括预定义数量的数据符号和导频符号(PS)。
3.根据权利要求2所述的方法 其中，上述数据块(DB)中的符号由正交频分复用(OFDM)符号组成，其中各个符号包括循环前缀(CP)。
4.根据在前的权利要求1-3所述的方法 其中，重发延迟比两个导频符号(PS)之间的时间间隔(τ)要长一段预定义系数(η)的时间。
5.根据在前的权利要求1-4中的任何权利要求所述的方法 其中，发送的数据块(DB)由MIMO接收机(I)的N个预定义数量的接收天线(2)接收； 其中，各个接收天线(2)提供一组数据块，其中数据块包括预定义数量的时域复相关响应。
6.根据权利要求5所述的方法 其中，在各个包括时域复相关响应的数据块中，各个响应的循环前缀(CP)已被删除，而且剩余响应已通过离散傅里叶变换(DFT)变换为频域，以提供一组数据块，其中数据块针对接收机(I)的各个接收天线(2)提供K个预定数量的频域复相关响应。
7.根据权利要求6所述的方法 其中，在针对各个接收天线提供的一组K个频域复相关响应中，选择导频符号(PS)的K个复相关响应的对应数据块，以针对各个接收天线(2)形成一组数据块，其中数据块包括导频符号的K个复相关响应(C)。
8.根据权利要求7所述的方法 其中，各个数据块包括导频符号(PS)的K个复相关响应(C)，对OFDM符号使用的副载波数量NSC进行求平均值计算，以针对接收机(I)的各个接收天线(2)形成一组数据块，其中各个数据块包括导频符号(PS)的Κ/NSC个平均数量的复相关响应。
9.根据权利要求8所述的方法 其中，在预定义数量(N)的接收天线中，将各个接收天线提供的各个数据块传送到K/NSC个N延迟线中，其中各个数据块包括导频符号(PS)的Κ/NSC个平均数量的复相关响应(C)，同时各个线路提供预定义时长(L)的时间延迟，以在各个延迟线的输出端针对接收机(I)的各个接收天线(2)形成一组数据块，其中各个数据块包括导频符号(PS)的Κ/NSC个N延迟的平均数量的复相关响应(C’)。
10.根据权利要求9所述的方法 其中，针对接收机(I)的各个接收天线(2)，基于一组包括导频符号(PS)的平均数量的复相关响应(C)的数据块与一组包括导频符号(PS)的已延迟的平均数量的复相关响应(C’)的数据块，计算出一组自相关函数估计。
11.根据权利要求10所述的方法 其中，在第一种工作模式(OMl)下，第一组第一个自相关函数估计(Rl)的计算方法如下 针对各个接收天线，将子帧中第一个时隙的导频符号(PS)的Κ/NSC个平均数量的复相关响应(C)与上述子帧中第二个时隙的导频符号(PS)的对应共轭平均数量的复相关响应(C*)相乘； 针对N个接收天线中的各个天线，计算Κ/NSC个已获取的相乘结果的实数部分的平均值，以提供针对接收机(I)的各个接收天线的平均值； 为已获取的接收机(I)所有接收天线的平均值进行求平均值计算，以提供各个第一个自相关函数估计(Rl)。
12.根据权利要求11所述的方法 其中，在第一种工作模式(OMl)下，根据以下公式计算第一个自相关函数估计(Rl)
13.根据在前的权利要求10-12中的任何权利要求所述的方法 其中，在第二种工作模式下，根据以下公式计算一组第二个自相关函数估计(R2)
14.根据在前的权利要求1-13中的任何权利要求所述的方法 其中，在第一种工作模式(OMl)下，通过以下方式计算出一组第一个功率估计(Pl):同时获取到每个接收天线(2)的第一个和第二个数据块的导频符号(PS)的Κ/NSC个已延迟的平均数量的复相关响应C的平方模数；对接收机(I)所有接收天线的所有数据块的所有已经获取的乘法模数进行求平均值计算。
15.根据在前的权利要求1-14中的任何权利要求所述的方法 其中，在第二种工作模式(0M2)下，通过以下方式计算出一组第二个功率估计(P2):同时获取到每个接收天线(2)的第一个和第二个数据块的导频符号(PS)的Κ/NSC个平均数量的复相关响应(C)的平方模数； 同时获取到每个接收天线(2)的第一个和第二个数据块的导频符号(PS)的Κ/NSC个已延迟的平均数量的复相关响应(C')的平方模数； 对接收机(I)所有接收天线的所有数据块的所有已经获取的乘法模数进行求平均值计算。
16.根据在前的权利要求11-12中的任何权利要求所述的方法 其中，在第一种工作模式(OMl)下，适时地通过第一类包括阿尔法参数一(α I)的阿尔法滤波器(12)对第一个自相关函数估计(Rl)进行过滤，以形成一组第一个已过滤的自相关函数估计(瓦)。
17.根据权利要求14所述的方法 其中，在第一种工作模式(OMl)下，从计算出的一组第一个功率估计(Pl)中减去噪音功率值(02)，并适时地通过第一类包括阿尔法参数一(α I)的阿尔法滤波器(14)对减法运算的结果进行过滤，以形成一组第一个已过滤的功率估计
18.根据在前的权利要求16、17所述的方法 其中，在第一种工作模式(OMl)下，通过贝塞尔函数计算出多普勒频率估计(fDl)，以对应于一组第一个比值其中这些比值是通过将第一个已过滤的自相关函数估计 与第一个已过滤的功率估计@ )相除而得出的。
19.根据权利要求18所述的方法 其中，在第一种工作模式(OMl)下，通过以下方式计算出多普勒频率估计(fDl):在从零到贝塞尔函数的第一个极值之间的间隔中定义零阶贝塞尔函数的一组最邻近的对应参数，其中所定义参数(arg)的贝塞尔函数接近于一组已计算出的各个第一个比值@/ ^，其中，各个所定义的参数(arg)可与常数值V相乘， 其中
20.根据权利要求19所述的方法 其中，在第一种工作模式(OMl)下，通过第二类包括阿尔法参数二(α2)的阿尔法滤波器(16)对提供的多普勒频率估计(fDl)进行过滤，以形成一组第一种工作模式(OMl)的已过滤多普勒频率估计(Ti)。
21.根据在前的权利要求13-20中的任何权利要求所述的方法 其中在第二种工作模式(0M2)下，适时地通过第三类包括阿尔法参数三(α3)的阿尔法滤波器(17)对一组第二个自相关函数估计(R2)中的各个自相关函数估计进行过滤，以形成一组第二个已过滤的自相关函数估计
22.根据权利要求15-21中的任何权利要求所述的方法 其中，在第二种工作模式(0Μ2)下，从第二个功率估计(Ρ2)中减去噪音功率值(02)，并适时地通过第三类包括阿尔法参数三(α3)的阿尔法滤波器(19)对减法运算的结果进行过滤，以形成一组第二个已过滤的功率估计
23.根据在前的权利要求21、22所述的方法 其中，在第二种工作模式(0Μ2)下，通过贝塞尔函数计算出针对不同传输延迟的一组多普勒频率估计，以对应于一组第二个比值( ζ/ ^，其中这些比值是通过将一组第二个已过滤的自相关函数估计中的各个已过滤的自相关函数与第二个已过滤的功率估计相除而得出的。
24.根据权利要求23所述的方法 其中，在第二种工作模式(0Μ2)下，通过以下方式计算出针对不同重发延迟的一组多普勒频率估计在从零到贝塞尔函数的第一个极值之间的间隔中定义一组零阶贝塞尔函数的最邻近的对应参数(arg)，其中这些所定义参数的贝塞尔函数接近于已计算出的各个比值(瓦疋)， 其中，各个所定义的参数(arg)可与常数值V相乘， 其中F = ^_， 2π- η-τ ητ表示用于对混合自动重发请求(HARQ)做出响应的数据块(DB)的重发延迟。
25.根据在前的权利要求23、24所述的方法 其中，在第二种工作模式(0Μ2)下，通过对针对不同重发延迟的一组多普勒估计中的所有多普勒频率估计进行求平均值计算，从而计算出多普勒频率估计(fD2)，以提供第二种工作模式(0M2)的多普勒频率估计(fD2)。
26.根据权利要求25所述的方法 其中，在第二种工作模式(0M2)下，通过第四类包括阿尔法参数四(α4)的阿尔法滤波器(21)对提供的多普勒频率估计(fD2)进行过滤，以形成一组第二种工作模式(0M2)的已过滤多普勒频率估计。
27.根据权利要求5-26中的任何权利要求所述的方法 其中，根据切换条件(SC)从第一种工作模式(OMl)切换到第二种工作模式(0M2)，切换条件(SC)包括 切换条件一(SCl)，即混合自动重发请求的可用性(HARQ)； 切换条件二(SC2)，即在当前工作模式下由接收机(I)计算出的当前已过滤的多普勒频率估计(X;小于预定义的频率阈值(Π )； 切换条件三(SC3)，即在第二种工作模式(0M2)下针对最小重发延迟(nmin · τ )计算出的第二个已过滤的自相关函数估计的值大于在第二种工作模式(0M2)下针对最大重发延迟(nmax · τ )计算出的第二个已过滤的自相关函数估计的值。
28.根据权利要求5-27中的任何权利要求所述的方法 其中，根据切换条件(SC)从第二种工作模式(0M2)切换到第一种工作模式(OMl)，切换条件(SC)包括 切换条件四(SC4)，即最后一个混合自动重发请求(HARQ)的接收时间与当前时间之间的时间间隔小于预定义的最大时间段(Mmax)；切换条件五(SC5)，即在当前工作模式下由MMO接收机计算出的当前已过滤的多普勒步页率Oi; 7^)大于预定义的频率_值(fTH); 切换条件六(SC6)，即在第二种工作模式下针对最小重发延迟(nmin· τ)计算出的第二个已过滤的自相关函数估计的值大于在第二种工作模式下针对最大重发延迟(nmax · τ )计算出的第二个已过滤的自相关函数估计的值。
29.根据权利要求16-28中的任何权利要求所述的方法 其中，阿尔法滤波器的阿尔法参数(α)包括 阿尔法参数一(。1)，设置为0，01; 阿尔法参数二( α 2)，设置为O, 03 ； 阿尔法参数三(α 3)，设置为0，007 ； 阿尔法参数四(。4)，设置为0，3。
30.对其进行调整适应以执行根据在前的权利要求1-29中的任何权利要求所述的方法的接收机。
31.无线电信系统，包括至少一个根据权利要求所述的接收机。
32.根据权利要求31所述的无线电信系统 其中，无线电信系统是长期演进(LTE) FDD或TDD系统，其针对其下的移动台(MS)与基站(MS)之间的至少一个上行链路(UL)和至少一个下行链路(DL)对接收机进行调整适应，以执行根据权利要求1-29所述的方法。
33.根据权利要求32所述的无线电信系统 其中，如果是LTE FDD UL系统，延迟线的时长(L)设置为8ms，频率阈值(fTH)设置为70Hz ;如果是LTE TDD UL系统，延迟线的时长(L)设置为10ms，频率阈值(fTH)设置为60Hz。
34.根据权利要求31、32、33所述的无线电信系统 其中，对于LTE FDD UL系统和LTE TDD UL系统中的任何系统，最大时间段(Mmax)设置为250ms。
35.无线电信系统的基站，此基站包括至少一个根据权利要求30所述的接收机。
全文摘要
一种用于估计无线电信系统中的多普勒频率(fD)的方法和装置其中，重发数据块(DB)时存在预定义的重新发送延迟，以响应混合自动重发请求(HARQ)，其中每个数据块(DB)包括至少一个导频符号(PS)；其中，在第一种工作模式(OM1)下，基于两个导频符号(PS)之间的时间间隔(τ)计算多普勒频率(fD)；在第二种工作模式(OM2)下，基于重发延迟计算多普勒频率(fD)。
文档编号H04L25/02GK103004159SQ201180001388
公开日2013年3月27日 申请日期2011年4月28日 优先权日2011年4月28日
发明者冈察洛夫·叶夫根, 郑德来 申请人:华为技术有限公司