專利名稱：Mu-mimo ofdma的頻率偏移和信道響應(yīng)的同時估計方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及頻率偏移和信道響應(yīng)估計，并且更具體地，涉及具有通用載波分配方 案(CAS)的多用戶多輸入多輸出(MU-MIMO)通信環(huán)境，例如長期演進(jìn)通信系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
正交頻分多址接入(OFDMA)技術(shù)是多址寬帶接入技術(shù)的重要部分。長期演進(jìn)(第 四代移動通信標(biāo)準(zhǔn))，在上行鏈路上采用單載波頻分多址接入(SC-FDMA)，其是一種具有與 OFDMA系統(tǒng)類似的性能和基本上相同的總體結(jié)構(gòu)的新的單載波多址接入技術(shù)，但是其具有 更好的峰值-振幅功率比。當(dāng)結(jié)合MU-MIMO技術(shù)時，SC-FDMA能在具有非常好的譜效率和 適度的復(fù)雜性之下提供非常高的數(shù)據(jù)速率。雖然OFDMA易化了信道估計和均衡任務(wù)，但是時間和頻率同步的嚴(yán)格要求成為重 要的問題。通過循環(huán)前綴(CP)的插入能高度簡化時間同步。發(fā)送機(jī)和接收機(jī)之間的頻率 偏移破壞了子載波之間的正交性，因此產(chǎn)生了會強(qiáng)烈地降低其性能的載波間干擾(ICI)，并 且ICI沒有直接的解決方案。已提出和建議了多種技術(shù)用于估計和糾正上行鏈路的頻率偏移。例如，Michele Morelli 等，"Synchronization Techniques for Orthogonal FrequencyDivision Multiple Access (OFDMA) :A Tutorial Review", Proc. ofIEEE, Vol.95, No. 7 (2007 年 7 月)，描述了基于時域空間交替廣義期望最大化(TD-SAGE)的迭代算法。雖然有效，但是所 公開的時域方法沒有利用不同用戶的頻率分離、或者多數(shù)信道估計方法是在頻域上實現(xiàn)的 事實的優(yōu)點。存在兩個方面使得上行鏈路頻率偏移估計及糾正任務(wù)顯著地復(fù)雜化。第一，載波 分配方案(CAS)在最大化信道容量中起著重要作用，因為基于影響每個用戶的不同信道條 件在不同用戶間自由地分布可用子載波的靈活性，提供了 “多用戶分集”的形式。通用CAS 允許接近非限制的載波分配過程，該過程提供最大的分集增益但是也使頻率偏移估計復(fù) 雜化。此外，在上行鏈路中，每個接入基站的移動用戶將受到不同數(shù)量的頻率偏移的影響。因此，存在用于MU-MIMO OFDMA通信系統(tǒng)的頻率偏移和信道響應(yīng)的同時估計方法 和裝置的需求。

發(fā)明內(nèi)容
概括地，提供了通信系統(tǒng)的頻率偏移和信道響應(yīng)的同時估計方法和裝置，該通信 系統(tǒng)例如是MU-MIMO通信系統(tǒng)。根據(jù)發(fā)明的一個方面，提供了用于估計多個頻率資源的頻 率偏移和信道響應(yīng)的迭代方法。為共享頻率資源中給定的一個頻率資源的一組用戶估計信 道響應(yīng)。此外，為該組中的用戶估計頻率偏移，其中，不在該組中的用戶的信道響應(yīng)和頻率 偏移被保持在其最近更新的數(shù)值。初始地，用戶的信道響應(yīng)可以是理想的信道響應(yīng)并且頻 率偏移可以約為零。
可選地，當(dāng)滿足預(yù)定閾值時或者當(dāng)達(dá)到迭代的預(yù)定次數(shù)時停止迭代?？蛇x地，為第 一天線確定頻率偏移，并且然后將所確定的頻率偏移用于至少一個額外的天線?？蛇x地，同 時執(zhí)行估計信道響應(yīng)和估計頻率偏移的步驟。在一個示例性的實施例中，所公開的方法在 頻域中采用空間交替廣義期望最大化(SAGE)算法。通過參考以下詳細(xì)描述和附圖，將獲得對于本發(fā)明以及本發(fā)明進(jìn)一步的特征和優(yōu) 點的更加完整的理解。


圖1描述了本發(fā)明可以在其中操作的示例性的通信環(huán)境；圖2描述了示例性的通用載波分配方案；圖3為描述引入本發(fā)明特征的頻率偏移和信道響應(yīng)估計過程的示例性的實現(xiàn)的 流程圖；圖4描述了頻率誤差指數(shù)的FFT，f(r，em,f)；以及圖5描述了由這一效果強(qiáng)加的信噪比(SNR)限制，該限制為抵消項的數(shù)目的函數(shù)。
具體實施例方式本發(fā)明通過在頻域中的空間交替廣義期望最大化(SAGE)算法，提供了用于示例 性的MU-MIMO OFDMA上行鏈路的頻率偏移和信道響應(yīng)的同時估計，其中，該上行鏈路具有通 用載波分配方案。本發(fā)明承認(rèn)頻率偏移糾正技術(shù)需要信道響應(yīng)的認(rèn)知，并且反之亦然。因 此，提供了頻率偏移和信道響應(yīng)的同時估計的有效方法。使用由各用戶在上行鏈路幀中周 期性地發(fā)送的訓(xùn)練塊來獲取信道和頻率估計。結(jié)合圖3進(jìn)一步討論，示例性的算法由迭代和循環(huán)組成。迭代包括多個循環(huán)。在每 個循環(huán)中，對于共享相同頻率資源(MU-MIMO)的一組用戶的信道響應(yīng)進(jìn)行估計(和更新)， 保持其他用戶的信道和頻率偏移處于它們最近更新的數(shù)值。然后假定信道和頻率偏移的最 近估計用于所有其他用戶，來為該組中這些用戶中的每一個用戶估計頻率偏移。在第一次 的迭代中，算法采用先前計算的估計作為舊用戶的起點，并且新用戶具有理想的信道響應(yīng) 并且沒有頻率誤差。當(dāng)達(dá)到被編程的更新次數(shù)時停止迭代。通常地，在MU-MIMO情形下，可 僅為一個接收天線估計頻率誤差，并且然后那個估計可用于其它激活的天線。圖1描述了本發(fā)明可以在其中操作的示例性的通信環(huán)境100。如圖1所示，示例性 的通信環(huán)境100是具有通用載波分配方案的MU-MIMO OFDMA上行鏈路。進(jìn)一步的變型中， 發(fā)明可用于SC-FDMA系統(tǒng)，還有其他MIMO方式，例如單用戶(SU)ΜΙΜ0，這對本領(lǐng)域技術(shù)人 員將是顯然的。示例性的通信環(huán)境100包括基站110和多個用戶設(shè)備(UE)裝置120-1到 120-Nue。基站110具有多個接收天線130-1到130-NKX。注意到在以下的數(shù)學(xué)描述中天線 的數(shù)目也用A表示。通常地，如圖1所示，每個UE 120使用對應(yīng)的載波分配(CA)、頻率誤 差ε、以及通過特定的信道響應(yīng)H，來發(fā)送。其中，H對于每個發(fā)送機(jī)/接收機(jī)天線對是不 同的。圖2描述了示例性的通用載波分配方案200。在圖2的示例性的方案200中，十個 用戶(每個具有不同的填充圖案)共享四個空間維度，Ml到Μ4，以及十個頻帶，F(xiàn)l到F10。 因此，如圖2中所示，多個用戶可以共享相同的頻率信道。對于每個用戶，頻率誤差ε可以不同。此外，如圖2中所示，如果給一個給定的用戶分配多個頻帶，它們可以不是連續(xù)的。碰注意到示出的實際值僅僅為LTE的典型配置的示例。已分配的頻帶有F個，f = 0.··F-1。每個頻帶有Mf個用戶，0彡m彡Mf-I?？梢赃_(dá)到四個用戶每頻帶分配，Mf彡4。Sffl,f (η)為用戶m和帶f的子載波。不同的已分配的頻帶應(yīng)該沒有重疊。快速傅立葉變換(FFT)大小，N，其中N典型地等于1024。有A個接收天線，a = 0. · ·Α-1·公式接收天線a處的信號由以下給出 其中ε m,f為用戶m的歸一化到子載波間隔的帶f的頻率誤差，L為所有用戶的最 大信道長度并且sm, f為Sm, f的IFFT。在頻域，提取循環(huán)前綴和FFT之后，對于每個子載波η 其中Rr,
為頻率誤差指數(shù)，％w/^]FFT，(.)N表示模N索引。抵消的ICI項數(shù)可以限制到士Νια。假設(shè)在帶的兩端有頻率保護(hù)帶，然后典型地不 需要執(zhí)行循環(huán)卷積并且可以丟棄下標(biāo)N，如下 圖3為描述引入本發(fā)明特征的頻率偏移和信道響應(yīng)估計過程300的示例性的實現(xiàn) 的流程圖。通常地，頻率偏移和信道響應(yīng)估計過程300為所有用戶一起估計em,f*Hm,f。 典型地，頻率偏移和信道響應(yīng)估計過程300由圖1中的基站110的處理器實現(xiàn)。如圖3中所示，頻率偏移和信道響應(yīng)估計過程300采用計數(shù)器j來跟蹤迭代的次 數(shù)、采用計數(shù)器f來跟蹤已分配的頻帶以及采用計數(shù)器m來跟蹤給定頻帶中的用戶。在每個時隙，在步驟310中訓(xùn)練塊到達(dá)時，例如解調(diào)參考信號(DMRS)，1.對于天線a = 0，執(zhí)行以下算法的j = 0. . . J-I次迭代a.對于所有已分配的頻帶fi = 0. . F-Ii.為η個生成的頻帶的所有子載波計算 其中￡mJ% ε m,f最近的估計值并且丑<為Hfflif最近的估計值。還要注意到在第
一次迭代中，在步驟315中新用戶具有和Η" =0。對于已分配的頻帶外的η值， ii.使用，在步驟320中為所有MU-MIMO用戶估計這個帶的信道
響應(yīng)Hmji㈨M = Hy-L然后在步驟330中為所有MU-MIMO用戶更新信道響應(yīng) iii.對于mi = O...Mf_l，為η個生成的這一頻帶的所有子載波以及每個相鄰帶 的Nia個子載波計算 然后在步驟350中為所有用戶更新頻率偏移。對于天線a = 1..A-1，使用來自天 線a = 0的頻率誤差估計并且估計信道響應(yīng)。圖4描述了 f (r，ε m,f)，頻率誤差指數(shù)的FFT，以及圖5描述了由這一影響強(qiáng)加的 信噪比(SNR)限制，為f(r，em,f)中抵消項的數(shù)目的函數(shù)。如圖4和5中所示，典型地，足 夠抵消小的數(shù)量的貢獻(xiàn)。例如，因為SNR限制在23. 6dB周圍，所以在每個載波的每側(cè)抵消 11項可以是滿足需要的。這意味著僅僅需要抵消來自相同塊的其它子載波以及相鄰塊的子 載波的干擾。Mlt雖然已經(jīng)圍繞數(shù)字邏輯塊描述了本發(fā)明的示例性的實施例，但是正如對于本領(lǐng)域 技術(shù)人員將是顯然的，可以通過在如軟件程序中的處理步驟的數(shù)字域中、在電路單元或狀 態(tài)機(jī)的硬件中、或者在軟件和硬件的結(jié)合中實現(xiàn)各種功能。這樣的軟件可以用于，例如，數(shù) 字信號處理器、微控制器、或者通用計算機(jī)。這樣的硬件和軟件可以包含在由集成電路實 現(xiàn)的電路中。因此，本發(fā)明的功能可以由方法以及實踐那些方法的裝置的形式來實現(xiàn)。本發(fā)明 的一個或更多個方面可以通過程序代碼的形式實現(xiàn)，例如，是否存儲在存儲媒介中、加載到 和/或由機(jī)器執(zhí)行、或在一些傳輸媒介上傳輸，其中，當(dāng)程序代碼加載到機(jī)器(如計算機(jī)) 中并由機(jī)器執(zhí)行時，該機(jī)器成為實踐本發(fā)明的裝置。當(dāng)在通用處理器上實現(xiàn)時，程序代碼段 結(jié)合處理器從而提供執(zhí)行類似于特定邏輯電路的操作的設(shè)備。應(yīng)當(dāng)理解這里示出的和描述的實施例和變型僅僅是本發(fā)明的原理的描述，并且本 領(lǐng)域技術(shù)人員可以實現(xiàn)各種改變，而不脫離本發(fā)明的范圍和精神。
權(quán)利要求
一種用于為多個頻率資源估計頻率偏移和信道響應(yīng)的迭代方法，包括以下步驟為共享所述頻率資源中給定的一個頻率資源的一組用戶估計信道響應(yīng)；并且為所述組中的所述用戶估計頻率偏移，其中不在所述組中的用戶的信道響應(yīng)和頻率偏移保持在其最近更新的數(shù)值。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中用戶的信道響應(yīng)最初為理想的信道響應(yīng)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中用戶的頻率偏移最初大約為零。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的頻率資源由MU-MIMO通信系統(tǒng)提供。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中當(dāng)滿足預(yù)定閾值和當(dāng)達(dá)到預(yù)定數(shù)目的迭代這兩者中 的一個或更多個時所述迭代停止。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中為第一天線確定所述頻率偏移并且所述被確定的頻 率偏移用于至少一個額外的天線。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中基本上同時執(zhí)行所述估計信道響應(yīng)和估計頻率偏移 的步驟。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述方法在頻域中采用空間交替廣義期望最大化 SAGE算法。
9.一種用于為多個頻率資源估計頻率偏移和信道響應(yīng)的系統(tǒng)，包括存儲器；以及至少一個處理器，耦合到所述存儲器，適用于為共享所述頻率資源中給定的一個頻率資源的一組用戶估計信道響應(yīng)；并且為所述組中的所述用戶估計頻率偏移，其中不在所述組中的用戶的信道響應(yīng)和頻率偏 移保持在其最近更新的數(shù)值。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中基本上同時執(zhí)行所述信道響應(yīng)和所述頻率偏移的 所述估計。
全文摘要
本發(fā)明涉及MU-MIMO OFDMA的頻率偏移和信道響應(yīng)的同時估計方法和裝置。提供了通信系統(tǒng)的頻率偏移和信道響應(yīng)的同時估計方法和裝置，所述通信系統(tǒng)例如是MU-MIMO通信系統(tǒng)。提供了一種用于為多個頻率資源估計頻率偏移和信道響應(yīng)的迭代方法。為共享頻率資源中給定的一個頻率資源的一組用戶估計信道響應(yīng)。此外，為該組中的用戶估計頻率偏移，其中不在該組中的用戶的信道響應(yīng)和頻率偏移保持在其最近更新的數(shù)值。初始地，用戶的信道響應(yīng)可以是理想的信道響應(yīng)并且頻率偏移可以約為零。
文檔編號H04L25/02GK101902415SQ20101017097
公開日2010年12月1日 申請日期2010年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月29日
發(fā)明者A·莫利納, K·阿扎德特, R·薩切茲, S·海加茲 申請人:Lsi公司