CN1823485A - Ofdm系统中的干扰和噪声估计 - Google Patents

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Abstract

在多用户正交频分复用(OFDM)系统中可以独立地测量噪声和干扰。同信道干扰可通过追踪具体服务区域或小区内分配给所有用户的子载波，而在跳频、多用户的OFDM系统中得到测量。复合的噪声及干扰可以通过在子载波没有被分配给小区内的任何用户的任何时候对接收功率值进行测量而得到确定。为系统中的每个子载波存储一个值，并且噪声及干扰的值可以是先前的存储值与当前值的加权平均值。噪声分量可以在同步系统中独立确定。在该同步系统中，可以周期性地禁止系统中的所有用户在一个子载波上广播以及在没有广播期间测量在该子载波中的接收功率。

Description

OFDM系统中的干扰和噪声估计
相关申请交叉参考
本申请要求2003年5月14日提交的美国临时专利申请NO.60/470,724的优先权，该临时申请的全部内容以引用的方式并入此处。
发明领域
本发明涉及无线通信领域。具体而言，本发明涉及在正交频分复用(OFDM)系统中估计噪声的系统和方法。
技术背景
无线通信系统可在各种运行条件下用来持续不断地发射大量数据。分配给通信系统的频谱或带宽的数量通常受限于政府管制。因此，需要不断地在给定通信带宽内对数据吞吐量进行优化。
在给定通信带宽内优化数据吞吐量的问题和同时支持多用户的需求是混合在一起的。每个用户可以有不同的通信需要。一个用户可能正在发射低速率信号，例如语音信号，而另一个用户可能正在发射高速率数据信号，例如视频信号。通信系统可以实施一种有效地利用通信带宽来支持多用户的具体方法。
无线通信系统能够以多种不同的方式实现。例如，频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)和正交频分复用(OFDM)均可用于无线通信系统中。每个不同的通信系统具有与具体系统情况相关的优点和缺点。
图1为典型的OFDM系统中信号的频率-时间表示。该OFDM系统具有分配的频谱120。该分配的频谱120被分为多个载波，例如，130a-130d和132a-132d。OFDM系统中的多个载波也可称为子载波。每个子载波，例如130a，被以低速率数据流加以调制。另外，正如系统名称所示的，每个子载波，例如130a，正交于所有其它的子载波例如130b-130d以及132a-132d。
通过将子载波选通为开和关可以将子载波，例如130a-130d，构造成相互正交的。用矩形窗口选通为开和关的子载波，例如130a，产生具有(sin(x))/x形状的频谱。对例如130a和130b的子载波的矩形选通期间和频率间隔进行选择，可以使得调制的第一子载波130a的频谱在其它例如130b-130d的子载波的中心频率上为零值。
OFDM系统可以通过向每个用户分配一部分子载波来支持多用户。例如，可以将第一子载波集130a-130d分配给第一个用户，将第二子载波集132a-132d分配给第二个用户。分配给用户的子载波的数量无须相同并且子载波无须在毗邻的波带中。
因此，在时域中发射多个OFDM符号110a-110n，将产生正交子载波130a-130d和132a-132d的频谱。每个子载波，例如130a，被独立地加以调制。一个或多个子载波130a-130d可以被分配给一个单独的通信链路。另外，分配给具体用户的子载波数量可以随时间而改变。
因此，OFDM是一项用于在无线信道上进行高数据速率传输的前景良好的技术，它可以用于无线通信系统中，例如支持大量用户的蜂窝通信系统。但是，蜂窝系统使用频率重用概念来提高频谱的使用效率。频谱重用引入了同信道干扰(CCI)。在蜂窝系统中，同信道干扰是性能下降的主要原因。正如在前面所述的，由于所有的子载波是正交的，因而OFDM系统的同一个小区或同一个扇区内的所有用户是相互正交的。这样，在同一个小区或扇区内，多个子载波实际上不会导致相互间干扰。但是，相邻小区或扇区因为频率重用而可能使用相同的频谱空间。因此，在OFDM系统中，不同小区或扇区的用户是干扰源，并产生相邻小区或扇区的主要CCI源。
在OFDM无线通信接收机中需要能够确定CCI的电平。在接收机上需要CCI电平有两个主要的原因。接收机可以在闭合的功率控制环路中与发射机工作，并且需要知道CCI电平以调整在每个子载波上的发射功率电平，以便保持某一性能所需要的信号与干扰及噪声比(SNIR)。接收机也需要用于信道解码操作的载干比(C/I)或SINR值的CCI估计。
发明内容
本发明披露了一种在OFDM系统中确定噪声估计的方法和设备。噪声估计可以通过在未分配的子载波频带中检测接收功率来加以确定。如果未分配的子载波频带对应于本地未分配的子载波，则接收功率表示在该子载波频带中的噪声及干扰的估计。如果该未分配的子载波频带对应于系统范围的未分配的子载波，则接收功率表示在该子载波频带中的本底噪声估计。
一方面，本发明是一种确定噪声估计的方法，其包括在未分配的子载波频带中接收OFDM符号以及检测接收到的功率。另一方面，本发明是一种确定噪声估计的方法，其包括在无线蜂窝通信系统中接收对应于符号周期的OFDM符号。该方法包括在该符号周期期间确定未分配的子载波以及在未分配的子载波频带中确定信号的接收功率。该功率存储在存储器中，并且用先前存储的值进行平均处理以生成噪声估计。
另一方面，本发明是一种用于在OFDM系统中估计噪声的设备。该设备包括用来无线接收OFDM符号的接收机和用来检测由该接收机接收到的信号的接收功率电平的检测器。包括在该设备中的处理器用来确定符号周期内的未分配子载波，以及至少基于接收功率电平的一部分确定噪声估计。
附图简述
阅读了下面的详细说明及附图之后，本发明的上述方面和其它方面、特征及优点将更为明显。在附图中，同样的附图标记表示相同或功能等同的部件。
图1为典型OFDM系统的功能性的频率-时间表示；
图2在蜂窝环境中实现的OFDM系统的功能框图；
图3为OFDM发射机的功能框图；
图4A-4B为OFDM接收机的功能框图；
图5为一部分OFDM频带的频谱示意图；以及
图6为OFDM系统中确定噪声及干扰的方法流程图。
具体实施方式
图2表示具有集成了子载波噪声及干扰检测的接收机的蜂窝OFDM无线通信系统200的功能框图。OFDM系统200包括为多个终端220a-220o提供通信的多个基站210a-210g。基站，例如210a，可以是用于与例如220a的终端进行通信的固定基站，也可以称为接入点、节点B(Node B)或某个其它的术语。
各种终端220a-220o可以散布于整个OFDM系统200中，并且每个终端可以为固定的，例如220k，或为移动的，例如220b。终端，例如220a也可以称为移动站、远程站、用户设备(UE)、接入终端或某个其它的术语。每个终端，例如220a，可以在任何时候在下行链路和/或上行链路上与一个或可能的多个基站进行通信。每个终端，例如220m，可以包括OFDM发射机300m和OFDM接收机400m，以便能够与一个或多个基站进行通信。OFDM发射机300m和OFDM接收机400m的实施例将在图3和图4中进一步进行详细地描述。在图2中，终端220a到220o能够接收例如来自基站210a到210g的导频、信令和用户专用数据传输。
OFDM系统200中的每个基站，例如210a，提供例如202a的具体地理范围的覆盖。每个基站的覆盖范围通常依赖于各种因素(例如，地形、障碍物等)，但是，简单起见，通常由图2中所示的理想的六边形表示。基站和/或它的覆盖范围，依赖于该术语所使用的上下文，也通常被称为“小区”。
为了增加容量，每个基站的覆盖范围，例如210a，可以被分割为多个扇区。如果每个小区被分割为三个扇区，则被扇区化的小区的每个扇区通常用表示三分之一小区的理想的120°楔形表示。每个扇区可以由相应的基站收发信机子系统(BTS)提供服务，例如212d。BTS 212d包括OFDM发射机300d和OFDM接收机400d，在图3和图4中更详细地分别对其进行了描述。对于被扇区化的小区，该小区的基站通常包括所有为该小区的扇区提供服务的BTS。术语“扇区”，根据该术语所使用的上下文，也通常用来指BTS和/或其覆盖范围。
正如将要在下面进一步详细讨论的，每个基站，例如210a，典型地具有一个发射机，其被配置成向终端例如520a提供下行链路通信，该下行链路也称为前向链路。另外，每个基站，例如210a，也具有一个接收机，其被配置成接收来自终端例如520a的上行链路通信，该上行链路也称为反向链路。
在下行链路方向上，基站发射机从信号源接收信号，该信号源可以为公共交换电话网络(PSTN)或某个其它的信号源。然后，基站发射机将该信号转换为将要发射到一个或多个终端的OFDM信号。基站发射机可以对该信号进行数字化，将该信号复用到几个并行信号中，并且调制对应于多个并行信号路径的预定数量的子载波。子载波的数量可以恒定不变也可以发生变化。另外，子载波可以彼此相邻以便限定相邻的频带，或者也可以相互分离以便占据多个独立的频带。基站可以以恒定不变的方式分配子载波，例如在固定数量的子载波情况下，或者基站可以以伪随机方式，或随机方式分配子载波。基站发射机也可以包括模拟或射频(RF)部分以将OFDM基带信号转换到所期望的发射频带。
在OFDM系统200中，频率重用可以出现在每个小区中。也就是，在例如202d的第一小区内，例如210d的第一基站所使用的上行链路和下行链路频率可以由相邻小区202a-c和202e-g中的基站210a-c和210e-g使用。如上所述，每个基站发射机都造成由相邻接收机所经受的同信道干扰(CCI)，在这个例子中为相邻终端接收机。例如，第一基站210f对没有与第一基站210f进行通信的邻近小区202c和202d中的终端220e和220g造成CCI。为了有利于使相邻终端经受的CCI量最小化，基站发射机可以是闭环功率控制系统的一部分。
为了有助于使得例如202f的小区外的终端所经受的CCI量最小化，基站发射机可以使发射到与基站210f进行通信的每个终端220m和2201的RF功率最小化。基站发射机可以部分地根据在每个子载波频带中所确定的噪声电平以及由终端发射且由基站接收机接收的功率控制信号，调整发射功率，。
基站，例如210b，可以试图为每个子载波保持一个预定的SINR或C/I值，例如，为例如220b-d的终端保持预定的服务质量。大于预定值的SINR或C/I对于从终端，例如520b，获得的服务质量的贡献很小，却将导致所有邻近小区，例如202a、202d和202e的CCI的增加。相反，低于预定电平的SINR或C/I可能导致由终端220b获得的服务质量大大降低。
基站接收机作为设置发射信号SINR或C/I的功率控制环路的一部分，可以测量每个子载波频带中的噪声及干扰电平。基站接收机对每个子载波频带中的噪声和干扰电平进行测量和存储。当将子载波分配给通信链路时，基站发射机在对分配给每个子载波的功率进行确定的过程中检查噪声和干扰电平。因此，基站发射机可以为每个子载波保持预定的SINR或C/I，使得其它小区中的终端所经受到的CCI最小。
在另外一个实施例中，例如220i的终端，可以试图保持对于获得预定服务质量所需的最小的接收SINR或C/I。当接收SINR或C/I高于预定电平时，终端220i可以向基站210f发射信号，以请求基站210f降低发射信号功率。可选择地，如果接收SINR或C/I低于该预定电平，则终端220i可以向基站210f发射信号，以请求基站210f增加发射信号功率。这样，通过使得发射给任何给定终端的功率最小化，邻近小区中的终端所经受到的CCI量就会达到最小。
图3为可以集成在例如基站收发信台或终端中的OFDM发射机300的功能框图。OFDM发射机300的功能框图包括基带部分，该基带部分详细地表示了发射机的基带部分，然而该图没有示出可以包括在发射机300中的信号处理、源接口或RF部分。
OFDM发射机300包括一个或多个对应于一个或多个数据流的源302。当OFDM发射机300为基站发射机时，源302可以包括来自诸如PSTN网络的外部网络的数据流。每个数据流可以供单独的终端使用。源302提供的数据可以为多个并行数据流、串行数据流、复用数据流或数据流组合。源302向调制器310提供数据。调制器310对输入源进行处理和调制。调制器310可以包括现有技术中已知的进行交织、编码、分组和调制的功能块。调制器310不限于执行具体类型的交织。例如，调制器可以独立地对每个终端的源数据进行块交织。
调制器310也可以进行编码。同样，发射机300并不限于具体类型的编码。例如，调制器310可以执行里德索罗门(Reed-Solomon)编码或卷积编码。编码速率可以为固定的，或者编码速率可以根据分配给终端的通信链路的子载波数量而变化。例如，当第一数量的子载波被分配给终端时，调制器310可以使用1/2码率编码器进行卷积编码，而当第二数量的子载波被分配给终端时，调制器310被控制来执行具有1/3码率的卷积编码。在另一个例子中，调制器可以执行里德索罗门编码，其中该编码具有根据分配给终端的子载波数量而变化的码率。
调制器310也可以配置为使用预定格式对数据进行调制。例如，调制器310可以执行正交幅度调制(QAM)、正交相移键控(QPSK)、二相相移键控(BPSK)或某个其它的调制格式。在另一个实施例中，调制器310将数据处理为一种格式以用于调制子载波。
调制器310也可以包括放大器或增益级来对分配给子载波的数据符号进行调幅。调制器310也可以基于子载波对放大器的增益进行调整，且该每个子载波的增益至少部分依赖于子载波带宽中的噪声和干扰。
调制器310的输出与1:N复用器320的输入耦合，其中N表示在通信系统的发射链路中使用的子载波的最大数量。复用器320也可称为“串并转换器”，因为复用器320接收来自调制器310的串行数据并将其转换为并行格式，以便与多个子载波通过接口连接。
子载波分配模块312控制调制器310和复用器320。用于支持源数据的子载波数量可以且通常小于在通信系统的发射链路中使用的子载波的最大数量。分配给具体通信链路的子载波数量可以随时间改变。另外，即使分配给具体通信链路的子载波数量保持不变，子载波的标识(identity)也可以随时间改变。
子载波可被随机地或伪随机地分配给通信链路。因为子载波的标识可能变化，所以通信链路所占据的频带可以随时间变化。通信系统可以是采用预定跳频方式的跳频系统。
子载波分配模块312可以采用跳频方式并可以追踪所使用的子载波集以及分配给通信链路的子载波集。例如，在具有三个前向链路信号的基站中，子载波分配模块312可以将第一子载波集分配给第一通信链路，将第二子载波集分配给第二通信链路，将第三子载波集分配给第三通信链路。每个子载波集中子载波的数量可以相同也可以不同。子载波分配模块312对分配给通信链路的子载波数量以及空闲的且可分配给通信链路的子载波数量进行追踪。
子载波分配模块312控制调制器310以提供所期望的编码以及用于支持所分配的子载波集而所需的调制。另外，子载波分配模块312控制复用器320，从而将来自调制器310的数据提供给对应于所分配的子载波的复用器信道。这样，子载波分配模块312对分配给具体通信链路的子载波的标识和数量进行控制。子载波分配模块312也对空闲的且可分配给通信链路的子载波的标识进行追踪。
复用器320的输出与快速傅立叶逆变换(IFFT)模块330耦合。具有大于等于子载波总数宽度的并行总线322将来自复用器320的并行输出耦合到IFFT模块330。
傅立叶变换执行从时域到频域的映射。因此，傅立叶逆变换执行从频域到时域的映射。IFFT模块330将调制后的子载波变换为时域信号。傅立叶变换的属性确保子载波信号具有均匀间隔并且相互正交。
使用另一个并行总线332将来自IFFT模块330的并行输出耦合到解复用器340。解复用器340将并行的调制后的数据流转换为串行流。然后，解复用器340的输出可以与防护频带发生器(未示出)耦合，并且随后与数模转换器(DAC)(未示出)耦合。该防护频带发生器在连续OFDM符号之间插入一时间段，从而使得由通信链路中的多径而引起的符号间干扰效应最小化。接着，DAC的输出可以与RF发射机(未示出)耦合，该RF发射机用于将OFDM信号上变频转换到所期望的发射频带。
图4A-4B为OFDM接收机400实施例的功能框图。OFDM接收机400可以用在基站或例如移动终端的终端中。图4A的OFDM接收机400主要在数字域中执行噪声估计，而图4B的OFDM接收机400则主要在模拟域中执行噪声估计。
图4A的OFDM接收机400在天线402上接收互补的OFDM发射机发射的RF信号。天线420的输出与接收机410连接，接收机410可以对接收到的OFDM信号进行滤波、放大并将其下变频转换到基带。
来自接收机410的基带输出与防护移除模块420耦合，该防护移除模块420用于移除在发射机处插入在OFDM符号之间的防护间隔。防护移除模块420的输出与将模拟基带信号转换为数字表示的模数转换器(ADC)422耦合。ADC 422的输出与将串行基带信号变换为N个并行数据路径的复用器424耦合。数字N表示OFDM子载波的总数。每个并行数据路径中的符号表示OFDM信号的选通(gated)时域符号。
并行数据路径与快速傅立叶变换(FFT)模块430的输入耦合。FFT模块430将选通时域信号变换为频域信号。FFT模块430的每个输出表示调制的子载波。
FFT模块430的并行输出与对OFDM子载波进行解调的解调器440耦合。解调器440可以配置成仅对由接收机400接收到的子载波子集进行解调，或者可以对FFT模块430对应于所有子载波的所有输出进行解调。解调器440的输出可以为单个符号或者可以为多个符号。例如，如果子载波为正交调制的，则解调器440可以输出解调的符号的同相或正交信号分量。
解调器440的输出与检测器450耦合。检测器450用于对每个子载波频带中的接收功率进行检测。检测器450可以通过对例如功率、振幅、幅度平方、幅度等，或者某个其它的与接收功率相关的解调的子载波信号的表示进行检测或确定，从而对接收功率进行检测。例如，正交调制信号的幅度平方可以通过将同相信号分量的平方和正交信号分量的平方相加而确定。检测器450可以包括多个检测器或可以包括单个检测器，该单个检测器在出现下一个解调的符号之前对所期望的子载波信号的检测值进行确定。
处理器460通过接口与包括处理器可读指令的存储器470连接。存储器470也可以包括可重写的存储单元，其用于对检测到的子载波噪声值进行存储和更新。
分配给具体通信链路的子载波可以在每个符号边界发生改变。用于对分配给接收机400的通信链路的子载波进行识别的跳频序列或跳频信息也可以存储在存储器470中。处理器460使用跳频信息对FFT模块430、解调器440和检测器450的性能进行优化。这样，处理器460能够使用跳频序列或其它的跳频信息识别哪些子载波被分配给通信链路以及哪些子载波处于空闲。
例如，当将少于总数的子载波分配给接收机400的通信链路时，处理器460可以控制FFT模块430来仅对那些对应于所分配的子载波的FFT输出信号进行确定。在另一个实施例中，处理器460控制FFT模块430，以对对应于分配给接收机400的通信链路的子载波加上对应于空闲的且尚未分配给任何通信链路的子载波的输出进行确定。处理器460能够通过减少其需要确定的FFT输出信号的数量来释放FFT模块430上的一些负载。
处理器460也可以控制解调器440来仅对FFT模块430为之提供了输出信号的那些信号进行解调。另外，处理器460可以控制检测器450来仅对与空闲的且尚未分配的子载波相对应的那些子载波信号进行检测。因为检测器450可以限于对未分配的子载波的噪声电平进行检测，所以检测器450可以在解调器之前对信号进行检测。然而，将检测器450置于解调器440之后可能会有利，这是因为检测器450检测到的噪声将会与该子载波中的符号经历相同的信号处理。这样，解调出的噪声所经历的信号处理的统计属性将与解调出的符号所经历的统计属性相类似。
只要子载波没有分配给通信链路，处理器460就可以通过检测子载波中的解调出的噪声功率对子载波中的噪声进行追踪。未分配的子载波的检测功率表示在该子载波频带内的干扰及噪声功率。处理器可以将所检测的功率存储在存储器470内对应于该子载波的存储单元中。在跳频OFDM系统中，未分配的子载波的标识随时间改变，并且可以在任何符号边界改变。
处理器460可以将第一子载波的多个检测到的功率测量值存储于独立的存储单元中。处理器460随后可以对预定数量的检测到的功率测量值进行平均。可选择地，处理器460可以通过使用一个因子对每个所存储的检测到的功率测量值进行加权来计算噪声和干扰的加权平均值，该因子部分依赖于检测到的功率测量值的累积量(age)。在另一个实施例中，处理器460可以将检测到的噪声和干扰功率存储在存储器470中相应的单元中。处理器460然后以第一量对存储的值进行加权，并以第二量对新检测到的功率进行加权，此后将二者之和存储在对应于子载波的存储单元中，从而对具体子载波的噪声和干扰值进行更新。使用这种可选择的更新方法，仅需要N个存储单元来存储N个子载波噪声和干扰的估计。可以看出，也可以使用其它的存储和更新子载波噪声和干扰值的方法。
检测到的未分配子载波的功率表示该子载波频带的总噪声和干扰，除非在该频带中没有干扰源在进行广播。当子载波频带中没有干扰源在广播时，检测到的功率表示检测到的本底噪声的功率。
OFDM系统可以通过同步所有发射机以及定义所有发射机不在具体子载波上进行发射的周期，来保证子载波频带中没有系统源广播干扰信号。也就是说，当噪声估计在终端上的接收机中执行时，OFDM系统中的所有基站可以周期性地停止在预定符号周期期间一个或多个预定子载波上的发射。OFDM系统中的通信在单个子载波未被分配的该周期期间并不停止，这是因为所有其它的子载波可以继续被分配给通信链路。因此，通过对发射机进行同步并且周期性地在一个或多个符号周期期间使得每个子载波不被分配给任何通信链路，从而可以为每个子载波频带确定没有干扰的噪声电平。然后，可以在该未分配周期期间为该子载波频带确定没有干扰源的噪声功率。
图4B为OFDM接收机400的另一个实施例的功能框图，其中，使用模拟设备对噪声和干扰进行检测。接收机400首先在天线402上接收OFDM信号，并将天线402的输出耦合到接收机410。正如前面实施例中所述的，接收机410对接收到的OFDM信号进行滤波、放大并将其下变频转换到基带。接收机410的输出与滤波器480的输入耦合。接收机410的基带输出也可以与其它信号处理级(未示出)耦合，例如防护移除模块、FFT模块，以及解调器。
在一个实施例中，滤波器480为具有数量等于通信系统中的子载波数量的多个基带滤波器的滤波器组。每个滤波器可以实际上具有与子载波信号带宽相同的带宽。在另一个实施例中，滤波器480是具有一个或多个在通信系统中可以调到任何子载波频带的可调滤波器的滤波器组。将可调滤波器调到没有分配到接收机400的通信链路的子载波频带上。可调滤波器的带宽实际上可以与子载波频带具有相同的带宽。
滤波器480的输出与检测器490耦合。来自滤波器480的输出可以为一个或多个滤波后的信号。来自滤波器480的输出信号的数量可以与通信系统中的子载波的数量相等。
检测器490可以用于检测每个滤波后的信号的功率。检测器490可以包括一个或多个功率检测器。功率检测器可以对应于滤波器480的输出。可选择地，一个或多个功率检测器可以用于连续地对每个滤波器输出的功率进行检测。
检测器490的输出与ADC 494的输入耦合。ADC 494可以包括多个转换器，每个转换器对应于一个检测器490的输出。可选择地，ADC 494可以包括连续地对每个检测器490的输出进行转换的单个ADC。
与存储器470通过接口连接的处理器460可以与ADC 494的输出耦合。处理器460可以使用存储在存储器470中的处理器可读指令对ADC 494进行控制，以便仅对那些所讨论的检测到的功率电平进行转换。另外，处理器460可以追踪跳频序列并且对检测到的噪声和干扰电平进行更新，如前面实施例中所述。噪声电平可以独立于同步系统中的干扰电平进行检测，其中，该同步系统周期性地在预定持续时间，如一个符号周期中停止在预定子载波上的发射。
图5为预定时间段内一部分OFDM频带500的频谱示意图。OFDM频带500包括多个子载波，每个子载波占据一个预定的频带，例如502a。多个通信链路可以同时占据OFDM频带500。多个通信链路可以仅使用系统中可用的全部子载波的一个子集。
例如，可以将占据四个频带502a-d的四个子载波分配给第一通信链路。子载波和相应的频带502a-d显示为位于一个连续的频带中。但是，分配给具体通信链路的子载波不是必须相邻的，而是可以为OFDM系统中的任何可用的子载波。可以将第二子载波集，即第二载波频带集522a-d，分配给第二通信链路。同样地，可以将第三和第四子载波集分别分配给第三和第四通信链路。第三子载波集对应于第三频带集542a-c，第四子载波集对应于第四子载波频带集562a-c。
分配给具体通信链路的子载波的数量可以随时间变化，也可以根据通信链路上设置的负载而变化。因此，较高数据速率的通信链路可能会分配有较大数量的子载波。分配给通信链路的子载波数量可以在每个符号边界处改变。因此，在OFDM系统中分配的子载波的数量和位置可以在每个符号边界上改变。
因为所分配的子载波的总数可以不对应于OFDM系统中可用子载波总数，所以可以有一个或多个没有分配给任何通信链路的子载波，即空闲的子载波。例如，OFDM频带500中所示的三个子载波频带510a-c、530a-c和550a-e没有分配给任何通信链路。另外，未分配的子载波以及相应的子载波频带，不是必须相邻并且不是必然存在于所分配的子载波之间。例如，未分配子载波的一些或全部可以存在于频带的一端。
接收机可以通过检测当子载波为未分配时该子载波频带中的功率，而对该子载波中的噪声及干扰进行估计和估计更新。未分配的子载波可以表示本地未分配的子载波，例如在该接收机所位于的一个小区或扇区中。其它小区或一个小区的其它扇区可以将该子载波分配给通信链路。
例如，第一接收机，例如终端中的接收机，可以使用第一频带中的第一子载波集502a-d建立与基站的通信链路。第一接收机可以通过对未分配的子载波频带，例如530a中的功率进行确定，而估计出该未分配频带中的噪声和干扰。如上所述，接收机通过使用最近测量的功率电平和先前存储的功率电平进行平均，可以对先前存储在存储器中的估计进行更新。可选择地，对应于最近噪声和干扰估计的最近确定的功率电平可以用在对预定数量的新近噪声及干扰估计的加权平均的确定中。
另外，在同步的系统中，在一个预定的持续时间，例如一个符号周期中，一个或多个子载波可以不被分配给任何发射机。这样，在该符号周期内，该子载波在具体OFDM系统中的所有小区内均未分配。然后，对于系统范围内未分配的子载波，接收机可通过确定在该子载波频带(例如550d)上所有发射机均不发射的周期期间内，该子载波频带的功率，而估计出该频带内的本底噪声。接收机也可以通过对多个估计进行平均或加权平均来更新噪声估计。接收机可以单独地存储每个子载波频带的本底噪声估计。因此，接收机能够周期性地对每个子载波频带中的本底噪声和噪声及干扰电平进行更新。
图6为对OFDM子载波频带中的噪声及干扰电平进行确定和更新的方法600的流程图。方法600可以用在OFDM系统中的接收机中。例如，该接收机可以为终端中的接收机。可选择地，或另外地，例如，该接收机可以为基站收发信机中的接收机。
方法600在方框602开始，其中接收机与发射机在时间上同步。例如，接收机可以用发射机中的时间基准进行时间基准同步。接收机可能由于与噪声估计无关的多种理由而需要与发射机进行同步。例如，接收机可能需要与发射机同步，以便确定在一个或多个符号周期内哪些子载波被分配给其通信链路。
接着，接收机前进到方框610，其中，接收机确定下一个符号周期中的未使用或未分配的子载波。发射机可以在开销消息中将这一信息发送给接收机。因此，接收机接收到的消息表示在给定符号周期中哪些子载波未被分配。可选择地，子载波的分配可以是伪随机的，接收机可以在先前的同步步骤中已经与发射机对本地生成的伪随机序列进行了同步。在可选择的实施例中，接收机根据内部生成的序列，例如本地生成的伪随机序列或内部生成的跳频序列，确定未分配的子载波。
接收机前进到方框620，其中，所发射的OFDM信息被接收。接收到的符号可以包括那些分配给接收机通信链路的已分配的子载波以及没有分配给接收机通信链路的子载波。
接收机前进到方框622，其中，接收机将接收到的信号转换为基带OFDM信号。接收到的信号通常作为RF OFDM符号利用RF链路无线发射到接收机。接收机通常将接收到的信号转换为基带信号以便进行信号处理。
在将所接收的信号转换为基带信号之后，接收机前进到方框624，其中，从接收到的信号中移除防护间隔。正如前面在OFDM发射机的讨论中所讨论的，防护间隔被插入来提供多径抗扰。
移除防护间隔之后，接收机前进到方框630，其中在ADC中对该信号进行数字化。数字化信号之后，接收机前进到方框632，其中将信号从串行信号转换为多个并行信号。该并行信号的数量可以，其通常与OFDM系统中的子载波数量一样多。
串行信号转换为并行信号之后，接收机前进到方框640，其中，接收机对并行数据执行FFT。FFT将时域OFDM信号转换为频域中的调制的子载波。
接收机前进到方框650，其中，至少对一些从FFT输出的调制的子载波进行解调。接收机通常对分配给接收机的通信链路的子载波进行解调，也对未分配的子载波进行解调。
接收机然后前进到方框660，其中，对未分配子载波进行检测以便提供噪声和干扰估计。如果子载波为系统范围的未分配子载波，则检测到的输出表示该子载波频带的本底噪声估计。
接收机然后前进到方框670，对存储在存储器中的噪声及干扰估计和本底噪声估计进行更新。正如前面所述的，接收机可以存储预定数量的最近确定的噪声及干扰估计，并执行该这些估计的平均处理。同样地，接收机可以确定预定数量的最近确定的本底噪声估计的平均值。
接收机前进到方框680，其中，将噪声估计传送到发射机。例如，如果接收机为终端接收机，则该终端接收机可以将噪声估计传送到基站收发信机中的发射机。终端接收机可以首先将噪声估计传送到相关的终端发射机。终端发射机随后将噪声估计发射到基站接收机。基站接收机，依次将噪声估计传送到基站发射机。基站发射机可以使用该噪声估计调节该发射机在对应于该噪声估计的子载波上的发射功率电平。
类似地，基站接收机通过首先使用基站发射机将噪声估计发射到终端接收机，可以同样将接收的噪声估计传送到终端发射机。
在方框690中，接收机部分地根据利用未分配子载波所确定的噪声估计，确定随后接收到的符号的信号质量。例如，接收机对未分配子载波的噪声及干扰进行估计。在下一个符号周期，接收机可以在同一个先前未分配子载波上接收符号。然后，接收机能够部分地根据先前确定的噪声估计，确定信号质量，例如C/I或SINR。类似地，在接收机确定本底噪声估计时，接收机能够确定在同一个子载波上接收到的随后符号的SNR。
因为未分配子载波的数量和位置通常随机地或伪随机地发生变化，所以接收机能够周期性地对OFDM系统中的每个子载波频带的噪声及干扰和本底噪声的估计进行更新。接收机因此能够生成和更新可以传送给发射机级的噪声及干扰和本底噪声的估计，以便使得CCI最小。
已经描述了关于各种设备或元件的电气连接、耦合及连接。连接或耦合可以为直接或间接的。第一设备和第二设备之间的连接可以为直接连接，或者也可以为间接连接。间接连接可以包括插入元件，该插入元件可以对从第一设备到第二设备的信号进行处理。
本领域的普通技术人员应当理解，可以使用任何各种不同的工艺或技术来表示信息和信号。例如，在整个上述的描述中所提到的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号和码片可以用电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或光粒子及其任何组合来表示。
本领域的普通技术人员还应该理解，结合这里披露的实施例而描述的各种示意性的逻辑方框、模块、电路及算法步骤可以用电子硬件、计算机软件及其组合实现。为了清楚地表示这个硬件和软件的互换性，各种示意性的元件、方框、模块、电路和步骤已经在前面以其功能性的形式进行了总体描述。这样的功能是用硬件还是用软件实现依赖于具体的应用以及施加到整个系统的设计限制条件。技术人员可以针对各种具体应用而采用各种方式实现上述的功能，但是这样的实现决定不应当解释为导致脱离本发明的范围。
结合这里披露的实施例而描述的各种示意性的逻辑块、模块和电路可以被设计来执行这里所述功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它的可编程逻辑器件、离散的门或晶体管逻辑、离散硬件元件或任何它们的组合来实施或执行。通用处理器可以为微处理器，但是可选择地，处理器可以为任何处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、结合DSP内核的一个或多个微处理器或任何其它这样的配置。
结合这里所披露的实施例而描述的方法或算法步骤可以直接包括在硬件中、由处理器执行的软件模块中，或两者的组合中。软件模块可以驻留在RAM存储器、快速存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动硬盘、CD-ROM或任何现有技术中其它形式的存储介质中。示意的存储介质与处理器连接，以便该处理器可以从该存储介质中读取信息以及写入信息。可选择地，存储介质可以集成进处理器中。存储器和存储介质可以驻留在ASIC中。
所披露的实施例的上述描述使得本领域的技术人员能够制造或使用本发明。这些实施例的各种修改对于本领域技术人员是很明显的，这里所限定的一般原理可以应用在其它实施例中而不会脱离本发明的精神或范围。因此，本发明并不意在局限于这里所示的实施例，而是意在被给予与这里所披露的原理及新颖性特征相一致的最宽的范围。

Claims (20)

1、一种在正交频分复用(OFDM)系统中估计噪声的方法，所述方法包括：
接收OFDM符号；以及
检测在一个未分配的子载波频带中信号的接收功率。
2、如权利要求1所述的方法，还包括，用针对所述未分配的子载波频带的至少一个先前存储的接收功率测量值与所述接收功率进行平均。
3、如权利要求1所述的方法，还包括，在检测所述接收功率之前，解调对应于所述未分配的子载波频带的未分配子载波。
4.如权利要求1所述的方法，还包括部分地根据接收到的消息确定所述未分配的子载波频带。
5.如权利要求1所述的方法，还包括部分地根据内部生成的序列确定所述未分配的子载波频带。
6.如权利要求1所述的方法，其中，接收OFDM符号的步骤包括从基站发射机无线地接收RF OFDM符号。
7.如权利要求1所述的方法，其中，接收OFDM符号的步骤包括：
将无线接收到的RF OFDM符号转换为基带OFDM符号；
从所述基带OFDM符号中移除防护间隔；以及
使用快速傅立叶变换(FFT)将时域OFDM基带信号变换为调制的子载波。
8.如权利要求1所述的方法，其中，检测所述接收功率的步骤包括，确定所述未分配的OFDM频带中的所述信号的幅度、振幅、或幅度平方中的一个。
9.如权利要求1所述的方法，其中，检测所述接收功率的步骤包括，确定正交信号分量和同相信号分量的平方之和。
10.如权利要求1所述的方法，还包括：
确定所述未分配的子载波频带是否包括系统范围的未分配的子载波频带；
如果所述子载波频带不包括所述系统范围的未分配的频带，则将所述检测到的接收功率作为噪声及干扰估计加以存储；以及
如果所述子载波频带包括所述系统范围的未分配的频带，则将所述检测到的接收功率作为本底噪声估计加以存储。
11.如权利要求10所述的方法，还包括，与发射所述OFDM符号的发射机进行对时间基准的同步。
12.如权利要求1所述的方法，还包括：
用至少一个先前存储的接收功率测量值与所述接收功率进行平均，以便生成对应于所述未分配的子载波频带的噪声估计；以及
将所述噪声估计传送到发射机。
13.如权利要求12所述的方法，其中，将所述噪声估计传送到所述发射机的步骤包括，将所述噪声估计从终端发射机发射到基站收发信台。
14.一种在正交频分复用(OFDM)系统中估计噪声的方法，所述方法包括：
在无线蜂窝通信系统中接收OFDM符号，所述OFDM符号对应于一个符号周期；
确定在所述符号周期期间的一个未分配的子载波；
确定在所述符号周期期间在对应于所述未分配的子载波的频带中信号的功率；
将所述信号的所述功率值存储在存储器中；以及
用先前存储的值与所述信号的所述功率进行平均，以生成噪声估计。
15.一种在正交频分复用(OFDM)系统中估计噪声的设备，所述设备包括：
无线接收机，用于无线地接收对应于一个OFDM符号周期的OFDM符号；
检测器，用于检测在所述OFDM符号周期期间由所述无线接收机接收到的信号的接收功率电平；
处理器，与所述检测器耦合，并用于确定所述OFDM符号周期期间的未分配的子载波，并且部分地根据在对应于所述未分配的子载波的频带中的接收功率电平确定噪声估计。
16.如权利要求15所述的设备，还包括存储器，所述存储器与所述处理器耦合，所述处理器用于将所述噪声估计存储在所述存储器中。
17.如权利要求15所述的设备，还包括存储器，所述存储器与所述处理器耦合，并用于存储对应于所述未分配的子载波的预定数量的先前确定的噪声估计，所述处理器部分地根据所述噪声估计和所述先前确定的噪声估计确定平均噪声估计。
18.如权利要求15所述的设备，其中，所述无线接收机包括：
RF接收机部分，用于无线地接收RF OFDM符号并将所述RFOFDM符号转换为所述OFDM符号；
快速傅立叶变换(FFT)模块，用于从所述RF接收机部分接收所述OFDM符号并将所述OFDM符号变换为调制的子载波；以及
解调器，与所述FFT模块耦合，并用于对所述调制的子载波进行解调。
19.如权利要求18所述的设备，其中，所述检测器对所述解调器的输出的所述接收功率电平进行检测。
20.如权利要求15所述的设备，其中，所述检测器通过确定在所述OFDM符号周期期间由所述无线接收机接收到的所述信号的幅度、振幅、或幅度平方中的一个，检测所述接收功率电平。
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