噪声估计滤波器的制造方法
【专利摘要】用于正交频分复用（OFDM）系统的噪声估计滤波器可以包括滤波器组模块、系数自乘模块和求和模块。滤波器组模块可以使酉向量乘以OFDM信号向量来生成OFDM信号向量的标积。系数自乘模块可以使标积自乘并且对标积加权来生成多个加权的单一估计。系数自乘模块可以包括：自乘模块，用于使标积自乘来形成多个单一估计；和系数相乘模块，用于用噪声系数对单一估计中的每个加权，从而形成多个加权的单一估计。求和模块可以对加权的单一估计求和来生成噪声和干扰功率估计。
【专利说明】噪声估计滤波器
【背景技术】
[0001]无线移动通信技术使用各种标准和协议以在基地收发器站(BTS)与无线移动设备之间传送数据。一些无线设备经由物理层使用正交频分复用(OFDM)数字调制方案来通信。OFDM标准和协议可以包括第三代合作伙伴计划(3GPP)长期演进(LTE)、被产业群通称为WiMAX (全球微波互通接入)的电气和电子工程师协会(IEEE) 802.16标准(例如，802.16e、802.16m)和被产业群通称为WiFi的IEEE 802.11标准。在LTE系统中，BTS可以是通用地面无线电接入网络(UTRAN)中的演进节点B (通常也指示为增强型节点B、eNode B或eNB)和无线电网络控制器(RNC)的组合，其与称为用户设备(UE)的无线移动设备通信。BTS与无线移动设备两者都可以传送和接收数据。传送站(传送器或Tx)可以经由信道上的信号将数据传送到接收站(接收器或Rx)，其中信道使用规定的频率带宽。在信道上从传送器传送的信号可以由于噪声和干扰而与接收器处接收的信号不同。估计OFDM信号中的信道效应可以提高无线设备之间的数据传送。
【专利附图】
【附图说明】
[0002]本公开的特征和优势将从接着的结合附图来看的详细说明而变得明显，这些附图在一起通过示例图示本公开的特征；并且，其中:
图1图示根据示例的无线电帧资源的框图；
图2A图示根据示例的资源块(RB)中的参考(导频)信号的框图；
图2B图示根据示例资源块(RB)中的参考(导频)信号的框图；
图3A图示根据示例的单输入单输出(SISO)无线网络的框图；
图3B图示根据示例的单输入多输出(SMO)无线网络的框图；
图3C图示根据示例的多输入单输出(MISO)无线网络的框图；
图3D图示根据示例的多输入多输出(MMO)无线网络的框图；
图4图示根据示例具有噪声估计滤波器的正交频分复用(OFDM)无线网络中的传送器和接收器的物理层的框图；
图5图示根据示例使用信道估计器来产生估计的噪声水平的过程；
图6图示根据示例使用噪声估计滤波器来产生估计的噪声水平的过程；
图7图示根据示例具有滤波器组模块、系数自乘模块(coefficient squaring module)和求和模块的噪声估计滤波器的框图，其中自乘模块安置在系数自乘模块中的系数相乘模块之前；
图8图示根据示例具有滤波器组模块、系数自乘模块和求和模块的噪声估计滤波器的框图，其中系数相乘模块安置在系数自乘模块中的自乘模块之前；
图9图示根据示例代表具有拉格朗日乘子的注水的图；
图10描绘根据示例用于估计正交频分复用(OFDM)信号中的噪声的方法的流程图；现在将参考图示的示范性实施例，并且将在本文中使用特定语言来描述这些示范性实施例。然而，将理解由此规定本发明的范围没有限制。[0003]详细说明
在公开和描述本发明之前，要理解本发明不限于本文公开的特定结构、过程步骤或材料，而扩展到其等同物，如将由相关领域内普通技术人员认识到的。还应该理解本文采用的术语用于仅描述特定示例而不意在为限制性这样的目的。不同图中相同的标号代表相同的元件。在流程图和过程中提供的数字为了清楚起见在说明步骤和操作中提供并且不必定指示特定顺序或序列。术语矩阵和向量可能互换地使用。矩阵(复数个矩阵)可以是数字、符号或表达式的矩形阵列。向量(或向量空间)可以是由向量集合形成的数学结构:可以加在一起并且乘以数字(“定标”)的对象，叫作标量。
【具体实施方式】
[0004]在下文提供技术实施例的初步概述并且随后接着进一步详细描述特定技术实施例。该初步简要描述意在帮助读者更快地理解技术但不意在识别技术的关键特征或基本特征，也不意在限制要求保护的主旨的范围。
[0005]无线移动通信中的数据可以在物理(PHY)层上使用通用长期演进(LTE)帧结构由传送站(传送器或Tx)传送到接收站(接收器或Rx)，如在图1中图示的。尽管图示LTE帧结构，还可使用对于IEEE 802.16标准(WiMax)、IEEE 802.11标准(WiFi)或使用OFDM的另一个类型的通信标准的帧结构。
[0006]在图1中图示的示例中，用于传送数据的信号的无线电帧100可以配置成具有10毫秒(ms)的持续时间Tf。每个无线电帧可以分割或划分成十个子帧110i，其每个是Ims长。每个子帧可以进一步细分成两个时隙120a和120b，每个具有0.5ms的持续时间Tsl()t。传送站和接收站使用的分量载波(CC)的每个时隙可以包括基于CC频率带宽的多个资源块(RB) 130a、130b、1301、130m 和 130η。每个 RB 130i 可以包括 12_15kHz 子载波 136 (在频率轴上)和每子载波6或7个正交频分复用(OFDM)符号132 (在时间轴上)。如果采用短或正常的循环前缀，RB可以使用七个OFDM符号。如果使用扩展的循环前缀，RB可以使用六个OFDM符号。资源块可以使用短或正常的循环加前缀而映射到84个资源元素(RE) 140i，或资源块可以使用扩展循环加前缀而映射到72个RE (未示出)。RE可以是一个OFDM符号142乘以一个子载波(B卩，15kHz) 146的单元。在正交相移键控(QPSK)调制情况下，每个RE可以传送两位150a和150b的信息。其他类型的调制可用于在每个RE中传送更大或更少的位。
[0007]参考信号可以经由资源块中的资源元素由OFDM符号传送。参考信号(或导频信号或音调)可以是用于估计信道和/或信道中的噪声的已知信号。如在图2A中图示的，RB可包括用于对特定天线端口传送参考信号的参考信号(RS)RE (参考信号OFDM符号)222，和未用于该特定端口上的传送的未使用RE (未使用的OFDM符号)220，其允许其他天线端口传送它们的参考信号。在RB中使用的参考信号RE和未使用RE的数量取决于天线端口的数量。例如，双天线端口配置的RB 202可以包括四个参考信号RE (Rtl)和四个未使用RE (X)，如对于图2A中的第一天线端口图示的。四天线端口配置的RB 204可以包括四个参考信号RE(Rtl)和八个未使用RE (X)，如对于图2B中的第一天线端口图示的。
[0008]图3A图示在传送天线端口 310上使用单一无线电信道以及在接收天线端口 330上使用单一无线电信道的无线通信系统，其可以叫作单输入单输出(SISO)无线网络。图3B图示在传送天线端口 310上使用单一无线电信道310以及在若干接收天线端口 340上使用多个无线电信道的无线通信系统，其可以叫作单输入多输出(SIMO)无线网络。图3C图示在若干传送天线端口 320上使用多个无线电信道以及在接收天线端口 330上使用单一无线电信道的无线通信系统，其可以叫作单输入多输出(SMO)无线网络。图3D图示在若干传送天线端口 320上使用多个无线电信道以及在若干接收天线端口 340上使用多个无线电信道的无线通信系统，其可以叫作多输入多输出(MIMO)无线网络。术语输入和输出典型地指运送信号的无线电信道，而不是具有天线的装置。
[0009]无线通信系统可以细分成称为层的各种段。在LTE系统中，通信层可以包括物理(PHY)、媒体访问控制(MAC)、无线电链路控制(RLC)、分组数据汇聚协议(I3DCP )和无线电资源控制(RRC)层。物理层可以包括无线通信系统400的基本硬件传送部件，如在图4中图示的。例如，在传送器410处，二进制输入数据420可以通过使用信道编码器422的编码而受到保护、使用交织器424来交织以防止衰落现象并且使用映射器426而映射来提高可靠性。映射的数据可以通过调制器428而OFDM调制成OFDM符号。调制器可以使用快速傅里叶逆变换(IFFT)算法来计算离散傅里叶逆变换(IDFT)以生成调制信号(向量X)。调制信号可以由数模转换器(DAC)430转换成模拟信号。模拟信号可以经由射频(RF)传送器(Tx)432而传送，该射频(RF)传送器(Tx) 432配置成向能操作成传递信号的传送器天线440发送信号。模拟信号将沿着称为信道的路径。行进通过该路径的模拟信号可以称为信道450信号。物理层可以包括其他部件(未示出)，例如串联到并联(S/P)转换器、并联到串联(P/S)转换器、循环前缀(CP)插入器和删除器、保护频带插入器和删除器。
[0010]传送的信道450信号可以经受噪声452和干扰。噪声和干扰表不为对信道信号的添加454，该信道信号可以被接收器460处的接收器天线490和射频(RF)接收器(Rx) 482接收。与噪声和干扰组合的信道信号可以用模数转换器(ADC) 480转换成数字调制信号。数字信号可以通过解调器478来OFDM解调。解调器可以使用快速傅里叶变换(FFT)算法来计算离散傅里叶变换(DFT)以生成解调信号(向量I)。信道估计器462和/或噪声估计滤波器464可以使用解调信号来分别估计在信道450中出现的噪声和干扰以及提供噪声估计。解调信号可以通过解映射器476来解映射、通过解交织器474来解交织并且由信道解码器472解码来生成可以由接收站的其他层使用的二进制输出数据470。
[0011]信道估计器462可用于估计OFDM传送中的原始信道。噪声估计滤波器464可以用于估计与OFDM信道关联的噪声的噪声水平。估计的噪声水平可以用作对于信道质量指标(CQI)报告、预编码矩阵指标(PMI)报告、传送秩指标(RI)报告和其他反馈报告的输入。估计的噪声水平可以在OFDM信号的干扰抑制和空间白化中使用。
[0012]在信道估计中，如在图5中图示的，信道条件可以由参考信号向量y 510表示，其可以是添加到噪声向量V的信道系数向量h。参考信号向量y可以由多个参考信号组成，例如在图2A和2B中图示的R0。估计的信道系数向量E{h} 520可以通过使参考信号向量y乘以具有C系数530的信道估计矩阵而生成。估计的噪声向量E{v}522可以通过将估计的信道系数向量E{h}从参考信号向量y扣除而生成。估计的噪声向量Ε{ν}的绝对值534的平方可以通过偏置归一化536而偏置地归一化来生成估计的噪声水平528。
[0013]使用信道估计器的信道和噪声估计可以具有到噪声估计内的明显信号“泄漏”，从而在高信号干扰噪声比(SINR)条件下，来自在图5中描述的信道估计器的估计可能不准确。用于噪声估计的专用滤波器(独立于信道估计器)可以提供用于生成可不取决于信道估计的估计噪声水平的机制。可以针对信道性能而不必定针对噪声估计性能来优化信道估计，因此，优化的信道性能可在噪声估计中产生失真。专用噪声估计滤波器可以基于整个子帧中的小区特定参考信号而生成更准确的噪声信号以供在CQI/PMI/RI报告中使用，其中用于解调的信道估计可基于小区特定或用户特定参考信号并且可在子帧的部分中应用。
[0014]OFDM系统可以等同于数据在一组并行信道上的传送。因此，OFDM系统的衰落信道可以视为时间-频率平面中的二维网格。图6图示噪声估计滤波器，其可以是在时间和频率平面上具有二维(2D)噪声估计的最小失真(在归一化后)和最小相对方差的归一化滤波器(无偏置的)。噪声估计滤波器可以在具有高信噪比(SNR)的少量符号和/或信号的情况下提供更好的噪声估计性能。通过使参考信号向量y乘以滤波器组的U系数550 (预先计算的向量系数)，噪声估计滤波器可以生成向量z 540，其可以是参考信号向量y 510的“对角化”。U系数将在接着的论述中更详细地论述。
[0015]滤波器组的U系数550可以使酉向量乘以参考信号向量y来生成参考信号向量y的标积(向量z) 540。标积的单一估计542可以通过取向量z的标积的绝对值552的平方而生成。单一估计可以与D系数554 (预先计算的组合系数)相乘556来生成多个加权的单一估计544。D系数将在接着的论述中更详细地论述。加权的单一估计可以在一起相加558来获得对于干扰和噪声功率546的估计。
[0016]参考信号向量y 510可以是具有η个数量的参考信号的长度的参考信号的向量，其中η是正整数。酉向量和D系数可以被预先计算(在接收参考信号向量7之前计算)。滤波器组的U系数或酉向量可以是信道协方差矩阵的特征向量矩阵。信道协方差矩阵可以基于广义信道模型、信道统计和/或其他假设。信道统计可以基于长期统计而生成，因此不频繁地发生酉向量和D系数的重新计算。D系数可以通过生成归一化组合系数(其可以使估计器的信号和方差引起的失真(偏置)的和最小化)而优化。在一个实施例中，拉格朗日乘子可以用于优化D系数。D系数可以是噪声系数，其可以是由以下表示的正恒量:
【权利要求】
1.一种用于正交频分复用(OFDM)系统的噪声估计滤波器，其包括: 滤波器组模块，用于使酉向量乘以OFDM信号向量来生成所述OFDM信号向量的标积；系数自乘模块，用于使所述标积自乘并且对所述标积加权来生成多个加权的单一估计；以及 求和模块，用于对所述加权的单一估计求和来生成噪声和干扰功率估计。
2.如权利要求1所述的噪声估计滤波器，其中所述酉向量是信道协方差矩阵的特征向量矩阵。
3.如权利要求1所述的噪声估计滤波器，其中所述系数自乘模块进一步包括: 自乘模块，用于使所述标积自乘来生成多个单一估计；以及 系数相乘模块，用于用噪声系数对所述单一估计中的每个加权，从而形成多个加权的单一估计。
4.如权利要求3所述的噪声估计滤波器，其中所述噪声系数是当
5.如权利要求 4所述的噪声估计滤波器，其中所述拉格朗日乘子λ具有值; >4，其中Clh^和dtt k每个代表所述信道协方差矩阵的至少一个特征d" ’ ’值。
6.如权利要求3所述的噪声估计滤波器，其中所述系数相乘模块存储多个噪声系数并且所述多个噪声系数的总和具有值一来提供多个归一化的噪声系数。
7.如权利要求3所述的噪声估计滤波器，其中系数相乘模块存储多个噪声系数并且所述多个噪声系数中的至少一个具有零值。
8.如权利要求3所述的噪声估计滤波器，其中在接收所述OFDM信号向量之前计算所述酉向量和所述噪声系数。
9.如权利要求1所述的噪声估计滤波器，其中所述OFDM信号向量是具有η数量个参考信号的长度的参考信号向量，其中η是正整数。
10.如权利要求1所述的噪声估计滤波器，其中所述系数自乘模块进一步包括: 系数相乘模块，用于对所述标积加权来形成加权的标积向量；以及 自乘模块，用于使所述加权的标积向量自乘来生成多个加权的单一估计。
11.如权利要求1所述的噪声估计滤波器，其中噪声和干扰功率估计用作从信道质量指标(CQI)报告、预编码矩阵指标(PMI)报告、传送秩指标(RI)报告、反馈报告、干扰抑制和白化组成的组中选择的噪声机制中的输入。
12.—种用于估计正交频分复用(OFDM)系统中的噪声的方法，其包括: 使用滤波器组模块使酉向量乘以OFDM信号向量来生成所述OFDM信号向量的标积； 使用自乘模块使所述标积自乘来生成多个单一估计；使用系数相乘模块来用噪声系数对所述单一估计中的每个加权，从而形成多个加权的单一估计；以及 使用求和模块对所述加权的单一估计求和来生成噪声功率估计。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述酉向量是所述信道协方差矩阵的特征向量矩阵。
14.如权利要求12所述的方法，其中所述噪声系数是当
15.如权利要求14所述的方法，其中所述拉格朗日乘子λ具有值
16.如权利要求12所述的方法，其中所述多个噪声系数的总和具有值一。
17.如权利要求12所述的方法，其中所述系数相乘模块存储多个噪声系数并且所述多个噪声系数中的至少一个具有零值。
18.一种计算机程序产品，其包括计算机可用介质，所述计算机可用介质具有包含在其中的计算机可读程序代码，所述计算机可读程序代码适于被执行来实现用于估计正交频分复用(OFDM)系统中的噪声的方法，所述方法包括: 使酉向量乘以OFDM信号向量来生成所述OFDM信号向量的标积； 使所述标积自乘并且通过噪声系数来对所述标积加权来生成多个加权的单一估计；以及 对所述加权的单一估计求和来生成干扰和噪声功率估计。
19.如权利要求18所述的计算机程序产品，其中所述酉向量是所述信道协方差矩阵的特征向量矩阵。
20.如权利要求18所述的计算机程序产品，其中所述多个噪声系数的总和具有值一，
乂....并且所述噪声系数是当时由一-表示的正恒量，否则所述噪声系数具有零值，其中i代表参考信号I至n，其中η是正整数，λ是拉格朗日乘子,Cluu是信道协方差矩阵Λ?的特征值，并且δ 2是噪声相对于信号功率的方差。
【文档编号】H04L27/26GK103621034SQ201280032559
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2012年6月28日 优先权日:2011年6月30日
【发明者】A.多伦, V.克拉夫特索夫, Y.隆尼茨 申请人:英特尔公司