CN107888522B - 信道估计增强的方法及无线设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了信道估计增强的方法及无线设备，其中，所述信道估计增强的方法可包括：通过无线设备在无线通信网络中接收高效率帧，其中所述高效率帧包括传统前导码和高效率前导码，所述传统前导码包括第一训练字段，所述高效率前导码包括信号字段和第二训练字段；分别基于用于第一信道条件的所述第一训练字段和用于第二信道条件的第二训练字段来执行信道估计；对信号字段中的波束改变指示符进行解码，并判断在所述第一信道条件和所述第二信道条件之间是否存在波束改变；和如果所述波束改变指示符指示没有波束改变，则基于第一训练字段和第二训练字段两者得到增强的信道响应矩阵来执行信道估计增强。实施本发明实施例可降低信道估计噪声。

Description

信道估计增强的方法及无线设备

【技术领域】

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种信道估计增强的方法及无线设备。

【背景技术】

在无线通信中，信道状态信息(Channel State Information，CSI)是指通信链路的已知信道特性。该信息描述了信号如何从发射机传播到接收机，并且表示例如散射，衰落和功率衰减与距离的组合效应。CSI使得可以将传输调整到当前信道条件，这对于在多天线系统中实现具有高数据速率的可靠通信是至关重要的。

CSI需要在接收机处估计，并且通常被量化并且反馈给发射机。由于信道条件不同，需要在短期内估计瞬态的CSI。一种流行的方法是所谓的训练序列(或导频序列)，其发送已知的信号，并且使用所发送的信号和接收的信号的组合信息来估计信道响应矩阵H。

信道估计的准确性对于接收机的性能是至关重要的。对于高调制如256QAM(Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度调制)和1024QAM，增强信道估计精度可以显著改善误包率(Packet Error Rate，PER)性能。对于1024QAM，增强信道估计精度也有助于降低发射机和接收机的误差向量幅度(Error Vector Magnitude，EVM)要求。信道估计不准确是降低无线网络性能的关键因素之一。在无线网络中，广泛使用各种增强信道估计精度的方法。例如，当相邻子载波的信道相似时的信道滤波，当复杂度和延迟不重要时的数据辅助反馈信道跟踪，以及当导频足够时基于导频的信道跟踪。

IEEE 802.11是在2.4GHz，3.6GHz，5GHz和60GHz频带中实现无线局域网(WirelessLocal Area Network，WLAN)通信的一套标准。在IEEE 802.11标准中，对IEEE 802.11n进行潜在改进之后形成的IEEE 802.11ac包含非常高的吞吐量；IEEE 802.11ah包含了Sub 1GHz传感器网络和智能计量；而即将到来的IEEE 802.11ax考虑到对频谱效率的提高，以提高无线设备的高密度场景下系统吞吐量，并将成为IEEE 802.11ac的继任者。波束改变指示可用于显著增强接收机的信道估计。在本发明中，提出了一种有用的波束改变指示方法，以增强基于IEEE 802.11ax和即将到来的IEEE 802.1ah标准的信道估计性能。

【发明内容】

本发明公开了信道估计增强的方法及无线设备，可降低信道估计噪声。

本发明提供的信道估计增强的方法，其可包括：通过无线设备在无线通信网络中接收高效率帧，其中所述高效率帧包括传统前导码和高效率前导码，所述传统前导码包括第一训练字段，所述高效率前导码包括信号字段和第二训练字段；分别基于用于第一信道条件的所述第一训练字段和用于第二信道条件的第二训练字段来执行信道估计；对信号字段中的波束改变指示符进行解码，并判断在所述第一信道条件和所述第二信道条件之间是否存在波束改变；和如果所述波束改变指示符指示没有波束改变，则基于第一训练字段和第二训练字段两者得到增强的信道响应矩阵来执行信道估计增强。

本发明提供的一种无线设备，其可包括：接收机，用于在无线通信网络中接收高效率帧，其中所述高效率帧包括传统前导码和高效率前导码，所述传统前导码包括第一训练字段，所述高效率前导码包括信号字段和第二训练字段；信道估计器，分别基于用于第一信道条件的所述第一训练字段和用于第二信道条件的第二训练字段来执行信道估计；解码器，对信号字段中的波束改变指示符进行解码，并判断在所述第一信道条件和所述第二信道条件之间是否存在波束改变；和增强信道估计器，用于当所述波束改变指示符指示没有波束改变，基于第一训练字段和第二训练字段两者得到增强的信道响应矩阵来执行信道估计增强。

本发明提供的另一种无线设备，可包括：第一训练字段发生器，用于通过将第一组波束控制矩阵应用于训练序列来生成传统前导码的第一训练字段；

第二训练字段发生器，用于通过将第二组波束控制矩阵应用于所述训练序列来生成用于高效率前导码的第二训练字段；信号字段发生器，用于在信号字段中插入波束改变指示符，其中所述波束改变指示符指示在所述第一训练字段和所述第二训练字段之间是否存在波束改变；和编码器，用于将所述第一训练字段，信号字段和所述第二训练字段编码到在无线通信网络中的两个空间流上发送的高效率帧中。

本发明实施例在高效率帧中加入波束改变指示符来指示训练字段之间是否存在波束改变，帮当判断波束未改变时，可基于第一训练字段和第二训练字段得到增强的信道响应矩阵来执行信道估计增强。由此，波束改变指示符的加入可有助于降低信道估计噪声。

【附图说明】

图1根据一个新颖的方面示出了具有增强的信道估计的无线通信系统100。

图2是高效率长前导码帧结构和长前导码帧的信号字段的图。

图3是根据一个新颖方面的无线设备301和311的简化框图。

图4是插入波束改变指示符的发射装置400的简化图。

图5是基于波束改变指示符对单个空间流执行信道估计增强的接收设备500的第一实施例。

图6是基于波束改变指示符对单个空间流执行信道估计增强的第二实施例的接收设备600。

图7是第三实施例的接收设备700，其基于波束改变指示符对IEEE 802.11ax HEPPDU执行信道估计增强。

图8是根据一个新颖的方面用波束改变指示符发送和编码长前导码帧的方法的流程图。

图9是根据一个新颖方面的接收长前导码帧并执行信道估计增强的方法的流程图。

图10是根据一个新颖的方面的，基于波束改变指示符对一个或多个空间流上的HEPPDU执行信道估计增强的接收设备的一个实施例。

图11A示出了使用波束改变指示来增强两个空间流的HE SU PPDU 1110的信道估计质量的接收机信道估计流程。HE-LTF0和HE-LTF1表示两个空间流。

图11B示出使用波束改变指示的接收机信道估计处理，以增强用于两个空间流的高效率扩展单用户PPDU 1130的信道估计质量。

图12是根据一个新颖方面的用于接收和编码具有波束改变指示符的HE PPDU的方法的流程图。

图13是根据一个新颖方面的发送HE PPDU并执行信道估计增强的方法的流程图。

【具体实施方式】

现在将详细参考本发明的一些实施例，其示例在附图中示出。

图1根据一个新颖的方面示出了具有增强的信道估计的无线通信系统100。无线通信系统100包括无线接入点101和无线站102。在无线通信系统中，无线设备通过各种明确定义的帧结构相互通信。通常，帧包括物理层会聚过程(Physical Layer ConvergenceProcedure，PLCP)协议数据单元(Protocol Data Unit，PDU)(简称为：PPDU)，帧头部和有效载荷。帧又分为非常具体和标准化的部分。例如，在即将到来的IEEE 802.11ah标准中，要求发射机能够在2MHz，4MHz，6MHz，8MHz和16MHz信道上传输长前导码(long preamble)帧结构。

图1还描绘了高效率(High Efficiency，HE)单用户(Single User，SU)PPDU帧110，其包括传统短训练字段(L-STF)111，传统长训练字段(L-LTF)112，传统信号字段(L-SIG)113，重复传统信号字段(RL-SIG)114，高效率信号A1字段(HE-SIGA1)115，高效率信号A2字段(HE-SIGA2)116，高效率短训练字段(HE-STF)117，用于数据的高效率长训练字段(HE-LTFs)118，高效率数据有效载荷119和分组扩展(PE)120。L-STF 111，L-LTF 112和L-SIG113形成传统前导码。RL-SIG 114，HE-SIGA1 115，HE-SIGA2 116，HE-STF 117和HE-LTFs118形成高效率前导码。对于单用户传输，HE-LTF的数量等于空间流(Nsts)的数量或空间流+1(Nsts+1)。例如，对于一个空间流，存在一个HE-LTF，对于两个空间流，存在两个HE-LTF。

在图1的示例中，高效率单用户PPDU 110由无线接入点101发送到无线站102。L-LTF 112用于在接收机侧进行信道估计和对L-SIG解码，而HE-LTF 118用于在接收机侧进行信道估计和对HE-SIG和数据解码。当高效率单用户PPDU帧110被发送时，波束控制矩阵可以被应用于用于波束成型(beamforming)的高效率长前导码帧，以实现空间扩展或其他目的。结合这样的高效率长前导码帧结构，通常使用两组不同的波束控制矩阵。例如，第一组波束控制矩阵W(k)被施加到字段L-STF，L-LTF和L-SIG的每个子载波k(例如，这些字段也被称为传统前导码和长前导码帧的Omni部分)。另一方面，第二组波束控制矩阵Q(k)被施加到字段HE-STF，HE-LTFs，RL-SIG，HE-SIGA1，HE-SIGA2和数据的每个子载波k(例如，这些字段也称为高效率前导码和长前导码帧的数据部分)。W(k)和Q(k)的维数与相应的MIMO方案中要传输的数据流的数量和天线的数量有关。

基于每个发射机，波束控制矩阵W(k)和Q(k)可以相同或不同。这是因为W(k)可以是具有第N个发射机天线元素的列向量，所述N个发射机天线元素包括元素i_TX，满足

其中，

表示发射机链路i_TX(例如，用于全向(Omni-directional)传输)的循环移位，而Q(k)可以是基于先前的信道声音反馈的预编码矩阵(例如，用于MIMO波束成型传输)。然而，在某些情况下，波束控制矩阵W(k)和Q(k)可以是完全相同的。例如，当没有信道反馈信息时，W(k)和Q(k)都是同一矩阵I(k)。因此，基于W(k)和Q(k)相同或者不同，对于发射机和接收机之间的相同通信链路，用于发送L-STF，LLTF，L-SIG的无线信道条件和用于发送HE-STF，HE-LTFs，RL-SIG，HE-SIGA1，HE-SIGA2和数据的信道条件可以相同或不同。

在接收机侧，基于接收的L-LTF和HE-LTFs符号执行信道估计。如果波束控制矩阵W(k)和Q(k)相同，则用于发送L-STF，L-LTF，L-SIG的信道条件与用于发送HE-STF，HE-LTFs，HE-SIG和数据的信道条件相同。通常情况下，仅基于HE-LTF符号进行数据的信道估计。在一个新颖的方面，如果信道条件(例如，波束控制矩阵)没有被发射机改变，则可以通过利用基于L-LTF和HE-LTF符号的信道估计来增强数据的信道估计。如图1所示，在一个实施例中，波束改变指示符由发射机侧的无线接入点101插入到字段HE-SIGA1中，在接收机侧，无线站102从信号字段解码波束改变指示符，以实现信道估计增强。对于高调制如256QAM和1024QAM，增强信道估计精度可以显著改善PER性能。对于1024QAM，增强信道估计精度也有助于降低发射机和接收机的EVM要求。

图2是高效率长前导码帧结构和长前导码帧的信号字段的图。表201列出了包括高效率信号A字段(HE-SIGA)的高效率长前导码帧的所有字段。表202列出了HE-SIGA1的结构。例如，HE-SIGA1包括1比特多用户/单用户字段(图中表示为MU/SU)，1比特空时分组码字段(图中表示为STBC)，1比特保留字段(图中表示为RESERVED)，2比特带宽字段(图中表示为BW)，2比特STBC数量字段(图中表示为N_STS)，9比特局部AID字段(图中表示为PAID)，1比特短保护间隔字段(图中表示为SHORT GI)，2比特编码字段(图中表示为CODING)，4比特MCS索引字段(图中表示为MCS)和1比特波束改变指示字段(图中表示为BEAM-CHANGE INDICATION)。1比特波束改变指示字段指示波束控制矩阵Q(k)是否已经改变。例如，取值为0表示波束控制矩阵相同，并且取值为1表示波束控制矩阵已经在长前导码的Omni和Data部分上改变。注意，波束改变指示比特也可以用作信道滤波的指示。对于一个空间流，如果波束改变指示比特被设置为0，则接收机可以进行信道滤波。否则，不推荐使用滤波。

图3是根据一个新颖方面的无线设备301和311(包括在无线通信系统300中)的简化框图。对于无线设备301，天线307和308用于发射和接收无线电信号。与天线耦合的RF收发器模块306用于从天线接收无线电信号，将它们转换为基带信号并将其发送到处理器303。无线电收发器306还用于将来自处理器的基带信号转换成无线电信号，并发送给天线307和308。处理器303处理接收到的基带信号并且调用不同的功能模块来执行无线设备301中的功能。存储器302用于存储程序指令和数据310以控制无线设备的操作。

类似的配置存在于无线设备311中，其中天线317和318用于发射和接收无线电信号。与天线耦合的RF收发器模块316从天线接收无线电信号，将它们转换为基带信号并将其发送到处理器313。无线电收发器316还转换来自处理器的基带信号，将其转换为无线电信号发送给天线317和318。处理器313处理接收的基带信号并调用不同的功能模块来执行无线设备311中的功能。存储器312存储程序指令和数据320以控制无线设备的操作。

无线设备301和311还包括用于执行本发明的实施例的多个功能模块。在图3的示例中，无线设备301是包括编码器305，波束成型模块304和反馈模块309的发送设备。无线设备311是包括解码器315，信道估计模块314和反馈模块319的接收设备。注意，无线设备可以是发送和接收设备。不同的功能模块和电路可以通过软件，固件，硬件或其任何组合来实现。功能模块和电路在由处理器303和313(例如通过在存储器内部执行程序代码310和320)执行时，允许发送设备301和接收设备311执行本发明的实施例。

在一个示例中，在发射机侧，设备301经由各种步骤(例如，在不同的训练字段上应用波束成型/预编码)生成长前导码帧的多个字段，并将波束改变指示比特插入长前导码帧的信号字段中。然后，设备301将长前导码帧发送到接收机。在接收机侧，设备311接收长前导码帧，使用不同的训练字段进行信道估计，并解码波束改变指示比特。例如，值1表示Q(k)矩阵发生变化；而0值表示Q(k)矩阵不变，接收端则可安全组合L-LTF和HE-LTF。如果波束改变指示比特等于1，则由于信道条件在不同训练字段之间已经改变，所以接收机不执行信道估计增强。另一方面，如果波束改变指示比特等于0，则接收机通过组合来自不同训练字段的信道估计结果来执行信道估计增强，因为信道条件对于不同训练字段的传输保持不变。下面将结合附图详细描述这些发射机和接收机的各种实施例。

图4是插入波束改变指示符的发射装置400的简化图。下面仅示出与本发明有关的相关组件，而省略其它不相关的组件。发射装置400包括L-LTF发生器411，HE-LTF发生器412，波束成型模块413，比较器414和SIG-A发生器415。发射装置400首先根据接下来的步骤生成包括L-LTF、HE-LTF和SIG-A的各种训练字段。L-LTF发生器411在频域中采用预定义的LTF训练序列，应用适当的相位旋转，对每个时空流和频段应用循环移位分集(CyclicShift Diversity，CSD)，使用波束控制矩阵W(k)对于每个子载波应用预编码，执行逆离散傅立叶变换(IDFT)，添加保护间隔(Guard Interval，GI)，并将所得到的LTF符号发送到模拟和无线电模块用于进一步处理。类似地，HE-LTF发生器412在频域中采用相同的预定义的LTF训练序列，应用适当的相位旋转，对每个时空流和频段应用CSD，使用波束控制矩阵Q(k)副载波对于每个空时流和频段应用预编码，执行IDFT，添加GI，并将所得到的HE-LTF符号发送到模拟和无线电模块进行进一步处理。波束成型矩阵W(k)和Q(k)由波束成型模块413动态确定。例如，可以使用单位矩阵来实现全向传输，而具有预编码加权的波束成型矩阵可以用于基于先前的信道探测反馈信息实现MIMO系统的定向传输。

在波束成型之后，发射装置400接着确定信道条件是否在L-LTF和HE-LTF符号的传输之间改变。比较器414比较每个子载波的波束控制矩阵W(k)和Q(k)。如果对于所有子载波W(k)＝Q(k)，则信道条件没有改变，并且SIG-A发生器415将波束改变指示比特＝0插入到SIG-A字段中。另一方面，如果对于至少一个子载波的W(k)≠Q(k)，则信道条件已经改变。SIG-A生成器415将波束改变指示比特＝1插入到SIG-A字段中。在即将到来的IEEE802.11ax标准中，SIG-A字段由两个OFDM符号SIG-A1和SIG-A2组成，SIG-A1和SIG-A2每个包含24个数据比特。SIG-A中的比特被编码，隔行扫描，并被调制成两个OFDM符号。最后，L-LTF，HE-SIGA和HE-LTF被编码成一个长的前导码帧并发送到相应的接收设备。

图5是基于波束改变指示符对单个空间流执行信道估计增强的接收设备500的第一实施例。接收设备500包括第一信道估计器511，第二信道估计器512，HE-SIGA解码器513，自动增益控制更新模块514和信道估计增强模块515。当长前导码帧到达接收机侧时，设备500以帧结构接收长前导码帧。通常，设备500按照L-STF，L-LTF，L-SIG，RL-SIG，HE-SIGA1，HE-SIGA2，HE-STF，HE-LTF和数据的顺序接收长前导码帧。

第一信道估计器511基于接收的L-LTF符号来执行第一信道估计。最终，产生第一信道响应矩阵H_L-LTF，其表示用于传输L-STF，L-LTF和L-SIG符号的相应的信道条件。第一信道响应矩阵H_L-LTF被输出到信道估计增强模块515。接下来，SIG-A解码器513使用H_L-LTF对HE-SIGA1字段进行解码，从而获得波束改变指示符值。波束改变指示符也被输出到信道估计增强模块515。另外，设备500还使用指示符来确定是否由自动增益控制更新模块514对所接收的HE-STF符号执行自动增益控制更新。这是因为如果信道条件已经从HE-STF符号开始改变，则设备500需要对改变的信号电平进行自动增益控制更新。否则，如果信道条件没有从HE-STF符号开始改变，则不需要自动增益控制更新。接下来，通过第二信道估计器512对接收的HE-LTF符号执行第二信道估计。结果，生成第二信道响应矩阵H_HE-LTF，其表示用于传输HE-STF，HE-LTF和数据符号的相应的信道条件。第二信道响应矩阵H_HE-LTF也被输出到信道估计增强模块515。

当波束改变指示符为0时，例如，对于所有子载波波束控制矩阵W(k)和Q(k)是相同的，则可以执行信道估计增强。原因是如果L-LTF和HE-LTF符号的传输之间的信道条件没有变化，则可以使用L-LTF和HE-LTF符号来增加信道估计的精度。在图5的实施例中，通过组合第一信道响应矩阵H_L-LTF和第二信道响应矩阵H_HE-LTF来执行信道估计增强，如下式所示：

其中，

H_C(k)是第k个子载波的数据传输的最终组合信道响应矩阵；

H(k)_L-LTF是基于第k个子载波的两个LTF符号的信道响应矩阵；

H(k)_HE-LTF1是基于第k个子载波的第一个HE-LTF符号的信道响应矩阵。

在上述等式中，L-LTF占用两个OFDM符号，而HE-LTF占用一个OFDM符号。相较于传统上仅基于HE-LTF符号来估计信道响应矩阵本发明所提出的信道增强方法在信道估计性能上提供了4.7dB的增益。

图6是基于波束改变指示符对单个空间流执行信道估计增强的第二实施例的接收设备600。接收设备600类似于图5的接收设备500，其包括第一信道估计器611，第二信道估计器612，HE-SIGA解码器613，自动增益控制更新模块614和信道估计增强模块615。类似于图5，当波束改变指示符为0时，例如，所有子载波的波束控制矩阵W(k)和Q(k)相同，则可以执行信道估计增强。在图6的实施例中，可以通过直接基于L-LTF和HE-LTF符号执行信道估计来实现信道估计增强。

如图6所示，信道估计增强模块615将接收的L-LTF符号，接收的HE-LTF符号，波束改变指示符和信道响应矩阵H_HE-LTF作为输入。如果波束改变指示符设置为1，则不执行信道估计增强，并且最终组合信道响应矩阵H_C＝H_HE-LTF。另一方面，如果波束改变指示符被设置为0，则直接基于两个LTF符号和一个HE-LTF1符号执行信道估计，以获得最终组合信道响应矩阵H_C。结果，所提出的信道增强方法仍然如图5所示，对信道估计性能提供4.7dB增益。

图7是第三实施例的接收设备700，其基于波束改变指示符对IEEE 802.11ax HEPPDU执行信道估计增强。接收设备700类似于图5的接收设备500，其包括第一信道估计器711，第二信道估计器712，HE-SIGA解码器713，自动增益控制更新模块714和信道估计增强模块715。此外，接收设备700包括用于信道估计的进一步性能改进的第三信道估计器716。第三信道估计器716是基于重调制的信道估计器。当波束改变指示符为0时，例如，对于所有子载波，波束控制矩阵W(k)和Q(k)是相同的，则可以执行信道估计增强。原因是如果传输L-LTF，L-SIG，RL-SIG，HE-SIGA和HE-LTF符号的信道条件没有改变，则不仅接收的L-LTF和HE-LTF符号可以用于提高信道估计的准确性，接收的L-SIG，RL-SIG和HE-SIGA符号也可以用来提高信道估计精度。如果L-SIG，RL-SIG和两个HE-SIGA符号也用于信道估计组合，我们可以预期在信道估计增强方面约有8dB的增益。当L-LTF，L-SIG，RL-SIG和HE-SIGAs用于信道估计增强时，它们需要插值，因为HE-LTF/数据具有的子载波数量是L-LTF，L-SIG，RL-SIG和HE-SIGAs的子载波数量的4倍。

在图7的实施例中，HE-SIGA，L-SIG和RL-SIG也被考虑用于信道估计增强。也就是说，可以通过将对应于这些符号中的非0的子载波的子信道作为信道估计训练序列来估计这些子信道。将这样的子载波(例如，所有子载波的子集)表示为k_SIG，则第三信道估计器716用于基于HE-SIGA，L-SIG，RL-SIG进行信道估计，并为这些子载波k_SIG生成第三信道响应矩阵H_SIG。最终的组合信道响应矩阵H_C(k_SIG)可以表示为以下等式：

其中：

H_C(k_SIG)是用于k_SIG子载波的数据传输的最终组合信道响应矩阵；

H(k_SIG)_L-LTF是基于k_SIG子载波的两个L-LTF符号的信道响应矩阵；

H(k_SIG)_SIG是基于k_SIG子载波的L-SIG符号，RL-SIG符号和两个HE-SIGA符号的信道响应矩阵；

H(k_SIG)_HE-LTF1是基于k_SIG子载波的第一个HE-LTF符号的信道响应矩阵。

图8是根据一个新颖的方面用波束改变指示符发送和编码长前导码帧的方法的流程图。在步骤801中，无线设备将第一波束控制矩阵应用于训练序列并产生第一训练字段(例如，如前面所述，发射装置400的L-LTF发生器411在频域中采用预定义的LTF训练序列，应用适当的相位旋转，对每个时空流和频段应用循环移位分集(Cyclic Shift Diversity，CSD)，使用波束控制矩阵W(k)对于每个子载波应用预编码，执行逆离散傅立叶变换(IDFT)，添加保护间隔(Guard Interval，GI)，以得到LTF符号)。在步骤802中，无线设备将第二波束控制矩阵应用于所述训练序列并产生第二训练字段(例如，如前面所述，发射装置400的HE-LTF发生器412在频域中采用相同的预定义的LTF训练序列，应用适当的相位旋转，对每个时空流和频段应用CSD，使用波束控制矩阵Q(k)副载波对于每个空时流和频段应用预编码，执行IDFT，添加GI，以得到HE-LTF符号)。在步骤803中，无线设备通过比较所有子载波的第一波束控制矩阵和第二波束控制矩阵来确定波束改变指示比特。如果所有子载波的矩阵相同，则波束改变指示比特被设置为0。否则设置为1。接着将波束改变指示比特插入至信号字段。在步骤804中，无线设备依次将第一训练字段、信号字段，第二训练字段编码到将被发送到接收设备的长前导码帧中(例如，将L-LTF，HE-SIGA和HE-LTF被编码成一个长的前导码帧)。

图9是根据一个新颖方面的接收长前导码帧并执行信道估计增强的方法的流程图。在步骤901中，无线设备接收长前导码帧。所述长前导码帧包括第一训练字段，第二训练字段和信号字段(例如，分别为L-LTF，HE-LTF和HE-SIGA)。在步骤902中，所述无线设备基于第一训练字段执行第一信道估计，并获得用于第一信道条件的第一信道响应矩阵(例如，如图5所示，第一信道估计器511基于接收的L-LTF符号来执行第一信道估计，最终，产生第一信道响应矩阵H_L-LTF)。在步骤903中，所述无线设备基于第二训练字段执行第二信道估计，并获得用于第二信道条件的第二信道响应矩阵(例如，如图5所示，通过第二信道估计器512对接收的HE-LTF符号执行第二信道估计，结果，生成第二信道响应矩阵H_HE-LTF)。在步骤904中，所述无线设备使用第一信道响应矩阵从信号字段解码波束改变指示比特(例如，如图5所示，SIG-A解码器513使用H_L-LTF对HE-SIGA1字段进行解码，从而获得波束改变指示符值。)。在步骤905中，如果波束改变指示指示第一信道条件和第二信道条件之间没有波束改变，则所述无线设备通过组合第一信道估计和第二信道估计结果来执行信道估计增强。

上述的描述主要针对单个空间流。还可以通过使用波束改变指示来实现多空间流的信道估计增强。在发射机侧，对于两个空间流，有两种使用场景。在第一种情况下，当波束改变指示被设置为0时，则它指示HE之前的部分和HE部分中的两个空间流在没有波束成型的情况下使用相同的CSD(循环移位分集)值进行空间扩展。在第二种情况下，当波束改变指示被设置为0时，则它指示HE之前的部分和HE部分中的两个空间流被波束成型并且被施加相同的Q(k)矩阵。在IEEE 802.11ax中，可以使用6个符号(L-LTF，重新调制的L-SIG，RL-SIG和多个HE-SIGA符号)来更新HE信道估计。例如，对于两个空间流，信道估计(ChannelEstimation，CE)噪声功率至少降低2dB。对于四个空间流，CE噪声功率至少降低1dB。当L-LTF，L-SIG，RL-SIG和HE-SIGA用于信道估计增强时，需要插值，因为HE-LTF和数据具有的子载波数量是L-LTF，L-SIG，RL-SIG和HE-SIGAs的子载波数量的4倍。

图10是根据一个新颖的方面的，基于波束改变指示符对一个或多个空间流上的HEPPDU执行信道估计增强的接收设备的一个实施例。接收设备1000包括第一信道估计器1011，第二信道估计器1012，HE-SIGA解码器1013，自动增益控制更新模块1014和信道估计增强模块1015。此外，接收设备1000包括重调制器1016用于信道估计的进一步性能改进。当波束改变指示比特为0时，例如，对于所有子载波，波束控制矩阵W(k)和Q(k)是相同的，则可以执行信道估计增强。原因是如果对于传输L-LTF，HE-STF和HE-LTF符号，信道条件没有改变，则不仅接收的L-LTF和HE-LTF符号可以用于增加信道估计的精度，接收的L-SIG，RL-SIG和两个HE-SIGA符号也可以用于提高信道估计精度。如果L-SIG，RL-SIG和两个HE-SIGA符号也用于信道估计组合，我们可以预期单个空间流的信道估计增益约为8dB。对于多个空间流，在HE PPDU帧中存在多个HE-LTF符号。多个空间流的信道估计增强相对较小。

在图10的示例中，通过再调制器1016将L-SIG，RL-SIG和两个HE-SIGA符号重新调制以输出RM-SIG。总共可以使用六个符号(两个L-LTF符号，重新调制的L-SIG符号，重新调制的RL-SIG符号和重新调制的两个HE-SIGA符号)来更新信道估计。信道估计增强模块1015接收输入的重调制符号(RM-SIG)，L-LTF，一个或多个HE-LTF和原始信道响应矩阵(H_HE-LTF)，并输出最终增强的信道响应矩阵H_C用于信道估计增强。

图11A示出了使用波束改变指示来增强两个空间流的HE SU PPDU 1110的信道估计质量的接收机信道估计流程。HE-LTF0和HE-LTF1表示两个空间流。接收机使用两个L-LTF估计多个20MHz信道(如果带宽大于20MHz)的信道。接收机对多个20MHz信道(如果带宽大于20MHz)解码L-SIG，RL-SIG和HE-SIGA。在执行信道估计增强之前，接收机需要确保所有SIG文件的CRC校验正确。如图11A所示，接收机需要缓存两个L-LTF(例如，L-LTF0,L-LTF1)，L-SIG，RL-SIG和HE-SIGA。接收机检查来自HE-SIGA1字段的波束改变指示比特。如果波束改变指示比特指示没有波束改变，则：步骤#1：HE-STF期间接收机不更新自动增益控制，其他射频和模拟设置；步骤#2：接收机使用两个L-LTF来估计信道，也可以重新调制L-SIG，RL-SIG，以及多个HE-SIGA，重新对L-SIG，RL-SIG和多个HE-SIGA进行编码后与两个L-LTF一起进行信道估计，然后对估计的信道进行插值；步骤#3：接收机合并来自HE-LTF0和HE-LTF1的信道估计和来自步骤#2的信道估计，以增强最终信道估计。

在接收机处，由于HE之前的部分和第一个HE-LTF符号都使用P矩阵(是HE-LTF的映射矩阵)的第一列，信道估计(Channel Estimation，CE)组合了HE之前的符号和第一个HE-LTF符号以减少第一个组合的HE-LTF符号上的噪声，因此增强了信道估计质量。假设在接收机的任何一个HE-LTF符号中第k个子载波的噪声功率为1。在不使用组合的情况下，CE基于两个HE-LTF符号，并且每一个所估计的信道矩阵元素中最终的噪声功率为(1+1)/2²＝0.5。通过将N个HE之前的符号组合到第一个HE符号中，组合后的第一个HE-LTF上的噪声功率从1减少到1/(N+1)，并且每一个所估计的信道矩阵元素中最终的噪声功率变成[1/(N+1)+1]/2²。因此，我们可以说，组合HE之前的部分将CE噪声功率降低了10*log10(2/(1+1/(N+1)))dB。如果N＝6，则使用组合将CE噪声功率降低2.43dB。

图11B示出使用波束改变指示的接收机信道估计处理，以增强用于两个空间流的高效率扩展单用户PPDU 1130的信道估计质量。图11B类似于图11A。唯一的区别是，PPDU是为具有更多HE-SIGA字段的高效率扩展单用户数据单元。

在一个示例中，从传统前导码到HE部分，从T_CS-L(也即，传统前导码部分的循环移位时间)到T_CS-H(也即，高效率部分的循环移位时间)没有波束成型和CSD改变。我们有：

所接收的传统符号是：

其中，

S_i，i＝0,1，为L-LTF符号；

S_i，i＝2–5为L-SIG和HE-SIGA符号。它们可以通过重新编码和重新调制已解码的L-SIG和HE-SIGA符号来获得。

调制完毕后，将所有的6个传统符号合并为：

所接收的HE-LTF符号是：

初始HE信道估计为：

其中，

所有n是单位功率的加性高斯白噪声(Additive White Gaussian Noise，AWGN)，初始的每个估计的信道入口的噪声功率为N_i0＝N_i1＝0.5。

组合传统符号和HE-LTF符号：

更新的HE信道估计：

其中，

所有n均为单位功率的AWGN，组合后的

的噪声功率为

因为|Δ|²＝1，我们可以推导出来N_t，0＝N_t，1＝0.2896。

可以看出，对于更新的HE信道估计，噪声降低了2.37dB(与Ni0＝Ni1＝0.5相比)。

对于前导码也是波束成型的情况，这是Δ＝1的特殊情况。

图12是根据一个新颖方面的用于接收和编码具有波束改变指示符的HE PPDU的方法的流程图。在步骤1201中，无线设备在无线通信网络中接收高效率HE帧。HE帧包括传统前导码和HE前导码，其中，所述传统前导码包含第一训练字段(例如，L-LTF字段)，所述HE前导码包含信号字段和第二训练场字段(例如，HE-SIGA和HE-LTF)。在步骤1202中，无线设备基于用于与传统前导码相关联的第一信道条件的第一训练字段来执行信道估计。在步骤1203中，无线设备解码信号字段中的波束改变指示符，并且判断在第一信道条件和与HE前导码相关联的第二信道条件之间是否存在波束改变。在步骤1204中，无线设备对所有信号字段进行解码并重新调制其解码后的比特或切片后的决定。在步骤1205中，无线设备用用于第二信道条件的第二训练字段来执行信道估计。最后，在步骤1206中，如果波束改变指示符指示第一信道条件和第二信道条件之间没有波束改变，无线设备基于第一训练字段，调制后的信号字段和第二训练字段得到增强的信道响应矩阵来执行信道估计增强。

图13是根据一个新颖方面的发送HE PPDU并执行信道估计增强的方法的流程图。图13的步骤与图8的方法基本相同，区别在于图8的实施例是针对单个空间流，图13的实施例是针对至少两个空间流。在步骤1301中，无线设备通过将第一组波束控制矩阵应用于训练序列来生成传统前导码的第一训练字段。在步骤1302中，无线设备通过将第二组波束控制矩阵应用于训练序列来生成用于HE前导码的第二训练字段。在步骤1303中，无线设备在信号字段中插入波束改变指示符。波束改变指示符指示在第一训练字段和第二训练字段之间是否存在波束改变。在步骤1304中，无线设备将第一训练字段，信号字段和第二训练字段编码为在无线通信网络中的两个空间流上发射的HE帧。

本发明所述描述的装置和技术的各部分可独立使用，或合并使用，或以本发明前面并未描述的其他方式使用，因此，本发明不限于前面所描述的或附图所示出的组件的应用或排布。例如，一个实施例中描述的部件也可与其他实施例描述的部件以任何方式进行组合。

权利要求书中用以修饰元件的“第一”、“第二”，“第三”等序数词的使用本身未暗示任何优先权、优先次序、各元件之间的先后次序、或所执行方法的时间次序，而仅用作标识来区分具有相同名称(具有不同序数词)的不同元件。

在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”及“包括”为一开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大体上”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。此外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电性连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表该第一装置可直接电性连接于该第二装置，或通过其它装置或连接手段间接地电性连接至该第二装置。以下所述为实施本发明的较佳方式，目的在于说明本发明的精神而非用以限定本发明的保护范围，本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (21)

1.一种信道估计增强的方法，其特征在于，包括：

通过无线设备在无线通信网络中接收高效率帧，其中所述高效率帧包括传统前导码和高效率前导码，所述传统前导码包括第一训练字段，所述高效率前导码包括信号字段和第二训练字段；

分别基于用于第一信道条件的所述第一训练字段和用于第二信道条件的第二训练字段来执行信道估计；

对信号字段中的波束改变指示符进行解码，并判断在所述第一信道条件和所述第二信道条件之间是否存在波束改变；和

如果所述波束改变指示符指示没有波束改变，则基于第一训练字段和第二训练字段两者得到增强的信道响应矩阵来执行信道估计增强；

其中，所述第一训练字段包括传统长训练字段，所述第二训练字段包括高效率长训练字段；

其中，所述第一训练字段使用第一组波束控制矩阵，所述信号字段和所述第二训练字段使用第二组波束控制矩阵。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果总带宽大于20MHz，则所述无线设备执行所述信道估计并对每个20MHz的子信道解码所述波束改变指示符。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高效率帧由所述无线设备在两个空间流上接收。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述波束改变指示符指示所述传统前导码和所述高效率前导码中的两个空间流在没有波束成型的情况下使用相同的循环移位分集值进行空间扩展。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述波束改变指示符指示所述传统前导码和所述高效率前导码中的两个空间流使用相同的波束成型矩阵。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信道估计增强包括使用所述第一训练字段的两个OFDM符号来得到所述增强的信道响应矩阵。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传统前导码包括传统短训练字段，传统信号字段，重复传统信号字段，其中所述高效率前导码包括高效率信号A字段，其中所述信道估计增强还包括使用所述传统短训练字段，传统信号字段，重复传统信号字段和所述高效率信号A字段来得到增强的信道响应矩阵。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述无线设备在执行信道估计增强之前对所述传统信号字段，所述重复传统信号字段和所述高效率信号A字段进行解码和重新调制。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无线设备使用所述波束改变指示符来确定是否执行自动增益控制更新。

10.一种无线设备，其特征在于，包括：

接收机，用于在无线通信网络中接收高效率帧，其中所述高效率帧包括传统前导码和高效率前导码，所述传统前导码包括第一训练字段，所述高效率前导码包括信号字段和第二训练字段；

信道估计器，分别基于用于第一信道条件的所述第一训练字段和用于第二信道条件的第二训练字段来执行信道估计；

解码器，对信号字段中的波束改变指示符进行解码，并判断在所述第一信道条件和所述第二信道条件之间是否存在波束改变；和

增强信道估计器，用于当所述波束改变指示符指示没有波束改变，基于第一训练字段和第二训练字段两者得到增强的信道响应矩阵来执行信道估计增强；

其中，所述第一训练字段包括传统长训练字段，所述第二训练字段包括高效率长训练字段；

其中，所述第一训练字段使用第一组波束控制矩阵，所述信号字段和所述第二训练字段使用第二组波束控制矩阵。

11.根据权利要求10所述的无线设备，其特征在于，如果总带宽大于20MHz，则所述无线设备执行所述信道估计并对每个20MHz的子信道解码所述波束改变指示符。

12.根据权利要求10所述的无线设备，其特征在于，所述高效率帧由所述无线设备在两个空间流上接收。

13.根据权利要求12所述的无线设备，其特征在于，所述波束改变指示符指示所述传统前导码和所述高效率前导码中的两个空间流在没有波束成型的情况下使用相同的循环移位分集值进行空间扩展。

14.根据权利要求12所述的无线设备，其特征在于，所述波束改变指示符指示所述传统前导码和所述高效率前导码中的两个空间流使用相同的波束成型矩阵。

15.根据权利要求10所述的无线设备，其特征在于，所述信道估计增强包括使用所述第一训练字段的两个OFDM符号来得到所述增强的信道响应矩阵。

16.根据权利要求10所述的无线设备，其特征在于，所述传统前导码包括传统短训练字段，传统信号字段，重复传统信号字段，其中所述高效率前导码包括高效率信号A字段，其中所述信道估计增强还包括使用所述传统短训练字段，传统信号字段，重复传统信号字段和所述高效率信号A字段来得到增强的信道响应矩阵。

17.根据权利要求16所述的无线设备，其特征在于，所述无线设备在执行信道估计增强之前对所述传统信号字段，所述重复传统信号字段和所述高效率信号A字段进行解码和重新调制。

18.根据权利要求10所述的无线设备，其特征在于，所述无线设备使用所述波束改变指示符来确定是否执行自动增益控制更新。

19.一种无线设备，其特征在于，包括：

第一训练字段发生器，用于通过将第一组波束控制矩阵应用于训练序列来生成传统前导码的第一训练字段；

第二训练字段发生器，用于通过将第二组波束控制矩阵应用于所述训练序列来生成用于高效率前导码的第二训练字段；

信号字段发生器，用于在信号字段中插入波束改变指示符，其中所述波束改变指示符指示在所述第一训练字段和所述第二训练字段之间是否存在波束改变；和

编码器，用于将所述第一训练字段，信号字段和所述第二训练字段编码到在无线通信网络中的两个空间流上发送的高效率帧中；

其中，所述第一训练字段包括传统长训练字段，所述第二训练字段包括高效率长训练字段；

其中，所述信号字段使用所述第二组波束控制矩阵。

20.根据权利要求19所述的无线设备，其特征在于，所述波束改变指示符指示所述传统前导码和所述高效率前导码中的两个空间流在没有波束成型的情况下使用相同的循环移位分集值进行空间扩展。

21.根据权利要求19所述的无线设备，其特征在于，所述波束改变指示符指示所述传统前导码和所述高效率前导码中的两个空间流使用相同的波束成型矩阵。

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