CN1960556B

CN1960556B - 迭代信道预测

Info

Publication number: CN1960556B
Application number: CN2006101543265A
Authority: CN
Inventors: 姜仁成; 李云侯
Original assignee: KY WIRE ELECTRIC CO Ltd
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2005-09-20
Filing date: 2006-09-20
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2026-09-20
Also published as: US7706453B2; CN1960556A; US20070064840A1

Abstract

本发明提供了用于预测通信信道参数的系统、方法和技术。在一个代表性实施例中，估计在多个先前的时间点的通信信道参数的值，使用多个信道估计来预测在多个这样的先前的时间点的通信信道参数的值，然后使用该预测来更新信道估计，并且重复后者的预测和估计步骤直到满足指定条件。

Description

迭代信道预测

技术领域

本发明涉及用于预测通信信道参数的系统、方法和技术，并且适用于例如预测由无线通信信道引起的衰减和相位改变。

背景技术

可归于通信信道的幅度和相移经常随着时间而改变。在无线通信信道的情况下，这样的改变可起因于多个不同因素中的任一个，该多个不同因素例如涉及与移动无线器件的移动相关，和/或与在两个通信器件(例如蜂窝电话和基站)之间的环境中的改变相关，而无论任一器件的任何移动。

为了正确地解释所接收的数据，希望无线接收器能够针对其中接收到数据的每个时间帧预测或估计这样的参数。不幸的是，除了信道本身的特性随时间改变的事实之外，噪声(通常被建模为白高斯噪声)也破坏任何所发送的信息，从而使得对信道的精确预测或估计更困难。

经常使用其中发送器不仅发送信息符号而且也定期发送预定值(通常被称为导频信号)的技术来实现信道估计。然后，在所接收的信号中与预期的导频的任何偏离可以归因于通信信道或噪声。信道估计和信道预测两者的主要问题是要能够在存在这样的噪声的情况下刻画信道的特征。

除了使用导频信号用于信道估计之外，也可以将所接收的信息符号用于此目的。即，通常可以假定所接收和解码的符号是正确的，从而可以基于所实际接收的信号通过将此实际接收的信号与所假定的被发送器发送的信号相比较来估计信道。

信道预测技术一般依赖于下述假设：信道特征从一个时间帧到下一个相关联，并且经常可以被建模为随着时间平滑地并且不太快地改变的函数。因此，信道预测使用根据一个或多个时间帧的信道估计，以便预测在不同时间帧的信道。从频率域的角度来看，所述预测技术一般操作为低通滤波器，用于滤除所增加的较高频噪声，由此改善信道测量信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)。

一种类型的信道预测仅仅使用过去和当前的信道估计来预测下一个随后的信道值。不幸的是，这些技术经常受损于精度限制，基本上需要外插(extrapolation)到下一个时间帧。

在某些实现中，在信道预测之前，使用过去、当前和随后的信道估计来进行过滤操作。这样的滤波的目的是在预测之前降低信道估计噪声。换言之，噪声信道估计被过滤，然后被输入到信道预测器中。从信道估计器的观点看，改进了输入SNR。但是，这样的技术所引入的延迟要求信道估计器更加远离增强的信道估计地预测信道，由此减损了预测。

换句话说，这样的技术中所使用的滤波趋向于降低采样噪声，但是由于增加的预测距离该附加的延迟使得预测更困难，特别是当信道迅速改变时。为了进一步降低采样噪音，该滤波器需要较长的延迟。结果，对于采样SNR增强存在限制，这是因为较长的滤波一般将减少SNR增强的采样的益处。

发明内容

本发明通过使用以重复的方式增强采样的迭代技术降低采样噪声而解决这个问题。在优选实施例中，在进行最后的预测之前统一地增强所有的采样。

因此，在一个方面，本发明针对用于预测通信信道参数的系统、方法和技术。在特定的实施例中，估计在多个先前的时间点的通信信道参数的值，使用多个信道估计来预测在多个这样的先前时间点的通信信道参数的值，其中每个所述先前的时间点的预测基于在其紧前或其紧后的多个信道估计的子集。然后，使用该估计和该预测来更新该信道估计，重复后者的预测和估计步骤直到已经满足了特定的条件。

在一个实施例中，本发明提供一种用于预测通信信道参数的系统，包括前向预测模块，后向预测模块和估计模块。前向预测模块多次重复地实例化前向预测引擎，在每次重复时输入与多个时间点对应的第一多个信道估计，并且输出与在所述第一多个信道估计的任何一个之后的时间点对应的第一信道预测，其中所述任何一个之后的时间点的预测基于在其紧前的多个信道估计的子集。后向预测模块多次重复地实例化后向预测引擎，在每次重复时输入与多个时间点对应的第二多个信道估计，并且输出与在所述第二多个信道估计的任何一个之前的时间点对应的第二信道预测，其中所述任何一个之前的时间点的预测基于在其紧后的多个信道估计的子集。估计模块多次重复地实例化估计模块引擎，同一时间点的经更新的信道估计。

在一个实施例中，本发明提供一种用于预测通信信道参数的系统，包括估计模块，预测模块，再估计模块和推论模块。估计模块通过估计多个先前的时间点的通信信道参数的值，由此获得多个信道估计。预测模块通过使用多个信道估计，由此获得多个所述先前的时间点的通信信道参数的预测值，其中预测每个所述先前的时间点是基于在其紧前的或其紧后的多个信道估计的子集。再估计模块通过多个预测值以及估计模块获得的多个信道估计，由此更新多个信道估计。推论模块，使用多个更新的信道估计，预测一个通信信道参数。

利用上述迭代布置，通常可以获得良好的信道预测结果，而不必引入大的延迟。

上述的发明内容仅仅意欲提供对本发明的一般特性的简述。通过参考权利要求和结合附图进行的对优选实施例的随后的详细说明，可以获得对本发明的更完整的理解。

附图说明

图1是图示按照本发明代表性实施例的用于预测信道采样的技术的流程图。

图2图示按照本发明代表性实施例的用于预测技术中的一系列前向预测。

图3图示了按照本发明代表性实施例的用于预测技术中的一系列后向预测。

图4是图示用于实现图1中所示技术的系统的一部分的方框图。

具体实施方式

在一个代表性实施例中，本发明使用具有p阶的信道预测器，其中，基于在时间m-1、m-2、...、m-p的信道采样来预测在时间m的信道。在当前的讨论中使用下面的符号：

在迭代k和时间m的信道预测；

在迭代k和时间m的信道估计；以及

在时间m的最后信道预测。

因此，对于p阶的预测，用于预测在时间m+1的信道所需要的采样是

图1是图示按照本发明代表性实施例的、用于使用在多个先前的时间点的信道估计来预测信道采样的技术的流程图。为了图示本构思，下面的讨论经常引用如下示例，其中，使用由先前的2p个信道采样(m，m-1，...，m-2p+1)组成的集合来预测第m+1个采样。但是，应当强调，这个示例仅仅为了便利说明，并且可以以多种不同的方式来应用本发明的技术。

参见图1，最初，在步骤12中，在多个时间点(例如，相等间隔的点m、m-1、...，m-2p+1中的每个)测量主题通信信道(例如包括无线通信链路)。优选地使用基于所发送和接收的导频信号的任何公知技术来进行这样的测量。结果产生的测量用于初始化在所测量的时间点(例如， ...、

)的信道估计。

接着，在步骤14和16中，使用多个信道估计(例如，如在步骤12中产生的，或如下更详细讨论的，如在先前的迭代中经增强的)，在多个先前的时间点预测通信信道的值。在优选实施例中，对于进行了信道估计的所有相同时间点进行预测。如图1中所示，优选地使用两种不同的技术--前向预测(步骤14)和后向预测(步骤16)--来进行这样的预测。虽然顺序地示出了步骤16在步骤14之后，但是替代地可以以相反的顺序或甚至同时地实现这样的步骤。

在步骤14中，对于至少一些时间点--优选的是在本技术处理的采样集合中的后一半--进行前向预测。可以使用任何公知的前向预测技术来用于此目的。但是，在优选实施例中，使用二阶或三阶多项式的最优拟合(best-fit)的技术。

可以参见图2来查看步骤14所执行的前向预测处理的一个示例。如图2所示，将使用先前采样的集合45(它包括2p个采样m、m-1、...、m-2p+1)来预测第m+1个采样50的值。假定在步骤12期间对于集合45中的2p个采样的每个产生了估计。

优选地，使用一系列滑动、重叠窗口来在步骤14中计算期望的预测以获得期望的信道预测

、...、

(例如，分别使用窗口52-55的每个中的估计来预测采样52’-55’的每个)。例如，通过使用窗口52内的p个采样--其包括

...、

--的前向预测来获得对应于第m个采样52’的更一般而言，如图2中所示，优选地要前向预测的每个采样基于在其紧前的信道估计的子集。

当然，前向预测集合45内的所有采样或者需要减少用于预测较早的信道采样的采样的数目或使用来自集合45外部的估计(即，更早的采样)。但是，主要由于缺少将产生的增强的一致性，所以这两种方法都不让人相信能提供满意的结果。

因此，在步骤16中，对于在集合45的前半部分中的信道采样进行后向预测。除了以逆时(time-inversed)的方式来进行之外，优选地使用步骤14中用于前向预测的相同预测技术来进行这样的预测。但是，在替代实施例中，对于步骤14和16使用不同的预测技术。

图3图示了上述示例中的后向预测的产生。在此同样，优选地使用一系列滑动、重叠窗口来进行期望的预测。对于该步骤16，优选地期望的信道预测是

这样，例如，在窗口62-65的每个内的估计优选地分别用于预测采样62’-65’的每个。例如，通过使用在窗口62内的p个采样--其包括 --的后向预测来获得对应于第(m-p)个采样62’的

更一般而言，如图3所示，要后向预测的每个采样优选地基于在其紧后的信道估计的子集。

返回图1，在步骤18中，组合所述预测和估计以便提供新的估计。在优选实施例中，在步骤14和16期间，对于集合45内的每个时间点进行了预测，因此集合45内的每个时间点优选地既有预测也有估计。优选地，通过将其先前的估计与其当前的预测组合而更新集合45内的每个时间点的估计。可以使用Kalman(卡尔曼)滤波器、使用任何其他类型的加权平均或以任何其他公知的方式来实现这样的组合。

在步骤20中，对是否已经满足了指定的完成标准(它可以是预定的或实时(on-the-fly)指定的)进行确定。如果满足，则处理进行到步骤22。如果没有满足，则处理返回到步骤14，以进行预测和估计更新的下一迭代。在该步骤20中可以使用各种不同的完成标准中的任何一个，包括在固定数目的迭代后停止处理、步骤18中所产生的估计与在先前的迭代(或跨越最后几个迭代)中所产生的估计相比改变量没有超过指定数量的标准、或上述标准的任何组合。

最后，在步骤22中，使用来自步骤18的最后迭代的估计中的一些或全部对于下一个信道采样(例如m+1)进行预测。在优选实施例中，向预测器中输入

以便获得

注意，前述的迭代技术能够产生一种通信信道预测，它一般具有比需要相同的延迟量的传统技术更大的准确性。这样的提高的准确性的一些原因包括：对于所有预测和估计使用单个数据集合、对于所有预测使用单个窗口大小、本发明的对前向和后向预测的组合。

图4是图示上述技术的步骤14、16和18以及最后的预测步骤22的最后迭代(迭代k)的方框图。如下更详细地所述的，可以依赖于与特定实现相关的更新灵活性、性能和速度上的期望折中(trade-off)来以软件、硬件或固件的任何组合来实现图4中图示的每个模块。

在图4中，前向预测模块14对应于上述的前向预测步骤14，并且被示出为包括多个前向预测引擎14’。同样，依赖于特定的实现和期望的折中，前向预测引擎14’可以或者是物理上分立的部件、同一物理引擎的单独实例化(instantiation)或上述的任何组合。在任何情况下，使用已经从先前的迭代(即，在本示例中为k-1)接收的估计对于多次重复而实例化这样的引擎的一个或多个。在每个示例(case)下的结果是对于信道采样之一即在用于进行预测的采样的组之后的那个采样的新预测。

类似地，后向预测模块16对应于上述后向预测步骤16，并且被示出为包括多个后向预测引擎16’。依赖于特定的实现和期望的折中，后向预测引擎16’可以是物理上分立的部件、同一物理引擎的单独的实例化或上述的任何组合。在任何情况下，使用已经从先前的迭代(即，在本示例中为k-1)接收的估计对于多次重复来实例化这样的引擎的一个或多个。在每个示例下的结果是对于信道采样之一即在用于进行预测的采样的组之前的那个采样的新预测。

模块14和16优选地一起产生集合45内的每个采样的预测。更优选地，使用相同大小的窗口和仅仅使用来自集合45内的采样来产生每个这样的预测。

估计模块18对应于上述步骤18，并且被示出为包括多个估计引擎18’。根据特定的实现和期望的折中，估计引擎18’可以是物理上分立的部件、同一物理引擎的不同的实例化或上述的任何组合。在任何情况下，使用已经从先前的迭代(即，在本示例中为k-1)接收的估计以及已经由模块14和16在当前的迭代(即，在本示例中的k)中产生的预测对于多次重复来实例化这样的引擎的一个或多个。在每个示例下的结果是对于信道采样之一的新预测。如上所述，每个估计引擎18’优选地将针对仅单个采样的估计和预测组合，以便提供针对该同一采样的新的经更新的估计。另外，优选地针对集合45内的每个采样产生新的经更新的估计。

前向预测模块22对应于上述步骤22。它优选地以与个体的前向预测引擎14’相同的方式来运行，并且仅仅使用集合45内的当前估计的一部分(例如后半部分)以便产生用于新信道采样(例如，本示例中的m+1)的最后的预测。所预测的信道采样优选地在由前向预测模块14、后向预测模块16和估计模块18先前产生预测和估计的任何时间点之后。在任何情况下，可以然后使用新产生的预测来用于解码在对应的时间帧期间接收的符号值。

系统环境

一般而言，除非明确指出，否则可以使用一个或多个可编程通用计算器件来实践在此所述的所有系统、方法和技术。这样的器件通常将包括，例如，例如经由公用总线而彼此互连的下面的部件中的至少一些：一个或多个中央处理单元(CPU)；只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)；用于(例如使用诸如串行端口、并行端口、USB连接的硬件连接，或固件连接，或使用诸如蓝牙或802.11协议之类的无线协议)与其他器件连接的输入/输出软件和电路；用于(例如使用硬件连接，诸如以太网卡，或无线协议，诸如码分多址(CDMA)和全球移动通信系统(GSM)、蓝牙、802.11协议，或任何其他的基于蜂窝的或非基于蜂窝的系统)连接到一个或多个网络的软件和电路，在本发明的许多实施例中，所述网络继而连接到因特网或任何其他的网络；显示器(诸如阴极射线管显示器、液晶显示器、有机发光显示器、聚合体(polymeric)发光显示器或任何其他的薄膜显示器)；其他的输出器件(诸如一个或多个扬声器、耳机和打印机)；一个或多个输入器件(诸如鼠标、触摸板、图形输入板、触敏显示器或其他定点器件(pointing device)、键盘、小键盘、麦克风和扫描仪)；大容量存储单元(诸如硬盘驱动器)；实时时钟；可拆卸存储读取/写入器件(诸如用于对于RAM、磁盘、磁带、光磁盘、光盘等读取和写入)；调制解调器(例如，用于发送传真或用于经由拨号连接而连接到因特网或任何其他的计算机网络)。在运行中，到由这样的通用计算机实现的程度的用于实现上述方法和功能的处理步骤通常初始被存储在大容量存储器(例如硬盘)中，被下载到RAM中，然后被CPU从RAM中提出执行。但是，在一些情况下，所述处理步骤初始被存储在RAM或ROM中。

可以从各种销售商获得用于实现本发明的适当器件。在各种实施例中，依赖于任务的规模和复杂程度来使用不同类型的器件。适当的器件包括大型计算机、多处理器计算机、工作站、个人计算机和更小的计算机，诸如PDA、无线电话或任何其他设备或器件，无论是单机、硬连线连接到网络或无线连接到网络的。

另外，虽然上面描述了通用可编程器件，但是在替代实施例中，取代(或补充)使用一个或多个专用的处理器或计算机。一般，应当注意，除非明确注明，否则可以以软件、硬件、固件或这些的任何组合来实现如上所述的任何功能，并且根据公知的工程折中来选择特定的实现。更具体地，当以固定、预定或逻辑的方式来实现上述功能时，可以通过编程(例如软件或固件)、逻辑部件(硬件)的适当布置或所述两者的任何组合来实现如上所述的功能，本领域内的技术人员可以容易地明白这一点。

应当明白，本发明也涉及机器可读的媒体，其上存储了用于实现本发明的方法和功能的程序指令。这样的媒体包括例如磁盘、磁带、光可读媒体诸如CD ROM和DVD ROM、或半导体存储器诸如PCMCIA卡、各种类型的存储卡、USB存储器等。在各种情况中，所述介质可以采取便携项的形式，诸如微型盘驱动器或小盘、磁盘、碟、盒、筒、卡、棒等，或者它可以采取相对较大或不能移动的项的形式，诸如在计算机或其他器件中提供的硬盘驱动器、ROM或RAM。

上述的说明主要着重于电子计算机和器件。但是，应当明白，可以替代地使用任何其他的计算或其他类型的器件，诸如使用电、光、生物和化学处理的任何组合的器件。

另外的考虑

虽然在无线通信系统的情境下一般地描述了本发明，但是术语“信道”在此在一般的含义上被使用，并且指的是通过其发送信号的任何介质。例如，所述信道可以包括无线环境、铜线、光纤或甚至存储介质。在每种情况中，由于通过所述信道传输的影响，所接收的信号与所发送的信号不同。

上面描述了本发明的几个不同的实施例，其中每个这样的实施例被描述为包括特定的特征。但是，我们的本意在于，如本领域内的技术人员将理解的，结合任何单个实施例的讨论所描述的特征并不限于该实施例，而是可以以各种组合被包括在和/或被布置在任何其他的实施例中。

类似地，在上面的讨论中，功能有时被归属于特定的模块或部件。但是，功能一般可以按照期望而被重新分布在任何不同的模块或部件之间，在一些情况下完全排除了对特定部件或模块的需要，和/或需要增加新的部件或模块。如本领域内的技术人员将理解的，优选地参见本发明的特定实施例按照公知的工程折中来进行功能的精确分布。

因此，虽然已经参见本发明的示例性实施例和附图而详细地描述了本发明，但是对于本领域内的技术人员很清楚，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下实现本发明的各种适配和修改。因此，本发明并不限于在附图中所示和上述的精确实施例。而是，旨在所有不脱离本发明的精神的这样的改变被认为落入仅由所附的权利要求限定的本发明范围内。

本申请要求于2005年9月20日提交的题为“具有统一的SNR增强的迭代信道预测”的美国临时专利申请第60/718,825号的权益，所述申请通过引用而被并入本文，如同全文在此给出。

Claims

1.一种预测通信信道参数的方法，包括：

(a)估计在多个先前的时间点的通信信道参数的值，由此获得多个信道估计；

(b)使用多个信道估计来预测在多个所述先前的时间点的通信信道参数的值，其中每个所述先前的时间点的预测基于在其紧前或其紧后的多个信道估计的子集；

(c)使用在步骤(a)中进行的估计和步骤(b)中进行的预测来更新信道估计；并且

(d)重复步骤(b)-(c)直到满足指定条件。

2.按照权利要求1的方法，还包括步骤：

(e)使用在完成步骤(d)后得出的信道估计来前向预测在一在后时间点的通信信道参数的值。

3.按照权利要求2的方法，其中，在步骤(e)中的所述在后时间点位于先前产生预测和估计的任何时间点之后。

4.按照权利要求1的方法，其中，每次重复步骤(b)-(c)是针对所述多个先前的时间点的每个预测值。

5.按照权利要求1的方法，其中，所述步骤(b)包括前向和后向预测通信信道参数的值。

6.按照权利要求5的方法，其中，在所述步骤(b)中，后向预测在所述多个先前的时间点的前一批的通信信道参数的值，并且前向预测在所述多个先前的时间点的后一批的通信信道参数的值。

7.按照权利要求6的方法，其中，在所述步骤(b)中，后向预测在所述多个先前的时间点的大约前半部分的通信信道参数的值，并且前向预测在所述多个先前的时间点的大约后半部分的通信信道参数的值。

8.按照权利要求1的方法，其中，在步骤(d)中的所述指定条件包括固定数目的重复步骤(b)-(c)。

9.按照权利要求1的方法，其中，在步骤(d)中的所述指定条件包括相对于先前重复步骤(b)-(c)的改变量在指定的门限值内的条件。

10.一种用于预测通信信道参数的系统，包括：

(a)前向预测模块，其多次重复地实例化前向预测引擎，在每次重复时输入与多个时间点对应的第一多个信道估计，并且输出与在所述第一多个信道估计的任何一个之后的时间点对应的第一信道预测，其中所述任何一个之后的时间点的预测基于在其紧前的多个信道估计的子集；

(b)后向预测模块，其多次重复地实例化后向预测引擎，在每次重复时输入与多个时间点对应的第二多个信道估计，并且输出与在所述第二多个信道估计的任何一个之前的时间点对应的第二信道预测，其中所述任何一个之前的时间点的预测基于在其紧后的多个信道估计的子集；以及

(c)估计模块，其多次重复地实例化估计模块引擎，在每次重复时输入(i)由所述前向预测模块或后向预测模块中的至少一个进行的信道预测和(ii)对于同一时间点的信道估计，以及然后输出对于该同一时间点的经更新的信道估计。

11.按照权利要求10的系统，还包括预测模块，其输入多个经更新的信道估计，并且输出对于在后时间点的最后信道估计。

12.按照权利要求11的系统，其中，所述在后时间点位于先前产生预测和估计的任何时间点之后。

13.按照权利要求10的系统，其中，所述前向预测模块和所述后向预测模块的每个使用信道估计的多个重叠窗口来产生对应的信道预测。

14.按照权利要求10的系统，其中，所述输入到前向预测模块的信道估计是从在先前重复地实例化估计模块引擎中运行的估计模块接收的。

15.按照权利要求10的系统，其中，所述后向预测模块和所述前向预测模块使用等同地同样预测技术，但是以逆时的方式。

16.按照权利要求15的系统，其中，所述预测技术是多项式预测技术。

17.一种用于预测通信信道参数的系统，包括：

估计模块，通过估计多个先前的时间点的通信信道参数的值，由此获得多个信道估计；

预测模块，通过使用多个信道估计，由此获得多个所述先前的时间点的通信信道参数的预测值，其中预测每个所述先前的时间点是基于在其紧前的或其紧后的多个信道估计的子集；

再估计模块，通过多个预测值以及所述估计模块获得的多个信道估计，由此更新多个信道估计；和

推论模块，使用多个更新的信道估计，预测一个通信信道参数。

18.按照权利要求17的系统，其中，所述预测模块和再估计模块重复自身的操作直到满足指定条件。

19.按照权利要求18的系统，其中，所述指定条件包括相对于先前所述预测模块和再估计模块重复自身的操作的改变量在指定的门限值内的条件。