专利名称：Ofdm信道估计的自适应取阈的制作方法
OFDM信道估计的自适应取阈 根据37U. S. C. § 119要求优先权本专利申请要求于2008年7月1日提交且被转让给本发明受让人并因而被明确 援引纳入于此的题为"Adaptive Thresholding Implementation In UBMl SW(UBM1SW中的 自适应取阈实现)，，的临时申请No. 61/077，173的优先权。背景领域本发明一般涉及数据通信，尤其涉及用于优化正交频分复用(OFDM)通信系统中 的信道估计的技术。背景OFDM是有效地将系统总带宽划分成多个(N个)正交子带的多载波调制技术。这 些子带也以频调、副载波、频槽、和/或频率信道述及。在OFDM通信系统中，每一子带与一 可用数据调制的相应副载波相关联。在无线通信系统中，射频(RF)调制的信号可经由从发射机到接收机的多条信号 路径行进。如果这些信号路径具有不同延迟，则到达接收机的信号将包括所传送信号的具 有不同增益和延迟的多个实例。无线信道中的这种时间分散性导致频率选择性衰落，其特 征在于跨系统带宽变化的频率响应。在OFDM系统中，这N个子带由此可能经历不同的有效 信道并且可能因此与不同的复信道增益相关联。通常需要对发射机与接收机之间的无线信道的准确估计才能有效地接收可用子 带上的数据。信道估计通常通过从发射机发送导频并在接收机处测量该导频来执行。由于 导频是由接收机先验已知的调制码元组成的，因此对于用于导频传输的每一个子带，信道 响应可被估计为收到导频码元与所传送导频码元之比。为了获得可靠的信道估计并提取来自特定信道的数据，必须在信道估计中通过被 称为“取阈”的过程将信道信号能量与干扰能量区分开。取阈过程使用阈值来确定给定信 道元素或抽头是具有充分信道能量以被保留，还是具有不足能量从而应被丢弃或归零。如 果信道中的能量高于阈值，则将其保留作为信道能量。如果能量低于阈值，则将其丢弃。已知阈值是基于各种因素并以各种方式来计算的。传统地，可在自动增益控制 (AGC)之后向信道估计施加阈值。AGC操作定标收到信号以使得信道能量与干扰能量之和 保持固定。则阈值对于每一种数据模式可为固定值，并且可在AGC之后基于信道响应估计 的总能量或平均能量来计算。使用固定阈值确保了(1)取阈与AGC之前收到能量的变化无 关，以及( 存在但具有低信号能量的信道抽头不会被归零。绝对或固定阈值可基于给定 数据模式所必需的信号干扰比(C/I)、对收到导频码元的预期最低能量等来计算。使用固定 阈值迫使抽头要满足一些最小值才能被保留。阈值还可基于因素的组合来计算。例如，阈 值可基于信道冲激响应估计的能量来计算并进一步被约束成等于或大于预定最小值。在OFDM系统中使用固定取阈技术在转让给本发明的受让人并通过援引纳入于 此的题为"CHANNEL ESTIMATION FOR AN OFDM C0MMUNICATI0NSYSTEM WITH INACTIVE SUBBANDS(对具有不活跃子带的OFDM通信系统的信道估计)”的美国专利申请No. 10/741，7 中进行了公开。在OFDM系统中使用固定取阈技术还在转让给本发明的受让 人并通过援引纳入于此的题为“CHANNEL ESTIMATE OPTIMIZATION FOR MULTIPLE TRANSMIT MODES(对多种传送模式的信道估计优化)”的美国专利申请No. 11/366，779中进行了公开。 关于用于获得基于WIC的相对C/I测量以推导设置相对阈值的方法的附加细节在转让给本 发明的受让人并通过援引纳入于此的题为“METHODS ANDAPPARATUS FOR NOISE ESTIMATION IN A COMMUNICATION SYSTEM(用于在通信系统中进行噪声估计的方法和装置)”的美国专 利申请No. 11/716,910中进行了描述。又可如在转让给本发明的受让人的题为“METHODS AND APPARATUSF0R SIGNAL AND INTERFERENCE ENERGY ESTIMATION IN AC0MMUNICATI0N SYSTEM(用于在通信系统中进行信号和干扰能量估计的方法和装置)”的美国专利申请 No. 11/763，627中所描述地在数据码元处理期间获得用于推导设置相对阈值的C/I测量， 该申请的公开也通过援引纳入于此。传统地确定的阈值可能是次优的，因为其并不动态地适应变化的信道状况。当阈 值是通过模式(数据率)任意地固定的并且变化的信道状况变得比预期更好时，低于传统 阈值的信道抽头在原本能保留时会被丢弃。去除可行信道抽头则会在信道中造成干扰。随 着新一代OFDM通信系统被部署，取阈技术还必须适应广域信道与局域信道之间的信号差。因此本领域需要自适应取阈技术，其通过针对变化的信道状况作出调整来消除次 优阈值以在不存在信道能量的情况下消除干扰，而不丢弃具有可用信道能量的可行抽头。 新取阈技术还必须自适应地最优化用于广域信道和局域信道两者的阈值。附图简述
图1 (现有技术)示出示例性固定取阈过程；图2示出示例性自适应取阈过程；图3示出用于自适应取阈过程的方法的示例性高级概览；图4示出用于基于WIC码元最优化用于广域信道和局域信道两者的阈值的自适应 取阈过程的示例性详细方法；图5示出用于基于TPC码元最优化用于广域信道的阈值的自适应取阈过程的示例 性详细方法；图6示出用于基于TPC码元最优化用于局域信道的阈值的自适应取阈过程的示例 性详细方法；以及图7是具有自适应取阈处理能力的OFDM接收机的示例性简化功能框图。详细描述措辞“示例性”在本文中用于表示“用作示例、实例或例示”。本文中描述为“示例 性”的任何实施例不必被解释为优于或胜过其他实施例。符号“C”在本文中用于表示OFDM信道中的总信号能量。符号“I”在本文中用于表示OFDM信道中来自热噪声或该环境中可能存在的任何 其他附加带内噪声的干扰能量。在一个或多个方面，提供了在通信网络中操作以辅助信道估计的接收机自适应取 阈。出于本描述的目的，本文中参照利用OFDM来提供网络服务器与一个或多个移动设备之 间的通信的通信网络描述了自适应取阈过程的各方面。例如，在OFDM系统的一方面，服务 器传送包括传输帧的发射波形，传输帧通过实时和/或非实时数据的特定安排、序列、交织和/或其他编码而具有经复用的广域和局域数据流。数据表示为码元，其中每一个码元包 括N个副载波。如下所述，自适应取阈过程可操作以辅助进行信道估计，从而接收设备能准确地 解码广域和局域数据流。该系统十分适合在无线通信网络中使用，但是也可用在任何类 型的无线环境中，包括但不限于，诸如因特网等公用网络、诸如虚拟专用网(VPN)等专用网 络、局域网、广域网、长途网、或任何其他类型的无线网络。图1图解示例性传统固定取阈过程100，其可能使用各种信道状况下的次优阈值。 在多发射机系统中，两个或多个发射机可传送复制信息。图1出于简单起见示出两发射机 系统。具有信号覆盖区102b的发射机A 10 和具有包含交迭信号覆盖区106的信号覆盖 区104b的发射机B 10 传送相同的信息。在接收机(在图7中详述)处，一个信号通常 但并非总是比另一个更强。收到信道估计冲激响应(108-126)或抽头/码片每OFDM码元 都包括在IOM个抽头上的能量水平。接收自发射机A 10 的冲激响应群集A’ 132和接收 自发射机B 10 的冲激响应群集B’ 136由于每一个信号从其相应的发射机到接收机的路 径的不同通常被间隙134分开。这些码片包括具有通常包含信道信号能量(C)的相对大的 能量水平的信道抽头，以及具有通常指示来自环境中可能存在的热噪声和任何其他带内噪 声的干扰能量(I)的相对小的能量水平的信道抽头。信道信号能量可位于OFDM码元中任何地方。取阈过程的目的是将具有信道能量 的抽头与不具有信道能量的即干扰的抽头分离，并且随后丢弃不具有信道能量的抽头。固 定阈值1 将主要具有干扰能量的抽头与主要具有信号能量的抽头分开。其能量水平高于 或等于阈值128的抽头(110，112，114，120，122)被确定为具有信号能量并被接收机相应地 处理。低于该阈值的能量水平(108，116，118，124，126，140-170)被确定为干扰。取阈过程的益处在于有更好的信道估计，因为已抑制了干扰。先前的取阈技术定 义模式相关阈值。由于数据是以不同效率/数据率(模式)在不同副载波上传送的，因此 一些模式比其他模式更稳健并且能承受更多干扰。阈值1 是取决于被解码的模式而选取 的。该模式是接收机先验已知的，并且对于每一种模式存在固定阈值。例如，以2兆比特每 秒(Mbps)传送的模式0可能要求3分贝(dB)的C/I比，而以8Mbps传送的模式4可能要 求15dB的C/I比。接收机基于该C/I知晓信道对于解码给定模式所容许的干扰水平130。 越高的数据率在越低的干扰下操作，由此，阈值1 对于更高数据率模式将比用于更低数 据率模式的阈值1 更低。然而，由于变化的现场状况，模式4的实际C/I可能比15dB更 好。在这样的情景中，干扰水平130可能甚至更低，并且弱信道抽头与背景噪声相比可能更 突出。如果不管信道状况如何阈值都是固定的并且信道状况比建模预期更好，则固定阈值 128将是次优阈值，因为其导致丢弃了一些弱信道抽头(108，116，118，124，126)。当在这 些环境下降低阈值时，低于该阈值的弱信道抽头将被包括而并非作为干扰(140-170)被丢 弃。理想地，阈值1 应是可自适应调整的，以使得其在考虑当前信道状况下被设置得尽可 能低以去除所有干扰(140-170)而不放弃任何信道抽头。图2图解示例性自适应取阈过程200，藉此在考虑当前信道状况时动态地调整阈 值。例如，模式48Mbps信号在C/I为15dB时使用较高阈值(20 。具有相对较小的能量 水平的信道抽头(108，116，118，126)和不具有信道能量的信道抽头(140-170)低于该阈 值。丢弃具有一些实际信道能量的抽头108、116、118和1 在收到信号中造成干扰。在收到信道分布的状况改善时，自适应取阈过程200动态地调整到较低阈值204。在针对实际 信道状况作自适应调整之后，具有信号能量的所有信道抽头——包括抽头108、116、118和 126——皆低于阈值202且被保留在收到信号中。由此，消除了被丢弃的信道能量所造成的干扰，同时恰当地丢弃了实际干扰抽头 (140-170)。用于实现自适应取阈200技术的示例性方法和装置在图3-7中详述。图3示出用于仅基于测得C/I比的自适应模式无关取阈过程300的方法的示例性 高级概览。在一方面，自适应取阈过程300涉及基于根据分别从当前WIC/LIC码元获得的 广域标识符/局域标识符(WID/LID)能量计算出来的瞬态C/I估计和/或加权平均C/I估 计来动态地调整存储在接收机硬件寄存器(阈值寄存器)中的阈值。该自适应取阈技术在 C/I估计增大时动态地减小阈值以减缓因去除弱信号抽头而造成的性能降级。如下详述地 从C/I估计推导自适应阈值并针对瞬态C/I计算验证信道匹配。在接收机上电时，用默认值初始化阈值寄存器。自适应取阈的其余处理响应于周 期性中断而发生，例如每秒一次。在步骤302中，确定如图1-2中所示的具有多个抽头的信 道冲激响应。控制流前进至步骤304。在步骤304中，每逢一个周期性中断就计算瞬态C/I估计。C/I值可以是根据专用 瞬态WIC码元、在时间上取平均的WIC码元、导频码元、在时间上取平均的导频码元、或这些 方法的组合计算出来的。在一方面，瞬态C/I估计是使用来自数据码元中的频分复用(FDM)导频的时域信 道估计或频域导频观测计算出来的。在其他方面，来自过渡导频信道(TPC)码元的时域信 道估计或频域导频观测被用于计算瞬态C/I估计。C/I还可从各种其他时分复用(TDM)导 频码元(诸如TDMl和TDM2)、或定位导频信道(PPC)码元估计出来。组合基于来自数据码 元中的FDM导频的时域信道估计或频域导频观测与来自TPC码元的时域信道估计或频域导 频观测的C/I估计产生可靠的C/I估计，甚至在存在自干扰的情况下亦然。此外，对所有合 需及产生干扰的广域和局域信道的单独加权C/I估计可使用这两种方法来获得。在又其他 方面，通过以上方法中的每一种获得的瞬态C/I估计可借助于加权平均被组合以形成单个 估计，以便提高估计的可靠性并获得更好的干扰平均化。控制流前进至步骤306。在步骤306中，在一方面，根据瞬态C/I估计来推导动态阈值。在一方面，C/I估
计是作为总信道能量与干扰能量的定标比(C/I)从广域标识信道(WIC)获得的。WIC码元
包含具有信号和干扰能量的一个交织(即，700个副载波)，而其他交织仅包含干扰。具有
信号能量(<A )和干扰(σ 2 )的交织的能量由下式给出
权利要求
1.一种在正交频分复用(OFDM)系统中进行信道估计的方法，包括 确定具有多个抽头的信道冲激响应；计算信号能量与干扰能量比(C/I)估计； 基于所述C/I估计推导动态阈值； 丢弃其值低于所述动态阈值的抽头；以及 从剩余抽头生成信道频率响应估计。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通信系统是唯前向链路(FLO)通信系统。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述C/I估计是从FLO系统中的WIC码元、 LIC码元、数据码元、TDM导频、TPC码元或所述码元的任何组合获得的。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，分别为广域和局域信道获得单独的C/I估计。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述C/I估计是瞬态C/I估计。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述C/I估计是加权平均C/I估计。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述C/I估计是瞬态C/I估计和加权平均 C/I估计的函数。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述加权平均C/I估计是根据C/IPtli = (l-β) XC/I￥JS,旧+ β XC/I 计算的。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，β是可编程加权参数，其取决于所述瞬态C/ I估计的可靠性而取0到1之间的值。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括调整所述动态阈值以补偿网络自身 的干扰。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，调整所述动态阈值以补偿网络自身的干 扰包括将主要瞬态WID和LID能量与次级WID和LID平均能量进行比较以标识网络自身的 干扰。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述次级WID平均能量是根据下式计算的WID平均能量,新=(I-y)X WID平均能量，旧+ YWID瞬态能量，并且其中Y是针对占优信道状况调整的可适应参数。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述次级LID平均能量是根据下式计算的LID平均能量，新=(l_Y)x LID平均能量，丨曰+ y LID瞬态能量，并且其中γ是针对占优信道状况调整的可适应参数。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述C/I估计推导动态阈值包括 根据所述C/I估计从查找表选择阈值。
15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述C/I估计推导动态阈值包括 基于接收机执行的运算来选择阈值。
16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对广域信道估计和局域信道估计使用不同 的阈值。
17.—种正交频分复用(OFDM)接收机，所述接收机包括天线，用于接收所传送的信号并将所述收到信号提供给接收机单元； 接收机单元，用于通过滤波、放大、和下变频所述收到信号来调理所述收到信号，并且 将所述经调理信号数字化以向OFDM解调器提供采样和码元；OFDM解调器，用于将收到码元变换到频域并且将所述码元提供给处理器以进行信道估计；处理器，用于处理所述收到码元以确定具有多个抽头的信道冲激响应，计算定标信号 能量与干扰能量比(C/I)估计，基于所述C/I估计推导动态阈值，丢弃其值低于所述动态阈 值的抽头，以及从剩余抽头生成信道频率响应估计。
18.如权利要求17所述的接收机，其特征在于，所述C/I估计是瞬态C/I估计。
19.如权利要求17所述的接收机，其特征在于，所述C/I估计是加权平均C/I估计。
20.如权利要求17所述的接收机，其特征在于，所述C/I估计是瞬态C/I估计和加权平 均C/I估计的函数。
21.一种用于在正交频分复用(OFDM)系统中进行信道估计的装置，包括 用于确定具有多个抽头的信道冲激响应的装置；用于计算信号能量与干扰能量比(C/I)估计的装置； 用于基于所述C/I估计推导动态阈值的装置； 用于丢弃其值低于所述动态阈值的抽头的装置；以及 用于从剩余抽头生成信道频率响应估计的装置。
22.如权利要求21所述的装置，其特征在于，所述C/I估计是瞬态C/I估计。
23.如权利要求21所述的装置，其特征在于，所述C/I估计是加权平均C/I估计。
24.如权利要求21所述的装置，其特征在于，所述C/I估计是瞬态C/I估计和加权平均 C/I估计的函数。
25.—种编码有计算机程序的计算机可读介质，所述计算机程序被配置成指导处理器 执行包括以下的步骤确定具有多个抽头的信道冲激响应； 计算信号能量与干扰能量比(C/I)估计； 基于所述C/I估计推导动态阈值； 丢弃其值低于所述动态阈值的抽头；以及 从剩余抽头生成信道频率响应估计。
26.如权利要求25所述的计算机可读介质，其特征在于，所述C/I估计是瞬态C/I估计。
27.如权利要求25所述的计算机可读介质，其特征在于，所述C/I估计是加权平均C/I 估计。
28.如权利要求25所述的计算机可读介质，其特征在于，所述C/I估计是瞬态C/I估计 和加权平均C/I估计的函数。
全文摘要
自适应取阈技术通过针对变化的信道状况作出调整来消除次优阈值以在不存在信道能量的情况下消除干扰，而不丢弃具有可用信道能量的可行抽头。自适应取阈技术仅基于测得C/I比300自适应地最优化用于广域和局域信道两者的接收阈值。基于分别从当前超帧WIC/LIC码元获得的WID/LID能量计算出的瞬态C/I估计和/或加权平均C/I估计来计算阈值。在替换实施例中，基于分别从广域和局域信道的WTPC和LTPC计算出的瞬态C/I估计和/或加权平均C/I估计来计算阈值。该自适应取阈技术在C/I估计增大时动态地减小阈值以减缓因去除弱信号抽头而造成的性能降级。对于示例性接收机所支持的12种编码和调制模式中的每一种存在单独的阈值。
文档编号H04L25/02GK102067539SQ200980124681
公开日2011年5月18日 申请日期2009年6月30日 优先权日2008年7月1日
发明者A·曼特里瓦迪, K·K·穆卡维里, R·克里希纳穆斯 申请人:高通股份有限公司