TWI481233B - 用於多使用者多輸入多輸出正交分頻多重存取之頻率偏移及頻道回應之同時估計之方法及裝置 - Google Patents

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Description

用於多使用者多輸入多輸出正交分頻多重存取之頻率偏移及頻道回應之同時估計之方法及裝置
本發明係關於頻率偏移及頻道回應估計，且更特定言之，本發明係關於一種具有一廣義載波指派方案(CAS)之多使用者多輸入多輸出(MU-MIMO)通信環境，諸如長期演進通信系統。
正交分頻多重存取(OFDMA)技術係多種寬頻存取技術之一重要部分。長期演進(第四代行動通信的標準)在上行鏈路中利用單載波分頻多重存取(SC-FDMA)，一新穎單載波多重存取技術具有類似效能且整體結構基本上相同於一OFDMA系統的整體結構，但具有一更好的峰值對振幅功率比(peak-to-amplitude power ratio)。當SC-FDMA與MU-MIMO技術結合時，SC-FDMA可以非常好的頻譜效率及適中的複雜性來遞送非常高的資料速率。
雖然OFDMA促進頻道估計及等化任務，時間及頻率同步的嚴格需求變成一重要問題。可經由插入一循環首碼(CP)而高度簡化時間同步。發送器與接收器之間的頻率偏移破壞了副載波之間的正交性，因此產生可大大地降低其效能且沒有直接解決方法的載波間干擾(ICI)。
已提出或建議用於上行鏈路中頻率偏移之估計及校正的許多技術。例如，IEEE學報第7章第95卷(2007年7月)Michele Morelli等人撰寫之「Synchronization Techniques for Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA): A Tutorial Review」，其描述基於時域空間交替投影之期望最大值(TD-SAGE)的反覆式演算法。雖然有效，所揭示的時域方法並未利用不同使用者的頻率分離，或未利用多數頻道估計方法執行於頻域中的事實。
有兩項態樣在相當大程度上使估計及校正上行鏈路中之頻率偏移的任務變得複雜。首先，該載波指派方案(CAS)在最大化該頻道的容量上扮演重要角色，因為基於影響每個使用者的不同頻道條件在不同使用者之間自由分配可用副載波的彈性，提供一種「多使用者分集」的形式。一廣義CAS允許一接近不受約束的載波指派程序，其提供最大分集增益，但亦使頻率偏移估計變得複雜。此外，在上行鏈路中，每個行動台使用者在存取基地台時將受不同頻率偏移量影響。
因此存在多使用者多輸入多輸出OFDMA通信系統之頻率偏移及頻道回應之同時估計的方法及裝置的需求。
一般而言，提供用於用於對一通信系統(例如一MU-MIMO通信系統)之頻率偏移及頻道回應之同時估計的方法及裝置。根據本發明之一態樣，提供一種反覆式方法用於估計複數個頻率資源的頻率偏移及頻道回應。針對共用該等頻率資源之一給定者的一組使用者估計該頻道回應。此外，針對該組中之該等使用者估計該頻率偏移，其中不在該組中之使用者之該頻道回應及頻率偏移維持在其等最新的更新值。最初，一使用者之該頻道回應可為一理想頻道回應，且該頻率偏移可約為零。
視情況，該等反覆可在滿足一預定義臨限值時或達到預定義次數反覆時停止。視情況，為一第一天線測定該頻率偏移，且該經測定之頻率偏移接著用於至少一個額外天線。視情況，同時執行估計該頻道回應及估計該頻率偏移的步驟。在一例示性實施例中，所揭示之方法在頻域中使用一空間交替投影期望最大值(SAGE)演算法。
將參考以下詳細描述及附圖而獲得本發明之一更完整的理解以及本發明之進一步的特徵及優點。
本發明提供用於在頻域中經由一空間交替投影期望最大值(SAGE)演算法而具有廣義載波指派方案之一例示性MU-MIMO OFDMA上行鏈路之頻率偏移及頻道回應之同時估計的方法及裝置。本發明意識到頻率偏移校正技術需要該頻道回應的知識，且反之亦然。因此，提供同時估計該頻率偏移及該頻道回應兩者之一有效率方法。頻道及頻率估計係使用上行鏈路訊框中由每個使用者週期性地發送的調校塊而獲得。
如下文中結合圖3之進一步討論，例示性演算法由反覆及循環組成。反覆包括許多循環。在每個循環中，估計(且更新)用於共用相同頻率資源之一組使用者(MU-MIMO)之該頻道回應，將其他使用者之頻道及頻率偏移保持在其等最新的更新值。接著，假設所有其他使用者之該等最新估計之頻道及頻率偏移，估計該組中之該等使用者之各者的該頻率偏移。在第一反覆中，該演算法對於舊使用者採用先前計算之估計作為一起始點，而對於新使用者則採用理想頻道回應且無頻率誤差。在達到經程式化數目之更新時停止該反覆。一般而言，在MU-MIMO的情況下，僅可為一個接收天線估計該頻率誤差，然後該估計可用於其他主動天線。
圖1繪示本發明可操作於其內的一例示性通信環境100。如圖1所示，該例示性通信環境100係具有一廣義載波指派方案之一MU-MIMO OFDMA上行鏈路。在進一步之變化形態中，本發明可應用於一SC-FDMA系統中，以及其他MIMO方案中，例如單一使用者(SU)MIMO，這對於一般技術者應該是顯而易見的。該例示性通信環境100包括一基地台110及複數個使用者設備(UE)器件120-1至120-NUE 。該基地台110具有複數個接收天線130-1至130-NRX 。應注意，在下述數學描述中，天線的數量亦可指代為A。一般而言，如圖1中所示，每個UE 120使用一對應之載波指派(CA)並經由一特定頻道回應H(對於每個發送器/接收器的天線對係不同的)來傳輸一頻率誤差ε。
圖2繪示一例示性廣義載波指派方案200。在圖2之該例示性方案200中，十個使用者(每個具有一不同填充型樣)共用四個空間維數M1至M4以及十個頻率帶F1至F10。因此，如圖2所示，多個使用者可共用相同的頻率頻道。對於每個使用者，該頻率誤差ε可係不同的。此外，如圖2所示，若指派多個頻率帶至一給定使用者，該多個頻率帶可不是連續的。
假設
應注意，所呈現之實際值僅為LTE之一例示性典型組態。有F 個經分配的頻率帶，f =0...F -1。
每個頻率帶有M f 個使用者，0 m M f -1。可分配每個頻率帶四個使用者，M f 4。
S m , f (n )為使用者m及頻率帶f 的副載波。不同分配之頻率帶應為不相重疊的。
快速傅立葉變換(FFT)大小N ，其中N通常等於1024。
有A 個接收天線，a =0...A -1。
方程式
接收天線a 處之信號由下式給出：
其中ε m , f 係頻率帶f 之使用者m 正規化至該副載波空間的頻率誤差，L 係對於所有使用者的最大頻道長度，且s m , f 係S m , f 之IFFT。
在頻域中，於循環首碼提取及FFT之後，對於每個副載波n ：
其中係頻率誤差指數(frequency error exponential)之FFT，(.) N 表示模數N指數(modulo-N indexing)。
取消之ICI分量的數目可限制至±N ICI 。假設在該頻率帶之極端具有頻率防護帶，則通常不需執行環形旋積(circular convolution)，且可刪除子指數(sub-index)N如下：
圖3係描述併入本發明特徵之一頻率偏移及頻道回應估計處理程序300之一例示性實施方案的一流程圖。一般而言，該頻率偏移及頻道回應估計處理程序300聯合地估計所有使用者之ε m , f 及H m , f 。通常由圖1之該基地台110中之一處理器實行該頻率偏移及頻道回應估計處理程序300。
如圖3所示，該頻率偏移及頻道回應估計處理程序300利用：用以追蹤反覆次數之一計數器j；用以追蹤所分配的頻率帶之一計數器f；及用以追蹤在一給定頻率帶中的使用者之一計數器m。
在每個時槽，於步驟310期間，一調校塊到達，例如解調變參考信號(DMRS)，
1.對於天線a =0，執行下述演算法之j =0...J -1反覆：
a.對於所有分配之頻率帶fi =0...F -1
i.計算頻率帶之n個展開的所有副載波：
其中係最新近估計的ε m , j 值，且係最新近估計的H m , f 值。亦應注意在該第一反覆中，新使用者在步驟315期間有=0且=0。對於在該分配之頻率帶外的n 值(n )=0。
ii.使用(n )，在步驟320期間，對於此頻率帶之所有MU-MIMO使用者估計該頻道回應(n )m =0..M f -1。接著，在步驟330期間，為所有MU-MIMO使用者更新該頻道回應，(n )m =0..M f -1。
iii.對於mi =0...M f -1，計算該頻率帶之n 個展開的所有副載波及鄰近頻率帶之任一者上的N ICI 個副載波：
其中係最新近估計之ε m , f 值，且係最新近估計之H m , f 值。在步驟340期間，搜尋最大化下述運算式的值：
接著，在步驟350期間，為所有使用者更新該頻率偏移。對於天線a =1..A -1，使用從天線a=0估計之該頻率誤差，且估計該頻道回應。
圖4繪示f (r ,ε m , f )，其係頻率誤差指數之FFT，且圖5繪示由此效應所施加之信雜比(SNR)限制係取消之分量f (r ,ε m , f )數目的函數。如圖4及圖5所示，取消小數目之貢獻通常係足夠的。例如在每個載波的每一側取消11個分量可能是足夠的，因為該SNR限制約為23.6 dB。此意謂著在相同區塊中僅來自其他副載波及鄰近區塊中之副載波的干擾需要被取消。
結論
雖然參考數位邏輯區塊來描述本發明之例示性實施例，如對於一般技術者可能是顯而易見的，多種功能可實行於數位域中成為一軟體程式中的處理步驟、實行於由電路元件或狀態機器組成的硬體中，或軟體及硬體兩者的組合中。該等軟體可用於(例如)一數位信號處理器、微處理器或一般用途之電腦中。該等硬體及軟體可體現於執行於一積體電路中之電路中。
因此，本發明之功能可以方法及用於實踐該等方法之裝置的形式來體現。本發明之一或多項態樣可以程式碼之形式體現，例如不論係儲存於一儲存媒體中，載入至一機器及/或由一機器執行，或通過一些傳輸媒體而傳輸，其中當該程式碼載入至一機器且由一機器(例如一電腦)執行時，該機器成為用於實踐本發明之裝置。當實行於一一般用途之處理器上時，該等程式碼段與該處理器結合以提供操作類似於特定邏輯電路的器件。
應瞭解在此呈現及描述之該等實施例及變化形態僅為本發明之例證性原理，且可在沒有背離本發明之範圍及精神的前提下，由熟習此項技術者實行多種修正。
100．．．通信環境
110．．．基地台
120-1．．．使用者設備
120-2．．．使用者設備
120-NUE ．．．使用者設備
130-1．．．接收天線
130-2．．．接收天線
130-NRX ．．．接收天線
200．．．方案
310．．．是否有新調校序列到達
315．．．為新使用者初始化頻道及頻率偏移估計
320．．．為使用者m=0..Mf -1估計新頻道回應
330．．．為使用者m=0..Mf -1更新頻道回應
340．．．為使用者m估計新頻率偏移
350．．．為使用者m更新頻率偏移
圖1繪示一例示性通信環境，其中本發明可操作於其內；
圖2繪示一例示性廣義載波指派方案；
圖3係描述併入本發明特徵之一頻率偏移及頻道回應估計處理程序之一例示性實施方案的一流程圖；
圖4係繪示f (r ,ε m , f )、該頻率誤差指數的FFT；及
圖5繪示此效應所施加之信雜比(SNR)限制係取消之分量數目的函數。
310．．．是否有新調校序列到達
315．．．為新使用者初始化頻道及頻率偏移估計
320．．．為使用者m=0...Mf -1估計新頻道回應
330．．．為使用者m=0...Mf -1更新頻道回應
340．．．為使用者m估計新頻率偏移
350．．．為使用者m更新頻率偏移

Claims (9)

  1. 一種用於反覆地(iterative)估計複數個頻率資源之頻率偏移及頻道回應的方法，該方法包括：為共用該等頻率資源之一給定者的一組使用者估計頻道回應；且為在該組內之該等使用者估計頻率偏移，其中不在該組內之諸使用者的一頻道回應及頻率偏移係維持在其等最新的更新值。
  2. 如請求項1之方法，其中一使用者之頻率偏移最初約為零。
  3. 如請求項1之方法，其中該頻率資源係由一MU-MIMO通信系統提供。
  4. 如請求項1之方法，其中該等反覆在滿足一預定義臨限值時及達到預定義次數反覆時之一者或多者停止。
  5. 如請求項1之方法，其中為一第一天線測定該頻率偏移，且該經測定之頻率偏移係用於至少一個額外天線。
  6. 如請求項1之方法，其中估計該頻道回應及估計該頻率偏移之該等步驟實質上係同時執行。
  7. 如請求項1之方法，其中該方法在頻域中利用一空間交替投影期望最大值(SAGE)演算法。
  8. 一種用於反覆地估計複數個頻率資源之頻率偏移及頻道回應的系統，該系統包括：一記憶體；及至少一個處理器，其耦接至該記憶體，該處理器可操 作以：為共用該等頻率資源之一給定者的一組使用者估計頻道回應；且為在該組內之該等使用者估計頻率偏移，其中不在該組內之諸使用者的一頻道回應及頻率偏移係維持在其等最新的更新值。
  9. 如請求項8之系統，其中該頻道回應及該頻率偏移之該等估計實質上係同時執行。
TW099107676A 2009-05-29 2010-03-16 用於多使用者多輸入多輸出正交分頻多重存取之頻率偏移及頻道回應之同時估計之方法及裝置 TWI481233B (zh)

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