[发明专利]OFDM接收机中的信道估计

说明书

技术领域

本发明涉及数字通信系统，具体地说，涉及使用正交频域复用(OFDM)来在有线通信链路或无线通信链路上实现高信息吞吐量的系统。

背景技术

正交频域复用(OFDM)是用于多种商业意义显著的系统的通用调制策略，其中这类系统包括数字用户线(DSL)型通信系统和针对使用经OFDM调制的信号的无线通信系统的各种IEEE 802.xx标准的多种实现方案。通常，OFDM接收机将执行一个或多个功能，这类功能需要参数估计以允许接收机获取信号并在接收机开始提取比特之前改善信号质量。

OFDM接收机通常需要根据接收信号获得信号定时信息以帮助识别符号在接收信号中的开始。符号是在预定的有限时间间隔或持续时间上唯一地映射到波形中的预定数量(N_b)个比特。根据由OFDM策略规定的映射或调制策略将每个可能的比特集映射到唯一的信号中。一旦OFDM接收机确定符号在接收信号中开始的时间，该接收机便执行附加的处理以改善接收信号的质量。在用于改善信号质量的处理过程中，接收机常常通过实施线性滤波器或均衡器以调整输入信号，来尝试实现目标误比特率(BER)。接收信号可能由于信道缺陷而明显地失真。理想情况下，均衡器完全修正由信道产生的失真以使得接收机能够以仅受限于噪声水平的性能来解调信号。

不像通常用在通信系统中的大多数其它调制策略，OFDM可以包括两种均衡器以改善信号质量：时间均衡器(TEQ)和频率均衡器(FEQ)。诸如DSL之类的一些OFDM应用包括时间均衡器，而一些诸如实现当前无线标准的系统则不包括时间均衡器。所有实际的OFDM接收机都具有频率均衡器。无论接收机包括时间均衡器还是频率均衡器，接收机都需要执行信道估计以在均衡器可用以改善信道质量之前至少初步确定均衡器系数的值。对于时间均衡器和频率均衡器，通过对信道特征进行估计来确定均衡器系数是以不同的方式完成的。

图1示出了不包括TEQ的传统OFDM接收机电路图。更具体地说，图1表示在对信号(下变换到基带的信号)的模数转换之后的电路图，该信号生成表示为输入到电路的信息信号s(n)。信号s(n)是用于移除信号s(n)中的循环前缀(CP)的第一处理元件110的输入101。传统的OFDM发射机将由最后N_cp个采样组成的长度为N_cp的CP添加到长度为N的唯一信号波形，从而使得由发射机转换到模拟的数字信号具有的长度为N+N_cp。于是，接收机的反向转换过程的初始步骤为移除并丢弃所添加的循环前缀的N_cp个采样。在该步骤之后，串并转换元件120将串行信号组织并转换成并行信号以进行进一步的处理。循环前缀可以在串并转换之前或之后移除。

将从元件120输出的并行数据提供给快速傅里叶变换(FFT)处理器130，快速傅里叶变换处理器130将时域采样s(n)变换成频域采样集合R_i(k)131以用于处理。假定接收的OFDM信号为信道所损坏，其中针对OFDM假定该信道将振幅和相位失真引入到来自在OFDM系统中使用的每个频率的采样。FEQ 150将特定于在OFDM系统中使用的每个频率的振幅和相位修正应用到在不同频率上发送的各种采样。为了确定由FEQ 150所应用的修正，FEQ 150需要在每个频率处对理想情况下信道的振幅和相位变化的估计。在图1中，频域信道估计元件140确定由FEQ 150所使用的信道估计。

图2表示可用作图1中的估计器140的传统OFDM信道估计器的一个示例。图2的信道估计器典型地使用导频音调序列或其它具有诸如已知的比特和载波位置之类的可预测特性的信号。导频音调通常由相关的标准规定。图2的估计器包括导频音调估计器202和内插器204。导频音调估计器202使用频域最小二乘(LS)计算法来估计在每个N_p(N_p≤N)导频音调的信道：

其中，P是导频音调索引集合，X_i(k_p)是导频索引为k_p时的导频值，以及R_i(k_p)是导频索引为k_p时的OFDM信号的经快速傅里叶变换的振幅和相位值。导频音调估计器140生成在导频位置处的预期的OFDM信号的估计并且该估计器将这些估计与在导频位置处接收的或实际的OFDM信号相比较。然后，估计器使用上面提到的最小二乘计算法来确定针对每个传输频率的振幅和相位误差的最佳估计。