[发明专利]通信系统中用于信道估计的插值方法及相关设备

说明书

技术领域

本发明涉及插值器，更具体地说，涉及插值方法和利用最小复杂度的数字电路成本高效地以硬件实现的相关设备。

根据本发明的方法尤其适合于定点信号的插值，即利用有限精度算术表示其值的采样信号。

背景技术

插值技术用于许多技术领域。例如，为了信道估计将插值技术用于数字接收机中。事实上，在许多无线或有线传输系统中，借助于接收机已知的训练序列进行信道估计，其中所述训练序列与用户数据复用。

通常只在传输帧的一部分中传输训练序列。该帧的其余部分则用于传输用户数据或控制信息，使得不可能在整个帧上连续估计信道特性。为了在传输用户或控制数据的帧的部分中估计信道特性，需要某种插值。

下面作为插值技术的技术应用例子，参照在利用OFDM(正交频分复用)技术和多发射/接收天线(例如，MIMO或多输入多输出)使用多载波传输的无线通信系统中用于信道估计的插值方法。为了创建多个空间信道，MIMO涉及发射机和接收机处多个天线的采用。这些多个空间信道用于并行地传输独立的数据流，因此增加了数据传输速率或吞吐量。

OFDM是一种使数据分布在精确频率处的、分隔开的大量子载波上的调制技术。选择这些分隔开的子载波频率以使得每个子载波都与其它的子载波彼此正交。特别是，通过选择等于有用符号周期的倒数的、分隔开的子载波频率来获得正交性。OFDM的益处是高的频谱效益、对RF干扰和多径传播的恢复性(resiliency)。与用于高延迟传播信道或高数据率系统的时域均衡器相比，由于OFDM较低复杂度，所以选择OFDM优于单载波方案。可以在数字域中通过在发射机和接收机中利用快速傅里叶变换(FFT)来高效地实现OFDM调制/解调。

在OFDM系统中，通常通过在子载波上发送接收机已知的训练(或导频)符号来进行信道估计。可以将导频子载波的插入描述为二维(2D)时间-频率栅格，如图1所示。时间轴t用传输的OFDM符号索引进行编号，而频率轴f用在每个OFDM符号中传输的OFDM子载波的索引进行编号。参考数字2表示第m个OFDM符号以及参考数字4表示第n个子载波。

导频符号是开销，并且为了使数据符号传输速率最大化，应当使其数量尽可能的少。因为信道响应可以随时间和频率的变化而变化，为了在时间和频率上提供信道响应的可靠估计，可以将导频符号分散在数据符号中。子载波频率和导频符号插入的OFDM符号的集合被称为导频模式(pilot pattern)。参照图2a-2c和3a-3b，导频符号10用灰色的矩形表示，而数据符号12用白色的矩形表示。

可以以各种方式插入导频模式：例如，可以利用OFDM符号的部分或全部子载波将导频符号10分布在频率域上。这样的导频模式表示为TDM(时分复用)模式并且其例子如图2a中所示，这样的导频模式为了估计信道特性，需要在时间域中在携带导频的连续OFDM符号上进行插值6。

通过利用每个OFDM符号的相同子载波来携带导频10，获得表示为FDM(频分复用)模式和其例子如图2b中所示的补充模式。在这种情形中，需要在频率域中进行插值8以完成信道估计。

第三模式表示为分散的模式并在图2c中示出，第三模式使用TDM模式和FDM模式将导频符号10分布在时间频率栅格上。在这种情形中，需要在时间域上的插值6和在频域上的插值8以估计与数据符号12对应的信道特性。

为了做出根据本发明的插值方法的实际应用例子，下面考虑的是对于UMTS陆地无线接入(UTRA)的长期演化(LTE)当前正在研究的无线传输方案。所述无线传输方案在2005年11月的技术报告“3GPP TR 25.814”(V1.0.1，版本7)中进行了详细描述，并可在因特网网址http://www.3gpp.org上获取。清楚的是这只是本发明应用的一个可能的例子，而且可以构思其它的例子。

用首字母缩写词E-UTRA表示的UTRA无线接口的演化，也被称为Super-3G(超3G)系统，将被设计成支持高达120km/h的移动速度。此外，E-UTRA必须能够在降低性能的情况下支持高达350km/h的较高用户速度。OFDM技术是被考虑用于E-UTRA下行链路应用的多址接入技术之一。下行链路传输方案基于利用循环前缀、具有子载波间隙Δf＝15kHz和循环前缀(CP)持续时间T_CP＝4.7/16.7μs(短/长CP)的传统OFDM技术。