一种多普勒扩展估计的方法

专利名称：一种多普勒扩展估计的方法
技术领域：
本发明涉及一种多载波移动通信系统中的多普勒扩展估计的方法、一种多载波移动通信系统中的信道估计的方法、一种用于多载波移动通信系统的多普勒扩展估计器以及一种用于多载波移动通信系统的信道估计器。
背景技术：
多载波移动通信系统是基于能够发射和接收多载波数据信号的发射器和接收器来配置的。多载波无线电传输系统的一个示例是正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM),采用正交频分复用，OFDM发射器广播包括含有多个等间距的载波频率的码元的信息。由于传输路径的变化的原因，无线通信信道的特性典型地随着时间的推移而变化。为了在存在传输信道的相当大的时间变化的情况下对OFDM调制的数据进行解调，要求知道传输信道频率响应。这使得接收器提供对传输信道的适当的信道估计成为必要。
已知传输信道在多个参数之中要由被称为该信道的多普勒扩展的量来表征。当用户或反射器在其环境中正移动时，该用户的速度导致沿着每个信号路径所发射的信号的频率方面的偏移。此现象被称为多普勒偏移。沿着不同路径行进的信号可能具有不同的多普勒偏移，其对应于不同的相变率。对单衰落信道抽头(tap)有贡献的不同信号分量之间的多普勒偏移的差被称为多普勒扩展。多普勒扩展估计对于信道估计以及对于要求移动的速度的指示(例如，它是否是静态的)以便执行某特定信号处理的系统中的任何其他块是至关重要的。


包括了附图以提供对实施例的进一步理解，以及把附图结合在此说明书中并且附图构成了此说明书的一部分。附示了实施例并且与本说明一起用于解释实施例的原理。由于通过参考以下详细说明其他实施例以及实施例的预期优点中的许多优点变得更好理解，因此将容易意识到它们。同样的附图标记指明对应的类似部分。
图1示出了用于多载波移动通信系统的接收器的示意性块表示。
图2a_2c分别示出了包含在一个传输天线端口配置(图2a)中和在两个传输天线端口配置(图2b)中的小区专用参考信号的码元-载波矩阵和包含定位下行链路参考信号 (图 2c)的码兀载波矩阵(symbol carrier matrix)。
图3示出了依据实施例的多载波移动通信系统中的多普勒扩展估计的方法的流程图。
图4a和4b示出了用于图示依据实施例的多普勒扩展估计的方法的码元_载波矩阵。
图5示出了依据实施例的多载波移动通信系统中的信道估计的方法的流程图。
图6示出了依据实施例的多载波移动通信系统中的信道估计的方法的流程图。
图7示出了依据实施例的用于多载波移动通信系统的多普勒扩展估计器的示意性块表不。
图8示出了依据实施例的用于多载波移动通信系统的信道估计器的示意性块表/Jn ο
图9示出了依据实施例的用于多载波移动通信系统的信道估计器的示意性块表/Jn ο
图10示出了依据实施例的用于多载波移动通信系统的信道估计器的示意性块表/Jn ο
图11示出了用于图示定位参考码元的传输的调度的时间图。
具体实施方式
参考附图来描述各方面以及实施例，其中自始至终同样的附图标记通常被用来指代同样的元素。在以下说明中，为了解释的目的，阐述了众多具体细节以便提供对实施例的一个或多个方面的透彻理解。然而对于本领域技术人员而言，可能显然的是，可以在具有更少程度的所·述具体细节的情况下来实践实施例的一个或多个方面。在其他实例中，以示意性的形式示出了已知结构和元素以便便于描述实施例的一个或多个方面。应当理解的是， 在不偏离本发明的范围的情况下，可以利用其他实施例并且可以做出结构或逻辑上的改变。
另外，虽然可以针对若干实现方式中的仅一个实现方式来公开实施例的特定特征或方面，但是如对于任何给定或特定应用而言可能是期望的和有益的那样，这样的特征或方面可以与其他实现方式的一个或多个其他特征或方法进行组合。此外，在详细说明或者权利要求书中使用术语“包括”、“具有”、“带有”或者其其他变体这方面来说，这样的术语意图以类似于术语“包括”的方式而是包括性的。可以连同衍生物一起使用术语“耦合”和“连接”。应当理解，这些术语可以被用来指示两个元素共同操作或者与彼此交互而不管它们是否处于直接物理接触或者电气接触。而且，术语“示例性”仅仅意味着作为示例，而不是最好的或最优的。因而，以下具体描述将不被以限制的意义来理解，并且本发明的范围由随附权利要求书来限定。
如本文所描述的设备和方法被利用作为多载波无线电传输系统的一部分以及被用于多载波无线电传输系统，特别被用于以正交频分复用(OFDM)模式操作的系统。所公开的设备可以体现在被用于接收OFDM无线电信号的装置的基带段(特别是像移动电话、手持式装置的接收器或其他种类的移动无线电接收器)中。可以采用所描述的设备来执行如本文所公开的方法，不过那些方法也可以采用任何其他方式来执行。
可以结合任何种类的多载波无线电传输系统，特别是采用诸如例如通用移动远程通信系统(Universal Mobile Telecommunications System,UMTS)标准或者长期演进(the Long Term Evolution,LTE)标准之类的多载波调制的任何移动通信系统来阅读以下说明。
还可以结合在基于被适配成用于移动或手持式接收器的地面发射器和通信系统设计的数字视频广播(DVB-T/H)领域中的多载波无线电传输系统来阅读以下说明。然而， 还有例如卫星OFDM系统的其他通信系统可以受益于本文所概括的概念和原理。
如本文所描述的方法和设备可以被利用于如本文所描述的多载波无线电传输系统内所采用的任何类别的天线配置。特别地，本文所呈现的概念可适用于采用任意数目的发射和/或接收天线的无线电系统，即单输入单输出(Single Input Single Output, SISO)系统、单输入多输出(Single Input Multiple Output，SMO)系统、多输入单输出 (Multiple Input Single Output,MISO)系统和多输入多输出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)系统。
参照图1，其中示出了依据实施例的接收器的示意性块表示，该接收器可以对OFDM多载波传输信号进行解调和解码。接收器100可以包括用于实施如图1中所示出的不同功能的基带处理器。该基带处理器通过天线10接收OFDM信号，在功能块20中去除循环前缀(cyclic prefix, CP),在功能块30中执行串行/并行转换，在功能块40中使用快速傅里叶变换(FFT)把该信号变换到频域中，在功能块50 中执行信道估计，以及在功能块60中执行均衡化。假定完美同步，则针对子载波J1和OFDM码兀I的接收/[目号Υι ,ι的复基带表不简化为YkiI = xk,iHk,i + 2 ,I < k = U 1 = U (I)其中Khfl、和分别表示具有每码元能量Es的所发射码元、信道传递函数采样和具有零均值和方差N0的加性白高斯噪声。
信道估计块50的输出连接到多普勒扩展估计块70的输入，其中，可以基于在信道估计块50中确定的例如在诸如小区专用参考(导频)信号或者定位参考信号之类的参考码元位置处的信道估计来估计多普勒扩展。将结合图2a_2c来解释发射这样的参考码元的可能方式。
多普勒扩展估计块70的输出连接到信道估计块50的输入以用于把在多普勒扩展估计块70中估计的多普勒扩展供给到信道估计块50。快速傅里叶变换块40的输出不仅连接到信道估计块50的输入，而且也连接到SNR估计块80的输入，其中，估计所接收的和经傅里叶变 换的信号的信噪比。信道估计块50的输出还与SNR估计块80的另一输入连接。 SNR估计块80的输出与多普勒扩展估计块70的输入连接，以及SNR估计块80的另一输出与信道估计块50的输入连接。如之前所描述的接收器100可以用来执行如下面进一步陈述的方法以及用来结合诸如下面进一步陈述的那些之类的多普勒扩展估计器和信道估计器。
参考图2a_2c，其中分别示出了码元-载波矩阵，每个包含在码元-载波矩阵的预定位置处的特定参考码元。图2a和2b示出了在一个传输天线配置(图2a)和两个传输天线配置(图2b)中的小区专用参考码元(CSRS)或者所谓的导频的传输。图2c示出了定位参考码兀(PRS)的传输。
在许多OFDM系统中，为了便于信道估计，在时间-频率网格或者码元-载波矩阵中的特定位置处插入已知码元，即上面提及的CSRS码元或导频。在图2a和2b中示出了针对LTE情况的二维导频图案。看出的是，在频率方向上的导频间距等于六个OFDM码元，而在时间方向上在与彼此4和3个OFDM码元的距离处存在每时隙两个OFDM码元(被称为参考码元)，其包含导频。首先使用简单最小二乘法(least squares，LS)解调在导频位置处获得信道估计，针对PSK导频调制而言其简化为其中，P是所有导频位置的集合。然后在时间方向和频率方向这二者上使用内插技术计算其余的信道系数。
在LTE中，除了小区专用参考信号(CSRS)之外，引入了另外的参考信号类型，即定位参考信号(PRS)，其使得用户设备(user eqUipment，UE)能够测量不同小区之间的参考信号时间差(reference signal time difference, RSTD)。PRS 以及 CSRS 是小区专用的，并且仅要求用于检测的小区ID。在图2c中示出了对应的时间-频率网格。UE使用PRS来测量来自不同基站(eNB，演化的节点B)的子帧之间的RSTD，其被定义为r^SubframeExj^SubframeExi。服务eNB要求至少2个eNB对的RSTD来解决报告UE的位置。定位方法的细节在这里是不相关的，并且将不更详细地予以论述。在下面，将示出可以把PRS码元以及CSRS码元用于多普勒扩展估计。
参考图3，其中示出了用于图示依据实施例的多载波移动通信系统中的多普勒扩展估计的方法的流程图。该方法包括在3.1处接收包括码元-载波矩阵的信号，该码元-载波矩阵包括预定图案的参考码元，以及在3. 2处确定在该码元-载波矩阵中参考码元的参考码元位置中的至少一个处的至少一个信道估计Iite,其中，i = 0,1,2,...是载波索引，和k = 0,1,2,...是码元-载波矩阵的码元索引。该方法进一步包括在3. 3处基于该至少一个信道估计确定多普勒扩展% 。
依据图3的方法的实施例，通过最小二乘法解调来执行确定在码元-载波矩阵中的参考码元的参考码元位置中的该至少一个参考码元位置处的该至少一个信道估计。如果在参考码元位置处的调制类型是相移键控的(phase-shift keying, PSK),则该最小二乘法解 调简化为上面的公式(2)。
依据图3的方法的实施例，参考码元包括定位参考码元，诸如在图2c中所描绘的在该码元-载波矩阵中的特定位置处插入的那些，如它可能在像LTE标准的移动通信标准之一中予以规定的那样。
依据图3的方法的实施例，参考码元包括小区专用参考码元或者所谓的导频，诸如在图2a和2b中所描绘的在该码元-载波矩阵中的特定位置处插入的那些，如它可能在像LTE标准的移动通信标准之一中予以规定的那样。
依据图3的方法的实施例，该方法进一步包括确定该至少一个信道估计的或者在码元位置而不是参考码元位置处的信道估计的自相关ft (OTs) = Hlik X fti,k ,或者确定至少一个另外的信道估计 HivJi+1 以及确定相关 R(ITg) -+1，中 I=19^) * * * O
换句话说，OTs对应于在码元索引k处的所确定的信道估计的码元位置，以及ITs 例如是在一个码元周期Ts的及时距离中距所确定的信道估计的码元位置的码元位置，以及 ITs是在I码元周期Ts的及时距离中距所确定的信道估计的码元位置的码元位置。
依据其另外的实施例，在在参考码元位置处以及在其它码元位置处提供了多个信道估计的情况下，可以依据以下公式来确定该一个或若干自相关和/或该一个或若干相关的平均值
权利要求
1.一种多载波移动通信系统中的多普勒扩展估计的方法，包括接收包括码元-载波矩阵的信号，所述码元-载波矩阵包括预定图案的参考码元； 在所述码元-载波矩阵中的参考码元的参考码元位置中的至少一个处确定至少一个信道估计Iih，其中i = 0,1,2,...是载波索引，而k = 0,1,2,...是所述码元-载波矩阵的码元索引；以及基于所述至少一个确定的信道估计确定多普勒扩展％。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述参考码元包括定位参考码元。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述参考码元包括小区专用参考码元。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括确定所述至少一个信道估计ft#的或者在不同于参考码元位置的码元位置处的信道估计的自相关& (0 ) = Hiik X Hifk，或者确定至少一个另外的信道估计 Ι^+1以及确定相关
5.根据权利要求4所述的方法，还包括通过使下述类型的函数最小化来确定所述多普勒扩展％
6.根据权利要求4所述的方法，还包括通过使类型
7.根据权利要求6所述的方法，还包括预定义％的值的有限集合Ω，以及通过插入％的值并确定在其处相应的函数变为最小的％的值来使^( )或 Frfe.)最小化。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括确定％是否在预定阈限值之下。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括如果％在所述预定阈限值之下，则对于预定数目的信道估计执行求平均。
10.一种多载波移动通信系统中的信道估计的方法，包括接收包括码元-载波矩阵的信号，所述码元-载波矩阵包括预定图案的参考码元； 确定所述码元-载波矩阵中的所述参考码元的至少一个参考码元位置处的至少一个第一信道估计；基于所述至少一个确定的第一信道估计确定多普勒扩展；以及基于所述至少一个确定的第一信道估计和所确定的多普勒扩展确定至少一个第二信道估计。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括通过从所述第一信道估计进行内插来确定所述第二信道估计。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，通过内插所述第一信道估计确定所述第二信道估计还包括把所述第一信道估计供给到内插滤波器，基于所确定的多普勒扩展确定内插系数，把所确定的内插系数供给到所述内插滤波器，以及使用所供给的第一信道估计和所确定的内插系数，在所述内插滤波器的输出处生成所述第二信道估计。
13.根据权利要求10所述的方法，其中所述参考码元包括定位参考码元。
14.根据权利要求10所述的方法，其中所述参考码元包括小区专用参考码元。
15.根据权利要求10所述的方法，还包括确定所确定的多普勒扩展是否在预定阈限值之下。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括如果所确定的多普勒扩展在所述预定阈限值之下，则对于预定数目的信道估计执行求平均。
17.一种用于多载波移动通信系统的多普勒扩展估计器，包括第一信道估计级，其被配置为在所接收的信号的码元-载波矩阵中的参考码元的至少一个参考码元位置处确定至少一个第一信道估计；以及多普勒扩展估计级，其被配置为基于所述至少一个确定的第一信道估计确定多普勒扩展％。
18.根据权利要求17所述的多普勒扩展估计器，其中所述多普勒扩展估计级被配置为确定所述至少一个信道估计I#的或者在不同于参考码元位置的码元位置处的信道估计的自相关& ￠0 ) = Hiik X H^k，或者确定至少一个另外的信道估计以及确定相关 R(IT3) = Hlfk X HL+1,其中 I = 1，2，···。
19.根据权利要求18所述的多普勒扩展估计器，其中所述多普勒扩展估计级被配置为通过使下述类型的函数最小化来确定所述多普勒扩展％
20.根据权利要求18所述的多普勒扩展估计器，其中所述多普勒扩展估计级被配置 为通过使类型
21.根据权利要求17所述的多普勒扩展估计器，其中所述多普勒扩展估计级被配置为确定所确定的多普勒扩展是否在预定阈限值之下。
22.一种用于多载波移动通信系统的信道估计器，包括信道估计级，其被配置为确定信道估计，以及多普勒扩展估计级，其被配置为基于所确定的信道估计来确定多普勒扩展，其中所述 多普勒扩展估计级的输出与所述信道估计级的输入连接。
23.根据权利要求22所述的信道估计器，其中所述信道估计级包括最小二乘法估计部。
24.根据权利要求22所述的信道估计器，其中所述信道估计级包括内插滤波器。
25.根据权利要求24所述的信道估计器，其中所述多普勒扩展估计级被配置为基于所 确定的多普勒扩展确定内插系数，以及把所确定的内插系数供给到所述内插滤波器。
全文摘要
一种方法包括接收包括码元-载波矩阵的信号，该码元-载波矩阵包括预定图案的参考码元，以及确定在该码元-载波矩阵中的参考码元的参考码元位置中的至少一个处的至少一个信道估计，其中，i=0,1,2,...是载波索引，和k=0,1,2,...是码元-载波矩阵的码元索引。该方法进一步包括基于至少一个信道估计确定多普勒扩展 。
文档编号H04L25/02GK103001910SQ20121032654
公开日2013年3月27日 申请日期2012年9月6日 优先权日2011年9月7日
发明者C.卡尔博内利, M.霍尔瓦特 申请人:英特尔移动通信有限责任公司