CN1757211B

CN1757211B - 基于估计信道延迟扩展的信道估计

Info

Publication number: CN1757211B
Application number: CN200480005927.9A
Authority: CN
Inventors: A·梅尔特瑟弗; A·普德耶夫; A·萨德瑞
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2003-03-05
Filing date: 2004-02-04
Publication date: 2010-11-03
Anticipated expiration: 2024-02-04
Also published as: WO2004079969A3; EP2663041B1; CN1757211A; EP2663041A1; EP1602210A2; US20040120428A1; MY139100A; US7394873B2; WO2004079969A2

Abstract

根据本发明的一个实施例，信道估计器(200)适合于至少部分基于估计延迟扩展提供(232)来提供信道估计。信道估计器适合于在较低的估计延迟扩展下提供更精确的信道估计。在一个实施例中，信道估计器提供一频域信道估计(236)，在另一个实施例中，信道估计器提供一时域信道估计(316)。

Description

基于估计信道延迟扩展的信道估计

相关申请的交叉引用

本申请是于2002年12月18日提交的美国专利申请10/323,344的待审申请的部分续展。

背景技术

在典型的正交频率复用技术系统中，可以规定一个保护间隔以解决任何延迟扩展。通常，信道长度是未知的，所以典型的信道估计方案可以预先假设信道长度等于安全间隔。然而，在某些操作环境下，实际遇到的延迟扩展可能没有保护间隔那么长，在此种情况下假设信道长度等于安全间隔则效率低下。因此，迫切需要提供一种系统，对系统所遇到的实际延迟扩展进行估计，并且应用这一估计延迟扩展来提供更准确的信道估计。

附图的简要描述

在说明书的结论部分详细指出了本发明所考虑的主题，并清楚地写在了权利要求书中。然而，通过参考附图中的详细描述，可以更好地理解本发明的组织和操作方法，以及目的、特征，和其自身的优点，附图中：

图1是根据本发明的一个实施例的正交频分复用前置结构的时序图。

图2是根据本发明一个实施例使用频域信道估计的自适应信道估计器的方框图。

图3是根据本发明一个实施例使用时域信道估计的自适应信道估计器的方框图。

图4是根据本发明一个实施例使用时域信道估计的自适应信道估计器的方框图。

图5是说明根据本发明一个或多个实施例截断低于预设阈值的较小波束和信道延迟扩展估计、以及提取有效波束的技术的图。

图6是根据本发明一个实施例的无线系统的方框图。

应该理解的是，为了描述的简洁明了，附图中所示出的元件未必是按比例画出的。例如，为了说明得清楚，一些元件的直径相对于其它元件而言被夸大了。而且，在适当的地方，附图标记在附图中反复使用，以说明相应的或者类似的元件。

具体实施方式

在下文的描述中，阐述了许多详细的细节，从而提供一种对于本发明的透彻的理解。然而，本领域的技术人员应该理解的是也可以不采用这些详细的细节来实践本发明。在其它情况下，没有描述公知的方法、程序、元件和电路，以免遮蔽本发明。

以下详细描述中的某些部分是用算法和对计算机存储器中的数据位或者二进制数字信号进行操作的符号表示来表述的。这些算法描述和表述可以是数据处理领域的技术人员用于向该领域的其他技术人员传递他们的工作意图的常用技术。

在这里，通常亦如此，一个算法被视为导出预期结果的一个首尾一致的动作或操作序列。这包括对物理量的物理操作。通常，尽管不是必须的，这些量采取的是能够进行存储、传输、组合、比较、和其它操作的电信号或者磁信号的形式。屡已证明，主要是因其通用性，将这些信号称作比特、值、元素、码元、字符、术语、数字等等更加方便。然而，应该理解的是，所有这些及类似的术语应当与适当的物理量相关联，并且只是应用于这些量上的方便标签。

除非特别声明，否则，如下文中的讨论所显见的，可以理解，贯穿于说明书的讨论在使用诸如“处理”、“计算”、“运算”、“确定”或者其它类似的术语时是指计算机或者计算机系统或者类似的电子计算装置对表示为计算机系统的寄存器和/或存储器中的物理量(例如电子量)的数据进行操作和/或转换成其它的类似地表示为计算机系统的存储器、寄存器或者其它此类信息存储器、传输或显示设备中的物理量的数据的动作和/或过程。

本发明的实施例可包括用于可执行有关操作的设备。这种设备可以是为了期望的目的而专门地制造的，或者是包括可选择性地由存储在装置中的程序来激活或者重新配置的通用计算装置。这样的程序可以存储于一存储媒介中，包括但不限于包括软盘、光盘、CD-ROM、磁光盘在内的任何类型的盘片、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、磁卡或者光卡、或者任何其它类型的可用于储存电子指令、并且可以耦合到计算装置的系统总线上的媒介。

本文所表述的过程和显示与任何特定的计算装置或者设备没有内在的相关性。各种通用的系统都可以采用依据本理论的程序而被使用，或者制造一个更加专门化的装置来实现该期望方法也许更方便。在下面的描述中将会出现用于各种这类系统的期待结构。此外，本发明的实施例并不参考任何特定的编程语言来描述。应该理解的是，多种编程语言都可用于实现如本文所描述的本发明的技术。

在以下的描述和权利要求书中，将使用术语“耦合”和“连接”以及它们的派生词。应该理解的是，这些术语并不是用作彼此的同义词。相反，在特定的实施例中，“连接”将被用于指示两个或更多的元件彼此处于直接物理的或者电气的接触中。“耦合”可表示两个或更多元件处于物理的或者电气的接触中。然而，“耦合”也可以表示两个或更多个元件彼此并不直接的接触，但是仍然可共同配合或者彼此互动。

应该理解的是，本发明的实施例可以用于多种应用中。尽管本发明在这个方面并不受局限，但本文所披露的电路可用于许多装置中，比如在无线电系统中的发送器和接收器。仅举例来说，属于本发明的范围内的无线电系统有：蜂窝无线电电话通讯系统、卫星通讯系统、双向无线电通讯系统、单向寻呼机、双向寻呼机、个人通讯系统(PCS)、个人数码助理(PD)、无线局域网络(WLAN)等。

属于本发明的范围的蜂窝无线电话通讯系统包括但不限于：码分多址(CDMA)蜂窝无线电话通讯系统、全球移动通讯系统(GSM)蜂窝无线电话通讯系统、北美数字蜂网(NADC)蜂窝无线电话系统、时分多址(TDMA)系统、增强型TDMA(E-TDMA)蜂窝无线电话系统、像宽带CDMA(WCDMA)、CDMA-2000一类的第3代(3G)系统等。

参照图1，讨论根据本发明的一个实施例的正交频分复用系统(OFDM)前置结构的时序图。在实施例中，图1所示的前置结构100符合由国际电气和电子学工程师组织(IEEE)所发布的标准，比如IEEE 802.11a标准，尽管本发明的范围并不限于此。前置结构的训练序列110可分成为10个训练码元t1、t2、t3、t4、t5、t6、t7、t8、t9和t10。在一个实施例中，训练码元可持续0.8微秒，训练间隔110的总计时间为8.0微秒，尽管本发明的范围并不限于此。在训练序列110期间，可以发生诸如信号检测、自动增益控制(ACG)、分集选择、以及粗略频率估计之类的操作。

训练序列110可后跟另一个训练序列112，训练序列112包含两个以保护间隔GI2为先导的训练间隔T1和T2。在一个实施例中，训练间隔112的每个训练间隔的持续时间为3.2微秒，在每个训练间隔有0.8微秒的保护间隔，总体的保护间隔为1.6微秒，训练序列的总体持续时间为8.0微秒，尽管本发明的范围在这一方面不局限于此。在训练序列112期间，可发生类似精确频率估计和信道估计的操作。在本发明的一个实施例中，如图2所示的信道估计器可在频域200内进行信道估计，或者如图3所示的信道估计器可在时域内进行信道估计，尽管本发明的范围在这一方面不局限于此。跟随在训练序列110和训练序列112之后，可接收到信号码元114和数据码元116，两者之前都分别有保护间隔GI，尽管本发明的范围在这一方面不局限于此。

参考图2，讨论根据本发明的一个实施例的使用频域信道估计的自适应信道估计器的框图。频域信道估计器200在最小乘方(LS)信道估计器212的输入端210处接收训练序列112。在本发明一个实施例中，估计器可定义为一个基于已知数据来计算一个量以提供未知量的信息的模块。最小二乘方估计器使用来自一组已知数据的平方误差即最小二乘方误差的最小和来提供未知量的估计，尽管本发明的范围不局限于此。训练序列112可馈至一个快速傅利叶转换(FFT)模块214中，该模块可用于像处理数据码元116一样处理训练码元T1和T2。FFT 214的输出可在模块216中对两个码元求平均，然后在模块218中可用存储于模块220中的训练码元在频域内除(divided)该平均输出。LS估计器模块212的输出222可以是一个最小二乘方传递函数估计，尽管本发明的范围不限于此。

在输入210处的训练序列112也可应用到可能包括匹配滤波器226的模块224中。匹配滤波器226也可以用于精确帧同步。匹配滤波器226的输出可通过滤波器响应校正单元228，其可用于删除匹配滤波器226在主信道波束上的滤波响应的边缘波瓣，例如视线分量，并且改进对延迟波束的检测。出于这样的目的，滤波器响应校正单元228可以从匹配滤波器226的实际响应中扣除理想的长训练码元自相关函数。可将滤波器响应校正单元228的输出通过信道延迟扩展估计器230，其在一个实施例中可以是一个具有一个或多个适当选择的阈值的门限装置，其依赖于预设定的信号噪声比(SNR)，截断延迟较长的可忽略的较小波束。图5所示的图表描述了较小波束的截断和对图表510中的情形的信道延迟扩展估计。信道延迟扩展估计器230可以估计信道延迟扩展，其为在输出232处所估计的信道长度，作为信号能量的主要部分可在其间聚集的时间延迟，尽管本发明的范围不局限于此。通过信道延迟扩展估计器230和模块224来估计延迟扩展可使频域信道估计器200改善最小二乘方传递函数估计的精度，尽管本发明的范围不局限于此。

LS估计器212的输出222可在频域平滑模块234与估计信道长度输出232结合。频域平滑模块234中，来自LS估计器的LS信道估计可以在频域内利用海明(Hamming)窗口或者其同类而被平滑。频率窗口长度根据下式与信道长度成反比：

L_{WINDOW} = \frac{K}{L_{CHANNEL}}

式中L_WINDOW是频率窗口长度，K是一系数，其在一实施例中，适用于海明窗口的系数大约为32，而L_CHANNEL是样本中的估计信道长度。在一个实施例中，样本间距可为50纳秒，尽管本发明的范围不局限于此。频域信道估计器200的总体输出236是在频域平滑模块234的输出，其提供频域信道估计。频域信道估计200的输出236可以是一自适应平滑的信道传递函数估计，其中平滑窗口长度可调节到与信号噪声比率水平和频率选择信道传递函数方差相一致从而提高信道估计的精度。

参考图3，讨论一根据本发明一个实施例使用时域信道估计的自适应信道估计器的方框图。时域信道估计器300在最大似然(ML)估计器模块312的输入310处接受训练序列。在一个实施例中，最大似然估计器使用一似然函数的最大值，该似然函数是一种基于一组已知的、被监测的数据，适用于一组未知数据的数值的数学概率函数，尽管本发明的范围不局限于此。输入310也可被应用于模块224，其在一个实施例中与图2所示的模块224相对应。使用ML信道估计方案的ML估计器块312的复杂性取决于信道长度，其中更大的信道长度需要更大的统计复杂性和处理时间。通常，信道长度是未知的，所以ML信道估计会假设信道长度等于保护间距GI2，其在一个实施例中为800纳秒。通过信道延迟扩展估计器230和模块224来估计延迟扩展可允许ML估计器312提前知道所需要的应该估计的信道系数的数量，即信道波束的数目。这样的信息导致估计精度因为知悉估计参数的数目而改善。例如，在一个典型的室内环境中，延迟扩展的范围可达到200纳秒，然而没有延迟扩展估计时，信道响应函数的ML估计可能是基于保护间距持续时间，大约800纳秒间隔，尽管本发明的范围不局限于此。

模块224的输出314可基于由信道延迟扩展估计器230所提供的估计信道延迟扩展向模块312提供信道响应长度估计，使得由ML估计器312所进行的ML估计可以基于实际的信道延迟扩展。由ML估计器312所提供的信道估计计算可利用常规的最大似然(ML)算法。在模块224所确定的延迟扩展较短的情形下，可以使用较少的计算负载来进行更加精确的估计。结果，时域信道估计器300可以将信道估计确定适应于实际估计的延迟扩展，尽管本发明的范围不局限于此。同样的，在图2所示的频域信道估计器200的模块234中进行的频域平滑可以等效于减少在时域信道估计器300中的估计信道响应系数的量。

参照图4，讨论根据本发明一个实施例使用时域信道估计的另一种自适应信道估计器的框图。图4所示的自适应信道估计器300包括一使用ML信道估计方案的最大似然估计模块312，可用于使用非单调信道脉冲响应函数来估计信道的，几乎没有强烈回声的信道。在这种情况下，信道脉冲响应可由较少数量的，且在波束之间具有相对较大的延迟的有效波束组成。滤波器响应校正单元228的输出可通过信道有效波束提取器430，在一个实施例中，它可以是一个具有一个或多个适当选择的阈值的门限装置，取决于预设定信号噪声比(SNR)，截断可忽略的较小波束而仅仅保留少数的有效波束。图5所示的图表描述了在本例中在图表512对有效波束的提取。在这方面，信道有效波束提取器430会确定一些包含信号能量的主要部分的有效波束，尽管本发明的范围不局限于此。

通过信道有效波束提取器430和块424来估计信道有效波束的数目和延迟会使得ML估计器312提前知道所需要估计的信道系数的数目，例如，有效波束的数目和位置。这样的认知将导致由于对所估计的参数数目的了解而改善估计精确性。

现在参考图6，讨论根据本发明一个实施例的无线系统的方框图。图6所示的无线系统包括一无线终端610，它可通过无线链路620与基站624通讯。在本发明的一个实施例中，无线系统600与IEEE标准，例如IEEE802.11a，或者OFDM标准相兼容，使得在基站624和无线终端610之间的通过无线链路620的通讯可以根据适当的标准发生，尽管本发明的范围不局限于此。尽管在图6中示出了一无线系统600，其中无线终端610与基站624以一基础设施模式进行通讯，在另一实施例中，无线终端610可采用无线自组网模式与一个或多个其它无线终端或者设备通讯，尽管本发明的范围不局限于此。

无线终端610包括耦合至天线618的无线收发器612、处理器614和存储器616。在本发明的一个实施例中，信道估计器200或者300以硬件形式作为无线收发器612的一部分实现，或者全部或至少部分地作为由处理器614执行的指令来实现，例如，其中处理器614是一个数字信号处理器(DSP)时。在一个特定实施例中，信道估计器200或者300可实现在一个移动模块中，例如，无线终端610可使用的PC卡模块，或者信道估计器可以集成在无线终端610的硬件中，例如，集成在一个芯片组中，其中，无线终端可以是一便携式计算机，尽管本发明的范围不局限于此。无线终端610通过与可能包括一适当的天线622的基站624通讯来访问网络626。根据本发明的一个实施例，基站624也可包括信道估计器200或者300，当与无线终端610通讯时提供更精确的信道估计，尽管本发明的范围不局限于此。

尽管本发明通过一些特定的细节进行了描述，应该认识到其中的各种元件都可以由本领域技术人员在不背离本发明的精神和范围的前提下进行变更。但可以相信，用于本发明的无线设备或类似的通讯子系统，及其附带的优点可以通过前文的描述而被理解，而且显然的，在不背离本发明的范围和精神，或者不牺牲它的材料优点的前提下，可以在其中的元件的形式、结构和排列上作出很多改变，以上所描述的形式仅仅是其实例性实施例，且没有进一步对其提供实质性修改。这是权利要求所要包括的，其中也包括这样的改变。

Claims

1.一种用于信道估计的装置，包括：

用于提供估计延迟扩展的模块，包括将输出提供给滤波器响应校正单元的匹配滤波器，所述滤波器响应校正单元能够从所述匹配滤波器的响应中扣除理想的长训练码元自相关函数，并且将输出提供给延迟扩展估计器用于确定所述估计延迟扩展；

频域平滑器，可操作地耦合到所述模块以便至少部分地基于最小二乘方信道估计和所述估计延迟扩展来提供频域信道估计。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括响应于接收的训练序列提供最小二乘方信道估计的最小二乘方估计器，并且所述延迟扩展估计器响应于接收的训练序列确定估计延迟扩展。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述频域平滑器适合于至少部分地基于海明窗口来提供频域信道估计。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述频域平滑器适合于至少部分地基于等于或小于200纳秒的估计延迟扩展来提供频域信道估计。

5.一种用于信道估计的装置，包括：

可操作地耦合到所述模块以响应于接收到的训练序列提供最大似然信道估计的最大似然估计器；

其中所述最大似然估计器适合于至少部分地基于所述估计延迟扩展来提供时域信道估计。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，其中所述延迟扩展估计器响应于接收到的训练序列确定估计延迟扩展。

7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述最大似然估计器适合于确定信道系数的数量以至少部分地基于估计延迟扩展来提供时域信道估计。

8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述最大似然估计器适合于至少部分地基于小于或者等于200纳秒的估计延迟扩展来提供时域信道估计。

9.一种用于信道估计的装置，包括：

响应于接收的训练序列提供最大似然信道估计的最大似然估计器；

其中所述最大似然估计器适合于至少部分地基于有效波束的估计数目和延迟来提供时域信道估计；

耦合到所述最大似然估计器以提供所述有效波束的估计数目和延迟的模块，其中所述模块至少包括匹配滤波器、耦合到所述匹配滤波器的滤波器响应校正单元以及耦合到所述滤波器响应校正单元的信道有效波束提取器，并且其中将所述匹配滤波器的输出提供给所述滤波器响应校正单元，将所述滤波器响应校正单元的输出提供给所述信道有效波束提取器，所述单元从所述匹配滤波器的响应中扣除理想的长训练码元自相关函数。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括一有效波束估计器，以响应于接收的训练序列确定有效波束的数目和延迟。

11.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述最大似然估计器适合于确定有效信道系数的数量和延迟以提供时域信道估计。

12.一种用于信道估计的方法，包括：

由匹配滤波器接收训练序列；

由滤波器响应校正单元通过从所述匹配滤波器的响应中扣除理想的长训练码元自相关函数来对所述匹配滤波器的输出执行滤波器响应校正；

接收所述滤波器响应校正单元的输出以确定延迟扩展估计；和

提供信道估计，其中所述提供信道估计包括由频域平滑器至少部分地基于最小二乘方信道估计和所述延迟扩展估计提供一频域信道估计，或者由最大似然估计器至少部分地基于所述延迟扩展估计提供一时域信道估计。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述提供信道估计是至少部分基于海明窗口的。

14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述提供是至少部分基于等于或者小于200纳秒的估计延迟扩展的。

15.一种信道估计器，包括：

用于接收训练序列的匹配滤波装置；

用于通过从所述匹配滤波装置的响应中扣除理想的长训练码元自相关函数来对所述匹配滤波器的输出执行滤波器响应校正的滤波器响应校正装置；

用于接收所述滤波器响应校正单元的输出以基于经校正的所述匹配滤波装置的输出确定延迟扩展估计的延迟扩展估计装置；和

用于提供信道估计的装置，其中所述用于提供信道估计的装置包括用于至少部分地基于最小二乘方信道估计和所述延迟扩展估计提供频域信道估计的频域平滑装置，或者用于至少部分地基于所述延迟扩展估计提供时域信道估计的最大似然估计装置。

16.如权利要求15所述的信道估计器，其特征在于，还包括用于使所述信道估计至少部分地基于海明窗口的装置。

17.如权利要求15所述的信道估计器，其特征在于，还包括用于使所述调节至少部分基于小于或等于约200纳秒的估计延迟扩展的装置。

18.一种用于信道估计的装置，包括：

响应于接收的训练序列提供信道估计的信道估计器；

响应于接收的训练序列确定估计延迟扩展的模块，包括将输出提供给滤波器响应校正单元的匹配滤波器，所述滤波器响应校正单元能够从所述匹配滤波器的响应中扣除理想的长训练码元自相关函数，并且将输出提供给延迟扩展估计器用于确定所述估计延迟扩展；

其中所述信道估计器适合于至少部分基于所述估计延迟扩展来提供信道估计；以及

非易失性存储器设备，其中至少存储信道估计和估计延迟扩展二者中之一者。

19.如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述信道估计器适合于采用更短的延迟扩展来提供更精确的信道估计。

20.如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述信道估计器适合于至少部分基于海明窗口来提供信道估计。

21.如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述信道估计器适合于至少部分基于小于或等于大约200纳秒的估计延迟扩展来提供信道估计。