用于在多载波脉冲整形传输系统中传送非脉冲整形信号的接
收机、发送机、无线通信网络和方法
技术领域
[0001] 本
发明涉及无线通信网络或系统的领域，更具体地涉及多载波脉冲整形传输系统。本发明的示例涉及包括在这种系统中针对接收机发送包括信息和数据在内的非脉冲整形信号。具体示例涉及一种用于在无线电通信网络中使用脉冲整形
波形时改进MIMO(MIMO＝多输入多输出)信道估计的方法。
背景技术
[0002] 图1是网络
基础设施(例如，无线通信网络或者无线通信系统)的示例的示意性表示，该网络架构包括多个基站eNB1至eNB5，每个基站为基站周围的特定区域提供服务(由相应的小区1001至1005示意性地表示)。提供基站以为小区内的用户提供服务。用户可以是固定设备或移动设备。此外，无线通信系统可以由与基站或用户连接的IoT设备
访问。IoT设备可以包括物理设备、车辆、
建筑物和其中嵌入有
电子器件、
软件、
传感器、
致动器等的其他项目以及使这些设备能够跨现有的网络基础设施收集和交换数据的网络连接。图1示出了仅五个小区的示意性图，然而，无线通信系统可以包括更多这样的小区。图1示出了两个用户UE1和UE2(也称为用户设备(UE))，它们位于小区1002中，并且由基站eNB2提供服务。在小区1004中示出了另一用户UE3，其由基站eNB4提供服务。箭头1021、1022和1023示意性地表示用于从用户UE1、UE2和UE3向基站eNB2、eNB4发送数据或用于从基站eNB2、eNB4向用户UE1、UE2、UE3发送数据的上行链路/下行链路连接。此外，图1在小区1004中示出了两个IoT设备1041和
1042，其可以是固定设备或移动设备。IoT设备1041经由基站eNB4访问无线通信系统以接收和发送数据，如箭头1061示意性所示。IoT设备1042经由用户UE3访问无线通信系统，如箭头
1062示意性所示。
[0003] 无线通信系统可以是基于频分复用的任何单音或多载波系统，例如
正交频分复用(OFDM)系统、LTE标准定义的正交频分多址(OFDMA)系统、或者有或没有CP的任何其他基于IFFT的信号(例如，DFT-s-OFDM)。可以使用其他波形，例如，用于多址的非正交波形，比如
滤波器组多载波(FBMC)。
[0004] 在无线通信网络中，例如如图1所示，可能期望针对上行链路(UL)和/或下行链路(DL)通信精确估计多天线系统(如MIMO系统或者多用户MIMO系统)的空间签名(signature)。信道参数的精确估计用于以通信系统的相同时频资源发送的信号之间的空间上的信号分离，以便提高
频谱效率或者抑制来自接收机的接收范围内的其他发送机的
干扰信号，例如，图1中由从eNB1朝向UE1的虚线箭头示意性地示出的干扰信号108。在使用在时域/频域内明确定义的波形的系统中，空间
信号处理是相当简单的任务，具有循环前缀的OFDM波形就是这种情况。然而，在用于发送信息的波形没有在时域/频域中明确定义并且该波形是通过无线电传播信道交织发送的情况下，空间信号处理变得越来越具有挑战性。例如，与OFDM方法相比，当考虑诸如FBMC(
滤波器组多载波)波形、GFDM(广义频分复用)波形之类的波形或其他非正交波形时，这样的空间信号处理可能是具有挑战性的。上述非正交波形可以用于根据5G标准定义的
移动通信网络和除移动宽带方法之外的其他场景(例如，在网状
汽车到汽车(V2X)通信系统)中。
[0005] 例如，在发送机和/或接收机处提供多个天线元件的情况下(其也被称为大规模MIMO(M-MIMO)系统)，期望先进的空间信号处理，其中对于紧密间隔的天线，该先进的空间信号处理允许定向波束形成，从而通过精确的到达方向(DoA)估计和离开方向(DoD)估计来实现用户的空间分离。
[0006] 通常，空间或MIMO信号处理可以与窄带(单载波MIMO)波形或宽带波形(如CDMA或OFDM)组合为多载波波形。为了在时频网格中正确地估计MIMO矩阵的信道系数，将参考符号(RS)嵌入到所发送的数据流中，这允许对幅度和
相位进行估计。在OFDM的情况下，所发送的信号被
定位在时频网格中，使得通过在它们之间插入保护间隔(例如，循环扩展)来良好地隔离开连续的OFDM符号，其中保护间隔至少具有时域中的信道脉冲响应的长度。在频域中，用数据调制的相邻
子载波通过
傅立叶变换和循环扩展来保持彼此正交。通过将已知的参考信号嵌入到时间/
频率网格中，可以估计天线之间的整体信道传递函数。然而，不同于正交波形(如OFDM方法)之外，非正交波形(如FBMC)可能由于符号间干扰(ISI)而在以相同的时间和频率资源进行发送的不同天线端口之间产生信号分离问题。
[0007] 因此，在使用非正交波形来在系统中发送信息的情况下，可以观察到MIMO信道估计的明显劣化，这目前在这种非正交波形系统中阻止了MIMO处理。而是MIMO处理仅限于CDMA、单载波和OFDM。更普遍地，当使用非正交波形来传送数据(例如，根据LTE标准)时，由于非正交波形系统的上述缺点，可能难以在接收机处根据使用非正交波形发送的数据导出一个或多个期望的数据元素，也就是说，可能难以在接收机处以接收机处的可靠的方式来从脉冲整形滤波器中导出感兴趣的信息。
发明内容
[0008] 本发明的目的是提供一种使用非正交波形在无线通信系统中发送数据的改进的方法，从而允许在接收机侧可靠地检测特定数据。
[0009] 该目的是通过独立
权利要求中限定的主题来实现的。
[0010]
实施例在
从属权利要求中限定。
附图说明
[0011] 现在将参考附图更详细地描述本发明的实施例，在附图中：
[0012] 图1是无线通信系统的示例的示意性表示；
[0013] 图2示出了根据本文描述的本发明的原理进行操作的发送机的示例；
[0014] 图3示出了根据本发明的方法的示例进行操作的接收机的示意性
框图；
[0015] 图4示出了根据本发明的方法的另一示例进行操作的接收机的示意性框图；以及[0016] 图5是用于从发送机向接收机发送信息的无线通信系统的示意性表示。
具体实施方式
[0017] 在下文中，参考附图更详细地描述了本发明的优选实施例，在附图中，具有相同或相似功能的元件由相同的附图标记表示。
[0018] 图2示出了根据本文描述的本发明的原理进行操作的发送机的示例。发送机200包括一个或多个天线202a至202c，这些天线被设置为朝向位于通信系统(如图1所示的通信系统)内的接收机发送由该系统内的发送机200产生的发送信号STx。发送机200包括接收数据D的非正交波形处理
块204。数据D被应用于快速傅立叶逆变换块206，其中该快速傅立叶逆变换块206的输出被应用到多个滤波器或滤波器组208，从而产生脉冲整形数据信号D'。在发送机的输入210处接收数据D。根据本发明的示例，输入210还可以接收预定义信号模式或信号(如根据LTE标准使用的参考信号)，其通常作为数据D的一部分被发送。然而，如上所述，使用由块204(如FBMC块、GFDM块或任何其他非正交系统块)产生的非正交波形使得在发送之后难以或不可能从发送信号STx中检测到信号RS。为了解决该问题，本发明的方法教导了在产生脉冲整形发送信号STx之前执行信号模式RS的预处理，其也可以称为“预编码”。非正交波形方法可以使用滤波器/滤波器组208对信号进行脉冲整形，并且根据本发明，在将要发送的信号应用到块204之前，将特定信号模式RS应用到逆滤波器212，以便提供与数据信号D组合并应用到块204的经逆滤波的信号RS'。由于块208处的滤波，原始非脉冲整形信号RS再次出现在发送信号STx中。因此，在接收机处接收的未处理的信号中，可以容易地识别未经过任何脉冲整形的原始信号模式RS，并将该原始信号模式RS用于接收机侧的进一步处理。
[0019] 例如，预定义信号模式RS可以是例如根据LTE标准用于在接收机处执行信道估计、MIMO估计或DoD估计的参考信号。这允许将MIMO和M-MIMO处理与使用非正交波形来进行信号发送组合在一起，因为由于本发明的传输方案，即使是在使用非正交波形进行发送时所经历的ISI约束下，也可以进行精确的信道参数估计。根据示例，可以选择兼容的Rel 8-13RS模式作为预定义信号模式RS，然后利用传输方案的匹配的滤波器212对其进行卷积。例如，在FBMC中，可以利用截断的RRC(根升余弦)脉冲对RS模式进行卷积，其中该截断的RRC脉冲也在接收机侧使用。然后，将卷积后的模式RS’与要发送的附加数据一起插入到发送数据块D中，如图2中的214处所示。在对信号RS进行这种预编码或预处理之后，执行根据FBMC方法的常规发送处理，例如使用发送滤波器组208进行的脉冲整形和上变换。发送滤波器208可以利用Rx滤波器逐子载波地对卷积后的RS模式进行卷积，从而从经逆滤波的RS’中去除滤波的影响，并且发送滤波器对数据D的其余部分进行脉冲整形，从而产生脉冲整形数据块D'。最终发送信号STx包括原始模式RS，然而，数据D现在根据FBMC传输方案进行了脉冲整形。
备选地，替代FBMC传输方案，可以应用GFDM传输方案或任何其他基于OFDM的脉冲整形传输方案，以便将根据Rel 8-13的RS模式并入到非正交波形传输方案中。
[0020] 在下文中，将在传统或常规LTE设备中使用的导频符号的上下文中描述本发明的方法的具体示例，其中导频符号将以仍然允许接收机侧的可靠的信道估计/MIMO估计的方式使用非正交波形来发送。根据该示例，假设使用FBMC产生发送信号，其中FBMC应用适当的滤波，使得实现期望的时频定位。导频符号RS经历逆滤波(其也可以被称为一种“预编码”)，使得在应用FBMC方法的波形滤波之后，RS将再次出现在发送信号中，如同它们将出现在窄带或OFDM系统中一样。在执行用于获得数据的任何信号处理之前，容易在接收机处接收的信号中识别出
导频信号，使得以这种方式发送的导频符号允许在接收机侧提取用于空间签名分离的MIMO信道参数，而不会受由于FBMC传输方案而由(例如，由图2中的滤波器208进行的)发送滤波引起的任何ISI的影响。
[0021] 根据实施例，可以对预编码的导频信号进行增强(boost)，使得与数据块中的其余元素相比，导频信号以更大的信号强度来发送。可以在获取/训练和
跟踪阶段期间在开环或闭环中自适应地执行这种增强。例如，可以通过提供附加的导频符号来获得增加的信号强度。例如，10％的RS过载(其产生3dB的数据有效
载荷功率降低)产生10dB的RS增强，根据示例，这允许用户特定地控制RS增强。
[0022] 根据另外的示例，数据块D还可以包括未经过由逆滤波提供的预编码或预处理的其他导频信号，使得除了预编码的导频信号(其可以是增强的信号)之外，数据块还包括例如由Rel.8-12和Rel.8-13规范之后的LTE标准定义的常规导频信号。一旦数据块D已经被形成为包括两种类型的导频符号，它被发送给FBMC系统204的合成滤波器208，或者被发送给基于OFDM的非正交系统的脉冲整形滤波器，并且经逆滤波器增强的导频通过滤波器208利用与该经逆滤波器增强的导频相匹配的滤波器系数来滤波，并且由此采用原始常规格式的形式。根据所选择的非正交发送系统逐子载波地对数据块D中的其余部分进行脉冲整形，从而产生脉冲整形数据块D'。在发送机200包括大量发送天线的场景中，如果可以假设预编码的RS，则由于空间分离，这些附加放置的参考信号RS可以在相同小区内被重用。这还允许引入要使用的非传统LTE RS。
[0023] 图3示出了根据本发明的方法进行操作的接收机300的示意性框图。接收机包括多个接收天线302a至302c，以接收例如由图2中所示的发送机提供的发送信号STx。在图3的示例中，接收机包括FBMC块304，其接收包括非脉冲整形模式RS和脉冲整形数据D’在内的发送信号STx，其中非脉冲整形模式RS和脉冲整形数据D’被应用到快速傅里叶变换块306，并且可以直接从信号STx获得预定义模式RS。脉冲整形块D’的其余部分被应用到滤波器或分析滤波器组308，以便获得可以在接收机300的输出310处输出的数据D。直接从脉冲整形发送信号STx获得的信号RS可以用于接收机300处的信道估计、MIMO估计或DoD估计，其中为了执行该功能，接收机300包括将在下面进一步详细描述的附加
电路。接收机可以确定发送参考信号的信道的SINR，并且向发送机发送该SINR。根据示例，接收机300可以通过将信号STx应用到低噪声
放大器(LNA)并且通过执行
模数转换(ADC)来处理该信号STx。然后例如通过应用FFT运算来应用频谱滤波，以便在频率中对与上行链路和/或下行链路中的接收机或者发送天线相关联的所接收的信号部分进行分离。根据示例，可以将信号RS变换回到时域中，并且不仅可以在FBMC传输方案的情况下，而且还在GFDM传输方案或者允许支持多用户标识的任何其他基于OFDM的脉冲整形传输方案的情况下，容易地识别导频信号RS，例如，增强的导频信号。例如，在FBMC-OQAM的情况下，由于同相/正交子载波交替，不存在干扰。
[0024] 根据示例，如上所述，发送信号可以包括第一非脉冲整形导频信号以及被包括在经历脉冲整形滤波的数据块中的第二导频信号。在分析滤波器组308之后，基于插入到数据块中并经历脉冲整形的这些附加的导频，可以实施
帧同步，从而执行两级RS同步。第一级使用非脉冲整形RS信号，而第二级使用以常规方式包括在数据块中的RS信号，从而支持空间平面和频率平面的分离。根据示例，基于未经历脉冲整形处理的所接收的RS信号，可以使用与当前接收机或者与在正在调查的频谱窗口中操作的各个发送天线相关联的那些RS信号来执行MIMO信道系数或者DoA估计。可以针对多个重要的多径分量(MPC)执行DoA估计，使得在均衡器之后每个添加的MPC改善信号
质量，并且在视线(LoS)或非视线(非LoS)场景中，使用了5到10个主要MPC，这些主要MPC来自强的单跳(single-bounce)或多跳(multi-bounce)散射体。
[0025] 在发送机配备有大量天线的情况下，发送机可以包括用于仅触发某些MPC的预
编码器，从而可以减少BS与设备之间的每个非LoS链路的主要MPC的数量。在估计信道系数之后，可以计算合适的MIMO均衡器系数以对信号进行分离。
[0026] 在下文中，将参考图4描述用于在接收机侧使用非脉冲整形RS信号进行DoA估计的本发明的方法的示例，其中图4示出了接收机链的示例表示。图4示出了包括天线302在内的接收机的示意性框图。由上述发送机提供的发送信号在天线302处被接收，并被施加到A/D转换器212，用于将信号从模拟域变换到数字域。根据图4的示例，通过在314处执行FFT，然后在316处执行频谱滤波来将信号变换到频域，以从所接收的信号中去除属于使用不同的频谱滤波器的其他用户/接收机的那些频谱部分。在318处使用IFFT将滤波器316之后的其余频谱部分变换回到时域，并且例如通过将其应用到分析滤波器组来容易地指示导频信号RS，而无需对所接收的信号进行解码。导频信号RS被提供给信道估计器320，其中信道估计器320基于导频信号RS在时域和/或频域两者中估计信道。通过块320获得的信道估计被提供给时域中的均衡器322，时域中的均衡器322之后是包括例如分析滤波器组的解调器324，并且解调器324之后是用于获得相应的数据元素的
解码器326。块322至326可以在子载波的基础上操作，以便针对每个子载波输出相应的数据流。在328处变换到频域中之后，还将信道估计应用到频域中的均衡器330，以与时域中类似的方式，频域中的均衡器330之后跟随有解调器332和解码器334。根据如图4的示例中描述的本发明的方法，用于时域的更复杂的接收机链用于清除子载波，并且获得频域中的空间均衡器，并且一旦使频域中的空间均衡器330进行了学习，就可以使用在频域中具有直接空间均衡的较不复杂的分支。
[0027] 因此，根据本发明的方法的示例，可以在解码实际数据信号之前，如上所述地通过在所发送的信号中插入导频信号来基于导频信号执行MIMO信道估计。在使用非正交波形进行信号发送的场景中，导频信号允许利用MIMO均衡器针对空间信号分离进行足够精确的信道系数估计。根据示例，可以提供大量的发送天线，使得可以重用相同小区内的导频符号，并且UE可以反馈RS信道的质量参数(如CQI/INR)，使得基站可以以预编码的方式调度导频符号序列。
[0028] 从时域到频域的前向和后向变换(如上面参考图4所说明的)以及随后的滤波和重新变换到原始空间允许信道系数和/或DoA估计集中于在特定频率窗口中的数量减少的发送天线或用户，也就是说，可以在BS处利用频谱滤波器块对所接收的信号进行滤波，以在频域中将期望的用户信号或其天线隔离开，并且仅对用户特定路径中的其余分量进行均衡。
[0029] 根据本发明，可以在时域和/或频域中执行MIMO信道参数和/或DoA估计，这取决于要针对空间信号处理考虑多少多径分量。例如，可以仅针对最大分量来考虑某个功率窗口内的多径分量。此外，每个用户的所应用的空间滤波器允许独立于所应用的波形来进行多径分量的分离。
[0030] 本发明的实施例可以在如图1所示的包括基站、用户(如移动终端或IoT设备)在内的无线通信系统中实现。图5是用于在发送机TX与接收机RX之间传送信息的无线通信系统400的示意型表示。发送机TX包括多个天线ANTTX或具有多个天线元件的天线阵列。接收机RX包括至少一个天线ANTRX。在其他实施例中，接收机RX可以包括多于一个的天线。如箭头402所示，信号经由无线通信链路(如无线电链路)在发送机TX与接收机RX之间传送。发送可以根据本文描述的技术之一进行。
[0031] 例如，接收机RX经由一个或多个天线ANTRX从发送机TX接收脉冲整形发送信号STx。脉冲整形发送信号STx包括未经过脉冲整形的预定义信号模式RS。接收机RX包括信号处理器
404，其具有用于对发送信号进行脉冲整形以获得用于接收机的数据D的滤波器404a。在对脉冲整形发送信号进行滤波之前，在404b处，接收机RX从脉冲整形发送信号获取预定义信号模式RS。发送机TX包括信号处理器406，其中该信号处理器包括脉冲整形滤波器406a和逆脉冲整形滤波器406b。脉冲整形滤波器406a对数据块D进行脉冲整形滤波，以产生包括要被发送到接收机的数据D’在内的发送信号STx。逆脉冲整形滤波器406b被配置为对预定义信号模式RS进行脉冲整形滤波以获得经逆滤波的信号模式RS'。在将数据块D应用到脉冲整形滤波器406a之前，将经逆滤波的信号模式RS’添加到数据块D。
[0032] 根据示例，接收机可以是根据预定义标准(如LTE标准)操作的传统UE。如上所述，传统UE可以在基于OFDM的波形的基础上在LTE标准中的第一操作模式下操作，并且可以在其他未基于OFDM的波形的基础上在第二操作模式下操作。传统UE可以例如通过PDCCH接收
控制信号，以从第一操作模式切换到第二操作模式。可以根据LTE标准来执行控制信令，例如，通过将用于切换的控制信息包括在DCI消息中。
[0033] 上面已经参考特定波形(如FBMC、GFDM等)描述了本发明。然而，应注意，本发明不限于此，而是可以使用任何类型的基于OFDM的波形、经滤波的波形或经
加窗的波形。
[0034] 尽管已经在装置的上下文中描述了所描述构思的一些方面，但是将清楚的是，这些方面还表示对对应方法的描述，其中，块或设备对应于方法步骤或方法步骤的特征。类似地，在方法步骤的上下文中描述的方面也表示对对应块或者对应装置的项或特征的描述。
[0035] 取决于某些实现要求，可以在
硬件中或在软件中实现本发明的实施例。可以使用其上存储有电子可读控制信号的数字存储介质(例如，
云存储、
软盘、DVD、蓝光、CD、ROM、PROM、EPROM、EEPROM或闪存)来执行实施方式，其中该电子可读控制信号与可编程
计算机系统协作(或者能够与之协作)从而执行相应方法。因此，数字存储介质可以是计算机可读的。
[0036] 根据本发明的一些实施例包括具有电子可读控制信号的数据载体，其中该电子可读控制信号能够与可编程计算机系统协作从而执行本文所述的方法之一。
[0037] 通常，本发明的实施例可以被实现为具有程序代码的
计算机程序产品，程序代码可操作用于在计算机程序产品在计算机上运行时执行方法之一。程序代码可以例如存储在机器可读载体上。
[0038] 其他实施例包括存储在机器可读载体上的计算机程序，该计算机程序用于执行本文所述的方法之一。换言之，本发明的方法的实施例因此是具有程序代码的计算机程序，其中该程序代码用于在计算机程序在计算机上运行时执行本文所述的方法之一。
[0039] 因此，本发明的方法的另一实施例是包括、其上记录有计算机程序的数据载体(或者数字存储介质或计算机可读介质)，该计算机程序用于执行本文所述的方法之一。因此，本发明的方法的另一实施例是表示计算机程序的数据流或信号序列，其中所述计算机程序用于执行本文所述的方法之一。数据流或信号序列可以例如被配置为经由数据通信连接(例如，经由互联网)来传送。另一实施例包括处理装置，例如，计算机或
可编程逻辑器件，其中所述处理装置被配置为或适于执行本文所述的方法之一。另一实施例包括其上安装有计算机程序的计算机，该计算机程序用于执行本文所述的方法之一。
[0040] 在一些实施例中，可编程逻辑器件(例如，现场可编程
门阵列)可以用于执行本文所述的方法的功能中的一些或全部。在一些实施例中，
现场可编程门阵列可以与
微处理器协作以执行本文所述的方法之一。通常，方法优选地由任意硬件装置来执行。
[0041] 上述实施例对于本发明的原理仅是说明性的。应当理解的是，本文所述的布置和细节的
修改和
变形对于本领域其他技术人员将是显而易见的。因此，旨在仅由所附的
专利权利要求的范围来限制而不是由借助对本文实施例的描述和解释所给出的具体细节来限制。
