CN101827048B - 不具有过采样模数转换的接收设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及不具有过采样模数转换的接收设备和方法。本发明涉及一种用于在无线通信系统中接收信号的接收设备(1)，其中所述信号包括专用信道估计序列，所述接收设备包括：模数转换器(5)，其适于以与所接收的信号的符号率等同的采样率来将所接收的信号转换成数字采样；信道估计装置(6)，其适于基于被包括在所接收的信号的数字采样中的专用信道估计序列来执行信道估计；评估装置，其适于评估来自所述信道估计装置(6)的信道估计结果；以及控制装置(17)，其适于基于信道估计结果的评估来控制所述模数转换器(5)的采样率的相位。本发明还涉及对应的接收方法。

Description

不具有过采样模数转换的接收设备和方法

技术领域

本发明涉及用于在无线通信系统中接收信号的接收设备和接收方法。

背景技术

无线通信系统的大多数接收机实施方式使用模数转换器来在将所接收的信号下变频到基带之后将它们转换成数字采样(主要是复数字采样)。在一些无线通信系统(诸如例如单载波频域均衡(SC-FDE)系统)或者其它无线通信系统中，模数转换器的采样率(也被称为采样频率)是所发射的以及所接收的信号的符号率的两倍或更多(有时四倍或八倍或更多)。特别地，在其中符号率相当高(例如大约或大于1Gbps)的无线通信系统中，模数转换器的复杂性、制造成本和功率消耗变得非常高。

发明内容

因此本发明的目的是建议一种带有具有降低的复杂性和功率消耗的模数转换的用于接收信号的接收设备和方法以及无线通信系统。

上述目的通过根据本发明第一方面的接收设备和根据本发明第二方面的接收方法来实现。

本发明建议了一种用于在无线通信系统中接收信号的接收设备，其中所述信号包括专用信道估计序列，所述接收设备包括：模数转换器，其适于以与所接收的信号的符号率等同的采样率将所接收的信号转换成数字采样；信道估计装置，其适于基于被包括在所接收的信号的数字采样中的专用信道估计序列来执行信道估计；评估装置，其适于评估来自所述信道估计装置的信道估计结果；以及控制装置，其适于基于信道估计结果的评估来控制所述模数转换器的采样率的相位。

本发明还建议一种用于在无线通信系统中接收信号的接收方法，其中所述信号包括专用信道估计序列，所述接收方法包括以下步骤：以与所接收的信号的符号率等同的采样率来将所接收的信号模数转换成数字采样；基于被包括在所接收的信号的数字采样中的专用信道估计序列来执行信道估计；评估来自所述信道估计装置的信道估计结果；以及基于信道估计结果的评估来控制所述模数转换器的采样率的相位。

因此，通过基于信道估计结果的评估来保持和调整模数转换器的采样率的相位，实施适于以与所接收的信号的符号率等同的采样率来将所接收的信号转换成数字采样的模数转换器成为可能。换句话说，由本发明建议的模数转换器不会过采样所接收的信号，而是以所接收的信号的符号率来采样所接收的信号。因此，与现有技术的过采样模数转换相比，该模数转换能够以降低的成本、降低的复杂性以及降低的功率消耗来实施。

有利地，所发射的和所接收的信号中的专用信道估计序列包括第一和第二专用信道估计序列，并且信道估计装置适于对所述第一和第二专用信道估计序列执行信道估计。因此，所述控制装置有利地适于控制所述模数转换器的采样率的相位，以使得模数转换器以具有第一相位的采样率转换第一专用信道估计序列，以及以具有第二相位的采样率转换第二专用信道估计序列，所述第一相位与所述第二相位不同。进一步有利地，所述评估装置适于评估对于所述第一和第二专用信道估计序列的信道估计结果的品质并且基于所述评估为所述控制装置提供控制信号。

因此，本发明建议一种用于在无线通信系统中发射和接收的信号的新的(时域)帧结构，即在包括(至少)第一和第二专用信道估计序列的帧中的专用信道估计序列。在本发明的接收设备中，能够以相同的采样率(其与所接收的信号的符号率等同)但是以不同的相位来模数转换第一和第二(或者另外)信道估计序列。然后，对于第一和第二(或者另外)专用信道估计序列的信道估计结果能够被比较和评估。具有最好品质的信道估计结果被识别，并且模数转换器的采样率的相位被设置成被用来模数转换具有该最好品质的专用信道估计序列的相同相位。然后，模数转换器被设置成以该相位来采样所接收的信号，特别是所接收的信号中的数据内容。

因此，本发明建议一种非常简单但有效的方式来以与所接收的信号的符号率等同的采样率实施模数转换。

适于评估对于第一和第二(或者另外)专用信道估计序列的信道估计结果的品质并且基于所述评估向所述控制装置提供控制信号的评估装置能够按用于信道估计结果的任何需要的或期望的品质参数被实施或者设置。实例是实施所述评估装置以检测是第一还是第二(或者另外)专用信道估计序列具有更高的相关峰值并且将具有更高相关峰值的专用信道估计序列识别为具有最佳品质的专用信道估计序列。可替换地，所述评估装置可以适于检测具有最高功率的专用信道估计序列。然而，可以使用和实施任何其它期望的品质参数。

在所述信道估计装置中对其执行信道估计的第一和第二(或者另外)专用信道估计序列可以是等同的或者还可以彼此不同。

要理解的是，本发明的接收设备和接收方法能够以任何种类的适当器件、单元、设备等等来实施，如果必要的话结合相应应用所必需的其它特征和功能来实施。例如，该接收设备可以被实现为适于在任何种类的无线通信系统中通信的便携式、手持式、独立的、常设等的器件。无线通信系统能够是其中通过无线接口来发射和接收任何种类的数据的任何种类的无线通信系统。例如，无线通信系统可以是任何种类的多载波系统，或者任何种类的单载波系统。例如，所述接收设备和方法可以包括频域均衡(即在频域中发生的均衡)，并且可以在单载波通信系统中实施。然而，本发明的接收设备和接收方法不限于这些实例。此外，接收设备可以是适于在无线通信系统中接收和发射信号的通信设备的一部分。在整个本申请中使用的术语“装置”旨在表征适于执行相应功能的功能单元中的任何种类的实施方式，例如但不局限于最终与其它功能性结合的任何种类的单元、元件、器件，并且可以以任何种类的适合的软件、硬件或其任何适合的混合来实施。此外，本发明涉及其中以帧来发射和接收信号的任何种类的无线通信系统，其中每个帧包括一个或多个专用信道估计序列，即在接收侧被用来执行信道估计的序列。每个帧还包括以任何适合的方式(例如以数据块等等)布置的内容数据。每个帧可以包括或者不包括附加的部分，例如同步序列等等。

附图说明

在下面优选实施例的描述中结合附图更详细地解释本发明，其中：

图1示出在本发明中使用的帧结构的示意性实例；

图2示出本发明的接收设备的示意性框图；

图3示出本发明的接收设备的控制装置的示意性框图；

图4示出本发明的帧结构的示意性框图以及采样率的相位已被切换的方式。

具体实施方式

本发明的优选实施例的以下描述涉及其中实施单载波频域均衡的接收设备和方法。然而，本发明不限于单载波系统，而是还可以在多载波系统中使用。此外，还有可能在具有时域均衡的系统中实施本发明。

图1示出如在本发明的接收设备和方法中使用的无线通信系统中所发射和接收的信号的帧结构的示意性实例。所示出的帧结构的实例包括同步部分(SYNC)，所述同步部分(SYNC)之后是开始帧定界符(SFD)，所述开始帧定界符(SFD)之后是信道估计序列(CES)，所述信道估计序列(CES)之后然后是一个或多个数据块。所述同步部分在关于图2所示出并且解释的接收设备1中用于自动游戏控制(automatic gamecontrol)和粗帧定时。开始帧定界符指示同步序列的结束和信道估计序列的开始。信道估计序列可以是或者包括任何种类的用于接收设备中的信道估计的适合的专用信道估计序列。在图1示出的帧结构的实例中，信道估计序列包括第一专用信道估计序列(CES 1)，以及第二专用信道估计序列(CES 2)，它们每一个之后都有保护间隔(guard period)(分别是保护间隔A和保护间隔B)。第一和第二专用信道估计序列(分别是CES 1和CES 2)就内容和/或就相应长度而言可以彼此等同或不同。有利地，保护间隔A和保护间隔B具有相同的长度但是也可以具有不同的长度。然而，保护间隔A和保护间隔B的长度应该被设置成使得有可能进行该接收设备的模数转换器的符号率的相位的切换，如将在下面进一步解释的那样。数据块通常以具有数据内容的块之后是保护区间(guard interval)的方式来布置。然而，其它布置可以是可能的。

图2示出根据本发明的用于在无线通信系统中接收信号的接收设备1的实施例的示意性框图。必须注意的是，图2和下面的解释仅提及理解本发明所必需的接收设备1的元件和功能性。在实际实施方式中，接收设备将包含用于正常操作的附加功能性和元件。

接收设备1包括适于在无线通信系统中接收无线信号的天线2。所接收的信号被转发到适于将所接收的信号从射频下变频到基带的RF(射频)单元3等等。然后，所接收的经下变频的信号被转发到通常具有与所发射的脉冲相同的脉冲形状的模拟脉冲滤波器4。然后，脉冲整形的信号被转发到模数转换器5，模数转换器5适于以与所接收的信号的符号率等同的采样率来将所接收的信号转换成数字采样(例如复采样)。

在该上下文中，应该指出，在图1中示出的帧的同步部分、开始帧定界符、信道估计序列以及数据块的每一个都由一定数目的符号组成，每个符号都对应于一采样(例如复采样)。所发射和所接收的信号的符号率是每秒的符号数目。换句话说，模数转换器5不执行过采样，而是以与接收信号的符号率(或比特率)等同的采样率来采样所接收的信号。因此由时钟装置16提供模数转换器5的采样率，所述时钟装置16提供具有与所接收的信号的符号率等同的频率速率的时钟信号。因此由时钟装置16在输出生成的时钟信号被供应给控制装置17，所述控制装置17适于在将时钟信号供应给模数转换器5之前控制并改变所述时钟信号的相位，这将在下面被进一步详细地解释。

从模数转换器5输出的数字采样被分解到数个分支上，其中为了清楚图2仅示出三个不同的分支。第一分支通向帧定时装置7，向帧定时装置7供应每个帧的同步部分(SYNC)的数字采样。该帧定时装置7适于例如通过对同步部分执行自相关或互相关或任何其它适合的处理以便获得指示每个帧中信道估计序列的开始位置的同步峰值来执行同步。关于信道估计序列的开始位置的信息被从帧定时装置7供应给信道估计装置6，所述信道估计装置6是第二分支的部分。

信道估计装置6经由所述第二分支从模数转换器5接收信道估计序列的数字采样。因此，信道估计装置6执行自相关、互相关或任何其它适合的处理以便获得基于时域的信道估计，所述基于时域的信道估计例如是信道的复估计(I和Q)。因为如图1所示的本发明的无线通信系统的帧包括(至少)第一和第二信道估计序列，所以信道估计装置6计算并获得两个信道延迟分布(profile)，即基于第一信道估计序列(CS1)的第一信道延迟分布以及基于第二信道估计序列(CS2)的第二信道延迟分布。信道估计装置6因此执行全(完全)信道估计。

因此，在信道估计装置6中，在时间上相继地获得第一和第二信道延迟分布。因此，要注意的是模数转换器5以相同的采样率(其与所接收的信号的符号率等同)但是以不同的相位来采样所述第一和第二信道估计序列。也就是说，在模数转换器5已采样了第一信道估计序列之后，控制装置17改变来自时钟装置16的采样率时钟信号的相位。控制装置17因此接收来自评估装置10的控制信号，所述评估装置10评估在信道估计装置6中计算的信道延迟分布。当信道估计装置6已基于第一专用信道估计序列建立了第一信道延迟分布时，评估装置10检测到第一信道延迟分布已建立并且将控制信号供应给控制装置17，所述控制信号使得控制装置17改变来自时钟装置16的采样率时钟信号的相位。

在图3中视觉化了该情况，其示出时钟装置16、控制装置17和模数转换器5的示意性框图以及从时钟装置16输出的采样率时钟信号的实例。当从评估装置10输出到控制装置17的控制信号(Ctrl)是低(Ctrl＝0)时，来自时钟装置16的采样率时钟信号保持不变，即其相位不改变。然而，当来自评估装置10的控制信号具有高电平(Ctrl＝1)时，例如当评估装置10已检测到信道估计装置6已完成了第一信道延迟分布的计算时，控制装置17改变采样率时钟信号的相位。

在所示出的实例中，在这种情况下控制装置17反转采样率时钟信号的相位，以使得与第一信道估计序列的采样相比模数转换器5然后将以相同的速率但是以反转的相位来采样第二专用信道估计序列。因此，第一和第二信道估计序列之间的保护间隔A具有足够的长度来使得评估装置10能够检测信道估计装置6是否已定下来第一信道延迟分布，并且如果是的话则向控制装置17输出对应的控制信号，所述控制装置17然后改变采样率时钟信号的相位。由此，信道估计装置6生成两个不同的信道延迟分布，即基于第一信道估计序列的第一信道延迟分布以及基于第二信道估计序列的第二信道延迟分布，所述第一信道估计序列和第二信道估计序列在模数转换器5中以相同的采样率但以不同的相位被采样。应该理解，有可能使用三个或更多信道估计序列，这些信道估计序列中的每一个都在模数转换器5中以相同的速率但以不同的相位被采样。

评估装置10还适于比较由信道估计装置6建立的信道延迟分布，并且基于一个或多个预先设置的品质参数来确定信道延迟分布中的哪一个具有更好的品质或者在随后的均衡中确保更好的数据均衡。因此，(一个或多个)任何有用的或想要的品质参数能够被用来选择更好的信道延迟分布。例如，可以选择具有最高或最强相关峰值(分布中的最后峰值)的信道延迟分布。另外，可以选择具有更大总功率的信道延迟分布。可替换地，可以根据任何想要的或有用的参数来选择在随后的内容数据的均衡中确保更好性能的信道延迟分布。

当评估装置10已判断出哪一个信道延迟分布具有更好的品质时，它发送控制信号到控制装置17以控制采样率时钟信号的相位，从而使得模数转换器5将以对应于已被用来采样导致被评估装置10选择为具有更好品质的信道延迟分布的信道估计序列的采样率相位的采样率相位来采样数据块中随后的内容数据。换句话说，包括在所接收的帧的数据块中的数据符号将由模数转换器5以由评估装置10选择为给出更好信道延迟分布的采样率相位来采样。

在图4中视觉化了该情况，其示意性示出帧以及从评估装置10输出到控制装置17的控制信号。如上面所解释的那样，典型的帧可以包括SYNC部分、SFD部分、第一信道估计序列(CES1)、第二信道估计序列(CES2)以及数据块。在第一和第二信道估计序列之间以及在第二信道估计序列之后，提供保护间隔。在对SYNC部分、SFD部分以及第一信道估计序列进行采样的期间，模数转换器5的采样率的相位将不改变，即从评估装置10提供到控制装置17的控制信号保持不变。在信道估计装置6基于第一信道估计序列建立了第一信道延迟分布之后，在第一保护间隔(保护间隔A)期间切换控制信号，以使得模数转换器5以不同的相位来采样第二信道估计序列。此后，根据在评估装置10中哪个信道延迟分布被识别为具有更好的品质，在第二保护间隔(保护间隔B)期间或者将控制信号切换回去，以使得在模数转换器5中将以被用来采样第一信道估计序列的相位来采样数据内容，如在图4的示意图a中示出的那样。可替换地，在信道估计装置10中第二信道延迟分布被识别为具有更好品质的情况下，控制信号不会改变，以使得模数转换器5将以被用来采样第二信道估计序列的相位来采样内容数据，如在图4的示意图b中所示出的那样。

如图2所示，接收设备1的第三分支是其中所接收的信号中的数据块的内容数据被处理的分支，未在图2中示出的在实际实施方式中的其它分支可以包括执行频率偏移补偿、时钟偏移补偿等等的块。在采样率与符号率等同并且相位由控制装置在评估装置10的控制下设置的模数转换器5中对内容数据进行采样。内容数据的数字采样被供应给定时装置9，并且然后被供应给时间到频率变换装置12(例如快速傅里叶变换装置或者任何其它适合的装置)，所述时间到频率变换装置12适于执行内容数据的时间到频率变换。此后，由均衡装置13在频域中对内容数据进行均衡，并且然后由频率到时间变换装置14(例如逆快速傅里叶变换装置或任何其它适合的装置)将其变换回到时域中。此后，在时域中利用附加必需的处理功能(例如解调器15等等)来进一步处理经均衡的数据。

均衡装置13由此适于基于根据信道延迟分布计算的均衡系数来执行数据的均衡，所述信道延迟分布已被评估装置10识别为具有更好品质的信道延迟分布，如上所解释的。评估装置10由此检测该信道延迟分布的开始位置并且将该信息供应给布置在信道估计装置6之后的定时装置8以及之前所述的数据分支中的定时装置9。在评估装置10的控制下，分别地，所选择的信道延迟分布的开始位置由定时装置8控制，并且进入时间到频率变换装置12(例如快速傅里叶变换装置或者任何其它适合的装置)的数据的开始位置由定时装置9控制。信道延迟分布被供应给时间到频率变换装置11(例如快速傅里叶变换装置或者任何其它适合的装置)，被变换到频域中并且被转发到均衡装置13。换句话说，通过控制定时装置8和定时装置9，评估装置10对准(align)并同步所选择的信道延迟分布和要基于所选择的信道延迟分布进行信道均衡的内容数据的开始位置。

要注意的是，上述的评估装置10的各种功能性可以根据实施方式参考在一个单元或在数个分离单元中实施。

如上所述，本发明建议一种简单但是非常有效的方式来实施不具有过采样的模数转换。具体来说，这样的模数转换器的制造成本以及其功率消耗和其复杂性会降低。本发明的另一个优点是与在模数转换器中实施过采样的系统相比能够支持更高的符号率。

Claims (10)

1.一种用于在无线通信系统中接收信号的接收设备(1)，其中所述信号包括专用信道估计序列，所述专用信道估计序列包括第一和第二专用信道估计序列，所述接收设备包括：

模数转换器(5)，其适于以与所接收的信号的符号率等同的采样率来将所接收的信号转换成数字采样；

信道估计单元(6)，其适于基于被包括在所接收的信号的数字采样中的第一和第二专用信道估计序列来执行信道估计；

评估单元(10)，其适于评估来自所述信道估计单元(6)的信道估计结果；以及

控制单元(17)，其适于控制所述模数转换器(5)的采样率的相位，以使得所述模数转换器(5)以具有第一相位的采样率转换第一专用信道估计序列，以及以具有第二相位的采样率转换第二专用信道估计序列，所述第一相位与所述第二相位不同，

其中，所述评估单元(10)适于检测是所述第一专用信道估计序列还是所述第二专用信道估计序列具有最好品质，并且

其中，所述控制单元(17)适于基于对所述信道估计结果的评估来将所述模数转换器(5)的采样率的相位设置成被用来模数转换具有所述最好品质的专用信道估计序列的相同相位。

2.根据权利要求1所述的接收设备(1)，其中所述评估单元(10)适于评估对于所述第一和第二专用信道估计序列的信道估计结果的品质，并且基于所述评估为所述控制单元(17)提供控制信号。

3.根据权利要求2所述的接收设备(1)，其中所述评估单元(10)适于检测是第一还是第二专用信道估计序列具有更高的相关峰值，并且向所述控制单元(17)提供控制信号来控制所述模数转换器(5)以所述第一或第二专用信道估计序列的采样率相位来转换包括在所接收的信号中的数据内容。

4.根据权利要求1所述的接收设备(1)，其中所述信道估计单元(6)适于对所述第一和第二专用信道估计序列执行所述信道估计，所述第一和第二专用信道估计序列等同。

5.根据权利要求1所述的接收设备(1)，其中所述信道估计单元(6)适于对所述第一和第二专用信道估计序列执行所述信道估计，所述第一和第二专用信道估计序列彼此不同。

6.用于在无线通信系统中接收信号的接收方法，其中所述信号包括专用信道估计序列，所述专用信道估计序列包括第一和第二专用信道估计序列，所述方法包括以下步骤：

以与所接收的信号的符号率等同的采样率来将所接收的信号模数转换成数字采样；

控制模数转换的采样率的相位，以使得所述模数转换以具有第一相位的采样率来转换第一专用信道估计序列，以及以具有第二相位的采样率来转换第二专用信道估计序列，所述第一相位与所述第二相位不同，

基于被包括在所接收的信号的数字采样中的所述第一和第二专用信道估计序列来执行信道估计；

评估来自信道估计装置的信道估计结果，以检测是所述第一专用信道估计序列还是所述第二专用信道估计序列具有最好品质；以及

基于所述信道估计结果的评估来控制所述模数转换的采样率的相位，使其为被用来模数转换具有所述最好品质的专用信道估计序列的相同相位。

7.根据权利要求6所述的接收方法，其中在所述评估步骤中评估对于所述第一和第二专用信道估计序列的信道估计结果的品质，基于所述评估为所述控制步骤提供控制信号。

8.根据权利要求7所述的接收方法，其中在所述评估步骤中检测是第一还是第二专用信道估计序列具有更高的相关峰值，并且为所述控制步骤提供控制信号来控制所述模数步骤以所述第一或第二专用信道估计序列的采样率相位转换包括在所接收的信号中的数据内容。

9.根据权利要求6所述的接收方法，其中所述信道估计步骤对所述第一和第二专用信道估计序列执行所述信道估计，所述第一和第二专用信道估计序列等同。

10.根据权利要求6所述的接收方法，其中所述信道估计步骤对所述第一和第二专用信道估计序列执行所述信道估计，所述第一和第二专用信道估计序列彼此不同。

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