用于在OFDM系统中缓解过剩延迟的时间滤波

摘要

描述了用于具有过剩延迟扩展的OFDM系统的导频传输和信道估计技术。为了缓解过剩延迟扩展的有害效应，使用了时间滤波。时间滤波用于抵制信道估计中的过剩延迟扩展效应。在存在交错导频时执行时间滤波，其有助于改善在存在过剩延迟扩展情况下的信道估计。

说明书

基于35U.S.C§119要求优先权

本专利申请要求于2004年1月28日递交的、名称为“TIMEFILTERING FOR EXCESS DELAY MITIGATION IN OFDMSYSTEMS”(用于在OFDM系统中缓解过剩延迟的时间滤波)的临时申请No.60/540,087的优先权，该临时申请转让给本申请的受让人，从而在此通过参考而特别援引该临时申请。

技术领域

本发明总体上涉及数据通信，更具体地，涉及在正交频分复用(OFDM)系统中缓解过剩延迟(excess delay)的时间滤波。

背景技术

OFDM是一种多载波调制技术，其有效地将整个系统带宽划分为多个(N_F个)正交子带。这些子带也被称为音调、子载波、频段以及频道。通过OFDM，每个子带与各自的可调制数据的子载波相关联。在每个OFDM符号周期中，可在N_F个子带上发射多达N_F个调制符号。在传输之前，使用N_F点快速傅里叶反变换(IFFT)将这些调制符号转换到时域，以得到包含N_F个码片的“转换”符号。

OFDM可以用于抵制频率选择性衰落，由在整个系统带宽的不同频率处的不同信道增益来表示频率选择性衰落的特征。众所周知，频率选择性衰落引起符号间干扰(ISI)，由于该现象，接收信号中的每个符号使得接收信号中后续的一个或多个符号产生失真。ISI失真通过影响正确检测接收符号的能力使性能恶化。OFDM可以通过重复每个转换符号的一部分以形成相应的OFDM符号，方便地抵制频率选择性衰落。所重复的部分通常被称为循环前缀。

循环前缀的长度(也就是，每个OFDM符号的重复量)取决于延迟扩展。无线信道的延迟扩展是无线信道脉冲响应的时间跨度或者持续时间。该延迟扩展也是发射机通过无线信道所发射信号中最早和最晚到达接收机的信号实例(或者多径)之间的差值。OFDM系统的延迟扩展是系统中用于所有发射机和接收机的无线信道的预期最大延迟扩展。为了使得系统中的所有接收机能够抵制ISI，循环前缀长度应当等于或者大于最大预期延迟扩展。但是，由于循环前缀意味着每个OFDM符号的开销，因此希望循环前缀长度尽可能短，以使开销最小化。作为一种折衷，通常将循环前缀长度选择为使得循环前缀包含系统中大多数接收机的所有多径能量中的主要部分。

OFDM系统可以经受小于或者等于循环前缀长度的延迟扩展。在这种情况下，N_F个子带彼此正交。但是，系统中的给定接收机可能观测到过剩延迟扩展，该延迟扩展大于循环前缀长度。如下所述，过剩延迟扩展可能引起多种有害效应，例如ISI和信道估计误差，这两种效应都可能降低系统的性能。因此，本领域需要缓解OFDM系统中过剩延迟扩展的有害效应的技术。

发明内容

本文描述用于发射导频以及估计具有过剩延迟扩展的无线信道的响应的技术。

在一个方案中，一种在无线通信系统中估计信道的方法包括：获得至少两个导频子带集合的至少两组接收导频符号，每个导频子带集合对应有一组接收导频符号，其中，第二组与第一组交错；将接收导频符号划分为偶数符号和奇数符号，其中，所述偶数符号包括实际和过剩分量，所述奇数符号包括实际和过剩分量；基于所述偶数符号和所述奇数符号分别确定偶数有效估计和奇数有效估计；选择第一时间滤波器系数集合以用于估计实际信道；选择第二时间滤波器系数集合以用于估计过剩信道；至少基于所述偶数有效估计、所述奇数有效估计、所述第一时间滤波器系数集合和所述第二时间滤波器系数集合，对实际信道执行时间滤波；以及至少基于所述偶数有效估计、所述奇数有效估计、所述第一时间滤波器系数集合和所述第二时间滤波器系数集合，对过剩信道执行时间滤波。

在另一方案中，一种用于无线通信系统中的设备包括：获得至少两个导频子带集合的至少两组接收导频符号的装置，每个导频子带集合对应有一组接收导频符号，其中，第二组与第一组交错；将接收导频符号划分为偶数符号和奇数符号的装置，其中，所述偶数符号包括实际和过剩分量，所述奇数符号包括实际和过剩分量；基于所述偶数符号和所述奇数符号分别确定偶数有效估计和奇数有效估计的装置；选择第一时间滤波器系数集合以用于估计实际信道的装置；选择第二时间滤波器系数集合以用于估计过剩信道的装置；至少基于所述偶数有效估计、所述奇数有效估计、所述第一时间滤波器系数集合和所述第二时间滤波器系数集合，对实际信道执行时间滤波的装置；以及至少基于所述偶数有效估计、所述奇数有效估计、所述第一时间滤波器系数集合和所述第二时间滤波器系数集合，对过剩信道执行时间滤波的装置。

在另一方案中，一种计算机可读介质包含用于在无线通信系统中估计信道的方法，该方法包括：获得至少两个导频子带集合的至少两组接收导频符号，每个导频子带集合对应有一组接收导频符号，其中，第二组与第一组交错；将接收导频符号划分为偶数符号和奇数符号，其中，所述偶数符号包括实际和过剩分量，所述奇数符号包括实际和过剩分量；基于所述偶数符号和所述奇数符号分别确定偶数有效估计和奇数有效估计；选择第一时间滤波器系数集合，用于估计实际信道；选择第二时间滤波器系数集合，用于估计过剩信道；至少基于所述偶数有效估计、所述奇数有效估计、所述第一时间滤波器系数集合和所述第二时间滤波器系数集合，对实际信道执行时间滤波；以及至少基于所述偶数有效估计、所述奇数有效估计、所述第一时间滤波器系数集合和所述第二时间滤波器系数集合，对过剩信道执行时间滤波。

下面进一步详细描述本发明的各个方案和实施例。

附图说明

结合附图参考下述详细描述，本发明的特征和特性将变得更加明显，在本文中相同的参考符号对应相同的内容，其中：

图1示出OFDM系统的OFDM调制器；

图2A和2D分别示出具有过剩延迟扩展的无线信道及其有效信道；

图2B和2C示出无线信道的接收码片序列；

图3示出可用于OFDM系统的子带结构；

图4示出OFDM系统中的接入点和终端；以及

图5示出信道估计器。

具体实施方式

在本文中，术语“示例性的”用于表示“作为一个例子、实例或者例证”。不应将本文中描述为“示例性的”任何实施例或者设计看作为优选于或优于其它实施例或者设计。

本文描述的用于缓解过剩延迟的时间滤波技术可用于多种通信系统，例如，基于正交频分复用(OFDM)的系统、正交频分多址(OFDMA)系统、码分多址(CDMA)系统、时分多址(TDMA)系统、频分多址(FDMA)系统、单输入单输出(SISO)系统、多输入多输出(MIMO)系统等等。

在OFDM系统中，在每个OFDM符号的开始处插入循环前缀，以移除连续符号之间的干扰。当信道的延迟扩展小于循环前缀而且接收机被同步以选择适当的FFT窗口时，在连续的OFDM符号之间没有符号间干扰(ISI)。此外，将与信道脉冲响应的线性卷积转换为循环卷积，并且保持载波之间的正交性。换句话说，在同一OFDM符号内的不同载波之间没有载波间干扰(ICI)。

当信道的延迟扩展超过循环前缀时，存在ICI以及ISI，这将使OFDM系统的性能恶化。通过增加循环前缀的长度来避免这种恶化将导致不可接受的系统开销。除了引入ICI/ISI之外，过剩延迟扩展的存在可能导致需要估计信道的相干接收机中的进一步恶化。具体地，如果信道抽头的数量增加，则分配用于信道估计的导频资源可能不够。显然，这种情况下的恶化将取决于所分配的资源以及过剩延迟扩展量。

与循环前缀相同，增加用于信道估计的资源可导致不可接受的开销增加。信道估计的恶化可能在某些实际情况下非常明显，超过由ICI和ISI引起的固有恶化。使用考虑到过剩延迟扩展的存在的信道估计技术可缓解这种影响。

图5示出OFDM系统的OFDM调制器100的框图。通常对将要发射的数据进行编码和交织，以生成编码比特，然后将其映射为调制符号。符号映射通过下列步骤来执行：(1)将编码比特分组为B比特二进制值，B≥1，以及(2)基于调制方案将每个B比特值映射为特定的调制符号(例如，MPSK或者M-QAM，其中M＝2^B)。每个调制符号是对应于调制方案的信号星座中的复数值。对于每个OFDM符号周期，在N_F个子带中的每个子带上发送一个“发射”符号。每个发射符号可以是导频/数据的调制符号或者零值信号(也就是，“零符号”)。在每个OFDM符号周期中，IFFT单元110对全部N_F个子带的N_F个发射符号执行N_F点IFFT，并且提供包含N_F个码片的转换符号。IFFT可表示为：

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