噪聲估計濾波器的製造方法

2023-11-12 03:50:47 1

噪聲估計濾波器的製造方法
【專利摘要】用於正交頻分復用（OFDM）系統的噪聲估計濾波器可以包括濾波器組模塊、係數自乘模塊和求和模塊。濾波器組模塊可以使酉向量乘以OFDM信號向量來生成OFDM信號向量的標積。係數自乘模塊可以使標積自乘並且對標積加權來生成多個加權的單一估計。係數自乘模塊可以包括：自乘模塊，用於使標積自乘來形成多個單一估計；和係數相乘模塊，用於用噪聲係數對單一估計中的每個加權，從而形成多個加權的單一估計。求和模塊可以對加權的單一估計求和來生成噪聲和幹擾功率估計。
【專利說明】噪聲估計濾波器
【背景技術】
[0001]無線移動通信技術使用各種標準和協議以在基地收發器站(BTS)與無線行動裝置之間傳送數據。一些無線設備經由物理層使用正交頻分復用(OFDM)數字調製方案來通信。OFDM標準和協議可以包括第三代合作夥伴計劃(3GPP)長期演進(LTE)、被產業群通稱為WiMAX (全球微波互通接入)的電氣和電子工程師協會(IEEE) 802.16標準(例如，802.16e、802.16m)和被產業群通稱為WiFi的IEEE 802.11標準。在LTE系統中，BTS可以是通用地面無線電接入網絡(UTRAN)中的演進節點B (通常也指示為增強型節點B、eNode B或eNB)和無線電網絡控制器(RNC)的組合，其與稱為用戶設備(UE)的無線行動裝置通信。BTS與無線行動裝置兩者都可以傳送和接收數據。傳送站(傳送器或Tx)可以經由信道上的信號將數據傳送到接收站(接收器或Rx)，其中信道使用規定的頻率帶寬。在信道上從傳送器傳送的信號可以由於噪聲和幹擾而與接收器處接收的信號不同。估計OFDM信號中的信道效應可以提高無線設備之間的數據傳送。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0002]本公開的特徵和優勢將從接著的結合附圖來看的詳細說明而變得明顯，這些附圖在一起通過示例圖示本公開的特徵；並且，其中:
圖1圖示根據示例的無線電幀資源的框圖；
圖2A圖示根據示例的資源塊(RB)中的參考(導頻)信號的框圖；
圖2B圖示根據示例資源塊(RB)中的參考(導頻)信號的框圖；
圖3A圖示根據示例的單輸入單輸出(SISO)無線網絡的框圖；
圖3B圖示根據示例的單輸入多輸出(SMO)無線網絡的框圖；
圖3C圖示根據示例的多輸入單輸出(MISO)無線網絡的框圖；
圖3D圖示根據示例的多輸入多輸出(MMO)無線網絡的框圖；
圖4圖示根據示例具有噪聲估計濾波器的正交頻分復用(OFDM)無線網絡中的傳送器和接收器的物理層的框圖；
圖5圖示根據示例使用信道估計器來產生估計的噪聲水平的過程；
圖6圖示根據示例使用噪聲估計濾波器來產生估計的噪聲水平的過程；
圖7圖示根據示例具有濾波器組模塊、係數自乘模塊(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係數自乘模塊中的係數相乘模塊之前；
圖8圖示根據示例具有濾波器組模塊、係數自乘模塊和求和模塊的噪聲估計濾波器的框圖，其中係數相乘模塊安置在係數自乘模塊中的自乘模塊之前；
圖9圖示根據示例代表具有拉格朗日乘子的注水的圖；
圖10描繪根據示例用於估計正交頻分復用(OFDM)信號中的噪聲的方法的流程圖；現在將參考圖示的示範性實施例，並且將在本文中使用特定語言來描述這些示範性實施例。然而，將理解由此規定本發明的範圍沒有限制。[0003]詳細說明
在公開和描述本發明之前，要理解本發明不限於本文公開的特定結構、過程步驟或材料，而擴展到其等同物，如將由相關領域內普通技術人員認識到的。還應該理解本文採用的術語用於僅描述特定示例而不意在為限制性這樣的目的。不同圖中相同的標號代表相同的元件。在流程圖和過程中提供的數字為了清楚起見在說明步驟和操作中提供並且不必定指示特定順序或序列。術語矩陣和向量可能互換地使用。矩陣(複數個矩陣)可以是數字、符號或表達式的矩形陣列。向量(或向量空間)可以是由向量集合形成的數學結構:可以加在一起並且乘以數字(「定標」)的對象，叫作標量。
【具體實施方式】
[0004]在下文提供技術實施例的初步概述並且隨後接著進一步詳細描述特定技術實施例。該初步簡要描述意在幫助讀者更快地理解技術但不意在識別技術的關鍵特徵或基本特徵，也不意在限制要求保護的主旨的範圍。
[0005]無線移動通信中的數據可以在物理(PHY)層上使用通用長期演進(LTE)幀結構由傳送站(傳送器或Tx)傳送到接收站(接收器或Rx)，如在圖1中圖示的。儘管圖示LTE幀結構，還可使用對於IEEE 802.16標準(WiMax)、IEEE 802.11標準(WiFi)或使用OFDM的另一個類型的通信標準的幀結構。
[0006]在圖1中圖示的示例中，用於傳送數據的信號的無線電幀100可以配置成具有10毫秒(ms)的持續時間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。每個子幀可以進一步細分成兩個時隙120a和120b，每個具有0.5ms的持續時間Tslt。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於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個正交頻分復用(OFDM)符號132 (在時間軸上)。如果採用短或正常的循環前綴，RB可以使用七個OFDM符號。如果使用擴展的循環前綴，RB可以使用六個OFDM符號。資源塊可以使用短或正常的循環加前綴而映射到84個資源元素(RE) 140i，或資源塊可以使用擴展循環加前綴而映射到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)調製情況下，每個RE可以傳送兩位150a和150b的信息。其他類型的調製可用於在每個RE中傳送更大或更少的位。
[0007]參考信號可以經由資源塊中的資源元素由OFDM符號傳送。參考信號(或導頻信號或音調)可以是用於估計信道和/或信道中的噪聲的已知信號。如在圖2A中圖示的，RB可包括用於對特定天線埠傳送參考信號的參考信號(RS)RE (參考信號OFDM符號)222，和未用於該特定埠上的傳送的未使用RE (未使用的OFDM符號)220，其允許其他天線埠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的數量取決於天線埠的數量。例如，雙天線埠配置的RB 202可以包括四個參考信號RE (Rtl)和四個未使用RE (X)，如對於圖2A中的第一天線埠圖示的。四天線埠配置的RB 204可以包括四個參考信號RE(Rtl)和八個未使用RE (X)，如對於圖2B中的第一天線埠圖示的。
[0008]圖3A圖示在傳送天線埠 310上使用單一無線電信道以及在接收天線埠 330上使用單一無線電信道的無線通信系統，其可以叫作單輸入單輸出(SISO)無線網絡。圖3B圖示在傳送天線埠 310上使用單一無線電信道310以及在若干接收天線埠 340上使用多個無線電信道的無線通信系統，其可以叫作單輸入多輸出(SIMO)無線網絡。圖3C圖示在若干傳送天線埠 320上使用多個無線電信道以及在接收天線埠 330上使用單一無線電信道的無線通信系統，其可以叫作單輸入多輸出(SMO)無線網絡。圖3D圖示在若干傳送天線埠 320上使用多個無線電信道以及在若干接收天線埠 340上使用多個無線電信道的無線通信系統，其可以叫作多輸入多輸出(MIMO)無線網絡。術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]無線通信系統可以細分成稱為層的各種段。在LTE系統中，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)、分組數據匯聚協議(I3DCP )和無線電資源控制(RRC)層。物理層可以包括無線通信系統400的基本硬體傳送部件，如在圖4中圖示的。例如，在傳送器410處，二進位輸入數據420可以通過使用信道編碼器422的編碼而受到保護、使用交織器424來交織以防止衰落現象並且使用映射器426而映射來提高可靠性。映射的數據可以通過調製器428而OFDM調製成OFDM符號。調製器可以使用快速傅立葉逆變換(IFFT)算法來計算離散傅立葉逆變換(IDFT)以生成調製信號(向量X)。調製信號可以由數模轉換器(DAC)430轉換成模擬信號。模擬信號可以經由射頻(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發送信號。模擬信號將沿著稱為信道的路徑。行進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)，例如串聯到並聯(S/P)轉換器、並聯到串聯(P/S)轉換器、循環前綴(CP)插入器和刪除器、保護頻帶插入器和刪除器。
[0010]傳送的信道450信號可以經受噪聲452和幹擾。噪聲和幹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。與噪聲和幹擾組合的信道信號可以用模數轉換器(ADC) 480轉換成數字調製信號。數位訊號可以通過解調器478來OFDM解調。解調器可以使用快速傅立葉變換(FFT)算法來計算離散傅立葉變換(DFT)以生成解調信號(向量I)。信道估計器462和/或噪聲估計濾波器464可以使用解調信號來分別估計在信道450中出現的噪聲和幹擾以及提供噪聲估計。解調信號可以通過解映射器476來解映射、通過解交織器474來解交織並且由信道解碼器472解碼來生成可以由接收站的其他層使用的二進位輸出數據470。
[0011]信道估計器462可用於估計OFDM傳送中的原始信道。噪聲估計濾波器464可以用於估計與OFDM信道關聯的噪聲的噪聲水平。估計的噪聲水平可以用作對於信道質量指標(CQI)報告、預編碼矩陣指標(PMI)報告、傳送秩指標(RI)報告和其他反饋報告的輸入。估計的噪聲水平可以在OFDM信號的幹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的信道係數向量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。估計的信道係數向量E{h} 520可以通過使參考信號向量y乘以具有C係數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係數向量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的明顯信號「洩漏」，從而在高信號幹擾噪聲比(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確。用於噪聲估計的專用濾波器(獨立於信道估計器)可以提供用於生成可不取決於信道估計的估計噪聲水平的機制。可以針對信道性能而不必定針對噪聲估計性能來優化信道估計，因此，優化的信道性能可在噪聲估計中產生失真。專用噪聲估計濾波器可以基於整個子幀中的小區特定參考信號而生成更準確的噪聲信號以供在CQI/PMI/RI報告中使用，其中用於解調的信道估計可基於小區特定或用戶特定參考信號並且可在子幀的部分中應用。
[0014]OFDM系統可以等同於數據在一組並行信道上的傳送。因此，OFDM系統的衰落信道可以視為時間-頻率平面中的二維網格。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(在歸一化後)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係數550 (預先計算的向量係數)，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係數將在接著的論述中更詳細地論述。
[0015]濾波器組的U係數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的標積(向量z) 540。標積的單一估計542可以通過取向量z的標積的絕對值552的平方而生成。單一估計可以與D係數554 (預先計算的組合係數)相乘556來生成多個加權的單一估計544。D係數將在接著的論述中更詳細地論述。加權的單一估計可以在一起相加558來獲得對於幹擾和噪聲功率546的估計。
[0016]參考信號向量y 510可以是具有η個數量的參考信號的長度的參考信號的向量，其中η是正整數。酉向量和D係數可以被預先計算(在接收參考信號向量7之前計算)。濾波器組的U係數或酉向量可以是信道協方差矩陣的特徵向量矩陣。信道協方差矩陣可以基於廣義信道模型、信道統計和/或其他假設。信道統計可以基於長期統計而生成，因此不頻繁地發生酉向量和D係數的重新計算。D係數可以通過生成歸一化組合係數(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)而優化。在一個實施例中，拉格朗日乘子可以用於優化D係數。D係數可以是噪聲係數，其可以是由以下表示的正恆量:
【權利要求】
1.一種用於正交頻分復用(OFDM)系統的噪聲估計濾波器，其包括: 濾波器組模塊，用於使酉向量乘以OFDM信號向量來生成所述OFDM信號向量的標積；係數自乘模塊，用於使所述標積自乘並且對所述標積加權來生成多個加權的單一估計；以及 求和模塊，用於對所述加權的單一估計求和來生成噪聲和幹擾功率估計。
2.如權利要求1所述的噪聲估計濾波器，其中所述酉向量是信道協方差矩陣的特徵向量矩陣。
3.如權利要求1所述的噪聲估計濾波器，其中所述係數自乘模塊進一步包括: 自乘模塊，用於使所述標積自乘來生成多個單一估計；以及 係數相乘模塊，用於用噪聲係數對所述單一估計中的每個加權，從而形成多個加權的單一估計。
4.如權利要求3所述的噪聲估計濾波器，其中所述噪聲係數是當
5.如權利要求 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方差矩陣的至少一個特徵d" 』 』值。
6.如權利要求3所述的噪聲估計濾波器，其中所述係數相乘模塊存儲多個噪聲係數並且所述多個噪聲係數的總和具有值一來提供多個歸一化的噪聲係數。
7.如權利要求3所述的噪聲估計濾波器，其中係數相乘模塊存儲多個噪聲係數並且所述多個噪聲係數中的至少一個具有零值。
8.如權利要求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係數。
9.如權利要求1所述的噪聲估計濾波器，其中所述OFDM信號向量是具有η數量個參考信號的長度的參考信號向量，其中η是正整數。
10.如權利要求1所述的噪聲估計濾波器，其中所述係數自乘模塊進一步包括: 係數相乘模塊，用於對所述標積加權來形成加權的標積向量；以及 自乘模塊，用於使所述加權的標積向量自乘來生成多個加權的單一估計。
11.如權利要求1所述的噪聲估計濾波器，其中噪聲和幹擾功率估計用作從信道質量指標(CQI)報告、預編碼矩陣指標(PMI)報告、傳送秩指標(RI)報告、反饋報告、幹擾抑制和白化組成的組中選擇的噪聲機制中的輸入。
12.—種用於估計正交頻分復用(OFDM)系統中的噪聲的方法，其包括: 使用濾波器組模塊使酉向量乘以OFDM信號向量來生成所述OFDM信號向量的標積； 使用自乘模塊使所述標積自乘來生成多個單一估計；使用係數相乘模塊來用噪聲係數對所述單一估計中的每個加權，從而形成多個加權的單一估計；以及 使用求和模塊對所述加權的單一估計求和來生成噪聲功率估計。
13.如權利要求12所述的方法，其中所述酉向量是所述信道協方差矩陣的特徵向量矩陣。
14.如權利要求12所述的方法，其中所述噪聲係數是當
15.如權利要求14所述的方法，其中所述拉格朗日乘子λ具有值
16.如權利要求12所述的方法，其中所述多個噪聲係數的總和具有值一。
17.如權利要求12所述的方法，其中所述係數相乘模塊存儲多個噪聲係數並且所述多個噪聲係數中的至少一個具有零值。
18.一種電腦程式產品，其包括計算機可用介質，所述計算機可用介質具有包含在其中的計算機可讀程序代碼，所述計算機可讀程序代碼適於被執行來實現用於估計正交頻分復用(OFDM)系統中的噪聲的方法，所述方法包括: 使酉向量乘以OFDM信號向量來生成所述OFDM信號向量的標積； 使所述標積自乘並且通過噪聲係數來對所述標積加權來生成多個加權的單一估計；以及 對所述加權的單一估計求和來生成幹擾和噪聲功率估計。
19.如權利要求18所述的電腦程式產品，其中所述酉向量是所述信道協方差矩陣的特徵向量矩陣。
20.如權利要求18所述的電腦程式產品，其中所述多個噪聲係數的總和具有值一，
乂....並且所述噪聲係數是當時由一-表示的正恆量，否則所述噪聲係數具有零值，其中i代表參考信號I至n，其中η是正整數，λ是拉格朗日乘子,Cluu是信道協方差矩陣Λ?的特徵值，並且δ 2是噪聲相對於信號功率的方差。
【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 優先權日:2011年6月30日
【發明者】A.多倫, V.克拉夫特索夫, Y.隆尼茨 申請人:英特爾公司