УЛУЧШЕННАЯ ОЦЕНКА КАНАЛА ДЛЯ ПРИЕМНИКА СИСТЕМЫ СВЯЗИ Российский патент 2011 года по МПК H04B7/208 

Область техники, к которой относится изобретение

Варианты воплощения изобретения имеют отношение к области связи и, в частности, к системам связи с множественным доступом с ортогональным частотным разделением (OFDMA) или с мультиплексированием с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM).

Уровень техники

Системы OFDM/OFDMA становятся популярными в качестве ключевой технологии для следующего поколения проводной и беспроводной или мобильной связи. Институт инженеров по электронике и радиотехнике (IEEE) предоставил несколько стандартов, поддерживающих беспроводной интерфейс для стационарных и мобильных систем широкополосного беспроводного доступа (BWA) с использованием OFDM/OFDMA, таких как стандарт IEEE 802.16e для мобильных систем BWA.

Одной из проблем, стоящих перед конструктивным исполнением систем OFDM/OFDMA, является оценка характеристики канала в приемнике. Существующие методики обеспечения оценки канала имеют много недостатков. Одна методика выбирает компоненты, меньшие максимальной защитной полосы или эффективной максимальной длины для всех компонентов во временной области. Методика не может являться надежной, поскольку выбранные компоненты не могут являться компонентами эффективной импульсной характеристики канала (CIR). Кроме того, может иметься просачивание спектральных составляющих и искажение сигналов. Другая методика использует минимальную среднеквадратическую ошибку (MMSE) для поиска оптимального решения. Эта методика является сложной, требующей длительных вычислений, и может требовать априорную информацию, например отношение сигнала к шуму (SNR) или информацию о канале, для нахождения оптимального решения с минимальной среднеквадратической ошибкой (MMSE).

Краткое описание чертежей

Варианты воплощения изобретения могут быть наилучшим образом поняты посредством обращения к последующему описанию и сопроводительным чертежам, которые используются для иллюстрирования вариантов воплощения изобретения. На чертежах:

Фиг.1 - схема, иллюстрирующая систему, в которой может быть реализован один вариант воплощения изобретения.

Фиг.2 - схема, иллюстрирующая систему блока связи в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения.

Фиг.3 - схема, иллюстрирующая процессор приемника в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения.

Фиг.4 - схема, иллюстрирующая процессор сигналов в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения.

Фиг.5A - схема, иллюстрирующая структуру кадра в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения.

Фиг.5B - схема, иллюстрирующая блок оценки канала в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения.

Фиг.6 - схема, иллюстрирующая компенсатор, использующий кластеризацию, в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения.

Фиг.7 - схема, иллюстрирующая пример для формирования элементов кластеров в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения.

Фиг.8 - схема, иллюстрирующая компенсатор, использующий обратную оконную функцию, в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения.

Описание

Вариантом воплощения настоящего изобретения является методика обработки сигналов в системе связи. Генератор импульсной характеристики канала (CIR) формирует обработанную с помощью оконной функции и преобразованную во временную область характеристику CIR из принятого сигнала с использованием оконной функции. Пороговый ограничитель выполняет пороговое ограничение обработанной с помощью оконной функции и преобразованной во временную область характеристики CIR. Компенсатор компенсирует оконный эффект для обработанной с помощью оконной функции, преобразованной во временную область и ограниченной порогом характеристики CIR для обеспечения улучшенной оценки канала в частотной области.

В последующем описании формулируются многочисленные конкретные подробности. Однако следует понимать, что варианты воплощения изобретения могут быть осуществлены без этих конкретных подробностей. В других случаях известные схемы, структуры и методики не показаны, чтобы избежать затруднения понимания этого описания.

Один вариант воплощения изобретения может быть описан как процесс, который обычно изображается в виде блок-схемы последовательности операций, схемы алгоритма, структурной схемы или блок-схемы. Хотя блок-схема может описывать операции как последовательный процесс, многие из операций могут быть выполнены параллельно или одновременно. Цикл или итерации в блок-схеме могут быть описаны единственной итерацией. Подразумевается, что индекс цикла или индексы цикла или счетчик или счетчики поддерживаются для обновления соответствующих счетчиков или указателей. Кроме того, порядок операций может быть перестроен. Процесс заканчивается, когда заканчиваются его операции. Процесс может соответствовать способу, программе, процедуре и т.д. Блок-схема может содержать блоки или модули, которые описывают элемент, компонент, устройство, блок, подблок, структуру, способ, процесс, функцию, операцию, функциональность или задачу и т.д. Функциональность или операция могут быть выполнены автоматически или вручную.

Вариантом воплощения изобретения является процессор приемника для беспроводных связей на основе методики OFDM/OFDMA. Процессор приемника включает в себя процессор сигналов для обработки принятого радиочастотного (RF) сигнала, блок оценки канала для обеспечения улучшенной оценки канала с использованием обработанного принятого радиочастотного сигнала и эквалайзер для формирования выровненного сигнала с использованием обработанных сигналов и улучшенной оценки канала. Процессор сигналов выдает принятый сигнал в частотной области. Блок оценки канала включает в себя генератор импульсной характеристики канала (CIR) для формирования обработанной с помощью оконной функции и преобразованной во временную область характеристики CIR из принятого сигнала в частотной области с использованием оконной функции, пороговый ограничитель для порогового ограничения обработанной с помощью оконной функции и преобразованной во временную область характеристики CIR и компенсатор для компенсации оконных эффектов для обработанной с помощью оконной функции, преобразованной во временную область и ограниченной порогом характеристики CIR для обеспечения улучшенной оценки канала в блоке оценки канала в частотной области. В одном варианте воплощения компенсатор компенсирует оконные эффекты для каждого кластера в обработанной с помощью оконной функции, преобразованной во временную область и ограниченной порогом характеристики CIR с использованием предварительно вычисленной обратной матрицы. Поскольку вычисления основаны на частичной размерности, а не полной размерности всей обработанной с помощью оконной функции и преобразованной во временную область характеристики CIR, и инверсия матрицы производится автономно, компенсация является эффективной в вычислительном отношении и имеет простую архитектуру. Кроме того, методика использует адаптивную схему порогового ограничения для удаления шумовых компонентов из первоначально оцененного канала, приводя в результате к эффективной работе. Кроме того, методика не требует априорную информацию, такую как отношение сигнала к шуму (SNR) или информация о канале.

Фиг.1 является схемой, иллюстрирующей систему 100, в которой может быть осуществлен один вариант воплощения изобретения. Система 100 включает в себя базовую станцию (BS) 110 и несколько мобильных станций. В иллюстративных целях показаны только две мобильные станции 120 и 130. Как известно специалистам в области техники, может быть использовано любое количество мобильных станций.

Базовая станция 110 имеет несколько антенн 115₀-115_I-1. Мобильная станция (MS) 120 имеет несколько антенн 125₀-125_L-1. Мобильная станция 130 имеет несколько антенн 135₀-135_M-1. I, L и M являются любыми положительными целыми числами. Мобильные станции 120 или 130 представляют любой мобильный блок или подсистему, например сотовые телефоны, мобильный карманный компьютер (PDA), мобильные карманные устройства или компьютеры. В одном варианте воплощения базовая станция 110 и мобильные станции 120 и 130 совместимы со стандартом OFDM/OFDMA, например со стандартом IEEE 802.16e или IEEE 802.16d.

Мобильная станция 120 включает в себя пользовательский интерфейс 140, устройство 145 ввода данных, элемент 150 отображения, блок 160 связи и контроллер 170. Пользовательский интерфейс предоставляет интерфейс пользователю. Он может включать в себя графический пользовательский интерфейс (GUI), меню, значки и т.д. Устройство 145 ввода данных может включать в себя любые устройства ввода данных, такие как клавиатура, указательное устройство (например, перо), мышь и т.д., чтобы дать пользователю возможность вводить данные или команды. Элемент 150 отображения обеспечивает дисплей. Он может являться дисплеем любого типа, подходящим для мобильных устройств, таким как жидкокристаллический дисплей (LCD) на тонкопленочных транзисторах (TFT), цветной дисплей на скрученных нематических кристаллах (CSTN), дисплей на скрученных нематических кристаллах с двойным сканированием (DSTN), дисплей с высокопроизводительной адресацией (HPA) или любые другие дисплеи с активной или с пассивной матрицей. Блок 160 связи принимает и передает данные через антенны 125₀-125_L-1. Блок 160 связи обеспечивает улучшенную оценку канала в процессоре приемника. Контроллер 170 управляет работой мобильной станции 120, в том числе обрабатывает прием и передачу данных, управляет устройством 145 ввода данных и/или элементом 150 отображения и выполняет другие вспомогательные задачи. Он может включать в себя процессор, дискретный процессор сигналов, микроконтроллер и т.д. и связанные запоминающие устройства и периферийные устройства.

Фиг.2 является схемой, иллюстрирующей блок 160 связи, показанный на фиг.1, в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения. Блок 160 связи включает в себя процессор 210 приемника, процессор 220 передатчика и процессор 230 управления доступом к среде передачи (MAC). Обозначение терминов "приемник" и "передатчик" дано главным образом для ясности. Элемент в процессоре 210 приемника может принадлежать процессору 220 передатчика и наоборот.

Процессор 210 приемника обрабатывает радиочастотные сигналы, принятые от антенн 125 через путь приема нисходящей линии связи (DL). Он выдает декодированный сигнал или поток данных основной полосы частот процессору 230 управления доступом к среде передачи (MAC). Он также может выдавать улучшенную оценку канала процессору 220 передатчика.

Процессор 220 передатчика принимает переданные данные от процессора 230 управления доступом к среде передачи (MAC) для формирования радиочастотных сигналов передачи на антенне 125 через путь передачи восходящей линии связи (UL). Процессор 220 передатчика может включать в себя символьный преобразователь, процессор обратного преобразования из частотной области, блок вставки защитной полосы и входной радиочастотный процессор.

Процессор 230 управления доступом к среде передачи (MAC) выполняет обработку данных на декодированном сигнале от процессора 210 приемника и данных передачи, которые будут отправлены в процессор 220 передатчика. Кроме того, он также может выдавать другие данные управления для процессора 220 передатчика.

Фиг.3 является схемой, иллюстрирующей процессор 210 приемника, показанный на фиг.2, в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения. Процессор 210 приемника включает в себя блок 310 обработки сигналов приема, блок 330 оценки канала, эквалайзер 340, обратный символьный преобразователь 360 и декодер 370.

Блок 310 обработки сигналов соединен с антенной 125. Он обрабатывает сигнал, принятый от антенны 125, и формирует сигнал R_k в частотной области. Сигнал R_k в частотной области может представлять собой последовательность данных, имеющую длину N, где N является положительным целым числом.

Блок 330 оценки канала оценивает характеристику канала с использованием обработанного сигнала из блока 310 обработки сигналов. Блок 330 оценки канала формирует улучшенную оценку uH_k канала для эквалайзера 340.

Эквалайзер 340 формирует выровненный сигнал E_k с использованием обработанных сигналов R_k и улучшенной оценки uH_k канала, выданной блоком 330 оценки канала. Выровненный сигнал E_k может быть вычислен в соответствии со следующим уравнением:

где N - количество точек данных, используемых в блоке 310 обработки сигналов.

Обратный символьный преобразователь 360 производит обратное символьное преобразование сигнала E_k. Декодер 370 декодирует сигнал, над которым произведено обратное символьное преобразование. Декодированный сигнал затем обрабатывается процессором 230 управления доступом к среде передачи (MAC).

Фиг.4 является схемой, иллюстрирующей блок 310 обработки сигналов приема, показанный на фиг.3, в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения. Блок 310 обработки сигналов приема включает в себя входной радиочастотный процессор 410, блок 420 удаления защитной полосы и процессор 430 преобразования в частотную область.

Входной радиочастотный процессор 410 выполняет функции обработки радиочастотного сигнала над соответствующим принятым радиочастотным сигналом. Функции обработки радиочастотного сигнала могут включать в себя преобразование радиочастотного сигнала, фильтрацию, преобразование с понижением частоты и аналого-цифровое преобразование. Блок 420 удаления защиты удаляет защитную полосу из принятого сигнала.

Процессор 430 преобразования в частотную область преобразовывает принятый сигнал в сигнал R_k частотной области, имеющий N точек данных. Сигнал частотной области соответствует обработанному сигналу R_k. Его отправляют в эквалайзер 330 и блок 340 оценки канала. В одном варианте воплощения процессор 430 преобразования в частотную область вычисляет быстрое преобразование Фурье (FFT) соответствующего принятого потока данных, представляющего принятый сигнал, где размер быстрого преобразования Фурье (FFT) равен N.

Фиг.5A является схемой, иллюстрирующей структуру кадра 510 в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения. Структура кадра 510 представляет типичный кадр для системы OFDM или OFDMA. Он может включать в себя один или два символа 512 преамбулы и M символов 514₁-514_M данных, где M является положительным целым числом.

Символ 512 преамбулы может включать в себя символ 520 преамбулы или символ 530 преамбулы. Символ 520 преамбулы состоит из расположенных с одинаковым интервалом контрольных поднесущих. Символ 530 преамбулы 530 состоит из всех контрольных поднесущих из используемых поднесущих, символ 514_i данных состоит из поднесущих данных, помеченных буквой "D", и контрольных поднесущих, называемых контрольным сигналом данных и помеченных буквой "P".

Оценка канала может быть выполнена с использованием контрольных поднесущих из символов 520 или 530 преамбулы и/или символа 514_i данных. В общем случае системы OFDM или OFDMA не используют все поднесущие, количество которых равно количеству N точек данных, используемых в процессоре преобразования в частотную область. Они исключают защитные поднесущие в защитных полосах 540 и 545 из используемых поднесущих.

Фиг.5B является схемой, иллюстрирующей блок 330 оценки канала, показанный на фиг.3, в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения. Блок 330 оценки канала включает в себя генератор 550 импульсной характеристики канала (CIR), пороговый ограничитель 560 и компенсатор 570.

Генератор 550 характеристики CIR формирует обработанную с помощью оконной функции и преобразованную во временную область характеристику CIR из принятого сигнала с использованием оконной функции. Оконная функция может являться любой подходящей оконной функцией. В одном варианте воплощения оконная функция является окном Хана (Hanning). Генератор 550 характеристики CIR включает в себя блок 552 начальной оценки канала, оконный процессор 554 и процессор 556 обратного преобразования из частотной области.

Блок 552 начальной оценки канала формирует начальную оценку iH_k канала в частотной области из принятого сигнала. Начальная оценка iH_k канала может быть вычислена в соответствии со следующим уравнением:

iH_k = интерполяция (iH_k), если необходимо (2b)

где P_k - исходный сигнал, переданный процессором 220 передатчика и априорно известный процессору 210 приемника.

В уравнении (2b) интерполяция iH_k может быть необходима в зависимости от того, как символ преамбулы используется в структуре кадра 510. Если используется преамбула, как в кадре 510, и используются расположенные с одинаковым интервалом контрольные поднесущие, как в символе 520 преамбулы, то начальная оценка канала может быть вычислена в соответствии с уравнением (2a) для распределенных контрольных поднесущих, и затем может быть выполнена интерполяция с использованием этого результата для оценки канала для всех других используемых поднесущих. Если используется преамбула, как в кадре 510, и используются все контрольные поднесущие, как в символе 530 преамбулы, то начальная оценка канала может быть вычислена в соответствии с уравнением (2a) для всех распределенных контрольных поднесущих, и затем интерполяция может быть опущена. Если символ преамбулы не используется, а используется только символ данных, то оценка канала может быть сделана с использованием только контрольных сигналов данных, и затем может быть выполнена интерполяция для всех других поднесущих, или с использованием контрольных сигналов данных и поднесущих данных.

Оконный процессор 554 обрабатывает начальную оценку канала с использованием оконной функции. Эта операция уменьшает неравномерность сигнала вокруг области между эффективным диапазоном сигнала и защитной полосой для смягчения просачивания спектральных составляющих. В одном варианте воплощения оконная функция является окном Хана (Hanning) wF_k, определяемым в соответствии со следующим уравнением:

wF _k =1+cos(2π(k-1)/N), k=1, ..., N (3)

Оконный процессор 554 выполняет оконную обработку посредством умножения начальной оценки iH_k канала на оконную функцию wF_k в соответствии со следующим уравнением:

wH _k =iH _k ·wF _k , k=1, ..., N (4)

Процессор 560 обратного преобразования из частотной области формирует обработанную с помощью оконной функции и преобразованную во временную область характеристику wh_n CIR. Процессор 560 обратного преобразования из частотной области может вычислять обратное быстрое преобразование Фурье (FFT) для обработанной с помощью оконной функции оценки wH_k канала в соответствии со следующим уравнением:

wh _n =IFFT{wH _k }, k=1, ..., N; n=1, ..., N (5)

где IFFT - обратное быстрое преобразование Фурье (FFT).

Полученная в результате обработанная с помощью оконной функции и преобразованная во временную область характеристика wh_n CIR может иметь некоторые шумовые компоненты. Эти шумовые компоненты могут быть удалены пороговым ограничителем 560.

Пороговый ограничитель 560 выполняет пороговое ограничение обработанной с помощью оконной функции и преобразованной во временную область характеристики wh_n CIR для удаления шумовых компонентов. Пороговый ограничитель 520 включает в себя пороговый генератор 562 и пороговую логическую схему 564.

Пороговый генератор 562 вычисляет пороговое значение THR, которое будет использоваться в пороговой логической схеме 564. Пороговое значение THR может представлять собой фиксированную константу или может адаптивно вычисляться в соответствии с состоянием канала и/или другой системной динамикой. Адаптивное пороговое значение является предпочтительным, поскольку оно точно моделирует состояние канала. Пороговый генератор 562 может адаптивно вычислять пороговое значение THR в соответствии со следующими уравнениями:

(6a)

(6b)

где N - размер быстрого преобразования Фурье (FFT), P_p - константа пропорциональности, N_b и N_e - соответственно начальный и конечный индексы обработанной с помощью оконной функции и преобразованной во временную область характеристики wh_n CIR, которые указывают начальную и конечную точки шумовой полосы.

Таким образом, для вычисления порога используются только элементы обработанной с помощью оконной функции и преобразованной во временную область характеристики wh_n CIR, индексы которых находятся внутри индексов N_b и N_e. Индексы N_b и N_e могут быть определены в соответствии с некоторыми системными соображениями. Например, если система OFDM использует значение L_p в качестве длины защитного интервала (или циклического префикса), то индексы N_b и N_e могут быть установлены равными значению L_p. Пороговое значение THR, вычисленное в соответствии с уравнением (6a), принимает во внимание среднюю мощность шума. Поэтому оно может приспособиться к системной динамике или состоянию канала.

Пороговая логическая схема 564 выполняет пороговое ограничение обработанной с помощью оконной функции и преобразованной во временную область характеристики wh_n CIR с использованием порогового значения THR. Она сравнивает значение Pwh_n мощности с пороговым значением THR и формирует обработанную с помощью оконной функции и преобразованную во временную область характеристику th_n CIR с удаленным шумом в соответствии со следующим уравнением:

Другими словами, элемент обработанной с помощью оконной функции и преобразованной во временную область характеристики wh_n CIR считается шумом, если его мощность меньше порогового значения THR, и ему присваивается нулевое значение.

Компенсатор 530 компенсирует оконный эффект обработанной с помощью оконной функции, преобразованной во временную область и ограниченной порогом, или подвергнутой удалению шума, характеристики th_n CIR для обеспечения улучшенной оценки uH_k канала в частотной области. Может иметься две методики реализации компенсатора 530. Одна методика показана на фиг.6, и другая методика показана на фиг.8.

Фиг.6 является схемой, иллюстрирующей компенсатор 530, использующий кластеризацию, в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения. Компенсатор 530 включает в себя генератор 610 кластеров, компенсатор 620 оконного эффекта и процессор 630 преобразования в частотную область.

Генератор 610 кластеров формирует компенсирующий вектор C_m компонентов для кластера m в обработанной с помощью оконной функции, преобразованной во временную область и ограниченной порогом характеристики th_n CIR. Компенсирующий вектор C_m имеет длину cL_m. Генератор 610 кластеров включает в себя генератор 612 индексов кластера и генератор 614 элементов кластера. Генератор 612 индексов кластера формирует вектор xC_m индексов, индексирующий кластер m, который является группой компонентов вокруг эффективного компонента в обработанной с помощью оконной функции, преобразованной во временную область и ограниченной порогом характеристике th_n CIR. Генератор 614 элементов кластера извлекает компенсирующий вектор C_m в группе компонентов, соответствующих вектору xC_m индексов.

Генератор 612 индексов кластера формирует вектор xC_m индексов с использованием группы последовательных нулевых элементов в обработанной с помощью оконной функции, преобразованной во временную область и ограниченной порогом, или подвергнутой удалению шума, характеристике th_n CIR. Может использоваться минимальное количество Nz последовательных нулевых элементов. Генератор 612 индексов кластера включает в себя генераторы начального и конечного индексов для формирования начального индекса xsC_m и конечного индекса xeC_m вектора xC_m индексов для кластера с порядковым номером m с использованием индексов последовательных нулевых элементов. Работа генератора 610 кластеров объяснена далее на фиг.7.

Компенсатор 620 оконного эффекта формирует полный вектор uh_n с компенсацией оконного эффекта из индивидуальных векторов uc_m с использованием векторов uc_m из компенсирующего вектора C_m предопределенной обратной матрицы A_m ^-1 625 оконной функции. Обратная матрица A_m ^-1 625 имеет размерности, соответствующие длине cL_m компенсирующего вектора C_m. Другими словами, матрица A_m является квадратной матрицей, имеющей размерность CL_m×CL_m. Обратная матрица A_m ^-1 625 имеет такую же размерность.

Компенсация оконного эффекта выполняется во временной области. Поскольку умножение в частотной области соответствует свертке во временной области, желательный вектор с компенсацией может быть получен посредством решения уравнения свертки для каждого кластера m. Матрица A_m свертки для каждого кластера m может быть создана с использованием импульсной характеристики оконной функции с размерностью cL_m×cL_m. Для функции окна Хана (Hanning) импульсная характеристика может быть задана в следующем уравнении:

wf _n =0,5δ _n-1 +δ _n +0,5δ _n+1 , n=1, ..., N (8)

Пусть элементы компенсирующего вектора C_m и вектор uc_m с компенсацией оконного эффекта заданы следующим образом:

C _m =[e _m,1 e _m,2 ... e _m,cLm-1 e _m,cLm ] ^T (9a)

uc _m =[uc ₁ uc ₂ ... uc _cLm-1 uc _cLm ] ^T (9b)

где T обозначает транспонирование.

Компенсация оконного эффекта может быть выполнена в соответствии со следующими уравнениями:

(10a)

(10b)

Уравнение (10a) может быть использовано для Nz=4, и уравнение (10b) может быть использовано для Nz=2. Как показано в уравнениях выше, элементы матрицы A_m свертки могут быть известны заранее. Поэтому обратная матрица A_m ^-1 625 может быть вычислена автономно или заранее. В соответствии с этим компенсация оконного эффекта может быть выполнена эффективно без инверсии матрицы и включать в себя только умножение матриц и векторов.

После получения вектора uc_m с компенсацией оконного эффекта для всех кластеров, полная характеристика uh_n CIR с компенсацией оконного эффекта может быть получена следующим образом. Сначала вектор uh_n инициализируется нулевыми элементами в соответствии со следующим уравнением:

uh _n =0, n=1, ..., N (11)

Затем элементы вектора uh_n заполняются соответствующими элементами вектора uc_m в соответствующих местоположениях индекса в соответствии со следующим уравнением:

uh _xCm =uc _m , m=1, ..., M (12)

где xC_m - вектор индексов кластера с порядковым номером m, M - общее количество кластеров.

Процессор 630 преобразования в частотную область вычисляет вектор uH_k в частотной области из вектора uh_n с компенсацией оконного эффекта. Вектор uH_k в частотной области соответствует улучшенной оценке канала. Процессор 630 преобразования в частотную область может вычислить вектор uH_k в частотной области посредством вычисления быстрого преобразования Фурье (FFT) вектора uh_n с компенсацией оконного эффекта. Получающийся в результате вектор uH_k в частотной области получается после удаления шумовых компонентов и компенсации оконных эффектов. В соответствии с этим он ближе к изначальному каналу, чем первоначально оцененный канал iH_k, и обеспечивает улучшение производительности.

Фиг.7 является схемой, иллюстрирующей пример для формирования элементов кластеров в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения.

Методика сначала получает обработанную с помощью оконной функции, преобразованную во временную область и ограниченную порогом, или подвергнутую удалению шума, характеристику th_n CIR с соответствующим вектором iV_n индексов. Например, последовательность th_n имеет N=16 элементов в векторе th_n 710:

th _n =[v ₁ , 0, 0, 0, 0, v ₆ , 0, 0, v ₉ , 0, v ₁₁ , 0, 0, 0, 0, 0]

Вектор iV_n 720 индексов:

iV _n =[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16]

Например, элементом с индексом 1 является v₁, элементом с индексом 2 является 0, и т.д.

Затем определяется минимальная длина Nz последовательностей из нулей. Это значение выбирается как минимальное количество последовательных нулевых значений в последовательности th_n. Это значение может быть выбрано в соответствии с некоторым априорным знанием распределения шумов в последовательности. В примере, показанном на фиг.7, значение Nz выбрано как Nz=4. В последовательности th_n получают кластеры, имеющие длину последовательных нулей, равную или больше, чем это минимальное значение Nz, и последовательность их индексов обозначается как xZ_m, где m - номер кластера. Вектор iV_n имеет два кластера, длина последовательности нулей которых равна или больше чем 4. Это кластеры xZ₁ 730 и xZ₂ 740, где:

xZ ₁ =[2, 3, 4, 5] и xZ ₂ =[12, 13, 14, 15, 16]

Генераторы начального и конечного индексов определяют начальный и конечный индексы для кластера с порядковым номером m следующим образом:

xsC _m =xZ _m-1 (Конец-Nz/2+1) (13a)

xeC _m =xZ _m (Nz-Nz/2) (13b)

"Конец" - это общее количество индексов в векторе xZ_m-1 индексов. Пусть k=Конец-Nz/2+1. Запись xZ_m-1(Конец-Nz/2+1)=xZ_m-1(k) обозначает элемент с порядковым номером k вектора xZ_m-1. Аналогично, пусть j=Nz-Nz/2. Запись xZ_m(Nz-Nz/2)=xZ_m(j) обозначает элемент с порядковым номером j вектора zZ_m. Циклическое свойство последовательности th_n используется, когда m достигает конца количества кластеров. Например, если m=1, то xZ_m-1=xZ₀, который берется за последний кластер в последовательности. В примере, который показан на фиг.7, ему соответствует xZ₂.

Для кластера m=1xsC₁ и xeC₁ определяются как:

xsC ₁ =xZ ₂ (Конец-4/2+1)=[12, 13, 14, 15, 16](5-2+1)=15 (14a)

xeC ₁ =xZ ₁ (4-4/2)=[2, 3, 4, 5](2)=3 (14b)

Для кластера m=2xsC₂ и xeC₂ определяются как:

xsC ₂ =xZ ₁ (Конец-4/2+1)=[2, 3, 4, 5](4-2+1)=4 (15a)

xeC ₂ =xZ ₂ (4-4/2)=[12, 13, 14, 15, 16](2)=13 (15b)

Затем получается конечный вектор xC_m индексов с использованием xsC_m и xeC_m, принимая во внимание циклическое свойство последовательности индексов, то есть, когда индекс достигает конца, последовательность циклически переходит к другому концу. Вектор xC_m индексов получается в соответствии со следующим уравнением:

xC _m =[xsC _m :xeC _m ] (16)

В примере, показанном на фиг.7, xC₁ 760 и xC₂ 770 получаются как:

XC ₁ =[15, 16, 1, 2, 3] (17a)

XC ₂ =[4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13] (17b)

Из вектора xC_m индексов компенсирующий вектор C_m для кластера m получается посредством извлечения элементов, расположенных в соответствующих индексах в векторе xC_m индексов. В примере, показанном на фиг.7, C₁ 765, CL₁ 768, C₂ 775 и cL₂ 778 получаются как:

С ₁ =[0, 0, v ₁ , 0, 0] и cL ₁ =5 (18a)

C ₂ =[0, 0, v ₆ , 0, 0, v ₉ , 0, v ₁₁ , 0, 0] и cL ₂ =10 (18b)

Фиг.8 является схемой, иллюстрирующей компенсатор 530, использующий обратную оконную функцию, в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения. Компенсатор 530 включает в себя процессор 810 преобразования в частотную область и компенсатор 820 оконного эффекта.

Процессор 810 преобразования в частотную область вычисляет вектор в частотной области из обработанной с помощью оконной функции, преобразованной во временную области и ограниченной порогом, или подвергнутой удалению шума, характеристики th_n CIR. Это может быть выполнено посредством вычисления быстрого преобразования Фурье (FFT) последовательности th_n в соответствии со следующим уравнением:

tH _k =FFT{th _n }, n, k=1, ..., N (19)

Компенсатор 820 оконного эффекта формирует вектор uH_k с компенсацией оконного эффекта с использованием обратной оконной функции 830 для оконной функции wF_k, заданной в уравнении (3) выше. Вектор с компенсацией оконного эффекта соответствует улучшенной оценке канала. Вектор uH_k с компенсацией оконного эффекта может быть вычислен в соответствии со следующим уравнением:

(20)

Таким образом, вариант воплощения настоящего изобретения обеспечивает улучшенную оценку канала в приемнике блока 160 связи. Методика является эффективной в вычислительном отношении, имеет простую архитектуру, обеспечивает улучшение производительности по сравнению с существующим методикам и не требует знания отношения сигнала к шуму (SNR) и/или информации о канале.

Элементы вариантов воплощения изобретения могут быть реализованы посредством аппаратного оборудования, встроенного программного обеспечения, программного обеспечения или любой их комбинации. Термин "аппаратное оборудование" в общем случае имеет отношение к элементу, имеющему физическую структуру, например к электронным, электромагнитным, оптическим, электрооптическим, механическим, электромеханическим частям, компонентам или устройствам и т.д. Термин "программное обеспечение" в общем случае имеет отношение к логической структуре, методу, процедуре, программе, подпрограмме, процессу, алгоритму, формуле, функции, выражению и т.д. Термин "встроенное программное обеспечение" в общем случае имеет отношение к логической структуре, методу, процедуре, программе, подпрограмме, процессу, алгоритму, формуле, функции, выражению и т.д., которые реализованы или воплощены в структуре аппаратного оборудования (например, во флэш-памяти). Примеры встроенного программного обеспечения могут включать микрокод, перезаписываемую память управления, микропрограммную структуру. При реализации в программном обеспечении или встроенном программном обеспечении элементы варианта воплощения настоящего изобретения по существу являются сегментами кода для выполнения необходимых задач. Программное обеспечение/встроенное программное обеспечение может включать в себя фактический код для выполнения операций, описанных в одном варианте воплощения изобретения, или код, который эмулирует или моделирует эти операции. Программа или сегменты кода могут быть сохранены в процессоре или доступном с помощью машины носителе или переданы посредством сигнала компьютерных данных, воплощенного в несущей или в сигнале, модулированном несущей, через среду передачи. "Читаемый или доступный с помощью процессора носитель" или "читаемый или доступный с помощью машины носитель" может включать в себя любой носитель, который может хранить, передавать или переносить информацию. Примеры читаемого с помощью процессора или доступного с помощью машины носителя включают в себя электронную схему, полупроводниковое запоминающее устройство, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ; ROM), флэш-память, стираемое постоянное запоминающее устройство (СПЗУ; EROM), стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (СППЗУ; EPROM), гибкую дискету, постоянное запоминающее устройство на компакт-диске (CD), оптический диск, жесткий диск, оптоволоконную передающую среду, радиочастотную (RF) линию связи и т.д. Сигнал компьютерных данных может включать в себя любой сигнал, который может распространяться по передающей среде, такой как каналы электронной сети, оптоволокно, эфир, электромагнитные линии связи, радиочастотные линии связи и т.д. Сегменты кода могут быть загружены через компьютерные сети, такие как Интернет, интранет и т.д. Доступный с помощью машины носитель может быть воплощен в изделии производства. Доступный с помощью машины носитель может включать в себя данные, которые при доступе к ним машины заставляют машину выполнять описанные выше операции. Доступный с помощью машины носитель также может включать в себя встроенный в него программный код. Программный код может включать в себя машиночитаемый код для выполнения описанных выше операций. Термин "данные" здесь имеет отношение к любому типу информации, которая закодирована для машиночитаемых целей. Таким образом, он может включать в себя программу, код, данные, файл и т.д.

Весь вариант воплощения изобретения или его часть могут быть реализованы посредством аппаратного оборудования, программного обеспечения, встроенного программного обеспечения или любой их комбинации. Элемент аппаратного оборудования, программного обеспечения или встроенного программного обеспечения может иметь несколько модулей, присоединенных друг к другу. Модуль аппаратного оборудования присоединяется к другому модулю посредством механических, электрических, оптических, электромагнитных или любых физических соединений. Модуль программного обеспечения присоединяется к другому модулю посредством функции, процедуры, метода, подпрограммы или вызова подпрограммы, перехода, ссылки, параметра, переменной и передачи параметров, возвращаемого функцией значения и т.д. Модуль программного обеспечения присоединяется к другому модулю для приема переменных, параметров, аргументов, указателей и т.д. и/или для формирования или передачи результатов, обновленных переменных, указателей и т.д. Модуль встроенного программного обеспечения присоединяется к другому модулю посредством любой комбинации указанных выше способов присоединения аппаратного оборудования и программного обеспечения. Модуль аппаратного оборудования, программного обеспечения или встроенного программного обеспечения может быть присоединен к любому другому модулю аппаратного оборудования, программного обеспечения или встроенного программного обеспечения. Модуль также может являться программным драйвером или интерфейсом для взаимодействия с операционной системой, работающей на платформе. Модуль также может являться драйвером аппаратуры для конфигурирования, настройки, инициализации аппаратного устройства, отправки данных ему и приема данных от него. Устройство может включать в себя любую комбинацию модулей аппаратного оборудования, программного обеспечения и встроенного программного обеспечения.

Хотя изобретение было описано в терминах нескольких вариантов воплощения, специалисты в области техники поймут, что изобретение не ограничено описанными вариантами воплощения, но может быть осуществлено на практике с модификациями и изменениями в пределах сущности и объема, определенных приложенной формулой изобретения. Таким образом, описание должно быть расценено как иллюстративное, а не ограничивающее.

Изобретение относится к области связи. Вариантом воплощения настоящего изобретения является методика обработки сигналов в системе связи. Генератор импульсной характеристики канала (CIR) формирует обработанную с помощью оконной функции и преобразованную во временную область характеристику CIR из принятого сигнала с использованием оконной функции. Пороговый ограничитель выполняет пороговое ограничение обработанной с помощью оконной функции и преобразованной во временную область характеристики CIR. Компенсатор компенсирует оконный эффект для обработанной с помощью оконной функции, преобразованной во временную область и ограниченной порогом характеристики CIR для обеспечения улучшенной оценки канала в частотной области. Техническим результатом является улучшение оценки характеристики канала. 4 н. и 24 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Устройство для оценки канала в системе связи, содержащее
генератор импульсной характеристики канала (CIR) для формирования обработанной с помощью оконной функции и преобразованной во временную область характеристики CIR из принятого сигнала с использованием оконной функции;
пороговый ограничитель, присоединенный к генератору характеристики CIR, для порогового ограничения обработанной с помощью оконной функции и преобразованной во временную область характеристики CIR; и
компенсатор, присоединенный к пороговому ограничителю, для компенсации оконного эффекта для обработанной с помощью оконной функции, преобразованной во временную область и ограниченной порогом характеристики CIR для обеспечения улучшенной оценки канала в частотной области, причем компенсатор содержит генератор кластеров, присоединенный к пороговому ограничителю, для формирования компенсирующего вектора компонентов в обработанной с помощью оконной функции, преобразованной во временную область и ограниченной порогом характеристике CIR.

2. Устройство по п.1, в котором генератор характеристики CIR содержит
блок начальной оценки канала для формирования начальной оценки канала в частотной области из принятого сигнала;
оконный процессор, присоединенный к блоку начальной оценки канала, для обработки начальной оценки канала с использованием оконной функции; и
процессор обратного преобразования из частотной области, присоединенный к оконному процессору, для формирования обработанной с помощью оконной функции и преобразованной во временную область характеристики CIR.

3. Устройство по п.1, в котором пороговый ограничитель содержит
пороговый генератор для вычисления порогового значения; и пороговую логическую схему, присоединенную к пороговому генератору, для порогового ограничения обработанной с помощью оконной функции и преобразованной во временную область характеристики CIR с использованием порогового значения.

4. Устройство по п.1, в котором компенсатор дополнительно содержит
компенсатор оконного эффекта для формирования вектора с компенсацией оконного эффекта из компенсирующего вектора с использованием предопределенной обратной матрицы оконной функции, имеющей размерности, соответствующие длине компенсирующего вектора; и
процессор преобразования в частотную область, присоединенный к компенсатору оконного эффекта, для вычисления вектора в частотной области из вектора с компенсацией оконного эффекта, вектор в частотной области соответствует улучшенной оценке канала.

5. Устройство по п.4, в котором генератор кластеров содержит
генератор индексов кластера для формирования вектора индексов, индексирующего группу компонентов вокруг эффективного компонента в обработанной с помощью оконной функции, преобразованной во временную область и ограниченной порогом характеристики CIR; и
генератор элементов кластера для извлечения компенсирующего вектора в группе компонентов, соответствующих вектору индексов.

6. Устройство по п.5, в котором генератор индексов кластера формирует вектор индексов с использованием группы последовательных нулевых элементов в обработанной с помощью оконной функции, преобразованной во временную область и ограниченной порогом характеристике CIR.

7. Устройство по п.6, в котором генератор индексов кластера содержит генератор начального и конечного индексов для формирования начального индекса и конечного индекса вектора индексов с использованием индексов последовательных нулевых элементов.

8. Устройство по п.3, в котором пороговый генератор формирует пороговое значение адаптивно в соответствии с состоянием канала.

9. Устройство по п.1, в котором принятый сигнал является совместимым со стандартом множественного доступа с ортогональным частотным разделением каналов (OFDMA).

10. Способ оценки канала в системе связи, содержащий этапы, на которых
формируют обработанную с помощью оконной функции и преобразованную во временную область характеристику CIR из принятого сигнала с использованием оконной функции;
выполняют пороговое ограничение обработанной с помощью оконной функции и преобразованной во временную область характеристики CIR; и
компенсируют оконный эффект для обработанной с помощью оконной функции, преобразованной во временную область и ограниченной порогом характеристики CIR для обеспечения улучшенной оценки канала в частотной области, при этом этап компенсации содержит этап, на котором формируют компенсирующий вектор компонентов в обработанной с помощью оконной функции, преобразованной во временную область на ограниченной порогом характеристике CIR.

11. Способ по п.10, в котором формирование обработанной с помощью оконной функции и преобразованной во временную область характеристики CIR содержит этапы, на которых
формируют начальную оценку канала в частотной области из принятого сигнала;
обрабатывают начальную оценку канала с использованием оконной функции; и
формируют обработанную с помощью оконной функции и преобразованную во временную область характеристику CIR с использованием функции обратного преобразования из частотной области.

12. Способ по п.10, в котором выполнение порогового ограничения содержит этапы, на которых
вычисляют пороговое значение; и
выполняют пороговое ограничение обработанной с помощью оконной функции и преобразованной во временную область характеристики CIR с использованием порогового значения.

13. Способ по п.10, в котором компенсация содержит этапы, на которых
формируют вектор с компенсацией оконного эффекта из компенсирующего вектора с использованием предопределенной обратной матрицы оконной функции, имеющей размерности, соответствующие длине компенсирующего вектора; и
вычисляют вектор в частотной области из вектора с компенсацией оконного эффекта, вектор в частотной области соответствует улучшенной оценке канала.

14. Способ по п.13, в котором формирование компенсирующего вектора содержит этапы, на которых
формируют вектор индексов, индексирующий группу компонентов вокруг эффективного компонента в обработанной с помощью оконной функции, преобразованной во временную область и ограниченной порогом характеристике CIR; и
извлекают компенсирующий вектор в группе компонентов, соответствующих вектору индексов.

15. Способ по п.14, в котором формирование вектора индексов содержит этап, на котором формируют вектор индексов с использованием группы последовательных нулевых элементов в обработанной с помощью оконной функции, преобразованной во временную область и ограниченной порогом характеристике CIR.

16. Способ по п.15, в котором формирование вектора индексов содержит этап, на котором формируют начальный индекс и конечный индекс вектора индексов с использованием индексов последовательных нулевых элементов.

17. Способ по п.12, в котором вычисление порогового значения содержит этап, на котором вычисляют пороговое значение адаптивно в соответствии с состоянием канала.

18. Способ по п.10, в котором принятый сигнал является совместимым со стандартом множественного доступа с ортогональным частотным разделением каналов (OFDMA).

19. Устройство для оценки канала в системе связи, содержащее
средство для формирования обработанной с помощью оконной функции и преобразованной во временную область характеристики CIR из принятого сигнала с использованием оконной функции;
средство для порогового ограничения обработанной с помощью оконной функции и преобразованной во временную область характеристики CIR; и
средство для компенсации оконного эффекта для обработанной с помощью оконной функции, преобразованной во временную область и
ограниченной порогом характеристики CIR для обеспечения улучшенной оценки канала в частотной области, причем средство для компенсации содержит средство формирования компенсирующего вектора компонентов в обработанной с помощью оконной функции, преобразованной во временную область и ограниченной порогом характеристике CIR.

20. Устройство по п.19, в котором средство для формирования обработанной с помощью оконной функции и преобразованной во временную область характеристики CIR содержит
средство для формирования начальной оценки канала в частотной области из принятого сигнала;
средство для обработки начальной оценки канала с использованием оконной функции; и
средство для формирования обработанной с помощью оконной функции и преобразованной во временную область характеристики CIR с использованием функции обратного преобразования из частотной области.

21. Устройство по п.19, в котором средство для порогового ограничения содержит
средство для вычисления порогового значения; и
средство для порогового ограничения обработанной с помощью оконной функции и преобразованной во временную область характеристики CIR с использованием порогового значения.

22. Устройство по п.19, в котором средство для компенсации содержит
средство для формирования вектора с компенсацией оконного эффекта из компенсирующего вектора с использованием предопределенной обратной матрицы оконной функции, имеющей размерности, соответствующие длине компенсирующего вектора; и
средство для вычисления вектора в частотной области из вектора с компенсацией оконного эффекта, при этом вектор в частотной области соответствует улучшенной оценке канала.

23. Устройство по п.22, в котором средство для формирования компенсирующего вектора содержит
средство для формирования вектора индексов, индексирующего группу компонентов вокруг эффективного компонента в обработанной с помощью оконной функции, преобразованной во временную область и ограниченной порогом характеристике CIR; и
средство для извлечения компенсирующего вектора в группе компонентов, соответствующих вектору индексов.

24. Машиночитаемое устройство, содержащее блок памяти, имеющий один или более модулей программного обеспечения для оценки канала в системе связи, запомненных на нем, причем один или более модулей программного обеспечения являются исполняемыми посредством одного или более процессоров, и один или более модулей программного обеспечения содержат
код для формирования обработанной с помощью оконной функции и преобразованной во временную область характеристики CIR из принятого сигнала с использованием оконной функции;
код для порогового ограничения обработанной с помощью оконной функции и преобразованной во временную область характеристики CIR; и
код для компенсации оконного эффекта для обработанной с помощью оконной функции, преобразованной во временную область и ограниченной порогом характеристики CIR для обеспечения улучшенной оценки канала в частотной области, причем код для компенсации содержит код для формирования компенсирующего вектора компонентов в обработанной с помощью оконной функции, преобразованной во временную область и ограниченной порогом характеристике CIR.

25. Машиночитаемое устройство по п.24, в котором код для формирования обработанной с помощью оконной функции и преобразованной во временную область характеристики CIR содержит
код для формирования начальной оценки канала в частотной области из принятого сигнала;
код для обработки начальной оценки канала с использованием оконной функции; и
код для формирования обработанной с помощью оконной функции и преобразованной во временную область характеристики CIR с использованием функции обратного преобразования из частотной области.

26. Машиночитаемое устройство по п.24, в котором код для порогового ограничения содержит
код для вычисления порогового значения; и
код для порогового ограничения обработанной с помощью оконной функции и преобразованной во временную область характеристики CIR с использованием порогового значения.

27. Машиночитаемое устройство по п.24, в котором код для компенсации содержит
код для формирования вектора с компенсацией оконного эффекта из компенсирующего вектора с использованием предопределенной обратной матрицы оконной функции, имеющей размерности, соответствующие длине компенсирующего вектора; и
код для вычисления вектора в частотной области из вектора с компенсацией оконного эффекта, при этом вектор в частотной области соответствует улучшенной оценке канала.

28. Машиночитаемое устройство по п.27, в котором код для формирования компенсирующего вектора содержит
код для формирования вектора индексов, индексирующего группу компонентов вокруг эффективного компонента в обработанной с помощью оконной функции, преобразованной во временную область и ограниченной порогом характеристике CIR; и
код для извлечения компенсирующего вектора в группе компонентов, соответствующих вектору индексов.