DE102008023105A1

DE102008023105A1 - Robuste Kanalschätzung in Kommunikationssystemen

Info

Publication number: DE102008023105A1
Application number: DE102008023105A
Authority: DE
Inventors: Ziquan Hai Dian District Bai; Hongwei Chao Yang District Kong; Honggang XiCheng District Zhang; Ya Chao Yang District Jing; Xu Chaoyang District Zhao; Danxun Dong Cheng District Shen
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2007-06-15
Filing date: 2008-05-09
Publication date: 2008-12-24
Also published as: CN101325569A; CN101325569B; US8369425B2; US20080310531A1

Abstract

Eine Vorrichtung zum Erzielen einer robusten Kanalschätzung in einem Kommunikationssystem umfasst einen Trainingssequenzgenerator zum Erzeugen einer Trainingssequenz. Ein Formatieren setzt die Trainingssequenz in einen Rahmen ein. Ein Sendemodul wird zum Senden des Rahmens eingesetzt. Der Trainingssequenzgenerator umfasst ferner einen Symbolgenerator zum Erzeugen einer Mehrzahl von Trainingssymbolen, die eine vorbestimmte Randbedingung derart erfüllen, dass die Trainingssymbole gegenüber einem Synchronisationsfehler unempfindlich sind, und eine Trainingssequenzbildungseinheit, die die Trainingssequenz aus den durch den Trainingssymbolgenerator erzeugten Trainingssymbolen bildet.

Description

Das technische Gebiet der vorliegenden Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf drahtlose Kommunikation und im Besonderen auf eine Erzeugung und Verwendung von Trainingssequenzen bei einer Kanalschätzung von Kommunikationssystemen.
In der drahtlosen Kommunikation wird OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing = Orthogonal-Frequenzmultiplexverfahren) wegen seiner wirksamen Verwendung eines Frequenzbands und einer einfachen Implementierung als eine beliebte technische Lösung mit hoher Spektrumausnutzung zum Realisieren einer hohen Datenrate, vornehmlich in 4G-Drahtloskommunikationssystemen (Drahtloskommunikationssystemen der 4. Generation) betrachtet. Üblicherweise wird in einem OFDM-System eine verfügbare Bandbreite in eine Anzahl von diskreten Kanälen aufgeteilt, die einander überlappen und orthogonal zueinander sind. Jeder diskrete Kanal ist als ein Unterträger definiert und weist eine gut definierte Frequenz auf. Jeder Unterträger trägt modellierte Symbole, deren Amplitude und/oder Phase codierte Informationen darstellt. Auf der Empfängerseite können empfangene OFDM-Symbole erst demoduliert werden, nachdem die Startzeit jedes OFDM-Symbols identifiziert worden ist. Es ist daher eine Zeitsynchronisation erforderlich, um die Zeitsteuerung der Symbole zu identifizieren. Aufgrund von Kanalüberblendung (Kanal-Fading), Interferenz, Rauschen usw. besteht jedoch ein Synchronisationsfehler.
Es gibt zwei Arten von Synchronisationsfehler, und zwar einen frühen Synchronisationsfehler und einen späten Synchronisationsfehler. Die Auswirkungen des frühen Synchronisationsfehlers auf nachfolgende Blöcke können so lange ignoriert werden, solange die geschätzte Startzeit in dem Bereich eines zyklischen Präfixes des Symbols liegt. Der späte Synchronisationsfehler ist schädlicher als der frühe Synchronisationsfehler, und es ist kein wirksamer Schutz gegen diese Art von Synchronisationsfehler vorgesehen.
In der Praxis wird die geschätzte Symbolstartzeit um einen gewissen Betrag innerhalb des zyklischen Präfixes nach hinten verschoben, um die Wahrscheinlichkeit des späten Synchronisationsfehlers zu verringern. Bei einem OFDM-System mit einem Mehrwegefadingkanal (Mehrwegeüberblendungskanal) ist es jedoch wahrscheinlicher, dass der späte Synchronisationsfehler auftritt. Dies liegt in der Tatsache begründet, dass die Startzeit des Signals, das durch den stärksten Weg gesendet wird (im Gegensatz zu der Startzeit des Signals, das durch den schwächeren Weg mit der kleinsten Ausbreitungsverzögerung gesendet wird), in der Regel als die Startzeit des empfangenen Symbols für eine Zeitsynchronisation genommen wird. Somit kann das im Vorhergehenden erwähnte Verfahren eines Verschiebens der geschätzten Symbolstartzeit in dieser Situation nur wenig Unterstützung bieten, da der stärkste Weg unter Umständen eine wesentlich größere Ausbreitungsverzögerung als der erste Weg aufweist.
Um die im Vorhergehenden erwähnte Problematik zu vermeiden, konzentrieren sich ältere Lösungen auf speziell entworfene Trainingssequenzen in dem Anfangsblockfeld oder ein längeres zyklisches Präfix. Derartige Lösungen sind jedoch dahin gehend nachteilig, dass eine Modifikation des Formats des Anfangsblockfelds oder Datenfelds benötigt wird und die Modifikation unter Umständen mit Vorgaben bei Kommunikationsstandards in Widerspruch steht.
Eine weitere ältere Lösung ist auf eine gemeinsame Synchronisation und Kanalschätzung ausgerichtet. Mit einer gemeinsamen Schätzung kann ein genaueres Ergebnis als mit einer getrennten Schätzung erhalten werden, jedoch ist der Rechenaufwand einer gemeinsamen Schätzung wesentlich höher als der einer getrennten Schätzung. Höherer Aufwand führt zu höheren Kosten. Es wird eine verbesserte gemeinsame Schätzung vorgeschlagen, um eine Kanalschätzung durch gewichtetes Mitteln mehrerer Trainingssequenzen basierend auf einer geschätzten Potenz von Interferenz zu verbessern. In dem System mit dem späten Synchronisationsfehler bringen jedoch sämtliche empfangenen Trainingssequenzen eine große Interferenz mit sich, weshalb das Verfahren eines gewichteten Mittelns keine Verbesserung bringt.
Ein MIMO-OFDM-System (MIMO = Multiple Input Multiple Output = mehrere Eingänge, mehrere Ausgänge) ist empfindlicher gegenüber einem Synchronisationsfehler als ein SISO-OFDM-System (SISO = Single Input Single Output = ein Eingang, ein Ausgang), da ein Synchronisationsfehler in einem Empfänger nicht nur bei dem eigenen Empfänger eine Interferenz einbringen kann, sondern auch andere Empfänger durcheinanderbringen kann. Da verschiedene Zeitsteuerungsversätze zwischen mehreren Sendern und einem einzigen Empfänger bestehen, wird eine ideale Synchronisation oder frühe Synchronisation für ein Signal von einem Sender oft zu einer späten Synchronisation für ein Signal von einem anderen Sender. In einem MIMO-OFDM-System ist ein Synchronisationsfehler somit schwer zu vermeiden, selbst wenn die Takte eines gewissen Senders und Empfängers perfekt synchronisiert sind.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Erzielen einer robusten Kanalschätzung in einem Kommunikationssystem und ein Kommunikationsverfahren zum Erzielen einer robusten Kanalschätzung in einem Kommunikationssystem mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 6 gelöst.
Eine Vorrichtung zum Erzielen einer robusten Kanalschätzung in einem Kommunikationssystem umfasst einen Trainingsse quenzgenerator zum Erzeugen einer Trainingssequenz. Ein Formatierer setzt die Trainingssequenz in einen Rahmen ein. Es wird ein Sendemodul eingesetzt, um den Rahmen zu senden. Der Trainingssequenzgenerator umfasst ferner einen Symbolgenerator zum Erzeugen einer Mehrzahl von Trainingssymbolen, die eine vorbestimmte Randbedingung erfüllen, derart, dass die Trainingssymbole gegenüber einem Synchronisationsfehler unempfindlich sind, und eine Trainingssequenzbildungseinheit, die die Trainingssequenz aus den durch den Trainingssymbolgenerator erzeugten Trainingssymbolen bildet.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen sich auf gleiche Teile beziehen, näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines OFDM-Systems veranschaulicht, das ein Ausführungsbeispiel der Erfindung implementiert, wobei das OFDM-System einen Trainingssequenzgenerator und eine Kanalschätzeinrichtung umfasst;
2 ein Blockdiagramm, das eine exemplarische Konfiguration des Trainingssequenzgenerators der 1 veranschaulicht, wobei der Trainingssequenzgenerator ferner einen Trainingssymbolgenerator und eine Trainingssequenzformatierungseinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst;
3 ein Diagramm, das eine durch den Trainingssequenzgenerator der 1–2 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung erzeugte exemplarische Trainingssequenz veranschaulicht;
4 ein Diagramm, das eine weitere durch den Trainingssequenzgenerator der 1–2 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung erzeugte exemplarische Trainingssequenz veranschaulicht;
5 ein Blockdiagramm, das eine exemplarische Konfiguration des Trainingssymbolgenerators der 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht;
6 ein Flussdiagramm, das den Prozess eines Erzeugens von Trainingssymbolen durch den Trainingssymbolgenerator der 2 veranschaulicht;
7 ein Diagramm, das einen Rahmen veranschaulicht, in dem die Trainingssequenz der 3 in ein Nutzlastfeld gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung eingesetzt wird;
8 ein Diagramm, das den Kanalschätzprozess mit einer Trainingssequenz in einem OFDM-System veranschaulicht;
9A ein Diagramm, das eine ideale Synchronisation veranschaulicht;
9B ein Diagramm, das eine frühe Synchronisation veranschaulicht;
9C ein Diagramm, das eine späte Synchronisation veranschaulicht;
10 ein Blockdiagramm, das eine exemplarische Konfiguration eines Senders in einem MIMO-OFDM-System gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
11 ein Diagramm, das ein Beispiel von für ein MIMO-OFDM-System verwendeten herkömmlichen Trainingssequenzen veranschaulicht;
12 ein Diagramm, das ein Beispiel der für ein MIMO-OFDM-System gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendeten Trainingssequenzen veranschaulicht;
13A ein Diagramm, das eine Konstellation der gesendeten Symbole veranschaulicht;
13B ein Diagramm, das die empfangenen Symbole veranschaulicht, die unter Verwendung von herkömmlichen Trainingssequenzen erhalten werden;
13C ein Diagramm, das die empfangenen Symbole veranschaulicht, die unter Verwendung der gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erzeugten Trainingssequenzen erhalten werden;
14 ein Diagramm, das die Ergebnisse der Kanalschätzung unter Verwendung von herkömmlichen Trainingssequenzen und unter Verwendung der gemäß der Erfindung erzeugten Trainingssequenzen veranschaulicht; und
15 ein Diagramm, das die Auswirkung eines Synchronisationsfehlers auf eine Kanalschätzung veranschaulicht.
1 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines OFDM-Systems 100 veranschaulicht, das ein Ausführungsbeispiel der Erfindung implementiert. Alternativ können auch andere Typen von Kommunikationssystemen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung implementieren. Wie in 1 zu sehen ist, umfasst das OFDM-System 100 einen Sender 110 und einen Empfänger 120 zur drahtlosen Kommunikation. Auch wenn lediglich ein Sender und ein Empfänger in 1 gezeigt sind, kann das OFDM-System 100 eine beliebige Anzahl von Sendern und Empfängern umfassen.
Der Sender 110 in dem OFDM-System 100 umfasst einen Basisbandmodulator 111, einen Seriell-Parallel-Umsetzer (S/P-Umsetzer) 112, ein IFFT-Modul (IFFT = Inverse Fast Fourier Transform = inverse schnelle Fourier-Transformation) 113, eine Zyklisches-Präfix-Einsetzeinrichtung 114, einen Parallel-Seriell-Umsetzer (P/S-Umsetzer) 115, einen Trainingssequenzgenerator 116, einen Formatierer 117, einen Digital-Analog-Wandler (D/A-Wandler) 118 und eine Antenne (Tx) 119.
Die über den Sender 110 an den Empfänger 120 zu liefernden Informationsbits werden zuerst in den Basisbandmodulator 111 des Senders 110 eingegeben. Der Basisbandmodulator 111 führt an den Informationsbits eine Basisbanddigitalmodulation (beispielsweise Quellencodierung, Verschachtelung, QPSK/QAM-Abbilden (QPSK/QAM-Mapping; QPSK = Quadrature Phase Shift Keying = Vierphasenumtastung; QAM = Quadrature Amplitude Modulation = Quadratur-Amplitudenmodulation) usw.) durch und stellt die ausgegebenen seriellen Informationssymbole dem S/P-Umsetzer 112 zur Verfügung.
Der S/P-Umsetzer 112 setzt die eingegeben seriellen Informationssymbole in mehrere parallele Symbole gemäß der Anzahl der Unterträger um und stellt die parallelen Symbole dem IFFT-Modul 113 zur Verfügung. Das IFFT-Modul 113 führt an den eingegebenen parallelen Symbolen eine inverse schnelle Fourier-Transformation durch, um parallele OFDM-Symbole zu erhalten und gibt die parallelen OFDM-Symbole an die Zyklisches-Präfix-Einsetzeinrichtung 114 aus. Die Zyklisches-Präfix-Einsetzeinrichtung 114 fügt jedem der OFDM-Symbole ein zyklisches Präfix hinzu und gibt die OFDM-Symbole (denen die zyklischen Präfixe hinzugefügt worden sind oder in dieselben eingefügt worden sind) an den P/S-Umsetzer 115 aus. Der P/S-Umsetzer 115 setzt die eingegebenen parallelen OFDM-Symbole in eine serielle OFDM-Symbolsequenz um. Die im Vorhergehenden genannten Prozesse, die zwischen dem S/P-Umsetzer 112 und dem P/S-Umsetzer 115 durchgeführt werden, sind als OFDM-Modulation bekannt und können unter Verwendung beliebiger bekannter OFDM-Modulationseinrichtungen durchgeführt werden. Der Aufbau und die Funktionen der Module 112–115 ist somit nachfolgend nicht ausführlicher beschrieben.
Bei einem Bereitstellen einer Trainingssequenz für eine Kanalschätzung erzeugt das OFDM-System 100 eine vorbestimmte Trainingssequenz und setzt dieselbe in einen Rahmen ein. Das OFDM-System 100 erreicht dies unter Verwendung des Trainingssequenzgenerators 116 zum Erzeugen der Trainingssequenzen. Jede der Sequenzen umfasst einen Satz von eigens entworfenen Trainingssymbolen. Sowohl der Trainingssequenzgenerator 116 als der P/S-Umsetzer 115 sind mit dem Formatierer 117 gekoppelt. Gemäß einem vorgeschriebenen Format des Rahmens (d. h. das Format, das gemäß dem Kommunikationsstandard, den das Kommunikationssystem 100 anwendet, definiert ist) kombiniert der Formatierer 117 die von dem P/S-Umsetzer 115 bereitgestellten OFDM-Symbole, die von dem Trainingssequenzgenerator 116 bereitgestellte Trainingssequenz und jegliche weiteren erforderlichen Daten zur Bildung eines zu sendenden Rahmens. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Trainingssequenz in einen Anfangsblockabschnitt des Rahmens eingesetzt, und die von dem P/S-Umsetzer 115 bereitgestellte OFDM-Symbolsequenz wird in ein Nutzlastfeld des Rahmens eingesetzt. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Trainingssequenz in das Nutzlastfeld des Rahmens eingesetzt.
Nach dem Bilden des Rahmens mit der Trainingssequenz stellt der Formatierer 117 den zu sendenden Rahmen dem D/A-Wandler 118 zur Verfügung. Der Rahmen wird durch den D/A-Wandler 118 in Analogsignale umgesetzt und dann über die Antenne Tx 119 an den Empfänger 120 gesendet. Der D/A-Wandler 118 und die Antenne Tx 119 können zu einem Sendemodul zusammengenommen werden. Der Aufbau und die Funktionen dieser Module 118–119 sind bekannt und werden nachfolgend nicht ausführlicher beschrieben.
Die Konfiguration des Empfängers 120 und die in demselben durchgeführten Prozesse sind nachfolgend zusammen mit Bezug auf 1 beschrieben. Wie in 1 gezeigt ist, umfasst der Empfänger 120 eine Antenne Rx 121, einen Analog-Digital-Wandler (A/D-Wandler) 122, eine Synchronisiereinrichtung 123, einen Extrahierer 124, einen Seriell-Parallel-Umsetzer (S/P-Umsetzer) 125, eine Zyklisches-Präfix-Entfernungseinrichtung 126, ein FFT-Modul (FFT = Fast Fourier Transform = schnelle Fourier-Transformation) 127, eine Kanalschätzeinrichtung 128, einen Entzerrer 129, einen Parallel-Seriell-Umsetzer (2/S-Umsetzer) 130 und einen Basisbanddemodulator 131.
Die von dem Sender 110 gesendeten Signale werden durch die Antenne Rx 121 in dem Empfänger 120 empfangen. Die empfangenen Signale werden dann durch den A/D-Wandler 122 in einen digitalen Stoß (Burst) umgesetzt und anschließend der Synchronisiereinrichtung 123 zur Verfügung gestellt. Die Synchronisiereinrichtung 123 führt an dem Burst eine Zeitsynchronisation und eine Rahmensynchronisation durch, um den gesendeten Rahmen wiederzugewinnen, und stellt den wiedergewonnenen Rahmen dem Extrahierer 124 zur Verfügung. Der Extrahierer 124 extrahiert die Trainingssequenz aus dem Rahmen und stellt die extrahierte Trainingssequenz der Kanalschätzeinrichtung 128 zur Verfügung. Da das Muster der ursprünglichen Trainingssequenz vorbestimmt und dem Empfänger bekannt ist, kann die Kanalschätzeinrichtung 128 mit der empfangenen Trainingssequenz eine Kanalschätzung durchführen. Das Ergebnis der Kanalschätzung kann für viele Zwecke verwendet werden. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel wird das Ergebnis der Kanalschätzung von der Kanalschätzeinrichtung 128 dem Entzerrer 129 für eine Kanalentzerrung zur Verfügung gestellt.
Der Extrahierer 124 extrahiert aus dem rückgewonnenen Rahmen auch die OFDM-Symbolsequenz, die die ursprünglichen Daten trägt, und stellt die OFDM-Symbolsequenz dem S/P- Umsetzer 125 zur Verfügung. Die OFDM-Symbolsequenz wird durch den S/P-Umsetzer 125 in parallele Symbole umgesetzt, und die parallelen Symbole werden in die Zyklisches-Präfix-Entfernungseinrichtung 126 eingegeben. Die Zyklisches-Präfix-Entfernungseinrichtung 126 entfernt das zyklische Präfix von jedem OFDM-Symbol und stellt die verarbeiteten parallelen OFDM-Symbole dem FFT-Modul 127 zur Verfügung. Das FFT-Modul 127 führt eine schnelle Fourier-Transformation an den eingegebenen parallelen OFDM-Symbolen durch, um die parallelen Informationssymbole wiederzugewinnen, und stellt die verarbeiteten Symbole dem Entzerrer 129 zur Verfügung.
Der Entzerrer 129 führt unter Verwendung des von der Kanalschätzeinrichtung 128 bereitgestellten Ergebnisses eine Kanalentzerrung an den eingegebenen Informationssymbolen durch und stellt die entzerrten Informationssymbole dem P/S-Umsetzer 130 zur Verfügung. Der P/S-Umsetzer 130 setzt die parallelen Informationssymbole in eine serielle Symbolsequenz um und stellt die Symbolsequenz dem Basisbanddemodulator 131 zur Verfügung. Der Basisbanddemodulator 131 führt eine Basisbanddemodulation (beispielsweise Rückabbilden (demapping), Entschachteln, Decodieren usw.) an der eingegebenen Symbolsequenz durch, um die ursprünglichen Informationsbits wiederzugewinnen. Der Aufbau und die Funktionen der Module 121–123, 125–127 und 130–131 sind bekannt und können mit bekannten Einrichtungen implementiert werden. Sie sind nachfolgend somit nicht ausführlicher beschrieben.
Wie es im Vorhergehenden beschrieben ist, wird die Kanalschätzung in dem OFDM-System 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung durch Einsatz von Trainingssequenzen durchgeführt. Die Charakteristiken der Trainingssequenzen sind essentiell für die Kanalschätzung.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Trainingssequenzen derart erzeugt, dass sie gegenüber einem Synchronisationsfehler unempfindlich sind. Die gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung erzeugten Trainingssequenzen unterscheiden sich von den herkömmlichen und können verschiedene Vorteile für eine Kanalschätzung bringen.
2 zeigt eine exemplarische Konfiguration des Trainingssequenzgenerators 116 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Trainingssequenzgenerator 116 umfasst hauptsächlich einen Trainingssymbolgenerator 1161 und eine Trainingssequenzbildungseinheit 1162, die mit dem Trainingssymbolgenerator 1161 gekoppelt ist. Der Trainingssymbolgenerator 1161 erzeugt aufeinanderfolgende Trainingssymbole, die die gemäß der Erfindung entworfene Randbedingung erfüllen und stellt die aufeinanderfolgenden Trainingssymbole der Trainingssequenzbildungseinheit 1162 zur Verfügung. Die Trainingssequenzbildungseinheit 1162 führt einen notwendigen Prozess an den Trainingssymbolen durch und kombiniert die Trainingssymbole zur Bildung von Trainingssequenzen. Beispielsweise fügt die Trainingssequenzbildungseinheit 1162 jedem Trainingssymbol ein zyklisches Präfix hinzu und verkettet die Trainingssymbole, denen das zyklische Präfix hinzugefügt worden ist, zur Bildung einer Trainingssequenz.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel erzeugt der Trainingssymbolgenerator 1161 Trainingssymbole auf die folgende Art und Weise: Die aufeinanderfolgenden Trainingssymbole werden derart erzeugt, dass jedes Symbol eine zyklisch nach links verschobene Version des vorherigen in einem Zeitbereich ist. Nimmt man an, dass die Anzahl von Abtastwerten/Segmenten in dem zyklischen Präfix eines Trainingssymbols N_CP ist und der Betrag von Verschiebung N_CP Segmente des Trainingssymbols ist, dann ist ersichtlich, dass die Zeitbereichsrandbedingung gemäß diesem Ausführungsbeispiel als t_i+1(n) = t_i((n + N_CP) mod N) ausgedrückt werden kann, wobei t_i(n) das n-te Segment des i-ten Trainingssymbols ist, N die Anzahl von in einem Trainingssymbol enthaltenen Segmenten ist und (.)mod N den Modul von N anzeigt.
Wenn beispielsweise angenommen wird, dass das zyklische Präfix eines Trainingssymbols lediglich ein Segment umfasst, d. h. N_CP = 1, und jedes Trainingssymbol vier aufeinanderfolgende Segmente aufweist, dann erzeugt, wenn das erste Trainingssymbol in dem Zeitbereich als {t₁(1), t₁(2), t₁(3), t₁(4)} ausgedrückt ist, der Trainingssymbolgenerator 1161 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung {t₁(2), t₁(3), t₁(4), t₁(1)} als das zweite Trainingssymbol, {t₁(3), t₁(4), t₁(1), t₁(2)} als das dritte Trainingssymbol, usw. Die Trainingssequenzbildungseinheit 1162 fügt als das zyklische Präfix dem ersten Trainingssymbol t₁(4) hinzu, dem zweiten Trainingssymbol t₁(1) hinzu, dem dritten Trainingssymbol t₁(2) hinzu, usw., um eine Trainingssequenz zu bilden. Die gebildete Zeitbereichstrainingssequenz ist in 3 gezeigt.
Wie aus 3 ersichtlich ist, ist das zyklische Präfix t₁(1) des zweiten Trainingssymbols auch das zyklische Suffix des ersten Trainingssymbols, das zyklische Präfix des dritten Trainingssymbols ist auch das zyklische Suffix des zweiten Trainingssymbols usw. Die zyklischen Präfixe aller gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung erzeugten nachfolgenden Trainingssymbole weisen derartige Dualfunktionen auf. Als Folge erhalten sämtliche Trainingssymbole in der Sequenz sowohl ein zyklisches Präfix als auch ein zyklisches Suffix. Dies ist bei einem Durchführen einer robusten Kanalschätzung von Vorteil, wie es nachfolgend erläutert ist.
Die in 3 gezeigte Sequenz ist lediglich ein Beispiel. Für beliebige andere Werte von N_CP und der Anzahl der Segmente eines Trainingssymbols kann die Trainingssequenz in ähnlicher Weise durch Durchführen einer zyklischen Linksverschiebung an dem aktuellen Trainingssymbol zum Erzeugen des nächsten erzeugt werden. 4 zeigt beispielsweise eine gemäß der Erfindung erzeugte Trainingssequenz für den Fall, dass das zyklische Präfix eines Trai ningssymbols zwei Segmente umfasst und jedes Trainingssymbol vier aufeinanderfolgende Segmente aufweist. Da jedes gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung erzeugte Trainingssymbol in der Trainingssequenz eine zyklisch nach links verschobene Version des vorhergehenden ist, kann der im Vorhergehenden beschriebene Trainingssymbolgenerator 1161 unter Verwendung einer Schiebeeinrichtung zur zyklischen Linksverschiebung implementiert werden.
5 ist ein Diagramm, das eine exemplarische Konfiguration des Trainingssymbolgenerators 1161 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Wie in 5 gezeigt ist, kann der Trainingssymbolgenerator eine Schiebeeinrichtung zur zyklischen Linksverschiebung 501 und einen Ausgabepuffer 502 umfassen. Der Ausgabepuffer 502 ist mit der Trainingssequenzbildungseinheit 1162 gekoppelt, um die Trainingssymbole an die Trainingssequenzbildungseinheit 1162 zum Einsetzen von zyklischen Präfixen und Verketten auszugeben. Der Ausgabepuffer 502 ist auch mit dem Eingang der Schiebeeinrichtung zur zyklischen Linksverschiebung 501 gekoppelt, um das aktuelle ausgegebene Trainingssymbol der Schiebeeinrichtung zur zyklischen Linksverschiebung 501 zum Erzeugen des nächsten Trainingssymbols zurückzuführen. Es sollte beachtet werden, dass der Ausgabepuffer 502 mit dem ersten Trainingssymbol der Trainingssequenz initialisiert wird. Das erste Trainingssymbol kann vorbestimmt und in einer bestimmten Speicherungseinheit (nicht gezeigt) gespeichert sein oder durch ein Bauteil wie beispielsweise eine Steuerung (nicht gezeigt) erzeugt werden. Dabei kann der Ausgabepuffer 502 des Trainingssymbolgenerators 1161, wenn er initialisiert wird, mit der Steuerung gekoppelt werden, um das erste Trainingssymbol zu empfangen und von demselben gefüllt zu werden. Auch wenn dies nicht gezeigt ist, kann es eine Steuerung zum Steuern des Betriebs des Trainingssymbolgenerators 1161, beispielsweise zum Steuern des Betrags von Verschiebung der Schiebeeinrichtung zur zyklischen Linksverschiebung 501, geben.
6 ist ein Flussdiagramm, das den Prozess veranschaulicht, den der Trainingssymbolgenerator 1161 zur Erzeugung von Trainingssymbolen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung durchläuft. An dem Anfang wird die anfängliche Ausgabe der Schiebeeinrichtung zur zyklischen Linksverschiebung 501 auf das erste Trainingssymbol eingestellt, d. h. der Ausgabepuffer 502 wird mit dem ersten Trainingssymbol gefüllt (Schritt S601). Anschließend wird das Symbol in dem Ausgabepuffer 502 als das erste Trainingssymbol bei Schritt S602 ausgegeben. Wenn bei Schritt S603 bestimmt wird, dass mehr aufeinanderfolgende Trainingssymbole erforderlich sind, fährt der Prozess zu Schritt S604 zum Bilden des nächsten Trainingssymbols fort. Bei Schritt S604 wird die Ausgabe des Puffers 502 als das Eingabesymbol der Schiebeeinrichtung zur zyklischen Linksverschiebung 501 in den Eingang der Schiebeeinrichtung zur zyklischen Linksverschiebung 501 zurückgespeist. Anschließend führt die Schiebeeinrichtung zur zyklischen Linksverschiebung 501 bei Schritt S605 eine zyklische Linksverschiebung an dem Eingabesymbol durch und gibt das verschobene Symbol bei Schritt S602 als das nächste Trainingssymbol aus. Wie es im Vorhergehenden beschrieben ist, wird der Betrag der Verschiebung gemäß der Anzahl von Segmenten in dem zyklischen Präfix jedes Symbols bestimmt. Wenn mehr Trainingssymbole erforderlich sind („N” in Schritt S603), wird der Prozess von Schritt S604 zu S605 und zu S602 wiederholt. Auf diese Weise werden eines nach dem anderen die aufeinanderfolgenden Trainingssymbole erzeugt. Wenn die Anzahl der erzeugten aufeinanderfolgenden Trainingssymbole die zur Bildung der Trainingssequenz erforderliche Anzahl erreicht („X” in Schritt S603), endet der Prozess.
Wie es im Vorhergehenden beschrieben ist, werden die erzeugten Trainingssymbole an die Trainingssequenzbildungseinheit 1162 ausgegeben. Die Trainingssequenzbildungseinheit 1162 fügt jedem Trainingssymbol ein zyklisches Präfix hinzu und verkettet die Trainingssymbole, denen das zyklische Präfix hinzugefügt worden ist, zur Bildung einer Trainingssequenz. Die erzeugte Trainingssequenz wird beispielsweise dem in 1 gezeigten Formatierer 117 zur Verfügung gestellt, um in den Senderahmen eingesetzt zu werden.
Die gemäß dem Ausführungsbeispiel gebildete Trainingssequenz kann in den Rahmen eingesetzt werden und an den Empfänger in dem Kommunikationssystem gesendet werden. Wie es nachfolgend erläutert ist, sind die auf diese Weise gebildeten Trainingssequenzen unempfindlich gegenüber einem Synchronisationsfehler. Der Empfänger kann demzufolge mit derartigen Trainingssequenzen eine robuste Kanalschätzung durchführen.
Wie es im Vorhergehenden beschrieben ist, kann die Trainingssequenz in das Anfangsblockfeld des Rahmens eingesetzt werden, und entsprechend extrahiert der Extrahierer 124 in dem Empfänger 120 die Trainingssequenz aus dem Anfangsblockfeld des Rahmens. Jedoch ist die Länge des Anfangsblockfeldes begrenzt und gemäß bestehenden Standards relativ kurz. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung wir die Trainingssequenz in das Nutzlastfeld des Rahmens eingesetzt, das wesentlich länger als das Anfangsblockfeld ist, wie es in 7 gezeigt ist. In Folge ist es möglich, die Länge der Trainingssequenz zu vergrößern. Mit einer langen Trainingssequenz kann die Genauigkeit einer Kanalschätzung verbessert werden, da mehr identische Symbole zum Unterdrücken des Rauschens verfügbar sind.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Konfiguration und die Prozesse, die im Vorhergehenden beschrieben sind, lediglich als ein Beispiel zu verstehen sind. Die Erfindung ist nicht auf beliebige bestimmte im Vorhergehenden beschriebene Ausführungsbeispiele begrenzt. Beispielsweise sind der Sender und der Empfänger nicht auf die in 1 gezeigte Konfiguration begrenzt. 1 zeigt lediglich eine spezifische Konfiguration einer Art eines OFDM-Systems, in dem die Erfindung angewendet werden kann. Wie es Fachleuten auf dem Gebiet bewusst ist, kann es jedoch viele andere Arten von OFDM-Systemen mit unterschiedlichen Konfigurationen geben. Beispielsweise kann gemäß einer Art einer Konfiguration die Zyklisches-Präfix-Einsetzeinrichtung 114 nach dem P/S-Umsetzer 115 positioniert sein. Zudem können der Sender und der Empfänger beliebige Module oder Teile umfassen, die bereits bekannt sind oder zukünftig entwickelt werden, um beliebige andere erforderliche Prozesse oder Operationen durchzuführen. Fachleute auf dem Gebiet können erkennen, dass die Erfindung mit einer beliebigen modifizierten Konfiguration implementiert werden kann, ohne von der Wesensart der Erfindung abzuweichen.
Zudem kann der im Vorhergehenden beschriebene Trainingssequenzgenerator 116 auch beliebige Module oder Teile umfassen, die bereits bekannt sind oder zukünftig entwickelt werden, um beliebige andere erforderliche Prozesse oder Operationen durchzuführen. Beispielsweise kann der Trainingssequenzgenerator 116 ferner einen Puffer oder einen Speicher zum vorübergehenden Speichern der Operationsdaten oder Einstelldaten und eine Steuerung, die die Operation jedes Teils des Trainingssequenzgenerators steuert und die bei einer Erzeugung der Trainingssequenz verwendeten Parameter wie beispielsweise die Anzahl der Segmente in dem zyklischen Präfix, das erste Symbol, aus dem mehrere aufeinanderfolgende Symbole erzeugt werden, die Anzahl der Symbole in jeder Trainingssequenz usw. einstellt, umfassen. Da diese Module oder Teile nicht direkt auf die Erfindung bezogen sind und ein Fachmann auf dem Gebiet dieselben willkürlich auswählen und dem Trainingssequenzgenerator der Erfindung hinzufügen kann, ohne von der Wesensart der Erfindung abzuweichen, sind diese Einheiten oder Teile hierin nicht gezeigt oder beschrieben.
Es sei darauf hingewiesen, dass im Vorhergehenden das Trainingssymbol und die Sequenz im Zeitbereich beschrieben sind. Das Trainingssymbol kann jedoch auch im Frequenzbereich entworfen sein, solange die sich ergebende Trainings sequenz in dem Zeitbereich die im Vorhergehenden beschriebene Randbedingung der Erfindung erfüllt. Wenn er im Frequenzbereich entworfen ist, kann der Trainingssequenzgenerator ferner verwandte Modulationsmodule, beispielsweise ein IFFT-Modul, das an den Trainingssymbolen in dem Frequenzbereich eine IFFT zur Umsetzung der Symbole in den Zeitbereich durchführt, umfassen. In einem derartigen Fall kann die Kanalschätzeinrichtung die entsprechenden Demodulationsmodule, beispielsweise ein FFT-Modul, das eine FFT an den extrahierten Zeitbereichstrainingssymbolen durchführt, um die Symbole in den Frequenzbereich umzusetzen, umfassen. Da diese Module nicht direkt auf die Erfindung bezogen sind und Fachleuten auf dem Gebiet bekannt sind, wird die detaillierte Beschreibung derselben weggelassen. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Modulationsmodule zum Erzeugen der OFDM-Symbole aus den ursprünglichen Informationssymbolen (beispielsweise das IFFT-Modul 113 in 1) auch von dem Trainingssequenzgenerator verwendet, um entsprechende Operationen an den im Frequenzbereich entworfenen Trainingssymbolen durchzuführen. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel wird die Zyklisches-Präfix-Einsetzeinrichtung 114 auch von dem Trainingssequenzgenerator verwendet, um den Trainingssymbolen zyklische Präfixe hinzuzufügen, weshalb die im Vorhergehenden beschriebene Trainingssequenzbildungseinheit 1162 bei dem Trainingssequenzgenerator weggelassen werden kann.
Die Wirkung der Erfindung ist nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Wie es im Vorhergehenden beschrieben ist, kann die Trainingssequenz im Frequenzbereich entworfen werden und durch eine IFFT in dem Sender in eine Zeitbereichssequenz umgesetzt werden, und die extrahierte Zeitbereichstrainingssequenz wird durch eine FFT in dem Empfänger in den Frequenzbereich umgesetzt und bei einer Kanalschätzung verwendet. In der nachfolgenden Beschreibung wird die Analyse zuerst für den Fall erstellt, dass die Trainingssequenz in dem Frequenzbereich entworfen wird.
8 ist ein vereinfachtes Diagramm, das die Kanalschätzung mit einer Frequenzbereichstrainingssequenz in einem OFDM-System veranschaulicht, wobei T(k) eine Frequenzbereichstrainingssequenz bezeichnet, t(n) eine durch eine IFFT erhaltene Zeitbereichstrainingssequenz bezeichnet, r(n) entsprechende empfangene Sequenzen in dem Zeitbereich bezeichnet, R(k) entsprechende durch eine FFT empfangene Sequenzen in dem Frequenzbereich bezeichnet, H(k) einen reellen Wert einer Frequenzkanalantwort bezeichnet, Ĥ(k) ein Schätzergebnis einer Frequenzkanalantwort bezeichnet und w(n) Rauschen darstellt. Die entsprechende empfangene Sequenz wird durch eine FFT in dem Frequenzbereich wiedergewonnen. Die empfangene Sequenz besteht aus zwei Komponenten, dem Produkt aus der gesendeten Sequenz und der Frequenzbereichskanalantwort, und dem Rauschen. Typische Kanalschätzergebnisse durch ein LSE-Verfahren (Fehlerquadratverfahren; LSE = least square error = kleinster quadratischer Fehler) sind der Quotient von empfangener Sequenz zu gesendeter Sequenz.
Bei idealer Synchronisation in dem Empfänger wird lediglich durch Rauschen ein Kanalschätzfehler verursacht. Demzufolge kann eine Genauigkeit der Kanalschätzung durch Erhöhen des SNR (Signal to Noise Ratio = Signal/Rausch-Verhältnis) willkürlich verbessert werden. Bei dem Vorhandensein eines Synchronisationsfehlers kommt jedoch ISI (Inter-Symbol Interference = Intersymbol-Interferenz) auf, da zu verschiedenen OFDM-Symbolen gehörige Komponenten an einer FFT-Operation beteiligt sind und die durch den Synchronisationsfehler verursachten Auswirkungen durch ein Erhöhen des SNR nicht verringert werden können.
In den 9A–9C sind drei unterschiedliche Arten von Synchronisationen gezeigt. In den 9A–9C sind „Vorhergehendes Symbol", „Aktuelles Symbol" und „Nächstes Symbol" drei aufeinanderfolgende OFDM-Symbole in einer Trainingssequenz. Jedes Symbol weist für einen gewissen Schutz vor ISI sein eigenes zyklisches Präfix CP auf. Ein „FFT-Fenster" zeigt den Zeitbereich des „Aktuellen Symbols", der durch die Synchronisation bestimmt ist, an.
9A zeigt eine ideale Synchronisation ohne jeglichen Fehler, wobei das FFT-Fenster exakt mit dem aktuellen Symbol übereinstimmt. Es kann ohne weiteres belegt werden, dass der Schätzfehler bei Erzielung einer idealen Synchronisation umgekehrt proportional zu dem SNR ist. In einer derartigen Situation kann der Schätzfehler durch Vergrößern des SNR willkürlich verringert werden.
Jedoch ist es oft der Fall, dass ein Synchronisationsfehler besteht. 9B zeigt eine frühe Synchronisation, in der das FFT-Fenster früher als das aktuelle Symbol beginnt. In dem Fall einer frühen Synchronisation ist der Schätzfehler ebenfalls zu dem SNR umgekehrt proportional, wenn der Faktor mit Einheit Betrag und Phase, der durch die Versätze zwischen dem FFT-Fenster und dem aktuellen Symbol bestimmt wird, ignoriert wird.
9C zeigt eine späte Synchronisation, in der das FFT-Fenster später als das aktuelle Symbol beginnt. In dem Fall der späten Synchronisation umfasst die FFT-Ausgabe einen aufgrund der späten Synchronisation durch ISI verursachten Term, der die Kanalschätzleistung beträchtlich herabsetzt. Der Schätzfehler umfasst entsprechend einen Term, der von dem SNR unabhängig ist und somit nicht durch ein Vergrößern des SNR verringert werden kann. Es ist klar, dass ohne einen besonderen Entwurf von Trainingssequenzen ein Schätzergebnis einer Kanalantwort mit herkömmlichen Trainingssequenzen aufgrund des Synchronisationsfehlers einen nicht verringerbaren Fehler mit sich bringt, und zwar besonders bei Vorliegen einer späten Synchronisation.
Nach einer Deduktion stellt sich heraus, dass der durch ISI verursachte Term in dem Frequenzbereich zu
in Relation steht, wobei i der Index von Trainingssymbolen in dem Frequenzbereich ist, m der Index von Unterträgern ist, N die Anzahl von Segmenten in einem Trainingssymbol ist und N_CP die Anzahl von Segmenten in dem zyklischen Präfix eines Trainingssymbols ist.
Man kann sagen, dass, wenn
für alle i und m gilt, ISI unabhängig von dem Vorhandensein einer späten Synchronisation beseitigt wird. Folglich kann eine Genauigkeit einer Kanalschätzung durch Vergrößern des SNR willkürlich verbessert werden.
Nach einer IFFT wird die vorgenannte Randbedingung in dem Frequenzbereich in eine identische Randbedingung in dem Zeitbereich umgesetzt: t_i+1(n) = t_i((n + N_CP)mod N), wobei t(n) das n-te Segment des i-ten Trainingssymbols ist, N die Anzahl von in einem Trainingssymbol enthaltenen Segmenten ist und (.)mod N den Modul von N anzeigt. Es kann festgestellt werden, dass die gemäß dem im Vorhergehenden genannten Ausführungsbeispiel erzeugten Trainingssymbole die Randbedingung knapp füllen. Das heißt, unter Verwendung der gemäß dem im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispiel erzeugten Trainingssequenz kann ISI beseitigt werden, selbst bei einer späten Synchronisation, und die Genauigkeit der Kanalschätzung kann durch Vergrößern des SNR willkürlich verbessert werden. Es wird somit selbst bei Bestehen eines späten Synchronisationsfehlers eine robuste Kanalschätzung erzielt.
Zudem weist jedes Trainingssymbol in der gemäß der Erfindung erzeugten Trainingssequenz sowohl ein zyklisches Präfix als auch ein zyklisches Suffix auf, wie es im Vorhergehenden beschrieben ist. Somit kann durch Verwenden einer derartigen Trainingssequenz ISI nicht nur bei einer späten Synchronisation, sondern auch bei einer frühen Synchronisation beseitigt werden. Durch Verwenden der gemäß der Erfindung erzeugten Trainingssequenz ist es somit möglich, eine robuste Kanalschätzung bei Vorliegen einer beliebigen Art von Synchronisationsfehler durchzuführen.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung zeigt sich darin, dass die erzeugte Trainingssequenz nicht nur für eine Kanalschätzung, sondern auch eine Demodulationsleistungsmessung verwendet werden kann.
Wie bekannt, können die herkömmlichen Trainingssequenzen nicht für eine Messung einer Demodulationsleistung verwendet werden, da Symbole in herkömmlichen Trainingssequenzen sich beträchtlich von modulierten Datensymbolen unterscheiden. Da die Trainingssymbole und Datensymbole mit verschiedenen Modulationsschemata moduliert werden, können Trainingssequenzen nicht durch einen Datendemodulator in dem Empfänger verarbeitet werden.
Es hat sich gezeigt, dass, wenn die Symbole T_i(m) in den Sequenzen modulierte Datensymbole sind, eine Relation
in dem Symbolsatz desselben Modulationsschemas für die meisten Anwendungen mit der Einstellung von N_CP = N/4 oder N_CP = N/2 bestehen bleibt. Das heißt, die Randbedingung beim Erzeugen der Trainingssymbole gemäß der Erfindung wird aufrechterhalten, selbst wenn die Symbole modulierte Datensymbole desselben Modulationsschemas sind. Folglich wird gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung die Trainingssequenz durch Verwenden eines modulierten Datensymbols als das erste Trainingssymbol erzeugt. Aufgrund der gemäß der Erfindung entworfenen Randbedingung sind alle nachfolgenden erzeugten Trainingssymbole modulierte Datensymbole desselben Modulationsschemas wie des des ersten Trainingssymbols. Somit erhält die Trainingssequenz nicht nur eine Unempfindlichkeit gegenüber einem Synchronisationsfehler, sondern auch eine Kontinuität des Modulationsschemas für jedes Symbol aufrecht. Folglich kann mit der gemäß diesem Ausführungsbeispiel erzeugten Trainingssequenz nicht nur die Kanalantwort präzise geschätzt werden, sondern es kann auch die Demodulationsleistung gemessen werden. Folglich kann der Empfänger gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ferner eine Demodulationsleistungsmesseinheit (in den Figuren nicht gezeigt) umfassen, die aufgebaut ist, um basierend auf den gemäß der Erfindung entworfenen Trainingssymbolen eine Demodulationsleistungsmessung durchzuführen.
Das im Vorhergehenden erläuterte Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Zusammenhang mit einem SISO-OFDM-System beschrieben. Die Erfindung lässt sich jedoch auch auf ein MIMO-OFDM-System anwenden.
10 ist ein Blockdiagramm, das eine exemplarische Konfiguration eines Senders in einem MIMO-OFDM-System schematisch veranschaulicht. Anstelle von einer Sendeantenne in dem SISO-OFDM-System kann der Sender des MIMO-OFDM-Systems mehrere Antennen Tx1, ..., Txn, aufweisen, wie es in 10 gezeigt ist. Die zu sendenden Informationen werden zuerst einer Zeit-Raum-Codierung unterworfen, um mehrere Sätze von der jeweiligen Antenne entsprechenden Signalen zu erzeugen. Jeder Satz von Signalen wird auf einem gesonderten Verarbeitungsweg für die entsprechende Antenne verarbeitet und anschließend von der entsprechenden Antenne gesendet. Wie es in dem Fachgebiet bekannt ist, ist die Verarbeitung (Basisbandmodulation, OFDM-Modulation usw.) auf jedem Weg dieselbe wie die des SISO-OFDM, weshalb eine detaillierte Beschreibung hierin weggelassen ist.
In dem MIMO-OFDM-System sollten die Trainingssequenzen für jede Antenne erzeugt werden, und die Trainingssequenzen sollten derart entworfen sein, dass die Sequenzen für unterschiedliche Senderantennen orthogonal zueinander sind. Ein Beispiel von herkömmlichen Trainingssequenzen für ein MIMO-OFDM-System mit vier Senderantennen ist in 11 gezeigt.
In 11 zeigt t_i(j) das j-te Segment des i-ten Trainingssymbols der Trainingssequenz an, und Tx1, Tx2, Tx3 und Tx4 zeigen jeweils die vier Senderantennen an. Die für verschiedene Antennen entworfenen Trainingssequenzen sind orthogonal zueinander. Jedoch wird bei den herkömmlichen Trainingssequenzen die Randbedingung einer zyklischen Verschiebung zwischen aufeinanderfolgenden Symbolen nicht erfüllt. Derartige Sequenzen sind empfindlich gegenüber einem Synchronisationsfehler, im Besonderen gegenüber einer späten Synchronisation, und können demzufolge zum Bereitstellen einer exakten Kanalschätzung nicht verwendet werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird jedes Trainingssymbol in der herkömmlichen Trainingssequenz durch ein Paar von Trainingssymbolen ersetzt, die die gemäß der Erfindung entworfene Randbedingung erfüllen. 12 zeigt ein Beispiel von gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung erzeugten Trainingssequenzen.
Wie es in 12 gezeigt ist, wird jedes Trainingssymbol in der gezeigten herkömmlichen Trainingssequenz in 11 durch ein Paar von Trainingssymbolen ersetzt, bei dem das zweite des Paars die zyklisch nach links verschobene Version des ersten ist. Das heißt, jedes Paar von Trainingssymbolen in den Trainingssequenzen erfüllt die im Vorhergehenden beschriebene Randbedingung. Folglich sind die Trainingssequenzen unempfindlich gegenüber einem Synchronisationsfehler. Andererseits ist das erste jedes in 12 gezeigten Paars von Symbolen dasselbe wie das entsprechende in den in 11 gezeigten herkömmlichen Trainingssequenzen. Folglich sind die gemäß dem Ausführungsbeispiel für unterschiedliche Antennen erzeugten Trainingssequenzen ebenfalls orthogonal zueinander. Derartige Sequenzen können verwendet werden, um Kanäle zwischen verschiedenen Senderantennen und einem einzelnen Empfänger zu identifizieren, da die Orthogonalität zwischen verschiedenen Sequenzen bewahrt wird.
Es sei auch darauf hingewiesen, dass bei den in 12 gezeigten Trainingssequenzen das zyklische Präfix des zweiten Symbols in jedem Paar von Trainingssymbolen lediglich das zyklische Suffix des ersten Trainingssymbols ist. Beispielsweise ist das durch die erste Antenne Tx1 gesendete zweite Paar von Trainingssymbolen (t₂(4), t₂(1), t₂(2), t₂(3), t₂(4), t₂(1), t₂(2), t₂(3), t₂(4), t₂(1)). Es zeigt sich, dass das erste Trainingssymbol (t₂(1), t₂(2), t₂(3), t₂(4)) ein zyklisches Präfix t₂(4) aufweist und dass das zweite Trainingssymbol (t₂(2), t₂(3), t₂(4), t₂(1)) ein zyklisches Präfix t₂(1) aufweist, das auch das zyklische Suffix des ersten Trainingssymbols ist. Somit ist für den Fall einer frühen Synchronisation auch ISI weitgehend verringert.
Folglich können die gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung erzeugten Trainingssequenzen bei Vorhandensein einer beliebigen Art von Synchronisationsfehler in einem MIMO-OFDM-System für eine robuste Kanalschätzung verwendet werden. Da das erste Trainingssymbol jedes Paars von Trainingssymbolen in der Trainingssequenz gemäß der Erfindung dasselbe wie das entsprechende Symbol in der herkömmlichen Trainingssequenz sein kann, könnten sämtliche Schätzverfahren, die mit herkömmlichen Trainingssequenzen arbeiten können, in dem Empfänger mit dem ersten empfangenen Trainingssymbol in jedem Paar von Trainingssymbolen verwendet werden. Auch können die Trainingssequenzen in das Anfangsblockfeld oder das Nutzlastfeld von Rahmen eingesetzt werden, und es kann eine Demodulationsleistungsmessung realisiert werden, wenn die Trainingssequenzen durch modulierte Datensymbole erzeugt werden.
Bei dem im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispiel wird jede Trainingssequenz für die entsprechende Antenne von mehreren Paaren von Trainingssymbolen gebildet. Die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses bestimmte Ausführungsbeispiel beschränkt. Beispielsweise kann jede Trainingssequenz für die entsprechende Antenne mehrere Gruppen von Trainingssymbolen enthalten, und jede Gruppe von Trainingssymbolen kann mehr als zwei Trainingssymbole enthalten, die die gemäß der Erfindung entworfene Randbedingung erfüllen, solange jedes Sequenz, als ein Ganzes genommen, zu den Sequenzen für andere Antennen orthogonal ist.
Aus der vorhergehenden Beschreibung ist ersichtlich, dass mit der Erfindung eine robuste Kanalschätzung, die gegenüber einem Synchronisationsfehler unempfindlich ist, sowohl in SISO-OFDM- als auch in MIMO-OFDM-Kommunikationssystemen durchgeführt werden kann. Es gibt noch viele weitere Vorteile der Erfindung gegenüber herkömmlichen Lösungen. Beispielsweise ist keine Modifikation des Rahmenformats erforderlich, was bedeutet, dass die Erfindung in einem beliebigen Kommunikationssystem, das auf einem Standard einer SISO/MIMO-OFDM-Übertragung basiert, angewendet werden kann. Wenn die Trainingssymbole durch modulierte Symbole erzeugt werden, ist es möglich, zur Vergrößerung der Effizienz sowohl eine Demodulationsleistungsmessung als auch eine Kanalschätzung unter Verwendung desselben Satzes von Trainingssequenzen durchzuführen. Es gibt auch keine Beschränkung bezüglich der Algorithmen einer Kanalschätzung, was bedeutet, dass fast sämtliche der in dem Fachgebiet bekannten typischen Algorithmen eingesetzt werden können.
Es werden Experimente in einem MIMO-OFDM-System vorgenommen. 13A veranschaulicht die Konstellation der gesendeten Symbole, 13B veranschaulicht die empfangenen Symbole für den Fall, dass die Kanalschätzung unter Verwendung der herkömmlichen Trainingssequenzen und bei Vorhandensein einer späten Synchronisation durchgeführt wird, und 13C veranschaulicht die empfangenen Symbole für den Fall, dass die Kanalschätzung unter Verwendung der Trainingssequenzen, wie sie in 12 gezeigt sind, und bei Vorhandensein einer späten Synchronisation durchgeführt wird. Wie aus den Figuren ersichtlich ist, wird die Demodulationsleistung durch die Erfindung beträchtlich verbessert, da kein ISI in der Demodulation besteht.
14 veranschaulicht die reelle Kanalantwort zwischen einer Senderantenne und einer Empfängerantenne in einem MIMO-OFDM-System mit zwei Senderantennen und zwei Empfängerantennen und entsprechende Schätzergebnisse bei Vorliegen einer späten Synchronisation. Die horizontale Achse stellt den Index von Unterträgern dar, und die vertikale Achse stellt den Betrag einer Frequenzkanalantwort dar. Es ist deutlich zu sehen, dass das Schätzergebnis, das erhalten wird, wenn die Trainingssequenzen verwendet werden, die Paarsymbole gemäß der Erfindung enthalten, sehr nahe bei dem reellen Kanalwert liegt, wohingegen das Ergebnis, das erhalten wird, wenn die herkömmlichen Trainingssequenzen, die einzelne Symbole enthalten, verwendet werden, einen durch ISI verursachten großen Fehler aufweist.
Die Auswirkung eines Synchronisationsfehlers auf eine Kanalschätzung ist als eine Funktion eines Synchronisationsfehlers in 15 aufgetragen. Die horizontale Achse stellt den Synchronisationsfehler in einer Anzahl von Zeitbereichsabtastwerten zwischen einer geschätzten Startzeit von Symbolen und einer reellen Startzeit dar. Die vertikale Achse zeigt den mittleren quadratischen Fehler einer Kanalschätzung. Auf der horizontalen Achse bedeutet „0" eine ideale Synchronisation, ein negativer Wert bedeutet eine frühe Synchronisation und ein positiver Wert bedeutet eine späte Synchronisation. Es gibt einen deutlichen Anstieg des Kanalschätzfehlers aufgrund eines Auftretens einer späten Synchronisation, wenn die herkömmlichen Trainingssequenzen, die einzelne Symbole erhalten, verwendet werden, wohingegen der Fehler von Schätzergebnissen bei Verwendung der Trainingssequenzen, die Paarsymbole gemäß der Erfindung enthalten, entlang der gesamten horizontalen Achse keine Veränderung aufweist. Diese Tatsache zeigt, dass die gemäß der Erfindung erzeugten Trainingssequenzen bei Vorliegen sämtlicher Arten von Synchronisationsfehlern genaue Kanalschätzergebnisse liefern können.
Es sei darauf hingewiesen, dass die in jedem Konfigurationsblockdiagramm gezeigten Blöcke nicht notwendigerweise konkrete Bauteile sein müssen. Die Blöcke sind gemäß Funktionen derselben unterteilt und können in einem einzigen Bauteil oder in mehreren Bauteilen ausgeführt sein. Das heißt, die Funktion jeder Einheit kann durch mehrere unterschiedliche Bauteile durchgeführt werden oder es können die Funktionen mehrerer Einheiten durch ein einzelnes Bauteil durchgeführt werden. Ferner kann die Funktion in verteilter Art und Weise durchgeführt werden. Beispielsweise kann, wenn der Trainingssymbolgenerator die Trainingssymbole in dem Frequenzbereich erzeugt, der IFFT-Prozess durch eine gesonderte IFFT-Einheit in dem Trainingssequenzgenerator oder der ursprünglichen IFFT-Einheit des Senders durchgeführt werden. Auch können die Trainingssymbole, bevor ihnen die zyklischen Präfixe hinzugefügt werden, mit Datensymbolen in dem Rahmen kombiniert werden und anschließend zusammen mit einem anderen Abschnitt des Rahmens der Zyklisches-Präfix-Einsetzung unterworfen werden. Ein Fachmann auf dem Gebiet kann eine beliebige bestimmte Topologie des Senders erstellen, solange die erzeugten Trainingssequenzen am Ende die gemäß der Erfindung entworfene Randbedingung erfüllen.
Die bestimmten Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Vorhergehenden im Zusammenhang mit einem SISO-OFDM-System oder einem MIMO-OFDM-System beschrieben. Fachleute auf dem Gebiet können jedoch erkennen, dass die Erfindung in einem beliebigen anderen Kommunikationssystem eingesetzt werden kann, in dem Trainingssequenzen verwendet werden.
Es sollte ebenfalls darauf geachtet werden, dass die in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen der Erfindung beschriebene Randbedingung im Hinblick auf ein Beseitigen von ISI aus der Ausgabe des FFT-Fensters entworfen ist. Es können jedoch auch andere Sequenzen entworfen und erzeugt werden, derart, dass die Sequenzen die Anforderungen, gegenüber einem Synchronisationsfehler unempfindlich zu sein, erfüllen. Nach dem Lesen der Beschreibung können Fachleute auf dem Gebiet die im Vorhergehenden beschriebene Randbedingung modifizieren, ohne von der Wesensart der Erfindung abzuweichen.
Die Elemente der Erfindung können in Hardware, Software, Firmware oder eine Kombination derselben implementiert werden und in Systemen, Untersystemen, Komponenten oder Unterkomponenten derselben eingesetzt werden. Wenn sie in Software implementiert werden, sind die Elemente der Erfindung Programm- oder Codesegmente, die zum Durchführen der erforderlichen Aufgaben verwendet werden. Die Programm- oder Codesegmente können in einem maschinenlesbaren Medium gespeichert werden oder durch ein in einer Trägerwelle ausgeführtes Datensignal über ein Übertragungsmedium oder eine Kommunikationsverknüpfung gesendet werden. Das „maschinenlesbare Medium" kann ein beliebiges Medium umfassen, das Informationen speichern oder übertragen kann. Beispiele eines maschinenlesbaren Mediums umfassen eine elektronische Schaltung, ein Halbleiterspeicherbauteil, ein ROM, einen Flash-Speicher, ein löschbares ROM (EROM), eine Diskette, eine CD-ROM, eine optische Platte, eine Festplatte, ein faseroptisches Medium, eine Hochfrequenzverknüpfung (HF-Verknüpfung), usw. Die Codesegmente können über Computernetze wie beispielsweise das Internet, Intranet usw. heruntergeladen werden.
Die bestimmten Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung wurden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht durch die bestimmten Konfigurationen und Prozesse, die in den Zeichnungen gezeigt sind, beschränkt. Die Erfindung kann in anderen spezifischen Formen ausgeführt werden, ohne von der Wesensart oder essentiellen Charakteristika derselben abzuweichen. Beispielsweise können die in dem spezifischen Ausführungsbeispiel beschriebenen Trainingssequenzen modifiziert werden, solange sie die gemäß der Erfindung entworfene Randbedingung erfüllen. Die vorliegenden Ausführungsbeispiele sollen somit in jeder Beziehung als veranschaulichend und nicht als beschränkend verstanden werden, wobei der Schutzbereich der Erfindung nicht durch die vorangehende Beschreibung, sondern die angehängten Patentansprüche angezeigt ist, und sämtliche Änderungen, die innerhalb der Bedeutung und des Gleichwertigkeitsbereichs der Patentansprüche liegen, sollen somit von denselben umfasst sein.

Claims

Vorrichtung zum Erzielen einer robusten Kanalschätzung in einem Kommunikationssystem (100), die folgende Merkmale aufweist: (A) einen Trainingssequenzgenerator (116) zum Erzeugen einer Trainingssequenz, wobei der Trainingssequenzgenerator (116) ferner folgende Merkmale aufweist: (I) einen Trainingssymbolgenerator (1161) zum Erzeugen einer Mehrzahl von Trainingssymbolen, die eine vorbestimmte Randbedingung derart erfüllen, dass die Trainingssymbole gegenüber einem Synchronisationsfehler unempfindlich sind; (II) eine Trainingssequenzbildungseinheit (1162), die konfiguriert ist, um die Trainingssequenz aus den durch den Trainingssymbolgenerator (1161) erzeugten Trainingssymbolen zu bilden; (B) einen Formatierer (117) zum Einsetzen der Trainingssequenz in einen Rahmen; und (C) ein Sendemodul (119) zum Senden des Rahmens.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Trainingssequenzbildungseinheit (1162) konfiguriert ist, um jedem Trainingssymbol ein zyklisches Präfix hinzuzufügen und die Mehrzahl von Trainingssymbolen, denen zyklische Präfixe hinzugefügt worden sind, zu verketten.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der der Trainingssymbolgenerator (1161) ferner eine Schiebeeinrichtung zur zyklischen Linksverschiebung (501) aufweist, um an einem aktuellen Trainingssymbol eine zyklische Linksverschiebung in einem Zeitbereich durchzuführen, um ein nächstes Trainingssymbol zu erzeugen.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Formatierer (117) konfiguriert ist, um die Trainingssequenz in entweder ein Anfangsblockfeld oder ein Nutzlastfeld des Rahmens einzusetzen.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das Kommunikationssystem (100) ein Orthogonal-Frequenzmultiplex-System mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen (MIMO-OFDM-System) ist und das Sendemodul (119) mehrere Antennen aufweist; und bei der der Trainingssymbolgenerator (1161) ferner konfiguriert ist, um mehrere Gruppen der Mehrzahl von Trainingssymbolen für jede Antenne zu erzeugen; die Trainingssequenzbildungseinheit (1162) ferner konfiguriert ist, um mehrere Trainingssequenzen zu bilden, die orthogonal zueinander sind, wobei jede Trainingssequenz einer entsprechenden Antenne entspricht und die mehreren Gruppen der Mehrzahl von Trainingssymbolen für d1 entsprechende Antenne enthält; die Rahmenbildungseinheit ferner konfiguriert ist, um jede Trainingssequenz in einen von der entsprechenden Antenne zu sendenden Rahmen einzusetzen; und das Sendemodul (119) konfiguriert ist, um jeden Rahmen von der entsprechenden Antenne zu senden.
Kommunikationsverfahren zum Erzielen einer robusten Kanalschätzung in einem Kommunikationssystem (100), das folgende Schritte aufweist: Erzeugen einer Mehrzahl von Trainingssymbolen, die eine vorbestimmte Randbedingung derart erfüllen, dass die Trainingssymbole gegenüber einem Synchronisationsfehler unempfindlich sind; Bilden einer Trainingssequenz aus der Mehrzahl von Trainingssymbolen; Einsetzen der Trainingssequenz in einen Rahmen; und Senden des Rahmens.
Verfahren gemäß Anspruch 6, bei dem das Bilden einer Trainingssequenz ferner ein Hinzufügen eines zyklischen Präfixes zu jedem Trainingssymbol und ein Verketten der Mehrzahl von Trainingssymbolen, denen die zyklischen Präfixe hinzugefügt worden sind, aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 6 oder 7, bei dem das Erzeugen einer Mehrzahl von Trainingssymbolen ferner ein Durchführen einer zyklischen Linksverschiebung an einem aktuellen Trainingssymbol in dem Zeitbereich zum Erzeugen eines nächsten Trainingssymbols aufweist.
Kommunikationsverfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem die Trainingssequenz in entweder ein Anfangsblockfeld oder ein Nutzlastdatenfeld des Rahmens eingesetzt wird.
Kommunikationsverfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, das ferner folgende Schritte aufweist: Empfangen des Rahmens; Extrahieren der Trainingssequenz aus dem empfangenen Rahmen; Extrahieren der Trainingssymbole aus der Trainingssequenz durch Nehmen eines zyklischen Suffixes eines Trainingssymbols als ein zyklisches Präfix eines nächsten Trainingssymbols in der Trainingssequenz; und Durchführen einer Kanalschätzung basierend auf den Trainingssymbolen.