[发明专利]利用时域信道估计的OFDM接收机

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相关申请

本申请要求2011年11月15日递交的、序列号为61/559,793、题为“OFDM Receiver with Time Domain Channel Estimation”的美国临时专利申请的优先权，以及以引用的方式将上述美国临时专利申请的完整内容并入本文。

技术领域

本发明涉及用于对通信信号进行处理以更加高效地获得信道估计的系统和方法，具体来说，在执行频域处理的正交频分复用(OFDM)接收机中提供信道估计。

背景技术

为了增加数据速率以及减轻多径，包括所谓的4G无线网络(诸如WiMAX和LTE)的改进的网络采用了正交频分复用(OFDM)波形的变形用于它们的PHY层。PHY层是物理、电磁模块，通过该模块在空中或有线地发送和接收信息的比特。OFDM利用对城市环境中的无线信道的多径的内置的减轻提供了很受欢迎的带宽效率。OFDM传输的灵敏度是很容易理解的。针对PHY层的“比特-泵”方案已经证明在数字用户线(DSL，有线的)OFDM应用中是成功的。另一方面，移动无线OFDM应用仍然面临要实现OFDM的设计的容量的挑战。

OFDM的实践和理论优势的核心是快速傅里叶变换(FFT)的使用。OFDM中实现的FFT可以被视为类似于针对N_c个同时工作的无线站的调谐器库，因为可以将由FFT生成的音调中的每一个音调独立地分配给用户。OFDM PHY在较短的时间段上利用分配给给定用户的子载波的全部或部分来提供或接收每一个子载波频率(音调)上的同时发生的比特流(blast)。在不同的用户之间进行子载波的部分分配以及将多个用户聚合在一个周期之内是应用OFDM的一种多址方案。在10MHz带宽信道的情况下，用户可以在很短的持续时间(诸如0.1毫秒)上接收多达N_c＝840(WiMAX)或600(LTE)个同时的音调。每时间段的这N_c个音调组成OFDM符号。多个用户在一个符号中的分配被称为OFDMA。

无线标准通常包括由可用带宽和信息的时间灵敏度定义的三个重要的时间片段。将多个符号进行连接以定义帧，帧是最长的相关时间单元，以及例如，帧可能是10毫秒。如果标准向帧分配20个符号，那么符号持续时间为0.5毫秒。最后，FFT的大小和循环前缀持续时间定义了采样之间的时间间隔，因此1024点的FFT和128点的CP定义了43纳秒的采样时间。虽然FFT计算可以是相对高效的，但示例性OFDM系统的FFT大小足够大(例如，在10MHz带宽的情况下有1024个采样)，因此计算要求仍然很高，以及功耗仍然是在设计针对用户手持设备的接收机中的重要约束。

OFDM系统与基于码分多址(CDMA)的3G系统相比更加灵敏以及具有较不稳健的信号捕获。OFDM系统的灵敏度来自其使用快速傅里叶变换(FFT)将进入的信号从时域变换到频域。在非常普通的真实世界情况以及接收机实现方式的情况下，OFDM系统中的FFT可以偏离理想假设。如果构成FFT算法基础的假设失败，那么在所发送的所有的N_c个信道(N_c个子载波上的)之间会发生串扰。子载波之间的串扰使性能下降，这相应地导致误比特率(BER)增加。

由于来自结构体或大型水面的反射，无线OFDM手持设备可以接收来自发射塔(“基站”)的相同信号的多个路径(具有不同滞后的副本)。这种非视距接收或多径导致信号相对于由发射机输出的平坦频域“形状”有所失真。接收机必须计算滤波器来将信号恢复成其原始的平坦频谱形状；该滤波器被称为对信号进行均衡。OFDM接收机针对所发送的每一个OFDM符号执行关键的均衡计算。

不像通信系统中通常使用的大部分的其它调制策略，OFDM可以包括两个均衡器来改善信号质量：时间均衡器(TEQ)和频率均衡器(FEQ)。诸如DSL的一些OFDM应用包括时间均衡器，而其它的OFDM应用(诸如实现当前的无线标准的系统)不需要时间均衡器。所有实际的OFDM接收机都具有频率均衡器。不管接收机包括时间均衡器还是仅包括频率均衡器，接收机需要执行信道估计，以在可以使用均衡器来改善信号质量之前，至少在初始时确定均衡器系数的值。确定频率均衡器的系数通常是在频域中执行的。