专利名称：将相同的复用无线电资源用于导频和信息信号的制作方法
技术领域：
一般来说，本发明涉及无线通信，具体来说，涉及估计发射器与接收器之间的传播信道。
背景技术：
传送到无线接收器的信息信号通过多径传播信道进行传播，这使信号的幅度和相位失真。为了得到高数据速率，接收器估计传播信道，并且处理已接收信号，以便减轻传播信道的不利影响。为了便于这项工作，发射器通常向接收器传送已知导频序列。接收器处理该已知导频序列，以便估计传播信道。例如，接收器可将已知导频序列与已接收导频序列进行相关，并且基于相关性值来估计传播信道。在常规系统中，发射器将分开的无线电资源分配给信息信号和导频序列。例如，在 TDMA(时分多址)或FDMA(频分多址)系统中，发射器在与信息符号不同的时刻传送导频符号。在CDMA(码分多址)系统中，发射器将不同正交扩展码分配给导频序列和信息信号。 在使用多个副载波频率来传送信息的0FDM(正交频分复用)系统中，发射器将所述副载波频率中与信息信号不同的副载波频率分配给导频符号序列。在所有情况下，导频符号序列窃取可能原本用于信息信号的无线电资源。为了满足对大量无线多媒体的不断增加需求，例如通过使用更高阶调制星座、例如16QAM，无线通信系统可要求更高的数据速率。处理更高数据速率信号要求更高的信噪比，以便得到可接受的差错率。此外，处理更高数据速率信号要求更准确的信道估计。由于发射器可用的受限无线电资源以及在接收器处可用的受限处理资源，得到充分准确的信道估计越来越是一个难题。例如，TDMA或FDMA系统中在不同时刻所发送的信息信号和导频序列防止通过导频序列与信息信号的时间重叠所引起的相互干扰，这使接收器能够从已接收导频序列来估计传播信道。但是，如果传播信道的相位随时间而改变，则已接收导频序列在与对已接收信息信号进行解码所需的不同时刻产生信道或相位信息。为了考虑相位信息中的时间差，接收器可使用内插或“信道跟踪”来得到所需信道估计。当信道快速变化时、 例如在高速环境中，或者当信噪比较低时，信道跟踪可能很困难。因此，需要一种在没有过度增加导频符号的开销或谱占用的情况下更连续地提供准确信道估计的改进方法。
发明内容
本发明包括使用相同的复用无线电资源同时传送导频序列和信息信号的方法和设备。例如，TDMA网络可在相同时刻(例如在相同符号周期、在已分配时隙传送导频序列和信息信号，OFDM网络可在相同OFDM符号块周期期间使用相同组副载波频率来传送导频序列和信息信号，或者CDMA网络可使用相同的正交扩展码来传送导频序列和信息信号。在通过多径传播信道传播之后，在接收器处接收已传送导频和信息信号。接收器将已接收信号与已知导频序列进行相关以确定一个或多个相关性值，并且基于相关性值来估计多径传播信道。然后，接收器使用信道估计来处理已接收信号，以便从信息信号中去除导频序列。在一个实施例中，接收器将已知导频序列与确定的信道估计相乘以确定已接收导频序列估计，并且从已接收信号减去已接收导频序列估计，以便从已接收信息信号中去除导频序列。在另一个实施例中，接收器使用确定的信道估计对已接收信号进行解码，以便从信息信号中去除导频序列，同时对信息信号进行解码。通过使用相同的复用无线电资源来传送导频序列和用户信息信号，本发明使更多无线电资源能够分配给信息信号，而没有损害基于导频的信道估计。此外，由于同时接收导频序列和信息信号，所以本发明提供对导频序列的更规则访问。因此，将相同的复用无线电资源用于导频序列和信息信号允许更连续的信道估计。
图1示出按照本发明的一个示范实施例的无线通信系统。图2示出按照本发明的一个示范实施例的传输方法。图3示出按照本发明的一个示范实施例的接收方法。图4示出按照本发明的一个实施例、图1的无线发射器的OFDM基带处理器和控制
ο图5示出与示范导频序列重叠的示范OFDM符号。图6示出与示范导频序列对齐的示范重叠OFDM符号。图7示出按照本发明的一个示范实施例的接收器。图8示出按照本发明的一个示范实施例的OFDM脉冲整形。图9示出根据本发明的一个示范实施例、图1的发射器的传送单元。图10示出根据本发明的一个示范实施例、用于生成导频序列的方法。图11示出与示范导频序列重叠的示范TDMA突发。图12示出按照本发明的一个示范实施例、图1的无线发射器的TDMA基带处理器和控制器。图13示出根据本发明的一个示范实施例、图7的接收器的信号处理器。图14示出根据本发明的一个示范实施例、图7的接收器的信号处理器。图15示出一组八个正交沃尔什码。图16示出按照本发明的一个示范实施例、图1的无线发射器的CDMA基带处理器和控制器。图17示出根据本发明的一个示范实施例、CDMA信号在经过图16的CDMA基带处理器时的进展。
具体实施例方式本发明使用例如时间、频率或正交扩展码等相同的复用无线电资源来同时传送导频序列和用户信息信号，这允许导频序列占用与用户信息信号相同的频率、时间或正交码资源。此外，本发明通过在接收器处去除已知导频序列，来避免导频序列与用户信息信号之间的干扰。在进行这样的操作时，本发明提供在没有减少可用于用户信息信号的无线电资源的情况下传送用于信道估计的导频序列的方法。本发明可适用于使用复用无线电资源的任何无线通信系统，例如TDMA、CDMA或FDMA系统。为了简洁起见，根据作为一种特定类型的FDMA系统的正交频分复用(OFDM)系统来描述本发明的细节。下面假定OFDM系统具有各为5kHz宽的N = 1024个副载波频率。大家会理解，所述OFDM系统并不局限于IOM个副载波频率或者5kHz副载波带宽。图1示出包括发射器100的无线通信系统10，发射器100按照图2的方法160经由多径传播信道20同时向接收器200发送导频和信息信号。发射器100包括控制器110、 基带处理器120、传送单元140和一个或多个天线150。控制器110基于当前操作通信标准和可用无线电资源将复用无线电资源分配给发射器100。例如，控制器110可在无线通信系统10包括OFDM系统时分配副载波频率集合。基带处理器120处理输入用户数据，以便生成信息信号。基带处理器120还使用已分配复用无线电资源来传送信息信号(框162)，并且使用相同的已分配复用无线电资源同时传送导频序列(框164)。传送单元140通过例如执行数模转换、上变频和放大，来格式化组合的导频和信息信号T，以便经由天线150传送。 因此，发射器100使用相同的复用无线电资源同时传送用户信息信号和导频序列。接收器200按照图3所示的示范方法270来接收并且处理多径信号。接收器200 将已接收信号与已知导频序列进行相关，以便确定相关性值(框27 。然后，接收器200处理相关性值，以便确定整个宽带信道20的脉冲响应的一组系数(框274)。宽带信道脉冲响应的该组系数在本文中称作信道估计。接收器200还基于确定的信道估计来处理已接收信号，以便从信息信号中去除导频序列，并且生成信息信号的估计(框276)。例如，接收器 200可从已接收信号减去已接收导频信号的估计，或者可使用确定的信道估计来对已接收信号进行解码，以便同时对信息信号进行解码和去除导频序列。图3示出OFDM发射器100的一个示范基带处理器120。控制器110将数据比特分配给N个副载波频率，例如N= 10Μ。按常规，一些比特包括用户信息比特，而其它比特包括导频比特。在本发明中，所有比特可包括用户信息比特。基带处理器120包括串并转换器122、N个映射单元124、N点离散傅立叶变换(DFT)单元126、并串行转换器1 和组合器130。串并转换器122将输入数据比特转换成N组并行比特。各映射单元IM使用适当复调制星座将一组对应输入并行比特映射到复符号值&，其中η= 1，2，...，N。因此，映射单元1 输出最高达N= IOM个复符号值，它们被输入到N点DFT单元126。备选地，映射单元1 可定位在串并转换器122之前，使得将比特顺序地映射到复符号值。然后，串并转换器122将复符号值的串行流转换成N个并行复符号值，以便同时输入到DFT单元126。可包括快速傅立叶逆变换(FFT)单元的DFT单元126将傅立叶逆变换应用于N个复符号值的各输入块，以便输出N个复OFDM样本，本文中统称为OFDM符号或样本块D。N 个复OFDM样本的每个包括同相分量Din和正交相位分量DQn。并串行转换器1 对复样本进行串行化，以便生成包括同相分量D1和正交相位分量Dq的复信息信号。在经受使用傅立叶变换的谱分析的情况下，这时的时间串行复序列(D1, Den)看来由各采用N个输入复符号值&其中之一来调制的N个预期副载波频率组成。在一些实施例中，DFT单元126包括K点DFT单元126，其中K > N。超尺寸DFT单元126变换多于N个输入符号值。超尺寸DFT单元1 超出接受输入符号值Sp &、. . . Sn 所需的额外输入设置成零样本值。超尺寸DFT单元126的输出包括每Hz带宽多于一个样本。例如，如果超尺寸因子为2 1，使得存在N个用户符号值输入和N个零值输入，则该输出包括每Hz带宽两个时域样本。每Hz带宽具有多于一个样本的有益效果在于，使信号谱中不希望的混叠分量远离预期信号分量，这使发射器单元140中的抗混叠滤波器(图9)的工作更简易。为了将相同的复用无线电资源应用于导频序列、例如相同组副载波频率，组合器 130将D1和/或Dq与预定导频序列P线性组合，其中导频序列P的幅度通过增益因数α给出。线性加法在传送单元140中的上变频之前并且因此在传输路径噪声和多径失真相加之前发生。虽然该组合示为在数字数值域中执行，但是组合器130备选地可线性组合OFDM符号和导频序列的模拟表示。另外，虽然图4示出将同一个导频序列单独加到D1和Dq，但是大家会理解，可以仅将导频序列加到D1和Dq其中之一。备选地，可将不同导频序列加到D1 和Dq。此外，导频序列的信号值可在输入到并串行转换器1 之前个别地加到由DFT 126 输出的每个I和/或Q样本。导频序列在通过任何滤波器、例如抗混叠滤波器进行滤波之前线性地加到OFDM 样本(图9)，其可具有根奈奎斯特脉冲形状。发射器100中的根奈奎斯特滤波器或脉冲形状的使用意味着，在接收器200处的类似滤波或加权之后，总系统脉冲形状具有奈奎斯特性质。理想导频序列包括具有M = 2X-1个信号值、例如诸如比特之类的二进制信号值的伪随机数(PRN)序列，其中M只是小于OFDM符号中样本数量的一个信号值。优选地，该序列具有同样影响各OFDM频率信道的平谱。因此，在IOM个样本的OFDM符号的当前示例中， 理想导频序列包括其中包含1023个信号值的最大长度序列(MLS)。为了便于说明，下面根据MLS来描述导频序列。但是大家会理解，导频序列可包括任何PRN序列。基带处理器120例如使用反馈移位寄存器来生成MLS的M = 2X-1个信号值，其中1表示寄存器的长度，并且其中21 —般等于OFDM样本的数量N。MLS的循环旋转接近相互正交，并且具有-1/M的相关性。这种性质对于生成用于估计多径传播信道的脉冲响应的导频序列几乎是理想的。存在可使用的长度1023的30个不同的已知MLS。产生最大长度序列的反馈寄存器抽头是已知的并且已公布，以及下表给出产生长度1023的序列的10态寄存器的已知抽头。
2个抽头 10 7
4个抽头 10 9 8 5
10 9 7 6
10 9 7 权利要求
1.一种通过发射器与接收器之间的传播信道来传递信息的方法，包括使用复用无线电资源来传送信息信号；以及使用相同的复用无线电资源同时传送导频序列。
2.如权利要求1所述的方法，其中，使用相同的复用无线电资源同时传送所述导频序列和所述信息信号包括使用相同的正交扩展码在CDMA网络中同时传送所述导频序列和所述信息信号。
3.如权利要求2所述的方法，其中，使用相同的正交扩展码来传送所述导频序列和所述信息信号包括采用相同的正交扩展码来扩展所述导频序列和所述信息信号；以及将所述扩展导频序列与所述扩展信息信号线性组合，以便生成组合信号；以及传送所述组合信号。
4.如权利要求1所述的方法，其中，使用相同的复用无线电资源同时传送所述导频序列和所述信息信号包括在TDMA网络中传送重叠已分配时隙中的相同符号周期的所述导频序列和所述信息信号。
5.如权利要求4所述的方法，其中，使用已分配时间中的相同符号周期来传送所述导频序列和所述信息信号包括将所述导频序列与所述信息信号线性组合，以便生成组合信号；以及在所述已分配时隙期间传送所述组合信号。
6.如权利要求1所述的方法，其中，使用相同的复用无线电资源同时传送所述导频序列和所述信息信号包括在相同的OFDM符号块周期期间使用相同组副载波频率在OFDM网络中同时传送所述导频序列和所述信息信号。
7.如权利要求6所述的方法，其中，使用相同组副载波频率来传送所述导频序列和所述信息信号包括将用户数据比特分为η个并行比特流；将所述η个并行比特流中的每一个并行比特流调制到所述η个副载波频率中的相应一个副载波频率上，以便生成所述信息信号；将所述导频序列与所述信息信号线性组合，以便生成组合信号；以及传送所述组合信号。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述导频序列包括伪随机序列。
9.如权利要求1所述的方法，其中，所述导频序列的长度小于所述信息信号的块长度。
10.如权利要求9所述的方法，还包括用一个或多个样本来填充所述导频序列，以便将所述导频序列的长度增加到所述信息信号的长度。
11.如权利要求9所述的方法，还包括将相继信息信号重叠一个或多个样本，以便将所述信息信号的块长度与所述导频序列的长度对齐。
12.如权利要求9所述的方法，还包括将相继信息信号与所述导频序列的循环旋转对齐。
13.如权利要求1所述的方法，其中，导频序列功率与信息信号功率的比率小于一。
14.如权利要求13所述的方法，还包括动态地改变所述导频序列功率与所述信息信号功率的比率。
15.一种用于通过传播信道来传递信息的无线装置，所述无线装置包括配置成使用相同的复用无线电资源同时传送导频序列和信息信号的发射器。
16.如权利要求15所述的无线装置，其中，所述发射器是CDMA网络的一部分，并且其中所述发射器通过使用相同的正交扩展码同时传送所述导频序列和所述信息信号，使用相同的复用无线电资源同时传送所述导频序列和所述信息信号。
17.如权利要求16所述的无线装置，其中，所述发射器包括扩展单元，用于采用相同正交扩展码来扩展所述导频序列和所述信息信号；以及组合器，用于将所述扩展导频序列与所述扩展信息信号线性组合，以便生成组合信号；以及传送单元，用于传送所述组合信号。
18.如权利要求15所述的无线装置，其中，所述发射器是TDMA网络的一部分，并且其中所述发射器通过使用所述已分配时隙的相同符号周期来传送与所述信息信号重叠的所述导频序列，使用相同的复用无线电资源传送所述导频序列和所述信息信号。
19.如权利要求18所述的无线装置，其中，所述发射器包括组合器，用于将所述导频序列与所述信息信号线性组合，以便生成组合信号；以及传送单元，用于在所述已分配时隙期间传送所述组合信号。
20.如权利要求15所述的无线装置，其中，所述发射器是OFDM网络的一部分，并且其中所述发射器通过在相同的OFDM符号块周期期间使用相同组副载波频率同时传送所述导频序列和所述信息信号，使用相同的复用无线电资源同时传送所述导频序列和所述信息信号。
21.如权利要求20所述的无线装置，其中，所述发射器包括 串并转换器，用于将用户数据比特分为η个并行比特流；多个调制器，各调制器用于将所述η个并行比特流的其中之一调制到η个副载波频率其中之一上，以便生成所述信息信号；组合器，用于将所述导频序列与所述信息信号线性组合，以便生成组合信号；以及传送单元，用于传送所述组合信号。
22.如权利要求15所述的无线装置，其中，所述导频序列包括伪随机序列。
23.如权利要求15所述的无线装置，其中，所述导频序列的长度小于所述信息信号的块长度。
24.如权利要求23所述的无线装置，其中，所述发射器还配置成用一个或多个样本来填充所述导频序列，以便将所述导频序列的长度增加到所述信息信号的块长度。
25.如权利要求23所述的无线装置，其中，所述发射器还配置成将相继信息信号重叠一个或多个样本，以便将所述信息信号的块长度与所述导频序列的长度对齐。
26.如权利要求23所述的无线装置，其中，所述发射器还配置成将相继信息信号与所述导频序列的循环旋转对齐。
27.如权利要求15所述的无线装置，其中，导频序列功率与信息信号功率的比率小于ο
28.如权利要求26所述的无线装置，其中，所述发射器还配置成动态地改变所述导频序列功率与所述信息信号功率的比率。
29.—种处理在接收器处接收的信号的方法，其中，所述已接收信号包括使用相同的复用无线电资源通过传播信道传送的已知导频序列和信息信号的线性组合，所述方法包括将所述已接收信号与所述已知导频序列进行相关，以便确定一个或多个相关性值；基于所述一个或多个相关性值来确定所述传播信道的信道估计；以及使用所述确定的信道估计来处理所述已接收信号，以便从所述信息信号中去除所述导频序列。
30.如权利要求29所述的方法，其中，所述接收器包括CDMA接收器，并且其中使用相同正交扩展码来传送所述导频序列和所述信息信号。
31.如权利要求29所述的方法，其中，所述接收器包括TDMA接收器，并且其中所述导频序列和所述信息信号重叠已分配时隙中的相同符号周期。
32.如权利要求29所述的方法，其中，所述接收器包括OFDM接收器，并且其中在相同 OFDM符号块周期期间使用相同组副载波频率来传送所述导频序列和所述信息信号。
33.如权利要求29所述的方法，其中，将所述已接收信号与所述已知导频序列进行相关包括将所述已接收信号与所述已知导频序列的多个时间移位进行相关。
34.如权利要求29所述的方法，其中，将所述已接收信号与所述已知导频序列进行相关包括将所述已接收信号的多个时间移位与所述已知导频序列进行相关。
35.如权利要求29所述的方法，还包括对所述已接收信号的样本应用一个或多个渐进相位旋转，以便在将所述已接收信号与所述已知导频序列进行相关之前从所述样本中去除假定的多普勒相移。
36.如权利要求29所述的方法，其中，将所述已接收信号与所述已知导频序列进行相关还确定与所述信息信号关联的定时信息。
37.如权利要求29所述的方法，其中，处理所述已接收信号包括将所述已知导频序列与所述确定的信道估计相乘，以便确定已接收导频序列估计；从所述已接收信号减去所述已接收导频序列估计，以便生成第一信息信号估计；以及使用所述信道估计对所述第一信息信号估计进行解码，以便确定第二信息信号估计。
38.如权利要求29所述的方法，其中，处理所述已接收信号包括使用所述确定的信道估计对所述已接收信号进行解码，以便从所述信息信号中去除导频序列，同时对所述信息信号进行解码。
39.如权利要求29所述的方法，其中，确定所述信道估计包括对所述一个或多个相关性值进行滤波，以便确定所述信道估计。
40.如权利要求29所述的方法，还包括在将所述已接收信号与所述已知导频信号进行相关之前，对所述已接收信号应用一个或多个解相关向量。
41.如权利要求29所述的方法，其中，所述已接收信号包括已接收复信号，并且其中将所述已接收信号与所述已知导频序列进行相关包括使所述已接收信号的样本退旋一个或多个预定角度，以便将所有样本与所述实轴对齐；以及将所述退旋样本相加，以便确定所述信道系数。
42.一种包括用于接收无线信号的接收器的无线装置，其中，所述已接收信号包括使用相同的复用无线电资源通过传播信道传送的已知导频序列和信息信号的线性组合，所述接收器包括相关器，用于将所述已接收信号与所述已知导频序列进行相关，以便确定一个或多个相关性值；信道估计器，用于基于所述一个或多个相关性值来确定所述传播信道的信道估计；以及信号处理器，用于使用所述确定的信道估计来处理所述已接收信号，以便从所述信息信号中去除所述导频序列。
43.如权利要求42所述的无线装置，其中，所述接收器包括CDMA接收器，并且其中所述已接收信号包括使用相同正交扩展码、通过所述传播信道传送的所述已知导频序列和所述信息信号的线性组合。
44.如权利要求42所述的无线装置，其中，所述接收器包括TDMA接收器，并且其中所述已接收信号包括重叠已分配时隙中的相同符号周期的所述已知导频序列和所述信息信号的线性组合。
45.如权利要求42所述的无线装置，其中，所述接收器包括OFDM接收器，并且其中所述已接收信号包括在相同OFDM符号块周期期间使用相同组副载波频率、通过所述传播信道传送的所述已知导频序列和所述信息信号的线性组合。
46.如权利要求42所述的无线装置，其中，所述相关器配置成将所述已接收信号与所述已知导频序列的多个时间移位进行相关。
47.如权利要求42所述的无线装置，其中，所述相关器配置成将所述已接收信号的多个时间移位与所述已知导频序列进行相关。
48.如权利要求42所述的无线装置，其中，所述相关器还配置成对所述已接收信号的样本应用一个或多个渐进相位旋转，以便在将所述已接收信号与所述已知导频序列进行相关之前从所述样本中去除假定多普勒相移。
49.如权利要求42所述的无线装置，其中，所述信道估计器还配置成基于所述已接收信号与所述已知导频序列之间的相关性来确定与所述信息信号关联的定时信息。
50.如权利要求42所述的无线装置，其中，所述信号处理器包括乘法器，用于将所述已知导频序列与所述确定的信道估计相乘，以便确定已接收导频序列估计；组合器，用于从所述已接收信号减去所述已接收导频序列估计，以便生成第一信息信号估计；以及解码器，用于使用所述信道估计对所述第一信息信号估计进行解码，以便确定第二信息信号估计。
51.如权利要求42所述的无线装置，其中，所述信号处理器包括解码器，所述解码器用于使用所述确定的信道估计对所述已接收信号进行解码，以便从所述信息信号中去除所述导频序列，同时对所述信息信号进行解码。
52.如权利要求42所述的无线装置，还包括解相关器，所述解相关器连接到所述信道估计器的输入端，并且配置成对所述已接收信号应用一个或多个解相关向量。
53.如权利要求42所述的无线装置，其中，所述已接收信号包括已接收复信号，并且其中所述信道估计器包括旋转单元，用于使所述已接收信号的样本退旋一个或多个预定角度，以便将所有样本与所述实轴对齐；以及组合器，用于将所述退旋样本相加，以便确定所述信道系数。
全文摘要
本文描述用于使用相同的复用无线电资源同时传送导频序列和信息信号的方法和设备。在通过多径传播信道(20)进行传播之后，接收器(200)接收已传送导频和信息信号，将已接收信号(R)与已知导频序列进行相关，以便确定一个或多个相关性值，并且基于相关性值来估计多径传播信道。接收器使用信道估计来处理已接收信号，以便从信息信号中去除导频序列。通过使用相同的复用无线电资源来传送导频序列和用户信息信号，本发明使更多无线电资源能够分配给信息信号，而没有损害基于导频的信道估计，并且在接收器处提供对已传送导频序列的更规则访问。
文档编号H04L5/00GK102257737SQ200980152841
公开日2011年11月23日 申请日期2009年10月19日 优先权日2008年10月21日
发明者P·W·登特 申请人:爱立信电话股份有限公司