TW200423554A - Reduced complexity channel estimation for wireless communication systems - Google Patents

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200423554 玖、發明說明： 【相關申請案交叉參照】 本申請案主張於2002年1丨月19日提出申請之美國臨時專 利申請案第60/427,896號之權利，其全部揭示内容皆以引用 方式倂入本文中。 【發明所屬之技術領域】 本^明概3之係關於資料通信，更具體而言，係關於用 於實施降低複雜性通道估計之技術。 【先前技術】 無線通信系統廣泛部署用於提供諸如語音、封包資料等 各種類型之通信。該等系統可係能夠藉由共享可用系統資 源而支援與多個使用者通信之多向近m此等多向近 接糸統之貫例包括分碼多向近接（cdma)系統、分時多向近 接（™MA)系統、及正交分頻多向近接（OFDMA)系統。 μ正父分頻多卫（_M)可有效地將整個系統頻寬劃分爲 若干（N)個正交子頻帶。贫 、 子^ T亦被稱作音調、頻率箱 及頻率次通道。對於〇FDm， 子頻f皆與一相應副載波 相關，貧料可於該副載波 被視爲-可用於傳輸資… 此，母一子頻帶皆可 1寻輸貝科之獨立傳輸通道。 在一無線通信系統中，一 ^ σσ #丄 木自一發射器之RF調變作號可 糟由若干傳播路徑到達一接你扣^ mi 接收杰。對於一 OFDM丰蜞而七， 該N個子頻帶可能 Μ乐、.先而5 同之有嗖通、曾、， 及夕路偟之不同影響而經歷不 有效通道，亚因此盥 — 爲於可用子％ # ” 的设數通道增益相關聯。 舄於了用子頻帶上有效 寻輸貝枓，通常需準確估計發射

O:\89\89443.DOC 200423554 器與接收器之間無線通道之回應。通常係藉由自發射器發 ^ ‘頻並於接收為處量測該導頻來執行通道估計。由於 導頻係由事先已爲接收器所知(先驗條件)的符號組成，因此 對於每-用於導頻傳輸之子頻帶而言，可將通道回應估算 爲所接收導頻符號對所發送導頻符號之比例。 > 導頻傳輸表示-無線通信系統中之f源消耗（__)。 因此，希望儘可能最大限度減少導頻傳輸。然#，由於無 線通道中的雜訊及其它人工因素，爲使接收器獲得一適當 =確的通道回應估計，需傳輸足夠數量之導頻。此外，^ 夕路徑組兀之衰落及變化使通道隨時間變化，因此需重複 導頻傳輸。EUb，通道估計通常消耗掉大部分系統資源。 在-OFDM系統中，爲降低用於導頻之資源消耗量，可 於-組指定子頻帶上發送一導頻傳輸，該組指定子頻帶可 僅係-可用子頻帶之子集。根據該導頻傳輸，可獲得對該 等指定子頻帶的一初始通道回應估計。然I，可執行信號 處理來獲付對一組所需子頻帶的增強通道回應，該組所需 子頻π通常包括欲用於資料傳輸之子頻帶。在信號處理 中可進步執行雜訊平均以獲得一更精確之通道回應估 ^。如下文所詳細闡述，視用於導頻傳輸之指定子頻帶數 !及通道脈衝回應而定，信號處理可能在計算上較爲密集 且需執行很多次複數乘法。 因此’在此項技術中’需要提供更有效導出無線通信系 統（例如OFDM)中通道回應估計之技術。

O:\89\89443.DOC 200423554 本文提供使用較一蠻力法領 , , .'、、貝者马少之複數乘法即可暮屮 相同通道估計之通道估計導屮 导出 一無線通道脈衝回應的一最小 十方估计，其可根據對該盔 線通道的-初始頻率回應估fts導出。如下文所詳細閣 述该取小平方通道脈衝回應估計可藉由向量_ — 離散傅立葉轉換（DFT)矩陣访導屮 丨 干一V出的矩陣；^ls之間的矩陣 乘法導出。可制㈣t之結構將矩陣乘法㈣分解成货 之各較f子矩陣與η之純小子向量間的矩陣乘法之和。 可利用W之該等子矩陳之料暂雜凡，^ … 早之性貝間化計算。最終結果係··獲 得最小平方通道脈衝回靡^士 4 衝口應估汁所需的複數乘法次數減 少〇 在-實施例中，提供一種用於導出一無線通信系統（例如 - 0FDM系統）中—無線通道估計之方法。根據該方法，首 先獲仔-中間向2：旦’’玄中間向量邕係根據一第一通道估計 (例如-通道頻率回應估計）之向量個子向量及DM矩 陣及之至少兩個DFT子矩陣導出，其中κ係—大^的整 數。此外，亦獲得DFT矩陣鱼的一中間矩陣A。然後，根據 該中間向量E及中間矩陣4導出—第二通道估計（例如一最 小平方通道脈衝回應估計）。 在貫施方案中，藉由以下方式得出中間向量b:首先計 ^根據向$合構成之第一矩陣STxL之DFT，以提供一第二 矩陣Qlxl。然後’計算一基底DFT子矩陣见之各行與第二 矩陣Qlxl之各列間之内積，以獲得中間向量b之元。該實施 方案之詳情將於下文闡述。

O:\89\89443.DOC 200423554 下文將進一步詳細闡述本發明之各種態樣及實施例。 【實施方式] 本文所述通迢估計技術可用於任一具有多個子頻帶之通 信系統。爲明晰起見，下文將具體針對一〇FDM系統來闡述 該等技術。 圖1展示一可用於一 0FDM系統之子頻帶結構1〇〇。該 OFDM系統之總系統頻寬爲w百萬赫兹，該總系統頻寬割分 爲N個使用〇FDM的正交子頻帶，其中每—子頻帶之頻寬皆 爲W/N百萬赫兹。在—典型〇FDM系統中，該關總子頻帶 中僅有Μ個係、用於資料傳輸，其中M<N。該難可用子頻帶 亦稱作貧料子頻帶。其餘N_M個子頻帶則不用於資料傳 輸’而是用作防護子頻帶以使該◦聰线能夠滿足頻譜屏 蔽要求。該Μ個可用子頻帶包括子頻帶F至子頻帶以“^。 對於OFDM而言，首先使用―敎用於該子頻帶之特定 調變方案來調變欲於每一子頻帶上傳輸之資料(即符號映 射賦予n_m個未使用子頻帶零信號值。在每—符號周 中’皆使用-反快速傅立葉轉換⑽τ)將所有N個子頻 的Μ個調變符號及N_M個零轉換爲時域，以獲得一包含^〈 時域樣本之「已轉換」符號。每一已轉換符;于之二= 每—子頻帶之頻寬成反比關係、。舉例而言，若系、統頻^ AV—20百萬赫兹且n=256，則每一子+ 1 、、、 子頻π之頻寬皆爲78 125 千赫兹(或W/Ν百萬赫兹)且每—已轉換符號之 “ 12.8微秒（或N/W微秒）。 馬 〇 F D Μ系統之ν個子頻帶可經歷 逋道狀恶（例如因

O:\89\89443.DOC ::二多路徑而産生之不同影響)並與不同之複數通道增 :聯。爲她U處正確處糊如料及解調變）資 枓：通常需精確估計通道回應。 爲明晰起見，在下 ,、 下文况明中，使用小寫字母表示指標 宜^ ”、、母表不吊數’使用粗體及加底線之小 冩子母及大寫字母表示向量及矩陣。 FDM$統巾無線通道之特徵既可由—時域通道脈衝回 亦可由一對應的頻域通道頻率回應ϋ來表示。通道頻率 回應Η係通道脈衝庫 應ϋ之離政傅立葉轉換（DFT)。該關係可 以矩陣形式表示如下： H=Wh ^ —~ 方程式（1) 其中k係―表示0聰系統中—發射器與-接收器間無線 通道脈衝回應之（Nxl)階向量； 旦係一表不無線通道頻率回應之（Nx 1)階向量厂及 里係一用於對向量11執行DF 丁以獲得向量SL之（NxN)階 DFT矩陣。 謂矩陣置之定義使第（n，m)個itWnNm表示如下： Ν ^·2πίί1ΐ1ΧπιΙ1) Ν 其中 η— {1 ·,·Ν}且 m= {1 ...Ν} ^ 方程式（2) 其中η係一列標，m係一行標。 對於通道脈衝回應之每-分支，向量il皆包含一個非零 元。因此，若通道脈衝回應包紙個分支（其中L<N)，則向 量k之前L個元將爲“固非零值，而後面的㈣個元將皆爲 零0 O:\89\89443.DOC -10- 200423554 圖2A以圖解方式展示通道頻率 、手口應Η與通這脈衝回應匕 之間的關係。向量h包含自菸糾α — 里Πι 3自叙射益至接收器之無線通道脈衝 回應之Ν個時域值，其中k中的某些元可爲零。可藉由以矩

陣置自左乘向量包而將該向量祕換至頻域。向量a包含該N 個子頻帶之複數通道增益之N個頻域值。 圖2B以圖解方式展示矩陣w 所定義的各元素Wn (豆中二π =陣置係一由方程式⑺ n，mU、甲η {1.』}且111={1.上})構成之 (Ν χ Ν)階矩陣。爲明邮j目 — 干爲月晰起見，圖2β未展示上標，·Ν·，。矩陣里 之每一列皆對應於全部1^個子頻帶之一。 無線通道脈衝回應之特徵可由L個分支表示，其中L通常 退小於子頻帶總數（即L<N)。亦即，若發射器施加一脈衝至 無線通道’則L個時域樣本（以取樣率）將足以基於該脈 衝激勵表徵無線通道回應。通道脈衝回應之分支數量l取決 於系統之延遲擴散(delay spread)，其中一較長的延遲擴散 對應於一較大的L值。 由於通道脈衝回應僅需L個分支，因此通道頻率回應过位 於一L(而非N)維子空間中。更具體而言，根據少至[個適當 選擇的子頻帶而非所有N個子頻帶之通道增益即可完全表 徵無線通道之頻率回應。縱使可獲得多於L個通道增益，但 藉由抑制該子空間外的雜訊分量即可獲得一增強的無線通 道頻率回應估計。 在一種通道估計技術中，根據一 3 -步驟式方法獲得對無 線通道頻率回應的更精確估計。在第一步驟中，根據s (其 中S係一整數，其選擇結果爲μ)個指定子頻帶中每

O:\89\89443 D〇C -11 - 200423554 。子y員▼之所接收及所發送導頻符號獲得-初始通道頻率 回應估。十g。该8個指定子頻帶可包含所有Μ個可用子頻帶 或僅包含該Μ個可料頻帶之―子集。該初始通道頻率回 應估計ή可表示如下： K = ^^s-H5+ns/xs ^ 其中Is係一具有S個元之「接收」 子頻帶上所接收之符號 2s係一具有S個元之「發射」 子頻帶上所發射之符號 方程式（3) 向量，該S個元表示在S個指定 } 向量，該S個元表示在s個指定

Hs係一（Sxi)階向量，其僅包含（Nxl)階向量迂中對應於 S個指定子頻帶之s個元； 係一具有S個元之向量，該s俩元表示在s個指定子頻 帶上所接收之加成性高斯白雜訊（AWGN);及 as/b’h/bi a2/b2…as/bs]T，其包括對應於3個指定子頻 帶之S個比例。 在第二步驟中，根據下列最佳化方程式獲得一對無線通 道脈衝回應之最小平方估計ils : h = mm ， 方程式（4) 其中hj係一表示所假設通道脈衝回應之（Lx 1)階向量； 应係（NxN)階矩陣W之一（SxL)階子矩陣；及 -Is ^ η係一最小平方通道脈衝回應估計之（Lx 1)階向量。 圖3A以圖解方式展示矩陣烫與w之間的關係。矩陣变之s 個列係矩陣！中對應於s個指定子頻帶之s個列，且矩陣免 之L個行係矩陣w之前L個行。 O:\89\89443.DOC -12- 200423554 産生最小均方誤差（或更具體而纟’最小歐式範數）的方 程式（4)之解法可表示如下： hls = (WHW)~1WHH - W1sH ^ ^ 一 --- 方程式（5) 其中Wls係一（LxS)階矩陣，其定義爲货? = (|Η ;)—丨访H。 在第三步驟中，根據最小平方通道脈衝回應估計獲得 一如下的無線通道頻率回應增強估計|^ls : A Is 、： Is Η 二Wh ， ^ , ——— 方程式（6) 其中立_係（ΝχΝ)階矩陣W之一（QxL)階子矩陣；及 ή_1δ係一表示Q個所需子頻帶之增強通道頻率回應估計 之（Qx 1)階向量。 矩陣I之Q個列係矩陣W中對應於Q個吾人期望得知其辦 強通道頻率回應估計之子頻帶之Q個列。一般而言，矩陣立 可包含矩陣置中任意數量的列及矩陣！中列的任意組合。舉 例而言，矩陣立_可僅包含矩陣w中的S個列、矩陣访中的s 個列加上一或多個其他列、矩陣W中對應於Μ個可用子頻帶 之Μ個列，等等。因此，該s個指定子頻帶之群組與該Q個 所需子頻帶之群組既可能相同，亦可能不同。 方程式（6)表明：根據僅包含L個元的最小平方通道脈衝 回應估計£_ls可獲得該Q個所需子頻帶之增強通道頻率回應 估計H ls，其中L通常小於S及Q，且可遠小於8及q。 該3 -步驟式通道估計技術更詳細地闡述於美國專利申枝 案第[代理檔案號PD020718](名稱爲「〇fdm通信系統之通 道估計（Channel Estimation for 〇FDM c〇mmunicati〇ns

Systems)」，2002年10月29曰提出申請）中。本文所闡述之降 O:\89\89443 DOC -13- 200423554 低複雜性通道估計技術亦可與闡述於美國專利申請案第 10/340，507號（名稱爲「無線通信系統中的上行鏈路導頻及 信令傳輸（Uplink Pilot and Signaling Transmission in wireless Communication Systems)」，2002 年 10 月 29 日提出申 凊）中之導頻傳輸方案結合使用。該兩個專利申請案皆受讓 於本申請案之受讓人，且皆以引用方式倂入本文中。 可將一 OFDM系統設計爲具有相當大數量之子頻帶。舉 例而言，可將一 OFDM系統設計爲總共具有256個子頻帶（即 N=256)且其中具有224個可用子頻帶（即M=224)。在一實例 性設計中，可選擇下行鏈路s值等於224(即Sd!=224)而上行 鏈路S值等於32(即Sul = 32)。子頻帶總數可根據L值給出，以 使N=L.T。所指定子頻帶之數量亦可根據l值給出，以使 S-K.L。對於L=16且T=16的上述實例性設計而言，下行鏈 路之Κ值將等於14而上行鏈路之κ值將等於2(即〜爿礼且 SU|=2L) 〇 量£_ls之直接或蠻力法 一種使用方程式（5)來導出估計向 =執行（LXS)階矩陣矿與（Sx i)階向域間的矩陣乘法時將 需要執行Cbf=L.S次複數乘法。此乃因向量£^之][^個元素中 的每一 7G素皆要求執行s次複數乘法以獲得一列的矩陣查ls 與向量注間1的内積。對於上述實例性0FDM系統而言，導 出估計Γ所需之複數乘法次數可表示爲 cbf=L.L.K=16.16.K=256K，其中對於下行鍵路而言，κ=ΐ4， 而對於上行鏈路而言，Κ=2。因 可此需要執行很多次複數乘法 此’尤其對於下行鏈路而 方可導出估計t1S。 _土·.

O:\89\89443 DOC -14- 200423554 本文提供Is若干使用顯著較蠻力法爲少之複數乘法次數來 導出估計i之技術。可利用矩陣应之結構將方程式中之 矩陣乘法IlsH分解爲应之各較小子矩陣與η之各較小子 向量間的Κ個矩陣乘法之和。可利用烫之該等子矩陣之性質 簡化計算。如下文所詳細闡述，最終結果係：爲獲得估計fs 所需的複數乘法次數減少。 (Sxl：)階向量β(其中s二K.L)可如下式所 示劃分成Κ個較小 的（Lxl)階子向量： —/\ 赫 Hl 一 Μ Jk. 方程式（7) 其中每一子向量1(]^{1"1})皆可表示爲：聲丨)L U 方程式（8) 其中HF+(k—1)L+j係子頻帶以化-丨…勺·之估計通道增益，其可根 據方程式（3)所示運算獲得； F係如圖1所示之第一可用子頻帶之指標；及 ”ΤΠ表示轉置。 (SxL)k矩陣昱（其中8=1(：丄）亦可如下式所示劃分成κ個 較小的（LxL)階子矩陣： W： w Μ 方程式（9) 其中每一子矩陣wk(其中k={丨…κ})皆基於矩陣重中的一不 同的L列列集構成。將該κ個子矩陣wk(其中..m連結 於一起即可組成矩陣ψ。 O:\89\89443.DOC -15 - 200423554 圖3BU圖解方式展示將向量i劃分爲&個子向量盒^ (其 中k {1···Κ})及將矩陣昱劃分爲κ個子矩陣逐^ (其中 k={l...K})。 — /、 由該圖可見，該K個子矩陣义&之相互關係如下： ~k - ，其中 k== {2 Κ \ 少 ， 方程式（10) /、中L係一（LxL)階對角矩陣，該對角矩陣可表示如 方程式（11a〕 =diag 其亦可改寫如下：

Zk = diag •;·2λ (M>2 -；2ir 方程式（lib) 如方程式（10)所示，該K個子矩陣1(其中k；={i ··· K})彼此 相關，且矩陣Wk(其中k={2...K})皆可根據”基底”子矩陣w 導出。 一1 可看出，每-矩陣2k(其中k={1 · κ})之各對角元素皆構 成一（ΤχΤ)階靖矩陣的_，，廣義，，行，該（ΤχΤ)階贿矩陣之 元素如方私式（2)所定義，只是其中]^被丁取代。對於一（ΤχΤ) 階DFT矩陣而言，列標η及行標m皆係自1至Τ。然而，對於 4(TxT)|^DFT矩陣的一廣義行而言，列標n可取任一整數 值，且若及當列標1^大於T時，將僅重複該廣義行之元素。 在方程式（lib)中，L既可等於亦可不等於T。若L>T，則一 (LxT)階DFT矩陣之列標n可超過（ΤχΤ)階DFT矩陣之列維 數，由此形成廣義行。 一種低複雜性最小平方（LCLS)方法可用於導出最小平方 通道脈衝回應估計。對於該1^1^方法而言，首先使用子

O:\89\89443.DOC -16- K})將方程式（5)改寫爲下 方程式（12) 陣A與一（Lx 1)階向量B之 向量及子矩陣1(其中k={1 ... Λ s 方程式⑽可表示爲—（LXL)階矩 矩陣乘積。該矩陣4可表示如下. f K \~1 1 . 方程式（13) 可離線計算（即預先計 = (WHW)-1 由於矩陣A並不取決於向 J里Q，因而可 算）矩陣A並將其儲存於— aG隐早兀中。 向量B可表示如下： 2=1¾¾ k=1 方程式（14) 使用方程式（1〇)所示之各 係可將向量&改寫.爲：P &(其中k={l ... K})之關 1 〇 Λ 0 ° ^ A Af Μ Μ 〇。 ° Λ 〇 方程式（15) Η Η 其中I係子矩陣見之第瓜行； _^2π(^ζ1)(ητ：^ ak τ ，苴 φ …r _ ” 中1^1 ... L};及 表示共輕轉置。 方程式（1 5)可簡化如下：

O:\89\89443 DOC ' 17. 200423554

Μ Vk = l ) 方程式（16) 如方程式（16)所示，向量B包含用於該向量之L個元之L個内 積。计异向1 乂與量之間的每一内積以獲得

\k=1 J 盒、。對於母一内積，皆可如下文所述使用一（ΤχΤ) 階DFT來計算量 \k=l j 可使用基數（radix)爲2之快速傅立葉轉換（17171^來計算一 (TxT)階DFT，該基數爲2之快速傅立葉轉換（FFT)需要執行 cr__2 =(7.1〇g2 了)/2次複數乘法。若使用基數爲2之FFT根據方 程式（16)計算向量[，則所需複數乘法次數爲 CB=L.[(T.l〇g2T)/2 + I^，其中第二個L(該方程式右側括弧内 的L)表示計算 < 與f α km ή k 1間内積所需的L次複數乘法，而

Vk=l y , 第一個L(该方程式右側括弧外的L)則表示向量氐之l個内 積。亦可將CB表示爲CB =L2 +L.T.l〇g2T/2。矩陣4與向量b 矩陣相乘所需之複數乘法次數爲Cab=l.l = l2。因此，可將 使用is；LCLS方法及基數爲2之FFT根據方程式（丨6)來計算估 °十所需之總複數乘法次數表示爲：

Ct〇tal_radk2 = + CA = 2L2 + L · Τ · l〇g2 Τ/2 方程式（1 7) 對於上述實例性OFDM系統之下行鏈路而言，L==16, τ=16 且Κ=14。使用蠻力法根據方程式（5)計算估計f所需之總 複數乘法次數爲Cbf=16.16.14 = 3,584次。而使壯⑽方法及 200423554 基數爲2之FFT根據方程式（16)來計算估計&所需之總複 數乘法次數則爲 C_Lrad1X2 =2.162+16.16.l〇g2l6/2:1024次。此 說明計算估計£/s所需之總複數乘法次數降低71。42%。 亦可使用一基數爲4之FFT來計算（TxT)階DFT，此需要執行 <::丁—1^41=((丁/4-1)/(丁/2)(丁.1(^2丁）次複數乘法。使用1^1^方法 及基數爲4之FFT根據方程式（16)來計算估計γ所需之總 複數乘法次數爲 C論l radix4 = 16.16 +16. [(3/8)(16 · log216) +16]: 896 次。此說明計算估計tls所需之總複數乘法次數降低75%。 表1列示使用（1)蠻力法及（2)LCLS方法及基數爲2及基數爲 4之FFT來計算通道脈衝回應估計^ls所需之複數乘法次 數，同時亦展示藉由LCLS方法達成的較蠻力法省卻的複數 乘法次數之百分比。 表1 複數乘法次數 省卻的複數乘法 次數(％) 蠻力法(Cbf) __LCLS(Ctotai) 基數爲2之FFT 3,584 —W4_____ —」1·42 基數爲4之FFT 3,584 896 _75.00 圖4係一流程圖，其展示一種用於使用上述低複雜性最小 平方方法導出一最小平方通道脈衝回應估計之方法4⑻之 一實施例。在下文說明中，該方法之輸入如下： •通道脈衝回應之分支數量：L ; •子頻帶總數：N=L.T ; •指定子頻帶數：S=L.K ;及 •含有該S個指定子頻帶之通道增益之初始通道頻率回應

O:\89\89443.DOC > 19- 200423554 估言十 Η : Η 二[HpHjp+丨 ·..Hf+lh]。 該方法之輸出則係最小平方通道脈衝回應估計· i" = [h!h2...hL]T ^ ^ 首先’將（Sxl)階向量δ之s個元排列成一如下的（TxL)階 矩陣盒TxL (步驟412) · 一 hf Hf+i Λ ΗΡ τ 一 F+L-l hf+l Hf+l+i Λ ^F+2L^i M 0 Μ τ - iiTxL — Hf+(l-i)k Hf+(l - 1)K+1 Λ HF+LK^l 方程式（18) 0 0 Λ 0 一 0 0 Λ 0 如方程式（18)所示，由第一列開始自左至右將向量盒之§個 元逐列寫入矩陣HTxL中。矩陣HTxL之每一列皆包含向量合之 L個連續元。由此，該矩陣^TxL將向量β有效劃分成&個（l一χΐ) 階子向量迅（其中k={l…K})，其中每一子向量I皆對應 於矩陣ήτπ之一列。矩陣fiTxL包含N個元，該N個元對應於 全部N個子頻帶。如方程式（18)所示，由於3通常小於N，因 此在矩陣HTXL中僅前K列包含來自向量^之非零值，而矩陣 Stxl中的最後（N-S)個元則填充以零。 然後，構成一（LxT)階DFT矩陣iLxT(步驟414)。將矩陣 WLxT之第（n，m)個元定義爲： τ ~]2π^：1-)(ΐΏ~1)

Wn，m=e 丁 ，其中 η={1 …L}且 m={l …T}。 方程式（19) 矩陣wLxT之每一行皆對應於一（ΤχΤ)階DFr矩陣之一廣義 订。因此，矩陣WLxT之第m行包含乙個對應於方程式 O:\89\89443.DOC -20- 200423554 所示矩陣匕之對角元素的元’其中k=m(m，K)。由於矩 陣么之指標k係自1至K，而矩陣Ιτ之行標讀自，且 由於ETm下文所述’可能並非使用所有矩陣 -Lx i ir ° 圖3C以圖解方式展示矩陣w 盥合._ ^ a , —LxT，、HTxL之間的關係。矩陣 STxL的前K列對應於K個子向量Hk，苴中卜n 们 土 之τ個行爲一（TXT)階DFT矩陣之廣義行，矩陣 ~k ^ Τ κ-{1 .·· Κ}。矩陣

LxT w ----- * ILxT 之 每一列皆爲該（TxT)階DFT矩陣之一，，正規，，列 然後，使用矩陣WLxT計算矩陳合 ^ ^ y —LxT 1早^TxL之各行之T點DFT(步 驟416)。該等DFT可表示如下：

G

LxL :WLxTHTxL = 呈2 Μ §L. 方程式（20) 其中呈m(其中m={1 .·· L})係一代表矩陣、之第爪列之（叫 階列向量。 每一列向量呈m皆包含L個元，如圖3C所示，其中每一元 皆根據矩$ ILxT之-列與矩陣I之一行之丁點雨得 方程式（2〇)實質上執行方程式06)所示的L次求和計 异’以使： 呈m=|；说，其中m={1._.L} 方程式（2i) 矩陣及LxT包含τ個行，該丁個行對應於一（τχτ)階雨矩陣 之T個廣義列。然而’僅矩陣WLxT的前κ行用於K個矩陣I， ” tk ··· κ卜ILxT的最末（τ_κ)個行則未被使用，此乃 因該等行與矩陣U最末（τ· κ)個列的零相乘。

O:\89\89443 DOC -21 - 200423554 然後，藉由計算一向量乂之共軛轉置與一對應列向量 —m 間的一内積獲得向量個元中的每一個元（步驟418)。該 内積可表示如下： 义也U，其中m={ 1 ··· L} 方程式（22) 其中L係（LxL)階子矩陣％之第m行，，，*”代表共軛。子矩 陣見之定義使第（n，m)個元WL表示如下：

Wn，m=e n ’其中η={1 …L}xm={1 ... L}。 方程式（23) 步驟41 8之結果係向量互。 可如方程式（13)所示預先計算（LxL)階矩陣么並將其儲存 於一記憶單元中（步驟420)。然後，可藉由執行矩陣盔與向 $ B的矩陣乘法來計算最小平方通道脈衝回應估計(步 驟422)。該矩陣乘法可表示如下：

h1S-AB 方程式（24) 圖5係一流程圖，其展示一種用於使用低複雜性最小平方 方法導出一最小平方通道脈衝回應估計之方法5〇〇之另 實施例。 首先’根據（1)一第一通道估計之向量之K個子向量及（2) 一DFT矩陣之至少兩個DFT子矩陣，導出一中間向量（步驟 512)。該中間向量可係这，該κ個子向量可係(其中 K})，該第一通道估計向量可係η，該第一通道估計可係初 始通道頻率回應估計，該至少兩個DFT子矩陣可係Wk(其中 k={l ·.· K})，該DFT矩陣可係W。然後，可藉由以下方式 獲得中間向量B : (1)執行每一該K個子向量與尺個1)177子矩 〇 \89\89443 DOC -22- 200423554 T中二對應子矩陣的矩陣乘法，以獲得一對應的中間子口 里fkfik，及（2)如方程式（14)所示，累加該尺個中間子向二 H(其中.·. K})，以獲得申間向量b。 或者，該至少兩個DFT子矩陣可係仏丁及見。此時可藉 由以下方式獲得中間向量B: (1)計算一根據第一通 向量盒形成之第—矩陣HTxL之DFT ’以提供—第二矩陣十 &，及⑺如方程式（21)及（22)所示，計算基底咐子矩j f1之各行與第二矩陣^之各列間的内積，以獲得中間向 量艮。 然後獲得-中間矩陣，所導出的該中間㈣係用於對庫 於初始頻率回應估計向量之耐矩陣（步驟514)。該： 陣可係矩陣A，其可如方裎々n — ^ 万耘式（13)所不導出。同樣，可預先 吕十异該矩陣A、將JL儲在^Α ^ σ 一，、儲存於一圮憶早元中並在需要時檢索 ° 然後’根據該中間向量及中間矩陣導出—第二回庫估叶 ^=16)。該第二回應估計可係一最小平方通道脈衝回應 二用矩陣蛋之結構極大降低了導出最小 十方通道脈衝回應估計之葙 it 'f ^ M ^ fr * 。本文所述之降低複雜性 通道估计技術亦可用於導 算枯/"田^ ¥出其他通這估計。舉例而言，該 寺技術可用於導出方程式 計。-般而言，該等技術二之增強通道頻率回應估 —子矩陣之問題n /於任何涉及乘以DFT矩陣之 於問題之構成。《寺技術所達成之益處可能取決

〇：\89\89443 DOC -23 . 200423554 如上所述，本文所述通道估計技術可用於任一種具有多 個子頻帶之通信系統，例如OFDM系統。此外，該等技術可 用於使用多個（Ντ)發射天線及多個（Nr)接收天線實施資料 傳輸之多輸入多輸出（ΜΙΜΟ)乐統。對於一採用〇fdm之 ΜΙΜΟ系統，一無線ΜΙΜΟ通道之回應可表示爲H(k)，其中 卜{1…N}。每一矩陣H(k)皆係一其元爲Ηι，」·（其中1={1…化 且尸{1…NT})之（NrxNt)階矩陣，其中Hy·係第]個發射天線 與第i個接收天線間的通道增益。本文所述技術可用於導出 每一發射/接收天線對之通道回應。 圖6係一方塊圖，其展示能夠使用本文所述技術導出通道 估计的一存取點600及一終端（terminal) 650之一實施例。 在下行鏈路上，在存取點600處，通信資料（traffic daU) 被提供至一 TX資料處理器610，由該τχ資料處理器61〇格式 化、編碼並交錯該等通信資料以提供編碼資料。然後，一 OFDM調變器620接收並處理該編碼資料及導頻符號以提供 一 OFDM符號流。〇FDM調變器620所執行處理可包括：（1) 用符號對映該編碼資料以形成調變符號，（2)將該等調變符 號與導頻符號多工複用，（3)轉換該等調變符號及導頻符號 以獲得已轉換符號，及（4)爲每一已轉換符號附加一循環前 綴（cydlc pre;flx)以形成一對應的〇？1：^符號。對於下行鏈 路，則可使用（例如）分時多工（TDM)將導頻符號與調變符號 多工禝用。對於TDM而言，導頻符號與調變符號係在不同 時隙上傳輸。該等導頻符號可在Sdn個指定子頻帶上傳輸， 其中Sdn可包括所有M個可用子頻帶或該“個可用子頻帶之

O:\89\89443.DOC -24- 200423554 一子集。 然後，一發射裝置（TMTR) 622接收·該〇fdm符號流並將 其轉換成一或多個類比信號，然後進一步調節（例如放大、 濾波及上變頻）該等類比信號，以產生一適於在該無線通道 上傳輸之下行鏈路調變信號。然後，藉由一天線624將該下 行鏈路調變信號傳輸至終端。 在終端6 5 0處’由天線6 5 2接收該下行鏈路調變信號並將 其提供至一接收裝置（RCVR)654。該接收裝置654調節（例如 濾波、放大及下變頻）所接收信號並將已調節信號數位化以 提供樣本。然後，一OFDM解調變器656去除附加至每一 OFDM符號之循環前綴，使用一 FFT轉換每_經還原的已轉 換符號，並解調變已還原的調變符號以提供解調變資料。 然後，一 RX資料處理器658對解調變資料進行解碼以還原 所傳輸的通信資料。0FDM解調變器656&RX資料處理器 658所執行處理分別與存取點6〇〇處〇FDM調變器及 資料處理器61 0所執行處理互補。 OFDM解調變器656可進—步確定下行鍵路通道的一初 始頻率回應估計I或提供可用於導出t之所接收導頻符 號。一處理器㈣接收或等價資訊)並可根據^及使用 上述低複雜^最小平方方料出-無線通道最小平方脈衝 回應估計kdn。處判67G可進—步MiU出下行鏈路 5道的-增強頻率回應估計以。此後，可將該增強估計 ，dn用於上行鏈路資料傳輸蝴㈣增強料以發送回 存取點以供用於下行鏈路資料傳輪。

O:\89\89443.DOC -25- 200423554 在上行鏈路上，一 τχ資料處理器682處理通信資料並將 其提供至一 OFDM調變器684,該0FDM調變器6料亦接收導 頻符號。然後，該OFDM調變器684可按所述〇FDM調變器 620之相同方式來處理編碼資料及導頻符號。對於上行鏈 路，亦可使用TDM將導頻符號與調變符號多路複用。此外， 導頻符號可僅在已分配給終端6 5 〇用於導頻傳輸的s ¥子頻 帶上傳輸。 然後，一發射裝置686接收並處理0FDM符號流，以産生 一適於在無線通道上傳輸之上行鏈路調變信號。然後，調 變信號藉由一天線652傳輸至存取點。 在存取點600處，一接收裝置642處理上行鏈路調變信號 以提供樣本。然後，一 OFDM解調變器644處理該等樣本以 提供解調變資料，該等解調變資料由一 Rx資料處理器6私 進一步處理以還原所傳輸通信資料。〇1^；^解調變器6料可 確定每一現用終端之上行鏈路通道之初始頻率回應估計 fiup，i或提供可用於獲得Hup i之所接收導頻符號。一處理器 63〇接收每一現用終端之盒卿（或等價資訊），根據β啊並使 用低複雜性最平方方法確定該現用終端之最小平方通道 脈衝回應估計C·，並根據該進一步獲得增強通道頻率= 應估計H1:。此後，可將該增強估計η二用於至終端之下行 鏈路資料傳輸及/或將該增強估計盒^發送回該終端以供用 於上行鏈路資料傳輸。 處理器630及670分別管理存取點及終端處的運作。記憶 單元63 2及672分別儲存控制器63〇及67〇所使用之程式碼及 O:\89\89443 DOC -26- 200423554 資料。處理器63〇及670係設計用於執行上述計算，以分別 導出上行鏈路通道估計及下行鏈路通道估計。 本文所述降低複雜性通道估計技術可藉由多種方法實 施。舉例而言，可採用硬體、軟體、或其一組合來實施二 等技術。對於一硬體實施方案而言，用於實施任一节等技 術或其-組合之要件可建置於一或多個應用專用積體電路 (ASIC)、數位信號處理器（Dsp)、數位信號處理裝置 (DSPD)、可程式化邏輯裝置（pLD)、場可程式化間陣列 ㈣叫、處理器、控制器、微控制器、微處理器、其他設 計用於執行本文所述功能之電子裝置、或其合内。 對於一軟體實施方案而言，可❹執行本文所述功能之 模組（例如程序、功能等等）來實施通道估計技術。軟體碼可 儲存於-記憶單元(例如圖6所示記憶單元6 3 2或6 7 2)中並由 -處理器(例如處理器630或67〇)執行。該記憶單元既可建置 於處理器内，亦可建置於處理器外，在任一情形下，其可 藉由此項技術中習知之各種方法以通信方式福合至 器。 上文對所揭不實施例之古穿明匕々 ^ 况明曰在使熟習此項技術者皆能 夠製作或使用本發明。熟習此項技術者將易於得出該等實 施例之各種修改，而本文所界定之一般原理亦可適用於其 他貫施例’此並不背離本發明之精神及範脅。因此，本發 明亚非意欲限定爲本文所示實施例’而是欲賦予其與本文 所揭示原理及新穎特徵相—致之最寬廣範嘴。 【圖式簡單說明】

0：\89\89443 D〇C -27- 200423554 結合附圖閱譆卜+ « 貝上文所給出之詳細說明，將更易得知本發 明之特徵、性皙；^反咖 貝及乜點，在所有附圖中，相同參考字元皆 表示相同含義，附圖中： 圖1展示-〇FDM子頻帶結構； 圖2 A展示一 I綠、z 、， …深通這之脈衝回應與頻率回應之間的關 係； 圖2B以圖解方式展示_耐矩陣里； 圖3 A以圖解方式展示dft矩陣变與亚之間的關係； 圖3B以圖解方式展示將向量ή劃分爲K個子向量及將 DFT矩陣W劃分爲κ個子矩陣； 圖3C以圖解方式展示矩陣冱LxT與STxL之間的關係； : 固展示兩種用於使用一低複雜性最小平方方法導 出最小平方通道脈衝回應估計之方法；及 圖6展不一無線通信系統中一存取點及一終端之方塊圖。 【圖式代表符號說明】 100 子頻帶結構 400 種用於使用低複雜性最小平方方法導出一最小 平方通道脈衝回應估計之方法 412 將（sx 1) ^初始通道頻率回應估計之向量合排 列成一（TxL)階矩陣 414 構成一（LxT)階DFT矩陣w —LxT 416 =用DFT矩陣WLXT對矩陣gTxL實施τ點DFT以獲 得一（LxL)階矩陣殳LxL 418 什异一基底（LxL)階DFT矩陣私之各行與矩陣

O:\89\89443.DOC -28- 200423554

QlxL之各列間的L個内積以獲得一（Lxl)階向量只 之L個元 420 獲得一用於一對應於向量g之（SxL)階DFT矩啤 §的（LxL)階矩陣4 422 執行矩陣A與向量B之矩陣乘法以獲得最小平方 通道脈衝回應估計£ls 500 種用於使用低複雜性最小平方方法導出一最小 平方通道脈衝回應估計之方法 512 根據（1)-第-通道估計之向個子向量及 (2)-對應於該第一通道回應估計向量的dft矩陣 之至少兩個DFT子矩陣導出—中間向量 514 獲得一用於DFT矩陣之中間矩陣 516 根據該中間向量及中間矩 ^ , 早導出一弟二通道回應 估計 600 存取點 610 TX資料處理器 620 OFDM調變器 622 發射裝置（TMTR) 624 天線 630 處理器 632 記憶體 642 接收裝置（RCVR) 644 OFDM解調變器 646 RX資料處理器

O:\89\89443.DOC -29· 200423554 650 終端 652 天線 654 接收裝置（RCVR) 656 OFDM解調變器 658 RX資料處理器 670 處理器 672 記憶體 682 TX資料處理器 684 OFDM調變器 686 發射裝置（TMTR) O:\89\89443 DOC -30

Claims (1)

1. 200423554 拾、申請專利範圍·· 1 _ '一種用於導出一益後请/士么μ山 〒印…琛通心糸統中一無線通道估計之方 法，該方法包括： 獲得-中間向量，該中間向量係根據一第一通道估計 向量之κ個子向量及—DFT矩陣之至少兩個離散傅立葉 轉換（DFT)子矩陣導出，苴中寸n …、甲邊DFT矩陣對應於該第一通 道估計向量且K係一大於1的整數； 獲得該DFT矩陣的一中間矩陣；及 根據該中間向量及該中間矩陣導出一第二通道估叶。 2.根據申請專利範圍第丨項之方法’其中該第一通道估計係 該無線通道之一通道頻率回應估計，而該第二通道估計 則係該無線通道之一通道脈衝回應估計。 3·根據&申請專利範圍第丨項之方法，其中該中間向量基於 B=ZW«Hk - k=l 其中B係該中間向量， Ik係該DFT矩陣之κ個DFT子矩陣中的一第化個 DFT子矩陣， Sk係該第一通道估計之κ個子向量中的一第k個子 向量，及 係一共I厄轉置。 4.根據申請專利範圍第丨項之方法，其中該至少兩個dft子 矩陣包括對應於該等K個子向量之κ個DFT子矩陣，且其 中獲得該中間向量包括 O:\89\89443.DOC 執订该等K個子向量中每一子向量與該等κ個DFT子矩 車中一對應DFT子矩陣之一矩陣乘法，以獲得一對應的中 間子向量，及 累加自該等K個子向量與該等尺個〇]?7子矩陣之矩陣乘 5去獲得的κ個中間子向量，以獲得該中間向量。 根據申請專利範圍第丨項之方法，其中該獲得該中間向量 包括 汁异一根據该第一通道估計向量構成之第一矩陣之離 政傅立葉轉換，以提供一第二矩陣，及 汁异一基底DFT子矩陣之各行與該第二矩陣之各列間 之内積，以獲得該中間向量。 6.根據申請專利範圍第5項之方法，其中使用一基數爲2之 卜夬速傅立葉轉換計算該第一矩陣之DFT。 7·根據申請專利範圍第5項之方法，其中使用一基數爲4之 快速傅立葉轉換計算該第一矩陣之Dft。 8·根據申請專利範圍第丨項之方法，其中該中間矩陣基於 f κ 、-1 、 lw?wk ， Vk=l J 其中l係該中間矩陣， wk係該DFT矩陣之κ個DFT子矩陣中的一第以固 DFT子矩陣，及 係’ 共輛轉置。 9·根據申請專利範圍第丨項之方法，其中預先計算得出該中 間矩陣。 O:\89\89443.DOC -2- 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 根據申請專利IS m -r櫨…广 法，其中該第二通道估計係 又康；忒第一通道估計最 旦η 取」卞力怙计，且其中該中 曰σ里及該中間矩陣李 4日祀丨早係邊取小平方估計之兩個部分。 《申請專利範圍第2項之方法，其進_步包含. 根據該通道脈衝回應估計導出一增強通道頻率 叶0 一 =申：專利範圍第11ΙΜ之方法，其中該通道頻率回應 估a十涵蓋一第一έ日工AS册 — 罘組子頻帶，且該增強通道頻率回應估計 涵盍一第二組子頻帶。 根據申請專利範圍第12項之方法，其中該第一組包括該 第二組中該等子頻帶之一子集。 據中W專利範圍第1項之方法’其中該無線通信系統係 一正交分頻多工（〇FDM)通信系統。 種用於導出一無線通信系統中一通道估計之方法，該 方法包括： 獲付一中間向量，該中間向量係根據一第一通道估計 向里之K個子向量及一 DFT矩陣之K個離散傅立葉轉換 (DFT)子矩陣導出，其中Κ係一大於1的整數； 獲得一根據該等K個DFT子矩陣導出之中間矩陣；及 根據该中間向量及該中間矩陣導出一第二通道估計。 一種用於導出一正交分頻多工（OFDM)通信系統中一無 線通道之估計之方法，該方法包括： 構成一該無線通道初始頻率回應估計的一第一矩陣； 計算該第一矩陣之離散傅立葉轉換（DFT)，以獲得一第 O:\89\89443.DOC ZUU4ZJ!)^4 十斤基底DFT子矩陣與該第二矩陣間的内積，以 一中間向量； 又 獲得-導出用於該初始頻率回應估計的一 〇 f 丁矩 中間矩陣；及 根據該中間向量及該中間矩陣導出一通道脈衝回應估 計。 “ 17 18 19. .根據申請專利範圍第16項之方法，其進―步包括： 根據該通道脈衝回應估計導出該無線通道的一增強頻 率回應估計。 .種以通信方式輕合至_數位信號處理元件⑴spD)之記 憶體’該數位信號處理元件（DSPD)能夠解譯數位資訊以： ^得一中間向量’該中間向量係根據-第-通道估計 向置之K個子向量及一 DFT矩陣之至少兩個離散傅立葉 轉換（DFT)子畴導ώ，其巾該DFT矩陣制於該第一通 道估計向量且K係一大於丨的整數； 獲得該DFT矩陣的一中間矩陣；及 根據該中間向量及該中間矩陣導出一第二通道估計。 -種可用於導出一無線通道估計之裝置（卿㈣㈣，該裝 置包括： 用於獲得-中間向量之構件，該中間向量係根據一第 通道估计向昼之κ個子向量及一 DF丁矩陣之至少兩個 離散傅立葉轉換（DFT)子矩陣導出，其中該df 丁矩陣對應 於该第一通道估計向量且K係一大於1的整數； O:\89\89443.DOC -4- 200423554 用於獲得該DFT矩陣的一中間矩陣之構件；及 用於根據該中間向量及該中間矩陣導出一第二通道估 計之構件。 2〇·根據申請專利範圍第19項之裝置，其中該用於獲得該中 間向量之構件包括 用於計算-根據該第一通道估計向量構成之第—矩陣 之DFT以提供一第二矩陣之構件，及 用於計算-基底DFT子矩陣之各行與該第1矩陣之各 列間之内積以獲得該中間向量之構件。 21·根據申請專利範圍第19項之裝置，其中該第一通道估計 係該無線通道的-通道頻率回應估計，而該第二通道估 計則係該無線通道的-最小平方通道脈衝回應估計。 22· —種位於一無線通信系統中之元件，該元件包含： -解調變器，其可用於接收一組指定子頻帶上的一導 頻傳輸；及 一處理器，其可用於 根據該所接收導頻傳輪獲得該組指定子頻帶的一第— 通道估計， 獲得:中間向量，該中間向量係根據該第一通道估計 之-向量之K個子向量及一DFT矩陣之至少兩個離散傅 立葉轉換（DFT)子矩障導屮，甘士# ^ + 早導出，其中該DFT矩陣對應於該第 一通道估計向量且K係一大於丨的整數， 獲得ό亥DF丁矩陣的一中間矩陣，及 根據該中間向量及該”矩陣導出—第二通道估計。 O:\89\89443 DOC 200423554 23.根據申請專利範圍第22項之元件，其中該處理器可進一 步用於 計算根據該第一通道估計向量構成之一第一矩陣之離 散傅立葉轉換，以提供一第二矩陣，及 計算一基底DF 丁子矩陣之各行與該第二矩陣之各列間 之内積以獲得該中間向量。 根據申π專利圍第22項之元件，其中該第—通道估計 係、通逼頻率回應估計，而該第二通道估計則係一通道 脈衝回應估計，Β甘丄 μ 且其中該處理器f進一步用於 根據該ig @ π & 脈衝回應估計導出/增強通道頻率回應估 O:\89\89443.DOC