CN113678416B - 用于联合信道和相位噪声估计的循环先导序列 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在要通过无线通信系统发送的无线电信号中发送至少K个参考信号的方法，所述无线电信号旨在由包括至少一个发送天线的发射器发射，所述至少一个发送天线被配置为在M个子载波S1，...，SM上进行发射，在所述M个子载波中，至少K个不同子载波Sq+1，Sq+2，...，Sq+K是连续的，连续子载波Sq+1，Sq+2，...，Sq+K的相应频率被排序，所述无线电信号通过以下操作提供：插入至少K个参考信号P1，...，PK，使得分别在K个连续子载波Sq+1，Sq+2，...，Sq+K上发送至少K个参考信号P1，...，PK；发射包括至少K个参考信号的无线电信号。

Description

用于联合信道和相位噪声估计的循环先导序列
技术领域
本发明总体上涉及电信系统(telecommunication system)领域，更具体地，涉及无线通信，例如，基于无线OFDM的通信。
本发明更具体地涉及根据无线电信道在无线电信号上引起的失真和噪声来对接收到的无线电信号进行处理。
在LTE标准中，接收器基于由发送器插入到信号中的参考信号来确定信道估计。基于对参考信号(RS)的了解，接收器能够确定信道估计矩阵(通常记为H)。该矩阵的各个系数对应于发送器的天线之一与接收器的天线之一之间的信号衰减。基于该矩阵，终端估计无线电信道的相位噪声。这种矩阵能够对接收到的无线电信号进行处理，以减少无线电信道对无线电信号的影响。接收器还实现相位跟踪算法来推断无线电信号所经历的相位噪声。通常，这些算法假设相位噪声和信道(由信道估计矩阵近似)不是强耦合的(stronglycoupled)，这在相位噪声较小并且信道准静态时给出良好的结果。
然而，在毫米波频段中工作的毫米波系统(目前正处于标准化阶段的新无线电标准或5G所针对的目标)由于不同原因(诸如载波频率偏移、多普勒效应并且尤其是相位噪声)而受到强烈和/或快速的相位变化的影响。这些相位变化破坏了用于通信的子载波之间的正交属性，从而导致子载波干扰并因此导致性能损失。这些子载波干扰(也称为载波间干扰(ICI))如果太严重就会强烈影响信号的解码，尤其是因为信道估计矩阵和相位噪声是相互独立地确定的这一事实。因此，由假设相位噪声和信道不是强耦合的算法解码的结果很差。
因此，在相位噪声和信道强耦合的情况下，需要改进。本发明旨在改善这种情况。
发明内容
为此，本发明涉及一种用于在要通过无线通信系统发送的无线电信号中发送至少K个参考信号的方法，所述无线电信号旨在由包括至少一个发送天线的发射器发射，所述发送天线被配置为在M个子载波S1，...，SM上进行发射，在M个子载波中，至少K个不同子载波Sq+1，Sq+2，...，Sq+K是连续的，连续子载波Sq+1，Sq+2，...，Sq+K的相应频率被排序，所述无线电信号通过以下操作提供：
插入至少K个参考信号P1，...，PK，使得分别在K个连续子载波Sq+1，Sq+2，...，Sq+K上发送至少K个参考信号P1，...，PK；
发射包括至少K个参考信号的无线电信号；
其中，如果K为奇数，则参考信号P1，...，P(K-1)/2的频域中的值分别等于参考信号P(K+3)/2，...，PK的值，如果K为偶数，则参考信号P1，...，PK/2的频域中的值分别等于参考信号PK/2+1，...，PK的值。
在本发明中，根据特定参考信号模式设置参考信号。根据该特定参考信号模式，将参考信号作为块插入，即，在载波的连续子载波上插入参考信号。另外，这些参考信号所取的值满足特定条件，即，如果K为奇数，则参考信号P1，...，P(K-1)/2的值分别等于参考信号P(K+3)/2，...，PK的值，如果K为偶数，则参考信号P1，...，PK/2的值分别等于参考信号PK/2+1，...，PK的值。
这使得能够降低接收器侧的相位噪声和信道估计的计算的复杂度，特别是当信道和相位噪声相互影响很大时，即，例如当无线电信号遭受强相位噪声时。实际上，当强相位噪声影响无线电信号时，如果在估计中不考虑相位噪声，则由信道表示的无线电信号的衰减可能会受到影响(因为通过其它子载波发射的符号可能会增加针对所考虑的子载波的功率，从而妨碍正确确定无线电信号相对于该考虑的子载波的衰减)。因此，本发明减少了与强耦合相位噪声和信道相关的影响。
为此目的，本发明实现循环结构化参考信号的块。该结构使得能够在接收器侧接收表示为相位噪声和参考信号的循环卷积的符号。
更具体地，在接收器侧，由于参考信号的块配置特别是由于该块的大小(与如下所述的相位噪声的频谱占用ΔPN相比)，特定参考信号模式能够接收K0个(其中如果K是奇数，则并且如果K是偶数，则/>)连续符号/>的块，其中，这些符号仅由K个参考信号的块的参考信号的样本组成。这些接收到的符号也可以包含来自其它符号的样本，但与块中设置的参考信号的样本相比，这些样本具有低能量。
由于RS的块内部的RS重复结构，本发明能够将接收到的连续符号近似为相位噪声/>和参考信号/>序列的循环卷积。相位噪声的分量ψi在kmin以下和kmax以上被认为是零或可忽略，kmin至kmax对应于相位噪声的频谱占用。例如，/>可以近似为：
其中表示加性高斯白噪声(AWGN)，/>是循环卷积运算符，H是信道(假设信道在块上是恒定的)。
由特定参考信号模式实现的接收到的连续符号的这种近似大大减少了接收器侧的计算，因为它将计算减少到K0个线性方程(理论上可以对所述K0个线性方程求解，因为各个方程最多有K0个未知值，所述K0个未知值是要确定的K0个相位噪声符号)，而无需假设信道不受相位噪声影响(这种假设通常会导致对信道和相位噪声的估计不佳)。
由于每B的A的循环卷积的IDFT(离散傅立叶逆变换)被简单地转换为每B的IDFT的A的IDFT的哈达玛积(F-1A⊙F-1B)，所以计算更加简单。例如，
因此，信道估计和相位噪声估计都可以从与/>的线性估计推导出，如下所示(例如，/>)。下面还将描述其它技术。
因此，即使在严重的相位噪声的情况下，本发明也能够有效地估计信道和相位噪声，这是由于发射的无线电信号在接收器侧至少针对一定频率范围是已知的这一事实和发送的参考信号序列是重复的这一事实。
通过参考信号，本发明包括接收器已知其值和位置(在时间和频率上)的所有符号，并且接收器可以在此基础上估计发送器与接收器之间的无线电信道的影响。例如，基于参考信号的接收版本(例如，被信道和/或噪声和/或相位噪声等破坏的无线电信道破坏)，接收器可以估计信道和/或改进信道估计质量。请注意，这里的无线电信道涵盖包括传播和硬件影响的所有影响，例如非线性、衰减、相位噪声、多普勒、载波频率偏移等。
无线通信系统可以是类似于LTE的使用OFDM(正交频分复用)的无线通信系统。
在其它子载波S1，...，Sq，SqK+1，...，SM中发送的符号可以具有任何类型，即，其它参考信号和/或包含用户数据的符号和/或包含控制数据的符号。
针对连续子载波，这里理解的是，没有其它子载波可以用于在两个连续子载波之间发送符号。连续符号是在连续子载波上发送的符号。
针对在无线电信号中插入参考信号，可以理解为设置在要通过子载波Sq+1，Sq+2，...，Sq+K发送的符号的频域中的值(接收器已知的值)，如通常将参考信号插入无线电信号所进行的那样。然而，也可以在时域中插入参考信号，例如，在IDFT(离散傅立叶逆变换)之后，通过将对应于参考信号的信号添加到由IDFT输出的信号，使得所得信号与在将参考信号插入到频域的情况下将在IDFT的输出端处获得的信号相同或至少相似。然而，为了解释起见，根据参考信号的频域插入来描述本发明。
K个参考信号被插入，以在K个连续子载波上一起发送。即，当参考信号被插入频域时，根据本发明已经设置值的符号(即，通过子载波Sq+1，Sq+2，...，Sq+K发送的符号)被一起处理。例如，IDFT同时应用于M个子载波S1，...，SM，因此同时应用于由K个连续子载波Sq+1，Sq+2，...，Sq+K发送的K个参考信号P1，...，PK。更一般地，P1，...，PK被插入，以由K个连续子载波Sq+1，Sq+2，...，Sq+K在发送方案的同一符号中(例如，在同一OFDM符号中)发送。
q是大于或等于零且小于或等于M-K的整数。
根据本发明的一个方面，的值分别为序列/>使得如果j等于1，则/>等于非空预定值，否则则等于0，其中，<n>L为1+mod(n-1，L)，其中，mod(n-1，L)为[n-1]mod L。
在这种情况下，序列并且因此/>满足自相关条件。使用这样的序列能够减少与强耦合相位噪声和信道相关的影响。实际上，它能够以有利的信噪比隔离相位噪声的各个频率分量，例如，通过计算/>因此，由于这些参考信号满足该自相关条件，所以能够减少或避免子载波间干扰。
例如，序列的自相关条件使得能够对/>应用循环置换序列/>的哈达玛积(如下所述)，从而能够降低相位噪声和信道估计的复杂度。
序列可以从CAZAC序列或有利地从Zadoff-Chu序列产生。
根据本发明的一个方面，在M个子载波S1，...，SM上发送至少K+K’个参考信号，在M个子载波中，至少K’个不同子载波Sq’+1，Sq’+2，...，Sq’+K’是连续的，连续子载波Sq’+1，Sq’+2，...，Sq’+K’的相应频率被排序并且q’严格优于q+K，所述无线电信号还通过以下操作提供：
插入至少K’个参考信号P’1，...P’K’，使得分别在K’个连续子载波Sq’+1，Sq’+2，...，Sq’+K’上发送至少K’个参考信号P’1，...P’K’；
发射包括至少K+K’个参考信号的无线电信号；
其中，如果K’为奇数，则参考信号P’1，...，P’(K’-1)/2的频域中的值分别等于参考信号P’(K’+3)/2,…,P’K’的值，如果K’为偶数，则参考信号P’1，...，P’K’/2的频域中的值分别等于参考信号P’K’/2+1，...，P’K’的值。
针对插入多个参考信号组，这里插入分别具有K和K’个参考信号并且由用q’+1-q+K表示的特定频率间隔开的两个组，通过对所有局部相位噪声估计进行平均来实现更好的相位噪声估计，并且能够跟踪整个频段的信道(下文中，参考信号的组和块是同义的，并且指的是本发明所描述的连续参考信号)。
根据本发明，可以插入超过两个的参考信号组。因此，根据本发明，L个分别具有K1，…，KL个参考信号的组可以插入到无线电信号中，这些组分别作为块插入在子载波qi+1，…，qi+Ki上，其中i从1到L并且其中qi+1+1严格优于qi+Ki。
有利地，这些组可以由一个或更多个子载波隔开，从而能够在两个参考信号组之间发送除参考信号之外的其它符号，因此即使这些符号受到严重的信道和相位噪声影响，也能够解码这些符号。
L个组可以具有相同的大小并且具有相同的参考信号序列，因此，减少了存储参考信号模式所需的存储器。
发送器可以选择参考信号模式参数以及μ0的优化值，其中i从1到L，如果Ki是奇数，则/>并且如果Ki是偶数，则/>其中μi＝qi+1+1-qi+Ki表示根据本发明插入的两个参考信号块之间的子载波的数量，μ0是用于发送的载波的第一子载波与参考信号的第一块的第一子载波之间的子载波的数量。如上所述，这些参数可以被简化，例如，通过使用相同的每块参考信号数量和/或在序列/>中使用相同值和/或在RS模式的参考信号的两个块之间具有相同数量的子载波。例如，参考信号模式参数可以简化为/>
发送器可以设置低于无线电信道的带宽相干性的以实现对无线电信道的准确跟踪，以在用于发送的所有带宽上获得对相位噪声和信道的良好估计。
各个块中的参考信号的数量可以设置在最大Kmax与最小Kmin之间，即，Kmin≤Ki≤Kmax。
Kmin可以根据相位噪声的频谱占用ΔPN设置，即，使得Kmin.Δf大于或等于2.ΔPN，其中Δf为至少发送L个参考信号组的参考信号的子载波的子载波间隔配置。这能够确保相位噪声与参考信号的循环卷积考虑到不可忽略的所有相位噪声分量。
Kmax可以设置为使得信道是恒定的，或者可以按照Kmax.Δf的尺度被同化成使得信道是恒定的。因此，如果信道至少按照2.ΔPN的尺度是恒定的，则结果会更好。这使得能够更好地利用接收到的符号的循环卷积进行近似。
本发明的第二方面涉及一种用于在接收器处对通过无线通信系统发送并从发射器接收的无线电信号进行处理的方法，发射器包括至少一个发送天线，发送天线被配置为在M个不同子载波S1，...，SM上进行发射，在M个不同子载波中，至少K个不同子载波Sq+1，Sq+2，...，Sq+K是连续的，连续子载波Sq+1，Sq+2，...，Sq+K的相应频率被排序，所述无线电信号包括K个参考信号，所述无线电信号是根据如前所述的用于发送参考信号的方法提供的，该方法包括以下步骤：
确定信道估计，所述信道估计取决于相位噪声估计；
使用所确定的信道估计来对无线电信号进行处理。
针对确定取决于相位噪声估计的信道估计，可以理解为信道估计是相位噪声估计的函数。
换句话说，相位噪声估计和信道估计都是基于同一组参数(Λ1，...，ΛM)确定的。即，信道估计是基于第M0参数计算的(其中如果M是偶数整数，则/>并且如果M是奇数整数，则/>)并且相位噪声估计基于M个参数(Λ1，...，ΛM)，其中K0个分量是非空的并且以第M0参数/>为中心，即，从第kmin(如果K0是奇数，则kmin＝M0-1/2.(K0-1)，并且如果K0是偶数，则kmin＝M0-K0/2，如下所示)参数/>到第kmax(如果K0是奇数，则/>并且如果K0是偶数，则/>如下所示)参数/>
因此，确定信道估计(所述信道估计取决于相位噪声估计)等同于确定信道估计和/或相位噪声估计，所述信道估计和所述相位噪声估计是基于同一参数确定的。
根据本发明用于确定信道估计和/或相位噪声估计的该参数可以通过基于和/>的线性估计或通过/>来获得。
换句话说，信道估计和/或相位噪声估计是将相位噪声与参考信号的循环卷积作为特定子载波上的接收到的符号的近似来计算的，如前所述。
这使得能够通过考虑信道来计算相位噪声估计并通过考虑相位噪声来计算信道估计，因此，当无线电信号遭受强相位噪声时，不会在不考虑相位噪声的情况下错误地进行信道估计。例如，通过仅每子载波地估计子载波上的信号衰减来计算信道估计。
根据本发明的一个方面，信道估计的确定包括：
确定符号所述符号/>在频域中分别在子载波/>上接收，其中：
-如果K/2是偶数整数，则并且/>
-如果K/2是奇数整数，则并且/>
-如果(K+1)/2是偶数整数，则并且/>
-如果(K+1)/2是奇数整数，则并且/>
计算信道估计，所述信道估计通过获得，其中，是大小为K0的向量U的阶数为K0的逆DFT，其中，如果K是奇数整数，则/>并且如果K是偶数整数，则/>
首先，接收器获得与根据之前描述的用于发送参考信号的方法发射的无线电信号相对应的接收到的无线电信号的频域中的符号。即，例如，这些符号是通过对接收到的无线电信号应用DFT(离散傅立叶变换)而获得的。选择以下接收到的符号：所述接收到的符号包含与不是来自本发明指定的模式的RS的发射符号相关的仅具有可忽略不计的功率的参考信号的组合。这些选定的符号例如是即，在子载波/>上接收到的符号，其中nmin和nmax如上定义。根据这些符号，可以通过基于/>和的线性估计来计算信道估计。事实上，基于如下事实：
其中是相位噪声的主要分量，H是信道的值(假设信道在K个参考信号的块上是恒定的)，并且/>是加性噪声，基于/>和的线性估计使得能够得到/>的很好的估计/>基于/>和/>的线性估计例如是类似迫零的均衡或MMSE估计。MMSE估计是：/> 其中V是向量/>的大小为K0的协方差矩阵，并且/>是共轭转置运算符。基于估计/>可以如先前描述的那样推导出良好的信道估计和相位噪声估计。
这里，无线电信道(在文献中也称为等效信道)包括从发射器处的OFDM调制的输出端到接收器处的OFDM解调的输入端的影响无线电信号的包括传播和硬件影响的所有现象，例如非线性、衰减、相位噪声、多普勒、载波频率偏移等。
进行了信道估计的信道是不包括相位噪声的无线电信道。
因此，无线电信道包括相位噪声的影响和信道所表示的衰减。
根据本发明的一个方面，信道估计的确定还包括：
计算信道估计的频域表示例如/>是基于以下内容计算：
其中，是基于/>和/>的线性估计的结果，并且/>是大小为K0的向量u的阶数为K0的DFT的第j项，并且其中，如果M是偶数整数，则/>如果M是奇数整数，则/>
即，如前所述，
根据本发明的一个方面，本发明还包括：
计算相位噪声估计的频域表示 使得基于以下内容计算如果M是偶数整数，则/>并且如果M是奇数整数，则/>
其中，是基于/>和/>的线性估计的结果，并且/>是大小为K0的向量u的阶数为K0的DFT的第j项。
更具体地并且如前所述，相位噪声估计或更具体地相位噪声估计的频域表示的各个分量/>基于Λj，其中，针对从kmin到kmax的j，/>否则Λj等于0。
因此，根据本发明，信道估计和相位噪声估计都基于同一组参数(Λ1，...，ΛM)，因此，针对相位噪声估计以及针对信道估计，都考虑了强相位噪声变化。
根据本发明的一个方面，信道估计包括：
确定符号所述符号/>在频域中分别在子载波/>上接收，其中：
-如果K/2是偶数整数，则并且/>
-如果K/2是奇数整数，则并且/>
-如果(K+1)/2是偶数整数，则并且/>
-如果(K+1)/2是奇数整数，则并且/>
计算信道估计的频域表示例如/>是基于以下内容计算：
其中，如果K是奇数整数，则如果K是偶数整数，则/>并且其中，如果M是偶数整数，则/>如果M是奇数整数，则/>
-使用所计算的信道估计对无线电信号进行处理。
如前所述，首先，接收器获得与根据之前描述的用于发送参考信号的方法发射的无线电信号相对应的接收到的无线电信号的频域中的符号。即，例如，这些符号是通过对接收到的无线电信号应用DFT(离散傅立叶变换)而获得的。选择以下接收到的符号：所述接收到的符号包含与不是来自本发明指定的模式的RS的发射符号相关的具有可忽略不计的功率的参考信号的组合。这些选定的符号例如是即，在子载波/>上接收到的符号，其中nmin和nmax如上定义。在如前所述参考信号P1，...，PK是从序列/>(该序列满足自相关条件，即，如果j等于1，则/>等于预定值，否则等于0)产生的情况下，参数(Λ1，...，ΛM)的组可以设置成使得针对从kmin到kmax的j，各个Λj是基于/>计算的，否则Λj等于0，并且可以如前所述从该参数的组推导出良好的信道估计。关于相位噪声估计或者更具体地相位噪声估计的频域表示的各个分量/>针对kmin≤j≤kmax，/>基于/>计算，否则/>是空值。如下所述：
计算相位噪声估计的频域表示 使得基于以下内容针对kmin≤j≤kmax计算/>如果M是偶数整数，则/>并且如果M是奇数整数，则/>
其中，如果K是偶数整数并且K/2是偶数整数，则并且/>
如果K是偶数整数并且K/2是奇数整数，则并且/>
如果K是奇数整数并且K/2是偶数整数，则并且/>
如果K是奇数整数并且K/2是奇数整数，则并且/>以及
使用所计算的相位噪声估计对无线电信号进行处理。
针对使用所确定的信道估计和/或相位噪声估计对无线电信号进行处理，可以理解为，由于这些估计，接收器可以减少对无线电信道的无线电信号的(即，信道和相位噪声的)影响。因此，接收器可以正确解码无线电信号，以获取由发送器发射的符号。
例如，接收器处理无线电信号可以包括：计算分别在子载波S1，...，SM上发送的符号X1，...，XM的估计符号所述估计符号/>是通过基于R的/>的线性均衡得到的，R是/>的阶数为M的DFT，其中/>等于/>其中是U的阶数为M的逆DFT的第m项，并且其中y是由接收器接收到的时域信号。
当无线电信号遭受强相位噪声变化时，这使得能够对通过无线电信号发送的符号进行良好的估计。在子载波S1，...，SM上发送的符号X1，...，XM由发射器发射。
本发明的第三方面涉及一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括代码指令，当所述指令由处理器运行时，所述代码指令用于执行如前所述的方法。
本发明的第四方面涉及一种用于在要通过无线通信系统发送的无线电信号中发送至少K个参考信号的发射器，所述无线电信号旨在由发射器发射，所述发射器包括：
至少一个发送天线，该至少一个发送天线被配置为在M个子载波S1，...，SM上进行发射，在M个子载波中，至少K个不同子载波Sq+1，Sq+2，...，Sq+K是连续的，连续子载波Sq+1，Sq+2，...，Sq+K的相应频率被排序，
处理器；以及
非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质包括存储在其上的指令，当由处理器执行时，所述指令将发射器配置为：
-插入至少K个参考信号P1，...，PK，使得分别在K个连续子载波Sq+1，Sq+2，...，Sq+K上发送至少K个参考信号P1，...，PK；
-发射包括至少K个参考信号的无线电信号；
其中，如果K为奇数，则参考信号P1，...，P(K-1)/2的频域中的值分别等于参考信号P(K+3)/2，...，PK的值，如果K为偶数，则参考信号P1，...，PK/2的频域中的值分别等于参考信号PK/2+1，...，PK的值。
本发明的第五方面涉及一种用于对通过无线通信系统发送并从发射器接收的无线电信号进行处理的接收器，发射器包括至少一个发送天线，发送天线被配置为在M个不同子载波S1，...，SM上进行发射，在M个不同子载波中，至少K个不同子载波Sq+1，Sq+2，...，Sq+K是连续的，连续子载波Sq+1，Sq+2，...，Sq+K的相应频率被排序，所述无线电信号包括K个参考信号，所述无线电信号是根据权利要求1至4中任一项提供的，所述接收器包括：
至少一个接收天线；
处理器；以及
非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质包括存储在其上的指令，当由处理器执行时，所述指令将接收器配置为：
-确定信道估计，所述信道估计取决于相位噪声估计；
-使用所确定的信道估计来对无线电信号进行处理。
附图说明
本发明以示例而非限制的方式在附图中例示，其中相同的附图标记指代相似的要素，其中：
图1例示了根据本发明的发送器和接收器。
图2示意示出了根据本发明的发送器的框图。
图3详述了根据本发明的参考信号模式的示例。
图4示意示出了根据本发明的接收器的框图。
图5例示了表示根据本发明的无线电信号处理步骤的流程图。
图6例示了表示根据本发明的无线电信号解码步骤的流程图。
具体实施方式
参照图1，示出了向接收器1.2发送无线电信号的发送器1.1。接收器1.2位于发送器1.1的小区中。该发送可以是基于OFDM的发送。在该示例中，发送器1.1是固定站，而接收器1.2是移动终端。在LTE的上下文中，固定站和移动终端分别称为基站和用户设备。发送器1.1也可以是移动终端，并且接收器1.2也可以是固定站。
发送器1.1包括一个通信模块(COM_trans)1.3、一个处理模块(PROC_trans)1.4和存储器单元(MEMO_trans)1.5。MEMO_trans 1.5包括获取计算机程序的非易失性单元和获取参考信号模式参数(例如，元组)的易失性单元。PROC_trans 1.4被配置为根据本发明插入参考信号。COM_trans被配置为向接收器1.2发送无线电信号。如前所述，处理模块1.4和存储器单元1.5可以构成用于插入参考信号的装置。处理模块1.4和存储器单元1.5可以专用于该任务或还用于发送器的其它功能，如处理无线电信号。
接收器1.2包括一个通信模块(COM_recei)1.6、一个处理模块(PROC_recei)1.7以及存储器单元(MEMO_recei)1.8。MEMO_recei 1.8包括获取计算机程序的非易失性单元和获取参考信号模式参数(例如，元组)的易失性单元。PROC_recei 1.7被配置为确定信道估计和相位噪声估计并根据估计处理无线电信号，以获取由发送器1.1发射的其它符号。COM_recei 1.6被配置为从发送器接收无线电信号。如前所述，处理模块1.7和存储器单元1.8可以专用于这些任务。处理模块1.7和存储器单元1.8还可以用于接收器的其它功能。
参照图2，示出了根据本发明的发送器1.1的框图。这种OFDM发送器1.1对N’个符号的块应用OFDM方案，以获得无线电信号。在图2的示例中，OFDM发送器通过在一个发送天线Tx 2.0上进行发射来发射无线电信号，这不是限制性的并且OFDM发送器也可以通过使用数个发送天线来进行发送，例如，在MIMO上下文中。然而，在使用数个天线的上下文中，各个天线的参考信号模式可以是相同的，或者根据本发明只有一个天线发送RS，针对其它天线，RS模式的RS被零替换。
为了提供无线电信号，将串行到并行(S/P)模块2.1应用于N’个符号的块X’＝(X’1,…X’N’)。符号的块的符号可以是通过QPSK数字调制方案或任何其它数字调制方案(如QAM)获得的N’个复符号，或者可以是具有受控PAPR的序列(例如，CAZAC序列)的符号。
在S/P模块2.1的输出端，利用子载波映射模块2.2在频域中将并行符号映射到M个子载波(S1,…SM)中的N个(>N’)子载波。关于子载波映射，经由子载波映射模块2.2将复符号映射到M个现有子载波中的N个分配子载波。子载波映射可以例如是局部化的，即，N’个复符号被映射到现有的M个子载波中的N个连续子载波上。该子载波映射是根据发送器1.1使用的参考信号模式完成的。因此，未映射N’个复符号的N-N’个分配子载波对应于根据RS模式发送RS的子载波。因此，RS插入模块2.3根据如图3中描述的RS模式将RS添加到这些未使用的N-N’个子载波中。因此，子载波映射模块2.2被参数化，以将N’个符号映射到除旨在用于根据本发明的RS模式发送参考信号的N-N’个子载波之外的其它子载波上。即，例如，使未使用的子载波
然后将M大小的逆DFT模块2.4应用于所得到的M个符号X1，…，XM的向量，M个符号是N个非空符号(包括RS模式的RS)和M-N个空符号(根据子载波映射方案)，因此生成经由发送天线2.0发送的OFDM符号。更准确地，在IDFT模块2.4的输出端获得信号该信号在对应于OFDM符号的时间间隔期间占用M个现有子载波中的N个分配子载波。该时域信号/>对应于OFDM符号。
CP模块2.5可以在IDFT之后选择性地附加循环前缀。此外，数模转换器(DAC)模块2.6将从IDFT模块2.4产生的数字信号转换为可以通过天线2.0发送的模拟信号。
参照图3，示出了根据本发明的参考信号模式的示例。
本发明指定了参考信号的具体位置(即用于发送参考信号的子载波)和值。根据本发明的该特定参考信号模式(或简称为参考信号模式)能够具有无线电信号的特定属性，从而能够减少其解码期间的错误。然而，这并不限制其它子载波的使用，即，N’个子载波可以用于发送任何类型的符号，例如，如DM-RS或PTRS的其它参考信号、发送控制数据或用户数据的符号。
由本发明指定的RS模式的示例在图3中描述，参考信号按RS组定位。在图3中，配置了L个RS组。针对从1到L的i，在子载波上发送第i RS组。所述组中第一符号的位置必须大于上一组的最后位置，即，针对从1到L-1的i，qi+Ki<qi+1+1。这些位置在发送器在带宽中使用的子载波的M个位置中。RS模式中可以设置仅一个RS组，然后在子载波Sq+1，…，Sq+K上发送该RS组。
针对第i组，参考信号((分别在子载波/>上发送))的频域中的值分别等于参考信号/>(分别在子载波/>上发送)的值，如果Ki是奇数整数，则/>如果Ki是偶数整数，则/>
另外，参考信号的组可以从/>的序列产生，该序列满足自相关条件，即，例如，如果j等于1，则/>等于非空预定值，否则，则等于0。可以从这样的序列中仅产生RS组中的一些RS组。
这些序列可以是CAZAC序列，例如，Zadoff-Chu序列。
各个参考信号组的大小Ki可以如后文描述的那样根据相位噪声的频谱占用或至少根据建模相位噪声的频谱占用而选择。各个组的大小Ki可以被设置成使得信道是恒定的，或者可以在Ki.Δf的尺度上被同化。因此，如果信道至少在2.ΔPN的尺度上是恒定的，则结果会更好。
可以根据频谱中信道的变化来选择参考信号的组的数量L。实际上，如果信道对频率敏感，那么在用于通信的带宽上具有重要的参考信号组密度可能是相关的。冒险地，这些参考信号组可以均匀分布在带宽上(所有μi相等或相似)。如果信道对频率不敏感，则可能只需要一个或两个参考信号组即可在所有带宽上进行良好的信道和/或相位噪声估计。
参照图4，示出了根据本发明的接收器1.2的框图。这种接收器被配置为对由如前所述的发送器1.1发射的无线电信号进行解码。该示例示出了具有唯一接收天线的接收器，但这种接收器可以具有数个接收天线。当使用数个天线时，由各个天线接收的无线电信号不同，这引入了接收分集。在该示例中，所述无线电信号是在一个天线Rx 4.0上接收的。在将模数转换器ADC模块4.1应用于接收到的无线电信号之后，以及在可选的保护移除(通过CP模块4.2)之后，所得信号y被输入到M大小的DFT4.3中。在DFT 4.3的输出端，结果是分别在子载波S1，...，SM上接收到的M个符号Y1，...，YM。
RS提取模块4.4从M个符号Y1，...，YM中提取符号的块。更具体地，RS提取模块4.4提取子载波上的/>个接收到的连续符号/> 和/>被定义为使得这些提取符号中的每一者仅由Ki个参考信号的块的参考信号/>的样本组成。这些接收到的符号/>也可以包含来自其它符号的样本，但与块中设置的参考信号的样本相比，这些样本具有低能量。实际上，通过考虑典型的相位噪声模型，例如Wiener处理相位噪声(也称为布朗运动)，可以确定不包含其它符号的样本的连续符号的数量。此外，有利地，根据相位噪声的频谱占用ΔPN来选择参考信号的块的大小Ki，即，针对各个i，Ki.Δf等于或大于2ΔPN。有利地，Ki都相等，因为相位噪声频谱占用ΔPN针对参考信号的各个块是相同的。这能够确保接收到仅由参考信号/>的样本组成的符号/>的足够重要的块。例如，如果Ki大于或等于2ΔPN/Δf，则nmin和nmax可以定义为：
-如果Ki/2是偶数整数，则并且/>
-如果Ki/2是奇数整数，则并且/>
-如果(Ki+1)/2是偶数整数，则并且/>
-如果(Ki+1)/2是奇数整数，则并且/>
在这种情况下，针对各个i，是：/>
其中Xj是在子载波Sj上发射的符号，并且在频域中表示加性高斯白噪声(AWGN)。因此，通过替换参考信号的值，我们得到：
为简化起见，我们假设H在对应于子载波至/>的带宽上是恒定的，这些子载波是发送参考信号/>的子载波。在毫米波系统的情况下，这种假设通常不是限制性的。
因此，
如上所述，Ki可以被设置为大于或等于2ΔPN/Δf并且H可以被假设为在对应于子载波至/>的带宽上是恒定的。然而，在H不是恒定的和/或2ΔPN大于Ki.Δf的情况下，那么本发明仍然可以以良好的结果被应用，但是比在满足这些条件时准确度低。
一旦提取了这些信道和相位噪声估计模块4.5就计算信道估计和相位噪声估计。
信道和相位噪声估计模块4.5可以实现使用特定RS模式的特性的两种不同算法。
在第一算法中，信道和相位噪声估计模块4.5计算与的线性估计，其中/>是大小为/>的向量U的阶数为/>的逆DFT，如果Ki是奇数整数，则/>如果Ki是偶数整数，则/>以得到向量/>线性估计可以是：
-类似迫零的估计：
-类似MMSE估计：
其中，Vi是向量/>的大小为/>的协方差矩阵，并且/>是共轭转置运算符。
信道和相位噪声估计模块4.5计算对应于子载波至/>的带宽上的信道估计的频域表示/>例如/>等于/>(如果M是偶数整数，则/>如果M是奇数整数，则/>)。事实上，相位噪声的中心分量是最强大的分量，因此，该中心分量(分量M0)受加性噪声的影响较小，因此可以假设为可忽略不计。
信道和相位噪声估计模块4.5计算参数组其中，针对从kmin到kmax的j，/>否则为零，其中，/>是大小为/>的向量u的阶数为/>阶的DFT的第j项。然后可以基于参数组/>计算相位噪声估计的频域表示/> 例如，/>在另一示例中，各个/>可以通过RS模式基于参数的相干平均值计算，即，例如，/>这能够提高相位噪声估计的准确度。将/>乘以/>使得能够计算相位噪声分量/>其相位不依赖于信道估计。
在第二算法中，当是从满足自相关条件的/>序列(例如，Zadoff-Chu序列)产生的时，信道和相位噪声估计模块4.5计算信道估计的频域表示/>例如基于以下内容计算/>
其中，如果Ki是奇数整数，则如果Ki是偶数整数，则/>
例如，在对应于子载波至/>的带宽上，/>等于/>其中，/>
信道和相位噪声估计模块4.5计算参数组其中然后可以基于参数组/>计算相位噪声估计的频域表示/> 例如，针对/>其中如果M是偶数整数，则/>如果M是奇数整数，则/>其中如果Ki是偶数整数并且Ki/2是偶数整数，则/>并且/>如果Ki是偶数整数并且Ki/2是奇数整数，则/>并且/>如果Ki是奇数整数并且Ki/2是偶数整数，则/>并且/>如果Ki是奇数整数并且i/2是奇数整数，则/>并且/>在另一示例中，各个/>可以通过RS模式基于参数的平均值计算，即，例如，针对/>这使得能够提高相位噪声估计的准确度。
一旦信道和相位噪声估计模块4.5通过第一算法或第二算法计算了信道和相位噪声估计，均衡模块4.6就基于R的执行线性均衡，R是/>的阶数为M的DFT，其中等于/>其中/>是U的阶数为M的逆DFT的第m项，并且其中y是由接收器接收到的时域信号。A⊙B是哈达玛积。例如，/>其中FM{u}是大小为M的向量u的阶数为M的DFT并且执行基于R的/>的线性均衡。根据这样的线性均衡获得分别通过子载波S1，...，SM发送的符号X1，...，XM的估计符号/>例如，估计符号/>可以通过最小均方误差(MMSE)均衡得到，即：
其中W是对角矩阵σ2是在信道输出端处测量的加性高斯白噪声的方差。
然后将线性均衡的结果应用于子载波解映射模块4.7和并行到串行模块4.8，在其输出端处获得发射的N个符号，包括N’个符号。
参照图5，示出了表示根据本发明的无线电信号处理步骤的流程图。
在步骤S11，选择存储在存储器单元1.5中的RS模式。选择可以是静态的或动态的。当动态选择RS模式时，发送器1.1可以例如针对各个OFDM符号或针对多个OFDM符号改变用于插入RS的RS模式。该选择可以根据通过控制信道来自接收器1.2的反馈来完成。在动态选择RS模式的情况下，发送器可以根据MEMO_trans 1.5中保存的配置选择另一配置。实际上，数个配置可以存储在MEMO_trans 1.5中，这些配置可以根据RS模式提供的RS组的数量和/或参考信号的数量进行排序。RS模式可以由参考信号的数量/>由RS组的数量(L)或由RS在频域中的位置来定义。
发送器1.1可以基于通信配置(子载波间隔配置、载波频率范围、调制和编码方案、载波频率、资源分配单元)和发送的无线电信道特性(强相位噪声变化、对频率的强敏感性)来选择RS模式。
在步骤S12，子载波映射模块2.2和RS插入模块2.3根据存储器单元1.5中存储的用于发送的RS模式配置。因此，子载波映射模块2.2被配置为将其输入端处的N’个符号映射到根据RS模式将不会被个参考信号占用的子载波上。
在步骤S13，RS插入模块2.3在由RS模式定义的位置(即，在如前所述的子载波)上插入参考信号。根据子载波映射方案，其它子载波被要发送的N’个符号以及被零占用。
在步骤S14，信号被处理，即，在M个符号X＝(X1，...，XM)上应用OFDM方案(IDFT模块2.4、CP模块2.5和DAC模块2.6)。
在步骤S15，信号由Tx 2.0发射。
参照图6，示出了表示根据本发明的无线电信号解码步骤的流程图。
在步骤S21，根据RS插入模块2.3的配置，对RS提取器模块4.4、信道和相位噪声估计模块4.5和均衡模块4.6进行配置。为此，接收器1.2可以例如从发送器1.1接收用于发送的RS模式。MEMO_trans 1.5中存储的相同RS模式可以存储在MEMO_recei 1.8中。发送器1.1可以可选地通过控制信道向接收器1.2发送控制信息，该控制信息指向被选择用于发送的RS模式。
在步骤S22，RS提取模块4.4提取由DFT模块4.3输出的符号Y1，...，YM的部分符号。更具体地，RS提取模块4.4提取符号
在步骤S23，基于如前所述提取的符号来执行信道估计和相位噪声估计。
在步骤S24，由DFT模块4.3输出的符号Y1，...，YM由均衡模块4.6处理，以得到分别通过子载波S1，...，SM发送的符号X1，...，XM的估计符号这是根据如前所述由信道和相位噪声估计模块4.5计算的信道估计以及相位噪声估计来进行的。估计符号然后通过子载波解映射模块4.7和并行到串行模块4.8进行处理，以获取之前由发送器1.1处理的N’个符号。/>

Claims (16)

1.一种用于在要通过无线通信系统发送的无线电信号中发送至少K个参考信号的方法，所述无线电信号旨在由包括至少一个发送天线的发射器发射，所述至少一个发送天线被配置为在M个子载波S1，...，SM上进行发射，在所述M个子载波中，至少K个不同子载波Sq+1，Sq+2，...，Sq+K是连续的，连续子载波Sq+1，Sq+2，...，Sq+K的相应频率被排序，其中，q是大于或等于零且小于或等于M-K的整数，所述无线电信号通过以下操作提供：
插入至少K个参考信号P1，...，PK，使得分别在K个连续子载波Sq+1，Sq+2，...，Sq+K上发送所述至少K个参考信号P1，...，PK；
发射包括所述至少K个参考信号的无线电信号；
其中，如果K为奇数，则参考信号P1，...，P(K-1)/2的频域中的值分别等于参考信号P(K+3/2，...，PK的值，如果K为偶数，则参考信号P1，...，PK/2的频域中的值分别等于参考信号PK/2+1，...，PK的值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，如果K为奇数，则P1，...，P(K+1)2的值分别为序列Q1，...Q(K+1)/2，使得如果j等于1，则等于非空预定值，否则，/>等于O，其中，<n>L为1+mod(n-1，L)，其中，mod(n-1，L)为[n-1]mod L，并且如果K是偶数，则P1，...，PK/2的值分别是序列Q1，...QK/2，使得如果j等于1，则/>等于非空预定值，否则，/>等于0。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述M个子载波S1，...，SM上发送至少K+K’个参考信号，在所述M个子载波中，至少K’个不同子载波Sq’+1，Sq’+2，...，Sq’+K’是连续的，连续子载波Sq’+1，Sq’+2，...，Sq’+K’的相应频率被排序并且q’严格优于q+K，所述无线电信号进一步通过以下操作提供：
插入至少K’个参考信号P’1，...P’K’，使得分别在K’个连续子载波Sq’+1，Sq’+2，...，Sq’+K’上发送所述至少K’个参考信号P’1，...P’K’；
发射包括所述至少K+K’个参考信号的无线电信号；
其中，如果K’为奇数，则参考信号P’1，...，P’(K’-1)/2的频域中的值分别等于参考信号P’(K’+3)/2，...，P’K’的值，如果K’为偶数，则参考信号P’1，...，P’K’/2的频域中的值分别等于参考信号P’K’/2+1，...，P’K’的值。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述M个子载波S1，...，SM上发送至少K+K’个参考信号，在所述M个子载波中，至少K’个不同子载波Sq’+1，Sq’+2，...，Sq’+K’是连续的，连续子载波Sq’+1，Sq’+2，...，Sq’+K’的相应频率被排序并且q’严格优于q+K，所述无线电信号进一步通过以下操作提供：
插入至少K’个参考信号P’1，...P’K’，使得分别在K’个连续子载波Sq’+1，Sq’+2，...，Sq’+K’上发送所述至少K’个参考信号P’1，...P’K’；
发射包括所述至少K+K’个参考信号的无线电信号；
其中，如果K’为奇数，则参考信号P’1，...，P’(K’-1)/2的频域中的值分别等于参考信号P’(K’+3)/2，...，P’K’的值，如果K’为偶数，则参考信号P’1，...，P’K’/2的频域中的值分别等于参考信号P’K’/2+1，...，P’K’的值。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，K被设置成使得KΔf大于或等于2ΔPN，其中，Δf为至少所述子载波Sq+1，Sq+2，...，Sq+K的子载波间隔，并且ΔPN是影响所述无线电信号的相位噪声的频谱占用。
6.一种用于在接收器处对通过无线通信系统发送并从发射器接收的无线电信号进行处理的方法，所述发射器包括至少一个发送天线，所述至少一个发送天线被配置为在M个不同子载波S1，...，SM上进行发射，在所述M个不同子载波中，至少K个不同子载波Sq+1，Sq+2,...，Sq+K是连续的，连续子载波Sq+1，Sq+2，...，Sq+K的相应频率被排序，所述无线电信号包括K个参考信号，所述无线电信号是根据权利要求1至5中的任一项提供的，所述方法包括以下步骤：
确定信道估计，所述信道估计取决于相位噪声估计；
使用所确定的信道估计来对所述无线电信号进行处理。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，确定所述信道估计的步骤包括以下步骤：
确定符号所述符号/>在频域中分别在子载波/>上接收，其中：
-如果K/2是偶数整数，则并且/>
-如果K/2是奇数整数，则并且/>
-如果(K+1)/2是偶数整数，则并且/>
-如果(K+1)/2是奇数整数，则并且/>
计算所述信道估计，所述信道估计通过基于和/>的线性估计获得，其中，/>是大小为K0的向量U的阶数为K0的逆DFT，其中，如果K是奇数整数，则/>并且如果K是偶数整数，则/>
8.根据权利要求7所述的方法，其中，确定所述信道估计的步骤还包括以下步骤：
计算所述信道估计的频域表示使得/>基于下式计算：
其中，是基于/>和/>的所述线性估计的结果，并且/>是大小为K0的向量u的阶数为K0的DFT的第j项，并且其中，如果M是偶数整数，则/>并且如果M是奇数整数，则/>
9.根据权利要求7所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
计算所述相位噪声估计的频域表示使得基于下式计算/>其中，如果M是偶数整数，则/>并且如果M是奇数整数，则/>
其中，是基于/>和/>的所述线性估计的结果，并且/>是大小为K0的向量u的阶数为K0的DFT的第j项。
10.根据权利要求8所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
计算所述相位噪声估计的频域表示使得基于下式计算/>其中，如果M是偶数整数，则/>并且如果M是奇数整数，则/>
其中，是基于/>和/>的所述线性估计的结果，并且/>是大小为K0的向量u的阶数为K0的DFT的第j项。
11.根据权利要求6所述的方法，其中，所述无线电信号是根据权利要求2至4中任一项提供的，并且确定所述信道估计的步骤包括以下步骤：
确定符号所述符号/>在频域中分别在子载波/>上接收，其中：
-如果K/2是偶数整数，则并且/>
-如果K/2是奇数整数，则并且/>
-如果(K+1)/2是偶数整数，则并且/>
-如果(K+1)/2是奇数整数，则并且/>
计算所述信道估计的频域表示使得/>基于下式计算：
其中，如果K是奇数整数，则并且如果K是偶数整数，则/>并且其中，如果M是偶数整数，则/>并且如果M是奇数整数，则/>
-使用所计算的信道估计对所述无线电信号进行处理。
12.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
计算所述相位噪声估计的频域表示使得基于下式针对kmin≤j≤kmax计算/>其中，如果M是偶数整数，则/>并且如果M是奇数整数，则/>
其中，如果K是偶数整数并且K/2是偶数整数，则并且/>
如果K是偶数整数并且K/2是奇数整数，则并且/>
如果K是奇数整数并且K/2是偶数整数，则并且/>
如果K是奇数整数并且K/2是奇数整数，则并且/>以及
使用所计算的相位噪声估计对所述无线电信号进行处理。
13.根据权利要求9、10和12中任一项所述的方法，其中，对所述无线电信号的进行处理的步骤包括以下步骤：
计算分别在所述子载波S1，...，SM上发送的符号X1，...，XM的估计符号所述估计符号/>是通过基于R的/>的线性均衡获得的，R是/>的阶数为M的DFT，其中，/>等于/>其中，/>是U的阶数为M的逆DFT的第m坝，并且其中，y是由所述接收器接收到的时域信号。
14.一种非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质包括代码指令，当所述指令由处理器运行时，所述代码指令执行根据权利要求1至13中任一项所述的方法。
15.一种用于在要通过无线通信系统发送的无线电信号中发送至少K个参考信号的发射器，所述无线电信号旨在由所述发射器发射，所述发射器包括：
至少一个发送天线，所述至少一个发送天线被配置为在M个子载波S1，...，SM上进行发射，在所述M个子载波中，至少K个不同子载波Sq+1，Sq+2，...，Sq+K是连续的，连续子载波Sq+1，Sq+2，...，Sq+K的相应频率被排序，
处理器；以及
非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质包括存储在其上的指令，当由所述处理器执行时，所述指令将所述发射器配置为：
-插入所述至少K个参考信号P1，...，PK，使得分别在K个连续子载波Sq+1，Sq+2，...，Sq+K上发送所述至少K个参考信号P1，...，PK；
-发射包括所述至少K个参考信号的所述无线电信号；
其中，如果K为奇数，则参考信号P1，...，P(K-1)/2的频域中的值分别等于参考信号P(K+3)/2,...，PK的值，如果K为偶数，则参考信号P1，...，PK/2的频域中的值分别等于参考信号PK/2+1，...，PK的值。
16.一种用于对通过无线通信系统发送并从发射器接收的无线电信号进行处理的接收器，所述发射器包括至少一个发送天线，所述至少一个发送天线被配置为在M个不同子载波S1，...，SM上进行发射，在所述M个不同子载波中，至少K个不同子载波Sq+1，Sq+2，...，Sq+K是连续的，连续子载波Sq+1，Sq+2，...，Sq+K的相应频率被排序，所述无线电信号包括K个参考信号，所述无线电信号是根据权利要求1至5中任一项提供的，所述接收器包括：
至少一个接收天线；
处理器；以及
非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质包括存储在其上的指令，当由所述处理器执行时，所述指令将所述接收器配置为：
-确定信道估计，所述信道估计取决于相位噪声估计；
-使用所确定的信道估计来对所述无线电信号进行处理。
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