噪聲估計濾波器的制造方法
【專利摘要】用于正交頻分復(fù)用（OFDM）系統(tǒng)的噪聲估計濾波器可以包括濾波器組模塊、系數(shù)自乘模塊和求和模塊。濾波器組模塊可以使酉向量乘以O(shè)FDM信號向量來生成OFDM信號向量的標(biāo)積。系數(shù)自乘模塊可以使標(biāo)積自乘并且對標(biāo)積加權(quán)來生成多個加權(quán)的單一估計。系數(shù)自乘模塊可以包括：自乘模塊，用于使標(biāo)積自乘來形成多個單一估計；和系數(shù)相乘模塊，用于用噪聲系數(shù)對單一估計中的每個加權(quán)，從而形成多個加權(quán)的單一估計。求和模塊可以對加權(quán)的單一估計求和來生成噪聲和干擾功率估計。
【專利說明】噪聲估計濾波器
【背景技術(shù)】
[0001]無線移動通信技術(shù)使用各種標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議以在基地收發(fā)器站(BTS)與無線移動設(shè)備之間傳送數(shù)據(jù)。一些無線設(shè)備經(jīng)由物理層使用正交頻分復(fù)用(OFDM)數(shù)字調(diào)制方案來通信。OFDM標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議可以包括第三代合作伙伴計劃(3GPP)長期演進(jìn)(LTE)、被產(chǎn)業(yè)群通稱為WiMAX (全球微波互通接入)的電氣和電子工程師協(xié)會(IEEE) 802.16標(biāo)準(zhǔn)(例如，802.16e、802.16m)和被產(chǎn)業(yè)群通稱為WiFi的IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)。在LTE系統(tǒng)中，BTS可以是通用地面無線電接入網(wǎng)絡(luò)(UTRAN)中的演進(jìn)節(jié)點B (通常也指示為增強(qiáng)型節(jié)點B、eNode B或eNB)和無線電網(wǎng)絡(luò)控制器(RNC)的組合，其與稱為用戶設(shè)備(UE)的無線移動設(shè)備通信。BTS與無線移動設(shè)備兩者都可以傳送和接收數(shù)據(jù)。傳送站(傳送器或Tx)可以經(jīng)由信道上的信號將數(shù)據(jù)傳送到接收站(接收器或Rx)，其中信道使用規(guī)定的頻率帶寬。在信道上從傳送器傳送的信號可以由于噪聲和干擾而與接收器處接收的信號不同。估計OFDM信號中的信道效應(yīng)可以提高無線設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0002]本公開的特征和優(yōu)勢將從接著的結(jié)合附圖來看的詳細(xì)說明而變得明顯，這些附圖在一起通過示例圖示本公開的特征；并且，其中:
圖1圖示根據(jù)示例的無線電幀資源的框圖；
圖2A圖示根據(jù)示例的資源塊(RB)中的參考(導(dǎo)頻)信號的框圖；
圖2B圖示根據(jù)示例資源塊(RB)中的參考(導(dǎo)頻)信號的框圖；
圖3A圖示根據(jù)示例的單輸入單輸出(SISO)無線網(wǎng)絡(luò)的框圖；
圖3B圖示根據(jù)示例的單輸入多輸出(SMO)無線網(wǎng)絡(luò)的框圖；
圖3C圖示根據(jù)示例的多輸入單輸出(MISO)無線網(wǎng)絡(luò)的框圖；
圖3D圖示根據(jù)示例的多輸入多輸出(MMO)無線網(wǎng)絡(luò)的框圖；
圖4圖示根據(jù)示例具有噪聲估計濾波器的正交頻分復(fù)用(OFDM)無線網(wǎng)絡(luò)中的傳送器和接收器的物理層的框圖；
圖5圖示根據(jù)示例使用信道估計器來產(chǎn)生估計的噪聲水平的過程；
圖6圖示根據(jù)示例使用噪聲估計濾波器來產(chǎn)生估計的噪聲水平的過程；
圖7圖示根據(jù)示例具有濾波器組模塊、系數(shù)自乘模塊(coefficient squaring module)和求和模塊的噪聲估計濾波器的框圖，其中自乘模塊安置在系數(shù)自乘模塊中的系數(shù)相乘模塊之前；
圖8圖示根據(jù)示例具有濾波器組模塊、系數(shù)自乘模塊和求和模塊的噪聲估計濾波器的框圖，其中系數(shù)相乘模塊安置在系數(shù)自乘模塊中的自乘模塊之前；
圖9圖示根據(jù)示例代表具有拉格朗日乘子的注水的圖；
圖10描繪根據(jù)示例用于估計正交頻分復(fù)用(OFDM)信號中的噪聲的方法的流程圖；現(xiàn)在將參考圖示的示范性實施例，并且將在本文中使用特定語言來描述這些示范性實施例。然而，將理解由此規(guī)定本發(fā)明的范圍沒有限制。[0003]詳細(xì)說明
在公開和描述本發(fā)明之前，要理解本發(fā)明不限于本文公開的特定結(jié)構(gòu)、過程步驟或材料，而擴(kuò)展到其等同物，如將由相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員認(rèn)識到的。還應(yīng)該理解本文采用的術(shù)語用于僅描述特定示例而不意在為限制性這樣的目的。不同圖中相同的標(biāo)號代表相同的元件。在流程圖和過程中提供的數(shù)字為了清楚起見在說明步驟和操作中提供并且不必定指示特定順序或序列。術(shù)語矩陣和向量可能互換地使用。矩陣(復(fù)數(shù)個矩陣)可以是數(shù)字、符號或表達(dá)式的矩形陣列。向量(或向量空間)可以是由向量集合形成的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu):可以加在一起并且乘以數(shù)字(“定標(biāo)”)的對象，叫作標(biāo)量。
【具體實施方式】
[0004]在下文提供技術(shù)實施例的初步概述并且隨后接著進(jìn)一步詳細(xì)描述特定技術(shù)實施例。該初步簡要描述意在幫助讀者更快地理解技術(shù)但不意在識別技術(shù)的關(guān)鍵特征或基本特征，也不意在限制要求保護(hù)的主旨的范圍。
[0005]無線移動通信中的數(shù)據(jù)可以在物理(PHY)層上使用通用長期演進(jìn)(LTE)幀結(jié)構(gòu)由傳送站(傳送器或Tx)傳送到接收站(接收器或Rx)，如在圖1中圖示的。盡管圖示LTE幀結(jié)構(gòu)，還可使用對于IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)(WiMax)、IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)(WiFi)或使用OFDM的另一個類型的通信標(biāo)準(zhǔn)的幀結(jié)構(gòu)。
[0006]在圖1中圖示的示例中，用于傳送數(shù)據(jù)的信號的無線電幀100可以配置成具有10毫秒(ms)的持續(xù)時間Tf。每個無線電幀可以分割或劃分成十個子幀110i，其每個是Ims長。每個子幀可以進(jìn)一步細(xì)分成兩個時隙120a和120b，每個具有0.5ms的持續(xù)時間Tsl()t。傳送站和接收站使用的分量載波(CC)的每個時隙可以包括基于CC頻率帶寬的多個資源塊(RB) 130a、130b、1301、130m 和 130η。每個 RB 130i 可以包括 12_15kHz 子載波 136 (在頻率軸上)和每子載波6或7個正交頻分復(fù)用(OFDM)符號132 (在時間軸上)。如果采用短或正常的循環(huán)前綴，RB可以使用七個OFDM符號。如果使用擴(kuò)展的循環(huán)前綴，RB可以使用六個OFDM符號。資源塊可以使用短或正常的循環(huán)加前綴而映射到84個資源元素(RE) 140i，或資源塊可以使用擴(kuò)展循環(huán)加前綴而映射到72個RE (未示出)。RE可以是一個OFDM符號142乘以一個子載波(B卩，15kHz) 146的單元。在正交相移鍵控(QPSK)調(diào)制情況下，每個RE可以傳送兩位150a和150b的信息。其他類型的調(diào)制可用于在每個RE中傳送更大或更少的位。
[0007]參考信號可以經(jīng)由資源塊中的資源元素由OFDM符號傳送。參考信號(或?qū)ьl信號或音調(diào))可以是用于估計信道和/或信道中的噪聲的已知信號。如在圖2A中圖示的，RB可包括用于對特定天線端口傳送參考信號的參考信號(RS)RE (參考信號OFDM符號)222，和未用于該特定端口上的傳送的未使用RE (未使用的OFDM符號)220，其允許其他天線端口傳送它們的參考信號。在RB中使用的參考信號RE和未使用RE的數(shù)量取決于天線端口的數(shù)量。例如，雙天線端口配置的RB 202可以包括四個參考信號RE (Rtl)和四個未使用RE (X)，如對于圖2A中的第一天線端口圖示的。四天線端口配置的RB 204可以包括四個參考信號RE(Rtl)和八個未使用RE (X)，如對于圖2B中的第一天線端口圖示的。
[0008]圖3A圖示在傳送天線端口 310上使用單一無線電信道以及在接收天線端口 330上使用單一無線電信道的無線通信系統(tǒng)，其可以叫作單輸入單輸出(SISO)無線網(wǎng)絡(luò)。圖3B圖示在傳送天線端口 310上使用單一無線電信道310以及在若干接收天線端口 340上使用多個無線電信道的無線通信系統(tǒng)，其可以叫作單輸入多輸出(SIMO)無線網(wǎng)絡(luò)。圖3C圖示在若干傳送天線端口 320上使用多個無線電信道以及在接收天線端口 330上使用單一無線電信道的無線通信系統(tǒng)，其可以叫作單輸入多輸出(SMO)無線網(wǎng)絡(luò)。圖3D圖示在若干傳送天線端口 320上使用多個無線電信道以及在若干接收天線端口 340上使用多個無線電信道的無線通信系統(tǒng)，其可以叫作多輸入多輸出(MIMO)無線網(wǎng)絡(luò)。術(shù)語輸入和輸出典型地指運送信號的無線電信道，而不是具有天線的裝置。
[0009]無線通信系統(tǒng)可以細(xì)分成稱為層的各種段。在LTE系統(tǒng)中，通信層可以包括物理(PHY)、媒體訪問控制(MAC)、無線電鏈路控制(RLC)、分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議(I3DCP )和無線電資源控制(RRC)層。物理層可以包括無線通信系統(tǒng)400的基本硬件傳送部件，如在圖4中圖示的。例如，在傳送器410處，二進(jìn)制輸入數(shù)據(jù)420可以通過使用信道編碼器422的編碼而受到保護(hù)、使用交織器424來交織以防止衰落現(xiàn)象并且使用映射器426而映射來提高可靠性。映射的數(shù)據(jù)可以通過調(diào)制器428而OFDM調(diào)制成OFDM符號。調(diào)制器可以使用快速傅里葉逆變換(IFFT)算法來計算離散傅里葉逆變換(IDFT)以生成調(diào)制信號(向量X)。調(diào)制信號可以由數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)430轉(zhuǎn)換成模擬信號。模擬信號可以經(jīng)由射頻(RF)傳送器(Tx)432而傳送，該射頻(RF)傳送器(Tx) 432配置成向能操作成傳遞信號的傳送器天線440發(fā)送信號。模擬信號將沿著稱為信道的路徑。行進(jìn)通過該路徑的模擬信號可以稱為信道450信號。物理層可以包括其他部件(未示出)，例如串聯(lián)到并聯(lián)(S/P)轉(zhuǎn)換器、并聯(lián)到串聯(lián)(P/S)轉(zhuǎn)換器、循環(huán)前綴(CP)插入器和刪除器、保護(hù)頻帶插入器和刪除器。
[0010]傳送的信道450信號可以經(jīng)受噪聲452和干擾。噪聲和干擾表不為對信道信號的添加454，該信道信號可以被接收器460處的接收器天線490和射頻(RF)接收器(Rx) 482接收。與噪聲和干擾組合的信道信號可以用模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 480轉(zhuǎn)換成數(shù)字調(diào)制信號。數(shù)字信號可以通過解調(diào)器478來OFDM解調(diào)。解調(diào)器可以使用快速傅里葉變換(FFT)算法來計算離散傅里葉變換(DFT)以生成解調(diào)信號(向量I)。信道估計器462和/或噪聲估計濾波器464可以使用解調(diào)信號來分別估計在信道450中出現(xiàn)的噪聲和干擾以及提供噪聲估計。解調(diào)信號可以通過解映射器476來解映射、通過解交織器474來解交織并且由信道解碼器472解碼來生成可以由接收站的其他層使用的二進(jìn)制輸出數(shù)據(jù)470。
[0011]信道估計器462可用于估計OFDM傳送中的原始信道。噪聲估計濾波器464可以用于估計與OFDM信道關(guān)聯(lián)的噪聲的噪聲水平。估計的噪聲水平可以用作對于信道質(zhì)量指標(biāo)(CQI)報告、預(yù)編碼矩陣指標(biāo)(PMI)報告、傳送秩指標(biāo)(RI)報告和其他反饋報告的輸入。估計的噪聲水平可以在OFDM信號的干擾抑制和空間白化中使用。
[0012]在信道估計中，如在圖5中圖示的，信道條件可以由參考信號向量y 510表示，其可以是添加到噪聲向量V的信道系數(shù)向量h。參考信號向量y可以由多個參考信號組成，例如在圖2A和2B中圖示的R0。估計的信道系數(shù)向量E{h} 520可以通過使參考信號向量y乘以具有C系數(shù)530的信道估計矩陣而生成。估計的噪聲向量E{v}522可以通過將估計的信道系數(shù)向量E{h}從參考信號向量y扣除而生成。估計的噪聲向量Ε{ν}的絕對值534的平方可以通過偏置歸一化536而偏置地歸一化來生成估計的噪聲水平528。
[0013]使用信道估計器的信道和噪聲估計可以具有到噪聲估計內(nèi)的明顯信號“泄漏”，從而在高信號干擾噪聲比(SINR)條件下，來自在圖5中描述的信道估計器的估計可能不準(zhǔn)確。用于噪聲估計的專用濾波器(獨立于信道估計器)可以提供用于生成可不取決于信道估計的估計噪聲水平的機(jī)制?？梢葬槍π诺佬阅芏槐囟ㄡ槍υ肼暪烙嬓阅軄韮?yōu)化信道估計，因此，優(yōu)化的信道性能可在噪聲估計中產(chǎn)生失真。專用噪聲估計濾波器可以基于整個子幀中的小區(qū)特定參考信號而生成更準(zhǔn)確的噪聲信號以供在CQI/PMI/RI報告中使用，其中用于解調(diào)的信道估計可基于小區(qū)特定或用戶特定參考信號并且可在子幀的部分中應(yīng)用。
[0014]OFDM系統(tǒng)可以等同于數(shù)據(jù)在一組并行信道上的傳送。因此，OFDM系統(tǒng)的衰落信道可以視為時間-頻率平面中的二維網(wǎng)格。圖6圖示噪聲估計濾波器，其可以是在時間和頻率平面上具有二維(2D)噪聲估計的最小失真(在歸一化后)和最小相對方差的歸一化濾波器(無偏置的)。噪聲估計濾波器可以在具有高信噪比(SNR)的少量符號和/或信號的情況下提供更好的噪聲估計性能。通過使參考信號向量y乘以濾波器組的U系數(shù)550 (預(yù)先計算的向量系數(shù))，噪聲估計濾波器可以生成向量z 540，其可以是參考信號向量y 510的“對角化”。U系數(shù)將在接著的論述中更詳細(xì)地論述。
[0015]濾波器組的U系數(shù)550可以使酉向量乘以參考信號向量y來生成參考信號向量y的標(biāo)積(向量z) 540。標(biāo)積的單一估計542可以通過取向量z的標(biāo)積的絕對值552的平方而生成。單一估計可以與D系數(shù)554 (預(yù)先計算的組合系數(shù))相乘556來生成多個加權(quán)的單一估計544。D系數(shù)將在接著的論述中更詳細(xì)地論述。加權(quán)的單一估計可以在一起相加558來獲得對于干擾和噪聲功率546的估計。
[0016]參考信號向量y 510可以是具有η個數(shù)量的參考信號的長度的參考信號的向量，其中η是正整數(shù)。酉向量和D系數(shù)可以被預(yù)先計算(在接收參考信號向量7之前計算)。濾波器組的U系數(shù)或酉向量可以是信道協(xié)方差矩陣的特征向量矩陣。信道協(xié)方差矩陣可以基于廣義信道模型、信道統(tǒng)計和/或其他假設(shè)。信道統(tǒng)計可以基于長期統(tǒng)計而生成，因此不頻繁地發(fā)生酉向量和D系數(shù)的重新計算。D系數(shù)可以通過生成歸一化組合系數(shù)(其可以使估計器的信號和方差引起的失真(偏置)的和最小化)而優(yōu)化。在一個實施例中，拉格朗日乘子可以用于優(yōu)化D系數(shù)。D系數(shù)可以是噪聲系數(shù)，其可以是由以下表示的正恒量:
【權(quán)利要求】
1.一種用于正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)的噪聲估計濾波器，其包括: 濾波器組模塊，用于使酉向量乘以O(shè)FDM信號向量來生成所述OFDM信號向量的標(biāo)積；系數(shù)自乘模塊，用于使所述標(biāo)積自乘并且對所述標(biāo)積加權(quán)來生成多個加權(quán)的單一估計；以及 求和模塊，用于對所述加權(quán)的單一估計求和來生成噪聲和干擾功率估計。
2.如權(quán)利要求1所述的噪聲估計濾波器，其中所述酉向量是信道協(xié)方差矩陣的特征向量矩陣。
3.如權(quán)利要求1所述的噪聲估計濾波器，其中所述系數(shù)自乘模塊進(jìn)一步包括: 自乘模塊，用于使所述標(biāo)積自乘來生成多個單一估計；以及 系數(shù)相乘模塊，用于用噪聲系數(shù)對所述單一估計中的每個加權(quán)，從而形成多個加權(quán)的單一估計。
4.如權(quán)利要求3所述的噪聲估計濾波器，其中所述噪聲系數(shù)是當(dāng)
5.如權(quán)利要求 4所述的噪聲估計濾波器，其中所述拉格朗日乘子λ具有值; >4，其中Clh^和dtt k每個代表所述信道協(xié)方差矩陣的至少一個特征d" ’ ’值。
6.如權(quán)利要求3所述的噪聲估計濾波器，其中所述系數(shù)相乘模塊存儲多個噪聲系數(shù)并且所述多個噪聲系數(shù)的總和具有值一來提供多個歸一化的噪聲系數(shù)。
7.如權(quán)利要求3所述的噪聲估計濾波器，其中系數(shù)相乘模塊存儲多個噪聲系數(shù)并且所述多個噪聲系數(shù)中的至少一個具有零值。
8.如權(quán)利要求3所述的噪聲估計濾波器，其中在接收所述OFDM信號向量之前計算所述酉向量和所述噪聲系數(shù)。
9.如權(quán)利要求1所述的噪聲估計濾波器，其中所述OFDM信號向量是具有η數(shù)量個參考信號的長度的參考信號向量，其中η是正整數(shù)。
10.如權(quán)利要求1所述的噪聲估計濾波器，其中所述系數(shù)自乘模塊進(jìn)一步包括: 系數(shù)相乘模塊，用于對所述標(biāo)積加權(quán)來形成加權(quán)的標(biāo)積向量；以及 自乘模塊，用于使所述加權(quán)的標(biāo)積向量自乘來生成多個加權(quán)的單一估計。
11.如權(quán)利要求1所述的噪聲估計濾波器，其中噪聲和干擾功率估計用作從信道質(zhì)量指標(biāo)(CQI)報告、預(yù)編碼矩陣指標(biāo)(PMI)報告、傳送秩指標(biāo)(RI)報告、反饋報告、干擾抑制和白化組成的組中選擇的噪聲機(jī)制中的輸入。
12.—種用于估計正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)中的噪聲的方法，其包括: 使用濾波器組模塊使酉向量乘以O(shè)FDM信號向量來生成所述OFDM信號向量的標(biāo)積； 使用自乘模塊使所述標(biāo)積自乘來生成多個單一估計；使用系數(shù)相乘模塊來用噪聲系數(shù)對所述單一估計中的每個加權(quán)，從而形成多個加權(quán)的單一估計；以及 使用求和模塊對所述加權(quán)的單一估計求和來生成噪聲功率估計。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述酉向量是所述信道協(xié)方差矩陣的特征向量矩陣。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述噪聲系數(shù)是當(dāng)
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述拉格朗日乘子λ具有值
16.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述多個噪聲系數(shù)的總和具有值一。
17.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述系數(shù)相乘模塊存儲多個噪聲系數(shù)并且所述多個噪聲系數(shù)中的至少一個具有零值。
18.一種計算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括計算機(jī)可用介質(zhì)，所述計算機(jī)可用介質(zhì)具有包含在其中的計算機(jī)可讀程序代碼，所述計算機(jī)可讀程序代碼適于被執(zhí)行來實現(xiàn)用于估計正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)中的噪聲的方法，所述方法包括: 使酉向量乘以O(shè)FDM信號向量來生成所述OFDM信號向量的標(biāo)積； 使所述標(biāo)積自乘并且通過噪聲系數(shù)來對所述標(biāo)積加權(quán)來生成多個加權(quán)的單一估計；以及 對所述加權(quán)的單一估計求和來生成干擾和噪聲功率估計。
19.如權(quán)利要求18所述的計算機(jī)程序產(chǎn)品，其中所述酉向量是所述信道協(xié)方差矩陣的特征向量矩陣。
20.如權(quán)利要求18所述的計算機(jī)程序產(chǎn)品，其中所述多個噪聲系數(shù)的總和具有值一，
乂....并且所述噪聲系數(shù)是當(dāng)時由一-表示的正恒量，否則所述噪聲系數(shù)具有零值，其中i代表參考信號I至n，其中η是正整數(shù)，λ是拉格朗日乘子,Cluu是信道協(xié)方差矩陣Λ?的特征值，并且δ 2是噪聲相對于信號功率的方差。
【文檔編號】H04L27/26GK103621034SQ201280032559
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2012年6月28日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月30日
【發(fā)明者】A.多倫, V.克拉夫特索夫, Y.隆尼茨 申請人:英特爾公司