TWI459773B - 正交分率多工系統之干擾及噪音估計 - Google Patents
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Description
本申請案要求2003年5月14日提出申請的美國臨時專利申請案第60/470,724號之優先權,其以提及方式完整併入本文中。
本發明係關於無線通信領域。更特定言之,本發明係關於用於正交分率多工(OFDM)系統之噪音估計的系統與方法。
在無線通信系統中不同的操作均需依賴發送大量資料。分配至通信系統的頻譜或頻寬經常會受到政府規定的限制。因此,需要不斷最佳化既定通信頻寬中的資料通量。
由於需同時支援多個使用者,使得在既定通信頻帶中最佳化資料通量的問題變得複雜。各使用者會有不同的通信需求。一使用者會傳送低速率信號,例如語音信號,而另一使用者會傳送高速率資料信號,例如影像。通信系統可採用一有效利用通信頻帶之方法,以支援多個使用者。
無線通信系統可以多種不同方式實施。例如,可在無線通信系統中使用分頻多重進接(Frequency Division Multiple Access;FDMA)、分時多重進接(Time Division Multiple Access;TDMA)、分碼多重存取(Code Division Multiple Access;CDMA)以及正交分率多工(Orthogonal Frequency Division Multiplexing;OFDM)。各個不同通信系統具有與特定系統方面有關的優點與缺點。
圖1係一典型正交分率多工系統中信號的頻率時間表示。正交分率多工系統具有分配的頻譜120。將分配的頻譜120分割為多個載波,例如130a至130d以及132a至132d。正交分率多工系統中的多個載波亦可稱作次載波。各個次載波例如130a係使用低速率資料流調變。此外,如系統名稱所表示,各次載波例如130a係與所有其他次載波例如130b至130d以及132a至132d正交。
次載波,例如130a至130d,可被構造成藉由閘控開啟或關閉次載波以使彼此正交。使用矩形窗閘控開啟或關閉的次載波,例如130a,可產生具有(sin(x))/x形狀的頻譜。可選擇次載波,例如130a與130b,之矩形閘控週期與頻率間隔量,以使經調變的第一次載波130a之頻譜在其他次載波,例如130b至130d,之中心頻率處歸零。
正交分率多工系統可配置成藉由分配給各使用者部份的次載波而支援多個使用者。例如,可向第一使用者分配第一組次載波130a至130d,而向第二使用者分配第二組次載波132a至132d。分配給使用者的次載波數量不必相同,而且次載波無需處於鄰近頻帶中。
因此,在時域中發射數個正交分率多工符號110a至110n,從而產生正交次載波130a至130d以及132a至132d之頻譜。各次載波例如130a均係獨立調變。可分配給一個別通信鏈路一或多個次載波130a至130d。此外,指派給特定使用者的次載波數量會隨時間變化。
因此,正交分率多工係無線通道上高資料速率發射的理想多工技術,該等通道可在無線通信系統中實施,例如可支援大量使用者的蜂巢通信系統。但是,蜂巢系統使用頻率再使用概念來增強頻譜使用之效率。頻率再使用會引入同頻干擾(co-channel interference;CCI),其係該等系統中性能劣化的主要原因。如上所述,一正交分率多工系統中的相同細胞或扇區中的所有使用者彼此正交,原因在於所有次載波係正交。因此,在相同的細胞或扇區內,多重次載波實質上不會對彼此造成干擾。但是,相鄰的細胞或扇區由於頻率再使用而使用相同的頻率空間。因此,在正交分率多工系統中,不同細胞或扇區內的使用者係干擾的來源,並且會造成相鄰細胞或扇區之CCI的主要來源。
較為理想地係能決定正交分率多工無線通***中的CCI位準。接收器處需要CCI位準的主要原因有二。接收器可在具有一發射器之封閉功率控制迴路中運作,並需要瞭解CCI位準以調整在各次載波上發射之功率位準以保持特定性能所需之信號對干擾加噪音比(signal to interference plus noise ratio;SNIR)。接收器亦需要對用於通道解碼器運作的載波對干擾(Carrier to Interference;C/I)或SINR值的CCI估計。
本發明揭示一種用於決定正交分率多工系統之噪音估計之方法與設備。可藉由偵測未指派次載波頻帶中所接收功率而決定噪音估計。若未指派次載波頻帶對應於局部未指派次載波,所接收功率則表示次載波頻帶中噪音加干擾之估計。若未指派次載波頻帶對應於泛系統未指派次載波,則所接收功率表示次載波頻帶中噪音底部之估計。
一方面,本發明係一種決定噪音估計之方法,其包含接收正交分率多工符號以及在未指派次載波頻帶中偵測所接收功率。另一方面,本發明係一種決定噪音估計之方法,其包含在無線蜂巢通信系統中接收正交分率多工符號,其中該等符號對應於一符號週期。本方法包括在符號週期內決定未指派之次載波,以及決定未指派次載波頻帶中的所接收信號功率。功率儲存在記憶體中,並與先前儲存的值相平均,以產生噪音估計。
另一方面,本發明係一種用於估計正交分率多工系統中噪音之設備。該設備包括一配置成無線接收正交分率多工符號之接收器以及一配置成偵測接收器所接收的信號之所接收功率位準的偵測器。處理器包括於一用於在符號週期內決定未指派次載波以及至少部份基於所接收功率位準決定噪音估計之設備中。
圖2顯示了具有若干結合次載波噪音與干擾偵測的接收器之蜂巢正交分率多工無線通信系統200之功能性方塊圖。正交分率多工系統200包括數個可為數個終端機220a至220o提供通信之基地台210a至210g。基地台例如210a可以係一用於與終端機例如220a通信之固定台,其亦可稱做接取點、節點B或某些其他術語。
各種終端機220a至220o可散佈於正交分率多工系統200中,並且各終端機可以係固定,例如220k,亦可以係行動,例如220b。一終端機例如220a亦可稱作一行動台、一遠端台、一使用者設備(user equipment;UE)、一接取終端機或某些其他術語。各終端機例如220a在任何既定時間與下行鏈路與/或上行鏈路上的一或可能多個基地台通信。各終端機,例如220m,可包括一正交分率多工發射器300m與一正交分率多工接收器400m,以實現與一或多個基地台通信。正交分率多工發射器300m與正交分率多工接收器400m之具體實施例在圖3與4中有進一步詳細說明。在圖2中,終端機220a至220o從基地台210a至210g接收例如前導、信號及使用者特定資料發射。
正交分率多工系統200中的各基地台例如210a可提供對特定地理區域的涵蓋,例如202a。各基地台之涵蓋區域一般取決於多個因素(例如地形、障礙物等),但是,為簡單起見,其通常由圖2所示之理想六邊形表示。基地台與/或其涵蓋區域亦通常稱作「細胞」,取決於使用該術語的上下文。
為增加容量,可將各基地台例如210a之涵蓋區域分割為多個扇區。若將各細胞分割為三個扇區,則經分割細胞的各扇區經常由理想的120°楔表示,其表示細胞的1/3。各扇區可由一對應的基地收發器子系統(BTS)例如212d服務。BTS 212d包括一正交分率多工發射器300d與一正交分率多工接收器400d,該發射器300d與該接收器400d分別在圖3與4中有更詳細之說明。就經分割細胞而言,該細胞的基地台經常包括服務該細胞之扇區的所有BTS,術語「扇區」亦經常用於指代BTS與/或其涵蓋區域,取決於使用該術語的上下文。
如以下將進一步詳細討論,各基地台例如210a通常實施一配置成提供至終端機例如520a之下行鏈路(亦可稱作正向鏈路)通信之發射器。此外,各基地台例如210a亦可實施一配置成接收來自終端機例如520a之上行鏈路(亦可稱作反向鏈路)通信之接收器。
在下行鏈路方向中,基地台發射器從信號源接收信號,信號源可以係一公眾交換電話網路(Public Switched Telephone Network;PSTN)或某些其他信號源。基地台發射器隨後將信號轉換為正交分率多工信號,並將該信號發射至一或多個終端機。基地台發射器可將信號數位化,將信號多工為數個並列信號,並對應於並列信號路徑的數量調變次載波的預定數量。次載波的數量可以恆定或變化。此外,次載波可彼此相鄰,以定義鄰近頻帶,或可彼此脫節以佔據數個獨立的頻帶。基地台可以一恆定方法指派次載波,例如在次載波數量固定、偽隨機或隨機的情況下。基地台發射器亦可包括可將正交分率多工基頻信號轉換為所需發射頻帶之類比或射頻(Radio Frequency;RF)部份。
在正交分率多工系統200中,頻率再使用可出現在每一細胞中。即,第一基地台例如210d在第一細胞例如202d中使用的上行與下行鏈路頻率可由基地台210a-c與210e-g在相鄰細胞202a-c與202e-g中使用。如上所述,各基地台發射器造成鄰近接收器所經受的同頻干擾(co-channel interference;CCI),在此情況下鄰近接收器係鄰近終端接收器。例如,第一基地台210f中的發射器對相鄰細胞202c與202d中的終端機220e與220g造成CCI,終端機220e與220g不與第一基地台210f通信。為將相鄰終端機所經受的CCI量最小化,基地台發射器可以係封閉迴路功率控制系統的部份。
為將細胞(例如202f)外的終端機所經受的CCI量最小化,基地台發射器應將其發射至各終端機220m與220l的RF功率最小化,基地台210f與終端機220m與220l進行通信。部份基於各次載波頻帶中噪音位準之決定以及基於終端機發射及基地台接收器接收的功率控制信號,基地台發射器可調整發射功率。
基地台例如210b可嘗試保持各次載波的預定SINR或C/I值,以便保持對終端機例如220b-d的預定服務品質。大於預定值的SINR或C/I可小幅影響終端機例如520b所經歷之服務品質,但會導致所有相鄰細胞202a、202d與202e的CCI增加。反之,低於預定位準的SINR或C/I值可導致終端機220b所經受之服務品質會大幅下降。
基地台接收器可量測作為可設定發射信號之SINR或C/I的功率控制迴路之部份的各次載波頻帶中的噪音與干擾位準。基地台接收器量測各次載波頻帶中的噪音與干擾位準,並儲存該等位準。在將次載波指派至通信鏈路時,基地台發射器在決定分配給各次載波之功率時會檢查噪音與干擾位準。因此,基地台發射器可保持將其他細胞中終端機所經受之CCI最小化的各次載波的預定SINR或C/I。
在另一項具體實施例中,終端機例如220i可嘗試保持獲得預定服務品質所需的最小已接收SINR或C/I。當所接收的SINR或C/I高於預定位準時,終端機220i可發射一信號至基地台210f,以請求基地台210f降低發射信號功率。或者,當所接收的SINR或C/I低於預定位準時,終端機220i可發射一信號至基地台210f,以請求基地台210f提高發射信號功率。因此,藉由將發射至任何既定終端機之功率最小化,相鄰細胞中的終端機所經受的CCI量最小化。
圖3係一正交分率多工發射器300之功能性方塊圖,該發射器可併入例如一基地台收發器或終端機中。正交分率多工發射器300之功能性方塊圖包括詳細說明發射器基頻部份之基頻區段,但並未顯示可包括於發射器300中的信號處理、資料源介面或RF區段。
正交分率多工發射器300包括與一或多個資料流對應之一或多個資料源302。當正交分率多工發射器300係一基地台發射器時,資料源302可包括來自一外部網路例如PSTN網路之資料流。各資料流可針對分離的終端機。資料源302所提供的資料可以係多重並列資料流、串列資料流、多工資料流或資料流之組合。資料源302可向調變器310提供資料。調變器310處理並調變輸入的資料源。如技術中已熟知,調變器310可包括可實施交錯、編碼、分組與調變之功能性組塊。調變器310不限於實施特定類型之交錯。例如,調變器可針對各終端機獨立地按組塊來交錯源資料。
調變器310亦可配置成實施編碼。同樣,發射器300不限於一特定類型之編碼。例如,調變器310可實施李德所羅門編碼或捲積編碼。編碼率可以係固定,亦可係隨指派給至終端機之通信鏈路之次載波數量而變化。例如,當將第一數量的次載波指派給終端機時,調變器310可以編碼器一半的編碼率實施捲積編碼,當將第二數量的次載波指派給終端機時,以三分之一編碼率實施捲積編碼。在另一範例中,調變器可以隨指派給終端機之次載波數量而變化的編碼率實施李德所羅門編碼。
調變器310亦可配置成使用預定格式調變資料。例如,調變器310可實施正交振幅調變(Quadrature Amplitude Modulation;QAM)、正交相移鍵控(Quadrature Phase Shift Keying;QPSK)、二進制相移鍵控(Binary Phase Shift Keying;BPSK)或某些其他調變格式。在另一項具體實施例中,調變器310將資料處理為一用於調變次載波之格式。
調變器310亦可包括用於調整指派給次載波之資料符號振幅之放大器或增益級。調變器310可基於次載波調整放大器之增益,各次載波之增益至少部份取決於次載波頻寬中的噪音與干擾。
調變器310之輸出耦合至1:N多工器320之輸入,其中N表示在通信系統之發射鏈路中使用的次載波的最大數量。多工器320亦可稱做「串列至並列轉換器」,因為多工器320從調變器310接收串列資料,並將其轉換為並列格式,以連接複數個次載波。
次載波指派模組312可控制調變器310與多工器320。用於支援源資料的次載波數量可以係並通常係小於在通信系統之發射鏈路中所使用的次載波的最大數量。指派給特定通信鏈路的次載波數量會隨時間變化。此外,即使分配給特定通信鏈路的次載波數量相同,次載波的識別項亦會隨時間變化。
次載波可隨機地或偽隨機地指派給通信鏈路。由於次載波的識別項會變化,通信鏈路所佔據的頻帶會隨時間變化。通信系統可以係一實施預定跳頻方法的跳頻系統。
次載波指派模組312可實施跳頻方法,並可追蹤所使用的次載波組及分配給通信鏈路的次載波組。例如,在具有三個正向鏈路信號的基地台中,次載波指派模組312可指派給第一通信鏈路第一組次載波,指派給第二通信鏈路第二組次載波,指派給第三通信鏈路第三組次載波。各組中的次載波數量可以相同亦可不同。次載波指派模組312可追蹤數個分配給通信鏈路之次載波以及閒置的、能夠指派給通信鏈路的數個次載波。
次載波指派模組312可控制調變器310以提供所需的編碼,以及支援指派次載波組所需的調變。此外,次載波指派模組312可控制多工器320以便將來自調變器310的資料提供至與指派次載波相對應之多工器通道。因此,次載波指派模組312可控制指派給特定通信鏈路之次載波的識別項和數量。次載波指派模組312亦可追蹤閒置的次載波以及可分配給通信鏈路之次載波的識別項。
多工器320之輸出耦合至反向快速傅立葉轉換(Inverse Fast Fourier Transform;IFFT)模組330。寬度等於或大於次載波總量的並列匯流排322將多工器320的並列輸出耦合至IFFT模組330。
傅立葉轉換可實施從時域至頻域的映射。因此,反向傅立葉轉換可實施從頻域至時域之映射。IFFT模組330將調變次載波轉化為時域信號。傅立葉轉換特性可確保次載波信號均勻間隔並彼此正交。
IFFT模組330的並列輸出可使用另一並列匯流排332耦合於解多工器340。解多工器340將並列調變資料流轉換為串列資料流。解多工器340之輸出則可耦合至保護頻帶產生器(圖中未顯示),再耦合至數位至類比轉換器(Digital to Analog Converter;DAC)(圖中未顯示)。保護頻帶產生器在連續的正交分率多工符號之前***一時間週期,以將通信鏈路中多路徑引起的符號間干擾的影響最小化。DAC的輸出耦合至可將正交分率多工信號升頻至所需發射頻帶之RF發射器(圖中未顯示)。
圖4A至4B係正交分率多工接收器400具體實施例之功能性方塊圖。正交分率多工接收器400可在基地台或諸如行動終端機之終端機中實施。圖4A之正交分率多工接收器400主要在數位域中實施噪音估計器,而圖4B之正交分率多工接收器400主要在類比域中實施噪音估計器。
圖4A之正交分率多工接收器400以天線402接收由互補正交分率多工發射器發射的RF信號。天線420之輸出耦合至一可過濾、放大所接收正交分率多工信號並將其降頻至基頻的接收器410。
接收器410之基頻輸出耦合至配置成移除發射器處插於正交分率多工符號之間的保護間隔的保護移除模組420。保護移除模組420之輸出耦合至可將類比基頻信號轉化為數位形式信號之類比至數位轉換器(Analog to Digital Converter;ADC)422。ADC 422之輸出耦合至可將串列基頻信號轉化為N個並列資料路徑之多工器424。數字N表示正交分率多工次載波的總量。各並列資料路徑中的符號表示正交分率多工信號之閘控時域符號。
並列資料路徑耦合至快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transform;FFT)模組430之輸入。FFT模組430將閘控時域信號轉化為頻域信號。FFT模組430的各個輸出表示調變次載波。
FFT模組430之並列輸出耦合至解調變正交分率多工次載波之解調變器440。解調變器440可配置成僅解調變接收器400所接收次載波的一子集,或可對應所有次載波,配置成解調變所有FFT模組430之輸出。解調變器440輸出可以係單一符號,亦可係複數個符號。例如,若次載波係正交調變,則解調變器440可輸出解調變符號之同相與正交信號成分。
解調變器440之輸出耦合至偵測器450。偵測器450係配置成偵測各次載波頻帶中的所接收功率。偵測器450係藉由偵測或決定例如解調變次載波信號之功率、振幅、平方幅度、幅度等以及與所接收功率相關聯之解調變次載波信號之某些其他表示形式。例如,正交調變信號之平方幅度可藉由對同相及正交信號成分之平方求和而決定。偵測器450包括複數個偵測器或包括可在下一解調變符號出現之前決定所需次載波信號之偵測值之單一偵測器。
處理器460與包括處理器可讀指令之記憶體470連接。記憶體470亦可包括用於儲存及更新偵測次載波噪音值之可重寫入儲存位置。
分配至特定通信鏈路的次載波會在各符號邊界處變化。可識別分配給至接收器400之通信鏈路的次載波之跳頻序列或跳頻資訊亦可儲存於記憶體470中。處理器460使用跳頻資訊以將FFT模組430、解調變器440以及偵測器450之性能最佳化。因此,處理器460能使用跳頻序列或其他跳頻資訊來識別分配給通信鏈路的次載波以及閒置的次載波。
例如,當不及總量的次載波分配給至接收器400的通信鏈路時,處理器460可控制FFT模組430以僅決定對應於已分配次載波的FFT輸出信號。在另一項具體實施例中,處理器460可控制FFT模組430,以決定對應於分配給至接收器400之通信鏈路的次載波的輸出信號加上對應於閒置以及未分配給任何通信鏈路之次載波的輸出。處理器460可藉由減少決定所需之FFT輸出信號數量來減輕FFT模組430上的部份負載。
處理器460亦可控制解調變器440僅解調變FFT模組430向其提供輸出信號之此等信號。此外,處理器460可控制偵測器450以僅偵測對應於閒置或未分配之次載波之次載波信號。由於偵測器450可限制於偵測未分配次載波中的噪音位準,偵測器450可配置成在解調變器之前偵測信號。但是,將偵測器450置於解調變器440之後具有優勢,原因在於偵測器450偵測到的噪音將會已經歷與該次載波中的符號所經歷之信號處理相同之處理。因此,解調變噪音所經歷的信號處理之統計特性將類似於解調變符號所經歷的統計特性。
每當次載波未分配給通信鏈路時,處理器460可藉由偵測次載波中解調變噪音之功率來追蹤次載波中的噪音。未指派的次載波之偵測功率表示該次載波頻帶中干擾加噪音之功率。處理器可對應於次載波將偵測功率儲存於記憶體470之一位置。在跳頻正交分率多工系統中,未指派之次載波的識別項隨時間變化,並會在各符號邊界處變化。
處理器460可儲存獨立記憶體位置中第一次載波之數個偵測功率量測。處理器460隨後可平均預定數量的偵測功率量測。或者,處理器460可藉由加權由部份取決於偵測功率量測老化之因素所作的各儲存偵測功率量測,計算噪音與干擾的加權平均。在另一項具體實施例中,處理器460可儲存偵測噪音與干擾功率於記憶體470中的一對應位置。藉由以第一量加權儲存值,以第二量加權新偵測功率以及將和儲存於對應於次載波的記憶體位置中,處理器460即可更新特定次載波的噪音與干擾值。使用此替代性更新方法,僅需要N個儲存位置來儲存N個次載波噪音與干擾估計。可觀察到,其他儲存與更新次載波之噪音及干擾值之方法亦可用。
未指派次載波之偵測功率表示該次載波的總噪音與干擾,除非頻帶中沒有干擾源在廣播。當次載波頻帶中沒有干擾源在廣播時,偵測功率表示噪音底部的偵測功率。
正交分率多工系統可藉由將所有發射器同步以及定義所有發射器不在特定次載波上進行發射的一週期,保證沒有系統干擾源在次載波頻帶中廣播干擾信號。即,在噪音估計器係在終端機處的一接收器內實施的情況下,正交分率多工系統中的所有基地台可在預定符號週期內週期性地停止在一或多個預定次載波頻率上發射。正交分率多工系統中的通信在在單一次載波未作指派的週期內不會停止,因為所有其他次載波可繼續分配給通信鏈路。因此,可藉由將發射器同步以及週期性地於一或多個符號週期內停止將各次載波分配給任何通信鏈路,決定各次載波頻帶之不具干擾之噪音的位準。隨後,在未指派期間針對次載波頻帶決定無干擾源的噪音功率。
圖4B係正交分率多工接收器400之另一項具體實施例之功能性方塊圖,其中使用類比裝置偵測噪音與干擾。接收器400最初使用天線402接收正交分率多工信號,並將天線402之輸出耦合至接收器410。如在先前具體實施例中,接收器410可過濾、放大所接收正交分率多工信號並將其降頻至基頻。接收器410之輸出耦合至濾波器480之輸入。接收器410之基頻輸出亦可耦合至其他信號處理級(圖中未顯示),例如保護移除模組、FFT模組以及解調變器。
在一項具體實施例中,濾波器480係一具有與通信系統中次載波數量相等數量之基頻濾波器之濾波器組。各濾波器可配置成具有與次載波之信號頻寬實質上相等之頻寬。在另一項具體實施例中,濾波器480係一具有一或多個可調至通信系統中任何次載波頻帶之可調濾波器之濾波器組。將可調濾波器調至未分配給至接收器400之通信鏈路的次載波頻帶。可調濾波器之頻帶可實質上與次載波頻帶之頻帶相等。
濾波器480之輸出耦合至偵測器490。濾波器480之輸出可以係一或多個濾波信號。濾波器480之輸出信號的數量可與通信系統中次載波的數量一樣多。
偵測器490可配置成偵測各濾波信號之功率。偵測器490可包括一或多個功率偵測器。功率偵測器可對應於濾波器480之輸出。或者,一或多個功率偵測器可用於連續偵測來自各濾波輸出之功率。
偵測器490之輸出耦合至ADC 494之輸入。ADC 494可包括複數個轉換器,各轉換器對應於偵測器490輸出之一。或者,ADC 494可包括依順序轉換各偵測器490輸出之單一ADC。
與記憶體470連接的處理器460可耦合至ADC 494之輸出。處理器460可使用儲存在記憶體470中的處理器可讀指令,控制ADC 494僅轉換感興趣之偵測功率位準。此外,處理器460可如前一具體實施例一般,追蹤跳頻序列並更新偵測噪音與干擾位準。在同步系統中,噪音位準可獨立於干擾位準而偵測,該系統中可對所有發射器加以控制以於預定持續時間內週期性地停止在預定次載波上發射。
圖5係預定時間週期內,部份正交分率多工頻帶500之頻譜圖。正交分率多工頻帶500包括數個次載波,各次載波佔據一預定頻帶,例如502a。複數個通信鏈路可同時佔據正交分率多工頻帶500。複數個通信鏈路僅可使用系統中總共可用次載波數量的一子集。
例如,可向第一通信鏈路分配四個佔據四個頻帶502a-d之次載波。顯示次載波以及對應的頻帶502a-d位於一鄰近頻帶上。但是,分配給特定通信鏈路的次載波無需相鄰,其可以係正交分率多工系統中任何可用次載波。可向第二通信鏈路分配一第二組次載波,並因此分配第二組次載波頻帶522a-d。同樣地,可分別向第三與第四通信鏈路分配第三組與第四組次載波。第三組次載波對應於第三組頻帶542a-c,而第四組次載波對應於第四組次載波頻帶562a-c。
分配給特定通信鏈路的次載波的數量可隨時間變化以及隨置於通信鏈路上的負載而變化。因此,資料速率越高的通信鏈路分配到的次載波數量越高。分配至通信鏈路的次載波的數量會在各符號邊界處變化。因此,分配在正交分率多工系統中的次載波的數量與位置可在各符號邊界處變化。
由於分配到的次載波的總量會不與正交分率多工系統中可用的次載波總量對應,可能會有一或多個次載波並未分配給任何通信鏈路,而處於閒置狀態。例如,顯示三個次頻帶510a-c、530a-c、550a-e在正交分率多工頻帶500中未分配給任何通信鏈路。同樣,未指派的次載波以及因而對應的次載波頻帶,無需相鄰,亦不必出現於分配的次載波之間。例如,部份或所有未指派之次載波可出現於頻帶一端。
接收器可藉由在次載波未指派時偵測次載波頻帶中的功率來估計並更新次載波中噪音加干擾之估計。未指派之次載波可表示局部未指派之次載波,例如有接收器位於其中的細胞或扇區內。其他細胞或細胞之扇區可將次載波分配給通信鏈路。
例如,諸如終端機中之接收器的第一接收器可使用第一頻帶502a-d中的第一組次載波與基地台建立通信鏈路。第一接收器可藉由決定例如未指派次載波頻帶530a中的功率來估計未指派次載波頻帶530a中的噪音與干擾。如先前所述,接收器可藉由將先前儲存的功率位準與最新量測的功率位準加以平均來更新先前儲存於記憶體中的估計。或者,對應於最新噪音與干擾估計之最新決定的功率位準可用於決定預定數量之最新噪音加干擾估計之加權平均。
此外,在同步系統中,在一預定持續時間內,例如一符號持續時間內,一或多個次載波可指派給所有發射器。因此,在符號時間週期內,次載波未指派給特定正交分率多工系統的所有細胞。隨後針對泛系統未指派次載波,接收器可於發射器未在頻帶中發射的週期內,藉由決定次載波頻帶(例如550d)中的功率而估計噪音底部。接收器亦可藉由平均或加權平均數個估計而更新噪音估計。接收器可單獨儲存各次載波頻帶之噪音底部的估計。因此,接收器能週期性地更新各次載波頻帶中的噪音底部以及噪音與干擾位準。
圖6係決定及更新正交分率多工次載波頻帶中噪音與干擾位準之方法600之流程圖。方法600可於正交分率多工系統之接收器中實施。接收器可以係例如終端機中的接收器。作為替代或補充方案,接收器可以係例如基地台收發器中的接收器。
方法600始於步驟602,其中接收器在時間上與發射器同步。接收器可例如將時間參考與發射器中的時間參考同步。出於各種與噪音估計不相關之原因,需要接收器與發射器同步。例如,接收器會需要與發射器同步以決定在一或多個符號週期內分配給其通信鏈路的次載波。
接收器隨後會進行至步驟610,其中接收器決定在下一符號週期內的不使用的、或未指派的次載波。發射器可將該資訊於額外負擔訊息中傳送至接收器。因此,接收器所接收的訊息可表示既定符號週期內所指派的次載波。或者,次載波的指派可以係偽隨機,以及接收器已在先前同步步驟中將一局部產生的偽隨機序列與發射器同步。在替代性具體實施例中,接收器基於內部產生的序列(例如局部產生的偽隨機序列或內部產生的跳頻序列)決定未指派的次載波。
接收器進行至步驟620,其中接收所發射的正交分率多工信號。所接收符號可包括分配給具有接收器之通信鏈路的此等指派次載波以及未分配給具有接收器之通信鏈路的次載波。
接收器進行至步驟622,其中接收器將所接收的信號轉化為基頻正交分率多工信號。所接收的信號通常係使用RF鏈路作為RF正交分率多工符號無線發射至接收器。接收器通常將所接收的信號轉換為基頻信號以便於信號處理。
在將所接收的信號轉換為基頻信號後,接收器進行至步驟624,其中將保護間隔從所接收的信號中移除。如先前關於正交分率多工發射器之說明中所述,***保護間隔以提供多路徑免疫。
在移除保護間隔之後,接收器進行至步驟630,其中信號在ADC中數位化。在數位化信號後,接收器進行至步驟632,其中將信號從串列信號轉換為數個並列信號。並列信號的數量可與正交分率多工系統中次載波的數量一樣高,並通常與該數量相等。
在串列至並列轉換之後,接收器進行至步驟640,其中接收器對並列資料實施FFT。FFT將時域正交分率多工信號轉化為頻域中的調變次載波。
接收器進行至步驟650,其中至少部份來自FFT的調變次載波輸出得以解調變。接收器通常將分配給具有接收器之通信鏈路的次載波解調變,並解調變未指派之次載波。
接收器隨後進行至步驟660,其中偵測未指派之次載波以提供噪音與干擾估計。若次載波係泛系統未指派次載波,則偵測到的輸出表示該次載波頻帶的噪音底部之估計。
接收器隨後進行至步驟670並更新儲存在記憶體中的噪音加干擾與噪音底部估計。如先前所述,接收器可儲存預定數量的最新決定噪音加干擾估計,並實施估計之平均。同樣地,接收器可決定預定數量的最新決定噪音底部估計的平均。
接收器進行至步驟680,其中將噪音估計傳達至發射器。例如,若接收器係一終端機接收器,則終端機接收器可將噪音估計傳達至基地台收發器中的一發射器。終端機接收器可首先將噪音估計傳達至一相關聯終端機發射器。終端機發射器隨後可將噪音估計發射至基地台接收器。基地台接收器繼而會將噪音估計傳達至基地台發射器。基地台發射器可使用噪音估計調整發射器在對應於噪音估計的次載波上所發射的功率位準。
基地台接收器可同樣地藉由首先使用基地台發射器發射噪音估計至終端機接收器,將所接收的噪音估計傳達至終端機發射器。
在步驟690處,接收器部份基於使用未指派次載波決定的噪音估計決定隨後所接符號之信號品質。例如,接收器可估計一未指派次載波之噪音加干擾之估計。在下一符號週期,接收器可在相同的先前未指派次載波上接收符號。接收器隨後可部份基於先前決定之噪音估計決定諸如C/I或SINR的信號品質。同樣地,當接收器決定噪音底部估計時,接收器能決定隨後於相同次載波上接收之符號的SNR。
由於未指派次載波的數量與位置通常隨機地或偽隨機地變化,接收器能週期性地更新正交分率多工系統中各次載波頻帶之噪音加干擾及噪音底部估計。接收器因而可產生並更新噪音加干擾及噪音底部之估計(其可傳達至發射器級)以最小化CCI。
已參考各種裝置或元件說明電性連接、耦合與連接。連接以及耦合可以係直接亦可係間接。第一與第二裝置之間的連接可以係直接連接亦可係間接連接。間接連接可包括可處理從第一裝置至第二裝置之信號的內插元件。
熟習技術人士會瞭解,可使用任何不同科技及技術代表資訊及信號。例如,以上說明中可能提及的資料、指令、命令、資訊、信號、位元、符號及晶片可由電壓、電流、電磁波、磁場或磁粒子、光場或光粒子或任何其組合表示。
熟習技術人士可以瞭解結合本文揭露的具體實施例說明的各種說明性邏輯組塊、模組、電路、及演算法步驟可以電子硬體、電腦軟體或兩者的組合來實現。為了清楚說明硬體及軟體之此互通性,以上已就其功能性總體說明各種說明性組件、組塊、模組、電路及步驟。此類功能係實施為硬體或軟體取決於整體系統所用的特定應用及設計限制。熟習技術人士可以用各特別應用的不同方法實現所述功能,但不應視為能背離本發明範圍。
結合在此揭示的具體實施例所說明的各種說明性邏輯組塊、模組及電路,可採用通用處理器、一數位信號處理器(DSP)、一特定應用積體電路(ASIC)、一現場可程式化閘極陣列(FPGA)或其他可程式化邏輯裝置、離散閘極或電晶體邏輯、離散硬體組件或設計用以執行在此說明的功能之任何組合來實施或執行。一通用處理器可以為一微處理器,但是在另一項具體實施例中,該處理器可以為任一處理器、控制器、微控制器或狀態機。一處理器也可以實施為一電腦裝置的組合,例如,一DSP及一微處理器組合、複數個微處理器、一或更多微處理器連結一DSP核心或任何其他配置結構。
結合在此揭示的該等具體實施而說明的一方法或演算法之步驟可直接在硬體、在由一處理器執行的一軟體模組或在該等二者之一組合中執行。軟體模組可駐留於RAM記憶體、快閃記憶體、ROM記憶體、EPROM記憶體、EEPROM記憶體、暫存器、硬碟、可抽取磁碟、CD-ROM、或此技術中所熟知之任何其他形式的儲存媒體中。一種示範性儲存媒體係耦合至處理器,以致於處理器可自儲存媒體中讀取資訊,以及寫入資訊到儲存媒體。在另外的範例中,該儲存媒體可與該處理器整合。該處理器及該儲存媒體可駐留於一ASIC中。
上述對該等已揭露之具體實施例所作的說明可讓熟習技術人士製造或利用本發明。熟習技術人士應明白該等具體實施例可進行各種修改,而且在此定義的一般原理可應用於其他具體實施例而不背離本發明之精神或範疇。因此,本發明並不意味著受限於本文所示的該等具體實施例,而係符合與在此揭示的該等原理及新穎特徵相一致的最廣範疇。
110a至110n...正交分率多工符號
120...頻譜
130a、130b、130c、130d...載波
132a、132b、132c、132d...載波
200...正交分率多工無線通信系統
202a至202g...細胞
210a至210g...基地台
212d...基地收發器子系統
220a至220o...終端機
300、300d、300m...正交分率多工發射器
302...資料源
310...調變器
312...次載波指派模組
320...多工器
330...反向快速傅立葉轉換模組
332...匯流排
340...解多工器
400、400d、400m...正交分率多工接收器
402...天線
410...接收器
420...保護移除模組
422...類比至數位轉換器
424...多工器
430...快速傅立葉轉換模組
440...解調變器
450...偵測器
460...處理器
470...記憶體
480...濾波器
490...偵測器
494...ADC
500...正交分率多工頻帶
520...終端機
502a至502d...頻帶
510a至510c...次頻帶
522a至522d...頻帶
530a至530c...次頻帶
542a至542c...頻帶
550a至550e...次頻帶
562a至562c...頻帶
600...方法
602...步驟
610...步驟
620...步驟
622...步驟
624...步驟
630...步驟
632...步驟
640...步驟
650...步驟
660...步驟
670...步驟
680...步驟
690...步驟
檢視以上詳細說明與隨附圖式之後,本發明之上述方面及其他方面、特徵與優點即將顯而易見。在圖式中,相同參考字元表示相同或功能等效之元件。
圖1係一典型正交分率多工系統之功能性頻率時間表示。
圖2係在蜂巢環境中實施的正交分率多工系統之功能性方塊圖。
圖3係正交分率多工發射器之功能性方塊圖。
圖4A至4B係正交分率多工接收器之功能性方塊圖。
圖5係正交分率多工頻帶之部份的頻譜圖。
圖6係決定正交分率多工系統之噪音與干擾之方法的流程圖。
600...方法
602...步驟
610...步驟
620...步驟
622...步驟
624...步驟
630...步驟
632...步驟
640...步驟
650...步驟
660...步驟
670...步驟
680...步驟
690...步驟
Claims (31)
- 一種估計一正交分率多工(OFDM)系統之噪音之方法,該方法包含:偵測一未指派次載波頻帶中OFDM符號之一已接收功率;計算該已接收功率及至少一先前儲存已接收功率量測之一加權平均,以產生對應於該未指派次載波頻帶之一噪音估計,其中該加權平均基於該至少一先前儲存已接收功率量測之一時間使用權重;及通信該噪音估計至傳輸該等OFDM符號之一傳輸器,其中該傳輸器基於該噪音估計調整一傳輸功率。
- 如請求項1之方法,其進一步包含:在偵測該已接收功率前解調變該等OFDM符號。
- 如請求項2之方法,其中該OFDM通信系統係用於建置一預定跳頻序列之一跳頻系統。
- 如請求項3之方法,其中該未指派次載波頻帶於每一該等OFDM符號之邊界處改變。
- 如請求項1之方法,其中該偵測步驟包含偵測該未指派波頻帶中一幅度、一振幅或一平方幅度之一。
- 如請求項1之方法,其中該偵測步驟包含偵測一四分之一相差成分之一平方與一同相成分之一平方之一和。
- 如請求項1之方法,其進一步包含:轉換該等OFDM符號為基頻OFDM符號;自該等基頻OFDM符號移除一保護間隔;在一時間域中轉換該等基頻OFDM符號為數位基頻OFDM符號;及使用一傅立葉轉換(FFT)轉換該等數位基頻OFDM符號為已調變次載波。
- 如請求項1之方法,其進一步包含:部分基於一內部已產生序列決定該未指派次載波頻帶。
- 如請求項8之方法,其進一步包含:若該未指派次載波頻帶不包含一系統寬未指派次載波頻帶,儲存所偵測之該已接收功率作為一噪音加上干擾估計;及若該未指派次載波頻道包含該系統寬未指派次載波頻帶,儲存所偵測之該已接收功率作為一噪音層估計。
- 如請求項9之方法,其進一步包含與該傳輸器同步一時間參考。
- 一種用於估計一正交分率多工(OFDM)系統之噪音之設備,該設備包含:一偵測器,其用於偵測一未指派次載波頻帶中OFDM符號之一已接收功率;一處理器,其用於計算該已接收功率及至少一先前儲存已接收功率量測之一加權平均,以產生對應於該未指派次載波頻帶之一噪音估計,其中該加權平均基於該至少一先前儲存已接收功率量測之一時間使用若干個權重;及一天線,其用於通信該噪音估計至傳輸該等OFDM符號之一傳輸器,其中該傳輸器基於該噪音估計調整一傳輸功率。
- 如請求項11之設備,其進一步包含一解調變器,其用於在偵測該已接收功率前解調變該等OFDM符號。
- 如請求項12之設備,其中該OFDM通信系統係用於建置一預定跳頻序列之一跳頻系統。
- 如請求項13之設備,其中該未指派次載波頻帶於每一該等OFDM符號之邊界處改變。
- 如請求項11之設備,其中該偵測器包含偵測該未指派波頻帶中一幅度、一振幅或一平方幅度之一。
- 如請求項11之設備,其中該偵測器進一步組態成用以決定一四分之一相差成分之一平方與一同相成分之一平方之一和。
- 如請求項11之設備,其進一步包含:一接收器,其用於轉換該等OFDM符號為基頻OFDM符號;一保護移除模組,其用於自該等基頻OFDM符號移除一保護間隔;一類比數位轉換器(ADC),其用於在一時間域中轉換該等基頻OFDM符號為數位基頻OFDM符號;及一傅力葉轉換(FFT)模組,其用於使用一傅立葉轉換(FFT)轉換該等數位基頻OFDM符號為已調變次載波。
- 如請求項11之設備,其中該處理器進一步經組態以部分基於一內部已產生序列決定該未指派次載波頻帶。
- 如請求項18之設備,其該處理器進一步經組態以使用一記憶體用來:若該未指派次載波頻帶不包含一系統寬未指派次載波頻帶,儲存所偵測之該已接收功率作為一噪音加上干擾估計,及若該未指派次載波頻道包含該系統寬未指派次載波頻帶,儲存所偵測之該已接收功率作為一噪音層估計。
- 如請求項19之設備,其中該處理器進一步經組態以與該傳輸器同步一時間參考。
- 一種估計一正交分率多工(OFDM)系統之噪音之設備,該設備包含:用於偵測一未指派次載波頻帶中OFDM符號之一已接收功率之構件;用於計算該已接收功率及至少一先前儲存已接收功率量測之一加權平均之構件,以產生對應於該未指派次載波頻帶之一噪音估計,其中該加權平均基於該至少一先前儲存已接收功率量測之一時間使用若干個權重;及用於通信該噪音估計至傳輸該等OFDM符號之一傳輸器之構件,其中該傳輸器基於該噪音估計調整一傳輸功率。
- 如請求項21之設備,其進一步包含用於在偵測該已接收功率前解調變該等OFDM符號之構件。
- 如請求項22之設備,其中該OFDM通信系統係用於建置一預定跳頻序列之一跳頻系統。
- 如請求項23之設備,其中該未指派次載波頻帶於每一該等OFDM符號之邊界處改變。
- 如請求項21之設備,其中該偵測構件包含偵測該未指派波頻帶中一幅度、一振幅或一平方幅度之一。
- 如請求項21之設備,其中該偵測構件包含偵測一四分之一相差成分之一平方與一同相成分之一平方之一和。
- 如請求項21之構件,其進一步包含:用於轉換該等OFDM符號為基頻OFDM符號之構件;用於自該等基頻OFDM符號移除一保護間隔之構件;用於在一時間域中轉換該等基頻OFDM符號為數位基頻OFDM符號之構件;及用於使用一傅立葉轉換(FFT)轉換該等數位基頻OFDM符號為已調變次載波之構件。
- 如請求項21之設備,其進一步包含用於部分基於一內部已產生序列決定該未指派次載波頻帶之構件。
- 如請求項28之設備,其進一步包含:若該未指派次載波頻帶不包含一系統寬未指派次載波頻帶,用於儲存所偵測之該已接收功率作為一噪音加上干擾估計之構件;及若該未指派次載波頻道包含該系統寬未指派次載波頻帶,用於儲存所偵測之該已接收功率作為一噪音層估計之構件。
- 如請求項29之設備,其進一步包含用於與該傳輸器同步一時間參考之構件。
- 一種儲存有一電腦程式之電腦可讀取媒體,其中該電腦程式之執行係用於:偵測一未指派次載波頻帶中OFDM符號之一已接收功率;計算該已接收功率及至少一先前儲存以接收功率量測之一加權平均,以產生對應於該未指派次載波頻帶之一噪音估計,其中該加權平均基於該至少一先前儲存已接收功率量測之一時間使用若干個權重;及通信該噪音估計至傳輸該等OFDM符號之一傳輸器,其中該傳輸器基於該噪音估計調整一傳輸功率。
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