TW567696B - Channel estimator for WLAN - Google Patents

Description

567696 五、發明說明（1) ' " " 【發明領域】 本發明係有關一無線區域網路（WLAN)通訊之通道估計 益’尤指可適應性地在一傳輸訊號封包間的任一時點上作 調整通道估計之操作，進而校正補償通道效應對資料所造 成的影響。 【發明背景】 爾來’無線區域網路（WLAN)通訊正被大量而廣泛地研 究、討論及應用。在以正交分頻多工（〇FDM)為基礎的無線 區域通訊網路（WLAN)技術上，通道估計（channel Estimation)之工作是非常重要。目前，大多使用長串或 短串之前置序列部分（Short and Long Preamble.)來執行 通道估計。關於前置序列部分一般的位置係設置在每一個 傳輸封包（Transmitted Packet)的前頭。然而，在無線區 域網路通訊於傳輸一段時間後，訊號傳輸之通道會隨著時 間或空間的不同而改變，如此，則使用前置序列部分以執 行通道估計的方式，將無法滿足適用於通道變更後封包 (Packet)的其餘資料。 、此時’右對通道之訊息内容（Channel Inf ormat ion) 沒有加以調整，則通道估計所產生之錯誤訊號將會影響封 包内容資料解調的正確性，進而使其產生錯誤的解調社 果。 、。 【發明之概述及目的】 緣此，本發明提出一新穎設計的通道估計器（Channei Estimator)，用以解決上述無法適應性調整之缺失。本發

第5頁 567696 五、發明說明（2) —_ 明通道估計器之主要原理，乃係經由使用—# 平方遞迴（RLS)演算法以及使用資訊重建 間匕型之最小 (Data-Reconstructi〇n)的方式，而在 I. ^ .1 ^(Frequency Do.ain) t ^ ^ ^ ^ ]

Response)的動作，並且其調整之動作H應（Channel 傳輸訊號封包間的任一時點上作適應性調’"、整。化的在一 ^發明所述之通道估計器，主要係包括 益，用以校正補償通道之效應；一適 =通道权正 與通道校正器相連接…適應性地以=器，係 一符號緩衝器，連接於適應性通道預估器，=動作， 緩衝作用；-資訊重建器，係連接於適應性J 虎之 係將一迴授訊號的資料加以重建；一通 ^預，态， :固別：接至適應性通道預估器、符號緩衝器及；：：建係 用以整合控制通道估計之訊號處理的操作。、‘：建 通道二正器@出 '經校正補償通道效應之 一級連接之電路。 贶旳翰出至下 【發明之詳細說明】 本發明所提出之無線區域網路通訊中之通道估 m Est iinator)主要係在介於接收封包訊號的期 道估Ϊ器中使用一簡化型之最小平方遞迴(RLS) 塑1，=及一資訊重建之方法而去執行調整頻域中之通道 謇應，其中所述之調整程序係可彈性化的在一= tte"acket)間的任一時點上作適應性調二封 首先，針對本發明通道估計器之電路方塊連接組 麵 第6頁 567696 五、發明說明（3) 明。煩請參閱第一圖，第一圖係為本發明實施例之通道估 計器2 0裝置於一無線區域網路接收器2中的電路方塊連接 示意圖。整個第一圖所示為一無線區域網路接收器2，於 接收到訊號後，經由一類比數位轉換器丨〇將類比訊號轉換 為數位訊號。轉換後的數位訊號同時傳送給一環狀字首移 除器（Cyclic Prefix Remover)12 、 一 同步器 (Synchronization)16、一訊號偵測、自動增益控制及功 率量測器.（Signal Detection & AGC & p〇wer

MeaSUrement)18，環狀字首移除器12之輸出則連接至一快 速富立葉轉換器（FFT)14，用以將時域訊號轉換為頻域訊、 號；而訊號偵測、自動增益控制及功率量測器丨8之一端則 連接回類比數位轉換器1 〇 ’以控制類比數位轉換器1 〇之轉 換。快速富立葉轉換器14所輸出之頻域訊號一方面傳回同 步器16中作同步動作，另一方面連接至本發明所提出之通 道估計器（Channel Estimator)20 中。 、 >第一圖中所示本發明之通道估計器20，係包括有一通 道杈正器（Channel Correct ion) 22，係用以校正補償通道 之放應，其輸入立而為整個通道估計器2 〇之一輸入端而係與 快速富立葉轉換器14相接；另通道校正器22之輸出端則係 為通道估計器20之一輸出端，係連接於一反向星狀圖化器 (Constel lation Mapper)3〇中。通道估計器2〇亦包括有一 適應 |± 通道預估器（Adaptive Channel ， 用以在一傳輪訊號封包間的任一時點上，適應性地執行通 道預估動作。適應性通道預估器23之輸入端係接收由快速 567696

五、發明說明（4) ©立葉轉換器1 4所輸出之頻域訊號，其輸出端則係連接於 通道校正器22作通道效應校正補償之用。通道估計器2〇亦 包括有一符號緩衝器（Symbol Buffer)24，係為暫存^傳輪、 訊號之符號的緩衝作用。符號緩衝器24之輸入端同樣係片連 接=接收由快速富立葉轉換器14所輸出之頻域訊號，其輸 出端係連接於適應性通道預估器2 3。 ’、 第—圖之通道估計器20中另包括有一資訊重建器 ^ Reconstructi〇n)25及一通道預估控制器⑽η ί中’資訊重建器25之輸入 Ϊ ’主要係將一迴授訊號的資料加以重 -圖中:ΐχ者Τ月ί資：重建器25所拉迴授的訊號點(第 ^ 者），係從一維特比解碼器（Viterbi

Decoder) 34之輸出點所迴授者， 預估之正確性盥稃定性。 匕，此有效地提高通道 係與資訊重建器2;“入估控制器26，其輸入端 維特比解碼器34之輪出為迴授之接點取 輸出端係個別連接至適應性通；預'=預器⑼之 及資訊重建器25，用以黎人咖t預估态23、符唬緩衝器24 作，主要係以—簡 ：：：通道估計之訊號處理的操 完成控制操作者。 ^平方遞迴式（RLS)演算法而 2 2輸出一經由前述電路方塊校正補：：：2二通道板正益 出至下一連接電路， 彳員通道效應之訊號而輸

Demapper)30。 ° 狀圖化器（Conste 1 1 ation

第8頁 567696 五、發明說明（5) ，向星狀圖化器30係將經過通道估計器所輸出之訊號 仃解星狀圖化之作用，其輸出再連接至一解交錯器 (De-lnterleaver)32，作為將訊號解交錯化，之後連接至 比解碼WlteFbi Dec〇der)34 ’將訊號加以解 :9’n解碼後之輸出為一標示X <接點提供迴授給通道估計 :收=後之訊號再連接至一解倒亂器(De-Sc一1 er) 36 ’將原先—發射器中所倒|L之訊號加以解開，之後 至一媒體存取控制,. 發明夕)如此，即完成—藉由設置本 =^ 所組成之無線區域網路接收器2之電路 万塊貫施例。 ^丨j述之以簡4匕变j夕异 成通道預估之控制摔=平：ΐ迴式(RLS)演算法而完 式则加以改良。’如作/广/要係將-般最小平方遞迴 ^ 如原先一般之RLS的運算式如下： ^ Qp +(1- w)(Yp ~ QpYp)Yp*.........⑴ 遞迴式（l)#i Am 代表一it、f ί! π、為一般驾用RLS遞迴式，其中，Qp主要係 此遞 、J代表一調整計算的參數；Yp表示為一等 化的輸入訊號；化代表-決定模式（DeclsionMode)等化 輸出的訊號；而Ϋ * —々 迴式將增加遞迴f表Μ p之共1^复數者。然'而 本發明所提出複雜度。 <間易型RLS遞迴式如下：

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五、發明說明（6)

Q P+1

tYp + (1-K)Qp (2) 如公式（2 )所示即為本發明之簡易型RLS遞迴式，其中 κ表示為一介於〇到1之間（〇m)的最佳化求解值 Λ 2 (Optimalsoliition)，而 k = d — w)YP 者。如此，本發明 之RLS遞迴式可以視其為γρ = ΧρΗρ之線性運算方式而加以遞 迴運算，其中χρ可以為，另叶可為Qp。則公式（2)可有 效簡化遞迴式之運算，進而達成快速收斂而將通道快速估 計出來。 x 在此’必須強調的是本發明之通道預估控制器2 6的控 制操作方式，乃係可以依照上述遞迴關係而以電腦程式之 f行加以完成者，另外，亦可使用硬體電路之連接方式而 70 ^上述通道估計之控制者。簡言之，通道預估控制器2 6 於貝施夺係可使用軟體之方式完成，也能使用硬體之方 式加以完成者。 有關本發明通道估計器2 0中所使用之資訊重建器2 5， 主要係與一無線區域網路發射器4中之一訊號建立器5 0共 ，硬體，路而達成者，煩請參閱第二圖，可進一步得知訊 號建立器50之組成。在無線區域網路發射器4電路中，主 = 2所欲發射之訊號資料，先經由一媒體存取控制器 訊，倒t以存取，之後連接至一倒亂器（Scrambler)40將 ° ’而再連接至訊號建立器5〇經由反向快速富立葉

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轉換器60作調變。本發明通道估計器2〇所使用之資訊重建 器25即為與此無線區域網路發射器4中之訊號建立器5〇為 共同使用之實施方式，藉以節省接收器2硬體電路之製 作，避免額外增加電路所增之成本。 第二圖之訊號建立器5 〇係包括··一編碼器 (Encoder)52，其輸入端係為訊號建立器5〇本身之一輸入 端’乃係接收一輸入訊號而加以編碼，此所述之接收一輸 入訊號即係為接收經由倒亂器4 〇所處j皇後之輸出訊號者； 一交錯器（Interleaver)54，係與編碼器52相連接，乃係 將編碼後之§fL號加以交錯化；一圖化器（M a p p e Γ ) 5 6，係與 父錯器5 4相連接’係將交錯化後之訊號，以圖狀分佈之對 應數關係加以應對；一欲入器（I ns er t i 〇η ) 5 8，係與圖化 器5 6相連接’將圖化後之訊號嵌入一領航訊號。其中，於 電路實施時，編碼器5 2主要係為一捲積編碼器 (Convolutional Encoder)者；交錯器54係為一區塊交錯 器（Block Interleaver);圖化器56係為一星狀圖化器 (Constellation Mapper)，所以其圖狀分佈之態樣係為一 星狀分佈者；而嵌入器5 8則係為一領航嵌入器（p丨1 01

Tone Insertion)，其所嵌入係為一領航訊號.者。 此外’说说建立裔5 0之輸出連接至一反向快速富立葉 轉換器（I FFT ) 6 0中，將訊號作反向富立葉轉換，轉換後訊 5虎連接至一壞狀字首加入^l(Add Cyclic Prefix)62中’ 藉以加入環狀字首於傳輸訊號上，傳送至一多工器 (MUX)66中。多工器66之另一輸入端則係連接一長、短前 567696 五、發明說明（8) 置序列器（Short and Long Preamble Generat〇r)64，如 此可將環狀字首與長短前言部分加於資料封包前。加入長 短前置序列後之訊號經由一加窗器（Wind〇w)68之加窗處 ，，使訊號產生加窗之作用，之後傳送至一數位類比轉換 裔（DAC ) 7 0，將數位訊號轉換為類比訊號，最後經由一射 頻電路（RF Sect ion) 72的調頻作用，經而由天線74將訊號 發射出去。 另外’本發明所述之調整程序，係在傳輸訊號封包期 間執行調整頻域（FreqUenCy D〇main)中之通道響應 (Channel Response)的動作，乃係可彈性化的在一傳輸訊 號封包期間的任一時點上作適應性調整，進一步說明煩請 參閱第三圖。主要係先在一傳輸資料封包（packet)之前言 的長串序列中執行通道預估初值化（Initial

Es 11 ma t_i on)。接著，可在封包期間的任一時點，如第三 = 料訊號N之前、資料訊號心前或是資料訊 & _則立時點上，執行適應性通道預估之調整動作；其 fii — π敕任思整數。所以相較於習用技術之僅在前言部分 估的"，則本發明所提出通道估計器20 情形，有效避免估計錯誤發生。 交 【發明之效果】 Ϊ1之主要功效，在於結合新穎的最小平方遞迴 效，二异Λ以及資訊重建之技術而具備快速收斂之功 效…夺在執行通道估計效果上較習用技術的效果為佳，

第12頁 567696 五、發明說明（9) 且能符合實際通道改變之情形，有效避免通道估計錯誤發 生。茲條列如下： 1 ·資訊重建之實施，係採用與一發射器中之訊號建立器共 用硬體電路，町避免額外增加電路，有效節省成本。 2·通道預估控制器，其使用簡易型最个平方遞迴（RLS)演 算法於實施時，係可使用程式化方式完成控制，亦可使 用硬體電路之方式加以完成。 3·可彈性化的在一傳輸訊號封包間的任一時點上作適應性 的通道估計之調整操作。 矣示上所述， 實施之進步性， 所未見之新發明 申請。

充份顯示出本發明在目的及功效上均深富 極^產業之利用價值，且為目前市面上前 ，完全符合發明專利之要件，爰依法提出 唯以上所迷者 处” l々 •王^|听之較佳實施例而已，合不 月匕以之限定本發明所實施之铲m e ° 田不 ^ 貝她之辜巳圍。即大凡依本發明由枝奎 利範圍所作之均等轡札命放从 八凡伙+赞月甲5月專 利範圍所作之均等變:匕：；：固：：大凡依本發明申請專 涵蓋之範圍内，謹“審=應仍屬於本發明專利所 至禱。 貝審查委員明鑑，並祈惠准，是所

567696 圖式簡單說明 【圖式簡單說明】 第一圖係為本發明實施例之通道估計器裝置於一無線區域 網路接收器中的電路方塊連接示意圖； 第二圖係為通道估計器中之資訊重建器，其共用一無線區 域網路發射器之訊號建立器的電路方塊連接關係示 意圖； 第三圖係為本發明實施例中通道估計器調整之動作，是在 一傳輸訊號封包間的任一時點上作適應性調整之示 意圖。

【符號說明】 2無線區域網路接收器 4無線區域網路發射器 8媒體存取控制器 1 0類比數位轉換器 1 2環狀字首移除器 1 4快速富立葉轉換器 16同步器

1 8訊號偵測、自動增益控制及功率量測器 20通道估計器 2 2通道校正器 23適應性通道預估器 24符號緩衝器 2 5資訊重建器 2 6通道預估控制器

第14頁 567696 圖式簡單說明 3 0反向星狀圖化器 32解交錯器 3 4維特比解碼器 3 6解倒亂器 4 0倒亂器 5 0訊號建立器

5 2編碼器 54交錯器 56圖化器 58嵌入器 6 0反向快速富立葉轉換器 6 2環狀字首加入器 64長、短前置序列產生器 66多工器 6 8加窗器 70數位類比轉換器 7 2射頻電路 7 4天線

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Claims (1)

1. 567696 六、申請專到範圍 1. 一種無線區域網路之通道估 一通道校正器，其輪入端為該通道: 該通道校正器之輪出端則4;=;:輸入：屮 端，用以校正補償通道之效i;通道估计"之一輸出 一適應性通道預估器，其輸入 她相i表桩，*认， I 4通道杈正器之輸入 鈿相運接，其輪出端係連接 應性地執行通道預估動作；…通❹正益’用以適 一：號=，其輸入端與該通道校正器之輸入端相連 接，/、輸出端係連接於該適應性通道預估器，係為暫 存符號之緩衝作用； 一資訊重建器，其輸入端為該通道估計器之另一輸入 端，其輸出端係連接於該適應性通道預估器，=將一 迴授訊號的資料加以重建； 一通道預估控制器，其輸入端係與該資訊重建器的輸入 端相連接，其輸出端係個別連接至該適應性通道預估 器、符號緩衝器及資訊重建器，用以整合控制通道估 計之訊號處理的操作，之後，由該通道校正器輸出一 正確校正補償通道效應之訊號。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之無線區域網路之通道估古十 器’係將該通道估計器設置在一無線區域網路接收器 中，該通道估計器之一輸入端係連接該無線區域網路 收器中之一快速富立葉轉換器的輸出端。 3.如申請專利範圍第1項所述之無線區域網路之通道估 器’係將該通道估計器設置在一無線區域網路接收器

   第16頁 567696 六 申請專利範圍 連接該：線ΐί:之資訊重建器的輸入端，係 4. 如申請專利範Ϊ;Γ上收/中之，^ 器，係將該通道估叶写#署之無線區域網路之通道估計 中，其中，該通道估線區域網路接收器 網路接收器令之—反Λ ^ #輪出端係連接至該無線區域 5. 如申請專利範圍第!反項向星，圖化器的輸入端者。 器，苴中，嗲1¾ 之無線區域網路之通道估計 Ύ 〇哀適應性通道預仕51夕拙—击k 時間點，為彈性地在為之執仃更新通道估計之 以適應通道之封包中之任—時點上執行， 3.ΐ申Π利；所述之無線區域網路之通道估計 實施者。〃、預估控制器係以程式處理作為控制之 • ί申ί ί利範圍第1項所述之無線區域網路之通道估钟 實施^ 通道預估控制器係以硬體電路作為控制之 8· t申請專利範圍第i項所述之無線區域網路之通道估 态，其中，該資訊重建器之資訊重建，係盥一叙 ° •二申請專利範圍第1項所述之無線區域網路之通道估 =，其中，該通道預估控制器之控制操作係以一簡化 =小平方遞迴式而執行通道預估控制之動作者。 〇·如申請專利範圍第3項所述之無線區域網路之通道估 器，其中，該解碼器係為一維特比解碼器（Vite = i ° 第17頁 567696

   Decoder)者 ° 1 ·如申請專利範圍第8項所述之盔〆 器，JL中，所並田員所、線&域網路之通道估計 ，、中所共用之該訊號建立器係包 一編碼器’其輸入端為該訊於 收-輸入訊d編：周“之輸入端，係接 一==該編碼器相連接，乃係將編碼後之訊 號加以交錯化； - 3化器，係與該交錯器相連接’係將交錯化後之訊 號，以圖狀分佈之對應數關係加以調整·，

   一嵌入器，係與該圖化器相連接，將圖化後之訊號， 嵌入一領航訊號。 1 2 ·如申請專利範圍第丨丨項所述之無線區域網路之通道估 a十器’其中’該編碼器係為一捲積編碼器 (Convolutional Encoder)者。 1 3 ·如申請專利範圍第11項所述之無線區域網路之通道估 計器’其中，該交錯器係為一區塊交錯器（Bi〇ck Inter leaver)者 〇

   1 4 ·如申請專利範圍第11項所述之無線區域網路之通道估 計器，其中，該圖化器係為一星狀圖化器 (Constellation Mapper)，而該圖狀分佈係為一星狀 分佈者。 1 5 ·如申請專利範圍第11項所述之無線區域網路之通道估 計器，其中，該嵌入器係為一領航訊號嵌入器（Pi lot Tone Insertion)，而該嵌入之訊號係為一領航訊號

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