專利名稱：無線通訊系統(tǒng)的信道及其延遲擴展時間的估測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線通訊系統(tǒng)的信道及其延遲擴展時間(delay spread)的估測方法。
背景技術(shù)：
在無線通訊系統(tǒng)中，欲傳遞的信號是由發(fā)射端的天線發(fā)射出去后，經(jīng)由空氣傳播并由一接收端的天線接收。其中，該傳遞信號由發(fā)射端至接收端的傳遞路徑即稱為該無線通訊系統(tǒng)的信道。該信道會改變該傳遞信號的振幅及相位，故在接收端所接收的傳遞信號和在發(fā)射端所發(fā)射的傳遞信號并不相同，其差異即由該無線通訊系統(tǒng)的信道所造成。據(jù)此， 除了擁有在接收端所接收的信號，還必須了解該無線通訊系統(tǒng)的信道的分布，才能針對該接收信號進行還原以得到原本的傳遞信號。一般而言，無線通訊系統(tǒng)均是對其信道進行估測以推算信道的分布?，F(xiàn)行的無線通訊系統(tǒng)存在多種信道的估測方法，其中在使用正交分頻多用 (orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)的無線通訊系統(tǒng)中，經(jīng)常利用導頻信號(Pilot signal)估測信道。導頻信號散布于不同時間的不同子載波(subcarrier) 中，并攜帶接收端已知的導頻值。最常見的信道估測方法之一采用最小均方誤差(minimum mean square error, MMSE)算法。在最小均方誤差算法中，多半假設信道的功率延遲分布 (power delay profile,PDP)為均勻分布或呈指數(shù)衰減。然而，不論是何種信道模型，現(xiàn)行的信道功率延遲分布估測方法多半需要二階(second-order)以上的統(tǒng)計量，這將會增加系統(tǒng)的計算量。此外，研究人員亦相繼提出各種延遲擴展時間的估測方法以推算信道的功率延遲分布。在各種延遲擴展時間的估測方法中，有一種方法假設延遲擴展時間和信道傳送函數(shù)(channel transfer function)白勺平面交叉率(level crossing rate)成反比。然而， 為正確計算平面交叉率，需要相當密集的對信道的頻率響應作取樣。另外，另一種方法根據(jù)正交分頻多用系統(tǒng)中的循環(huán)前綴(cyclic prefix)的自相關(guān)函數(shù)(auto correlation function)計算具有指數(shù)衰減的功率延遲分布的信道的延遲擴展時間的方均根值(root mean square，RMS)。其它方法包含根據(jù)信道的頻率響應或接收信號的交叉相關(guān)函數(shù)(cross correlation function)估測延遲擴展時間。然而，上述方法皆需要大量的計算。此外，上述方法皆需要近乎完整的信道參數(shù)，包含時域和頻域的數(shù)據(jù)。由于在現(xiàn)行使用正交分頻多用的無線通訊系統(tǒng)中，導頻信號間散布相當遠，上述數(shù)據(jù)將難以獲得。據(jù)此，業(yè)界所需要的是一種無線通訊系統(tǒng)的信道及其延遲擴展時間的估測方法， 其可快速簡單的通過觀察信道的形狀特性估測延遲擴展時間，并進而估測無線通訊系統(tǒng)的信道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的無線通訊系統(tǒng)的信道及其延遲擴展時間的估測方法根據(jù)信道的頻率響應的形狀特性(例如該信道的頻率響應的形狀的斜率及曲率)正比于延遲擴展時間的特性，以通過計算信道的頻率響應的形狀特性估算信道的延遲擴展時間。根據(jù)該估算的延遲擴展時間，即可估算該信道的分布。本發(fā)明公開一種用于無線通訊系統(tǒng)的信道估測方法。其中該方法先獲取經(jīng)由一無線通訊系統(tǒng)的信道的多個導頻信號。根據(jù)這些導頻信號的值及相對位置計算至少一個代表該信道的頻率響應的形狀特性的參數(shù)值。及根據(jù)所述至少一個參數(shù)值決定信道的延遲擴展時間。本發(fā)明另公開一種應用于無線通訊系統(tǒng)的信道的延遲擴展時間的估測方法。其中該方法先獲取經(jīng)由一無線通訊系統(tǒng)的信道的多個導頻信號。根據(jù)所述導頻信號的值及相對位置計算至少一個參數(shù)值，其中該參數(shù)值代表該信道的頻率響應的形狀特性。根據(jù)所述至少一個參數(shù)值決定一代表參數(shù)值。及根據(jù)該代表參數(shù)值決定一延遲擴展時間。上文已經(jīng)概略地敘述本發(fā)明的技術(shù)特征，從而使下文的詳細描述得以獲得了解。 構(gòu)成本發(fā)明的專利保護范圍的其它技術(shù)特征將描述于下文。本領(lǐng)域技術(shù)人員應可了解，下文公開的概念與特定實施例可作為基礎(chǔ)而相當輕易地予以修改或設計其它結(jié)構(gòu)或制造方法而實現(xiàn)與本發(fā)明相同的目的。本領(lǐng)域技術(shù)人員亦應可了解，這類等效的建構(gòu)并無法脫離本發(fā)明的申請專利范圍所提出的本發(fā)明的精神和范圍。


圖1顯示在一雙輸入雙輸出系統(tǒng)下，導頻信號于空間串流信號的表示圖；圖2顯示在一四輸入雙輸出系統(tǒng)下，導頻信號于空間串流信號的表示圖；圖3顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的應用于無線通訊系統(tǒng)的信道的延遲擴展時間的估測方法的流程圖；圖4顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的導頻信號的值及理想頻率響應；圖5顯示根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的應用于無線通訊系統(tǒng)的信道的延遲擴展時間的估測方法的流程圖；圖6顯示根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的應用于無線通訊系統(tǒng)的信道的延遲擴展時間的估測方法的流程圖；圖7顯示根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的導頻信號的值及理想頻率響應；圖8顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的應用于無線通訊系統(tǒng)的信道估測方法的流程圖；以及圖9顯示根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的應用于無線通訊系統(tǒng)的信道估測方法的流程圖。主要組件符號說明301 304 步驟501 504 步驟601 605 步驟801 805 步驟901 905 步驟
具體實施例方式本發(fā)明在此所探討的方向為一種無線通訊系統(tǒng)的信道及其延遲擴展時間的估測方法。為了能徹底地了解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳盡的步驟。顯然地，本發(fā)明的施行并未限定于本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的特殊細節(jié)。另一方面，眾所周知的步驟并未描述于細節(jié)中，以避免造成本發(fā)明不必要的限制。本發(fā)明的多個實施例會詳細描述如下，然而除了這些詳細描述之外，本發(fā)明還可以廣泛地施行在其它的實施例中，且本發(fā)明的范圍不受限定，其以本發(fā)明的專利范圍為準。在一個隨著時間改變的無線通訊系統(tǒng)中(time-varying system)，信道傳送函數(shù)于時域和頻域的自相關(guān)函數(shù)可拆解為rH(At，Af) =rH(At) ·ι·Η(Δ ·)。rH(At) 和rH(Af)可近似為sine函數(shù)，并可為下列表示，rH(At) = sine (2 Ji fD Δ t),以及 rH(Af) = smc^TmAf)e-j2^'Af，其中fD為最大都卜勒頻率，τω為延遲擴展時間，而Tshift
為多路徑強度分布的位移量。τ m(即延遲擴展時間)為本發(fā)明的無線通訊系統(tǒng)的信道及其延遲擴展時間的估測方法所預估測的值，而fD和τ shift則不在本發(fā)明討論范圍。在現(xiàn)行的使用正交分頻多用的無線通訊系統(tǒng)中，例如電機電子工程師協(xié)會 (Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE)所制定的 802· 16m 標準的無線通訊系統(tǒng)，接收端并不一定可分配到所有子載波的信號。例如在某種情形下，一接收端將只分配到一資源單元(resource unit, RU)，其中一資源單元僅包含18個連續(xù)的子載波，其中亦包含少數(shù)的導頻信號，如圖1及圖2。在這種情況下，接收端將難以通過所述少數(shù)的導頻信號估測整個信道的分布。據(jù)此，現(xiàn)有用以估測無線通訊系統(tǒng)的信道及其延遲擴展時間的技術(shù)將難以適用。然而，由于延遲擴展時間反比于信道的相干帶寬(coherent bandwidth)，本發(fā)明即通過觀察信道的形狀特性估測延遲擴展時間。具體而言，本發(fā)明利用至少一個參數(shù)值代表信道的頻率響應的形狀特性，例如信道的頻率響應的形狀的至少一個斜率值或是信道的頻率響應的形狀的至少一個曲率值，以達到估測信道的目的。圖1顯示一包含2組串流信號(data stream)的資源單元的表示圖。據(jù)此，該資源單元僅具有18個子載波的信號。圖中標記1的導頻信號分配給第1個串流信號，而標記 2的導頻信號分配給第2個串流信號。如圖1所示，導頻信號根據(jù)不同時間散布于不同的子載波中。圖2顯示一包含4組串流信號(data stream)的資源單元的表示圖。相同的，該資源單元僅具有18個子載波的信號。圖中標記1的導頻信號分配給第1個串流信號，標記 2的導頻信號分配給第2個串流信號，標記3的導頻信號分配給第3個串流信號，而標記4 的導頻信號分配給第4個串流信號。如圖2所示，導頻信號根據(jù)不同時間散布于不同的子載波中。從圖1可知，在一雙輸入雙輸出系統(tǒng)下，若一接收端僅分配一資源單元，在接收到 6個符元(symbol)后，各空間串流信號僅具有6個導頻信號。相似的，從圖2可知，在一四輸入雙輸出系統(tǒng)下，若一接收端僅分配一資源單元，在接收到6個符元(symbol)后，各空間串流信號僅具有4個導頻信號。由于僅能獲得片段的頻率信息，現(xiàn)有用以估測信道及其延遲擴展時間的方法將難以應用。圖3顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的應用于無線通訊系統(tǒng)的信道的延遲擴展時間的估測方法的流程圖。在步驟301，獲取經(jīng)由一無線通訊系統(tǒng)的信道的多個導頻信號，并進入步驟302。在步驟302，根據(jù)所述導頻信號的值及相對位置計算至少一個斜率值，并進入步驟303。在步驟303，根據(jù)所述至少一個斜率值決定一代表斜率值，并進入步驟304。在步驟304，根據(jù)該代表斜率值估測該信道的延遲擴展時間。由于各接收的導頻信號的值代表信道于該子載波的頻率響應，本發(fā)明利用信道的頻率響應的形狀的斜率反比于信道的相干帶寬的特性，以及延遲擴展時間反比于信道的相干帶寬的特性，推導出信道的頻率響應的形狀的斜率正比于延遲擴展時間的特性。據(jù)此，即可通過計算信道的頻率響應的形狀的斜率，估算信道的延遲擴展時間。再參見圖1，并應用圖3的方法，在步驟301，獲取多個導頻信號第1個空間串流信號于第1時間第1個子載波所接收的導頻信號的值為0. 3145 ；第1個空間串流信號于第 2時間第17個子載波所接收的導頻信號的值為0. 1958 ；第1個空間串流信號于第3時間第9個子載波所接收的導頻信號的值為0. 3237。在步驟302，根據(jù)所述導頻信號的值及相對位置計算至少一個斜率值圖4顯示即所述導頻信號的值，亦即信道于所述導頻信號所在子載波的頻率響應。圖中的圓點即為所述導頻信號的值，而圖中的曲線則為理想的信道頻率響應。如圖4所示，該三點導頻信號的值可定義出兩個斜率值Sl和S2，其絕對值分別為0. 00115和0. 01599。在步驟303，根據(jù)所述至少一個斜率值決定一代表斜率值由于較小斜率值所對應的子載波間可能有本地極值而使得延遲擴展時間的估測較不準確，本實施例采用最大斜率值以估測延遲擴展時間。因此，決定斜率值S2為代表斜率值。在步驟304， 根據(jù)該代表斜率值估測該信道的延遲擴展時間。在本實施例中，為節(jié)省計算量，先將不同斜率和對應的延遲擴展時間存成一查找表。據(jù)此，該代表斜率值S2通過一查找表對應至該延遲擴展時間。在本發(fā)明的部分實施例中，亦可根據(jù)信道的頻率響應的形狀的曲率反比于信道的相干帶寬的特性，以及延遲擴展時間反比于信道的相干帶寬的特性，推導出信道的頻率響應的形狀的曲率正比于延遲擴展時間的特性。據(jù)此，即可通過計算信道的頻率響應的形狀的曲率，估算信道的延遲擴展時間。圖5顯示根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的應用于無線通訊系統(tǒng)的信道的延遲擴展時間的估測方法的流程圖。在步驟501，獲取經(jīng)由一無線通訊系統(tǒng)的信道的多個導頻信號，并進入步驟502。在步驟502，根據(jù)所述導頻信號的值及相對位置計算至少一個曲率值，并進入步驟503。在步驟503，根據(jù)所述至少一個曲率值決定一代表曲率值，并進入步驟504。在步驟504，根據(jù)該代表曲率值估測該信道的延遲擴展時間。在本發(fā)明的部分實施例中，若假設Zi(S) = [Xi(s), Yi(S)]為一曲線上的一點，則可利用
權(quán)利要求
1.一種應用于無線通訊系統(tǒng)的信道估測方法，其特征在于，包含下列步驟獲取經(jīng)由一無線通訊系統(tǒng)的信道的多個導頻信號；根據(jù)所述導頻信號的值及相對位置計算至少一個參數(shù)值，其中所述至少一個參數(shù)值代表該信道的頻率響應的形狀特性；根據(jù)所述至少一個參數(shù)值決定一代表參數(shù)值；根據(jù)該代表參數(shù)值決定一延遲擴展時間；以及根據(jù)該延遲擴展時間估測該信道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應用于無線通訊系統(tǒng)的信道估測方法，其特征在于，進一步包含下列步驟增加至少一個虛擬導頻信號至所述導頻信號，其中所述至少一個虛擬導頻信號對應至所述獲取的導頻信號于相同位置不同時間的虛擬值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應用于無線通訊系統(tǒng)的信道估測方法，其特征在于，其在該無線通訊系統(tǒng)的一接收端執(zhí)行，且該增加至少一個虛擬導頻信號的步驟在該接收端的速度大于一臨界值時執(zhí)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應用于無線通訊系統(tǒng)的信道估測方法，其特征在于，所述導頻信號是由一資源單元所獲取。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應用于無線通訊系統(tǒng)的信道估測方法，其特征在于，所述至少一個參數(shù)值為該信道的頻率響應的形狀的至少一個斜率值，而該代表參數(shù)值為所述至少一個斜率值中的一個。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的應用于無線通訊系統(tǒng)的信道估測方法，其特征在于，該代表斜率值為所述至少一個斜率值的絕對值中最大者。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應用于無線通訊系統(tǒng)的信道估測方法，其特征在于，所述至少一個參數(shù)值為該信道的頻率響應的形狀的至少一個曲率值，而該代表參數(shù)值為所述至少一個曲率值中的一個。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應用于無線通訊系統(tǒng)的信道估測方法，其特征在于，所述至少一個曲率值的計算方式可根據(jù)下列公式曲率=O^jXi+Xi+i)2+(Yi-^yjyw)2,其中Xi為一第一導頻信號的索引值，為該第一導頻信號的值，Xh和xi+1分別為相鄰該第一導頻信號的一第二導頻信號和一第三導頻信號的索引值，而Yh和yi+1分別為該第二導頻信號和第三導頻信號的值。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的應用于無線通訊系統(tǒng)的信道估測方法，其特征在于，該代表曲率值為所述至少一個曲率值的平均值。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應用于無線通訊系統(tǒng)的信道估測方法，其特征在于，該代表參數(shù)值通過一查找表對應至該延遲擴展時間。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應用于無線通訊系統(tǒng)的信道估測方法，其特征在于，該估測信道的頻率部分的自相關(guān)函數(shù)具有一相干帶寬并均勻分布，且該相干帶寬反比于該延遲擴展時間。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應用于無線通訊系統(tǒng)的信道估測方法，其特征在于，該估測信道的頻率部分的自相關(guān)函數(shù)具有一相干帶寬且呈指數(shù)性衰減，且該相干帶寬反比于該延遲擴展時間。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應用于無線通訊系統(tǒng)的信道估測方法，其特征在于，其應用于電機電子工程師協(xié)會所制定的802. 16標準的無線通訊系統(tǒng)。
14.一種應用于無線通訊系統(tǒng)的信道的延遲擴展時間的估測方法，其特征在于，包含下列步驟獲取經(jīng)由一無線通訊系統(tǒng)的信道的多個導頻信號；根據(jù)所述導頻信號的值及相對位置計算至少一個參數(shù)值，其中所述至少一個參數(shù)值代表該信道的頻率響應的形狀特性；根據(jù)所述至少一個參數(shù)值決定一代表參數(shù)值；以及根據(jù)該代表斜率值估測該信道的延遲擴展時間。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的應用于無線通訊系統(tǒng)的信道的延遲擴展時間的估測方法， 其特征在于，進一步包含下列步驟增加至少一個虛擬導頻信號至所述導頻信號，其中所述至少一個虛擬導頻信號對應至所述獲取的導頻信號于相同位置不同時間的虛擬值。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的應用于無線通訊系統(tǒng)的信道的延遲擴展時間的估測方法， 其特征在于，其系在該無線通訊系統(tǒng)的一接收端執(zhí)行，且該增加至少一個虛擬導頻信號的步驟在該接收端的速度大于一臨界值時執(zhí)行。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的應用于無線通訊系統(tǒng)的信道的延遲擴展時間的估測方法， 其特征在于，所述導頻信號是由一資源單元所獲取。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的應用于無線通訊系統(tǒng)的信道的延遲擴展時間的估測方法， 其特征在于，所述至少一個參數(shù)值為該信道的頻率響應的形狀的至少一個斜率值，而該代表參數(shù)值為所述至少一個斜率值中的一個。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的應用于無線通訊系統(tǒng)的信道的延遲擴展時間的估測方法， 其特征在于，該代表斜率值為所述至少一個斜率值的絕對值中最大者。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的應用于無線通訊系統(tǒng)的信道的延遲擴展時間的估測方法， 其特征在于，所述至少一個參數(shù)值為該信道的頻率響應的形狀的至少一個曲率值，而該代表參數(shù)值為所述至少一個曲率值中的一個。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的應用于無線通訊系統(tǒng)的信道的延遲擴展時間的估測方法， 其特征在于，所述至少一個曲率值的計算方式可根據(jù)下列公式曲率=O^jxJxw)2+(Yi-^yjyw)2,其中Xi為一第一導頻信號的索引值，為該第一導頻信號的值，Xh和xi+1分別為相鄰該第一導頻信號的一第二導頻信號和一第三導頻信號的索引值，而Yh和yi+1分別為該第二導頻信號和第三導頻信號的值。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的應用于無線通訊系統(tǒng)的信道的延遲擴展時間的估測方法， 其特征在于，該代表曲率值為所述至少一個曲率值的平均值。
23.根據(jù)權(quán)利要求14所述的應用于無線通訊系統(tǒng)的信道的延遲擴展時間的估測方法， 其特征在于，該代表參數(shù)值通過一查找表對應至該延遲擴展時間。
24.根據(jù)權(quán)利要求14所述的應用于無線通訊系統(tǒng)的信道的延遲擴展時間的估測方法， 其特征在于，其應用于電機電子工程師協(xié)會所制定的802. 16標準的無線通訊系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種無線通訊系統(tǒng)的信道及其延遲擴展時間的估測方法。其中該方法先獲取經(jīng)由一無線通訊系統(tǒng)的信道的多個導頻信號。并根據(jù)這些導頻信號的值及相對位置計算至少一個代表該信道的頻率響應的形狀特性的參數(shù)值。及根據(jù)所述至少一個參數(shù)值決定信道的延遲擴展時間。
文檔編號H04L25/02GK102457447SQ20101052150
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月21日
發(fā)明者丁邦安, 江曉嵐, 許仁源 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院