专利名称：用于为宽带ofdm通信系统执行信道估计的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及无线通信系统，特别地，本发明涉及的是正交频分复用(OFDM)无线通信系统中的信道估计。
背景技术：
在过去数十年中，与信息通信相关的技术取得了快速发展。例如在过去二十年中，无线通信系统已经从提供最初被视为新奇事物的产品变成了提供作为移动通信基础装置的产品。在这些无线技术中，其中最具影响力的或许是蜂窝电话系统和产品。蜂窝技术的出现为现有有线线路通信系统提供了移动扩展，由此可以使用传统的电路交换无线电路径来为用户提供无处不在的覆盖。另一方面，近来几乎在所有通信领域，无线通信技术都在取代有线线路连接。在住宅和办公室中，无线局域网(WLAN)正在快速变为用以取代常规有线线路网络的流行替换方式。
现今的很多WLAN系统都是依照IEEE802.11标准工作的，例如IEEE802.11a或802.11g标准。这些标准规定的是使用正交频分复用(OFDM)来进行数据传输。在OFDM系统中，信号被划分在若干个窄带信道中，其中每个信道都是在不同频率上传送的。最近，OFDM已被建议用作超宽带(UWB)系统的接入方法。以UWB系统为例，该系统以很低的功率以及高达480Mb/s的高数据速率而将数据扩展在了大约500MHz的很大带宽上，而为该系统建议使用的则是多波段OFDM。这种较大频谱使用率与较低功率的组合提高了速度，并且减小了与其他无线频谱的干扰。
与其他无线通信系统一样，UWB系统同样需要解决某些技术难题。其中一个难题涉及的是信道估计。信道估计通常是指那些供数字接收机用来估计无线电信道对发射数据所产生的效应的技术，由此，作为发射数据恢复处理的一部分，接收机可以补偿这些效应。
如下文中更详细描述的那样，例示的UWB系统包括一个作为在每个帧中传送的前同步码的一部分的信道估计序列。在UWB系统中，其中一种执行信道估计的方法是确定与所接收的信道估计序列形式相关联的频率响应，并且使用这两个频率响应的平均值作为当前信道估计。但是，这种技术将会导致大约1.7dB的执行损耗，而这将对整个系统的性能产生不利影响。但是，在给出了UWB系统的高数据速率的情况下(并且由此导致需要很高级别的处理能力来执行复杂的计算)，如果在信道估计序列上使用更复杂的信道估计技术，那么未必会提供一种可行的解决方案。
相应地，较为理想的是提供用于在UWB收发信机中执行信道估计的技术和设备，这些技术和设备能在没有常规技术问题的情况下提供令人满意的性能。
发明内容
根据本发明的系统和方法是通过提供用于确定粗略信道估计和精密信道估计的信道估计方法、系统和设备来解决这个需要以及其他需要的。粗略信道估计可以根据传送到接收机信道估计序列来确定，然后则可以用于检测报头符号。该报头符号可以用于计算附加信道估计，然后该附加信道估计可以与粗略信道估计相结合，以便确定精密信道估计。
根据本发明的一个例示实施例，一种用于无线通信的方法包括以下步骤接收一个数据帧，其中该数据帧包含了前同步码部分、报头部分以及数据部分，使用在帧的前同步码部分中接收的信道估计符号来确定粗略信道估计，使用粗略信道估计来处理数据帧的报头部分，以便产生接收报头符号，根据粗略信道估计和报头符号来确定精密信道估计，以及使用精密信道估计来均衡帧的数据部分。
根据本发明的一个例示实施例，一种收发信机包括接收机，用于接收数据帧，其中该数据帧包含了前同步码部分、报头部分以及数据部分，处理器，用于使用在帧的前同步码部分中接收的信道估计符号来确定粗略信道估计，使用粗略信道估计来处理帧的报头部分，以便产生接收报头符号，以及根据粗略信道估计和接收报头符号来确定精密信道估计，以及均衡器，用于使用最终信道估计来均衡帧的数据部分。
在附图中图示了本发明的优选实施例，其中图1描述的是可以实施本发明的WLAN系统；图2(a)描述的是可以与本发明的例示实施例结合使用的例示OFDM帧格式；图2(b)更详细地显示了图2(a)的OFDM帧格式的前同步码部分；图3是描述根据本发明例示实施例而在收发信机中实施的信道估计的处理图示；以及图4是描述根据本发明例示实施例来执行信道估计的方法的流程图。
具体实施例方式
下文中关于本发明的详细描述引用了附图。在不同的附图中，相同参考数字标识的是相同或相似的部件，此外，下文的详细描述并未限制本发明。取而代之的是，本发明的范围是由附加权利要求定义的。
为了提供某些用于本论述的语境，在这里首先将会参考图1来描述一个例示的WLAN系统。但是本领域技术人员可以想到的是，本发明并不局限于WLAN系统中的实施方式。在这里，有线线路网络10(例如以太网)具有文件服务器12以及与之相连的工作站14。本领域技术人员可以想到的是，典型的有线线路网络是服务于众多固定工作站14的，但是为了简单起见，在图1中只描述了一个工作站。有线线路网络10还经由路由器18与WLAN16相连。该路由器18则将WLAN16的接入点(AP)与有线线路网络相互连接，由此接入点可以与文件服务器12进行通信。在图1的例示WLAN系统中，其中显示了三个小区20、22和23(有时也被称为基本服务集(BSS)和基本服务区域(BSA))，每一个小区都具有一个相应的AP，但是本领域技术人员将会再次想到，在WLAN16中也可以提供更多和更少的小区。在每一个小区内部，相应的AP将会经由无线连接来为众多工作站(W)提供服务。应该指出的是，无线站W可以是任何设备，例如个人计算机、个人数字助理、相机、移动电话或是其他任何能够经由UWB连接而与系统进行通信的设备。
根据本发明的例示实施例，AP与相应无线站W之间的信号传输是使用OFDM信号执行的，其中举例来说，该传输可以依照日期为2003年11月的IEEE P802.15-03/268r2进行。本领域技术人员将会了解，这个特定标准规范仅仅是作为可以与本发明结合使用的OFDM物理层的实例使用的，并且其他无线标准或格式同样是可以与之一起使用的。根据本发明例示实施例的设备和方法提供了用于接收此类OFDM信号以及对其执行信道估计的技术。
在图2(a)和图2(b)中描述了根据本发明例示实施例的用于数据传输的例示格式。在图2(a)中，其中显示的是一个OFDM帧格式，它通常包含了前同步码30、报头32和可变长度净荷(数据)部分34。而在上述IEEE标准建议中则可以发现关于这些不同字段的更多细节。图2(b)更详细地描述了前同步码部分30。在这里可以看出，信道估计序列36包括六个OFDM符号C0～C5。在例示的UWB系统中则使用了三个信道跳变序列(也就是由相同逻辑信道来周期性改变子载波)。相应地，对任意指定的数据帧来说，根据用于传送特定帧的特定子载波，可以使用六个信道估计符号中的两个符号来执行信道估计(例如C0和C3，C1和C4，或C2和C5)。这些信道估计符号都是预先定义的，并且是接收机事前知道的。相应地，如上所述，一种用于对具有图2(a)和2(b)所述格式的接收数据帧执行信道估计的技术是确定与恰当信道估计序列符号对的接收相关联的频率响应，并且通过对这些频率响应求取平均值来确定信道估计。在美国专利No.5,432,816中可以找到通过使用平均值来执行信道估计的实例，其中该专利的内容在这里引入作为参考。但是如上所述，单独使用这种技术有可能导致产生大约1.7dB的执行损耗。
由此，根据本发明的例示实施例，信道估计可以使用另一种技术执行，并且现在将参考图3的流程图来描述这种技术。在这里，OFDM帧在一开始将被解析成它的组成部分，例如前同步码30、报头32以及净荷数据34。对本说明书来说，关于分组和帧同步的论述并不是特别相关，并且在这里将不再进一步描述与图2(b)显示的前同步码的这些部分相关的处理。如上所述，前同步码30的剩余部分是在部件40中使用例如最小二乘技术处理的，由此可以根据接收形式的恰当信道估计符号对与所存储的已知信道估计符号对值之间的比较来确定信道失真。作为替换，其他技术(例如最小均方(LMS)、平均值、最大似然等等)同样可以用于在部件40中执行信道估计。无论使用的是何种特定技术来分析前同步码30的信道估计序列部分的接收，该处理都会导致产生信道估计功能40的一个输出，这个输出在这里被称为这个特定OFDM帧的“粗略信道估计”。然后，该粗略信道估计既被用于解码报头符号，又被用于产生精密信道估计，并且现在将会对此进行描述。
报头部分32初始是在部件42～46中处理的。在这里，在CP移除功能42上将会移除与OFDM符号相关联的循环前缀(CP)。接着，相位旋转功能44将会补偿与例如频率偏移相关联的相位失真。然后，报头部分32将会由快速傅立叶变换(FFT)功能46变换到频域，由此它可以在部件48与粗略信道估计相乘。如下所述，FFT46的频域输出还会提供给另一个乘法器50。一旦乘法器50为报头部分32补偿了信道效应，那么在部件52上将会对其中包含的信息执行去交织，并且将会使用例如维特比译码器54来解码/解调该信息。最终得到的信息涉及的可以是用以传送数据部分34的速率，该信息将被转发到介质访问控制(MAC)层，以便用于对接收帧进行进一步处理。
然后，对根据本发明例示实施例的信道估计而言，报头部分32将会分别由部件58、60、62和64重新编码、重新交织、调制并被反向映射到其子载波上。这样做的效果是即便已经借助粗略信道估计而为报头部分32中包含的信息补偿了信道效应，但是还是能使报头部分32返回到其传输格式。应该指出的是，部件58～64执行的功能全都是发射机的功能，由此，与那些将解码形式的报头部分32变回发射形式(version)的报头部分32的处理相关联的硬件和/或软件可以简单地在收发信机的发射链中再次使用，也就是说，没有必要添加新的硬件/软件来执行这种用于信道估计目的的处理。载波映射功能64的输出将被输入到乘法器50，以便与FFT46的输出相乘。参考图2(a)，从FFT46输出的最终频域信息包括六个频域符号(每一个都对应于一个比特字段)，其中任何两个符号都可以用于乘法器50中的乘法处理，这一点则取决于使用了这个跳变序列内部的三个子载波中的哪一个来传送这个特定帧。由此，乘法器50对发射形式的报头部分32以及接收形式的报头部分32执行算术比较，其中发射形式的报头部分已经通过使用粗略信道估计而被补偿，而接收形式的报头部分则未被补偿信道效应。相应地，假设与报头部分32相关联的值已被正确解码，那么乘法器50的输出将会提供两个附加信道估计，然后这两个附加信道估计将被用于在平均功能66上改善粗略信道估计，从而产生一个精密信道估计。
由于与信道估计计算相关联的噪声项是通过在数量更多的符号上求取平均值而被减小的，因此，通过在信道估计序列的两个符号上以及在来自报头部分32的两个附加符号上求取信道估计的平均，可以提高精密信道估计相对于粗略信道估计的精度。这种提高将被估计，以便通过重新使用来自发射链的已有硬件/软件以及在几乎没有附加复杂度的情况下将与信道估计相关联的执行损耗从大约1.7dB减小到大约少于1dB。然后，精密信道估计可被提供给均衡器68，其中举例来说，该均衡器会为数据部分43补偿其在传输过程中经历的信道效应。
如上所述，使用报头部分32来计算精密信道估计的处理是以接收机正确检测到报头部分32这一假设为基础的。在图2(a)中可以看出，举例来说，报头部分32包括涉及波段扩展(它标识的是使用哪一种模式来传送数据部分34)以及用以传送数据部分34的速率的信息，其中该速率可以是55、80、110、160、200、320和480Mb/s之一。根据本发明的例示实施例，在UWB系统中，该传输速率还指示了与数据部分34相关联的其他传输规则，例如调制和编码速率。在给出了报头部分32中传递的信息特性的情况下，如果没有正确接收到这个信息，那么接收机将无法解码数据部分34。相应地，即使报头部分32中的信息先前不为接收机所知，但是为了使用报头部分32内部的符号来执行信道估计，本发明的例示实施例将会通过假设正确接收到报头部分32而将报头符号视为已知信息。即使不正确，这种假设也不会对性能产生不利影响，这是因为该系统无论如何都无法解码这个帧的数据部分34，并且需要采取正确的措施，例如重传。
图4是描述根据本发明例示实施例的用于无线通信的方法的流程图。在这里，在步骤100将会接收到一个数据帧，其中包括前同步码部分、报头部分以及数据部分。在步骤102中将会使用在帧的前同步码部分中接收的信道估计符号来确定粗略信道估计。然后在步骤103，其中将会通过使用粗略信道估计来处理报头部分，以便确定在其内接收的符号。在步骤104，其中将会使用粗略信道估计以及报头符号来确定精密信道估计。然后在步骤105，其中将会使用精密信道估计来均衡帧的数据部分，以便输出所检测的数据符号。
虽然前述例示实施例涉及的是使用帧的报头部分来改善信道估计，但是本发明并不局限于此。取而代之的是，除了报头符号之外(或是作为替换)，该信道估计可以被扩展成使用数据符号来执行信道估计。在物理上，根据本发明的收发信机可以包括接收机链、发射机链以及用于处理与接收机链及发射机链相关联的数据的处理器。
上述例示实施例旨在例证本发明的所有方面，而不是对其进行限制。由此，本发明的细节实施方式可以具有多种变体，这些变体可以由本领域技术人员从这里所包含的描述中推导得到。所有这些变体和修改都被视为是处于后续权利要求所定义的本发明的范围和实质以内。除非明确描述，否则在本申请的说明书中使用的部件、操作或指令不应该被解释成对本发明而言是至关重要的。此外，这里使用的冠词“a”旨在包含一个或多个物品。
权利要求
1.一种用于无线通信的方法，包括以下步骤接收数据帧(100)，其中该数据帧包含了前同步码部分、报头部分以及数据部分；使用在所述帧的所述前同步码部分中接收的信道估计符号来确定粗略信道估计(102)；使用所述粗略信道估计来处理所述数据帧的所述报头部分(103)，以便产生接收报头符号；根据所述粗略信道估计和所述接收报头符号来确定精密信道估计(104)；以及使用最终信道估计来均衡帧的数据部分(105)。
2.权利要求1的方法，其中所述数据帧是正交频分复用(OFDM)信号的一部分。
3.权利要求1的方法，其中所述确定所述粗略信道估计的步骤还包括以下步骤将与至少一个信道估计符号关联的接收值与所述至少一个信道估计符号的存储值相比较，以便确定所述粗略信道估计。
4.权利要求1的方法，其中所述使用所述粗略信道估计来处理所述数据帧的所述报头部分、以便产生接收报头符号的步骤还包括以下步骤从所述报头部分移除循环前缀；对所述报头部分应用相位旋转；将所述报头部分变换到频域中，以便产生频域报头符号；以及将所述粗略信道估计应用于所述频域报头符号，以便产生经过信道补偿的频域报头符号。
5.权利要求4的方法，其中所述根据所述粗略信道估计和所述报头符号来确定精密信道估计的步骤还包括以下步骤将所述经过信道补偿的频域报头符号重新编码成传输格式；将所述重新编码并经过信道补偿的频域报头符号与所述频域报头符号相比较，以便产生至少一个信道估计；以及结合所述粗略信道估计来求取所述至少一个信道估计的平均值，以便产生所述精密信道估计。
6.权利要求1的方法，还包括以下步骤使用所述粗略信道估计来处理所述数据帧的所述数据部分，以便产生接收数据符号；以及根据所述粗略信道估计、所述接收报头符号以及所述接收数据符号来确定所述精密信道估计。
7.权利要求1的方法，其中所述前同步码部分包括六个频域信道估计符号，并且所述报头部分包括六个频域符号。
8.一种收发信机，包括接收机，用于接收数据帧，其中所述数据帧包含了前同步码部分(30)、报头部分(32)以及数据部分(34)；处理器，用于使用在所述帧的所述前同步码部分中接收的信道估计符号来确定粗略信道估计(40)，使用所述粗略信道估计来处理(48)所述帧的所述报头部分，以便产生接收报头符号；以及根据所述粗略信道估计和所述接收报头符号来确定精密信道估计(66)；以及均衡器(68)，用于使用最终信道估计来均衡所述帧的所述数据部分。
9.权利要求8的收发信机，其中所述数据帧是正交频分复用(OFDM)信号的一部分。
10.权利要求8的收发信机，其中所述处理器通过将与至少一个信道估计符号关联的接收值与所述至少一个信道估计符号的存储值相比较来确定所述粗略信道估计。
11.权利要求8的收发信机，其中所述处理器使用所述粗略信道估计通过下列方式对所述数据帧的报头部分进行处理，以便产生接收报头符号从所述报头部分移除循环前缀；对所述报头部分应用相位旋转；将所述报头部分变换到频域中，以便产生频域报头符号；以及将所述粗略信道估计应用于所述频域报头符号，以便产生经过信道补偿的频域报头符号。
12.权利要求11的收发信机，还包括发射机，其中所述发射机被用于将所述经过信道补偿的频域报头符号重新编码成传输格式；将所述重新编码并经过信道补偿的频域报头符号与所述频域报头符号相比较，以便产生至少一个信道估计；以及结合所述粗略信道估计来求取所述至少一个信道估计的平均值，以便产生所述精密信道估计。
13.权利要求8的收发信机，其中所述处理器使用所述粗略信道估计来处理所述数据帧的所述数据部分，以便产生接收数据符号，以及根据所述粗略信道估计、所述接收报头符号以及所述接收数据符号来确定所述精密信道估计。
14.权利要求8的收发信机，其中所述前同步码部分包括六个频域信道估计符号，并且所述报头部分包括六个频域符号。
全文摘要
根据本发明的系统和方法提供的是确定粗略信道估计(40)和精密信道估计(66)的信道估计方法、系统和设备。粗略信道(40)估计可以基于传送到接收机的信道估计序列而被确定，然后则可用于检测报头符号。该报头符号可以用于计算附加信道估计，然后该附加信道估计可以与粗略信道估计(40)结合使用，以便确定精密信道估计(66)。
文档编号H04L25/03GK101048992SQ200580036801
公开日2007年10月3日 申请日期2005年8月26日 优先权日2004年8月26日
发明者张益峰 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司