專利名稱：相位噪聲消除ofdm接收器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開內(nèi)容涉及在多載波通信系統(tǒng)中修正相位，并且尤其涉及 在OFDM接收器中消除相位噪聲。
背景技術(shù)：
頻分復(fù)用(FDM)是在單個(gè)傳輸路徑(例如，線纜或無線系統(tǒng)) 上同時(shí)傳輸多個(gè)信號(hào)的技術(shù)。每個(gè)信號(hào)在其自己唯一的、經(jīng)過數(shù)據(jù) (文本、語音、視頻等)調(diào)制的頻率范圍(載波)內(nèi)傳播。
正交FDM (OFDM)技術(shù)將數(shù)據(jù)分布在以所定義的頻率間隔開 來的大量載波上。該間隔提供了 OFDM方法的"正交性"，并且防 止解調(diào)器觀察到除其擁有的頻率以外的頻率。OFDM的益處包括高 的頻譜效率，抗RF干擾以及較低的多徑失真。這是有用的，因?yàn)樵?典型的陸地?zé)o線通信實(shí)現(xiàn)中，存在多徑信道(即，傳輸?shù)男盘?hào)使用 各種不同長度的路徑到達(dá)接收器)。
OFDM已經(jīng)成功地部署在室內(nèi)無線LAN和室外廣^番應(yīng)用中。例 如，多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組織，包括IEEE 802.11、 IEEE 802. 16、 DVB-T (數(shù)字 視頻廣播-陸地)和DVB-H (手持)，已經(jīng)將OFDM選擇作為多址 接入方案。OFDM有益地利用低于通常單載波自適應(yīng)均衡器的復(fù)雜 度降低了 ISI的影響。還發(fā)現(xiàn)OFDM在多徑衰落信道中工作得很好。 這些和其他優(yōu)勢使得OFDM成為用于諸如所謂的4G(第四代)之類 的未來移動(dòng)通信系統(tǒng)中的強(qiáng)有力的備選方案。
雖然在多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中的上述采用證明了 OFDM是用于多徑傳播的 優(yōu)秀備選方案，但是其對(duì)于相位噪聲是脆弱的。相位噪聲出現(xiàn)在發(fā) 射器處的上變頻中，以及接收器處的下變頻中，其中本地振蕩器以 非理想方式來運(yùn)轉(zhuǎn)。OFDM的重要特征是子載波的正交性。來自于本地振蕩器的相位噪聲威脅到了正交性。期待的是，任何特殊OFDM
實(shí)現(xiàn)的敏感度取決于子載波彼此之間的距離。低頻相位噪聲(通常
稱作普通相位噪聲CPE)已經(jīng)在現(xiàn)有技術(shù)中通過利用導(dǎo)頻音或?qū)ьl 信號(hào)的幫助旋轉(zhuǎn)信號(hào)星座得到了修正。高頻相位噪聲引入了載波間 干擾ICI。不像符號(hào)間干擾ISI (其中同一信號(hào)的多個(gè)版本由于恢復(fù) 的多徑傳播而彼此干擾)，ICI對(duì)接收器表現(xiàn)為加性高斯噪聲。通常， 在現(xiàn)有技術(shù)中，僅通過使用高品質(zhì)的本地振蕩器來減少從開始施加 的任何相位噪聲，從而對(duì)其進(jìn)行抵制。在高頻處(例如，大約60 GHz 以及更高)，甚至這些較高品質(zhì)的本地振蕩器施加的相位噪聲也沒 有將ICI降低到在接收器看來足以保持子栽波正交性的程度。這至少 對(duì)于更高級(jí)的調(diào)制方案(例如，16QAM、 64QAM)是真實(shí)的。
發(fā)明人已經(jīng)設(shè)計(jì)了在低頻和高頻形式兩者中修正相位噪聲由此 針對(duì)ICI進(jìn)行修正的方法(如下描述)。雖然特別地在OFDM上下 文中進(jìn)行了描述，但是此處描述的相位噪聲修正技術(shù)不依賴于 OFDM的特殊性而是可容易地?cái)U(kuò)展到任何多載波信令體制中，包括 多載波CDMA (MC-CDMA)和仍有待開發(fā)的、與這些教導(dǎo)不一致 的其他多載波通信協(xié)議中。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)這些教導(dǎo)的之前描述的實(shí)施方式，克服了上述和其他問題 并且實(shí)現(xiàn)了其他優(yōu)勢。
本發(fā)明的實(shí)施方式包括用于處理所接收信號(hào)的方法。在該方法 中，通過多個(gè)正交子載波接收信號(hào)并且存儲(chǔ)/緩存信號(hào)。在實(shí)際中， 由于噪聲，子載波并不是嚴(yán)格正交的，這并沒有將它們排除在正交 的定義以外；本發(fā)明涉及修正相位噪聲，在特定示例中，相位噪聲 本身可以破壞子載波的嚴(yán)格正交性。如果發(fā)送子載波的傳輸體制是 在正交(或近似正交)子載波的前提下操作的，那么認(rèn)為子載波是 正交的。進(jìn)一步在該方法中，根據(jù)緩存的信號(hào)來估計(jì)符號(hào)，并且根 據(jù)緩存的信號(hào)和估計(jì)的符號(hào)來確定判決噪聲。判決噪聲可以被視為是在減去估計(jì)的符號(hào)之后的(符號(hào)界定的)信號(hào)的余項(xiàng)，但不一定 是全部余項(xiàng)。例如，余項(xiàng)可不包括針對(duì)公共相位誤差而修正的信號(hào) 部分。然后，根據(jù)判決噪聲和估計(jì)的符號(hào)來估計(jì)相位噪聲，并且從 緩存的信號(hào)中消除估計(jì)的相位噪聲以便產(chǎn)生經(jīng)過相位噪聲修正的估 計(jì)符號(hào)。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式是一種接收器，其包括通過多個(gè)正交 子載波來接收信號(hào)的裝置，例如接收天線。接收器進(jìn)一步包括串聯(lián) 的緩存器和算術(shù)邏輯塊、符號(hào)檢測器以及相位噪聲估計(jì)器。進(jìn)一步 的反饋環(huán)路將相位噪聲估計(jì)器的輸出耦合到算術(shù)邏輯塊的輸入，以 提供相位噪聲的估計(jì)。緩存器用于存儲(chǔ)接收的信號(hào)。算術(shù)邏輯塊用 于從緩存的信號(hào)中消除經(jīng)由反饋環(huán)路接收的相位噪聲估計(jì)。符號(hào)檢 測器用于根據(jù)算術(shù)邏輯塊的輸出估計(jì)符號(hào)。并且相位噪聲估計(jì)器根
據(jù)來自于符號(hào)檢測器的兩個(gè)輸入來估計(jì)相位噪聲這兩個(gè)輸入為估 計(jì)的符號(hào)和余項(xiàng)信號(hào)。以上闡述了對(duì)于正交子載波和余項(xiàng)信號(hào)的考 慮，并且該考慮應(yīng)用于整個(gè)公開內(nèi)容中。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式是一種設(shè)備，該設(shè)備包括用于根據(jù)接 收的和緩存的信號(hào)來估計(jì)符號(hào)的裝置，用于根據(jù)估計(jì)的符號(hào)和余項(xiàng) 信號(hào)迭代地估計(jì)相位噪聲的裝置，以及用于從緩存的信號(hào)中消除迭 代地估計(jì)的相位噪聲的裝置。在從緩存的信號(hào)中消除了迭代地估計(jì) 的相位噪聲之后，根據(jù)緩存信號(hào)估計(jì)符號(hào)將產(chǎn)生經(jīng)過相位噪聲迭代 修正的符號(hào)估計(jì)。這些各種裝置的實(shí)施方式在以下詳細(xì)描述和權(quán)利 要求書中詳細(xì)描述。
本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)為機(jī)器可讀指令的程序，該程序?qū)嶋H包含在信 息承載介質(zhì)上并且可由數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理器執(zhí)行，從而執(zhí)行針對(duì)處理所 接收信號(hào)的動(dòng)作。該動(dòng)作包括根據(jù)接收的和緩存的信號(hào)來估計(jì)符
號(hào)，根據(jù)所接收信號(hào)和估計(jì)的符號(hào)來確定判決噪聲，根據(jù)判決噪聲 和估計(jì)的符號(hào)來估計(jì)相位噪聲，并且從緩存的信號(hào)中消除估計(jì)的相
位噪聲，并且根據(jù)其(將估計(jì)的相位噪聲從其消除之后的緩存的符 號(hào))來估計(jì)經(jīng)過相位噪聲修正的估計(jì)符號(hào)。這些動(dòng)作可以由硬件、
9固件、軟件或如這里詳細(xì)描述的各種組合執(zhí)行。如將詳細(xì)描述的， 優(yōu)選地，該程序迭代地確定針對(duì)相同估計(jì)符號(hào)的相位噪聲估計(jì)。
另一個(gè)實(shí)施方式，也是一種機(jī)器可讀指令的程序，其實(shí)際包含 在信息承載介質(zhì)上并且可由數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理器執(zhí)行以執(zhí)行針對(duì)處理所
接收信號(hào)的動(dòng)作，包括如下動(dòng)作根據(jù)通過多個(gè)正交頻分復(fù)用子載
波而接收的信號(hào)來估計(jì)符號(hào)、以及根據(jù)經(jīng)過傅立葉逆變換的所估計(jì) 符號(hào)和余項(xiàng)信號(hào)來迭代地估計(jì)相位噪聲。然后，附加的動(dòng)作是從信
號(hào)中消除迭代地估計(jì)的相位噪聲。
另一個(gè)接收器實(shí)施方式包括符號(hào)檢測器，用于根據(jù)接收的信號(hào) 來估計(jì)所估計(jì)的頻域符號(hào)和頻域判決噪聲。該接收器進(jìn)一步包括用 于將所估計(jì)的頻域符號(hào)和頻域判決噪聲轉(zhuǎn)換到時(shí)域的裝置。此類裝
置的示例是對(duì)其輸入執(zhí)行IFFT的處理器。進(jìn)一步，該處理器中具有 至少一個(gè)Kalman濾波器，用于根據(jù)經(jīng)過時(shí)域轉(zhuǎn)換的所估計(jì)符號(hào)和經(jīng) 過時(shí)域轉(zhuǎn)換的判決噪聲來估計(jì)相位噪聲。接收器還包括遞歸反饋環(huán) 路，用于從所接收的信號(hào)中消除來自于Kalman濾波器的相位噪聲估 計(jì)的累加。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式是用于對(duì)所接收信號(hào)進(jìn)行如下處理的 方法。根據(jù)所接收信號(hào)來估計(jì)頻域符號(hào)和頻域判決噪聲。所估計(jì)的 頻域符號(hào)和頻域判決噪聲繼而轉(zhuǎn)換到時(shí)域。然后，在時(shí)域中對(duì)經(jīng)過 時(shí)域轉(zhuǎn)換的所估計(jì)的符號(hào)和經(jīng)過時(shí)域轉(zhuǎn)換的歲1 j決噪聲進(jìn)行濾波以獲 得相位噪聲估計(jì)。還通過如上所述的迭代地估計(jì)、轉(zhuǎn)換以及濾波來 計(jì)算相位噪聲的至少 一 次迭代估計(jì)。從所接收信號(hào)中消除相位噪聲 估計(jì)和相位噪聲的至少 一 次迭代估計(jì)。
關(guān)于各種實(shí)施方式和實(shí)現(xiàn)的進(jìn)一步細(xì)節(jié)在下面詳細(xì)描述。


當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)，在下面的詳細(xì)描述中，這些教導(dǎo)的前述和 其他方面更加明顯，附圖中
圖1是OFDM發(fā)射器和接收器的相關(guān)部分的示意性框圖；圖2是示出了使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的相位噪聲消除的圖1
的接收器的進(jìn) 一 步細(xì)節(jié)的示意性框圖3是示出了導(dǎo)出相位噪聲估計(jì)的圖2的進(jìn)一步細(xì)節(jié)的示意性 框圖4A是示出了實(shí)際相位噪聲相對(duì)于使用所描述的消除技術(shù)的 單次迭代的估計(jì)相位噪聲的圖示，圖4B是示出了當(dāng)使用單次迭代進(jìn) 行消除時(shí)由于相位噪聲而具有殘留誤差的子載波的圖示；
圖5A-5B、圖6A-6B、圖7A-7B、圖8A-8B和圖9A-9B類似于 圖4A-4B,但是分別示出了所描述的相位消除技術(shù)的兩次、三次、 四次、五次以及六次迭代的結(jié)果；
圖IO是示出了相位噪聲和具有頻率偏移修正的累加估計(jì)相位噪 聲的圖示；
圖ll是示出了 16QAM信號(hào)與具有未修正的相位噪聲的16 QAM信號(hào)、具有使用所描述的相位消除技術(shù)的三次迭代進(jìn)行修正的 相位噪聲的16QAM信號(hào)、以及具有針對(duì)所描述的相位消除技術(shù)的 五次迭代進(jìn)行修正的相位噪聲的16QAM信號(hào)相比，在-70dBc處的 誤碼率(bit error rate )相對(duì)于信噪比的圖示。
圖12類似于圖11但是針對(duì)-75dBc。
具體實(shí)施例方式
通常，本發(fā)明的某些接收器的實(shí)施方式操作為在符號(hào)期間(或 其他間隔)估計(jì)相位噪聲，在緩存器中累加估計(jì)并且從信號(hào)中消除 估計(jì)的相位噪聲，而不需要導(dǎo)頻或訓(xùn)練音來通知接收器關(guān)于信號(hào)的 相位。通過將信號(hào)多次傳遞通過估計(jì)器極大地改進(jìn)了結(jié)果。特別地， 接收器根據(jù)已知方法執(zhí)行諸如同步、信道估計(jì)和修正以及公共相位 糾錯(cuò)之類的操作以達(dá)到表示判決符號(hào)加上此處所稱的判決噪聲的結(jié) 果。判決噪聲是在從所接收信號(hào)中減去判決的符號(hào)星座點(diǎn)之后的余 項(xiàng)。相位噪聲位于判決噪聲內(nèi)，并且由Kalman濾波器4吏用傅立葉逆 變換處理來估計(jì)。反饋該相位噪聲估計(jì)并且將其從存儲(chǔ)在緩存器中的原始信號(hào)中減去。針對(duì)相同的緩存信號(hào)重復(fù)上述步驟，從而在消 除了當(dāng)前的相位噪聲估計(jì)之后產(chǎn)生從更大程度上反映實(shí)際相位噪聲 的相位噪聲估計(jì)，所有這些都不需要占用帶寬的附加導(dǎo)頻音/訓(xùn)練序 列。下面提供其他細(xì)節(jié)。
圖l示出了 OFDM發(fā)射器20和接收器22內(nèi)的代表性功能的框 圖。在該發(fā)射器中，在編碼器24中對(duì)源數(shù)據(jù)編碼并且進(jìn)行交織，然 后在調(diào)制器26a處進(jìn)行調(diào)制，如在OFDM中已知的，調(diào)制器26a可 以是固定的或自適應(yīng)的。在塊28a處進(jìn)行從串行到并行的轉(zhuǎn)換之后， 多個(gè)并行數(shù)據(jù)流經(jīng)傅立葉逆變換塊30變換。在擴(kuò)頻實(shí)施方式中，在 此處應(yīng)用擴(kuò)頻碼和潛在地應(yīng)用擾碼。并行數(shù)據(jù)流繼而在塊32a中串 行化，在塊34a中添加循環(huán)前綴，在模數(shù)轉(zhuǎn)換器36a處對(duì)結(jié)果進(jìn)行 數(shù)字化，上變頻38a到載波頻率，并且由符號(hào)X(n)表示的信號(hào)通過 一個(gè)或多個(gè)發(fā)射天線(未示出)在多徑衰落信道40上發(fā)射，該多徑 衰落信道40包括多個(gè)頻率重疊的、通過正交性分隔的子信道。
在某些方面，接收器22處的處理反向操作。由r(t)表示的接收 信號(hào)下變頻38b并且轉(zhuǎn)換為數(shù)字的36b,去除34b循環(huán)前綴，并且為 了在塊42內(nèi)進(jìn)行處理而并行化28b，這將針對(duì)圖2-3在下面進(jìn)一步 詳細(xì)地進(jìn)行描述。然后，對(duì)來自于該塊42的判決進(jìn)行串行化32b、 解調(diào)26b以及解碼/解交織(未示出)以便得到最終結(jié)果。顯示的多 個(gè)各種功能塊可以如本領(lǐng)域中已知的重新排序并且未示出OFDM收 發(fā)器所需的所有處理塊，因?yàn)槠渌奶幚韷K與這些教導(dǎo)不相關(guān)?？?以將某些功能合并為單個(gè)物理組件并且某些功能可以分成多個(gè)組 件。典型地，發(fā)射器20和接收器22包含在收發(fā)器中，共享處理器 42和存儲(chǔ)器44，以及經(jīng)常形成在普通數(shù)字信號(hào)處理芯片上的其他功 能組件。圖1僅給出了一個(gè)相關(guān)環(huán)境的一般上下文，并且其位于有 優(yōu)勢的接收器22實(shí)施方式的功能中。
本發(fā)明的實(shí)施方式可以部署在任何具有處理接收自另 一個(gè)設(shè)備 或節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)的接收器的主管計(jì)算設(shè)備，而不論該主管設(shè)備是否是 無線地接收其數(shù)據(jù)。普通實(shí)施方式位于移動(dòng)臺(tái)、能夠無線地接入通信網(wǎng)絡(luò)(例如，耦合至公共交換電話網(wǎng)絡(luò)的基站的移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò))
的手持便攜式設(shè)備中。蜂窩電話、Blackberry⑧設(shè)備、具有通信功能 的膝上計(jì)算機(jī)以及具有互聯(lián)網(wǎng)或其他雙向通信功能的個(gè)人數(shù)字助理
(PDA)是移動(dòng)臺(tái)的示例。這些教導(dǎo)還可以優(yōu)勢地用于其他便攜式 無線電裝置，諸如無線對(duì)講機(jī)以及僅可以訪問諸如無線局域網(wǎng)
(WLAN)或WIFI網(wǎng)絡(luò)之類的局域網(wǎng)的設(shè)備。
本發(fā)明的實(shí)施方式在圖2的框圖中示出。接收的信號(hào)r(t)通過函 數(shù),w下變頻38b并且通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器36b轉(zhuǎn)換為數(shù)字的。諸如 通過本領(lǐng)域中已知的導(dǎo)頻信號(hào)來確定子載波頻率w和子載波相位^。 可以將其他處理插入到那些處理塊38b、 36b之間或之后，而不脫離 此處的創(chuàng)造性方面。信號(hào)的數(shù)字化版本存儲(chǔ)在緩存器46中，并且其 副本輸出到邏輯塊/乘法器48,在邏輯塊/乘法器48處將相位噪聲估 計(jì)^)移除為e"'一，其中索引(n)表示正在被操作的符號(hào)。關(guān)于如何計(jì) 算相位誤差估計(jì)的細(xì)節(jié)將參考圖3來描述，并且對(duì)于相同緩存信號(hào) 的相位誤差估計(jì)的每個(gè)后續(xù)計(jì)算是單次迭代。在計(jì)算相位噪聲的任 何估計(jì)之前的第一輪運(yùn)算(first pass)中，來自于緩存器46的信號(hào) 輸出的副本在乘法器48處不改變。
在每個(gè)迭代中并且包括緩存信號(hào)的第一輪運(yùn)算，接收器22如本 領(lǐng)域已知的那樣修正CPE以達(dá)到估計(jì)的符號(hào)判定。該處理可以包括 同步、信道估計(jì)和修正、使用OFDM符號(hào)的每個(gè)符號(hào)中的導(dǎo)頻音來 修正公共相位誤差以及不希望的星座旋轉(zhuǎn)，并且該處理一般在塊50 處表示。關(guān)于這點(diǎn)的相關(guān)教導(dǎo)可以在由KanuChadha以及Manish Bhardwaj發(fā)明的，于2004年8月12日公開的美國專利公開No. US 2004/0156309 Al中找到，通過引用將其合并于此。該引用主要涉及 修正CPE而不是ICI。將要輸出用于串行化、解調(diào)和解碼/解交織(如 圖1)的硬判決52直到相位修正處理的最終迭代之后才輸出。直到 該迭代為止，認(rèn)為在塊50中判定的符號(hào)為軟判決52并且"硬判決" 路徑54被關(guān)閉。最終迭代可以通過閾值寄存器來確定，其中該閾值 寄存器存儲(chǔ)計(jì)數(shù)器將要與之進(jìn)行比較的閾值迭代次數(shù)。在某些實(shí)施方式中，閾值寄存器中的值可適應(yīng)于正在經(jīng)歷的高頻相位噪聲的功 率。接收器可以根據(jù)前導(dǎo)碼來估計(jì)總相位噪聲，或接收器可以將闊
值設(shè)置為對(duì)應(yīng)于一個(gè)點(diǎn)，在該點(diǎn)處，對(duì)從先前迭代結(jié)束(fall)開始累加的相位噪聲估計(jì)的改進(jìn)變得太低。例如，如果閾值設(shè)置為五， 但是已確定在相位估計(jì)計(jì)算的第三和第四次迭代之間具有最小改 變，則閾值可以自動(dòng)地更新為三次迭代以反映實(shí)際的信道條件以及 相位估計(jì)的前幾次迭代的準(zhǔn)確性。在某些實(shí)施方式中，閾值寄存器 的值/迭代次數(shù)可以適應(yīng)于正在使用的特定信道。
考慮使硬判決54能夠輸出的開關(guān)打開并且沒有輸出硬判決54 用于解碼的時(shí)刻，處理塊50輸出軟判決52和判決噪聲56。在相位 噪聲估計(jì)塊58中，根據(jù)那兩個(gè)輸出確定相位噪聲估計(jì)e御妁單次迭 代，其中索引n表示特定符號(hào)并且索引/表示對(duì)于第n個(gè)符號(hào)的相位 噪聲估計(jì)的當(dāng)前迭代。在相位噪聲估計(jì)累加器62中將相位噪聲估計(jì) 的每個(gè)第i次迭代進(jìn)行累加，在圖2中，該累加器62使用反饋加法 器60以便僅存儲(chǔ)在當(dāng)前第i次迭代累加的單個(gè)相位噪聲值。在每個(gè) 第i次迭代之后，將相位噪聲的當(dāng)前估計(jì)應(yīng)用于來自于緩存器的信號(hào) 輸出，從而使得用于計(jì)算相位噪聲的后續(xù)迭代接近真實(shí)值。在任何 第i次迭代中，相位噪聲的當(dāng)前估計(jì)是針對(duì)該迭代和第n個(gè)符號(hào)上所 有先前迭代的累加相位噪聲估計(jì)。 一 旦完成了所希望次數(shù)的迭代(例 如，在i=3次迭代、5次迭代或該過程所使用的任意多次迭代之后)，
相位噪聲累加器62輸出針對(duì)第n個(gè)符號(hào)的估計(jì)一)，其中在乘法器 48處將其與緩存的信號(hào)相乘為e一("'。由于緩存的信號(hào)直到其被輸出 仍保持不變，所以將累加的相位噪聲的i次迭代僅應(yīng)用于緩存器中未 修正的信號(hào)。在每次迭代之后，應(yīng)用有第i次累加相位噪聲估計(jì)的緩 存信號(hào)繼而再次在處理塊50中進(jìn)行處理，以便修正CPE并且同步。 僅當(dāng)最終迭代是硬判決54時(shí)，才輸出用于進(jìn)行針對(duì)參考圖l描述的 串行化32b和進(jìn)一步的處理。
對(duì)于上述內(nèi)容的可替換方案如下。不是累加迭代計(jì)算的相位誤 差并且將該累加應(yīng)用于原始緩存的信號(hào)，而是，相位誤差計(jì)算的每次迭代可以應(yīng)用于緩存的信號(hào)，并且，通過每次相位誤差修正，存 儲(chǔ)在該緩存器中的信號(hào)由最新修正的版本來替換。由于電路不太精 巧并且重置緩存器時(shí)的讀取/寫入處理比累加迭代相位誤差時(shí)的讀取 /寫入處理稍大，這看起來不太有效，但是最后結(jié)果看起來是一致的。
在此類可替換實(shí)施方式中，相位誤差累加器62和加法器60不是必 需的，但是從乘法器48通向緩存器46的反饋環(huán)路將是必需的以利 用在乘法器48處針對(duì)相位噪聲估計(jì)的當(dāng)前迭代而修正的緩存信號(hào)版 本來替換緩存的信號(hào)。
現(xiàn)在參考圖3描述的是根據(jù)這些教導(dǎo)的、可與圖2的框圖或上 面剛剛描述的替換修改 一 起操作的估計(jì)相位噪聲的實(shí)施方式。在處 理塊50，信號(hào)被快速傅立葉變換50a并且在判決塊50b處做出(軟) 符號(hào)判決。輸入到處理塊50中的信號(hào)是,'W-1W"H"W^叫，其中x(n) 是采樣的輸出OFDM信號(hào)，n(n)是加性高斯白噪聲AWGN，并且e^ 是相位噪聲。在塊50a的快速傅立葉變換之后，信號(hào)是 (義(,!) + W("))^(,")),其中X(n)是傳輸?shù)臄?shù)據(jù)符號(hào)，N(n)是AWGN， 并且F表示對(duì)其后的括號(hào)中的值的傅立葉變換。軟符號(hào)判決》W是估 計(jì)的或檢測的符號(hào)，其在線52上輸出。將SE(n)視為符號(hào)誤差，那 么來自于符號(hào)r(n)的余項(xiàng)是
<formula>formula see original document page 15</formula>
這沿著線56作為判決誤差而輸出。
在相位噪聲估計(jì)塊58中，在塊58a處對(duì)檢測的符號(hào)力")和來自 于上述等式的判決誤差兩者執(zhí)行快速傅立葉逆變換。該IFFT將其頻 域輸入轉(zhuǎn)換到時(shí)域。對(duì)于檢測的符號(hào)》(")的IFFT僅產(chǎn)生估計(jì)的符號(hào) ^")。使用n，(n)來表示具有相位噪聲的AWGN，使用se(n)來表示時(shí) 域中的符號(hào)誤差，并且使用v(n)來表示包括n，(n)+se(n)的噪聲，然 后，對(duì)于判決誤差的IFFT是咖)(,(")-i) + "'("〕 + w(")"4")W(") +咖)。在塊
58b處對(duì)檢測符號(hào)的IFFT結(jié)果以及判決誤差進(jìn)行Kalman濾波看起 來給出了具有此噪聲數(shù)據(jù)的系統(tǒng)狀態(tài)的最好估計(jì)，盡管可以替換為其他濾波。然后，Kalman濾波器58b的輸出是相位噪聲估計(jì)處理的 第i次迭代?；镜睦碚撊缦?。當(dāng)本地振蕩器被鎖相時(shí)，相位噪聲可以建模 為靜態(tài)處理1)=維)+。可以通過測量矩陣x(n),利用= 從輸出中觀測到相位噪聲，其中v(n)是測量噪聲。Kalman濾波器輸 入來自于符號(hào)判決過程，并且Kalman參數(shù)根據(jù)本地振蕩器特征和當(dāng) 前調(diào)制來設(shè)置。利用如在OFDM的某些變形中的自適應(yīng)調(diào)制，這些 濾波器參數(shù)隨著調(diào)制而進(jìn)行調(diào)節(jié)。對(duì)上述處理進(jìn)行迭代的優(yōu)勢在圖4A-B到圖9A-B中相繼示出。 這些圖示的仿真參數(shù)如下使用了 256個(gè)子載波中的200個(gè)，192 個(gè)子載波用于數(shù)據(jù)并且8個(gè)子載波用于導(dǎo)頻音，采用16QAM調(diào)制。 相位噪聲控制在每個(gè)子載波-65dB (dBc)以及在lOOKHz頻率拐點(diǎn) 處是-3dB。相位噪聲底限控制在-140dBc，信道擴(kuò)頻是lOMHz并且 SNR是18dB。圖4A示出了原始相位噪聲和在如上所述的處理的第一次迭代 中對(duì)相位噪聲的直線估計(jì)。圖4B示出了在利用相位噪聲估計(jì)的第一 次迭代進(jìn)行了修正之后，在哪些子載波上表現(xiàn)出最多的相位噪聲誤 差。很清楚的是，對(duì)于該第一次迭代的仿真結(jié)果不足夠強(qiáng)健。圖5A-5B到9A-9B示出了相應(yīng)的第二到第六次迭代，其中在相 應(yīng)的第二次至第六次迭代之后，將相位噪聲估計(jì)的每次迭代累加并 且應(yīng)用硬判決。兩次迭代(圖5A-5B)產(chǎn)生了更加完善的估計(jì)并且 更少子載波具有相位噪聲誤差，但是三次迭代(圖6A-6B)開始強(qiáng) 烈地匹配真實(shí)相位噪聲。如圖6B所示，僅很少的子載波保留了未修 正的相位噪聲。第四次和第五次迭代(分別為圖7A-7B和8A-8B) 繼續(xù)進(jìn)行完善。第六次迭代(圖9A-9B)示出了對(duì)第五次迭代的裕 度改進(jìn)，這指示了對(duì)于特定仿真情況而言接近或超過了收益遞減點(diǎn) (point of diminishing returns)(準(zhǔn)確度相對(duì)于處理能力/時(shí)間)。圖IO是針對(duì)使用圖9A的第六次迭代設(shè)置的相同仿真數(shù)據(jù)，但 是圖10示出了也具有頻率偏移修正的累加的相位噪聲估計(jì)。在其上接收信號(hào)的子載波可以在頻率中漂移，這是引起相位噪聲和ICI的首 要原因。如圖10所示，由于精細(xì)頻率漂移緊跟相位噪聲，所以在估 計(jì)信道的時(shí)候也可以將相位噪聲估計(jì)作為精細(xì)頻率偏移修正應(yīng)用至'J 子載波。優(yōu)選地，將精細(xì)頻率偏移修正與相位噪聲修正同時(shí)應(yīng)用于 緩存的信號(hào)。就像相位噪聲修正一樣，迭代地進(jìn)行該處理在估計(jì)相 位噪聲的每次迭代期間縮窄了判決噪聲。圖11-12圖示了下列情況下針對(duì)各種SNR比率的BER:即真實(shí) 的16QAM、具有相位噪聲(在圖中縮寫為pn)但未經(jīng)修正的16 QAM、以及具有針對(duì)三次迭代和五次迭代的相位噪聲估計(jì)修正的16 QAM。圖11和圖12之間的差異是每個(gè)載波的相位噪聲圖11表示 -70dBc,而圖12表示-75dBc。這些仿真的其他參數(shù)類似于上面針對(duì) 圖4A-B到9A-B描述的那些。在圖11-12中很清楚的是，本發(fā)明的 實(shí)施方式以及上述相位噪聲估計(jì)處理的進(jìn)一步迭代比沒有修正或具 有較少估計(jì)處理迭代的修正更接近地反映了真實(shí)的(所傳輸?shù)?16 QAM。本發(fā)明的實(shí)施方式可以通過可由移動(dòng)臺(tái)或其他主管設(shè)備的數(shù)據(jù) 處理器(例如處理器40)執(zhí)行的計(jì)算機(jī)軟件、或通過硬件、或通過 軟件和硬件的組合實(shí)現(xiàn)。另外，在這點(diǎn)上，應(yīng)該指出，圖2-3的各種 塊可以表示程序步驟或互連的邏輯電路、塊和功能，或程序步驟與 邏輯電路、塊和功能的組合。存儲(chǔ)器或多個(gè)存儲(chǔ)器44可以是適于本地技術(shù)環(huán)境的任何類型并 且可以使用任何合適的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，諸如基于半導(dǎo)體的存 儲(chǔ)器設(shè)備、磁性存儲(chǔ)器設(shè)備以及系統(tǒng)、光學(xué)存儲(chǔ)器設(shè)備以及系統(tǒng)、 固定存儲(chǔ)器和可移動(dòng)存儲(chǔ)器。數(shù)據(jù)處理器42可以是適于本地技術(shù)環(huán) 境的任何類型并且可以包括一個(gè)或多個(gè)通用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)、 微處理器、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)以及基于多核處理器架構(gòu)的處理 器，這些均是非限制性示例。通常，各種實(shí)施方式可以以硬件或?qū)Ｓ秒娐?、軟件、邏輯或其任何組合實(shí)現(xiàn)。例如，某些方面可以以石更件實(shí)現(xiàn)，而其他方面可以處理器或其他計(jì)算設(shè)備執(zhí)行的軟件來實(shí)現(xiàn)， 但本發(fā)明不限于此。雖然本發(fā)明的各種方面可以如框圖以及過程的 解釋和描述，但是應(yīng)該理解，此處描述的這些塊、設(shè)備、系統(tǒng)、技術(shù)或方法可以通過作為非限制性示例的硬件、軟件、固件、專用電 路或邏輯、通用硬件或控制器或其他計(jì)算設(shè)備或某些其組合來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的實(shí)施方式可以以各種組件實(shí)施，諸如集成電路模塊。 集成電路的設(shè)計(jì)很大并且是高度自動(dòng)的工藝。復(fù)雜和強(qiáng)大的軟件工 具可用于將邏輯級(jí)的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)備蝕刻的并且形成于半導(dǎo)體襯底 之上的半導(dǎo)體電路設(shè)計(jì)。禾呈序(i者如那些由力口利3畐尼亞，Mountain View的Synopsys 乂>司 以及加利福尼亞，San Jose的Cadence Design提供的程序)使用建 立好的設(shè)計(jì)規(guī)則以及預(yù)存儲(chǔ)的設(shè)計(jì)模塊庫在半導(dǎo)體芯片上自動(dòng)地對(duì) 導(dǎo)體進(jìn)行布線并且定位組件。 一旦對(duì)半導(dǎo)體電路的設(shè)計(jì)已經(jīng)完成， 則可以將具有標(biāo)準(zhǔn)電子格式(例如，Opus、 GDSII等)的結(jié)果設(shè)計(jì) 傳送到半導(dǎo)體制作工廠或"fab"用于制作。盡管在特定實(shí)施方式的上下文中進(jìn)行了描述，但對(duì)于本領(lǐng)域的 技術(shù)人員清楚的是可以對(duì)這些教導(dǎo)進(jìn)行多種修改和各種改變。因此, 雖然已經(jīng)特別地示出了本發(fā)明并且相對(duì)于其一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式進(jìn) 行了描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離如上所述的本 發(fā)明的范圍和精神，或不脫離所附的權(quán)利要求書的范圍的情況下， 可以在其中做出某些修改或改變。
權(quán)利要求
1.一種用于處理所接收信號(hào)的方法，包括通過多個(gè)正交子載波接收信號(hào)，并且將所述信號(hào)存儲(chǔ)在緩存器中；根據(jù)所述緩存的信號(hào)來估計(jì)符號(hào)；根據(jù)所述緩存的信號(hào)和所估計(jì)的符號(hào)來確定判決噪聲；根據(jù)所述判決噪聲和所述估計(jì)的符號(hào)來估計(jì)相位噪聲；以及從所述緩存的信號(hào)中消除所述估計(jì)的相位噪聲，并且根據(jù)其來估計(jì)經(jīng)過相位噪聲修正的估計(jì)符號(hào)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括 根據(jù)所述緩存的信號(hào)和所述經(jīng)過相位噪聲修正的估計(jì)符號(hào)來確定下一迭代判決噪聲；根據(jù)所述下 一 迭代判決噪聲和經(jīng)過相位噪聲修正的估計(jì)符號(hào)來估計(jì)下一迭代相位噪聲；將針對(duì)所述緩存的信號(hào)的所有估計(jì)的相位噪聲進(jìn)行累加； 并且其中，消除所述估計(jì)的相位噪聲包括從所述緩存的信號(hào)中消除所累加的估計(jì)相位噪聲，并且根據(jù)其來估計(jì)經(jīng)過相位噪聲迭代修正的估計(jì)符號(hào)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)一步包括將權(quán)利要求2的 確定和估計(jì)單元重復(fù)至少一次附加迭代。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括 存儲(chǔ)經(jīng)過相位噪聲修正的估計(jì)符號(hào)；根據(jù)所述接收的信號(hào)和經(jīng)過相位噪聲修正的估計(jì)符號(hào)來確定下 一迭代判決噪聲；根據(jù)所述下一迭代判決噪聲和經(jīng)過相位噪聲修正的估計(jì)符號(hào)來 估計(jì)下一迭代相位噪聲；從經(jīng)過相位噪聲修正的估計(jì)符號(hào)的相位中消除所述下 一 迭代相 位噪聲以產(chǎn)生經(jīng)過相位噪聲迭代修正的估計(jì)符號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述估計(jì)的相位噪聲包括 計(jì)算對(duì)所述判決噪聲和所述估計(jì)符號(hào)的傅立葉逆變換。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中估計(jì)所述相位噪聲進(jìn)一步 包括對(duì)所述判決噪聲和所述估計(jì)符號(hào)的所述傅立葉逆變換之間的 差進(jìn)4亍Kalman濾波。
7.—種接收器，包括用于通過多個(gè)正交子載波接收信號(hào)的裝置； 緩存器，具有耦合到至少一個(gè)天線的輸出的輸入，用于存儲(chǔ)所接 收的信號(hào)；算術(shù)邏輯塊，具有耦合到所述緩存器輸出的輸入，用于從所述緩 存的信號(hào)中消除相位噪聲的估計(jì)；符號(hào)檢測器，具有耦合到所述算術(shù)邏輯塊輸出的輸入，用于根據(jù) 所述算術(shù)邏輯塊的輸出來估計(jì)符號(hào)；相位噪聲估計(jì)器，具有用于從所述符號(hào)檢測器接收所述估計(jì)符號(hào) 的第 一輸入，以及用于從所述符號(hào)檢測器接收余項(xiàng)信號(hào)的第二輸入；反饋環(huán)路，其將所述相位噪聲估計(jì)器的輸出耦合到所述算術(shù)邏輯 塊的輸入，用于提供相位噪聲的估計(jì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的接收器，其中所述反饋環(huán)路包括串聯(lián) 的加法器和相位噪聲累加器。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的接收器，進(jìn)一步包括第二反饋環(huán)路， 其將所述算術(shù)邏輯塊的輸出與所述緩存器的輸入耦合起來的，用于 利用經(jīng)所述算術(shù)邏輯塊修改的信號(hào)來替換存儲(chǔ)在所述緩存器中的信 號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的接收器，其中所述相位噪聲估計(jì)器操 作為計(jì)算對(duì)所述估計(jì)符號(hào)和所述余項(xiàng)信號(hào)的傅立葉逆變換。
11.根據(jù)權(quán)利要求IO所述的接收器，其中所述相位噪聲估計(jì)器 進(jìn) 一 步包括至少 一 個(gè)Ka 1 man濾波器，用于對(duì)所述傅立葉逆變換的結(jié) 果進(jìn)行濾波從而產(chǎn)生所述相位噪聲估計(jì)。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的接收器，其中用于接收的裝置包括至少一個(gè)接收天線。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的接收器，其布置在移動(dòng)臺(tái)內(nèi)。
14. 一種"i殳備，包^舌用于根據(jù)緩存的接收信號(hào)來估計(jì)符號(hào)的裝置； 用于根據(jù)所述估計(jì)符號(hào)和余項(xiàng)信號(hào)來迭代地估計(jì)相位噪聲的裝 置；以及用于從所述緩存的接收信號(hào)中消除迭代地估計(jì)的相位噪聲的裝置。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中 用于估計(jì)符號(hào)的裝置包括符號(hào)估計(jì)器；用于迭代地估計(jì)相位噪聲的裝置包括相位噪聲估計(jì)器和將所述 相位噪聲估計(jì)器的輸出耦合到所述符號(hào)估計(jì)器的輸入的反饋環(huán)路， 所述相位噪聲估計(jì)器包括用于對(duì)所述估計(jì)的相位噪聲和所述余項(xiàng)信 號(hào)執(zhí)行傅立葉逆變換的電路；以及用于消除所述迭代地估計(jì)的相位噪聲的裝置包括乘法器，該乘法 器具有耦合到所述反饋環(huán)路的輸入和耦合到所述符號(hào)估計(jì)器的輸 出。
16. —種機(jī)器可讀指令的程序，其實(shí)際包含在信息承載介質(zhì)上并 且可由數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理器執(zhí)行，所述程序用于執(zhí)行針對(duì)處理所接收信 號(hào)的動(dòng)作，所述動(dòng)作包括根據(jù)緩存的接收信號(hào)來估計(jì)符號(hào)； 根據(jù)所述接收的信號(hào)和所述估計(jì)的符號(hào)來確定判決噪聲； 根據(jù)所述判決噪聲和所述估計(jì)的符號(hào)來估計(jì)相位噪聲；以及 從所述緩存的信號(hào)中消除所述估計(jì)的相位噪聲，并且根據(jù)其來估 計(jì)經(jīng)過相位噪聲修正的估計(jì)符號(hào)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的程序，其中所述動(dòng)作進(jìn)一步包括 根據(jù)所述緩存的接收信號(hào)和經(jīng)過相位噪聲修正的估計(jì)符號(hào)來確定下一迭代判決噪聲；根據(jù)所述下 一 迭代判決噪聲和經(jīng)過相位噪聲修正的估計(jì)符號(hào)來估計(jì)下一迭代相位噪聲；將針對(duì)所述緩存信號(hào)的所有估計(jì)的相位噪聲進(jìn)行累加； 并且其中，消除所述估計(jì)的相位噪聲包括從所述緩存的信號(hào)中消除所累加的估計(jì)相位噪聲，并且根據(jù)其來估計(jì)經(jīng)過相位噪聲迭代修正的估計(jì)符號(hào)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的程序，其中所述動(dòng)作進(jìn)一步包括 將權(quán)利要求17的確定和估計(jì)單元重復(fù)至少一次附加迭代。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的程序，其中所述動(dòng)作進(jìn)一步包括 存儲(chǔ)經(jīng)過相位噪聲修正的估計(jì)符號(hào)；根據(jù)所述接收的信號(hào)和經(jīng)過相位噪聲修正的估計(jì)符號(hào)來確定下 一迭代判決噪聲；根據(jù)所述下 一 迭代判決噪聲和經(jīng)過相位噪聲修正的估計(jì)符號(hào)來 估計(jì)下一迭代相位噪聲；從經(jīng)過相位噪聲修正的估計(jì)符號(hào)的相位中消除所述下 一 迭代相 位噪聲以產(chǎn)生經(jīng)過相位噪聲迭代修正的估計(jì)符號(hào)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的程序，其中估計(jì)相位噪聲包括計(jì) 算對(duì)所述判決噪聲和所述估計(jì)符號(hào)的傅立葉逆變換。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的程序，其中估計(jì)所述相位噪聲進(jìn)一 步包括對(duì)所述判決噪聲和所述估計(jì)符號(hào)的所述傅立葉逆變換之間 的差進(jìn)4亍Kalman濾波。
22. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的程序，其中所述動(dòng)作進(jìn)一步包括 利用所述估計(jì)的相位噪聲來修正所述所接收信號(hào)的頻率偏移。
23. —種機(jī)器可讀指令的程序，其實(shí)際包含在信息承載介質(zhì)上并 且可由數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理器執(zhí)行，所述程序用于執(zhí)行針對(duì)處理所接收信 號(hào)的動(dòng)作，所述動(dòng)作包括根據(jù)通過多個(gè)正交頻分復(fù)用子載波接收的信號(hào)來估計(jì)符號(hào)； 根據(jù)經(jīng)過傅立葉逆變換的所述估計(jì)的符號(hào)以及余項(xiàng)信號(hào)來迭代 地估計(jì)相位噪聲；從所述信號(hào)中消除經(jīng)過迭代估計(jì)的相位噪聲。
24. —種接收器，包括符號(hào)檢測器，用于根據(jù)所接收的信號(hào)來估計(jì)所估計(jì)的頻域符號(hào)以 及頻域判決噪聲；用于將所述估計(jì)的頻域符號(hào)和所述頻域判決噪聲轉(zhuǎn)換到時(shí)域的 裝置；Kalman濾波器，用于根據(jù)經(jīng)過時(shí)域轉(zhuǎn)換的估計(jì)符號(hào)和判決噪聲 來估計(jì)相位噪聲；以及遞歸反饋環(huán)，用于從所接收的信號(hào)中消除來自于所述Kalman濾 波器的相位噪聲估計(jì)的累加。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的接收器，其中用于轉(zhuǎn)換的裝置包括 執(zhí)行快速傅立葉逆變換的處理器。
26. —種用于處理所接收信號(hào)的方法，包括根據(jù)所接收的信號(hào)來估計(jì)頻域符號(hào)和頻域判決噪聲； 將所述估計(jì)的頻域符號(hào)和所述頻域判決噪聲轉(zhuǎn)換到時(shí)域； 對(duì)經(jīng)過時(shí)域轉(zhuǎn)換的估計(jì)符號(hào)和判決噪聲進(jìn)行濾波以獲得相位噪 聲估計(jì)；迭代地進(jìn)行如上所述的估計(jì)、轉(zhuǎn)換以及濾波，以獲得相位噪聲的 至少一次迭代估計(jì)；以及從所接收的信號(hào)中消除所述相位噪聲估計(jì)和所述相位噪聲的至 少一次迭代估計(jì)。
全文摘要
一種接收器，包括，串聯(lián)的至少一個(gè)接收天線、緩存器以及算術(shù)邏輯塊、符號(hào)檢測器和相位噪聲估計(jì)器。進(jìn)一步的反饋環(huán)路將相位噪聲估計(jì)器的輸出耦合到算術(shù)邏輯塊的輸入以便提供相位噪聲的估計(jì)。緩存器用于存儲(chǔ)所接收的信號(hào)。諸如乘法器之類的算術(shù)邏輯塊用于將經(jīng)由反饋環(huán)路接收的相位噪聲估計(jì)從緩存的信號(hào)中移除。符號(hào)檢測器用于根據(jù)算術(shù)邏輯塊的輸出來估計(jì)符號(hào)。相位噪聲估計(jì)器根據(jù)從符號(hào)檢測器接收的兩個(gè)輸入來估計(jì)相位噪聲這兩個(gè)輸入為估計(jì)的符號(hào)和余項(xiàng)信號(hào)。優(yōu)選地，相位噪聲估計(jì)器對(duì)這兩個(gè)輸入執(zhí)行IFFT并且對(duì)結(jié)果進(jìn)行Kalman濾波。迭代地估計(jì)相位噪聲大大地提高了精度。
文檔編號(hào)H04J11/00GK101317411SQ200680044566
公開日2008年12月3日 申請(qǐng)日期2006年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月14日
發(fā)明者L·林德 申請(qǐng)人:諾基亞公司