CN109922016A - 信道估测的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种由无线发射/接收单元(Wireless Transmit/Receive Unit，WTRU)执行的通道估测方法。所述方法包括：接收多个输入讯号；产生该些输入讯号的多个感知矩阵(sensing matrix)；根据该些感知矩阵以及该些输入讯号产生增广(augmented)感知矩阵和增广观测向量；根据增广感知矩阵和增广观测向量估测多个通道延迟参数；以及根据该些信道延迟参数估测信道讯息。

Description

信道估测的方法及装置

技术领域

本揭露一般是关于无线通信的信道估测方法及装置。

背景技术

信道估测在无线通信系统(例如，正交分频多任务(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing，OFDM)系统)中扮演着重要的角色，像是准确的通道状态消息(Channel State Information，CSI)可显著改善系统的均衡性并改善系统性能。

下一代(例如第五代(5G)新无线电(New Radio，NR))无线通信系统已经将毫米波(millimeter-Wave，mmWave)纳入考虑。然而，较高的中心频率会导致多普勒频移(Dopplershift)更加严重。在此情况下，通道将更容易在一个符号期间内(例如一个OFDM符号)发生改变。

因此，本领域有需要针对下一代无线通信系统提出信道估测方法及装置。

发明内容

本揭露是关于无线通信的信道估测方法和装置。

根据本揭露的一方面，提出一种由WTRU执行的通道估测方法。所述方法包括：接收多个输入讯号；产生该些输入讯号的多个感知矩阵(sensing matrix)；根据该些感知矩阵以及该些输入讯号产生增广(augmented)感知矩阵和增广观测向量；根据增广感知矩阵和增广观测向量估测多个通道延迟参数；以及根据该些信道延迟参数估测信道讯息。

根据本揭露的另一方面，提出一种WTRU。所述WTRU包括接收器以及处理器。接收器被配置为接收多个输入讯号。处理器耦接至接收器，并被配置为：产生该些输入讯号的多个感知矩阵(sensing matrix)，根据该些感知矩阵以及该些输入讯号产生增广(augmented)感知矩阵和增广观测向量，根据增广感知矩阵和增广观测向量估测多个通道延迟参数，以及根据该些通道延迟参数估测信道讯息。

附图说明

图1是根据本揭露一实施方式的无线通信系统的示意图。

图2是不同延迟时间下的通道脉冲响应(Channel Impulse Response，CIR)的说明性示例。

图3是特定无线路径的信道响应的线性近似的说明性示例。

图4是根据本揭露一实施方式的信道估测方法的流程图。

图5是根据本申请的各个方面所绘示的WTRU的方块图

主要元件符号说明

100：无线通信系统

102、104、500：无线发送/接收单元(WTRU)

106：快速傅立叶逆转换(IFFT)模块

108：循环前缀(CP)添加模块

110、112：射频(RF)链

114：循环前缀(CP)移除模块

116：快速傅立叶变换(FFT)模块

传送端的频域OFDM符号向量

x_q：传送端的时域OFDM符号向量

接收端的频域OFDM符号向量

r_q：接收端的时域OFDM符号向量

α₁[n]～α₄[n]：响应

k₁～k₄：延迟时间

起点值

斜率

402、404、406、408、410：动作

528：内存

534：呈现组件

520：收发器

526：处理器

536：天线

530：数据

532：指令

522：发送器

524：接收器

538：总线

具体实施方式

以下描述包含关于本揭露中例示实施方式的具体信息。本揭露中的附图及其伴随的详细描述仅是针对例示的实施方式。然而，本揭露并不限于这些例示实施方式。本领域技术人员将意识到本揭露的其他变型和实施方式。除非另外指出，否则附图中相似或对应组件可由相同或相应的附图标记表示。此外，本揭露中的附图和例示一般不按比例绘制，且非对应于实际的相对尺寸。

基于一致性和便于理解的目的，类似的特征在例示图中是以数字作标识(但是在一些例示中未示出)。然而，不同实施方式中的特征在其他方面可能不同，因此不应狭义地限于图中所示的内容。

针对「一种实施方式」、「一实施方式」、「例示实施方式」、「不同的实施方式」、「一些实施方式」、「本申请的实施方式」等用语，可指示如此描述的本申请实施方式可包括特定的特征、结构或特性，但并不是本申请的每个可能的实施方式都必须包括特定的特征、结构或特性。此外，重复地使用短语「在一种实施方式中」、「在一例示实施方式中」、「一实施方式」并不一定是指相同的实施方式，尽管它们可能相同。此外，诸如「实施方式」之类的短语与「本申请」关联使用，并不意味本申请的所有实施方式必须包括特定特征、结构或特性，并且应该理解为「本申请的至少一些实施方式」包括所述的特定特征、结构或特性。术语「耦接」被定义为连接，无论是直接还是间接地透过中间组件作连接，且不一定限于实体连接。当使用术语「包括」时，意思是「包括但不限于」，其明确地指出所述的组合、群组、系列和均等物的开放式包含或关系。

另外，基于解释和非限制的目的，阐述了诸如功能实体、技术、协议、标准等的具体细节以提供对所描述的技术的理解。在其他例示中，省略了众所周知的方法、技术、系统、架构等的详细描述，以避免说明叙述被不必要的细节混淆。

本领域技术人员将立即认识到本揭露中描述的任何网络功能或算法可透过硬件、软件、或软件和硬件的组合来实现。所描述的功能可对应于模块，其可是软件、硬件、韧体或其任意的组合。软件实施方式可包括储存在诸如内存或其他类型的储存设备的计算机可读取媒体(computer readable medium)上的计算机可执行指令。例如，具有通讯处理能力的一或多个微处理器或通用计算机可用对应的可执行指令进行编程并执行所述的网络功能或算法。微处理器或通用计算机可由专用集成电路(Applications Specific IntegratedCircuitry，ASIC)、可编程逻辑数组、及/或使用一或多个数字信号处理器(Digital SignalProcessor，DSP)形成。虽然本说明书中描述的一些例示实施方式是针对安装并在计算机硬件上执行的软件，但是作为韧体、硬件、或者硬件和软件的组合所实现的替代例示实施方式也在本揭露的范围内。

计算机可读取媒体包括但不限于随机存取内存(Random Access Memory，RAM)、唯独内存(Read Only Memory，ROM)、可抹除可编程只读存储器(Erasable ProgrammableRead-Only Memory，EPROM)、电性可抹除可编程只读存储器(Electrically ErasableProgrammable Read-Only Memory，EEPROM)、闪存、光盘只读存储器(Compact Disc Read-Only Memory，CD ROM)、磁带盒、磁带、磁盘储存器(storage)、或能够储存计算机可读取指令的任何其他等效媒体。

另外，本文中的术语「系统」和「网络」通常可互换使用。术语「及/或」仅是用于描述关联对象的关联关系，并表示可存在三种关系，举例来说，A及/或B可以表示：A单独存在、A和B同时存在、或是B单独存在。另外，符号「/」通常表示前者和后者相关联的对象是处于「或」的关系。

根据本揭露的多种实施方式，压缩感知(Compressive Sensing，CS)技术可以用在OFDM的非时变(time-invariant)通道估测。针对mmWave环境，无线通道通常是稀疏(sparse)的。这意味着非零路径(nonzero path)的数量很少。CS技术可以利用此稀疏性，在时域通道估测上表现出较佳的估测性能。此外，CS技术在通道估测方面只需要较少的领航(pilot)符号，故有较高的频谱效率。

针对时变通道，严重的多普勒频移可能会影响到次载波的正交性，从而导致载波间干扰(Inter Carrier Inference，ICI)。接收到的领航符号可能因为ICI效应而被污染，使得CS技术无法直接用来进行通道估测。因此，在某些情况下，在采用CS技术之前，必须先减缓ICI效应。然而，缓解ICI效应的过程通常涉及相当复杂的计算。另一个问题是，OFDM系统通常会采用准静态假设(quasi-static assumption)，这意味着通道响应在一个OFDM符号期间内并不会改变。但实际上，此种假设可能不适用于高移动性的环境。

根据本揭露的多种实现方式，提出了一种信道估测方法和装置。为方便起见，数字数组仅先考虑单输入单输出(Single Input Single Output，SISO)-OFDM系统。然应注意的是，本揭露的构思可以扩展到具有混合数组的SISO-OFDM系统或多输入多输出(MultipleInput Multiple Output，MIMO)-OFDM系统。

图1是根据本揭露一实施方式的无线通信系统100(例如OFDM系统)的示意图。如图1所示，无线通信系统100包括多个无线发送/接收单元(WTRU)，例如WTRU 102和104。每个WTRU可被配置成在无线环境中操作及/或通讯的任何类型的设备。举例来说，WTRU可以用以发送及/或接收无线讯号，并可包括用户装置(User Equipment，UE)、基站、个人计算机、无线传感器、消费性电子产品等。

在无线通信系统100中，WTRU 102将数据调变成讯号，并接着透过多个无线通道发送到WTRU 104。在真实环境中，无线通信系统100的无线信道可能随着环境和时间而变化。当讯号发送到WTRU 104时，WTRU 104所接收到的讯号可能与WTRU 102所发送的讯号不同，这是因为讯号容易因无线信道的改变及/或干扰而失真。因此，WTRU 104为了恢复失真的接收讯号，将需要估测无线通道的影响。在一些实施方式中，可利用训练讯号或领航(pilot)讯号(符号)来实现信道估测。举例来说，在基于领航讯号的信道估测中，WTRU 102可在特定时段内将多个领航讯号放置在OFDM符号的特定次载波中，WTRU 104则可利用已知的领航讯号来计算信道讯息(例如信道响应)。

考虑无线通信系统100的快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)尺寸大小为N且循环前缀(Cyclic Prefix，CP)为I。在无线通信系统100中，Q个连续的OFDM符号可被WTRU 102作为训练讯号或领航讯号发送。频域符号向量表示为其中q是从1到Q的OFDM符号索引值，而C表示复数域(complex domain)。在WTRU 102，N点快速傅立叶变换(Inverse Fast Fourier Transform，IFFT)模块106可将每个转换成时域OFDM符号其中x_q∈C^N×1，且F是维度为N×N的离散傅立叶变换(Discrete FourierTransform，DFT)矩阵。每个OFDM符号在被CP添加模块108添加了CP之后，将接着透过射频(Radio Frequency，RF)链110在多个时变无线通道上发送，并可能受到噪声(例如加成性高斯白噪声(Additive White Gaussian Noise,AWGN)w_q的干扰。

在WTRU 104，RF链112可接收发送自WTRU 102的OFDM符号。接收到的时域OFDM符号(在CP移除模块114移除CP之后)r_q∈C^N×1，将被FFT模块116转换成频域讯号(符号)，其表示为其中

根据本揭露的多种实施方式，WTRU 102和WTRU 104之间的时变无线信道可模型化成如下的等效通道。如图1所示，WTRU102和WTRU104之间的路径数量是L(例如，路径1至路径L)。假设此等效通道是稀疏的，例如L<<N，且路径-l信道的响应及延迟分别标示为α₁(n)和k_l。(通道)响应α₁(n)可随着OFDM样本索引值n改变。而路径的数量(例如L)和路径的延迟(例如k_l)在Q个连续的OFDM符号上则是固定的。

图2绘示不同延迟时间下的通道脉冲响应(Channel Impulse Response，CIR)的示意图，其中时间索引值为n，L＝4，FFT尺寸为256。此处，Q个连续OFDM符号的响应α_l(n)被近似成一线性函数，此线性函数的起始值为固定斜率为因此，可得出线性近似可用来模型化时变无线信道，最高达正规化多普勒频率的20％。如图2所示，对于第p个接收的OFDM符号，在取样时间n的L个(例如4个)路径的CIR包括响应α₁(n)、α₂(n)、α₃(n)、α₄(n)，其分别对应延迟k₁、k₂、k₃、k₄。

图3是第l条路径的信道响应的线性近似的说明性示例。如图3所示，对于接收到的多个OFDM符号，第l条路径的响应α_l(n)自起点值随着时间以固定比率(斜率)改变。

图4是根据本揭露一实施方式的信道估测方法的流程图。流程图包括动作402、404、406、408以及410。

在动作402中，WTRU(例如图1中的WTRU 104)接收多个输入讯号。举例来说，输入讯号包括作为领航讯号的Q个OFDM符号。

在动作404中，WTRU产生输入讯号的多个感知矩阵(sensing matix)。举例来说，WTRU可计算多个感知矩阵Φ_q，其中q＝1、2、…、Q。为简单起见，行向量(column vector)g^a∈C^I×1以及g^p∈C^I×1是针对CP范围中的以及定义的。令x(k)表示向量x的第k个元素。接着，对于τ＝k_l，且 而在其他处，g^a(k)＝g^p(k)＝0。因此，g^a和g^p中只有L个非零元素。基于信道模型，第q个接收的时域OFDM符号(输入讯号)可以表示为r_q＝[G_a+V_qG_p]x_q+w_q。矩阵G_a、G_p、V_q可分别定义为G_a≡cir(g^a)、G_p≡cir(g^p)以及V_q≡dia([(q-1)(N+I),(q-1)(N+I)+1,...,(q-1)(N+I)-I-1])，其中cir(a)表示第一个行向量为a的循环矩阵，而diag(a)表示对角元素为a的对角矩阵。在FFT之后，输入讯号r_q被转换成频域讯号(符号)其中 且接着，可以改写为

其中而F'∈C^N×I是由DFT矩阵F的前I行构成的矩阵。注意是一循环矩阵。因此，不再是对角矩阵，且对于i≠j，被污染了。此一问题可例如透过忽略非对角线元素并将近似成对角矩阵来处理，其中近似的矩阵可表示为藉由可以从撷取出用于信道估测的领航符号(或训练讯号)。令向量是向量的子向量，其中向量分别具有向量中对应领航讯号位置的元素。接着，可将观察向量表示为

其中而和(F')^S则分别是取自和F'中对应于领航讯号位置的列。从式(2)可看出，Φ_q是观测向量的感知矩阵，且Φ_q可以用 和(F')^S计算出来。

注意，与非时变的情景相比，用于通道估测的未知数数量变成两倍。根据式(2)，未知参数g^a和g^p并非q的函数。这意味着观察向量q＝1，2，...，Q可以用来估测g^a和g^p，而因为较多未知数而导致的性能损失亦可有效减轻。

在动作406中，WTRU根据感知矩阵和输入讯号产生增广(augmented)感知矩阵和增广观察向量。举例来说，一旦计算出Q个接收的OFDM符号(输入讯号)的感知矩阵，WTRU即可将感知矩阵Φ_q，q＝1，2，...，Q串接(concatenate)成增广感知矩阵WTRU亦可根据领航讯号的位置从频域讯号中撷取出多个观测向量并将观测向量q＝1，2，...，Q串接成增广观测向量

在动作408中，WTRU根据增广感知矩阵和增广观察向量来估测通道延迟参数。举例来说，根据式(2)，增广观测向量y可以近似为以下的式子:

在一些实施方式中，WTRU可使用增广感知矩阵和增广观察向量来执行CS算法以相应地估测通道延迟参数g^a和g^p。应注意的是，未知向量[(g^a)^T(g^p)^T]^T的非零元素数量是2L<<2I。由于[(g^a)^T(g^p)^T]^T是稀疏的，故可采用许多现有的CS技术来搜索非零元素的索引值，例如，来自式(3)的路径延迟参数。

在动作410中，WTRU可根据通道延迟参数估测信道讯息(例如，和其中i＝1、2、...、L)。举例来说，在估测出路径延迟参数g^a和g^p之后，WTRU即可透过最小平方(Least-Squares，LS)算法来估测出相应的信道讯息，如下所示：

其中可透过移除A中对应于[(g^a)^T(g^p)^T]^T中的零元素而取得。因此，WTRU即完成通道估测。

图5是根据本申请的各个方面所绘示的WTRU的方块图。如图5所示，WTRU 500可包括收发器520、处理器526、内存528、一或多个呈现组件534以及至少一个天线536。WTRU 500还可包括RF频带模块、基站通讯模块、网络通讯模块和系统通讯管理模块、输入/输出(I/O)端口、I/O组件、以及电源(未在图5中明确示出)。这些组件中的每一个可透过一或多个总线540直接或间接地彼此通讯。在一实施方式中，WTRU 500可是UE或MEC实体(例如，基站)，其可执行本文所述(例如参照图1至图4)的多种功能。

具有发送器522(例如，传送/传输电路)和接收器524(例如，接受/接收电路)的收发器520可被配置为发送及/或接收时间及/或频率资源的划分讯息。在一些实施方式中，收发器520可被配置为在不同类型的子帧和时槽(slot)中传输，包括但不限于可用(usable)、不可用(non-usable)和弹性可用的子帧和时槽格式。收发器520可被配置为接收数据和控制信道。

WTRU 500可包括各式计算机可读取媒体。计算机储存媒体包括RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他内存技术、CD-ROM、数字多功能碟(Digital Versatile Disk，DVD)或其他光盘储存器、磁带盒、磁带、磁盘储存器或其他磁性储存装置。计算机储存媒体不包含传播的数据讯号。通讯媒体通常可体现成计算机可读取指令、数据结构、程序模块或其他在调变数据讯号(诸如载波或其它传输机制)中的数据，并且包括任意的讯息传递媒体。

内存528可包括易失性(volatile)及/或非易失性(non-volatile)内存形式的计算机储存媒体。内存528可是可移除式、不可移除式或其组合。示例的内存包括固态内存、硬盘、光驱等。如图5所示，内存528可储存数据530以及计算机可读取、计算机可执行指令532(例如，软件码)，其被配置成当被执行时将使处理器526执行如本文所述的各种功能。或者，指令532可能不需直接由处理器526执行，而是被配置成使WTRU 500(例如，当被编译和执行时)执行本文所述的各种功能。

处理器526可包括智能硬件装置，例如中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)、微控制器、ASIC等。处理器526可包括内存。处理器526可处理从内存528接收的数据530和指令532，以及透过收发器520、基频通讯模块及/或网络通讯模块的讯息。处理器526还可处理要发送到收发器520以透过天线536传送的讯息。一或多个呈现组件534可将数据指示呈现给人或其他装置。一或多个呈现组件534的示例包括显示设备、扬声器、打印组件、振动组件等。

根据以上描述，明显地在不脱离这些概念的范围的情况下，可使用各种技术来实现本申请中所描述的概念。此外，虽然已经具体参考某些实施方式而描述了概念，但本领域具有通常知识者将认识到，可在形式和细节上作改变而不偏离这些概念的范围。如此，所描述的实施方式在所有方面都会被认为是说明性的而非限制性的。而且，应该理解本申请并不限于上述的特定实施方式，而是在不脱离本揭露范围的情况下可进行许多重新安排、修改和替换。

Claims (12)

1.一种无线发射/接收单元(Wireless Transmit/Receive Unit，WTRU)，包括：

接收器，被配置为接收复数个输入讯号；

处理器，耦接至该接收器，并被配置为：

产生该些输入讯号的复数个感知矩阵(sensing matrix)；

根据该些感知矩阵以及该些输入讯号产生增广(augmented)感知矩阵和增广观测向量；

根据该增广感知矩阵和该增广观测向量估测复数个通道延迟参数；以及

根据该些信道延迟参数估测信道讯息。

2.根据权利要求1所述的WTRU，其中该处理器更被配置为：

串接(concatenate)该些感知矩阵以产生该增广感知矩阵。

3.根据权利要求1所述的WTRU，其中该些输入讯号包括复数个领航讯号(pilotsignal)。

4.根据权利要求3所述的WTRU，其中该处理器更被配置为：

将该些输入讯号转换成复数个频域讯号；

根据该些领航讯号的位置，自该些频域讯号中撷取复数个观测向量；以及

串接该些观察向量以产生该增广观察向量。

5.根据权利要求1所述的WTRU，其中该处理器更被配置为：

使用该增广感知矩阵和该增广观测向量执行压缩感知(Compressive Sensing，CS)算法，以估测该些通道延迟参数。

6.根据权利要求1所述的WTRU，其中该处理器更被配置为：

使用该些通道延迟参数执行最小平方(Least-Squares，LS)算法，以估测该信道讯息。

7.一种由无线发射/接收单元(Wireless Transmit/Receive Unit，WTRU)执行的通道估测方法，包括：

接收复数个输入讯号；

产生该些输入讯号的复数个感知矩阵(sensing matrix)；

根据该些感知矩阵以及该些输入讯号产生增广(augmented)感知矩阵和增广观测向量；

根据该增广感知矩阵和该增广观测向量估测复数个通道延迟参数；以及

根据该些信道延迟参数估测信道讯息。

8.根据权利要求7所述的方法，更包括：

串接(concatenate)该些感知矩阵以产生该增广感知矩阵。

9.根据权利要求7所述的方法，其中该些输入讯号包括复数个领航讯号(pilotsignal)。

10.根据权利要求9所述的方法，更包括：

将该些输入讯号转换成复数个频域讯号；

根据该些领航讯号的位置，自该些频域讯号中撷取复数个观测向量；以及

串接该些观察向量以产生该增广观察向量。

11.根据权利要求7所述的方法，更包括：

使用该增广感知矩阵和该增广观测向量执行压缩感知(Compressive Sensing，CS)算法，以估测该些通道延迟参数。

12.根据权利要求7所述的方法，更包括：

使用该些通道延迟参数执行最小平方(Least-Squares，LS)算法，以估测该信道讯息。