CN1703035A - 无线通信设备 - Google Patents

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竹田大辅
江头庆真
青木亚秀
田边康彦
原田康祐
内川浩典
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Abstract

在从多个天线发送数据之前，从这些天线发送多个已知符号序列。每个已知符号序列包含具有不同副载波排列的多个已知符号。从不同天线发送的已知符号具有不同副载波排列。

Description

无线通信设备
对相关专利申请的交叉引用
本申请基于2004年5月28日提交的在先日本专利申请2004-160268，并且要求该专利申请的优先权；这里参考引用了该专利申请的全部内容。
技术领域
本发明涉及所谓的MIMO-OFDM无线通信设备，其尤其适用于通过使用多个天线和多个副载波进行通信的高速无线LAN。
背景技术
在例如IEEE 802.11a的常规无线LAN标准中，通过在数据信号之前发送已知符号(短前同步码和长前同步码)来进行同步处理和信道估计。通过使用这些前同步码，后续信号部分和数据部分能够被解调。
近来，正在建立称为IEEE 802.11n的高速无线LAN标准。为在MAC层实现100Mbps的传输速率，该IEEE802.11n基于使用多个天线的多输入多输出(MIMO)。在这个MIMO技术中，必须通过使用前同步码从多个发送天线发送已知符号，以便估计从这些发送天线到每个接收天线的传播路径的信道响应。
在Jan Boer等人在″Backwards Compatibility″，IEEE802.11-03/714r0中提出的前同步码信号规划中，用于时间同步、频率同步和AGC的短前同步码序列，包含用于信道估计的符号的长前同步码，和一个信号域被从一个发送天线首先发送，并且接着从其它发送天线按顺序发送用于信道估计的长前同步码。在前同步码信号的发送被如此完成之后，同时从多个发送天线发送数据。即，用于信道估计的长前同步码被从多个发送天线通过时分复用方式发送。在Jan Boer等人的这个前同步码信号规划中，使用单个天线发送每个长前同步码，因为包含用于信道估计的已知符号的长前同步码被从多个发送天线通过时分复用方式发送。另一方面，使用多个天线同时发送这些前同步码之后的数据符号。
在无线通信设备中，发送器的发送功率期望随时间恒定。然而，当已知符号传输和数据符号传输中使用的天线的数量如上所述有所不同时，已知符号传输期间功率放大器的增益必须被设置为高于数据符号传输期间的增益，以便保持发送功率恒定。即，功率放大器的增益必须在传输期间频繁切换。这种增益切换对功率放大器及其控制系统产生负载，并且降低了吞吐率。
另一方面，如果因为传输中使用的天线的数量发生改变而使得接收信号的功率在接收器中产生较大波动，则变得难以执行自动增益控制(AGC)，其中通过AGC在ADC的动态范围内控制用于将接收信号转换为数字信号的模数转换器(ADC)的输入信号水平。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种使用前同步码结构的无线通信设备，其能够保持发送功率基本恒定而无需增益切换。
本发明的另一个目的是使得能够通过已知符号进行准确信道估计。
本发明的另一个目的是允许接收端容易地估计传输中使用的天线的数量，而无需添加任何额外信息到前同步码中，从而使得数据符号的正确解调可行。
根据本发明一个方面，提供一种无线通信设备，包括多个天线；已知符号发送单元，被构造成用于使用所述多个天线发送多个已知符号序列，每个已知符号序列包含多个已知符号，多个已知符号从不同天线发送并且具有不同副载波排列；和数据符号发送单元，被构造成用于在已知符号序列被发送之后使用所述多个天线发送数据符号。
根据本发明另一个方面，提供一种无线通信设备，包括接收单元，被构造成用于接收多个已知符号序列，和该已知符号序列之后的数据符号，每个已知符号序列包含多个已知符号，多个已知符号同时从具有不同副载波排列的不同天线发送；信道估计单元，被构造成用于从接收的已知符号序列获得信道估计值；和再生单元，被构造成用于使用该信道估计值再生数据符号。
附图说明
图1是基于本发明第一至第三实施例的发送器的模块图；
图2A、2B和2C是用于说明基于第一实施例的已知符号传输方法的视图；
图3是基于第一实施例的接收器的模块图；
图4A和4B是用于说明基于第三实施例的已知符号传输方法的视图；
图5是基于第三实施例的接收器的模块图；
图6是基于本发明第四实施例的发送器的模块图；
图7A、7B和7C是用于说明基于第四实施例的已知符号传输方法的视图；
图8A和8B是均示出已知符号副载波排列和信道响应之间的关系、用于说明第四实施例的视图；
图9是基于第四实施例的接收器的模块图；
图10是示出图6的接收器中的发送天线数估计算法的流程图；
图11A和11B是用于说明基于本发明第五实施例的已知符号传输方法的视图；
图12是基于第五实施例的接收器的模块图；
图13A和13B是示出图12的接收器中的发送天线数估计算法的流程图；
图14A、14B和14C是用于说明基于第六实施例的已知符号传输方法的视图；
图15A和15B是示出第六实施例中的发送天线数估计算法的流程图；而
图16A、16B和16C是用于说明基于本发明第七实施例的已知符号传输方法的视图。
具体实施方式
下面参照附图详细描述本发明的实施例。根据每个实施例的无线通信系统适用于例如无线LAN或移动通信系统(蜂窝系统)，其包含至少一个基站设备和至少一个终端设备。例如该基站设备或终端设备的无线通信设备中包含的发送器和接收器将在下面说明。
(第一实施例)
首先参照图1说明基于本发明第一实施例的发送器。图1示出这个发送器的物理层。数据(比特流)10以某种传输单元(例如，帧或分组)从上层发送。编码器11对输入数据10执行例如纠错编码，并且产生编码比特序列。串并(S/P)转换器12通过串并转换分割该编码比特序列为多个流。调制器13-1到13-M将这些流映射在复平面上，以产生调制数据符号。
S/P转换器14-1到14-M对调制数据符号执行串并转换，使得它们以正交频分复用(OFDM)的副载波的方式被发送。另外，逆快速富立叶变换(IFFT)单元18-1到18-M将频域上的这些信号变换为时域信号。来自IFFT单元18-1到18-M12的输出时域信号被输入到发送单元19。
在发送单元19中，保护间隔(GI)被加到来自IFFT单元18-1到18-M的输出信号中，并且获得的信号被数模转换器(DAC)转换成模拟信号。来自DAC的输出信号被频率转换器转换(即，上变转换)到射频(RF)频带，并且通过功率放大器被提供给发送天线20-1到20-M。OFDM信号被从发送天线20-1到20-M发送通信伙伴的无线通信设备。
在数据符号被发送为OFDM信号之前发送前同步码。下面说明前同步码，尤其是用于信道估计的已知符号的传输系统。
已知符号模式产生器15是例如只读存储器(ROM)，并且存储多个已知符号模式。通过在事先分配的多个OFDM副载波的某些上传递其信息，发送每个已知符号。作为已知符号序列的已知符号模式指示在其上将传递已知符号的信息的副载波。
当已知符号要被发送时，根据来自计数器16的信号，在该已知符号的发送定时顺序读取存储在已知符号模式产生器15的ROM中的多个已知符号模式。计数器16对时间进行计数，并且输出时刻改变的计数。
当象在这个例子中那样频域的已知符号模式被存储在ROM中时，读出的已知符号模式通过选择器17被输入到IFFT单元18-1到18-M，被转换为时域中的波形，并且被提供给发送单元19。如果时域中的波形的已知模式被存储在ROM中，则读出的已知符号通过绕过IFFT单元18-1到18-M被提供给发送单元19。
从每个天线多数发送已知符号。基于被发送多次的已知符号的发送顺序，选择器17分配从已知符号模式产生器15的ROM读取的已知符号模式，使得从合适发送天线发送读取的已知符号模式。即，根据来自计数器16的指示时间信息的计数值，选择器17分配已知符号模式到发送天线20-1到20-M。注意，如果出现多个类型的已知符号，例如无线LAN的前同步码中包含的短前同步码和长前同步码，则计数器16和选择器17有选择地从ROM读取这些不同类型的已知符号模式。
表1
 符号1   符号2   符号3 ... 符号M-1  符号M
 天线1  模式1   模式2   模式3 ... 模式M-1  模式M
 天线2  模式2   模式3   模式4 ... 模式M  模式1
 天线3  模式3   模式4   模式5 ... 模式1  模式2
 ...  ...   ...   ... ... ...  ...
 天线M-1  模式M-1   模式M   模式1 ... 模式M-3  模式M-2
 天线M  模式M   模式1   模式2 ... 模式M-2  模式M-1
如表1中选择器17的详细操作例子所示，选择器17示出从各个发送天线发送的已知符号的模式(已知符号模式)。注意，为了简单，图1中示出的发送天线20-1到20-M由表1中的天线1到M表示。
根据表1，M个已知符号，即符号1，符号2，...，符号M-1和符号M被发送如下。即，从天线1，模式1，模式2，...，模式M-1和模式M被按此顺序发送。从天线2，相对从天线1发送的已知符号被相移一个模式的模式2，模式3，...，模式M和模式1被按此顺序发送为已知符号。同样地，从天线M，模式M，模式1，...，模式M-1被按此顺序发送为已知符号。
另一方面，接收器(以后描述)能够在接收从各个发送天线同时发送的M个已知符号时获得所有副载波的信道估计值。
下面参照图2A到2C详细描述发送对于信道估计的已知符号的方法的例子。图2A，2B和2C图解了当同时发送已知符号的发送天线的数量分别为1、2、3和4时包含前同步码的无线帧的结构。第一实施例假定例如无线LAN的系统在数据DATA之前发送用于同步的短前同步码SP和用于信道估计的长前同步码LP。短前同步码SP的排列没有特别限制。例如，能够由多个发送天线发送类似于IEEE 802.11a的短前同步码。
已知符号被用于MIMO通信中的信道估计。在无线LAN中，已知符号对应于图2A，2B和2C中示出的长前同步码LP。参照图2A，2B和2C，对从每个发送天线发送的长前同步码LP进行频分复用。假定存在M个发送天线和N个OFDM副载波，并且N能够被M整除，则已知符号的信息存在于下面表达式(1)表示的副载波中(N个副载波的编号被定义成第0到第(n-1))，并且不存在于任何其他副载波中。
(Mk+m+i)mod N            (1)
其中m＝0，2，...，M-1是天线编号，i＝0，1，2，...，是时域中已知符号的编号，并且k＝0，1，...，(N/M-1)表示副载波索引。例如，图2A，2B和2C基于副载波数量为12(N＝12)的假定。如果图2A中示出的天线的数量为2(M＝2)，则根据表达式(1)，其中存在从天线1和2发送的两个已知符号的信息的副载波的位置如下。
·天线1：第一已知符号：{第0，第2，第4，第6，第8，和第10}副载波；即，LP(2，1)＝{1，0，1，0，1，0，1，0，1，0，1，0}
·天线1：第二已知符号：{第1，第3，第5，第7，第9，和第11}副载波；即，LP(2，2)＝{0，1，0，1，0，1，0，1，0，1，0，1}
·天线2：第一已知符号：{第1，第3，第5，第7，第9，和第11}副载波；即，LP(2，2)＝{0，1，0，1，0，1，0，1，0，1，0，1}
·天线2：第二已知符号：{第0，第2，第4，第6，第8，和第10}副载波；即，LP(2，1)＝{1，0，1，0，1，0，1，0，1，0，1，0}
在图2A，2B和2C中，相对于时间表示前同步码的结构。然而为了方便，以这样的方式图解长前同步码LP，其中使各个天线中使用的副载波彼此不同。假定在图2A示出的情况(天线数量M为2)下已知符号具有模式LP(M，n)(M为发送天线数量，n是模式编号)，已知符号模式被从天线1和2发送如下。
·天线1：按照LP(2，1)和LP(2，2)的顺序发送；
·天线2：按照LP(2，2)和LP(2，1)的顺序发送；
在这种情况下，通过提取从天线1发送的已知符号的第一符号的奇数编号的副载波和第二符号的偶数编号的副载波，接收器(下面描述)能够获得来自天线1的所有副载波的信道估计值。同样地，对于从天线2发送的已知符号，通过提取第一符号的偶数编号的副载波和第二符号的奇数编号的副载波，能够获得来自天线2的所有副载波的信道估计值。并且，即使符号模式被按相反顺序发送如下，
·天线1：按照LP(2，2)和LP(2，1)的顺序发送；
·天线2：按照LP(2，1)和LP(2，2)的顺序发送；
通过改变接收器提取的副载波的顺序能够获得与上述相同的结果。
在图2B示出的情况下(天线数量M为3)，M＝3，所以根据表达式(1)，其中存在从天线1，2和3发送的3个已知符号的信息的副载波的位置如下。
·天线1：第一已知符号：{第0，第3，第6，和第9}副载波；即LP(3，1)＝{1，0，0，1，0，0，1，0，0，1，0，0}
·天线1：第二已知符号：{第1，第4，第7，和第10}副载波；即LP(3，2)＝{0，1，0，0，1，0，0，1，0，0，1，0}
·天线1：第三已知符号：{第2，第5，第8，和第11}副载波；即LP(3，3)＝{0，0，1，0，0，1，0，0，1，0，0，1}
·天线2：第一已知符号：{第1，第4，第7，和第10}副载波；即LP(3，2)＝{0，1，0，0，1，0，0，1，0，0，1，0}
·天线2：第二已知符号：{第2，第5，第8，和第11}副载波；即LP(3，3)＝{0，0，1，0，0，1，0，0，1，0，0，1}
·天线2：第三已知符号：{第0，第3，第6，和第9}副载波；即LP(3，1)＝{1，0，0，1，0，0，1，0，0，1，0，0}
·天线3：第一已知符号：{第2，第5，第8，和第11}副载波；即LP(3，3)＝{0，0，1，0，0，1，0，0，1，0，0，1}
·天线3：第二已知符号：{第0，第3，第6，和第9}副载波；即LP(3，1)＝{1，0，0，1，0，0，1，0，0，1，0，0}
·天线3：第三已知符号：{第1，第4，第7，和第10}副载波；即LP(3，2)＝{0，1，0，0，1，0，0，1，0，0，1，0}
在这种情况下，从天线1，2和3发送已知符号模式如下。
·天线1：按照LP(3，1)，LP(3，2)和LP(3，3)的顺序发送；
·天线2：按照LP(3，2)，LP(3，3)和LP(3，1)的顺序发送；
·天线1：按照LP(3，3)，LP(3，1)和LP(3，2)的顺序发送；
在图2C所示的情况中(4个天线)，通过上述模拟可知其中存在从各个天线发送的四个已知符号的信息的副载波的位置，和从这些天线发送的已知符号模式的顺序。在上述图2A，2B和2C所示的副载波排列中，在其上传递已知符号的信息片段的副载波的位置形成嵌套结构。
当如上所述发送已知符号时，通过提取在不同定时从不同天线发送的不同副载波，接收器能够以和天线数量为2时相同的方式获得所有副载波的信道估计值。并且，象在具有两个天线时那样，即使切换已知符号的发送顺序，通过改变要提取的副载波的顺序仍然能够获得与上述相同的结果，假定天线方向的组合保持相同。
根据本发明第一实施例的接收器会在下面参照图3描述。参照图3，从图1示出的发送器发送的RF频带的OFDM信号被多个接收天线30-1到30-M接收。来自接收天线30-1到30-M的OFDM接收信号被输入到接收单元31。
在接收单元31中，来自接收天线30-1到30-M的输入OFDM信号被低噪声放大器(LNA)放大，并且被频率转换器转换(即，下变转换)到基带。另外，这些频率转换信号被ADC转换成数字信号，并且保护间隔(GI)被从数字信号中清除。
来自接收单元31的输出信号被输入到快速富立叶变换(FFT)单元32-1到32-M，其中这些时域信号被转换成频域信号，即各个副载波的波形。在来自FFT单元32-1到32-M的输出信号中，数据符号部分的信号被输入到MIMO信号处理单元38。
另一方面，在来自FFT单元32-1到32-M的输出信号中，前同步码，尤其是已知符号部分的信号被存储在缓冲区37-1到37-M中。当存储在这些缓冲区中的各个副载波的波形被输入到载波选择器33-1到33-M时，基于存储在ROM 34中的已知符号模式使发送天线和副载波彼此相关。通过这种方式，获得发送天线和接收天线之间的信道估计值。获得的信道估计值被MIMO信号处理单元38用于解调。
MIMO信号处理单元38基于来自载波选择器33-1到33-M的信道估计值对来自FFT单元32-1到32-M的数据符号部分信号执行MIMO信号接收处理，例如最大似然估计。对已经过这个MIMO信号接收处理的信号执行信道解码，从而再生所发送的数据39。
在上述第一实施例中，已知符号被同时从发送器的所有天线发送。因此，发送功率能够保持恒定，而无需频繁切换功率放大器的增益。这意味着没有出现短前同步码和长前同步码之间的功率波动，并且这允许使用短前同步码在接收器实现容易的AGC。
并且，由于已知符号被同时从天线发送为不同波形，没有出现当相同波形被从多个天线发送时的波束形成效应。因此，当从发送器观察时出现在各个方向的接收器能够正确接收已知符号。
另外，发送器的天线的副载波排列(分配)是不同的。因此，从这些天线发送的波形彼此正交，所以能够针对每个天线执行准确信道估计。
此外，天线数量没有限制(例如，效率在码复用中恶化，除非使用第二功率)，所以可以相对于天线数量线性地调节符号数量。
如上所述，通过在放大器上负载降低的同时防止天线数量导致的效率降低，可以进行所有副载波的信道估计。
在实施例中，从所有天线同时发送已知符号。因此，发送功率能够保持恒定，而无需频繁切换功率放大器的增益。从不同天线同时将已知符号发送为不同波形。这防止形成当从多个天线发送相同波形时产生的NULL(方向性的零点)。因此，接收器能够正确接收已知符号。此外，由于发送器的天线具有不同副载波排列(分配)，这些天线彼此正交。这允许每个天线的准确信道估计。
(第二实施例)
在第一实施例中，载波数量N可被天线数量M除尽。在第二实施例中，将说明N不可被M除尽，例如无线LAN的长前同步码的情况的例子。在无线LAN的64个IFFT样本中，可用副载波为52个副载波，并且其它副载波不在信号上传递。在这种情况下，如果天线数量M为3，N不可被M除尽，所以分配给每个天线的副载波的数量在天线彼此间发生改变。
例如，在IEEE 802.11a的长前同步码L-26，26中，具有表2所示模式的信号出现在第-26到第26副载波中，并且通过BPSK调制来发送。
表2
IEEE 802.11a长前同步码结构(L-26，26)
  载波编号   -26   -25   -24   -23   -22   -21   -20   -19   -18   -17   -16   -15   -14
  序列   1   1   -1   -1   1   1   -1   1   -1   1   1   1   1
  载波编号   -13   -12   -11   -10   -9   -8   -7   -6   -5   -4   -3   -2   -1
  序列   1   1   -1   -1   1   1   -1   1   -1   1   1   1   1
  载波编号   +1   +2   +3   +4   +5   +6   +7   +8   +9   +10   +11   +12   +13
  序列   1   -1   -1   1   1   -1   1   -1   1   -1   -1   -1   -1
  载波编号   +14   +15   +16   +17   +18   +19   +20   +21   +22   +23   +24   +25   +26
  序列   -1   1   1   -1   -1   1   -1   1   -1   1   1   1   1
(对于载波编号0，序列为0)
相对比地，在本发明的实施例中，从各个天线发送的已知符号(长前同步码)经过频率复用。假定基于第二实施例的已知符号的模式为L-26，26(M，n)(M为发送天线数量，n为模式编号)，被乘以已知符号的模式LP(M，n)的发送序列L-26，26如表3或4中所示，如果天线数量为2。现有长前同步码被用作基础，并且对于第-26到第-1副载波，副载波被分配给从第-26位置开始的每个其它位置。类似地，副载波被分配给第1到第26副载波的每个其它位置。当存在2个发送天线时，使用表3或4所示的模式将长前同步码发送如下。
·天线1：按照L-26，26(2，1)和L-26，26(2，2)的顺序发送；
·天线2：按照L-26，26(2，2)和L-26，26(2，1)的顺序发送；
表3
长前同步码结构模式1(L-26，26(2，1))
当两个发送天线时
  载波编号   -26   -25   -24   -23   -22   -21   -20   -19   -18   -17   -16   -15   -14
  L-26，26(2，1)   1   0   -1   0   1   0   -1   0   -1   0   1   0   1
  载波编号   -13   -12   -11   -10   -9   -8   -7   -6   -5   -4   -3   -2   -1
  L-26，26(2，1)   0   1   0   -1   0   1   0   1   0   1   0   1   0
  载波编号   +1   +2   +3   +4   +5   +6   +7   +8   +9   +10   +11   +12   +13
  L-26，26(2，1)   0   -1   0   1   0   -1   0   -1   0   -1   0   -1   0
  载波编号   +14   +15   +16   +17   +18   +19   +20   +21   +22   +23   +24   +25   +26
  L-26，26(2，1)   -1   0   1   0   -1   0   -1   0   -1   0   1   0   1
(对于载波编号0，模式为0)
表4
长前同步码结构模式2(L-26，26(2，2))
当两个发送天线时
  载波编号   -26   -25   -24   -23   -22   -21   -20   -19   -18   -17   -16   -15   -14
  L-26，26(2，2)   0   1   0   -1   0   1   0   1   0   1   0   1   0
  载波编号   -13   -12   -11   -10   -9   -8   -7   -6   -5   -4   -3   -2   -1
  L-26，26(2，2)   1   0   -1   0   1   0   -1   0   -1   0   1   0   1
  载波编号   +1   +2   +3   +4   +5   +6   +7   +8   +9   +10   +11   +12   +13
  L-26，26(2，2)   1   0   -1   0   1   0   1   0   1   0   -1   0   -1
  载波编号   +14   +15   +16   +17   +18   +19   +20   +21   +22   +23   +24   +25   +26
  L-26，26(2，2)   0   1   0   -1   0   1   0   1   0   1   0   1   0
(对于载波编号0，模式为0)
注意，也可以以下面的相反顺序发送长前同步码。
·天线1：按照L-26，26(2，2)和L-26，26(2，1)的顺序发送；
·天线2：按照L-26，26(2，1)和L-26，26(2，2)的顺序发送；
另一方面，当存在3个天线时，表5到7所示的模式被用于52个副载波。对于第-26到第-1副载波，副载波被分配给从第-26位置开始的每第三个位置。类似地，副载波被分配给第1到第26副载波的每第三个位置。当存在3个发送天线时的传输模式如下所述。
·天线1：按照L-26，26(3，1)，L-26，26(3，2)和L-26，26(3，3)的顺序发送；
·天线2：按照L-26，26(3，2)，L-26，26(3，3)和L-26，26(3，1)的顺序发送；
·天线3：按照L-26，26(3，3)，L-26，26(3，1)和L-26，26(3，2)的顺序发送；
表5
长前同步码结构模式1(L-26，26(3，1))
当三个发送天线时
  载波编号   -26   -25   -24   -23   -22   -21   -20   -19   -18   -17   -16   -15   -14
  L-26，26(3，1)   1   0   0   -1   0   0   -1   0   0   1   0   0   1
  载波编号   -13   -12   -11   -10   -9   -8   -7   -6   -5   -4   -3   -2   -1
  L-26，26(3，1)   0   0   -1   0   0   1   0   0   -1   0   0   1   0
  载波编号   +1   +2   +3   +4   +5   +6   +7   +8   +9   +10   +11   +12   +13
  L-26，26(3，1)   0   -1   0   0   1   0   0   -1   0   0   -1   0   0
  载波编号   +14   +15   +16   +17   +18   +19   +20   +21   +22   +23   +24   +25   +26
  L-26，26(3，1)   -1   0   0   -1   0   0   -1   0   0   1   0   0   1
(对于载波编号0，模式为0)
表6
长前同步码结构模式2(L-26，26(3，2))
当三个发送天线时
  载波编号   -26   -25   -24   -23   -22   -21   -20   -19   -18   -17   -16   -15   -14
  L-26，26(3，2)   0   1   0   0   1   0   0   1   0   0   1   0   0
  载波编号   -13   -12   -11   -10   -9   -8   -7   -6   -5   -4   -3   -2   -1
  L-26，26(3，2)   1   0   0   -1   0   0   -1   0   0   1   0   0   1
  载波编号   +1   +2   +3   +4   +5   +6   +7   +8   +9   +10   +11   +12   +13
  L-26，26(3，2)   1   0   0   1   0   0   1   0   0   -1   0   0   -1
  载波编号   +14   +15   +16   +17   +18   +19   +20   +21   +22   +23   +24   +25   +26
  L-26，26(3，2)   0   0   1   0   0   1   0   0   -1   0   0   1   0
(对于载波编号0，模式为0)
表7
长前同步码结构模式3(L-26，26(3，3))
当三个发送天线时
  载波编号   -26   -25   -24   -23   -22   -21   -20   -19   -18   -17   -16   -15   -14
  L-26，26(3，3)   0   0   -1   0   0   1   0   0   -1   0   0   1   0
  载波编号   -13   -12   -11   -10   -9   -8   -7   -6   -5   -4   -3   -2   -1
  L-26，26(3，3)   0   1   0   0   1   0   0   1   0   0   1   0   0
  载波编号   +1   +2   +3   +4   +5   +6   +7   +8   +9   +10   +11   +12   +13
  L-26，26(3，3)   0   0   -1   0   0   -1   0   0   1   0   0   -1   0
  载波编号   +14   +15   +16   +17   +18   +19   +20   +21   +22   +23   +24   +25   +26
  L-26，26(3，3)   0   1   0   0   -1   0   0   1   0   0   1   0   0
(对于载波编号0，模式为0)
当存在2个天线时能够切换要发送的已知符号的顺序，假定天线方向的组合保持相同。
通过与如上所述的方式相同的方式，当存在M个天线时，针对第-26到第-1副载波，副载波被分配给从第-26位置开始的每个第M位置，并且针对第1到第26副载波，副载波被类似地分配给每个第M位置。在如上所述的第二实施例中，即使是在MIMO无线LAN系统中，也能够以和第一实施例的方式相同的方式由已知符号获得信道估计值。
(第三实施例)
下面参照图4A和4B描述根据本发明第三实施例的发送用于信道估计的已知符号的方法。图4A和4B分别示出当同时发送已知符号的天线的数量为2和3时包含前同步码的无线帧的结构。
在第一实施例中，通过接收M个发送天线的M个已知符号，能够执行信道估计。相对比地，第三实施例假定接收2M个已知符号以便提高图3中信道估计的准确度。当使用在第一实施例中说明的已知符号模式LP(M，n)(M为发送天线数量， n为模式编号)时，在第三实施例中发送已知符号如下。
<2个发送天线>
·天线1：按照LP(2，1)，LP(2，1)，LP(2，2)和LP(2，2)的顺序发送；
·天线2：按照LP(2，2)，LP(2，2)，LP(2，1)和LP(2，1)的顺序发送；
<3个发送天线>
·天线1：按照LP(3，1)，LP(3，1)，LP(3，2)，LP(3，2)，LP(3，3)和LP(3，3)的顺序发送；
·天线2：按照LP(3，2)，LP(3，2)，LP(3，3)，LP(3，3)，LP(3，1)和LP(3，1)的顺序发送；
·天线3：按照LP(3，3)，LP(3，3)，LP(3，1)，LP(3，1)，LP(3，2)和LP(3，2)的顺序发送；
即使在4个或更多发送天线时，仍然如上所述连续发送具有相同模式的已知符号。另一方面，接收端能够通过累加具有相同模式的已知符号来降低噪声的影响，并且能够提高信道估计的准确度。
在如上所述的第三实施例中，由于已知符号数量提高，因此效率降低。然而，象在第一实施例中说明的已知符号发送方法中那样，能够提高信道估计的准确度。
(第四实施例)
在MIMO无线通信系统中，通常有必要估计接收端发送天线的数量。如果不能进行这个发送天线数量的估计，则不能继续解调后续数据部分。因此，估计需要非常高的准确度。在本发明的第四实施例中，将说明其中发送端不通知发送天线数量并且接收端执行天线数量的盲估计的方法。
如图6中所示，除图1示出的其它实施例的发送器之外，根据本发明第四实施例的发送器具有反相器21。下面参照图7A，7B和7C说明发送用于信道估计的已知符号的方法。图7A，7B和7C分别图解了当同时发送已知符号的天线的数量为2，3和4时包含前同步码的无线分组的结构。虽然图7A，7B和7C类似于图2A，2B和2C，然而在从每个天线发送的已知符号中，最后符号的相位被反转。即，图7A，7B和7C中每个变黑的副载波的相位相对于最初发送的副载波的相位是反转的。图6示出的反相器21执行这个相位反转。
当使用第一实施例中说明的已知符号模式LP(M，n)(M为发送天线数量， n为模式编号)时，在第四实施例中发送已知符号如下。
<2个发送天线>
·天线1：按照LP(2，1)和-LP(2，2)的顺序发送；
·天线2：按照LP(2，2)和-LP(2，1)的顺序发送；
<3个发送天线>
·天线1：按照LP(3，1)，LP(3，2)和-LP(3，3)的顺序发送；
·天线2：按照LP(3，2)，LP(3，3)和-LP(3，1)的顺序发送；
·天线3：按照LP(3，3)，LP(3，1)和-LP(3，2)的顺序发送；
<4个发送天线>
·天线1：按照LP(4，1)，LP(4，2)，LP(4，3)和-LP(4，4)的顺序发送；
·天线2：按照LP(4，2)，LP(4，3)，LP(4，4)和-LP(4，1)的顺序发送；
·天线3：按照LP(4，3)，LP(4，4)，LP(4，1)和-LP(4，2)的顺序发送；
·天线4：按照LP(4，4)，LP(4，1)，LP(4，2)和-LP(4，3)的顺序发送；
其中-LP(M，n)表示LP(M，n)的所有分量乘以-1。这意味着被应用-LP(M，n)的长前同步码被相位反转。如果信道的波动较小，则时间彼此邻近的符号的信道大概基本相同。并且，相邻副载波的信道的影响估计基本相同。因此，如图8A和8B中所示，时间相邻符号的频域中的波形可能高度相关。
当在上述情况中每个天线的时间相邻已知符号相关时，对所有接收天线有以下预计。
<2个发送天线>
第一和第二接收已知符号的频域波形高度相关，并且由于第二已知符号的相位被反转，因此相关数值为负。
<3个发送天线>
第一和第二接收已知符号的频域波形高度相关，并且相关数值为正。
第二和第三接收已知符号的频域波形高度相关，并且由于第三已知符号的相位被反转，因此相关数值为负。
<4个发送天线>
第一和第二接收已知符号的频域波形高度相关，并且相关数值为正。
第二和第三接收已知符号的频域波形高度相关，并且相关数值为正。
第三和第四接收已知符号的频域波形高度相关，并且由于第四已知符号的相位被反转，因此相关数值为负。
如上所述，当存在2个发送天线时，前2个相邻符号之间的相关具有负数值，所以这里能够估计存在2个天线。如果相关具有正数值，则检查下2个相邻符号之间的相关。通过当相关数值改变为负时接收的已知符号的数量能够估计发送天线的数量。
图9示出了具有这个天线数量估计功能的接收器。除图3示出的接收器之外，这个接收器具有用于获得上述相关的相关器40-1到40-M。
下面参照图10描述图9示出的接收器中发送天线数估计序列的算法。首先清除缓冲区37-1到37-M，并且将2设置为计数器35的初值。之后，在缓冲区37-i中缓冲某个天线(30-i)接收的已知符号(步骤S101到S103)。接着，相关器40-i获得缓冲的已知符号的频域波形和相同天线接收的已知符号的频域波形之间的相关(步骤S104和S105)。如第一实施例中所述，相邻已知符号被彼此偏移一个副载波。因此，这个相关计算被定义如下。
假定缓冲的数据(即紧接在前的已知符号)的频域波形为f(0)，f(1)，f(2)，...，f(N-1)(N是副载波的数量)，并且接着接收的已知符号的频域波形为f′(0)，f′(1)，f′(2)，...，f′(N-1)，
(相关数值)＝f(0)*f′(1)+f(1)*f′(2)+f(2)*f′(3)+...+f(N-2)*f′(N-1)
其中a*b为将a乘以b的复共轭的计算。
MIMO信号处理单元38检查相关器37-i如此计算的相关数值(步骤S106)。如果相关数值为负，则MIMO信号处理单元38确定当前接收的符号是最后已知符号，并且根据由计数器35获得的迄今为止接收的已知符号模式的数量来估计发送天线的数量(步骤S107)。
MIMO信号处理单元38使用如此估计的发送天线的数量再生数据符号。如果在步骤S106确定相关数值不为负，则MIMO信号处理单元38缓冲接收的已知符号的频域波形(步骤S108)，并且递增计数器35(步骤S109)。每当接收新已知符号时，MIMO信号处理单元38重复在步骤S104到S109的操作。
如果使用多个接收天线，则也可以执行以下方法。
(a)仅当对于所有接收天线相关数值均为负时，确定检测到已知符号的结束，并且确定发送天线的数量。
(b)相加根据所有接收天线计算的相关数值，并且如果总相关数值为负，则确定检测到已知符号的结束，并且确定发送天线的数量。
虽然方法(a)的条件更为严格，然而在条件被满足的情况下能够可靠地检测发送天线的数量。
<第五实施例>
下面参照图11A和11B描述根据本发明第五实施例的发送用于信道估计的已知符号的方法。图11A和11B分别示出当同时发送已知符号的天线的数量为2和3时包含前同步码的无线分组的结构。
在第五实施例中，为提高发送天线数估计准确度和信道估计准确度，象在第二实施例中那样重复发送具有相同模式的已知符号。
另外，为了象在第四实施例中那样实现天线数量的盲估计，在从每个天线发送的已知符号中，最后符号的相位被反转，即图11A和11B中示出的每个变黑的副载波的相位相对于最初发送的副载波的相位是被反转的。图6示出的反相器21执行这个相位反转操作。在第五实施例中，已知符号被发送如下。
<2个发送天线>
·天线1：按照LP(2，1)，LP(2，1)，-LP(2，2)和-LP(2，2)的顺序发送；
·天线2：按照LP(2，2)，LP(2，2)，-LP(2，1)和-LP(2，1)的顺序发送；
<3个发送天线>
·天线1：按照LP(3，1)，LP(3，1)，LP(3，2)，LP(3，2)，-LP(3，3)和-LP(3，3)的顺序发送；
·天线2：按照LP(3，2)，LP(3，2)，LP(3，3)，LP(3，3)，-LP(3，1)和-LP(3，1)的顺序发送；
·天线3：按照LP(3，3)，LP(3，3)，LP(3，1)，LP(3，1)，-LP(3，2)和-LP(3，2)的顺序发送；
即使在4个或更多发送天线时，仍然类似地连续发送具有相同模式的已知符号。
通过具有图6示出的结构的发送器能够实现根据第五实施例的已知符号传输。然而以其反转的相位发送最后已知符号。因此，如果计数器16识别出一个已知符号为最后的已知符号，则反相器21反转该相位，并且已知符号被分配给天线20-1到20-M。选择器17的操作与第三实施例中的相同。
另一方面，接收端能够通过如下累加具有相同模式的已知符号来降低噪声的影响，并且能够如第四实施例中描述的那样提高发送天线数量的估计准确度和信道估计的准确度。
如图12所示，为了执行如上所述的估计，与图3示出的接收器相比，根据第五实施例的接收器还具有2个计数器35-1(此后被称作计数器1)和35-2(此后被称作计数器2)，累加器36-1到36-M，缓冲区37-11到37-M1(此后被称作缓冲区1)，缓冲区37-12到37-M2(此后被称作缓冲区2)，选择器41-1到41-M，和相关器42-1到42-M。
从发送器(未示出)发送的RF频带的OFDM信号被接收天线30-1到30-M接收，并且输入到接收单元31。来自接收单元31的输出信号被输入到FFT单元32-1到32-M，其中时域信号被转换成频域信号，即副载波。在来自FFT单元32-1到32-M的输出信号中，数据符号部分的信号被输入到MIMO信号处理单元38。
另一方面，在来自FFT单元32-1到32-M的输出信号中，通过累加器36-1到36-M累加前同步码，尤其是已知符号部分的信号的具有相同已知符号模式的值。累加结果被存储在缓冲区1中。随后，通过累加器36-1到36-M累加针对接着接收的已知符号的副载波由载波选择器33-1到33-M选择的频域波形的值中具有相同已知符号模式的值。累加结果被存储在缓冲区2中。
这些累加结果被输入到载波选择器33-1到33-M，并且根据ROM 34中存储的已知符号模式使发送天线和副载波彼此相关。通过这种方式，累加结果在解调时被MIMO信号处理单元38用作发送天线和接收天线之间的信道估计值。
如上所述，不同已知符号模式的累加结果被存储在缓冲区1和2中。相关器42-1到42-M将缓冲区1和2中存储的累加结果相关以估计天线数量。计数器2控制这个相关计算的定时。根据计数器2的计数和相关计算的结果估计发送天线的数量。
在估计发送天线的数量之后，缓冲区1和2中存储的值在MIMO信号处理单元38中被用作信道估计值。MIMO信号处理单元38根据来自缓冲区1和2的信道估计值对来自FFT单元32-1到32-M的数据符号部分信号执行MIMO信号接收处理，例如最大似然估计。对经过这个MIMO信号接收处理的信号执行信道解码，从而再生所发送的数据39。
图13示出图12的接收器中的发送天线数估计序列的算法。这个算法与图10的算法基本相同，除了能够通过累加和缓冲具有相同模式的已知符号来提高发送天线数量估计的准确度之外。具体在图11A和11B中假定重复发送具有相同模式的L个已知符号。注意，图10示出L＝2的情况的例子。
下面说明图13示出的序列。首先清除缓冲区1和2，并且0和2分别被设置成计数器1和2的初值。之后，某个天线第一次接收的已知符号的频域波形被累加到缓冲区1中存储的值上，从而被缓冲在缓冲区1中(步骤S201到S204)。重复在步骤S202到S204的处理，直到在步骤S205确定计数器1为L。
接着清除和递增计数器1，并且缓冲区1中缓冲的已知符号和相同天线接收的下一已知符号的频域波形被累加到缓冲区2中存储的值上，从而被缓冲在缓冲区2中(步骤S206到S209)。重复在步骤S207到S209的处理，直到在步骤S210确定计数器1为L。
将缓冲区1和2中存储的值的频域波形相关，并且检查相关数值(步骤S211和S212)。如果这个相关数值为负，则估计计数器数值为发送天线的数量(步骤S213)。
MIMO信号处理单元38使用如此估计的发送天线的数量再生数据符号。如果在步骤S213确定相关数值不为负，则将缓冲区2中缓冲的值改写在缓冲区1中，清除缓冲区2，并且递增计数器2(步骤S214和S215)。之后流程返回到步骤S206。
象在第四实施例中那样，如果使用多个接收天线，则也可以执行以下方法。
(a)仅当对于所有接收天线相关数值均为负时，确定检测到已知符号的结束，并且确定发送天线的数量。
(b)相加根据所有接收天线计算的相关数值，并且如果总相关数值为负，则确定检测到已知符号的结束，并且确定发送天线的数量。
虽然方法(a)的条件更为严格，然而在条件被满足的情况下能够可靠地检测发送天线的数量。
<第六实施例>
下面参照图14A，14B和14C描述根据本发明第六实施例的发送用于信道估计的已知符号的方法。图14A，14B和14C分别图解了当同时发送已知符号的天线的数量为1，2和3时包含前同步码的无线分组的结构。在图14A到14C所示的第六实施例中，不同于第五实施例，从单个天线发送2个已知符号。由于符号数量为2，第二已知符号具有与第一已知符号相同的副载波排列，但是具有相对于第一已知符号为反转的相位。
当两个或更多天线时，已知符号排列基于第五实施例。在这种情况下，接收端能够通过使第一和第二已知符号相关来检测天线数量是否为1。更具体地，假定
·第一已知符号的频域波形为f1(0)，f1(1)，f1(2)，...，f1(N-1)；
·第二已知符号的频域波形为f2(0)，f2(1)，f2(2)，...，f2(N-1)；
在这种情况下，相关数值被定义为
·相关数值：f1(0)*f2(0)+f1(1)*f2(1)+f1(2)*f2(2)+...+f1(N-1)*f2(N-1)
如果这个相关数值为正，则天线数量为两个或更多。如果值为负，则天线数量为1。
当使用象在第六实施例中那样的已知符号发送方法时，在图13示出的流程图中，可以在接收第一已知符号时检查发送天线数量是否为1，并且使用与后续已知符号的相关估计天线数量。
图15示出根据第六实施例的接收器的处理流程。图15与图13示出的流程图的区别在于当接收第一已知符号时检查发送天线数量是否为1，并且接着使用与后续已知符号的相关估计天线数量。
下面说明图15的序列。首先清除缓冲区1和2，并且0和2分别被设置成计数器1和2的初值。之后，某个天线第一次接收的已知符号的频域波形被存储在缓冲区1中。将缓冲区1中存储的已知符号的频域波形与相同天线接收的下一已知符号的频域波形相关，并且检查相关数值(步骤S401到S406)。如果这个相关数值为负，则估计发送天线的数量为1(步骤S407)。
如果在步骤S406确定相关数值不为负，缓冲区1中存储的已知符号的频域波形和接收的已知符号的频域波形被累加并且存储在缓冲区1中，并且清除和接着递增计数器2(步骤S408到S410)。接着，相同天线被用来接收下一已知符号(步骤S411)，接收的已知符号的频域波形被累加到缓冲区2中存储的值，从而存储在缓冲区2中(步骤S412)。
重复在步骤S410到S412的处理，直到在步骤S413确定计数器1为2。
接着，将缓冲区1和2中存储的值的频域波形相关，并且检查相关数值(步骤S414和S415)。如果这个相关数值为负，则估计计数器2的值为发送天线数量(步骤S416)。
如果在步骤S415确定相关数值不为负，则将缓冲区2中存储的值改写在缓冲区1中，清除缓冲区2，并且递增计数器2(步骤S417和S418)。之后流程返回到步骤S409。
在如上所述的第六实施例中，即使在发送天线数量能够为1时，也能够高准确度地估计天线数量。
<第七实施例>
下面参照图16A，16B和16C描述根据本发明第七实施例的发送用于信道估计的已知符号的方法。图16A，16B和16C分别图解了当同时发送已知符号的天线的数量为1，2和3时包含前同步码的无线分组的结构。在第七实施例中，当发送天线数量为1时发送没有相位反转的正常已知符号。在这种情况下，通过使偶数编号的副载波的波形与奇数编号的副载波的波形相关来检查天线数量是否为1。如果天线数量为1，则相邻副载波之间的相关大概较高。如果天线数量为两个或更多，则相邻副载波是来自不同天线的已知符号，所以其间的相关较低。
下面详细描述上述算法。
假定
·第一已知符号的频域波形为f1(0)，f1(1)，f1(2)，...，f1(N-1)；
·第二已知符号的频域波形为f2(0)，f2(1)，f2(2)，...，f2(N-1)；
在这种情况下，相关数值被定义为
·相关数值：f1(0)*f2(1)+f1(2)*f2(3)+f1(4)*f2(5)+...+f1(N-2)*f2(N-1)
如果这个相关数值超出，则能够估计天线数量为1，否则能够估计天线数量为两个或更多。如果确定天线数量为两个或更多，则能够通过第五实施例中说明的算法估计天线数量。
另一个算法如下。假定第一和第二已知符号的累加的结果的频域波形为fx(0)，fx(1)，fx(2)，...，fx(N-1)，相关数值被定义成
·相关数值：fx(0)*fx(1)+fx(2)*fx(3)+fx(4)*fx(5)+...+fx(N-2)*fx(N-1)
如果这个相关数值超出，则能够估计天线数量为1，否则能够估计天线数量为两个或更多。
本领域的技术人员会很容易地想到其它优点和修改。因此，本发明的范围不仅限于图中示出和这里描述的具体细节和典型实施例。因此，在不偏离如所附权利要求书及其等同描述定义的一般发明概念的构思或范围的前提下，可以进行各种修改。

Claims (14)

1.一种无线通信设备，包括：
多个天线；
已知符号发送单元，被构造成用于使用所述多个天线发送多个已知符号序列，已知符号序列中的每个包含多个已知符号，从不同天线发送多个已知符号，并且该多个已知符号具有不同副载波排列；和
数据符号发送单元，被构造成用于在发送已知符号序列之后使用所述多个天线发送数据符号。
2.如权利要求1所述的设备，其中已知符号发送单元包括存储具有不同副载波排列的多个已知符号模式的存储器，产生指示发送已知符号的定时的定时信号的定时发生器，以及根据定时信号从所述多个已知符号模式中选择要用作已知符号的模式的选择器。
3.如权利要求1所述的设备，其中在不同副载波排列中，在其上传递已知符号的信息的副载波的位置是不同的。
4.如权利要求1所述的设备，其中在不同副载波排列中，在其上传递已知符号的信息的副载波的位置形成嵌套结构。
5.如权利要求1所述的设备，其中已知符号发送单元包含反相器，用于将已知符号序列的最后发送的已知符号的相位反转。
6.如权利要求1所述的设备，其中已知符号发送单元被构造成用于重复发送所述多个已知符号序列。
7.如权利要求6所述的设备，其中已知符号发送单元包含反相器，用于把要多次重复发送的已知符号序列的最后已知符号序列的相位反转。
8.如权利要求2所述的设备，其中已知符号发送单元包含反相器，用于将选择器选择的模式的相位反转。
9.如权利要求1所述的设备，还包括第二已知符号发送单元，用于使用从所述多个天线中选择的一个天线发送第二已知符号序列，该第二已知符号序列包含具有相同副载波排列和相反相位的多个已知符号。
10.一种无线通信设备，包括：
接收单元，被构造成用于接收多个已知符号序列和该已知符号序列之后的数据符号，已知符号序列中的每个包含多个已知符号，从具有不同副载波排列的不同天线同时发送多个已知符号；
信道估计单元，被构造成用于由接收的已知符号序列获得信道估计值；和
再生单元，被构造成用于使用信道估计值再生数据符号。
11.如权利要求10所述的设备，其中
接收单元被构造成用于接收多次重复发送的多个已知符号序列，并且
信道估计单元通过累加对应于重复发送的已知符号序列的频域波形来获得信道估计值。
12.如权利要求10所述的设备，其中
接收单元被构造成用于接收已知符号序列，该已知符号序列中最后发送的已知符号的相位被反转，并且
再生单元被构造成用于获得分别对应于已知符号序列、在频域波形方面时间相邻的已知符号之间的相关，并且在相关数值为负的情况下，根据迄今为止接收的已知符号的数量估计天线的数量，并且根据估计的天线数量再生数据符号。
13.如权利要求10所述的设备，其中
接收单元被构造成用于接收多次重复发送的多个已知符号序列，并且最后发送和已知符号序列的相位被反转，并且
再生单元包含用于以下操作的装置：(a)分别累加对应于重复发送的相同第一已知符号序列的频域波形，并且保存第一累加值，(b)分别累加对应于在第一已知符号序列之后重复发送的第二相同已知符号序列的频域波形，以保存第二累加值，(c)使第一和第二累加值相关，以及(d)在相关数值为负的情况下，根据迄今为止接收的已知符号的数量估计天线的数量，并且根据估计的天线数量再生数据符号。
14.如权利要求10所述的设备，其中
接收单元被构造成用于接收通过使用从多个天线中选择的一个天线发送的第二已知符号序列，该第二已知符号序列包含具有相同副载波排列和相反相位的多个时间连续已知符号，并且
再生单元被构造成用于使对应于第二已知符号序列中首先接收的已知符号的频域波形与对应于接着接收的已知符号的频域波形相关，在相关数值为负的情况下估计传输中使用的天线数量为1，否则估计传输中使用的天线数量不小于2，并且根据估计的天线数量再生数据符号。
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