專利名稱：無線通信系統(tǒng)中的多路徑信號的估計的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線通信領域。特別地，本發(fā)明涉及在經(jīng)由多路徑信道傳輸信號之后根據(jù)所接收到的信號的聯(lián)合延遲和多普勒頻率估計。
背景技術：
無線通信系統(tǒng)可以被表示為由信道102分隔的發(fā)射機100和接收機104，如圖1所示。發(fā)射機將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成適用于在信道上傳輸?shù)男盘枴榱舜_定所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，接收機104的目標是從信號移除信道失真的影響并且獲得數(shù)據(jù)的估計。信道102代表由無線通信系統(tǒng)周圍的環(huán)境引起的影響。信道102可能以某種方式使得所傳輸?shù)男盘柺д妗Ｐ诺朗д婵梢园ǚ仁д?、頻率偏移、相位偏移、多普勒效應、由多路徑信道引起的失真、加性噪聲或干擾。接收機104可以包括信道估計器。信道估計器可以觀察通過在信道102上的傳輸而失真的所接收到的信號，并且基于該觀察來生成信道估計。本說明書中對任何現(xiàn)有技術的參考不是并且不應當作為該現(xiàn)有技術形成澳大利亞或任何其他管轄區(qū)域的公知常識的一部分，或者該現(xiàn)有技術可以合理地被期望為被本領域技術人員確定、理解并認為是相關的確認或任何形式的建議。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種估計時變多路徑通信信道的方法，該方法包括:接收包括在多路徑通信信道上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組的信號；以及根據(jù)所接收到的信號生成多路徑通信信道的模型中的參數(shù)的估計，該模型將所述多路徑通信信道特征化為具有多個分支的延遲線，每個分支具有定義該分支的延遲、多普勒和復數(shù)增益的估計的分支參數(shù)，其中，所估計的分支參數(shù)對于數(shù)據(jù)分組是恒定的。數(shù)據(jù)分組可以是正交頻分復用(OFDM)分組。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種估計時變多路徑通信信道的方法，該方法包括:接收多路徑通信信道的頻域估計，該頻域估計從在多路徑通信信道上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組得到；以及基于該頻域估計來生成多路徑通信信道的時域模型中的分支參數(shù)的估計，該時域模型將所述多路徑通信信道特征化為具有多個分支的延遲線，每個分支具有定義該分支的延遲、多普勒和復數(shù)增益的分支參數(shù)，其中，所估計的分支參數(shù)對于數(shù)據(jù)分組是恒定的。生成模型參數(shù)的估計的方法可以包括:定義用于延遲和多普勒分支參數(shù)的搜索窗口 ；
將搜索窗口劃分為多個頻段；確定各頻段的相關度量；識別在所確定的相關度量中的一個或多個峰值；以及基于所識別出的峰值來輸出延遲和多普勒分支參數(shù)的估計。生成模型參數(shù)的估計的方法可以包括:接收信道估計；估計所檢測到的多路徑分量的延遲和多普勒分支參數(shù)；進行最小二乘估計以生成所檢測到的分支的復數(shù)增益分支參數(shù)的估計；以及通過使用所估計的延遲、多普勒和復數(shù)增益分支參數(shù)來量化所檢測到的多路徑分量，從信道估計中減去所檢測到的多路徑分量。方法可以被重復以迭代地從信道估計移除所檢測到的多路徑分量。生成模型參數(shù)的估計的方法可以包括細化估計的方法，包括:接收初始信道估計；接收多個多路徑分量的估計的分支參數(shù)的集合；從初始信道估計中減去多個多路徑分量中除了當前考慮的多路徑分量以外的所有分量；生成當前考慮的多路徑分量的延遲分支參數(shù)和多普勒分支參數(shù)的細化估計；以及進行最小二乘估計以生成當前考慮的多路徑分量的復數(shù)增益分支參數(shù)的細化估計。細化估計的方法可以被重復以生成多個多路徑分量的細化估計。還公開了一種執(zhí)行前面段中所述的方法的設備。本發(fā)明還在于用于實現(xiàn)所述方法的可由設備執(zhí)行的指令和存儲在由設備可讀的存儲介質(zhì)中的指令。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種估計時變多路徑通信信道的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:接收機，用于接收包括在多路徑通信信道上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組的信號；頻域信道估計器，用于基于所接收到的信號來生成頻域信道估計；以及時域信道建模器，用于接收頻域信道估計并且生成多路徑通信信道的時域模型中的參數(shù)的估計，該模型將所述多路徑通信信道特征化為具有多個分支的延遲線，每個分支具有定義該分支的延遲、多普勒和復數(shù)增益的分支參數(shù)，其中，分支參數(shù)對于數(shù)據(jù)分組是恒定的。


現(xiàn)在將參考

本發(fā)明的實施例，其中:圖1是通信系統(tǒng)的示意圖；圖2示出具有雙路徑信道的環(huán)境的示例；圖3是與圖2的環(huán)境相對應的具有兩個路徑的時域信道的示例；圖4是用于處理所接收到的信號并估計信道模型的系統(tǒng)的實施例的示意表示；圖5A是具有PSK調(diào)制和90個符號的信號的OFDM系統(tǒng)的模糊函數(shù)的等值線圖5B是具有PSK調(diào)制和242個符號的信號的OFDM系統(tǒng)的模糊函數(shù)的等值線圖；圖6A是用于聯(lián)合延遲/多普勒估計的第一種方法的流程圖；圖6B是用于經(jīng)由連續(xù)多路徑抵消的聯(lián)合延遲/多普勒估計的迭代方法的流程圖；圖6C是用于細化多路徑估計的集合的迭代方法的流程圖；圖7示出使用具有單個分支的蒙特卡羅模擬的圖6的方法的性能評價；以及圖8示出使用具有三個分支信道的蒙特卡羅模擬的圖6的方法的性能評價。
具體實施例方式針對在移動環(huán)境中傳輸信號時的多路徑分量的估計來描述估計器的實施例。估計器可以用于雙彌散信道，其中信道的頻率選擇性隨著時間而改變。所述技術對無線通信系統(tǒng)具有潛在應用，該無線通信系統(tǒng)例如，DVB-T, DVB-H、IEEE802.11、IEEE802.16、3GPP2、專用短距離通信(DSRC)、陸地移動通信接入(CALM)和專有系統(tǒng)。在移動環(huán)境中傳輸?shù)碾姶判盘柋画h(huán)境中的物體散射。接收機104 (其也可以具有相對于發(fā)射機100的特定速度)接收由來自物體的反射所導致的傳輸信號的延遲和頻率偏移版本的疊加。傳輸信號的這些版本中的各版本被稱為多路徑分量、多路徑分支、信道分支和/或分支并且在本文的等式中由P表示。這種類型的信道102通常被稱為多路徑信道。各多路徑分量的延遲(也被稱為到達時間(ToA))是由信號通過路徑距離所花費的時間導致的，并且由τ表示。也被稱為多普勒頻率和/或“多普勒”的頻率偏移是由多普勒效應導致的并且由U表示。各多路徑分量的延遲和/或多普勒的估計可以被輸出至諸如圖形顯示器之類的用戶接口和/或被存儲在存儲器中，以在雷達應用中使用來用于目標檢測和定位、或者用于信號通信中的信道特征化?？梢岳缫杂衫走_應用軟件使用的數(shù)字形式將估計提供至雷達應用以用于目標檢測和定位?？梢詫⒐烙嬏峁┲列盘柾ㄐ艖靡杂糜谛诺捞卣骰??？梢栽谛盘柾ㄐ艖弥惺褂霉烙媮碛糜陂_發(fā)高效和可靠的通信方案。如果與傳輸信號的帶寬相比，多路徑的相干帶寬小，則所產(chǎn)生的信道是頻率選擇性的。正交頻分復用(OFDM)是特別設計為以相對低的接收機復雜性來抗擊頻率選擇信道的傳輸策略。在OFDM中，將信號帶寬分割成幾個非重疊的(因此是正交的)窄帶子載波，以使得各子信道是非頻率選擇性的。圖2示出具有引起發(fā)射機100和接收機104之間的雙路徑信道的偏轉(zhuǎn)器200的環(huán)境的示例，其中:T是表示發(fā)射機100的位置的點；R是表示接收機104的位置的點；以及Q是表不信號偏轉(zhuǎn)器200的位置的點。圖3示出與圖2的環(huán)境相對應的時域中的信道102 (具有歸一化功率延遲特征)的示例。直接路徑TR與時間h處的信道分支hJOO相對應。經(jīng)由偏轉(zhuǎn)器200的偏轉(zhuǎn)路徑與延遲t2處的信道分支h2702相對應。在該示例中，h2702由于增大的傳播損失(由于偏轉(zhuǎn)路徑比直接路徑長)和在偏轉(zhuǎn)點200處的衰減而具有相對于分支hJOO的較低功率。兩個信道分支之間的時間差是Λ t12=t2-t10分支hJOO和h2702的瞬時相位和相位改變率也可以不同。如在圖4中看出，傳輸信號106經(jīng)過由環(huán)境引起的信道102。在接收天線108處收集所接收到的信號并且將該信號輸入至接收機104。接收機104處理所接收到的信號以確定傳輸數(shù)據(jù)。圖4在信道估計方面示出了接收機處理，并且省略對于本領域技術人員來說顯而易見的屬于接收機104的通常操作的細節(jié)。例如，接收機104還可以使得傳輸數(shù)據(jù)對于通信系統(tǒng)的其他部件可用。接收機104將接收機信息(例如所接收到的信號樣本)輸出至頻域信道估計器110，由于信道在分組的持續(xù)時間期間變化，頻域信道估計器110提供頻域中的初始信道估計112。我們的以前的共同受讓的國際(PCT)申請，即WIPO公開號(分別)為W02007022564、W02007095697, W02008040088 的 PCT/2006/AU001201、PCT/2007/AU000231 和 PCT/2007/AU001506的內(nèi)容通過引用包含于此，它們公開了用于信道估計器110的系統(tǒng)和方法。頻域信道估計器110被示出為相對于接收機104的獨立的功能模塊，但是實際上，信道估計器110可以是接收機104的部件。頻域信道估計112被提供至時域信道建模器114，其估計用于各多路徑分支的包括延遲、復數(shù)增益(complex gain)和多普勒的時域參數(shù)。下面更詳細地描述在時域信道建模器中使用的方法。時域信道建模器114可以是包含在接收機104中的功能模塊。可替代地，建模器114可以被實施為與接收機1 04進行數(shù)據(jù)通信的獨立的單元。建模器114還可以是離線運行的，即，使用早期由接收機104接收到的數(shù)據(jù)。本文所述的包括頻域信道估計器110和時域信道建模器114的功能模塊可以以例如專用集成電路(ASIC)的硬件來實施。其他硬件實施包括但不限于現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、結構化ASIC、數(shù)字信號處理器和離散邏輯電路?？商鎿Q地，功能模塊可以被實施為軟件，諸如在計算機系統(tǒng)內(nèi)可執(zhí)行的一個或多個應用程序。軟件可以被存儲在計算機可讀介質(zhì)中并且可以從計算機可讀介質(zhì)加載至計算機系統(tǒng)中以由計算機系統(tǒng)執(zhí)行。其上記錄了計算機程序的計算機可讀介質(zhì)是計算機程序產(chǎn)品。這種介質(zhì)的例子包括但不限于CDR0M、硬盤驅(qū)動器、ROM或集成電路。還可以經(jīng)由計算機可讀傳輸介質(zhì)(例如無線電傳輸信道或網(wǎng)絡連接)將程序代碼傳輸至另一計算機或聯(lián)網(wǎng)裝置。建模器114中使用的方法使用以下部分中描述的系統(tǒng)模型。1.系統(tǒng)模型考慮K個子載波的OFDM系統(tǒng)，其中，傳輸長度L的OFDM符號的分組。使得Χ1Λε χ表示OFDM符號I的子載波k的符號，其中JC C是任意復數(shù)星座。各符號是從χ中隨機、獨立并且均勻地抽取的，并且具有單位平均能量，即，針對任意的η關I或!11關k，E [ I Xl k 12] =1并且= 08接收機被假定為完全了解傳輸?shù)姆朮u，例如，導頻信號或來自解碼器判決的反饋。我們使得X# = [:.'nxi(t)表不時間上連續(xù)的所傳輸?shù)腛FDM信號,其中
權利要求
1.一種估計時變多路徑通信信道的方法，該方法包括: 接收包括在所述多路徑通信信道上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組的信號；以及根據(jù)所接收到的信號生成所述多路徑通信信道的模型中的分支參數(shù)的估計，所述模型將所述多路徑通信信道特征化為具有多個分支的延遲線，每個分支具有定義所述分支的延遲、多普勒和復數(shù)增益的估計的分支參數(shù)， 其中，所估計的分支參數(shù)對于所述數(shù)據(jù)分組是恒定的。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述數(shù)據(jù)分組是正交頻分復用(OFDM)分組。
3.一種估計時變多路徑通信信道的方法，該方法包括: 接收所述多路徑通信信道的頻域信道估計，所述頻域估計從在所述多路徑通信信道上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組得到；以及 基于所述頻域估計來生成所述多路徑通信信道的時域模型中的分支參數(shù)的估計，所述時域模型將所述多路徑通信信道特征化為具有多個分支的延遲線，每個分支具有定義所述分支的延遲、多普勒和復數(shù)增益的分支參數(shù)， 其中，所估計的分支參數(shù)對于所述數(shù)據(jù)分組是恒定的。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其中，生成所述分支參數(shù)的估計包括: 定義用于所述延遲和多普勒分支參數(shù)的搜索窗口； 將所述搜索窗口劃分為多個頻段； 確定各頻段的相關度量； 識別所確定的相關度量中的一個或多個峰值；以及 基于所識別出的峰值來輸出所述延遲和多普勒分支參數(shù)的估計。
5.根據(jù)權利要求3所述的方法，其中，生成所述分支參數(shù)的估計包括: 估計所檢測到的多路徑分量的延遲和多普勒分支參數(shù)； 進行最小二乘估計以生成所檢測到的多路徑分量的增益分支參數(shù)的估計；以及通過使用所估計的延遲、多普勒和增益分支參數(shù)來量化所檢測到的多路徑分量，從所述信道估計中減去所檢測到的多路徑分量。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其中，所述估計、最小二乘估計和減去被重復以迭代地從所述信道估計移除所檢測到的多路徑分量。
7.根據(jù)權利要求3-6中任一項所述的方法，其中，還包括細化所述多路徑通信信道的時域模型的估計的方法，所述細化包括: 從所述多路徑通信信道的估計中減去多個多路徑分量中除了當前考慮的多路徑分量以外的所有分量； 生成所述當前考慮的多路徑分量的延遲分支參數(shù)和多普勒分支參數(shù)的細化估計；以及 進行最小二乘估計以生成所述當前考慮的多路徑分量的增益分支參數(shù)的細化估計。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其中，重復所述細化以生成所述多個多路徑分量的細化估計。
9.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其中，生成所述分支參數(shù)的估計使用模糊函數(shù)。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其中，所述模糊函數(shù)通過以下等式來描述:
11.根據(jù)權利要求1-6中任一項所述的方法，還包括: 向雷達應用提供所述信道估計以用于目標檢測和/或定位。
12.根據(jù)權利要求1-6中任一項所述的方法，還包括: 向信號通信處理器提供所述信道估計以用于信道特征化和/或所接收到的信號的處理。
13.根據(jù)權利要求7或8所述的方法，還包括: 向雷達應用提供細化后的估計以用于目標檢測和/或定位。
14.根據(jù)權利要求7或8所述的方法，還包括: 向信號通信處理器提供細化后的估計以用于信道特征化和/或所接收到的信號的處理。
15.根據(jù)權利要求1-8中任一項所述的方法，還包括: 基于所述多路徑通信信道的時域模型來特征化所述通信信道的反射環(huán)境。
16.根據(jù)權利要求3所述的方法，還包括確定頻域估計，所述確定包括: 估計來自所述數(shù)據(jù)分組的數(shù)據(jù)； 使用所述數(shù)據(jù)作為導頻符號來從在所述多路徑通信信道上接收到的信號獲得頻域估計。
17.—種包括記錄在機器可讀記錄介質(zhì)上的機器可讀程序代碼的計算機程序產(chǎn)品，用于控制數(shù)據(jù)處理設備的操作，在該數(shù)據(jù)處理設備上執(zhí)行所述程序代碼以執(zhí)行根據(jù)權利要求1-16中任一項所述的方法。
18.一種計算機可讀介質(zhì)，包括用于以下的指令: 接收所述多路徑通信信道的頻域信道估計，所述頻域估計從在所述多路徑通信信道上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組得到；以及 基于所述頻域估計來生成所述多路徑通信信道的時域模型中的分支參數(shù)的估計，所述時域模型將所述多路徑通信信道特征化為具有多個分支的延遲線，每個分支具有定義所述分支的延遲、多普勒和增益的分支參數(shù)， 其中，所估計的分支參數(shù)對于所述數(shù)據(jù)分組是恒定的。
19.根據(jù)權利要求18所述的計算機可讀介質(zhì)，還包括用于以下的指令: 定義用于所述延遲和多普勒分支參數(shù)的搜索窗口； 將所述搜索窗口劃分為多個頻段； 確定各頻段的相關度量； 識別所確定的相關度量中的一個或多個峰值；以及 基于所識別出的峰值來輸出所述延遲和多普勒分支參數(shù)的估計。
20.根據(jù)權利要求18所述的計算機可讀介質(zhì)，還包括用于以下的指令: 估計所檢測到的多路徑分量的延遲和多普勒分支參數(shù)； 進行最小二乘估計以生成所檢測到的分支的增益分支參數(shù)的估計；以及通過使用所估計的延遲、多普勒和增益分支參數(shù)來量化所檢測到的多路徑分量，從所述信道估計中減去所檢測到的多路徑分量。
21.根據(jù)權利要求20所述的計算機可讀介質(zhì)，還包括用于以下的指令: 重復所述估計、最小二乘估計和減去以迭代地從所述信道估計移除相應的多路徑分量。
22.根據(jù)權利要求18-21中任一項所述的計算機可讀介質(zhì)，還包括用于以下的指令: 從所述多路徑通信信道的估計中減去多個多路徑分量中除了當前考慮的多路徑分量以外的所有分量； 生成所述當前考慮的多路徑分量的延遲分支參數(shù)和多普勒分支參數(shù)的細化估計；以及 進行最小二乘估計以生成所述當前考慮的多路徑分量的增益分支參數(shù)的細化估計。
23.根據(jù)權利要求22所述的計算機可讀介質(zhì)，還包括用于以下的指令: 重復權利要求16中所定義的減去、生成細化估計并進行最小二乘估計的步驟以生成所述多個多路徑分量的細化估計。
24.一種用于估計時變多路徑通信信道的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括: 接收機，用于接收包括在所述多路徑通信信道上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組的信號； 頻域信道估計器，用于基于所接收到的信號來生成頻域信道估計；以及時域信道建模器，用于接收所述頻域信道估計并且生成所述多路徑通信信道的時域模型中的參數(shù)的估計，所述模型將所述多路徑通信信道特征化為具有多個分支的延遲線，每個分支具有定義所述分支的延遲、多普勒和增益的分支參數(shù)， 其中，所述分支參數(shù)對于 所述數(shù)據(jù)分組是恒定的。
25.一種用于基于包括多個多路徑分量的與數(shù)據(jù)分組相關聯(lián)的信號并且基于從所述數(shù)據(jù)分組得到的頻域信道估計來估計時變多路徑通信信道的設備，該設備包括: 時域信道建模器，用于接收所述信道估計并生成所述多路徑通信信道的時域模型中的分支參數(shù)的估計，所述模型根據(jù)所述分支參數(shù)來特征化所述多路徑分量，所述分支參數(shù)定義所述多路徑分量的延遲、多普勒和增益， 其中，所述分支參數(shù)對于所述數(shù)據(jù)分組是恒定的。
全文摘要
本文描述了一種用于估計時變多路徑通信信道(102)的方法和系統(tǒng)。系統(tǒng)包括接收機(104)，用于接收包括在多路徑通信信道(102)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組的信號。系統(tǒng)還包括頻域信道估計器(110)，用于基于所接收到的信號來生成頻域信道估計(112)。系統(tǒng)還包括時域信道建模器(114)，用于接收頻域信道估計(112)并生成多路徑通信信道(102)的時域模型中的參數(shù)的估計。所述模型將所述多路徑通信信道(102)特征化為具有多個分支的延遲線，各分支具有定義該分支的延遲、多普勒和增益的分支參數(shù)。分支參數(shù)對于數(shù)據(jù)分組是恒定的。
文檔編號H04J7/00GK103210603SQ201180040590
公開日2013年7月17日 申請日期2011年6月24日 優(yōu)先權日2010年6月24日
發(fā)明者P·D·亞歷山大, N·萊茲匹斯, A·J·格蘭特, D·V·L·哈利 申請人:科達無線私人有限公司