CN101006670A - 在多载波通信系统中用于导频信道发射和接收的方法和装置 - Google Patents

Abstract

在数据在k个子载波(101－105)上发射并且N个导频信道(1－8)被平均以用于相干解调的通信系统(200)中，k+(N－1)个导频信道在k个在载波上广播。在第一实施例中，首先的和最后的多个子载波包括在第二时间周期广播的另外N－1个导频信道。对于第二实施例，首先的和最后的子载波包括在不同时间周期广播的另外的多个导频信道。最后，对于第三实施例，每一个子载波包括周期性广播的单个导频信道，然而接收机利用这些导频信道中的多个用于单个子载波的相干解调。

Description

在多载波通信系统中用于导频信道发射和接收的方法和装置

技术领域

本发明通常涉及通信系统，尤其涉及一种用于在多载波通信系统中导频信道发送和接收的方法和装置。

背景技术

导频辅助调制通常被用于通信系统。对于正交频分复用(OFDM)通信系统，每个子载波的导频被广播，提供信道估计以帮助在随后的发送信号的解调。一些导频辅助调制方案被通信系统使用，典型的包括在已知的时间间隔广播已知的序列。知道该序列和时间间隔的接收机在随后的非导频广播的解调/解码中使用这一信息。

为了提高相干解调，对相邻(即频率相邻和/或时间相邻)导频信道的增益求平均值以降低噪声。尽管这一技术对存在于频带中部的子载波起很好的作用，但是由于缺少相邻频率，这一技术不能在频带边缘应用。因此，由于用于求平均值的导频载波数量的减少降低了频带边缘估计的准确率。如图1所示，子载波101到105分别具有周期性广播的导频信道1-5。对于这个实例的目的，假设接收机利用两个相邻的导频信道用于相干解调。然后接收子载波103的接收机使用导频2、导频3和导频4的平均增益用于相干解调。正如所讨论的，该技术不能在频带边缘使用，因为子载波101只有一个相邻导频信道(所谓的导频信道2)。这降低了位于频带边缘的子载波的相干解调。因此需要一种用于导频信号发射和接收的方法和装置来提高存在于频带边缘的子载波的相干解调。

附图说明

图1表示现有技术中的导频信道的发射。

图2是OFDM通信系统的方框图。

图3表示OFDM的发射。

图4表示根据本发明的第一实施例的导频信道的发射。

图5表示根据本发明第二实施例的导频信道发射。

图6表示根据本发明第三实施例的导频信道发射。

图7是OFDM发射机的方框图。

图8是OFDM接收机的方框图。

图9是用于本发明第一实施例的图8的导频缓冲器的方框图。

图10是用于本发明第二实施例的图8的导频缓冲器的方框图。

图11是用于本发明第三实施例的图8的导频缓冲器的方框图。

图12是图8导频滤波器的方框图。

图13是图7的OFDM发射机的操作流程图。

图14是图8的OFDM接收机的操作流程图。

具体实施方式

为了解决上面所提到的需要，这里提供了一种用于导频信道传输的方法和装置。更特别的，对于第一实施例，首先的和最后的多个子载波包括在第二时间周期广播的另外的导频信道。对于第二实施例，首先的和最后的子载波包括在不同时间周期广播的另外的多个导频信道。最后，对于第三实施例，每一个子载波包括周期性广播的单个导频信道；然而接收机利用这些导频信道中的多个用于单个子载波的相干解调，有一些导频信道被多次使用。通过在单个子载波上发射另外的导频信道，并多次利用单个导频信道用于相干解调，为了减少噪声对所有的载波的导频信道增益求平均值。

本发明包括一种在多载波通信系统中用于导频信道发射的方法，在该系统中N个导频信道被平均，以用于相干解调。该方法包括以下步骤：在开关处接收导频比特，在开关处接收数据，并格式化子载波，使得所有的子载波包括在第一时间期间广播的导频信道，并且首先的和最后的多个子载波包括在第二时间期间广播的另外的导频信道。

本发明还包括一种在多载波通信系统中用于接收导频信道数据的方法，在该系统中N个导频信道被平均，以用于相干解调。该方法包括以下步骤：接收在k个子载波上广播的k+(N-1)个导频信道，并利用k个子载波上广播的k+(N-1)个导频信道用于相干解调。

本发明还包括一种方法，包括以下步骤：接收k个子载波上广播的k个导频信道，并且对于第一多个子载波，平均子载波的每一侧的相邻导频信道用于相干解调，同时对于位于宽带信道边缘的第二多个子载波，平均导频信道的多个副本用于相干解调。

本发明还包括一种装置，该装置包括用于接收数据和导频比特的多个开关，和操作开关的逻辑电路用来格式化子载波，使得所有的子载波包括在第一时间周期广播的导频信道，并且首先的和最后的多个子载波包括在第二时间周期广播的另外的导频信道。

本发明还包括一种存在于多载波通信系统中的装置，该多载波通信系统中N个导频信道被平均，以用于相干解调。该装置包括多载波接收器，用于接收包括S个导频信道的k个子载波，其中S＞k，用于接收k个子载波并输出S个导频信道的导频缓冲器，和用于接收S个导频信道的导频滤波器，并且对于k个子载波中的每一个，输出平均导频信道值。

本发明还包括一种装置，该装置包括导频缓冲器，该缓冲器包括将k个子载波作为输入，将k+(N-1)个导频信道作为输出。

现在回到附图，其中相同的数字表示相同的元件，图2是多载波通信系统200的方框图。通信系统200包括多个小区205(仅示出一个)，每一个小区都有与多个远程或移动单元201-203进行通信的基本收发机站(BTS，或者基站)204。在本发明的优选实施例中，通信系统200使用OFDM空中协议。通信系统200也包括多载波扩频技术的使用，诸如多载波CDMA(MC-CDMA)、多载波直接序列CDMA(MC-DS-CDMA)、具有一维或二维扩频的正交频分和码分复用(OFCDMA)，或者与更简单的时分和/或频分复用/多址接入技术相结合。

本领域普通技术人员应该认识到，在OFDM通信系统操作期间，多个子载波(例如768个子载波)被用来发射宽带数据。这在图3中说明了。如图3所示宽带信道被分成多个窄带频带，或者子载波301，数据在子载波301上并行地发射。在发射时间，典型的发送机被分配多个子载波。正如前面所讨论的，导频辅助调制通常被用于通信系统。对于OFDM通信系统，每个子载波的单导频通常被广播，提供信道估计用于辅助随后的发送信号的解调。每x时间周期重复广播导频，此处，例如x＝8。

也如所讨论的，导频信道平均对于那些位于宽带信道边缘的子载波不可用，因为不存在相邻导频信道。为了解决这一问题，在前两个实施例中，为了辅助相干解调而广播另外的导频信道，在第三个实施例中，已经广播的导频信道被用来辅助相干解调，重复使用一些已经广播的导频信道来模拟相邻导频信道。这在图4、图5、图6中说明了。应该注意到在图4、图5和图6中只显示了宽带信道的一个边缘；然而，导频信道插入同时发生在宽带信道的两边。

图4表示根据本发明第一实施例的导频信道的发送/接收。很明显，另外的导频信道6、7、和8只在宽带导频信道的边缘存在的子载波上被广播。在本发明的第一实施例中，如果所有的N个导频信道被平均用以提高信道估计(其中N是奇数)，那么首先的和最后的(N-1)/2子载波包括在第二时间周期广播的另外的导频信道。这些另外的导频信道被接收机使用，好像是在相邻信道上广播。因此，在本发明的第一实施例中，所有的子载波都有在第一时间周期广播的第一导频信道，然而在第二时间周期广播另外的导频信道用于首先的和最后的(N-1)/2子载波。

图5表示根据本发明第二实施例的导频信道的发送/接收。很明显，另外的导频信道6、7、和8只在宽带导频信道的边缘存在的两个子载波上被广播。在本发明的第二实施例中，如果所有的N个导频信道被平均用以相干解调的目的，那么首先的和最后的子载波包括在(N-1)/2时间周期广播的另外的导频信道。这些另外的导频信道被接收机使用，好像是在相邻信道上广播。因此，在本发明的第二实施例中，所有的子载波都有在第一时间周期广播的第一导频信道，然而在宽带信道边缘存在的首先的和最后的子载波的每一个上广播另外的(N-1)/2导频信道。

很明显，在前两个实施例中，对于位于宽带信道边缘的子载波广播另外的导频信道。为了辅助相干解调，这些另外的导频由接收机平均。然而，在本发明的第三实施例中，接收机多次使用已发射的导频信道用来辅助相干解调。特别地，接收机只使用一次多个导频信道，并且多次使用多个导频信道来辅助相干解调。这在图6中说明，其中N＝7，并且多次使用导频信道2，3和4来模拟宽带信道边缘的另外的发射。在该实例中，子载波101使用导频信道1-4的导频信道增益来辅助相干解调，然而，导频信道2-4被多次使用。用类似的方式，子载波102使用导频信道1-5来辅助相干解调，然而，导频信道1和3被多次使用。因该注意到，尽管上面给出的实例模拟了导频信道2，3和4的发射，但在本发明的可替代实施例中，任何导频信道可以被多次使用用于辅助解调。

图7是OFDM发射机700的方框图，该发射机可以使用任何一种上面提到的导频发射方案。如图所示，多载波发射机704从k个子载波接收数据和导频信息。通过控制开关702的微处理器/控制器(即逻辑电路701)对任何特定子载波的格式进行控制。因此，如图所示，向每一个开关702提供导频比特和数据。开关702通过周期性地在数据和导频信息之间转换来控制子载波格式。由电路701控制开关702使得形成如图4、图5或图6所示的帧格式。因此，子载波被格式化，使得通过k个子载波广播S个导频信道，其中S＞k。该广播使得所有子载波包括在第一时间周期被广播的导频信道，并且首先的和最后的多个子载波可以包括在第二时间周期广播的另外的导频信道。更特别地，对于第一实施例，首先的和最后的(N-1)/2个子载波包括在第二时间周期广播的另外的导频信道。对于第二实施例，首先的和最后的子载波至少包括在第二时间周期广播的另外的导频信道，最好还包括在另外时间周期广播的另外的(N-1)/2个导频信道。最后，对于第三实施例，每个子载波包括周期性广播的单导频信道以至在k个子载波上接收k个导频信道。多载波发射机704通过宽带信道发射数据和导频信道。

图8是OFDM接收机800的方框图，该接收机用于接收从发射机700广播的导频和数据信息。在第一和第二实施例中，在k个子载波上接收S个导频信道，其中S＞k，并且优选的S＝(N-1)+k。正如所讨论的，S个导频信道被平均并且被用来相干解调。

控制器806操作开关802，把所接收的信号传送到导频缓冲器803或数据缓冲器804。更具体地，当控制器806感知到真实的用户数据正在被接收时，控制器806操作开关802，使得用户数据被传送到数据缓冲器804，否则将导频数据传送到导频缓冲器803。作为本领域的公知常识，有很多方法可以使控制器806能够感知到正在接收的数据的类型。这包括数据类型的盲检测和数据类型的显式信令。数据类型的显式信令可以是带内信令或是带外信令，典型的是一些控制信令。这些方法可用来检测导频数据的位置。

导频缓冲器803存储每个子载波的导频符号直到接收完所有的导频符号。同时，数据缓冲器延迟数据符号直到导频平均完成。一旦导频数据被传送到导频滤波器805，导频滤波器805根据第一、第二和第三实施例平均相邻导频符号(增益)，并且输出所有的子载波的平均导频符号增益。对于帧持续时间，平均值被锁定(通过锁定808)并由软解调器807用于数据的相干解调。

图9是用于本发明第一实施例的导频缓冲器803的方框图。很明显，k个子载波上的导频数据输入到缓冲器803并从缓冲器803输出k+(N-1)个导频。在该实施例中N个导频信道被平均，用于相干解调的目的(该实施例中N＝7)。很明显，每一个子载波都有它的从选择器反馈的导频数据并存储在一个寄存器中。然而，最后(N-1)/2子载波有反馈到(N-1)/2个选择器904-906的它们的另外的导频数据。这是因为另外的(N-1)/2个导频信道在首先的和最后的(N-1)/2个子载波(如图4所示)上广播。这些另外的导频信道由缓冲器803输出好像它们是在宽带信道外的单独的子载波上接收的。

在所有的实施例中，当它的选择器被设置到接线端“A”时寄存器锁定数据，当在接线端“B”时被更新。因此，对于第一实施例，在帧的第一时隙期间，除了选择器901-906，所有的选择器都设置在“B”接线端。用类似的方式，在帧的第二时隙期间，当选择器901-906设置在”B”时，所有的选择器都设置在”A”。在所有的其它时隙期间，所有的选择器设置在“A”，这在表1中说明。

	开关
			时间周期	901-906	所有其它的
1	A	B
			2	B	A
其他	A	A

表1第一实施例的开关状态

图10是本发明第二实施例所使用的导频缓冲器803的方框图，其中N＝7个导频信道被平均，用于相干解调的目的。很明显，每一个子载波都有通过一个选择器反馈的它的导频数据并且存储在一个寄存器中。然而，首先的和最后的子载波具有另外反馈给选择器901-906的导频数据。这是因为另外的(N-1)/2个导频信道在首先的和最后的子载波上广播(如图5所示)。这些另外的导频信道由缓冲器803输出，好像它们是在宽带信道外的单独子载波上接收的。

正如所讨论的，当它的选择器设置在接线端”A”时寄存器锁定数据，在“B”时被更新。对于第二实施例，如表2所示地更新选择器。

	选择器索引
								时间周期	901	902	903	所有其它	904	905	906
1	A	A	A	B	A	A	A
								2	A	A	B	A	B	A	A
3	A	B	A	A	A	B	A
								4	B	A	A	A	A	A	B
其它	A	A	A	A	A	A	A

表2：第二实施例的选择器状态

图11是用于本发明第三实施例的导频缓冲器803的方框图，其中N＝7个导频信道被平均，用于相干解调的目的。很明显，每个子载波都有通过一个选择器反馈的它的导频数据并将其保存在一个寄存器中。然而，另外的(N-1)个子载波具有另外的反馈到选择器901-906的它们的导频数据。这是因为(N-1)个导频信道不只一次被使用以进行平均(如图6所示)。重复使用的导频信道由缓冲器803输出，好像它们是在宽带信道外的单独子载波上接收的。

如所讨论的，当它的选择器选择在接线端“A”时寄存器锁定数据，当在接线端“B”时被更新。对于第三实施例，如表3所示地更新选择器。

	选择器索引
		时间周期	所有的选择器
1	B
		其它	A

表3：第三实施例的选择器状态

应该注意到对于所有描述的实施例，来自k个子载波的导频数据被输入到导频缓冲器803，其中导频数据被存储在k+N-1个缓冲器/寄存器上。第一和第二实施例具有每个帧包括k+N-1个导频信道的k个子载波，第三实施例有每帧包括k个导频信道的k个子载波。

图12是导频滤波器805的方框图。正如上面所讨论的，滤波器805对N个相邻导频信道增益值求平均值，输出每个导频信道的平均增益。这通过多个FIR滤波器1201完成，每一个接收N个导频信道增益，并输出单个平均增益值。因此，例如，子载波1具有来自缓冲器803的前N个导频输出的增益值作为输入。(在这种情况下N＝7)。FIR滤波器1201的输出是N个导频信道增益的平均值。

图13是表示图7中的OFDM发射机的操作流程图。图13说明了用于发生在单个子载波上的导频和数据发送的那些必要步骤。对于每个子载波执行下面的步骤。逻辑流程开始于步骤1301，该步骤中由开关702接收导频和数据。在步骤1303，控制器701确定导频信号是否应在子载波上发射，或者数据是否应在子载波上发射。正如前面所讨论的，对于位于宽带边缘的子载波，首先的和最后的(N-1)/2个子载波可以包括在第二时间周期广播的另外的导频信道。对于第二实施例，首先的和最后的子载波包括在(N-1)/2时间周期广播的另外的(N-1)/2个导频信道。最后，对于第三实施例，每一个子载波包括周期性广播的单个导频信道。因此，如果在步骤1303，控制器确定导频信号应该被发射，那么逻辑流程继续步骤1305，该步骤中导频信号被传送到发射机704，否则逻辑流程继续步骤1307，该步骤中数据被传送到发射机704。对于每种情况，逻辑步骤然后返回到步骤1301。

图14是图8中的OFDM接收机的操作流程图。逻辑流程在步骤1401开始，该步骤中接收机801接收多载波信号。在步骤1403，单个子载波退出多载波接收机801。在步骤1405，在k个在载波上存在的导频数据进入导频缓冲器803中，并且在步骤1407，k+N-1个导频增益值从导频缓冲器输出。在步骤1409，导频滤波器805接收k+N-1个导频增益值，并且对于每个导频信道，在步骤1411输出每个导频信道的N个相邻增益值的平均值。如上面所讨论的，为了提高相干解调，相邻(也就是，频率相邻或时间相邻)导频信道增益被求平均值用来降低噪声。因为在宽带信道边缘的子载波上广播另外的导频信道，所以对于位于宽带信道边缘的那些子载波就可以获得平均导频信道增益。

尽管本发明参考特定实施例进行了特定的显示和描述，本领域技术人员应该明白在形式上的不同改变和所作的细节上的改变都不背离本发明的精神和范围，本发明用OFDM进行说明，但是它可应用于任何使用多载波调制的系统。这意味着这样的改变也落入权利要求的范围。

Claims (10)

1.一种在多载波通信系统中用于导频信道发射的方法，该多载波通信系统中N个导频信道被平均，以用于相干解调，该方法包括以下步骤：

在开关处接收导频比特；

在所述开关处接收数据；并且

格式化子载波，使得所有的子载波包括在第一时间周期广播的导频信道，并且首先的和最后的多个子载波包括在第二时间周期广播的另外的导频信道。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括步骤：

在宽带信道上发射所述数据和所述导频信道。

3.如权利要求1所述的方法，其中格式化子载波的步骤包括：格式化子载波以致首先的和最后的(N-1)/2个子载波包括在第二时间周期广播的另外的导频信道。

4.如权利要求1所述的方法，其中格式化子载波的步骤包括：格式化子载波以致首先的和最后的子载波至少包括在其它时间周期广播的另外的导频信道和在其它的时间周期广播的另外的(N-1)/2个导频信道。

5.一种在多载波通信系统中用于接收导频信道数据的方法，该多载波通信系统中N个导频信道被平均，以用于相干解调，该方法包括以下步骤：

接收在k个子载波上广播的k+(N-1)个导频信道；并且

利用在k个子载波上广播的所述k+(N-1)个导频信道来进行相干解调。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述接收在k个子载波上广播的k+(N-1)个导频信道的步骤包括：接收具有在第一时间周期广播的导频信道和具有在第二时间周期广播的另外的导频信道的首先的和最后的多个子载波。

7.如权利要求5所述的方法，其中所述接收在k个子载波上广播的k+(N-1)个导频信道的步骤包括：接收首先的和最后的子载波，上述每一子载波具有在其它时间周期广播的(N-1)/2个导频信道。

8.一种装置，包括：

多个开关，其接收数据和导频比特；和

逻辑电路，其操作所述开关以格式化子载波，使得所有的子载波包括在第一时间周期广播的导频信道，并且首先的和最后的多个子载波包括在第二时间周期广播的另外的导频信道。

9.如权利要求8所述的装置，其中首先的和最后的(N-1)/2个子载波包括在第二时间周期广播的另外的导频信道。

10.一种存在于多载波通信系统中的装置，该多载波通信系统中N个导频信道被平均，以用于相干解调，所述装置包括：

多载波接收机，其接收包括S个导频信道的k个子载波，其中S＞k；

导频缓冲器，其接收所述k个子载波并且输出所述S个导频信道；和

导频滤波器，其接收所述S个导频信道，并且对于所述k个子载波的每一个，输出平均导频信道值。

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