CN102223336B - 无线通信方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无线通信设备，涉及无线通信技术，其包括接收天线和信号处理模块，该接收天线用于接收通过多个无线信道传送的无线信号，且该无线信号分别承载在多个子载波进行传送。该信号处理模块包括信道估计单元、信道信息统计单元和检测单元，其中，该信道估计单元用于估计出每个子载波的频率响应值，该信道信息统计单元用于对各个无线信道的信道信息进行统计并分别生成与该多个子载波对应的调整因子，该检测单元用于根据该信道信息统计单元估计所得的调整因子对该信道估计单元提供的频率响应值及其对应的子载波上的无线信号分别进行选择性功率调整，以对功率调整后的信号进行检测。本发明同时提供对应的一种无线通信方法。

Description

无线通信方法和设备

技术领域

本发明涉及无线通信技术，特别地，涉及一种基于正交频分复用(OrthogonalFrequency Division Multiplexing，OFDM)的无线通信方法和设备。

背景技术

在无线通信***中，发射端的发射信号通常会通过多个传输路径进行传输。由于发射信号到达接收天线的各条路径分量经历的传播路径不同，因此各个信号分量可能会具有不同的时间延迟，这将使得接收信号的能量在时间上被扩展。

假设发送端发送信号为δ(t)，则通过多径信道后接收信号可以表示为：其中α_l为第l径的衰落因子，τ_l为第l径的传播时延。多径信道的最大时延扩展τ_max通常定义为接收端接收到的第一个信号分量的时延到最后一个可辨路径上信号的时延的间隔长度；而在实际应用中，相干带宽则定义为最大时延扩展的倒数，即：B_c≈1/τ_max。

当无线通信***的***带宽大于相干带宽时，带宽内各频率分量将经历频率选择性衰落(Frequency Selective Fading)，即针对带宽内的不同的频率成分，无线传输信道会呈现不同的随机响应，各频率分量通过无线信道后，将受到不同程度的衰落。

3GPP提出的长期演进(Long-Term Evolution，LTE)***是基于OFDM的多载波***。由于OFDM***是宽带***，其***带宽大于信道相干带宽。因此，无线信号在OFDM***的传输过程中，带宽内各频率分量将经历频率选择性衰落，即各子载波上的数据通过信道后受到不同程度的衰落。

针对上述数据衰落问题，LTE***的接收机在接收到无线信号之后，通常会对该无线信号进行自动增益控制以补偿信道产生的衰落。不过，现有技术中，所述对无线信号进行的补偿是针对整个***带宽的。由于实际上各个子载波发生衰落的程度不同，因此，对某些衰落程度较大的子载波，上述补偿通常并不足够，此可能导致上述子载波上的数据失去有效精度而被错误检测，从而造成无线通信***的整体性能发生下降。如果要将某些衰落程度较大的子载波给予较大补偿，势必造成大多数子载波在A/D(模数)转换时出现饱和，同样会造成无线通信***的整体性能下降。

发明内容

针对上述问题，有必要提供一种提高无线通信***整体性能的无线通信方法和设备。

本发明提供的无线通信设备包括接收天线和信号处理模块，该接收天线用于接收通过多个无线信道传送的无线信号，且该无线信号分别承载在多个子载波进行传送，该信号处理模块包括信道估计单元、信道信息统计单元和检测单元，其中，该信道估计单元用于估计出每个子载波的频率响应值，该信道信息统计单元用于对各个无线信道的信道信息进行统计并分别生成与该多个子载波对应的调整因子，该检测单元用于根据该信道信息统计单元估计所得的调整因子对该信道估计单元提供的频率响应值及其对应的子载波上的无线信号分别进行选择性功率调整，以对功率调整后的信号进行检测。

本发明提供的无线通信方法包括：接收来自无线通信***的发射端并通过多个无线信道传送的无线信号，其中该无线信号分别承载在多个子载波；根据该无线信号，估计出每个子载波对应的频率响应值；对各个无线信道的信道信息进行统计并分别计算出与该多个子载波对应的调整因子；根据该调整因子对该频率响应值及其对应的子载波上的无线信号分别进行选择性功率调整，以对功率调整后的信号进行检测。

本发明提供的无线通信方法和设备中，通过该信道信息统计单元对各个子频带对应的信道信息进行统计并分别生成对应的调整因子，使得该检测单元可以以子载波为单元对各个子载波承载的无线数据进行差异化的功率调整，由此实现准确有效地补偿频率选择性衰落对各个子载波上的数据的影响，从而提高数据检测精度，进而提高***的整体性能。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明无线通信设备一种实施例的结构示意图。

图2为图1所示无线通信设备的信道估计单元、信道信息统计单元和检测单元的连接结构示意图。

图3为本发明无线通信方法一种实施例的流程图。

具体实施方式

本发明通过在无线接收端对各个无线信道进行信道估计，并根据信道估计的统计结果，对***带宽的各个分频段进行功率调整，从而使得各个分频段可以根据实际衰落情况进行差异化的补偿，提高整个无线通信***的整体性能。

请参阅图1，其为本发明无线通信设备一种实施例的结构示意图。该无线通信设备100可以为无线接收设备，其设置在无线通信***的接收端。该无线通信设备100可以应用在采用正交频分复用(OFDM)的无线通信***，如长期演进(LTE)***，其包括接收天线110和信号处理模块120。

该接收天线110用于接收该无线通信***的发射端发射出的并通过无线网络进行传送的无线信号。其中，该无线信号在无线网络中可以通过多个无线信道进行传输。在一种实施例中，该无线通信***的***有效带宽可以划分为多个子频带，其中，每个子频带分别对应于至少一个子载波。发射端发出的无线数据可以承载在多个子载波上，并且，所述用于承载该无线数据多个子载波可以进一步通过OFDM的方式进行无线信号的传送。

该信号处理模块120用于对该接收天线110接收到的无线信号进行处理，以从所述多个子载波中恢复出所述无线数据。在具体实施例中，该信号处理模块120可以包括：自动增益控制(Automatic Gain Control，AGC)单元121、A/D转换单元122、去前缀单元123、解调单元124、信道估计单元125、信道信息统计单元126、数据检测单元127和信道译码单元128。

其中，该AGC单元121用于对该接收天线110接收到的无线信号进行模拟AGC处理，以补偿该无线信号在通过上述无线信道传送后产生的衰落。在具体实现上，该AGC单元121可以在整个***带宽内对该无线信号进行统一的功率调整。

该A/D转换单元122用于对经过该AGC单元121的统一功率调整后的无线信号进行模拟/数字转换处理，从而将该无线信号量化成为数字信号，以供后续处理。

该去前缀单元123可以为去循环前缀(Cyclic Prefix，CP)功能模块，其用于对该A/D转换单元122的输出信号进行去CP处理，以移除该信号中携带的循环前缀。通常，该循环前缀是该无线通信***的发射端为克服多径干扰，在进行信号发射前叠加到该无线信号的，其主要用于保证各个子载波的正交性。

该解调单元124可以为快速傅立叶变换(FFT)单元，其主要用于对该去前缀单元123的输出信号进行OFDM符号解调。

该信道估计单元125用于根据该解调单元124输出的信号，估算出该无线通信***中从发射端到该接收天线110之间的无线信道的频率响应，即每个子载波上的具体频率响应值。比如，该信道估计单元125可以根据其接收到的无线信号序列，获取该无线信号在信道传输中所产生幅度和相位畸变以及叠加的高斯白噪声，并进一步辨识出该无线传输信道的时域传输特性和/或频域传输特性，从而得到各个子载波具体的频率响应值。进一步地，该信道估计单元125还可以将其估算得到的各个子载波的频率响应值提供给该检测单元127。在具体实施例中，该信道估计单元125可以包括LS信道估计子模块201和时/频域插值子模块202，其中，该LS信道估计子模块用于对无线信道进行LS信道估计处理，该时/频域插值子模块用于对LS信道估计结果进行时域或频域的插值处理。

该信道信息统计单元126连接在该LS信道估计子模块201的输出端，并进一步连接至该数据检测单元127，其可以在频域内利用RS处的LS信道估计结果对各个无线信道进行统计，并根据统计结果为该检测模块127提供一对应的调整因子。在功能上，该信道信息统计单元126可以相当于一个数字AGC模块。在本实施例中，由于该信道信息统计单元126的信道信息统计是在频域内进行(FFT模块之后)，这就为在***带宽内分别对各个子频带进行统计然后给出各个频段内的调整因子提供了可能，这也正弥补了模拟AGC在时域调整的不足之处，可以更好地补偿无线信道所带来的频率选择性衰落。

该数据检测单元127可以为多输入多输出(MIMO)检测单元，其用于根据该信道信息统计单元126提供的调整因子对该信道估计单元125提供的频率响应值及其对应的子载波上的无线数据分别进行选择性功率调整，从而对功率调整后的数据进行检测，以恢复出该无线通信***的发射端发射的无线数据。其中，在具体实施例中，对所述无线数据的功率调整可以是以子载波为单位进行的。

该信道译码单元128用于进行信号译码以去除该数据检测单元127输出信号中的冗余信息，其中该冗余信息可以为发射端为提高传输可靠性所附加的冗余比特信息。

本实施例提供的无线通信设备100中设置了上述信道信息统计单元126，通过该信道信息统计单元126对各个子频带对应的信道信息进行统计并分别生成对应的调整因子，使得该检测模块127可以以子载波为单元进行选择性地功率调整。由此，该无线通信设备100可以有效地补偿频率选择性衰落对各个子载波上的数据的影响，从而提高数据检测精度，进而提高***的整体性能。

为更好地理解本发明，以下具体介绍该无线通信设备100中该信道信息统计单元126一种可选方案的实现方式。

具体而言，整个***带宽内，以N_f个子载波为单位，将整个***带宽划分为M个子频带，其中N为***带宽内的有效子载波数。在时域，选定N_t个OFDM符号作为一个单位，将时频域交叉部分作为一个统计单位。

该信道信息统计单元126在进行信道信息统计时，可以从统计单位中抽取一部分RE进行统计，该部分RE的统计结果可以用来代表整个统计单位的信道统计信息。例如，该信道信息统计单元126可以选择RS处信道估计结果进行信道信息统计，可以统计其平均功率、信道平均强度等。通过此统计信息，该信道信息统计单元126可以进一步得到一个调整因子，供该数据检测单元127对该统计单位内的数据进行检测时使用。

整个***带宽内，可以以N_RB个PRB对(Physical Resource Block Pair，物理资源数据块对)为单位，进行信道平均功率统计，由此平均功率得到一个调整因子，供该N_RB个PRB对内的数据检测时使用。其中，该无线通信***的***带宽被划分为

个子频带，N_RB ^DL为***带宽内的PRB数。另外，上述PRB对可以为频域上横跨12个子载波且时域上横跨一个子帧的交叉部分，相当于时域上相邻的两个PRB(N_f＝12·N_RB，

)。在具体实现上，该信道信息统计单元126可以利用RS处LS信道估计结果

r∈{0，1}，p∈{0，1，2，3}对N_RB个PRB对的信道功率进行统计，其中r表示接收天线编号，p表示发送天线编号。由于通过时/频域插值并不改变LS信道估计结果的统计特性，也就是说时/频域插值得到的信道信息跟LS信道估计得到的信道信息具有相同的统计特性，同时也可以大大减少计算量。

令

表示一个子帧内天线口p发送的携带RS的OFDM符号数，该信道信息统计单元126可以先通过以下公式计算出P_LS，m：

$P_{\mathrm{LS},m}=\frac{1}{2}\·\underset{r=0}{\overset{1}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{\tilde{P}}\·(\underset{p=0}{\overset{\tilde{P}-1}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{{\tilde{L}}_{\mathrm{RS}}^{\left(p\right)}}\·\left(\underset{l_{\mathrm{RS}}^{\left(p\right)}=0}{\overset{{\tilde{L}}_{\mathrm{RS}}^{\left(p\right)}-1}{\mathrm{\Σ}}}(\frac{1}{\mathrm{\ΔN}}\·\underset{k=2m\·N_{\mathrm{RB}}}{\overset{{2N}_{\max ,m}-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left|{\hat{h}}_{\mathrm{LS},l_{\mathrm{RS}}^{\left(p\right)},k}^{(r,p)}\right|}^2)\right))m=\mathrm{0,1},...,M-1$

其中，

为第m个子频带最大PRB编号；ΔN＝2(N_max，m-m·N_RB)。

进一步地，该道信息统计单元126可以通过公式

便可以计算出对应的调整因子δ_LS，m。

并且，该信道信息统计单元126可以将δ_LS，m传递给该检测单元127以便对该模块中的信道信息和数据进行调整，从而达到正确检测的目的，提高***性能。

通过以上描述，本发明实施例提供的无线通信设备在进行信道信息统计时，根据统计单元的划分，可能出现以下两种极限情况：

(1)可以以整个***带宽为统计单位进行信道信息统计而得到调整因子，相当于对AGC调整的数据再进行一次功率调整，仍有利于提高进入检测模块数据的有效精度，提高***性能。

(2)如果需要以RE为单位进行数据调整，可以根据提供给该检测单元127小。

可以看出，在本实施例中，信道信息统计单位划分的越小，计算量就越大。因此可以根据仿真结合***的最大时延扩展和多普勒频移来划分合适的统计单位。由于信道在频域的变化快慢可用相干带宽B_c来描述，在时域的变化快慢可用相干时间T_c来描述，而相干带宽B_c指一特定的频率范围，在该频率范围内的任意两频率分量都具有很强的幅度相关性，正比于最大时延扩展的倒数，B_c≈1/τ_max；相干时间指信道冲激响应维持不变的时间间隔的统计平均值，T_c正比于最大多普勒频移的倒数，T_c≈1/f_m，其中，f_m为最大多普勒频移。信道在时域和频域变化快慢也决定了统计单位在时域和频域的划分情况即决定了N_t和N_f的大小。N_t的取值与最大多普勒频移的倒数(相干时间T_c)成正比，N_f的取值与最大时延扩展的倒数(相干带宽B_c)成正比。在实际应用上，可以在性能和计算量间进行综合考虑，确定统计单位的大小，即确定N_t和N_f的取值。

基于以上无线通信设备100，本发明还进一步提供一种无线通信方法。请参阅图3，其为本发明无线通信方法一种实施例的流程图。该无线通信方法可以包括：步骤S1，接收来自无线通信***的发射端并通过多个无线信道传送的无线信号，其中该无线信号分别承载在多个子载波；步骤S2，根据该无线信号，估计出每个子载波对应的频率响应值；步骤S3，对各个无线信道的信道信息进行统计并分别计算出与该多个子载波对应的调整因子；步骤S4，根据该频率响应值对各个子载波承载的数据进行检测，并根据该调整因子在频域内对各个子载波承载的数据进行差异性的功率调整。

应当理解，本实施例提供的无线通信方法可以在前一实施例的无线通信设备100中实现，相对应地，本实施例提供的无线通信方法的各个步骤的具体实现过程可以参阅以上实施例的描述。

特别地，在一种可选方案中，步骤S3中对各个无线信道的信道信息进行统计的步骤可以包括：根据在时域选取的特定数量的OFDM符号，并将选取的OFDM符号对应的时域和频域的交叉部分作为一个统计单位；从该统计单位为抽取部分RE进行统计以计算出相应的信道统计信息；根据该信道统计信息，计算出各个子载波对应的调整因子。

或者，在另一种可选方案中，所述对各个无线信道的信道信息进行统计的步骤也可以包括：根据***的最大时延扩展和多普勒频移确定所述信道信息统计的统计单位；对该统计单位内的信道信息进行不完全统计，并将不完全统计得到的统计结果作为对应信道的统计信息；根据该信道统计信息，计算出各个子载波对应的调整因子。

进一步地，本发明实施例提供的无线通信方法，还可以包括：在进行信道信息统计之前，对接收到的无线信号进行模拟AGC、A/D转换、去前缀处理和解调处理。其中，上述模拟AGC、A/D转换、去前缀处理和解调处理的具体过程可参阅以上实施例，以下不再赘述。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种无线通信设备，其包括接收天线和信号处理模块，该接收天线用于接收通过多个无线信道传送的无线信号，且该无线信号分别承载在多个子载波进行传送，其特征在于，该信号处理模块包括信道估计单元、信道信息统计单元和检测单元，其中，该信道估计单元用于估计出每个子载波的频率响应值；该信道信息统计单元用于对各个无线信道的信道信息进行统计并分别生成与该多个子载波对应的调整因子，该信道信息统计单元在进行信道信息统计时，根据在时域选取的特定数量的OFDM符号，将其对应的时域和频域的交叉部分作为一个统计单位，并从该统计单位中抽取部分RE进行统计以计算出响应的信道统计信息；该检测单元用于根据该信道信息统计单元估计所得的调整因子对该信道估计单元提供的频率响应值及其对应的子载波上的无线信号分别进行选择性功率调整，以对功率调整后的信号进行检测。

2.如权利要求1所述的无线通信设备，其特征在于，该信道估计单元包括LS信道估计子模块和时/频域插值子模块，其中该LS信道估计子模块用于对各个信道分别进行LS信道估计处理，该时/频域插值子模块用于对LS信道估计结果进行时域或频域的插值处理。

3.如权利要求2所述的无线通信设备，其特征在于，该信道信息统计单元连接在该LS信道估计子模块的输出端和该检测单元之间。

4.如权利要求1所述的无线通信设备，其特征在于，还包括：自动增益控制单元，其连接至该接收天线，用于在整个***带宽内对该接收天线接收到的无线信号进行统一的模拟自动增益控制处理。

5.如权利要求4所述的无线通信设备，其特征在于，还包括：解调单元，其设置在该信道估计单元前端，用于在该接收天线接收到的无线信号输入到该信道估计单元之前对该无线信号进行OFDM符号解调。

6.一种无线通信方法，其特征在于，包括：

接收来自无线通信***的发射端并通过多个无线信道传送的无线信号，其中该无线信号分别承载在多个子载波；

根据该无线信号，估计出每个子载波对应的频率响应值；

对各个无线信道的信道信息进行统计并分别计算出与该多个子载波对应的调整因子；

根据该调整因子对该频率响应值及其对应的子载波上的无线信号分别进行选择性功率调整，以对功率调整后的信号进行检测；

其中，在对各个无线信道的信道信息进行统计的步骤包括：

根据在时域选取的特定数量的OFDM符号，并将选取的OFDM符号对应的时域和频域的交叉部分作为一个统计单位；

从该统计单位中抽取部分RE进行统计以计算出相应的信道统计信息；

根据该信道统计信息，计算出各个子载波对应的调整因子。

7.如权利要求6所述的无线通信方法，其特征在于，所述对各个无线信道的信道信息进行统计的步骤包括：

根据***的最大时延扩展和多普勒频移确定所述信道信息统计的统计单位；

对该统计单位内的信道信息进行不完全统计，并将不完全统计得到的统计结果作为对应信道的统计信息；

根据该信道统计信息，计算出各个子载波对应的调整因子。

8.如权利要求7所述的无线通信方法，其特征在于，还包括：在进行信道信息统计之前，对接收到的无线信号进行模拟自动增益控制、A/D转换、去前缀处理和解调处理。

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