CN1802831B - 用于ofdm信号的自适应相位补偿的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

OFDM接收机向OFDM分组的数据符号的副载波施加相位补偿。由数据符号内的导频副载波而生成相位补偿估计，并在反映射之前将其应用于所述数据符号的副载波。数据符号的导频副载波被合并及加权，以生成观测向量。对观测向量执行递归滤波，以生成相位补偿估计。递归滤波可以包括使用信道估计、附加噪声功率估计、信噪比(SNR)估计和于收发机振荡器的相位噪声谱的动态模型有关的先验信息，对观测向量执行扩展卡尔曼滤波(EKF)操作。信道估计可以由OFDM分组的长训练符号生成，附加噪声功率估计和SNR估计可以由OFDM分组的短训练符号生成。

Description

用于OFDM信号的自适应相位补偿的方法和装置
相关申请的交叉引用：本申请与以下共同待审查的、被共同转让的美国专利申请有关，这些申请是2002年6月xx日递交的、名称为“RECEIVER AND METHOD TO DETECTAND SYNCHRONIZE WITH A SYMBOL BOUNDARY OF AN OFDM SYMBOL(检测并且与OFDM符号的符号边界同步的接收机和方法)”，序列号为xx/xxx，xxx，律师案卷号为884.781usl(P13889)的专利申请，以及2002年7月xx日递交的、名称为“SYSTEM ANDMETHOD FOR TWO CHANNEL FREQUENCY OFFSET ESTIMATION OF OFDMSIGNALS(用于OFDM信号的两信道频偏估计的***和方法)”，序列号为xx/xxx，xxx，律师案卷号为884.783usl(P13891)的专利申请。这些共同转让的专利申请作为参考被包括进来。
技术领域
本发明涉及无线通信，具体地说，涉及用于正交频分复用(OFDM)通信的接收机。
背景技术
正交频分复用(OFDM)是一种多载波传输技术，它利用正交副载波在可用频谱内传输信息。因为副载波是相互正交的，所以例如与传统频分复用(FDM)***中的独立信道相比，它们在可用频谱内可以相距近得多。为了帮助实现正交性，一个副载波在其他副载波的中心频率处可具有零值。副载波的正交性可有助于防止***内副载波之间的干扰。在传输之前，可以用低速率数据流来调制副载波。OFDM符号的传输符号率可以比较低，因而传输的OFDM信号对于扩散在信道内的多径延时有很高的容忍度。正因为如此，很多当今的数字通信***对于需要在具有多径反射和/或强干扰环境中生存的信号都转向使用OFDM作为调制方案。很多无线通信标准都已经采用了OFDM，例如包括IEEE 802.11a标准、数字视频广播陆地(DVB-T)广播标准、以及高性能无线电局域网(HiperLAN)标准。此外，有几个行业协会都在推荐OFDM用于固定无线接入***，包括宽带无线因特网论坛和OFDM论坛。
OFDM***的一个问题是：它们与单载波***相比，可能对相位噪声和频率偏移更为敏感。与单载波***不同的是，OFDM***中的相位噪声和频率变化会引入干扰，包括载波间干扰和符号间干扰。一些传统的OFDM***使用特殊的训练符号和/或锁相环(PLL)来估计频偏并且跟踪相位变化，然而由于噪声和信道效应，例如多径信道中的线性失真，使用这些技术的准确频率同步和相位补偿格外困难。因此，通常需要在OFDM接收机***中提供频率同步和相位跟踪的***和方法。
附图说明
所附权利要求书是针对本发明多种实施方案中的一部分。然而，具体实施方式部分与附图部分一起给出了对本发明更完整的理解，其中在整个附图中，相近的标号表示相似的项目，并且：
图1是根据本发明实施方案的正交频分复用(OFDM)接收机***的简化功能框图；
图2是根据本发明实施方案的导频副载波处理单元的功能框图；以及
图3是根据本发明实施方案的数据符号相位补偿过程的流程图。
具体实施方式
以下描述和附图说明了本发明的具体实施方案，足以使本领域的技术人员能够实现本发明。其他实施方案可以包括结构、逻辑、电气、处理以及其他方面的变化。实施例仅仅代表了可能的变体。除非明确要求，否则各个组件和功能都是可选的，并且操作顺序可以改变。一些实施方案中的若干部分和特征可以被包括在其他实施方案中，或者取代其他实施方案中的某些部分和特征。本发明的范围包括全部权利要求及所有可获得的等同物。
图1是根据本发明实施方案的正交频分复用(OFDM)接收机***的简化功能框图。OFDM接收机***100可以包括射频(RF)接收单元102、数据符号处理单元104、短训练符号处理单元106和长训练符号处理单元108。RF接收单元102通过天线111接收信号，并生成OFDM符号的串行符号流110。数据符号处理单元104处理串行符号流110以生成解码比特流140。
根据本发明的一个实施方案，OFDM接收机***100可以在信道均衡之后，符号反映射之前对OFDM分组的数据符号的副载波施加相位补偿。相位补偿估计可以由数据符号内的导频副载波生成，并且可以在反映射之前被应用于数据符号的副载波。数据符号的导频副载波可以被合并及加权，以生成观测向量，并且可以对观测向量执行递归滤波，以生成相位补偿估计。可以基于衰落增益来加权导频副载波，以最大化观测向量的信噪比(SNR)。递归滤波可以包括使用信道估计对观测向量执行扩展卡尔曼滤波(EKF)，附加噪声功率估计，信噪比(SNR)估计，收发机振荡器相位噪声功率和/或由相位的动态模型而确定的其他先验信息。信道估计可以由OFDM分组的长训练符号来生成，附加噪声功率估计和SNR估计可以由OFDM分组的短训练符号来生成。相位噪声功率可以由与收发机振荡器的相位噪声谱有关的先验信息来估值。信道估计、附加噪声功率估计、SNR估计和相位噪声功率值可被用于OFDM分组的后续数据符号。
OFDM数据分组可以由多个有序的符号调制副载波组成。该分组可开始于短训练符号，这些符号可以仅使用一部分副载波。短训练符号后面可以跟随着长训练符号和数据符号。数据符号可以包含已知的导频副载波。数据符号可以由包括已知的导频副载波以及数据副载波的数据符号来时分复用。
在一个实施方案中，OFDM分组可以包括大约52个副载波，而在其他实施方案中，OFDM分组可以包括多达100个甚至更多的副载波。在一个实施方案中，OFDM分组可以以大约10个短训练符号开始，而在其他实施方案中，OFDM分组可以以少至1个，多至50个甚至更多的短训练符号开始。在一个实施方案中，OFDM分组可以包括大约1个长训练符号，而在其他实施方案中，OFDM分组可以包括多达10个甚至更多的长训练符号。在一个实施方案中，数据符号可以包含大约4个已知的导频副载波，而在其他实施方案中，数据符号可以包含少至1个，多至10个甚至更多的导频副载波。
OFDM接收机***100可以是无线通信设备的一部分，或者可以是单独的接收机的一部分。OFDM接收机***100可以是以下无线通信设备的一部分，例如个人数字助手(PDA)、具有无线通信能力的膝上型计算机和便携计算机、万维网板、无线电话、无线耳机、寻呼机、短消息设备、MP3播放器、数码相机、以及其他可以无线收和/或发信息的设备。OFDM接收机***100可以接收根据多载波传输技术，例如正交频分复用(OFDM)技术而发送的通信信号，其中OFDM技术可以使用基本正交的副载波在指定的频谱内传输信息。OFDM接收机***100可以接收根据以下一种或多种通信标准的通信，例如IEEE802.11a，b或g标准之一、数字视频广播陆地(DVB-T)广播***、或者高性能无线电局域网(HiperLAN)标准。根据其他局域网(LAN)和无线局域网(WLAN)通信技术的信号通信也可适于由OFDM接收机***100来接收。
OFDM接收机***100可以包括RF接收单元102，该单元通过天线111接收信号，并生成OFDM符号的串行符号流110。数据符号处理单元104处理串行符号流，以生成解码比特流140。天线111例如可以是偶极天线、单极天线环天线、微带天线、或者适于收发包括OFDM分组的多载波通信信号的其他类型天线。在一个实施方案中，OFDM分组可以包括多个短训练符号和多个长训练符号，后面跟着数据符号。
在一个实施方案中，接收信号可以具有5到6GHz范围内的载波频率，但本发明的实施方案同样适于其他载波频率的接收，例如在1和10GHz之间的频率。OFDM信号例如可以驻留在一百个或更多的副载波上。短训练符号可以在一部分副载波上传输，而数据符号可以包含一个或多个已知的导频副载波，但这不是必需的。在一个实施方案中，长训练符号可以具有大约3到4微秒的持续时间，而短训练符号可以具有大约1微秒的持续时间。
RF接收单元102可以执行两段下变频。RF接收单元102可以包括低噪声放大器(LNA)112和RF下变频器114。RF下变频器114可以使用来自振荡器116的信号而生成中频(IF)信号。振荡器116可以是固定频率的外差振荡器。自动增益控制(AGC)元件118可以响应于来自单元106的AGC信号128，调整IF下变频器120的功率电平。IF下变频器(D/C)120可以使用频率可控设备在0频率处生成同相(I)信号和正交相位(Q)信号，其中所述频率可控设备例如是压控振荡器(VCO)122，它可以响应于粗频偏信号107。粗频偏信号107可以是反馈环的一部分，并且由短训练符号处理单元106来提供。IF下变频器120所提供的同相(I)信号和正交相位(Q)信号可以由模数转换器(ADC)126进行抽样并转换成串行数字比特流110。在接收OFDM分组的情况下，ADC 126所产生的串行数字比特流110可以是OFDM符号的串行符号流。OFDM***100还可以包括相位旋转器141，它可以响应于由长训练符号处理单元108生成的细频偏估计109来旋转流110中的符号的相位。在可替换的实施方案中，相位旋转器109可以响应于由数据信号处理单元104提供的频偏估计139。
在一个实施方案中，短训练符号处理单元106和长训练符号处理单元108可以执行分组检测以及与OFDM符号边界的同步，并且可以发起数据符号处理单元104的数据处理。数据符号处理单元104处理OFDM符号的串行符号流110，以生成解码比特流140。长训练符号处理单元108可以由OFDM分组的长训练符号生成信道估计164，以供数据符号处理单元104使用。短训练符号处理单元106可以由OFDM分组的短训练符号中的一个或多个符号生成附加噪声功率估计和信噪比(SNR)估计162，以供数据符号处理单元104使用。
数据符号处理单元104可以包括串并转换器142，用于将串行符号流110中的符号转换为并行的多组时域抽样144。数据符号处理单元104还可以包括FFT元件146，它可以对并行的多组时域抽样144执行快速傅立叶变换(FFT)，以生成频域符号调制副载波148。在一个实施方案中，FFT元件146可以响应于细定时信号。信道均衡器154可以对FFT元件146所提供的频域符号调制副载波148执行信道均衡。信道均衡器154可以使用长训练符号处理单元108所生成的信道估计164来生成经过信道均衡的频域符号调制副载波158。可以通过在数据符号处理开始之前，对已知的训练符号例如长训练符号执行FFT，而由长训练符号处理单元108生成信道估计164。均衡后的频域符号调制副载波158可以由解调器150来相干解调，以产生多个并行符号。解调器150可以根据发射机调制副载波的具体调制阶数来解调副载波。
数据符号处理单元104还可以包括导频副载波处理单元156，它可以起到相位跟踪单元的作用，用于为OFDM分组的数据符号生成相位补偿估计157。导频副载波处理单元156可以使用在FFT元件146内分离的数据符号内的导频副载波147。数据符号处理单元104还可以包括相位补偿器159，用于在反映射之前对数据符号的副载波施加相位补偿估计157。在一个实施方案中，导频副载波处理单元156也可以使用由长训练符号处理单元108生成的信道估计164。导频副载波处理单元156也可以使用由短训练符号处理单元106生成的附加噪声功率估计和信噪比(SNR)估计162和/或从与收发机振荡器的相位噪声谱有关的先验信息中确定的相位噪声功率值来生成相位补偿估计157。导频副载波147可以在FFT元件146执行FFT期间与数据符号的其他副载波148相互分离。
根据本发明的一个实施方案，相位旋转器141可以响应于长训练符号处理单元108所提供的频偏估计109，对符号流110中的符号的相位进行旋转。在该实施方案中，细频偏估计109可以由OFDM分组的长训练符号来确定。对于OFDM分组的数据符号的处理而言，由相位旋转器141提供的相移可以保持不变。根据另一个实施方案，频偏估计139可替换地可由数据符号处理单元104的导频副载波处理元件提供给相位旋转器141。这将在下面更详细地描述。
虽然OFDM接收机***100被图示为具有几个独立的功能元件，但是这些功能元件中的一个或多个可以被合并起来，并可以通过软件配置元件(例如包括数字信号处理器(DSP)在内的处理器)和/或其他硬件元件的组合来实现。虽然本发明的实施方案是关于OFDM通信来描述的，但是本发明的实施方案可适用于任何多载波通信技术。
图2是根据本发明实施方案的导频副载波处理单元的功能框图。导频副载波处理单元200可以生成相位补偿估计，用于对OFDM分组的数据符号进行相位补偿。导频副载波处理单元200可适于用作导频副载波处理单元156(图1)，但其他处理单元也是适合的。导频副载波处理单元200可以使用数据符号的导频副载波，连同例如信道估计、附加噪声功率估计、信噪比(SNR)估计和/或相位噪声功率值用于生成相位补偿估计。相位补偿估计可被生成用于OFDM分组的数据符号，并且可以在对副载波执行FFT后应用。相位补偿估计也可以在数据副载波的信道均衡之后应用。相位补偿估计可用于在处理OFDM分组期间对数据符号进行相位跟踪。在一个实施方案中，导频副载波处理单元200还可以生成频偏估计，用于在执行FFT之前对串行符号流进行相位旋转。虽然导频副载波处理单元200被图示为具有几个独立的功能元件，但是这些功能元件中的一个或多个可以被合并起来，并可以通过软件配置元件(例如包括数字信号处理器(DSP)在内的处理器)和/或其他硬件元件的组合来实现。在一个实施方案中，导频副载波处理单元200可以起到相位跟踪单元的作用，用于在OFDM接收机***中对数据符号进行相位补偿。
导频副载波处理单元200包括观测向量形成器204，它可以加权并合并导频副载波202以生成观测向量206。导频副载波202可以由同相(I)和正交相位(Q)信号分量组成。递归滤波器208对观测向量206进行操作，以生成相位补偿估计212。预计算单元210可以重新计算衰落增益205(例如，信道估计)以及噪声信息和估计207。噪声信息和估计207可以包括附加噪声功率估计、SNR估计和噪声功率值中的至少一个，以由递归滤波器208用来生成相位补偿估计212。
观测向量形成器204包括加权元件214，它可以基于导频副载波202的衰落增益205来加权导频副载波202，之后在合并元件216中合并加权后的副载波，以生成观测向量206。衰减元件218可以根据在元件216中合并的导频副载波202的数量来衰减观测向量的幅度。例如，当合并了4个副载波时，元件218可以向观测向量206施加1/4的幅度衰减。在一个实施方案中，观测向量形成器204可以由分组的导频副载波生成用于OFDM分组的数据符号的观测向量。
在一个实施方案中，可以由从OFDM分组的长训练符号确定而来的信道估计生成衰落增益205。在该实施方案中，加权元件214可以分别对导频副载波施以权重。权重可以是导频副载波的衰落增益的复共轭。在一个实施方案中，也可以针对导频副载波来计算权重，以帮助最大化观测向量206的信噪比(SNR)。导频副载波202可以被非均衡化(unequalized)并在FFT元件(例如FFT元件146(图1))执行FFT期间与数据符号的其他副载波相互分离。在一个实施方案中，信道均衡器154可以均衡导频副载波202。
在一个实施方案中，递归滤波器208可以使用信道估计、附加噪声功率估计、信噪比(SNR)估计、收发机振荡器相位噪声功率值和/或从相位的动态模型中得出的其他先验信息，对观测向量执行扩展卡尔曼滤波(EKF)。信道估计可以由OFDM分组的长训练符号来生成，附加噪声功率估计和SNR估计可以由OFDM分组的短训练符号来生成。相位噪声功率可以由与收发机振荡器的相位噪声谱有关的先验信息来估值。在一个实施方案中，信道估计、附加噪声功率估计、SNR估计和相位噪声功率值可被递归滤波器208用于OFDM分组的所有数据符号。
递归滤波器208可以包括减法元件220，用于从观测向量206中减去预测观测向量222，以生成剩余向量224。递归滤波器208还可以包括乘法元件226，用于将剩余观测向量224乘以增益矩阵结果228，以生成剩余增益向量230。加法元件232可以将剩余增益向量230与线性预测向量234相加，以生成估计向量236。估计向量236可以是由频偏估计和相位补偿估计212组成的多维向量。估计向量236的维数可取决于用来为相位动态建模的状态方程的维数。频偏估计可被施加到相位旋转器141(图1)，以在对数据符号执行FFT之前旋转包括数据符号的串行符号流的相位。相位补偿估计212可以在FFT之后应用于数据符号。频偏估计和相位补偿估计212可以从估计向量236中抽取。频偏估计可被提供给相位旋转器，例如相位旋转器141(图1)作为频偏估计139。
当前观测向量206可以被表示为向量z(k+1)，预测观测向量222可以被表示为向量h[x(k+1|k)]，剩余向量224可以被表示为向量增益矩阵结果228可以被表示为矩阵K(k+1)，剩余增益向量230可以被表示为向量
Figure G038264331D00062
线性预测向量234可以被表示为向量而估计向量236可以被表示为向量
Figure G038264331D00064
“k”可以代表OFDM分组的多个数据符号中的某个特定数据符号，其中在滤波器的迭代中，k可以递增1。相位补偿估计212可被表示为其是从估计向量
Figure G038264331D00066
中抽取出来的。
在可替换的实施方案中，观测向量206可以包括四个复数值，包括导频副载波正交分量的四个正交分量。然而，这个可替换的实施方案可能导致计算模块240完成更大维数(例如，8×8)的矩阵运算。
递归滤波器208还可以包括单时间步长延迟元件238，它可以存储先前的步进估计向量
Figure G038264331D00067
以供计算模块240用来生成线性预测向量234和增益矩阵228。在另一个实施方案中，单时间步长延迟元件238可以被放置在线性预测元件242之后，并可以存储由线性预测元件242提供的线性预测向量从线性预测向量234中抽取出来后，频偏估计可被相位旋转器141用来在执行FFT之前旋转下面的(k+2)数据符号。
计算模块240从预计算单元210中接收重新计算的衰落增益，附加噪声功率估计、SNR估计和相位噪声功率值。计算模块240可以根据相位的动态模型来设计，并可以包括线性预测元件242、误差协方差矩阵估值元件244、增益矩阵估值元件246和信号向量估值元件248。
在一个实施方案中，递归滤波器208可以基于当前符号(例如，k+1符号)的导频副载波和多维估计向量236的前一值而生成当前符号的(例如，k+1符号)的估计相位。在这一被称为前馈方案的实施方案中，相位补偿估计可以在执行FFT后由相位补偿器159来使用。在另一个实施方案中，递归滤波器208可以基于当前符号(例如，k+1符号)的导频副载波，生成下一数据符号(例如，k+2符号)的预测频偏和相位。在这一被称为反馈方案的实施方案中，频偏估计可以在执行FFT之前用在相位旋转器141中用于下一数据符号(例如，k+2符号)。
在一个实施方案中，预计算模块210重新计算衰落增益、附加噪声功率估计、(例如，从短和/或长训练符号处理模块接收的)SNR估计和相位噪声功率值(例如，由与收发机振荡器的相位噪声谱有关的先验信息而获得)，以帮助优化递归滤波器208的参数。递归滤波器208可以是扩展卡尔曼滤波器(EKF)或其他适合的递归滤波器。
对于接收到的分组，预计算模块210可以计算观测模型中的附加噪声的方差。附加噪声的方差可以由短训练符号处理模块完成的附加噪声功率估计以及由长训练符号处理模块完成的衰落增益而计算出来。附加噪声的方差值可以等于对应于导频副载波的附加噪声功率。因此，导频副载波可以具有用于附加噪声的方差的不同值。由附加噪声的方差值可以生成观测模型噪声的协方差矩阵，并将其提供给误差协方差矩阵估值元件244。在一个实施方案中，这个观测模型噪声的协方差矩阵可以是具有相等元素的对角矩阵。在其他实施方案中，这一矩阵的元素可以是不同的。观测模型噪声的协方差矩阵的维数可以取决于观测向量206的维数。观测模型噪声的协方差矩阵的元素可被误差协方差矩阵估值元件244用来执行循环算法。观测模型噪声的协方差矩阵的元素还可以被增益矩阵估值元件246用来执行循环算法，以用于滤波器208的迭代。
对于接收到的分组，预计算模块210还可以计算相位动态模型中的附加噪声的方差，以供递归滤波器208使用。该方差可由与收发机振荡器的相位噪声谱有关的先验信息计算出来。该方差的值可被误差协方差矩阵估值元件244用于滤波器208的迭代中。根据该值，可以形成在代表相位的动态模型的状态方程中的噪声的协方差矩阵。这一矩阵的维数可以取决于状态方程(例如，相位***模型)的维数。在一个实施方案中，在状态方程中的噪声的这一协方差矩阵可以是至少具有一个非零元素的2×2矩阵。在其他实施方案中，该矩阵的维数和元素值可以有所不同。
对于接收到的分组，预计算模块210还可以计算相位旋转器后的频偏的初始(例如，先验)方差。初始方差可以根据短训练符号处理模块所生成的SNR估计207而计算出来。在其他实施方案中，可以由长训练符号处理模块来计算匹配的初始方差。
对于接收到的分组，预计算模块210还可以计算初始相位误差的先验方差。这一方差可以由SNR估计207，并且由与收发机振荡器的相位噪声谱有关的信息而计算出来。这两个方差可被用于最初形成协方差矩阵，该矩阵可被误差协方差矩阵估值元件244在递归滤波器208的首次迭代中用作初始条件。
对于接收到的分组，预计算模块210还可以为递归滤波器208计算向量观测模型中的向量信号函数h[x(k)]的参数。所述参数可以由导频副载波的衰落增益205计算出来。向量信号函数h[x(k)]的参数可被误差协方差矩阵估值元件244用来执行循环算法，被增益矩阵估值元件246用来执行循环算法，并被信号向量估值元件248用来执行循环算法，以用于递归滤波器208的迭代。
线性预测元件242可以基于已知的状态方程(例如，相位的动态模型)以及来自单时间步长延迟元件238的前一步估计向量
Figure G038264331D00081
为状态向量x(k)(例如向量236)执行单步预测
Figure G038264331D00082
在另一个实施方案(例如，反馈方案)中，单时间步长延迟元件238可被放在线性预测元件242之后，线性预测元件242可以基于当前估计向量执行单步预测
Figure G038264331D00084
图3是根据本发明实施方案的相位补偿过程的流程图。数据符号相位补偿过程300可被用来为OFDM分组的各个数据符号生成相位补偿估计。过程300可以由OFDM接收机***100(图1)来执行，但是其他***也可以适用于执行过程300。过程300的若干部分也可以由导频副载波处理单元156(图1)来执行，但是其他导频副载波处理单元也是适用的。虽然过程300的各项操作被图示并描述为独立的操作，但是这些操作中的一项或多项可以并发执行，无需按照图示的顺序来执行操作。
操作302对串行符号流(例如，时域符号调制副载波)执行FFT，以生成频域符号调制副载波。频域符号调制副载波中的一些可以是OFDM数据分组的数据符号的导频副载波。在一个实施方案中，操作302可以对并行的多组时域抽样144(图1)执行FFT，以生成频域符号调制副载波147、148(图1)。操作304可以将导频副载波147(图1)与数据符号的其他副载波148(图1)分离开来。
操作306可以加权及合并导频副载波，以生成观测向量。在一个实施方案中，操作306可以基于从对导频副载波的信道估计307而来的衰落增益，对导频副载波进行加权，然后将加权后的副载波合并在一起，以生成观测向量。操作306例如可以由观测向量形成器204(图2)来执行。
操作308可以对观测向量执行递归滤波，以生成数据符号的相位补偿估计。操作308可以使用信道估计307，还有SNR和附加噪声功率估计309，以及先验信息311。先验信息可以包括与收发机振荡器的相位噪声谱和/或相位的动态模型有关的信息。在一个实施方案中，信道估计307可以由OFDM分组的一个或多个长训练符号生成。SNR和附加噪声功率估计309可以由OFDM分组的一个或多个短训练符号生成。相位噪声功率值可以根据与收发机振荡器的相位噪声谱有关的先验信息来估值。在一个实施方案中，信道估计307、SNR和附加噪声功率估计309和相位噪声功率值可被用来为OFDM分组的几乎所有或绝大部分数据符号确定相位补偿估计。操作308例如可以由递归滤波器208(图2)来执行。
操作310使用在操作308中生成的相位补偿估计，对数据符号的副载波的相位进行补偿。操作310可以由相位补偿器(图1)来执行。操作312可以反映射和/或解码相位补偿后的数据符号的副载波，以生成一部分解码比特流。操作314对于OFDM分组的后续数据符号，至少重复操作306到312，以生成解码比特流的其他部分。在重复操作306到312过程中，操作302可以继续对串行符号流执行FFT，而操作304可以继续分离出OFDM分组的数据符号的导频副载波。
这样已描述了用于对OFDM分组的数据符号进行相位补偿的改进***和方法。本发明的***和方法与传统的PLL***相比，可以提供更快的相位跟踪收敛以及更高的相位估计精度。此外，由于有更高的相位跟踪性能，这就可以允许接收机和/或收发机振荡器的稳定性要求和相位噪声要求降低，因此可以降低OFDM接收机的模拟部分的复杂度和成本。
对具体实施方案的以上描述充分公开了本发明的一般特性，他人通过应用现有的知识，可以容易地修改和/或调适本发明，以用于多种不同应用，而不会偏离一般性概念。因此，这些调适和修改都在所公开实施方案的等同物的含义和范围之内。这里所使用的短语和术语是出于描述而非限制的目的。因此，本发明涵盖落入所附权利要求书的精神和范围内的所有这样的替换、修改、等同物和变体。

Claims (30)

1.一种用于正交频分复用OFDM通信的方法，包括：
通过递归式滤波由分组的数据符号的加权导频副载波形成的观测向量来生成相位补偿估计；以及
在对所述数据符号进行傅立叶变换之后，在频域中将所述相位补偿估计应用于所述数据符号的信道均衡的副载波，
其中所述导频副载波是基于衰落增益加权的，并且
其中所述递归式滤波包括：
从相位补偿估计生成预测观测向量，所述相位补偿估计是使用递归算法针对之前的数据符号生成的；以及
从所述观测向量中减去所述预测观测向量。
2.如权利要求1所述的方法，其中，在信道均衡后，在频域中将所述相位补偿估计应用于所述数据符号的信道均衡的副载波，之后反映射所述数据符号的信道均衡的副载波，
其中用于信道均衡所述数据符号的副载波的信道估计是从所述OFDM分组的长训练符号确定的。
3.如权利要求1所述的方法，还包括对于所述OFDM分组的后续数据符号，重复生成和应用步骤，并且其中所述数据符号由多个符号调制副载波组成，所述多个符号调制副载波中至少有一些是所述导频副载波，
并且其中生成所述相位补偿估计的步骤包括：
基于所述导频副载波的衰落增益加权所述导频副载波；
在观测向量形成器中合并所述加权导频副载波，以生成所述观测向量；以及
使用信道估计来递归式滤波所述观测向量，以生成所述相位补偿估计。
4.如权利要求3所述的方法，其中重复生成所述相位补偿估计的步骤包括：
合并当前数据符号的导频副载波，以生成用于所述当前数据符号的观测向量；以及
使用信道估计对用于所述当前数据符号的观测向量执行递归滤波，以生成用于所述当前数据符号的相位补偿估计。
5.如权利要求3所述的方法，其中重复生成所述相位补偿估计的步骤包括：
合并当前数据符号的导频副载波，以生成用于所述当前数据符号的观测向量；以及
对用于所述当前数据符号的观测向量执行递归滤波，以生成用于下一数据符号的相位补偿估计和频偏估计。
6.如权利要求3所述的方法，其中递归式滤波包括使用所述信道估计、附加噪声功率估计、信噪比SNR估计、有关相位动态模型的先验信息和从收发机振荡器的相位噪声谱而来的相位噪声功率值，对所述观测向量执行扩展卡尔曼滤波。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述信道估计是由所述OFDM分组的长训练符号生成的，并且其中所述附加噪声功率估计和所述SNR估计是由所述OFDM分组的短训练符号生成的。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述OFDM分组是由多个有序符号调制副载波组成的，一开始是在所述多个有序符号调制副载波的一部分上进行调制的短训练符号，后面跟着长训练符号和多个数据符号，所述数据符号至少包含一个已知的导频副载波，
并且其中，所述信道估计、所述附加噪声功率估计、所述SNR估计和所述相位噪声功率值被用于所述OFDM分组的数据符号。
9.如权利要求3所述的方法，其中，所述方法还包括由所述OFDM分组的长训练符号生成信道估计，并且其中，加权的步骤包括向导频副载波施加权重，所述权重是所述导频副载波的衰落增益的复共轭，所述衰落增益是根据所述信道估计而确定的。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述递归式滤波的步骤包括：
从所述观测向量中减去所述预测观测向量，以生成剩余向量；
将所述剩余向量乘以增益矩阵，以生成剩余增益向量；
将所述剩余增益向量与线性预测向量相加，以生成估计向量；以及
从所述估计向量中抽取用于所述数据符号的相位补偿估计和频偏估计。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述估计向量是由频偏估计和相位补偿估计组成的多维向量，并且其中，在对数据符号执行快速傅立叶变换FFT之后，将所述相位补偿估计应用于所述数据符号。
12.如权利要求10所述的方法，其中所述估计向量是由频偏估计和相位补偿估计组成的多维向量，并且其中所述方法还包括在对数据符号执行快速傅立叶变换之前，至少基于所述频偏估计旋转包括所述数据符号的串行符号流的相位。
13.如权利要求2所述的方法，还包括：
在对所述数据符号执行快速傅立叶变换之前，旋转包括所述数据符号的串行符号流的相位，所述旋转至少基于频偏估计；
在应用所述相位补偿估计之前，对代表所述数据符号的多组并行的时域抽样执行快速傅立叶变换FFT，以生成频域符号调制副载波，
将所述导频副载波与所述频域符号调制副载波的数据副载波相互分离，以用于生成所述相位补偿估计；以及
在信道均衡后并且在应用了所述相位补偿估计之后反映射所述数据符号，以生成至少一部分解码比特流。
14.如权利要求2所述的方法，其中所述导频副载波是由具有已知的训练值，并且在多个副载波的预定部分上进行调制的调制导频符号组成的。
15.一种相位跟踪单元，包括：
观测向量形成器，该形成器加权并合并正交频分复用OFDM分组的数据符号的导频副载波，以生成观测向量；以及
递归滤波器，该滤波器对所述观测向量进行递归滤波，以生成所述数据符号的相位补偿估计，所述递归滤波器使用信道估计、附加噪声功率估计、信噪比SNR估计和相位噪声值估计来执行递归滤波，
其中，在信道均衡和执行傅立叶变换之后，所述相位补偿估计被应用到所述数据符号的信道均衡的副载波，并且
其中，所述观测向量形成器基于衰落增益对所述导频副载波进行加权，
其中所述递归滤波器从相位补偿估计生成预测观测向量，所述相位补偿估计是使用递归算法针对之前的数据符号生成的，并且所述递归滤波器从所述观测向量中减去所述预测观测向量。
16.如权利要求15所述的相位跟踪单元，其中所述观测向量形成器包括基于所述导频副载波的所述衰落增益来加权所述导频副载波的加权元件。
17.如权利要求16所述的相位跟踪单元，其中所述加权元件接收由所述OFDM分组的长训练符号而生成的信道估计，并且其中所述加权元件向导频副载波施加权重，所述权重是衰落增益的复共轭，所述衰落增益是根据所述信道估计来确定的。
18.如权利要求15所述的相位跟踪单元，其中所述递归滤波器执行递归滤波，以生成用于所述OFDM分组的当前数据符号的相位补偿估计。
19.如权利要求18所述的相位跟踪单元，其中所述观测向量形成器还合并所述当前数据符号的导频副载波，以生成所述当前数据符号的观测向量；并且
所述递归滤波器对所述当前数据符号的观测向量进行递归滤波，以生成用于所述当前数据符号的相位补偿估计。
20.如权利要求19所述的相位跟踪单元，其中所述递归滤波器从所述观测向量中减去所述预测观测向量，以生成剩余向量，将所述剩余向量乘以增益矩阵，以生成剩余增益向量，将所述剩余增益向量与线性预测向量相加，以生成估计向量，并且从所述估计向量中抽取用于所述数据符号的相位补偿估计。
21.如权利要求20所述的相位跟踪单元，其中所述估计向量是由频偏估计和相位补偿估计组成的多维向量，并且
其中所述抽取操作包括从所述估计向量中抽取用于数据符号的相位补偿估计，并且
其中，相位补偿器在对所述数据符号执行快速傅立叶变换之后，将所述相位补偿估计应用于所述数据符号。
22.一种正交频分复用OFDM接收机***，包括：
接收包括OFDM分组的信号的偶极天线；
将所述OFDM分组转换为符号流的RF接收单元；
对所述符号流执行快速傅立叶变换FFT，以生成解码比特流的数据符号处理单元；
对所述FFT提供的副载波进行信道均衡的信道均衡器；
基于信道条件生成相位补偿估计的相位跟踪单元；以及
在执行所述FFT之后，在频域中对所述OFDM分组的数据符号的信道均衡的副载波应用所述相位补偿估计的相位补偿器，
其中，所述相位跟踪单元通过对由加权导频副载波形成的观测向量进行递归滤波来生成所述相位补偿估计，
其中所述导频副载波是基于衰落增益加权的，并且
其中所述递归滤波包括从相位补偿估计生成预测观测向量，所述相位补偿估计是使用递归算法针对之前的数据符号生成的，并且从所述观测向量中减去所述预测观测向量。
23.如权利要求22所述的***，其中所述相位跟踪单元包括：
合并所述加权导频副载波以生成所述观测向量的观测向量形成器；以及
对所述观测向量进行递归滤波，以生成用于相位补偿所述数据符号的频偏估计和相位补偿估计的递归滤波器。
24.如权利要求23所述的***，其中所述观测向量形成器包括加权元件，所述加权元件基于所述导频副载波的所述衰落增益来加权所述导频副载波，之后合并加权后的副载波以生成观测向量。
25.如权利要求24所述的***，还包括由所述OFDM分组的长训练符号生成信道估计的长训练符号处理元件，并且其中所述加权元件向所述导频副载波施加权重，所述权重是导频副载波的衰落增益的复共轭，所述衰落增益是根据所述信道估计来确定的。
26.如权利要求23所述的***，其中所述递归滤波器是扩展卡尔曼滤波器，该滤波器使用信道估计、附加噪声功率估计、信噪比SNR估计、有关相位动态模型的先验信息和从收发机振荡器的相位噪声谱而来的相位噪声功率值来生成所述相位补偿估计。
27.如权利要求26所述的***，还包括：
由所述OFDM分组的长训练符号生成所述信道估计的长训练符号处理元件；以及
由所述OFDM分组的短训练符号生成附加噪声功率估计和所述SNR估计的短训练符号处理元件，
并且其中，所述信道估计、所述附加噪声功率估计、所述SNR估计和所述相位噪声功率值被用于所述OFDM分组的后续数据符号。
28.一种用于正交频分复用OFDM通信的设备，包括：
用于通过递归式滤波由分组的数据符号的加权导频副载波形成的观测向量来生成相位补偿估计的装置；以及
用于在对所述数据符号进行傅立叶变换之后，在频域中将所述相位补偿估计应用于所述数据符号的信道均衡的副载波的装置，
其中所述导频副载波是基于衰落增益加权的，并且
其中所述用于递归式滤波的装置包括：
用于从相位补偿估计生成预测观测向量的装置，所述相位补偿估计是使用递归算法针对之前的数据符号生成的；以及
用于从所述观测向量中减去所述预测观测向量的装置。
29.如权利要求28所述的设备，其中还包括：用于对于所述OFDM分组的后续数据符号重复生成和应用步骤的装置，并且其中所述数据符号由多个符号调制副载波组成。
30.如权利要求29所述的设备，其中用于生成所述相位补偿估计的装置包括：
用于基于所述导频副载波的所述衰落增益加权所述导频副载波的装置；
用于在观测向量形成器中合并所述加权导频副载波，以生成所述观测向量的装置；以及
用于递归式滤波所述观测向量，以生成所述相位补偿估计的装置，
并且其中所述用于重复生成所述相位补偿估计的装置包括：用于合并当前数据符号的导频副载波，以生成用于所述当前数据符号的观测向量的装置；以及
用于使用信道估计对所述当前数据符号的观测向量执行递归滤波，以生成用于所述当前数据符号的所述相位补偿估计的装置。
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