CN112567702A

CN112567702A - Ofdm信道估计

Info

Publication number: CN112567702A
Application number: CN201980053678.7A
Authority: CN
Inventors: 克杰尔·奥斯曼
Original assignee: Nordic Semiconductor ASA
Current assignee: Nordic Semiconductor ASA
Priority date: 2018-06-27
Filing date: 2019-06-26
Publication date: 2021-03-26
Anticipated expiration: 2039-06-26
Also published as: EP3815318A1; US20210297287A1; WO2020002480A1; US11477052B2; CN112567702B; GB201810547D0

Abstract

无线电通信系统的无线电(15)接收器被配置为通过产生周期信号、将该周期信号与从无线电传输系统接收的无线电信号混合以及使混合信号通过信道滤波器(15b)来调谐到无线电信道。所述无线电接收器从所述无线电传输系统接收在已调谐信道内的一组OFDM子载波上调制的OFDM数据信号。信道滤波器具有比已调谐信道的信道带宽更宽的通带，使得滤波器使i)所述OFDM数据信号，ii)信道内参考信号和iii)信道外参考信号通过。无线电接收器包括信道估计逻辑，该信道估计逻辑被配置为使用两个参考信号计算针对已调谐信道内的OFDM子载波的信道估计。

Description

OFDM信道估计

背景技术

本发明涉及正交频分复用(OFDM)无线电接收器中的信道估计。

OFDM是一种用于各种无线电协议的无线电传输形式，所述协议例如长期演进(LTE^TM)、各种IEEE^TM 802.11标准、DAB^TM无线电、DVB-T和WiMAX^TM。数据流不是在单个载波频率上对数据编码，而是在包含多个OFDM子载波的部分或全部无线电信道上分布。OFDM子载波通常在整个频谱上以规则的间隔紧密间隔开，尽管这不是必需的。子载波正交以避免相互干扰。因此，OFDM可以提供良好的应对多径衰落和外部干扰的恢复能力。

已知，诸如蜂窝网络基站(BS)之类的OFDM无线电发射器在预定时隙和预定的子载波频率上传输预定的参考信号。这些参考信号、时隙和子载波被相关联的无线电接收器(例如网络上的用户设备(UE)预先知道。在LTE下行链路中，这些参考信号是预定的QPSK二比特(di-bit)，称为小区专用参考信号(CRS)资源元素(RE)。LTE基站例如以预定的时间间隔在信道上每三个子载波上传输这些小区专用参考信号(CRS)。

当用户设备例如手机调谐到特定的无线电信道(对于LTE，其可能具有1.4、3、5、10、15或20MHz的信道带宽，其包含以15kHz间隔相隔的子载波)时其接收该信道的预定参考信号，并使用这些参考信号为该信道中的各个子载波生成相应的信道估计。这样的信道估计

可以针对特定参考信号i确定，这是通过：i)针对位于特定参考信号i周围的时间和频率窗口中的信道j中的参考信号的滤波器组，计算一组未滤波的信道估计

和ii)将数学滤波器(例如权重集)应用于这组未滤波的估计，或以任何其他合适的方式应用于未滤波的参考信号j，以生成滤波后的信道估计

但是，本申请人已经认识到此类信道估计的准确性

可能在无线电信道的整个宽度上变化，通常朝着信道的边缘显著减小。这在所有情况下都是不希望的，但是申请人已经认识到，在传输带宽仅为1.08MHz的窄信道(例如LTE Category-M1(LTE-M)的窄带下行链路信道)上进行通信时，这尤其有问题，这是因为与较宽的信道相比，较大比例的信道估计将位于信道边缘附近。

本发明旨在提供一种确定OFDM信道估计的新方法，该方法可以在整个信道上提供更好的一致性。

发明内容

从第一方面，本发明提供一种无线电通信系统，包括：

用于在多个预定无线电信道的各个信道上传输OFDM数据信号的无线电传输系统，每个信道具有各自的固定信道带宽且包括各自的多个OFDM子载波，并且用于在OFDM子载波的参考信号集上的预定时间传输预定参考信号；

包括本地振荡器和信道滤波器的无线电接收器，

其中所述无线电接收器被配置为通过以下方式调谐所述多个无线电信道中的信道：

控制所述本地振荡器以生成周期信号；

从所述无线电传输系统接收无线电信号，并将所述无线电信号与所述周期信号混合以生成混合信号；和

将所述混合信号通过所述信道滤波器，

其中所述无线电接收器被配置为从所述无线电传输系统接收在已调谐信道内的一组OFDM子载波上调制的OFDM数据信号，

其中所述信道滤波器的通带宽于已调谐信道的信道带宽，以使所述信道滤波器使i)所述OFDM数据信号；ii)在已调谐信道内的OFDM子载波上接收的预定参考信号的信道内参考信号；和iii)在位于已调谐信道之外的信道外OFDM子载波上接收的预定参考信号的信道外参考信号通过，并且

其中所述无线电接收器包括信道估计逻辑，该信道估计逻辑被配置为使用i)所述信道内参考信号和ii)所述信道外参考信号两者，以计算针对已调谐信道内的OFDM子载波的信道估计。

从第二方面，本发明提供了一种用于从无线电传输系统接收OFDM数据信号的无线电接收器，该无线电传输系统在多个预定无线电信道的各个信道上传输OFDM数据信号，每个信道具有各自的固定信道带宽且包括各自的多个OFDM子载波，并且在OFDM子载波的参考信号集上的预定时间传输预定参考信号，

其中：

所述无线电接收器包括本地振荡器和信道滤波器；

所述无线电接收器被配置为通过以下方式调谐所述多个无线电信道中的信道：

控制所述本地振荡器以生成周期信号；

将所述混合信号通过所述信道滤波器；和

所述无线电接收器被配置为从所述无线电传输系统接收在已调谐信道内的一组OFDM子载波上调制的OFDM数据信号；

并且其中：

所述信道滤波器的通带宽于已调谐信道的信道带宽，以使所述信道滤波器使i)所述OFDM数据信号；ii)在已调谐信道内的OFDM子载波上接收的预定参考信号的信道内参考信号；和iii)在位于已调谐信道之外的信道外OFDM子载波上接收的预定参考信号的信道外参考信号通过；并且

所述无线电接收器包括信道估计逻辑，该信道估计逻辑被配置为使用i)所述信道内参考信号和ii)所述信道外参考信号两者，以计算针对已调谐信道内的OFDM子载波的信道估计。

从第三方面，本发明提供了一种用于从无线电传输系统接收OFDM数据信号的无线电传输方法，该无线电传输系统在多个预定无线电信道的各个信道上传输OFDM数据信号，每个信道具有各自的固定信道带宽且包括各自的多个OFDM子载波，并且在OFDM子载波的参考信号集上的预定时间传输预定参考信号，所述方法包括：

无线电接收器通过以下方式调谐所述多个无线电信道中的信道：

生成周期信号；

将所述混合信号通过信道滤波器；和

所述无线电接收器从所述无线电传输系统接收在已调谐信道内的一组OFDM子载波上调制的OFDM数据信号，

所述方法还包括：

所述无线电接收器使用i)所述信道内参考信号和ii)所述信道外参考信号两者，以计算针对已调谐信道内的OFDM子载波的信道估计。

该方法可以进一步包括无线电传输系统在所述相应信道上传输所述OFDM数据信号。它还可以包括所述无线电传输系统在所述预定时间在所述OFDM子载波的参考信号集上传输所述预定参考信号。

因此，将看到，根据本发明，无线电接收器使用比已调谐信道宽的信道滤波器，以便在感兴趣的已调谐信道之外的子载波上接收至少一个参考信号。当为已调谐信道内的子载波生成信道估计时，它使用该信道外参考信号。以此方式，无线电接收器可使用扩展到已调谐信道的一个或两个边缘之外的参考信号的滤波器组，为无线电信道中的子载波生成滤波后的信道估计。申请人已经发现，该方法可以提高朝向已调谐信道的边缘的信道估计的准确性，从而在已调谐信道的整个宽度上提供信道估计的更大的一致性。

该方法与原本的实现方式形成对比，在原本的实现方式中，将信道滤波器的大小设置为与已调谐信道的宽度相对应，并且无线电接收器当为已调谐信道内的子载波生成信道估计时将不利用位于已调谐信道外部的任何子载波上的信号。来自信道内子载波的参考信号将通过信道滤波器，而已调谐信道外部的信号将被丢弃——这包括相邻无线电信道上的OFDM数据信号，以及位于已调谐信道外部的子载波上的参考信号。

多个预定无线电信道可以包括一个或多个LTE Cat-M1(LTE-M)信道，其每个可以具有1.08MHz的固定信道带宽。特别地，已调谐信道可以是LTE-M信道。多个预定无线电信道可以包括一个或多个LTE信道，诸如3、5、10、15或20MHz LTE信道。预定无线电信道可以占据不同的频率范围，或者两个或更多个信道可以重叠，例如，1.08MHz LTE-M信道可以位于20MHz LTE信道内。多个无线电信道可以具有公共信道带宽(例如，一组LTE-M信道，每个为1.08MHz宽)，或者至少两个信道可以具有彼此不同的带宽。

在本发明的实施例中，信道滤波器可以比已调谐信道至少宽一个附加的OFDM子载波的宽度。它可以更宽至少两个、三个、四个或更多个OFDM子载波宽度或子载波间隔。在一些实施例中，信道滤波器可以使位于已调谐信道外的多个信道外OFDM子载波通过，这些子载波携带相应的信道外参考信号。该多个信道外OFDM子载波可以全部位于已调谐信道的一个边缘(即，全部具有比已调谐信道更高的频率，或者全部具有比已调谐信道更低的频率)，或第一组的一个或多个信道外OFDM子载波可以在频率上高于已调谐信道，并且第二组的一个或多个信道外OFDM子载波可以在频率上低于已调谐信道。无线电接收器可以在不同的信道外OFDM子载波上使用多个信道外参考信号，以计算针对已调谐信道内的OFDM子载波的信道估计。无线电接收器可以附加地或替代地在单个信道外OFDM子载波上使用多个信道外参考信号，以计算针对已调谐信道内的OFDM子载波的信道估计。

OFDM子载波的参考信号集可以包括多个无线电信道上的每个子载波，或者可以由这些子载波的子集组成，例如，最多每第三子载波。

无线电接收器可以以任何适当的方式计算信道估计。无线电接收器可以计算在已调谐信道内的多个OFDM子载波的信道估计。在计算信道估计时，它可以使用参考信号的滤波器组。可以将一组滤波器权重应用于参考信号的滤波器组。例如，它可以计算滤波器组中未滤波参考信号的加权总和，或滤波器组中参考信号的未滤波信道估计的加权总和。然而，与其中滤波器组朝着已调谐信道的边缘失真的原本方法相反，在本发明的实施例中，滤波器组可以包括信道外参考信号；当朝已调谐信道的边缘计算信道估计时，尤其可能是这种情况。

在一些实施例中，当为已调谐信道内的多个OFDM子载波中的每一个计算信道估计时，使用具有共同频率范围的滤波器窗口(即，频率和/或时间的跨度包含一个或多个参考信号的滤波器组)计算信道估计。当计算位于已调谐信道的边缘上的子载波的信道估计时，滤波器窗口中大约一半的参考信号可以是信道外参考信号，并且一半可以是信道内参考信号。滤波器窗口可以包含两个、五个、十个或更多个携带参考信号的子载波。滤波器窗口可以具有恒定的或可变的时间范围。滤波器窗口可以具有恒定的或可变的频率范围。因此，滤波器窗口的形状可以随时间恒定或者可以随时间变化。滤波器窗口可以是矩形或任何其他合适的形状。可以将一组滤波器权重应用于滤波器窗口内的未滤波参考信号。滤波器权重可随时间恒定或它们随时间变化。

信道滤波器的大小可设置为使数量完全等于或至少等于滤波器窗口跨越的子载波数量的信道外OFDM子载波数量通过(或至少等于该数量的一半，如果在信道的仅一个边缘处的信道-边缘失真将被减轻)。以此方式，当信道滤波器位于已调谐信道的中央时，可以将滤波器窗口定位(即居中)在已调谐信道的边缘，并且仍然包含与滤波器窗口完全位于已调谐信道内时相同数量的参考信号。这可以在整个信道宽度上为信道估计值保持一致的功率水平和SNR。无论滤波器窗口位于信道中的何处，它还可以确保参考信号在频率上对称分布在滤波器窗口的中心附近，从而使任何样本定时误差都能被均匀地平均化。

无线电接收器可以是直接转换(零IF)无线电接收器。混合信号可以处于基带。周期信号可以具有在已调谐信道内的调谐频率。

可选地，无线电接收器可以是超外差接收机。周期信号可以使混合信号被下变频到中频。可以在中频将信道滤波器应用于混合信号，或者在通过信道滤波器之前，可以将混合信号进一步下变频(例如至基带)。

无线电接收器可以包括用于将混合信号转换为数字信号的模数转换器。

可以以任何适当的方式执行信道滤波器。它可以包括多个滤波器级。它可以包括一个或多个数字滤波器和/或一个或多个模拟滤波器。它可以包括带通滤波器。它的形状可以是对称的(即，每端均具有对称的滚降(roll off))。在一些实施例中，混合信号可以在基带上，或者可以移至基带，并且信道滤波器可以包括低通滤波器，该低通滤波器被配置为在基带上作用于混合信号。例如，如果在基带处应用滤波，则可以将具有1.8MHz的通带的信道滤波器实现为标称宽度为900kHz的低通基带滤波器。通常，本文中对信道滤波器的通带的提及可以理解为是指在载波频率(或在中频)处的滤波器的宽度。无线电接收器可以包括用于混合信号的数字或模拟混合器。

将意识到，可以以任何适当的方式(例如，半功率点之间的距离)来定义信道滤波器通带的宽度。重要的是，信道滤波器应足够宽，以使其能够以足够的信号强度在一个或多个信道外OFDM子载波上传递信道外参考信号，以使当计算信道估计时无线电接收器可以使用这些信道外参考信号。

无线电接收器可以使混合信号通过信道滤波器，其中信道滤波器居中于已调谐信道上，即，信道滤波器的中心点可以与信道的中心频率对准(下变频之后)。当无线电接收器是直接转换接收器时，周期信号可以具有居中于调谐信道中的调谐频率。以此方式，可以对称地针对已调谐信道的两个边缘提高信道估计的准确性。

但是，在某些情况下，当无线电传输网络居中于已调谐信道上时，它可能不会在信道滤波器的整个宽度上传输参考信号。例如，当已调谐信道是一系列信道的第一个或最后一个信道时，超出已调谐信道的一端可能没有参考信号，或者可能只有有限的参考信号(例如，在有保护带的情况下，该保护带比信道滤波器比已调谐信道宽的数量的一半窄)。至少在某些情况下，无线电接收器可以被配置为使信道滤波器从已调谐信道的中心偏移一个偏移量；即，信道滤波器的中心点可以偏离信道的中心频率(下变频之后)。偏移量可以使得信道滤波器仅通过由无线电传输系统传输的OFDM子载波占用的频谱，并且不通过这些OFDM子载波之外的频谱。偏移量可以使得信道滤波器的边缘与由无线电传输系统传输的OFDM子载波所占据的频谱的边缘对准。当无线电接收器是直接转换接收器时，周期信号可以具有从已调谐信道的中心偏移所述偏移量的调谐频率。偏移量可以等于子载波间隔的整数倍。当接收LTE信号时，该偏移可以等于整数个物理资源块(PRB)。以此方式，信道滤波器可以避免使可能位于由无线电传输系统传输的无线电信道覆盖的频带之外的信号通过，否则其可能会干扰OFDM信号的解码或针对已调谐信道的信道估计的计算。通过偏移信道滤波器，可能使用相同的信道滤波器(即，具有固定通带宽度的滤波器)来调谐位于宽度不同(例如20MHz和5MHz)的LTE信道内的1.08MHz LTE-M窄带信道)，同时，即使LTE-M信道位于LTE信道的边缘附近时它仍然受益于改进的信道估计。

但是，信道滤波器具有固定宽度的通带不是必需的。在一些实施例中，信道滤波器的宽度是可变的；例如，与在调谐第二信道时比较，可以在调谐第一频道时将其设置为更小。特别地，当调谐一系列信道中的第一个或最后一个信道时，可以减小信道滤波器的宽度，从而避免使没有参考信号的频谱通过。当调谐这样的边缘信道时，减小的信道滤波器可以另外被偏移。

可以在已调谐信道中的所有OFDM子载波上调制OFDM数据信号。然而，可以在OFDM子载波的严格子集上对其进行调制。无线电接收器可以被配置为从无线电传输系统接收分配数据；分配数据可以在将在其上传输OFDM数据信号的已调谐信道内传输(例如，编码)OFDM子载波集。无线电接收器可以被配置为通过解码来自所分配的子载波的OFDM数据信号来响应无线电传输系统可以与无线电接收器通信的OFDM子载波的任何分配；它可以忽略任何未分配的OFDM子载波上的数据信号。无线电接收器可以被配置为在接收OFDM数据信号的同时响应于分配中的变化。分配数据还可以传输一个或多个时隙，在该时隙中将传输OFDM数据信号。

预定参考信号可以是参考符号，例如预定QPSK二比特。无线电接收器优选地知道或能够计算预定参考信号和它们被传输的预定时间。

OFDM数据信号可以以任何适当的方式进行调制，例如，使用相位调制和/或频率调制和/或幅度调制。数据信号优选是数字信号。

信道估计可以用于相干解调或用于测量信道质量，或用于任何其他目的。无线电接收器可以使用一个或多个信道估计来针对特定参考信号或特定子载波或针对作为整体的已调谐信道计算信号功率估计和/或噪声功率估计和/或信噪比估计。无线电接收器可以将从子载波的信道估计中得出的信息发送到无线电传输系统，该无线电传输系统可以使用该信息控制来自无线电传输系统的传输。

无线电传输系统可以是单个无线电发射器。然而，在其他实施例中，无线电传输系统包括两个或更多个链接的无线电传输器或基站的网络。无线电传输系统可以形成蜂窝通信网络的一部分或全部。

在一些实施例中，无线电传输系统包括长期演进(LTE)无线电传输系统。参考信号可以是小区专用参考信号(CRS)，即各个CRS资源元素(RE)。OFDM数据信号可以是LTE信号的任何类别。无线电信道可以是20MHz、15MHz、10MHz或5MHz信道，并且OFDM数据信号可以是LTE类别的信号，其中数据信号可以占用所有此类信道(例如Cat-0、Cat-3或Cat-4)。在这种情况下，信道滤波器的宽度将分别大于20、15、10或5MHz。

但是，在一组优选的实施例中，无线电信道包括一个或多个具有1.08MHz的固定宽度的LTE Cat-M1(LTE-M)信道。OFDM数据信号可以是LTE-M信号。在任何时候，都可以在调谐的LTE-M信道的所有六个物理资源块(PRB)上传输OFDM数据信号，或者可以为OFDM数据信号分配这些PRB的子集。无线电传输系统还可以在具有LTE-M信道的公共频带中的其他子载波上传输除Cat-M1之外的一种或多种LTE信号。信道外CRS或多个CRS可以在与已调谐信道相邻的一个或多个LTE-M信道中传输，或者它们可以在不是LTE-M信道的LTE信道中传输。

尽管调谐的LTE-M信道的标称带宽为1.08MHz，但信道滤波器的带宽比此更宽，以便使一个或多个信道外CRS通过。它的大小可以使一个或多个完全位于调谐LTE-M信道外部的PRB通过，在该LTE-M信道上传输OFDM数据信号，例如，它的大小可以通过已调谐信道外的两个或四个PRB。注意，在某些情况下，无线电传输系统可能不会在所有这些PRB上传输数据或CRS，例如，当调谐的LTE-M信道位于5MHz LTE频带的边缘时，如上文关于可选地偏移信道滤波器已经描述的。然而，具有该大小的无线电滤波器(例如，四个PRB宽于1.08MHz信道宽度)允许无线电接收器从这些可用的信道外PRB中传递CRS。因此，在一些优选的实施例中，信道滤波器(至少在载波频率处)具有通带至少为1.26MHz宽，并且优选地为1.8MHz或更宽。注意，这可以被实现为在基带上操作的、宽度至少为630kHz或优选地为900kHz或更大的低通滤波器。

无线电接收器可以包括具有1.08MHz通带的另一信道滤波器。当调谐1.08MHzLTE-M信道时——其中无线传输系统不会在LTE-M信道附近的子载波频率上传输任何可用的CRS，例如当在1.4MHz的LTE系统信道内传输LTE-M信道时，它可以使用此另一信道滤波器来代替(或附加于)更宽的信道滤波器。

无线电接收器可以包括用于对OFDM数据信号进行解码的解码逻辑。

信道估计逻辑和/或解码逻辑和/或无线电接收器更一般地可以包括用于执行所描述的操作的电子电路。其可包括电子电路或电路部分。其可使用专用电路(例如ASIC)来实施，或其可包括一个或多个FPGA、MCU和/或处理器，所述处理器可包含一个或多个GPU或DSP。其可在硬件中进行一些或全部操作，或可在软件中进行一些或全部操作。在一些实施例中，信道估计逻辑可仅仅为软件，即，由软件指令组成，当在合适的处理系统上执行时，所述软件指令使得处理系统进行所述操作，或者其可以是硬编码的逻辑设备。

无线电接收器还可以包括无线电发射器。无线电接收器可以包括片上无线电设备。无线电接收器可以是机器对机器(M2M)通信设备。其可以是LTE-M用户设备。

本文所述的任何方面或实施例的特征可以在适当的情况下应用于本文所述的任何其它方面或实施例。在参考不同的实施例或实施例组时，应当理解，这些不一定是不同的而是可以重叠。

附图说明

现将参考附图仅借助于实例来描述本发明的某些优选实施例，其中：

图1是可以在其中实现本发明的电信系统的示意图；

图2是体现本发明的无线温度传感器的示意图；

图3是具有滑动信道估计滤波器窗口的LTE-M信道的资源网格的图，以及不同滤波器窗口位置处的信号功率图；

图4是使用等于信道宽度的信道滤波器在LTE-M信道上的CRS资源元素处计算的经滤波的信道估计的模拟星座图；

图5是LTE资源网格，其示出了在LTE-M信道的底部边缘处的CRS资源元素上居中的信道估计滤波器窗口；

图6是图3的资源网格，以及当使用等于信道宽度的信道滤波器时LTE-M信道上相位误差与频率的关系图；

图7是没有显示定时误差的模拟星座图；

图8是模拟星座图，示出了当使用等于信道宽度的信道滤波器时的0.25个样本的定时误差；

图9是模拟星座图，示出了当使用等于信道宽度的信道滤波器时的0.5个样本的定时误差；

图10是模拟星座图，示出了当使用等于信道宽度的信道滤波器时的一个完整样本的定时误差；

图11是当使用比信道宽的信道滤波器时LTE-M信道的资源网格的图，示出延伸到信道的下边缘之外；

图12是使用均匀大小的滤波器窗口在LTE-M信道上的CRS资源元素处计算的滤波后的信道估计的模拟星座图；

图13是在20MHz、10MHz、5MHz和1.4MHz LTE系统信道的情况下的LTE-M信道的资源网格的图；

图14是在20MHz LTE系统信道内，用1.08MHz信道滤波器调谐的LTE-M信道的资源网格的图，示出了系统信道上的频带边缘问题；

图15是在20MHz LTE系统信道内，用1.8MHz信道滤波器调谐的LTE-M信道的资源网格的图，没有示出系统信道上的频带边缘问题；

图16是在10MHz LTE系统信道内，用1.08MHz信道滤波器调谐的LTE-M信道的资源网格的图，示出了系统信道上的频带边缘问题；

图17是在10MHz LTE系统信道内，用1.8MHz信道滤波器调谐的LTE-M信道的资源网格的图，没有示出系统信道上的频带边缘问题；

图18是在5MHz LTE系统信道内，用1.08MHz信道滤波器调谐的LTE-M信道的资源网格的图，示出了系统信道上的频带边缘问题；

图19是在5MHz LTE系统信道内，用1.8MHz信道滤波器调谐的LTE-M信道的资源网格的图，没有示出系统信道上的频带边缘问题；和

图20是在1.4MHz LTE系统信道内，用1.08MHz信道滤波器调谐的LTE-M信道的资源网格的图，示出了无法避免的频带边缘问题。

具体实施方式

图1示出了诸如无线温度传感器之类的用户设备(UE)设备1，其包括用于与支持LTE Cat-M1(LTE-M)通信的蜂窝电信网络2进行通信的无线电接收器和无线电发射器。

设备1可以通过LTE-M信道上的无线电链路3从网络2接收数据。网络2可以包括演进的通用陆地无线接入网(E-UTRAN)。网络2包括多个基站4a-4d，其可以是LTE eNodeB。服务网关5使设备1能够通过因特网6与例如远程服务器(未示出)进行通信。为了简单起见，省略了LTE网络的其他标准部件。

可以有任意数量的其他设备与设备1同时从同一基站4a接收数据。这些可以是其他LTE-M设备，或者使用其他类型LTE的设备，例如用于语音通信的设备。网络2通过以已知方式向每个设备分配唯一的物理资源块(PRB)来为每个设备分配子载波频率和时隙。

设备1和整个系统体现了本发明。如下所述，系统和设备1可以用于实现本发明的方法。

图2提供了设备1的更多细节，在此示例中该设备是无线温度传感器。(当然，本发明也可以在许多其他类型的设备中实现。)

无线温度传感器设备1包括集成电路片上无线电10、电池11和温度计12。其还可以含有其它离散部件，如PCB、振荡器、电容器、电阻器、外壳、用户接口特征等，为简单起见，这些部件在图2中被省略。

无线电芯片10包含处理器13、存储器14(其可包括易失性和非易失性存储器类型)、LTE Cat-M1(LTE-M)无线电15、通用外围设备16(其可包括硬件加密引擎、数字-模拟转换器、计时器等)和输入/输出外围设备17(例如，USB接口)。这些元件全部连接到总线系统18(例如，符合Arm^TM高级微控制器总线架构)，该总线系统支持对存储器映射的外围设备16、17的直接存储器访问(DMA)。在一个实例中，处理器13是Arm^TM Cortex^TM-M系列处理器，但是所述处理器可以是任何类型的处理器。

LTE-M无线电15包括直接转换接收器以及无线电发射器。它包含本领域技术人员将熟悉的数字逻辑和模拟组件。在其他组件中，无线电设备15包括本地振荡器15a和用于接收LTE-M信号的信道滤波器15b。信道滤波器15b可在1.08MHz的通带宽度和1.8MHz的通带宽度之间切换。

无线电15可以包含用于使用软件来实现LTE-M无线电协议的另一通用处理器(未示出)。LTE-M无线电15和/或无线电芯片10可以包含其他常规组件，例如DSP、放大器、滤波器、ADC、DAC等。设备1还具有通过适当的片外组件(未显示)连接到LTE-M无线电7的天线11。

存储器14存储由处理器13执行以控制无线温度传感器设备1的操作的软件。在使用中，处理器13使用I/O外围设备17间隔地提取来自温度计12的温度读数，并且将这些读数写入到存储器14。处理器13以周期性间隔(例如，每小时或每天)将日志发送到远程服务器。设备1还可以从远程服务器接收数据，例如确认消息、新的配置设置和固件更新。

当设备1要在特定的1.08MHz宽的LTE-M信道上从蜂窝电信网络2接收数据时，无线电15设置本地振荡器15a，使得其产生用于调谐LTE-M信道的周期性信号。除非该信道是15MHz、10MHz或5MHz LTE频带中的第一个或最后一个信道，否则将本地振荡器15a设置为LTE-M信道的中心。如果在1.4MHz的LTE频带上传输信道，则将信道滤波器15b设定为1.08MHz；否则将其设置为1.8MHz。网络将在任何时间指示无线电15向下行链路分配哪些PRB，并且无线电15在这些PRB上接收和解码OFDM信号。间隔地，无线电15还计算LTE-M信道内的子载波频率的信道估计。它将在接收OFDM信号时进行此操作(即使在没有分配给无线电15控制或数据传输的情况下，也可以选择这样做)。它使用LTE-M信道内的CRS RE并使用LTE-M信道外的CRS RE来这样做。它通过在LTE-M信道中的特定CRS RE上居中放置一个矩形滤波器窗口(其频率宽度和时间宽度可以固定或随时间变化)，并将滤波器权重应用于位于滤波器窗口内的所有未过滤的CRS RE，生成在LTE-M信道内的特定CRS RE上居中的滤波后的信道估计。对乘积求和产生所需的滤波的信道估计。为了常规目的，无线电设备15可以使用从这些滤波后的信道估计中得出的信息，例如信道的信噪比。其中，它可以将此类信息传达给网络2。

将数据传输回网络2以常规方式进行。

参照图3，示出了使用原本的方法来计算滤波后的信道估计的缺点，该方法使用的信道滤波器的宽度等于该信道的宽度(即1.08MHz)。

图3示出了用于1.08MHz LTE-M信道的资源网格19。在信道上移动具有1毫秒时间范围和大约600kHz频率范围(40x 15kHz子载波)的滤波器窗口，以计算信道内不同RE的滤波后信道估计。当滤波器在RE上居中时，使得滤波器窗口20a完全位于信道内时，滤波器可以具有完整的600kHz频率范围。但是，当滤波器窗口20b居中于距信道边缘小于300kHz的RE上时，有一部分滤波器窗口20b延伸到信道滤波器之外，其中不包含任何CRS RE，因为这些已由信道滤波器过滤。因此减小了滤波器窗口20a的有效尺寸。在该实例中，第二滤波器窗口20b具有仅大约285kHz的频率范围(19×15kHz子载波)，并且CRS RE不再围绕滤波器窗口20b的中心处的特定子载波对称地分布。

资源网格19旁边是资源网格19上不同滤波器窗口位置处信号功率的曲线图21。曲线21与资源网格19垂直对齐，使得曲线21上的每个点对应于滤波器窗口的中心的相应频率。每个点的误差线表示特定的已滤波信道估计的信噪比(SNR)。

曲线21示出，使用原本的方法，对于信道边缘附近的子载波，信道估计的幅度较低(例如，最多一半或更少)，并且甚至更显著地，具有较差的SNR(例如，-3dB或更糟)。这是因为更少的未滤波的信道估计可用于输入到滤波器平均。

图4显示了QPSK滤波后的信道估计的星座图如何由于信道边缘附近的功率降低而失真成四条线，而不是聚集在四个振幅恒定的点上。

图5示出了滤波器窗口20c，其名义上覆盖了16个CRS，在LTE-M信道19的底部边缘上的子载波上居中。因此，滤波器窗口20c的一半在LTE-M信道之外，这是最坏的情况。

均衡后的SNR-SNR_equ-可以近似为：

其中SNR_inp是“输入SNR”，SNR_che是“信道估计SNR”。此处的均衡意味着将接收到的RE乘以信道估计的复共轭，然后此公式给出最终的SNR。

在该实例中，信道估计在16个CRS上取平均值，从而SNR_che＝SNR_inp+12dB。

滤波器窗口20c的最里面的信道估计具有相对SNR＝0.875。滤波器窗口20c的最外面的信道估计将具有相对SNR＝0.5(-3dB)，这是最大损耗。

除了信号强度和SNR问题外，窄信道滤波器还由于信道边缘附近的滤波器窗口内CRS RE的不对称分布而导致样本定时误差问题。

图6示出了与图3相同的资源网格19，以及相位误差对频率的曲线图。任何采样定时误差都会导致子载波的线性旋转。对于信道中心附近的子载波，这没有问题，因为误差在滤波器窗口内对称地影响CRS RE，正误差抵消了相等数量的负误差。但是，在信道边缘附近，使用狭窄的信道滤波器，由于CRS的非对称平均，将导致信道估计的相位计算不正确，这是因为在信道边缘之外没有CRS RE。

图7、8、9和10显示了逐步大的定时误差对分布在整个信道上的信道估计的影响。图7显示了没有定时误差的情况。图8显示了0.25个样本的定时误差。朝向信道边缘的信道估计具有较低的幅度，并且在信道的两端以正负分布在相位上。图9显示了0.5个样本的定时误差。图10示出了一个完整样本的定时误差。

图11示出了在本发明的实施例中如何通过使用较宽的信道滤波器来减轻该问题。在图11所示的实例中，滤波器窗口20d延伸超出调谐的1.08MHz宽的LTE-M信道22的边缘。但是，由于信道滤波器是1.8MHz，因此来自相邻的LTE频谱23(其可以是另一个LTE-M信道或不同的LTE信道)的CRS RE也存在于滤波器窗口20d内。

在这种情况下，来自信道22两端的滤波后的信道估计具有图12所示的星座图，其中没有相位误差，并且其中振幅一致。

图13显示了一个由六个PRB组成的窄带LTE-M信道如何适合20MHz、10MHz、5MHz和1.4MHz LTE系统信道。

每个PRB包含12个子载波(每个间隔15kHz，因此总共占用180kHz)x 7个OFDM符号(总计占用0.5ms)。

20MHz LTE系统信道适合十六个LTE-M信道，在每个边缘加上两个未使用的PRB。10MHz的LTE系统信道适合八个LTE-M信道，每个边缘再加上一个未使用的PRB。5MHz LTE系统信道可以适合四个LTE-M信道。一个LTE-M信道完全占用1.4MHz LTE系统信道，并允许滤波器滚降(因为用于LTE-M信号的实际带宽仅为1.08MHz)。

在20MHz LTE信道中，使用1.8MHz信道滤波器而不是1.08MHz，可以完全缓解信道边缘问题，即使对于系统信道边缘的LTE-M信道也是如此，因为两个未使用的PRB块仍包含CRS RE，其允许滤波器窗口完全填充CRS RE。

在10MHz LTE信道中，使用1.8MHz信道滤波器可以完全缓解除两个边缘信道之外的所有LTE-M信道的信道边缘问题。对于这些，问题仍然得到部分缓解，如图13中这些LTE-M块的浅灰色阴影所示。

尽管此处未显示，但15MHz系统信道的情况与10MHz信道的情况类似，因为在系统信道的每个边缘都有一个未使用的PRB。在系统信道的中间还有第三个未使用的PRB。与10MHz信道一样，两个边缘PRB可以部分缓解信道边缘失真。中心未使用的PRB中的CRS RE可用于完全缓解相邻LTE-M信道中的误差。

在5MHz LTE信道中，1.8MHz信道滤波器完全缓解了两个中心LTE-M信道的信道边缘问题，但没有缓解外部的两个LTE-M信道(如这两个块的深灰色阴影所示)。这仍然是对原本方法的重大改进。

在1.4MHz中，不能使用1.8MHz的信道滤波器，因此当在该频带中工作时，无线电设备15将滤波器15b切换到1.08MHz。

图14和15对比了20MHz LTE系统信道中的1.08MHz信道滤波与更宽的1.8MHz信道滤波。图14中每个LTE-M信道块中的深灰色阴影表示上面已经描述的信道边缘功率和相位误差。图15显示了1.8MHz信道滤波器如何在LTE-M信道的每一侧包含两个PRB，从而减轻了这些问题。在这种情况下，本地振荡器15a可以被设置为调谐的LTE-M信道的中心，无论该信道处于20MHz频带中的何处，从而使得信道滤波器在调谐的LTE-M信道上居中。

图16和17对比了10MHz LTE系统信道中的1.08MHz信道滤波与更宽的1.8MHz信道滤波。图16中每个LTE-M信道块中的深灰色阴影表示上面已经描述的信道边缘功率和相位误差。图17显示了1.8MHz的信道滤波器如何在LTE-M信道的每一端包含两个PRB，以用于除末端信道之外的所有LTE-M信道。对于这两个LTE-M信道，系统信道末端只有一个PRB可用。为了避免在10MHz LTE系统信道外传递信号，在调谐这些边缘LTE-M信道之一时，将本地振荡器(LO)15a设置为标称中心频率正负180kHz(即一个PRB)，以便信道滤波器的外边缘与LTE系统信道的边缘对齐。对于所有其他LTE-M信道，LO 15a被调谐到LTE-M信道的中心。

调谐边缘LTE-M信道时，由于固定的1.8MHz信道滤波器宽度，图17表示滤波器的内部边缘是进入相邻LTE-M信道的三个PRB(540kHz)。然而，其他实施例可以使用宽度可变的信道滤波器，在这种情况下，当调谐这样的边缘信道时，可以将滤波器宽度设置为1620kHz(即1.8MHz减去180kHz)。然后可以将LO偏移设置为标称中心频率加上或减去90kHz(即PRB的一半)，以使信道滤波器的外边缘与LTE系统信道的边缘对齐，但内边缘则只有两个PRB(360kHz)进入相邻的LTE-M信道。

图18和19对比了5MHz LTE系统信道中的1.08MHz信道滤波与更宽的1.8MHz信道滤波。图18中每个LTE-M信道块中的深灰色阴影表示上面已经描述的信道边缘功率和相位误差。图19显示了在进行调谐时，如何将1.8MHz信道滤波器在两个中心LTE-M信道上居中，但是在调谐最外面的LTE-M信道时如何偏移360kHz(即两个PRB)，以避免传递在5MHz LTE系统信道之外接收的信号。

图20示出了在被调谐的1.4MHz的LTE系统信道中的LTE-M信道，其中信道滤波器15b被设置为1.08MHz的宽度。在这种情况下，滤波器位于信道的中心。通过加宽信道滤波器，无法缓解信道边缘问题。

本领域的技术人员应当理解，本发明已经通过描述其一个或多个具体实施例来说明并且不限于这些实施例；在所附权利要求的范围内，许多变化和修改是可能的。

Claims

1.一种无线电通信系统，包括：

用于在多个预定无线电信道的各个信道上传输OFDM数据信号的无线电传输系统，每个信道具有各自的固定信道带宽且包括各自的多个OFDM子载波，并且用于在所述OFDM子载波的参考信号集上的预定时间传输预定参考信号；和

包括本地振荡器和信道滤波器的无线电接收器，

控制所述本地振荡器以生成周期信号；

将所述混合信号通过所述信道滤波器，

其中所述信道滤波器的通带宽于所述已调谐信道的信道带宽，以使所述信道滤波器使i)所述OFDM数据信号；ii)在所述已调谐信道内的OFDM子载波上接收的预定参考信号的信道内参考信号；和iii)在位于所述已调谐信道之外的信道外OFDM子载波上接收的所述预定参考信号的信道外参考信号通过，并且

其中所述无线电接收器包括信道估计逻辑，该信道估计逻辑被配置为使用i)所述信道内参考信号和ii)所述信道外参考信号两者，以计算针对所述已调谐信道内的OFDM子载波的信道估计。

2.根据权利要求1所述的无线电通信系统，其中：

所述无线电传输系统是长期演进(LTE)无线电传输系统；

所述已调谐信道是LTE Cat-M1(LTE-M)信道；和

所述参考信号是小区专用参考信号(CRS)。

3.根据权利要求1或2所述的无线电通信系统，其中无线电接收器被配置为使用具有至少1.8MHz的通带的信道滤波器调谐带宽为1.08MHz的LTE-M信道。

4.一种用于从无线电传输系统接收OFDM数据信号的无线电接收器，所述无线电传输系统在多个预定无线电信道的各个信道上传输OFDM数据信号，每个信道具有各自的固定信道带宽且包括各自的多个OFDM子载波，并且在所述OFDM子载波的参考信号集上的预定时间传输预定参考信号，

其中所述无线电接收器包括本地振荡器和信道滤波器；

控制所述本地振荡器以生成周期信号；

将所述混合信号通过所述信道滤波器，

其中所述无线电接收器被配置为从所述无线电传输系统接收在所述已调谐信道内的一组OFDM子载波上调制的OFDM数据信号，

其中所述信道滤波器的通带宽于所述已调谐信道的信道带宽，以使所述信道滤波器使i)所述OFDM数据信号；ii)在所述已调谐信道内的OFDM子载波上接收的所述预定参考信号的信道内参考信号；和iii)在位于所述已调谐信道之外的信道外OFDM子载波上接收的所述预定参考信号的信道外参考信号通过，并且

5.根据权利要求4所述的无线电接收器，其中所述无线电接收器被配置为调谐LTECat-M1信道，并且其中所述信道估计逻辑被配置为使用i)信道内LTE小区专用参考信号(CRS)以及ii)频道外LTE CRS计算所述信道估计。

6.根据权利要求4或5所述的无线电接收器，其中所述信道滤波器比所述已调谐信道的信道带宽至少宽所述多个OFDM子载波中的一个OFDM子载波的宽度。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的无线电接收器，其被配置为使所述混合信号通过所述信道滤波器，以使所述信道滤波器使在位于所述已调谐信道外的多个信道外OFDM子载波上接收的所述预定参考信号中的多个信道外参考信号通过，其中一个或多个所述信道外OFDM子载波的第一组在频率上位于所述已调谐信道之上，并且一个或多个所述信道外OFDM子载波的第二组在频率上位于所述已调谐信道之下。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的无线电接收器，其中所述信道估计逻辑被配置为使用在位于所述已调谐信道之外的一个或多个信道外OFDM子载波上接收的多个信道外参考信号，以计算所述信道估计。

9.根据权利要求4至8中任一项所述的无线电接收器，其中所述信道估计逻辑配置为当计算针对所述已调谐信道内的OFDM子载波的信道估计时将一组滤波器权重应用于包含在滤波器窗口中的多个未滤波的参考信号。

10.根据权利要求9所述的无线电接收器，其被配置为使用所述信道估计逻辑来针对所述已调谐信道内的多个OFDM子载波中的每一个计算各自的信道估计，并且在计算每个所述信道估计时使用具有相同频率范围的滤波器窗口。

11.根据权利要求9或10所述的无线电接收器，其中所述信道滤波器的大小被设置为当所述滤波器窗口位于所述已调谐信道的边缘时使至少与所述滤波器窗口跨越的子载波数量相等的信道外OFDM子载波数量通过。

12.根据权利要求4至11中任一项所述的无线电接收器，其被配置为或可被配置为使所述信道滤波器从所述已调谐信道的中心偏移一个偏移量。

13.根据权利要求12所述的无线电接收器，其中所述偏移量使得所述信道滤波器仅使由所述无线电传输系统传输的OFDM子载波占用的频谱通过，并且不使这些OFDM子载波之外的频谱通过。

14.根据权利要求12或13所述的无线电接收器，其被配置为当调谐位于与包含第一LTE-M信道的所述LTE信道的边缘相邻的第一LTE-M信道时使所述信道滤波器从所述已调谐信道的中心偏移，并且当调谐不位于包含第二LTE-M信道的所述LTE信道的边缘附近的第二LTE-M信道时将所述信道滤波器在所述已调谐信道中居中。

15.一种用于从无线电传输系统接收OFDM数据信号的无线电传输方法，所述无线电传输系统在多个预定无线电信道的各个信道上传输OFDM数据信号，每个信道具有各自的固定信道带宽且包括各自的多个OFDM子载波，并且在所述OFDM子载波的参考信号集上的预定时间传输预定参考信号，所述方法包括：

生成周期信号；

将所述混合信号通过信道滤波器；和

所述无线电接收器从所述无线电传输系统接收在所述已调谐信道内的一组OFDM子载波上调制的OFDM数据信号，

所述方法还包括：

所述信道滤波器的通带宽于所述已调谐信道的信道带宽，以使所述信道滤波器使i)所述OFDM数据信号；ii)在所述已调谐信道内的OFDM子载波上接收的所述预定参考信号的信道内参考信号；和iii)在位于所述已调谐信道之外的信道外OFDM子载波上接收的所述预定参考信号的信道外参考信号通过；并且

所述无线电接收器使用i)所述信道内参考信号和ii)所述信道外参考信号两者，以计算针对所述已调谐信道内的OFDM子载波的信道估计。