CN101336533A - Ofdm系统中的循环冗余 - Google Patents

Abstract

用于从包含复现冗余信息的所接收OFDM信号恢复数据的方法、通信系统、接收器、基带处理器和计算机程序，其中部分复现冗余信息用于使所接收OFDM信号的SINR(信号干扰和噪声比)为最大。

Description

OFDM系统中的循环冗余

技术领域

本发明涉及用于使用循环前缀(CP)来处理和接收OFDM信号的方法和系统。

背景技术

正交频分复用(OFDM)是用于通过扩散信道来发射数字符号的有前途的方法。它已经用于欧洲的数字视频广播(DVB)以及WLAN标准、如IEEE 802.11a和802.11g。它将很可能用于作为宽带CDMA(WCDMA)的演进的超3G中以及4G数字蜂窝中。

OFDM的基本概念是在不同载波频率或“谐频(tone)”上并行发送符号。使用快速傅立叶逆变换(IFFT)对符号块进行调制。然后对于各块，块结尾的部分被复制并预先附到块上，如在S.B.Weinstein和P.M.Ebert的文献“Data transmission by frequency division multiplexing usingdiscrete Fourier transform”(IEEE Trans.Commun.Vol.COM-19，第628-634页，1971年10月)中所述的。这个副本称作循环前缀(CP)。通过潜在的扩散信道来发射信号。因此，在接收器叠加具有不同延迟的所发射信号的多个图像。传统的OFDM接收器丢弃CP。这去除了块间干扰，很像保护间隔那样。它还保持其余数据中谐频的正交性。其余数据经过FFT，恢复数据符号。CP在符号能量中具有开销成本，因为丢弃了所接收信号的这个部分。开销通常为10-25％。我们将始终假定20％(0.8dB)。可能的是，并且实际上极可能的是，CP比特定用户的接收器所需的更长，以便确保没有遇到块间干扰。对于广播，CP可设计用于最坏情况延迟扩展，这不可能是覆盖区中所有用户所遇到的。对于蜂窝，如果向不同的用户分配不同的谐频，则CP需要设计用于具有最大延迟扩展的用户。其它用户将结束于比它们所需更长的CP。

当信道的延迟扩展小于CP的长度时，则丢弃的所接收信号的那部分不包含来自前一块的干扰。CP的这个“干净”部分可用于恢复更多的信号能量。因此，CP的干净部分(CCP)以及数据块被保留用于进一步处理。

最近的工作集中于将尼奎斯特窗口函数应用于所保留信号，如在C.Muschalik的出版物“Improving an OFDM-reception by using anadaptive Nyquist windowing”(IEEE Trans.，Consumer Electronics，vol.42，第259-269页，1996年8月)和S.H.

-Weinfurtner的“OptimumNyquist Windowing in OFDM-receivers”(IEEE Trans.Commun.，vol.49，第417-420页，2001年3月)中所述的。在这项工作中，在执行FFT之前，将与CCP对应的加窗数据添加到数据块的对应结尾。其主要动机是抑制残余频率偏移所引起的谐频间干扰。在C.Muschalik的“Improving an OFDM-reception by using an adaptive Nyquistwindowing”中，应用了标准的众所周知的尼奎斯特加窗函数。在S.H.

-Weinfurtner的“Optimum Nyquist Windowing inOFDM-receivers”中，尼奎斯特窗口设计成使噪声和谐频间干扰之和为最小，假定了特定残余频率偏移。

在图1中给出了基于S.H.

-Weinfurtner的“Optimum NyquistWindowing in OFDM-receivers”的框图。在步骤110，保留与数据块和CCP对应的有用样本。在步骤120，将尼奎斯特窗口函数应用于所保留的数据。然后，在步骤130，将CCP添加到块的结尾。在步骤140，将FFT应用于所得的数据，提供各符号的检测统计。这些在步骤150-160中分别解调。在这个图中，对于在步骤140的FFT的输出上的不同频率示出独立的解调器，以便强调不同频率可具有不同量度等。实际上，通常依次读出在步骤140的FFT的输出，并且仅存在一个解调器块，其对于遇到不同信道条件的不同频率进行适当调整。

本发明的目的是针对一部分现有技术的缺点提供解决方案。

发明内容

这个目的通过一种用于在通信系统中恢复至少一个OFDM(正交频分复用)信号的方法来实现，其中至少一个OFDM信号至少部分包含复现冗余信息，该方法包括以下步骤：

a)从至少一个OFDM信号中提取有用样本集合，其中包括复现冗余信息的样本；

b)根据至少一个OFDM信号来估计至少一个相关矩阵，以便产生至少一个相关矩阵估计；

c)使用所述至少一个相关矩阵估计来处理有用样本集合，以便从所提取的样本集合中获得符号统计；以及

d)根据符号统计恢复符号。

这样，该方法进行工作，而没有在对所提取的有用样本集合使用尼奎斯特加窗时所施加的限制，它是OFDM信号中具有零载波偏移的零谐频间干扰。

上述OFDM信号中包含的循环冗余信息很可能是循环前缀(CP)，但也可能是编码的OFDM包含循环后缀(CS)或者CP和CS二者的情况。一般来说，循环冗余信息是一种形式的复现冗余信息。

上述处理操作可通过使用数据相关矩阵来执行，数据相关矩阵可通过参数方式或者非参数方式来构造，即，相关可根据已知信道参数值或根据提取的有用样本本身来估计。还考虑通过使用与不同谐频关联的损害矩阵来执行上述处理操作，并使用这些矩阵来形成OFDM信号的恢复序列。

为了便于估计信道参数值，OFDM信号可包含可周于估计有效信道系数的导频符号。

本发明可适用于包括蜂窝通信网络的无线通信网络，而且还适用于有线通信网络，因为在两种类型网络中都出现了谐频间干扰问题。

在本发明应用于无线网络的情况下，在无线网络的接收器上存在多个天线的情况下，能够对于多个接收天线信号联合执行或者对于在各天线上接收的OFDM信号中的每个单独执行上述处理操作。

在本发明方法的一个实施例中，该方法可包括在OFDM信号的各谐频的恢复序列与从OFDM信号所提取的有用样本之间执行相关操作，以便获得符号统计。这将提供本发明方法的比较直接实现。

用于谐频k的恢复序列例如可根据有效谐频序列和损害相关矩阵估计来确定，其中使用有效信道系数估计来估计损害相关矩阵。

由于上述通信网络的接收器中固有的噪声，除了通过其接收OFDM信号的通信信道中的噪声之外，还可能存在上述通信网络的发射器与接收器之间留下的、应当被补偿的某残余频率偏移。在不知道这个残余频率偏移的情况下，它可通过分布来近似，在这个特例中其这将转换成使用残余频率分布来估计损害矩阵。

还应当注意，以上所述的根据符号统计恢复符号包括使用有效信道系数估计和可能的符号值来计算符号对数似然。

在信号经过OFDM编码并发射之前按照BPSK(二进制相移键控)、QPSK(四进制相移键控)或8-PSK(八进制相移键控)之一进行相位编码的情况下，可通过使用有效信道系数估计来计算上述对数似然，以便根据所述符号统计来恢复符号。

在本发明的另一个实施例中，本章开始所述的方法可修改为还包括以下步骤：

c1)使用所述相关矩阵对有用数据样本集合执行预过滤操作，以便产生预过滤数据，

c2)将复现冗余信息的一部分加到从步骤c1)所获得的每个预过滤数据块，以便产生最终数据块，以及

c3)对最终数据块执行FFT(快速傅立叶变换)，以便获得符号统计。

可根据信道系数估计或者根据数据本身、使用过去和将来数据向量来估计这个实施例中的数据相关矩阵。

还可以添加，上述用于符号k的步骤d)还可包括将在步骤d)所获得的符号统计与有效信道系数的共轭相乘。

用于符号k的步骤d)另外还可包括将在步骤d)所获得的符号统计与取决于有效信道系数估计的比例因子a(k)相乘。

在本发明的第三实施例中，本发明方法备选地可包括以下步骤：

a)从至少一个OFDM信号中提取有用样本集合；

b)根据至少一个OFDM信号来估计至少一个信道系数，以便产生至少一个信道系数估计；

c)使用所述至少一个信道系数估计来形成实值加权因子；

d)使用所述加权因子来处理所述有用样本集合，以便产生符号统计；以及

e)根据所述符号统计来恢复符号。

前面所述的相关操作的一个变体可以是FFT操作。FFT通常比较易于实现，并且可以低复杂度来计算。

因此，即使本发明的这个实施例包含比前两个实施例更多的处理步骤，但是这通过比较快地运行这些步骤来进行补偿。

可根据使用至少一个信道估计所计算的信号质量来确定步骤c)中的加权因子。

上述步骤e)还可包括将所述符号统计与取决于所述加权因子的比例因子a(k)相乘。比例因子a(k)还可取决于谐频相关干扰电平l_0(k)。

本发明的这个第三实施例中的符号恢复可包括使用上述符号统计和符号值来形成符号似然。

在本发明的又一个实施例中，上述步骤d)还可包括使用从OFDM信号中提取的有用样本集合来形成两个数据块。在这个情况下，上述处理操作将包括对这些数据块中的每个执行FFT操作。

该方法另外还可包括将FFT处理的第一数据块的一部分缩放第一块因子，并将FFT处理的第二数据块的一部分缩放第二因子，其中根据加权因子来确定块因子。

应当指出，这个加权因子对于OFDM信号的每个谐频可以不同，并且可根据干扰和噪声功率之比来确定。

由于本发明的目标之一是使所接收OFDM信号的SINR为最大，因此还可为此目的设计加权因子。

另外，在本发明的这个实施例中，上述步骤e)可包括将符号统计缩放有效信道系数的共轭。

另外还可将步骤e)的结果缩放因子a(k)，其中对于良好软信息，由所述加权因子来确定a(k)。

在本发明的另一个方面，上述目的通过用于恢复至少一个OFDM信号的基带解调处理器来实现，其中至少一个OFDM信号至少部分包括复现冗余信息，并且其中基带解调处理器包括：第一单元，用于从至少一个OFDM信号中提取有用样本集合；第二单元，用于根据至少一个OFDM信号来估计至少一个信道系数，其中第二单元适合于根据至少一个OFDM信号来产生至少一个信道系数估计，其中基带解调处理器还包括：第三单元，用于使用从至少一个信道系数估计所获得的实值加权因子来处理有用样本集合，其中第三单元适合于从所提取的样本集合中获得符号统计，并且其中基带解调处理器还包括：第四单元，用于根据符号统计恢复符号。

基带解调处理器特别适合于实现根据本发明的方法的不同实施例的步骤。

根据本发明的又一个方面，本发明的目的通过用于接收至少一个OFDM信号的接收器来实现，其中至少一个OFDM信号至少部分包含复现冗余信息，其中接收器包括用于将所接收OFDM编码信号与较低频率混合并对这样混合的信号进行取样的部分，并且其中接收器还包括用于接收混合和取样的OFDM编码信号的解调器，其中解调器包括：第一单元，用于从至少一个OFDM信号中提取有用样本集合；第二单元，用于根据至少一个OFDM信号来估计至少一个信道系数，其中第二单元适合于根据至少一个OFDM信号来产生至少一个信道系数估计；其中解调器还包括：第三单元，用于使用取决于所述至少一个信道系数估计的实值加权因子来处理有用样本集合，其中第三单元适合于从所提取的样本集合中获得符号统计，并且其中解调器还包括：第四单元，用于根据符号统计恢复符号。

根据本发明的又一个方面，本发明的目的通过用于发送和接收OFDM(正交频分复用)信号的通信系统来实现，其中所述信号包含复现冗余信息，并且其中通信系统包括用于发射包含复现冗余信息的所述OFDM信号的发射器以及用于接收至少一个OFDM信号的接收器，其中接收器包括用于将所接收OFDM编码信号与较低频率混合并对这样混合的信号进行取样的部分，其中接收器还包括用于接收混合和取样的OFDM编码信号的解调器，其中解调器包括：第一单元，用于从至少一个OFDM信号中提取有用样本集合；第二单元，用于根据至少一个OFDM信号来估计至少一个信道系数，其中第二单元适合于根据至少一个OFDM信号来产生至少一个信道系数估计；其中解调器还包括：第三单元，用于使用根据所述至少一个信道系数估计所确定的实值加权因子来处理这个有用样本集合，其中第三单元适合于从所提取的样本集合中获得符号统计，并且其中解调器还包括用于根据符号统计恢复符号的第四单元。

最后，在本发明的又一个方面，本发明的目的通过用于处理至少一个OFDM(正交频分复用)信号的计算机程序来实现，其中信号包含复现冗余信息，并且其中计算机程序包含用于执行以下步骤的指令集：

a)从至少一个OFDM信号中提取有用样本集合；

b)根据至少一个OFDM信号来估计至少一个信道系数，以便产生至少一个信道系数估计；

c)使用根据所述至少一个信道系数估计所确定的实值加权因子来处理该有用样本集合，以从所提取的样本集合中获得符号统计；以及

d)根据符号统计恢复符号。

要指出的是，计算机程序特别适合于运行根据本发明的方法的不同实施例中所述的方法步骤，并且适合在上述基带处理器中实现。这个程序可设置在外部存储器或存储装置中，或者与基带处理器关联的内部存储器中。

附图说明

下面，通过参阅参照附图所述的本发明的具体实施例，将会更清楚地理解本发明本身及所得到的优点。

图1示出按照现有技术的OFDM基带处理器。

图2示出所接收OFDM信号图像的一个示例。

图3示出本发明方法的第一实施例，其中将恢复序列单独应用于每个信号谐频。

图4示出本发明方法的第二实施例，其中将矩阵预滤器应用于所提取的数据向量。

图5示出本发明方法的第三实施例，其中对所接收OFDM信号执行两次FFT和缩放操作。

图6示出本发明方法的第四实施例，其中对所接收OFDM信号仅执行一次FFT和缩放操作。

图7示出根据本发明的接收器。

具体实施方式

为了描述本发明，将OFDM看作一种形式的码分复用(CDM)将是有帮助的，其中OFDM的扩频码对应于矩阵形式的IFFT的列。例如，对于四个谐频的情况，谐频可由4码片序列来表示，如表1所示(作为列向量)。

表1.4码片谐频的示例

谐频	序列
		1	1    1    1    1
2	1    j    -1   -j
		3	1    -1   1    -1
4	1    -j   -1   j

考虑使用4码片谐频并且循环前缀的长度为2个码片的一个简单示例。因此，预先附加后两个码片的副本。假定通过两个路径即路径0 210和路径1 270对信道建模，其中具有一个码片的相对延迟和信道系数c(0)和c(1)。这如图2所示，其中示例OFDM信号包含三个数据块即块0 240、块1 250和块2 260，并且各块包含循环前缀CP 220。在这里，焦点在于解调块1 250。传统的接收将丢弃与路径0对应的所有CP 220，而本发明保持CP 220的一个码片，使得块0没有干扰。

其余数据块在丢弃操作之后对于按照现有技术的数据块示为280，而对于包含其余CP的数据块示为290。

在这个示例中，用再循环方法，丢弃CP 220的1个码片，并保持CP 220的1个码片(CCP为1个码片)。这样，进一步处理5个码片。我们可将包括CCP的信号看作是使用5码片扩展序列，如表2所示。在接收器中处理后的传统280信号与具有CCP 290的信号之间的长度(在这个情况下为1个码片)之差也如图2所示。现在回到表2，我们将这些再循环信号示为列向量f(k)。我们可将这些向量集合到矩阵F中。

表2.扩展的4码片谐频的示例

谐频	序列
		1	(1)   1   1   1    1
2	(-j)  1   j   -1   -j
		3	(-1)  1   -1  1    -1
4	(j)   1   -j  -1   j

5码片的所接收向量r可建模为：

r＝h(1)f(1)s(1)+h(2)f(2)s(2)+h(3)f(3)s(3)+h(4)f(4)s(4)+n

式中h(k)是有效信道系数，一般对于各谐频k是不同的，s(k)是谐频k上的所发射符号，以及n是噪声向量。将使用已知技术来估计这些复信道系数。例如，通过发射在数据中嵌入的已知导频符号。还将使用已知技术来估计噪声协方差N。如果噪声假定为白噪声，则N是单位矩阵乘以噪声功率(N_0)，并且仅需要估计噪声功率。

下面将说明本发明的不同实施例。还应当指出，虽然这些实施例描述根据本发明的方法步骤，但是这些步骤同样可由基带解调处理器来执行，其中基带解调处理器中的不同单元执行图3-6中的参考标号所示的步骤。

实施例1

图3所示的第一实施例是ML(最大似然)方法的简单实现。在第一步骤310，从所接收OFDM信号中提取有用数据样本集合。对于每个谐频，在步骤320确定恢复序列。然后，在步骤330，将所接收数据与恢复序列集合的共轭相关，以便提供符号统计。然后在步骤340-350对这些统计进行解调，以便恢复符号。

对于谐频k，恢复序列(列向量形式)由w(k)＝inv(M(k))h(k)f(k)给出，其中inv(M(k))表示矩阵M(k)的逆。矩阵M(k)是损害(噪声+谐频间干扰)相关或协方差矩阵。对于谐频1，它由M(1)＝N+|h(2)|²＊f(2)＊f^H(2)+|h(3)|²＊f(3)＊f^H(3)+|h(4)|²＊f(4)＊f^H(4)给出，其中上标“H”表示厄米转置。一般来说，M(k)是噪声协方差N和由其它谐频引起的干扰之和。根据接收器设计，可存在残余频率偏移。如果残余偏移为已知，则可补偿数据向量以便消除它。在这里我们考虑它是未知的情况。在这种情况下，可用与在频率偏移的分布上求平均对应的平均项代替形成M(1)的项f(k)＊f^H(k)。

例如，设f(k)＝[f1 f2 f3 f4 f5]^T，其中上标“T”表示转置。每码片周期b弧度的残余偏移将给出损害值[f1 f2e f3e² f4e³ f5e⁴]^T，其中e＝exp(jb)。因此，损害项将是不同的。实质上，可假定残余频率偏移分布，并预先计算这些外积项的平均值。这些可用于计算M(k)。然后，由z(k)＝w^H(k)＊r给出判定统计，其中w(k)是列向量形式的恢复序列。

关联的SINR由下式给出：

SINR(k)＝w^H(k)＊h(k)＊f(k)

注意，实际上，可从形成恢复序列中省略h(k)，并且稍后可在解调过程中、在通常适用的地方应用h(k)的共轭。该方法还可与多个接收天线一起使用。在这种情况下，堆叠从不同天线所接收的样本，以便获得较长的r向量。这个向量可建模为：

r＝H(1)＊f(1)＊s(1)+H(2)＊f(2)＊s(2)+H(4)＊f(4)＊s(4)+H(4)＊f(4)＊s(4)+n

式中H(k)是由下式给出的向量：

H(k)＝[h(k，1)^T h(k，2)^T]^T

式中上标“T”表示转置，而h(k，1)是天线1上的谐频k的有效信道系数。

恢复序列由下式给出：

w(k)＝inv(M(k))＊H(k)＊f(k)，

其中对于谐频1，

M(1)＝N+H(2)＊f(2)＊f^H(2)＊H^H(2)+H(3)＊f(3)＊f^H(3)H^H(3)+H(3)＊f(3)＊f^H(3)H^H(3)

SINR由下式给出：

SINR(k)＝w^H(k)＊H(k)＊f(k)

解调取决于所使用的调制。一般来说，特定符号s(k)等于某个符号值S(m)的对数似然表示为：

LL{s(k)＝S(m)}＝2Re{s^*(m)z(k)}-|S(m)|²SINR(k)

式中上标“^*”表示复共轭。这些对数似然可通过已知方式用于形成各种解调输出，例如用于FEC解码的比特对数似然比形式的软信息。在恒定幅度符号(BPSK、QPSK、8-PSK)的情况下，可去掉第二项。对于标准FEC解码器，可去除2的因子。对于BPSK和QPSK调制，可直接根据z(k)来确定对数似然比(LLR)。

例如，对于BPSK，LLR表示为：

LLR(k)＝4 Re{z(k)}

对于大多数FEC解码器，可省略4的因子。

虽然这个实施例改进了性能，但是它比现有技术更为复杂，因为FFT所提供的有效并行相关已经丢失。这启发了第二实施例，它在性能上相当于第一实施例，但允许使用FFT。

实施例2

第二实施例是ML方法的有效实现。如图4所示。类似于本发明的实施例3的步骤310，在步骤410提取来自所接收OFDM信号的有用数据样本。在步骤420估计符号恢复所需的预滤器矩阵和其它量。接下来，在步骤430，将矩阵预滤器应用于在步骤410提取的有用数据样本集合。因此，将数据向量r与矩阵P的逆相乘。理想情况下，矩阵P应当是与数据向量关联的相关矩阵。这可根据数据本身、使用过去和可能的将来数据向量以非参数方式来估计。具体来说，对于不同块形成外积rr^H，并进行平均，可能以如指数平滑中那样逐渐减小。

还可使用信道系数、噪声协方差和扩展序列以参数方式来估计矩阵P。具体来说，对于一个接收天线，

P＝N+|h(1)|²＊f(1)＊f^H(1)+|h(2)|²＊f(2)＊f^H(2)+|h(3)|²＊f(3)＊f^H(3)+|h(4)|²＊f(4)＊f^H(4)

注意，这可使用RLS算法、使用N的逆进行初始化、然后执行4次更新来形成。与前一个实施例相似，可用在可能的残余频率偏移上求平均的平均值代替外积。

实际上，P无需求逆。例如，可使用高斯-塞德尔或高斯-乔丹迭代法来求解y＝Pr。可使用求解这种方程组的任何方法。

然后在步骤450向FFT提供过滤向量，以便形成符号检测统计。对于符号k，解调器将判定统计与h(k)的共轭相乘。可选地，对于更好的软信息，它将与比例因子a(k)相乘，其中：

a(k)＝1/[1-h^*(k)＊f^H(k)＊v(k)]

v(k)＝inv(P)＊h(k)＊f(k)

对于多个接收天线，可使用下式以参数方式形成矩阵P：

P＝N+H(1)＊f(1)＊f^H(1)＊H^H(1)+H(2)＊f(2)＊f^H(2)＊H^H(2)+H(3)＊f(3)＊f^H(3)＊H^H(3)+H(4)＊f(4)＊f^H(4)＊H^H(4)

实施例3

在这个实施例中，消除了矩阵预滤器的复杂度。作为替代，需要两个FFT操作来代替一个。产生对ML解的近似，这预计在噪声为白噪声(N＝N_0 1)时使用。该实施例如图5所示。步骤510类似于前面所述的步骤310和410。在步骤515，估计信号恢复所需的加权因子和参数。在步骤520和530，形成两个数据集合，并且各在步骤540和550经过FFT。通过简单地将CCP加到数据块的结尾来获得第一集合(步骤520)，而通过将CCP添加到数据块的结尾并将这个部分缩放1/2来获得第二集合(步骤530)。注意，缩放1/2可发生在添加(加窗然后再添加)之前或者添加之后。对于每个符号k，在步骤560和570，使用加权因子ρ(k)以内插方式结合两个FFT输出，其中这些加权因子可以是实值数。具体来说，将对应于第一数据集合的FFT输出(第一FFT)加权1-β(k)，而将对应于第二数据集合的第二FFT输出加权β(k)，其中β(k)＝2(1-ρ(k))。

加权因子ρ(k)对于每个谐频可能是不同的，并且是自适应的。它设计成使SINR为最大。它表示为：

ρ(k)＝(1+Kγ(k))/(1+2Kγ(k))

式中K是谐频数(该示例中为4)，并且γ(k)＝[1/(L(K-L))l_0(k)/N_0，其中N_0表示噪声功率，且L是以码片为单位的CCP长度。项l_0(k)是谐频相关干扰电平。对于谐频1和一个接收天线，它表示为：

l_0(1)＝|h(2)|²|f^H(1)f(2)|²+|h(3)|²|f^H(1)f(3)|²+|h(4)|²|f^H(1)f(4)|²

一般来说，它是与干扰谐频对应的项之和。注意，为了补偿残余偏移，可用在额定频率偏移分布上求平均的平均值代替形式|f^H(1)f(3)|²的项。

对于两个接收天线，l_0(k)表示为：

l_0(1)＝sum/(|h(1，1)|²+|h(1，2)|²)

其中：

sum＝|h＊(1，1)h(2，1)+h＊(1，2)h(2，2)|²|f^H(1)f(2)|²+

+|h＊(1，1)h(3，1)+h＊(1，2)h(3，2)|²|f^H(1)f(3)|²+

+|h＊(1，1)h(4，1)+h＊(1.2)h(4.2)|²|f^H(1)f(4)|²

可与一个天线的情况相似地处理未知频率偏移。

在解调器中，在步骤580和590执行缩放h(k)的共轭除以N_0。可选地，执行对于良好软信息的缩放a(k)，其中用于这个实施例的a(k)表示为：

a(k)＝num/denom

式中：

num＝K+(2ρ(k)-1)L

denom＝K+(2ρ(k)²-1)L+(2ρ(k)-1)²l_0(k)/N_0)

这给出了判定统计z(k)。

实施例4

在这个实施例中，相同的加权因子ρ有效地用于所有谐频，并且可以是实值数。这允许一个FFT用于代替两个。如果ρ＝1/2(高SNR)，则产生尼奎斯特窗口，如S.H.

-Weinfurtner的“Optimum NyquistWindowing in OFDM-receivers”中所述的。但是，与上述文献所公开的现有技术不同，ρ值以某种方式适应于信号质量。当ρ不是1/2时，有效窗口不是尼奎斯特。

为了获得单个ρ，用其平均值来代替l_0(k)，该平均值是通过用平均近似有效信道系数之积来确定的。这给出：

ρ(k)＝ρ＝(1+kg)/(1+2kg)

其中对于一个接收天线，

g＝S_c/N_0

S_c＝码片信号功率＝E_c(|c(0)|2+|c(1)|2)

式中E_c是所发射信号的每谐频每码片的能量。实际上，以某种已知方式将信道估计与sqrt(E_c)相关。例如，信道估计可与sqrt(E_c)c(k)成比例，使得不需要单独估计E_c。注意，g是信号质量度量，因为它是信号功率与噪声功率之比。

对于两个接收天线，g表示为：

它相当于：

g＝[S_c²(1)+S_c²(2)]/[N_0(S_c(1)+S_c(2))]

式中S_c上的指数表示哪个天线。

该实施例如图6所示。根据在步骤610所获得的有用样本，将CCP加到数据块的结尾，并在步骤630将这个和缩放ρ。

在步骤620，对于信号恢复形成参数估计，包括确定CCP长度和信道系数估计。

在步骤640，执行FFT，之后按符号进行解调。在解调器中，在步骤650-660，将判定统计缩放h(k)/N_0的共轭以及a(k)。

对于a(k)，可使用实施例3的表达式。但是，用其平均值代替l_0(k)是有意义的，由下式给出：

avg(l_0(k))＝L(K-L)N_0 g

实施例3和4的高阶调制

用实施例3和4，符号对数似然可表示为：

LL{s(k)＝S(m)}＝2 Re{s＊(m)z(k)}-|S(m)|²SINR(k)

式中z(k)是判定统计，并且这些实施例的SINR(k)表示为：

SINR(k)＝num/denom

num＝[K+(2ρ(k)-1)L]²[|h(k，1)|²+|h(k，2)|²]

denom＝K+(2ρ(k)²-1)L N_0+(2ρ(k)-1)²l_0(k)

对于实施例4，ρ(k)对于所有谐频都相同。用在谐频上求平均的值代替l_0(k)是便利的。注意，S(m)对应于不同的符号值。

接收器上下文

虽然焦点在于基带解调处理方法，但是，本发明在于接收器的解调器部分，它例如可以是设置在OFDM接收器(有线或无线)内部的基带解调处理器。图7示出用于蜂窝、WLAN或其它用途的无线接收器的一个示例。

接收器包括：前端710，其提供下混频到基带和取样；解调器720，用于处理从前端710接收的所接收OFDM信号并对OFDM信号进行解调。另外，接收器包括可包括FEC解码的后处理器730。

已经给出了使用多个接收天线时的优选实施例。备选地，本发明可单独应用于各天线信号，并将结果加在一起形成最终软值。代替简单地将结果加在一起，可使用标准阵列处理来应用组合加权，从而组合天线信号以便说明信号(每天线的h(k))和噪声(空间的2×2噪声协方差)。可使用已知符号以标准方式自适应地估计后者。针对循环前缀描述了本发明。在一些系统中，存在循环前缀和循环后缀。这只改变了如何形成f向量，先附加和后附加谐频码片值，代替仅先附加。

但是，应当注意，这些实施例仅用于说明目的，而不应当理解为限制本发明。本领域的技术人员应当清楚地知道，在所附权利要求书赋予的范围之内，对本发明的各种修改是可能的。

缩写

CP    循环前缀

CCP   循环前缀的干净部分

CDM   码分复用

FEC   前向纠错

FFT   快速傅立叶变换

IFFT  快速傅立叶逆变换

OFDM  正交频分复用

ML    最大似然

RLS   递归最小平方

SINR  信号干扰和噪声比

SNR   信噪比

Claims (37)

1.一种用于在通信系统中恢复至少一个OFDM(正交频分复用)信号的方法，其中所述至少一个OFDM信号至少部分包含复现冗余信息，所述方法包括以下步骤：

a)从所述至少一个OFDM信号中提取有用样本集合，所述集合包括复现冗余信息的样本；

b)根据所述至少一个OFDM信号来估计至少一个相关矩阵，以便产生至少一个相关矩阵估计；

c)使用所述至少一个相关矩阵估计来处理所述有用样本集合，以便从所提取的样本集合中获得符号统计；以及

d)根据所述符号统计来恢复符号。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述复现冗余信息包含循环前缀(CP)、循环后缀(CS)或者CP和CS二者。

3.如权利要求1所述的方法，其中通过使用根据所估计的信道参数值或者根据所述提取的有用样本本身而构造的数据相关矩阵来执行所述处理。

4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中通过使用与不同谐频关联的损害矩阵来执行所述处理。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述损害矩阵用于形成恢复序列。

6.如以上权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述通信网络是无线或有线通信网络。

7.如以上权利要求1-6中任一项所述的方法，其中对多个接收天线信号联合执行或者对于在各天线上接收的所述OFDM信号中的每个单独执行所述处理。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括在所述恢复序列与从所述OFDM信号中提取的所述有用样本之间执行相关操作，以便获得符号统计。

9.如权利要求8所述的方法，其中根据有效谐频序列和损害相关矩阵估计来确定谐频k的所述恢复序列。

10.如权利要求8或9所述的方法，其中使用有效信道系数估计来估计所述损害相关矩阵。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述OFDM信号包含导频符号，并且其中所述有效信道系数根据所述导频符号来估计。

12.如权利要求9所述的方法，其中残余频率偏移分布用于估计所述损害相关矩阵。

13.如以上权利要求中任一项所述的方法，其中根据所述符号统计来恢复符号包括使用有效信道系数估计和可能的符号值来计算符号对数似然。

14.如以上权利要求中任一项所述的方法，其中在所述符号是BPSK(二进制相移键控)、QPSK(四进制相移键控)或8PSK(八进制相移键控)的情况下，根据所述符号统计来恢复符号包括使用有效信道系数估计来计算符号对数似然。

15.如权利要求3所述的方法，其中所述方法还包括以下步骤：

c1)使用所述数据相关矩阵对所述有用数据样本集合执行预过滤操作，以便产生预过滤数据，

c2)将所述复现冗余信息的一部分加到从步骤c1)获得的每个预过滤数据块，以便产生最终数据块，以及

c3)对所述最终数据块执行FFT(快速傅立叶变换)，以便获得符号统计。

16.如权利要求15所述的方法，其中使用所述信道系数估计来估计所述数据相关矩阵。

17.如权利要求15所述的方法，其中使用过去的数据向量，根据所述数据本身来估计所述数据相关矩阵。

18.如权利要求1或15中任一项所述的方法，其中用于符号k的所述步骤d)还包括将在步骤d)获得的所述符号统计与有效信道系数的共轭相乘。

19.如权利要求1或18中任一项所述的方法，其中用于符号k的所述步骤d)还包括将在步骤d)获得的所述符号统计与取决于有效信道系数估计的比例因子a(k)相乘。

20.用于在通信系统中恢复至少一个OFDM(正交频分复用)编码信号的方法，其中所述至少一个OFDM信号至少部分包含复现冗余信息，所述方法包括以下步骤：

a)从所述至少一个OFDM信号中提取有用样本集合；

b)根据所述至少一个OFDM信号来估计至少一个信道系数，以便产生至少一个信道系数估计；

c)使用所述至少一个信道系数估计来形成实值加权因子；

d)使用所述加权因子来处理所述有用样本集合，以便产生符号统计；以及

e)根据所述符号统计来恢复符号。

21.如权利要求20所述的方法，其中步骤d)中的所述处理包括FFT操作。

22.如权利要求20-21中任一项所述的方法，其中根据使用所述至少一个信道系数估计所计算的信号质量来确定所述加权因子。

23.如权利要求22所述的方法，其中所述步骤e)包括将所述符号统计与取决于所述加权因子的比例因子a(k)相乘。

24.如权利要求23所述的方法，其中所述比例因子取决于谐频相关干扰电平1_0(k)。

25.如权利要求20-24中任一项所述的方法，其中步骤e)中的所述符号恢复包括使用所述符号统计和符号值来形成符号似然。

26.如权利要求20所述的方法，其中步骤d)包括使用从所述OFDM信号中提取的所述有用样本集合来形成两个数据块。

27.如权利要求26所述的方法，其中所述处理包括对每个数据块的FFT(快速傅立叶变换)操作。

28.如权利要求26或27所述的方法，其中所述方法还包括：将FFT处理的第一数据块的一部分缩放第一块因子，并将FFT处理的第二数据块的一部分缩放第二因子，所述块因子根据所述加权因子来确定。

29.如权利要求28所述的方法，其中所述加权因子对于所述OFDM信号的每个谐频是不同的。

30.如权利要求28或29所述的方法，其中所述加权因子根据干扰和噪声功率之比来确定。

31.如权利要求26-30中任一项所述的方法，其中所述加权因子设计成使所接收OFDM信号的SINR(信号干扰和噪声比)为最大。

32.如以上权利要求26至30中任一项所述的方法，其中所述步骤e)包括将所述符号统计缩放所述有效信道系数的共轭的附加步骤。

33.如权利要求26-30中任一项所述的方法，其中还将步骤e中的所述结果缩放因子a(k)，其中a(k)由所述加权因子来确定。

34.一种用于恢复至少一个OFDM(正交频分复用)信号的基带解调处理器，其中所述至少一个OFDM信号至少部分包含复现冗余信息，其中所述基带解调处理器包括：第一单元，用于从所述至少一个OFDM信号中提取有用样本集合；第二单元，用于根据所述至少一个OFDM信号来估计至少一个信道系数，其中所述第二单元适合于根据所述至少一个OFDM信号来产生至少一个信道系数估计；其中所述基带解调处理器还包括：第三单元，用于使用根据所述至少一个信道系数估计所确定的实值加权因子来处理所述有用样本集合，所述第三单元适合于从所提取的样本集合中获得符号统计，并且其中所述基带解调处理器还包括：第四单元，用于根据所述符号统计来恢复符号。

35.一种用于接收至少一个OFDM(正交频分复用)编码信号的接收器，其中所述至少一个OFDM信号至少部分包含复现冗余信息，其中所述接收器包括用于将所接收OFDM编码信号与较低频率进行混合并对这样混合的信号进行取样的部分，所述接收器还包括用于接收所述混合和取样的OFDM编码信号的解调器，其中所述解调器包括：第一单元，用于从所述至少一个OFDM信号中提取有用样本集合；第二单元，用于根据所述至少一个OFDM信号来估计至少一个信道系数，其中所述第二单元适合于根据所述至少一个OFDM信号来产生至少一个信道系数估计；其中所述解调器还包括：第三单元，用于使用根据所述至少一个信道系数估计所确定的实值加权因子来处理所述有用样本集合，所述第三单元适合于从所提取的样本集合中获得符号统计，并且其中所述解调器还包括：第四单元，用于根据所述符号统计来恢复符号。

36.一种用于发送和接收OFDM(正交频分复用)信号的通信系统，其中所述信号包含复现冗余信息，所述通信系统包括用于发射包含复现冗余信息的所述OFDM信号的发射器以及用于接收至少一个OFDM信号的接收器，其中所述接收器包括用于将所接收OFDM编码信号与较低频率进行混合并对这样混合的信号进行取样的部分，所述接收器还包括用于接收所述混合和取样的OFDM编码信号的解调器，其中所述解调器包括：第一单元，用于从所述至少一个OFDM信号中提取有用样本集合；第二单元，用于根据所述至少一个OFDM信号来估计至少一个信道系数，其中所述第二单元适合于根据所述至少一个OFDM信号来产生至少一个信道系数估计；其中所述解调器还包括：第三单元，用于使用根据所述至少一个信道系数估计所确定的实值加权因子来处理所述有用样本集合，所述第三单元适合于从所提取的样本集合中获得符号统计，并且其中所述解调器还包括：第四单元，用于根据所述符号统计来恢复符号。

37.一种用于处理至少一个OFDM(正交频分复用)信号的计算机程序，所述信号包含复现冗余信息，所述计算机程序包含用于执行以下步骤的指令集：

a)从所述至少一个OFDM信号中提取有用样本集合；

b)根据所述至少一个OFDM信号来估计至少一个信道系数估计，以便产生至少一个信道系数估计；

c)使用根据所述至少一个信道系数估计所确定的实值加权因子来处理所述有用样本集合，以便从所提取的样本集合中获得符号统计；以及

d)根据所述符号统计来恢复符号。

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