一種應(yīng)用在多天線系統(tǒng)的時(shí)域信道估計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應(yīng)用在多天線系統(tǒng)的時(shí)域信道估計(jì)方法。本方法為：1)發(fā)送端生成頻域符號(hào)和多組導(dǎo)頻序列；每一發(fā)射天線對(duì)應(yīng)一組不同的導(dǎo)頻序列；2)檢測(cè)頻域符號(hào)與導(dǎo)頻信號(hào)存在干擾的子載波位置，將該位置的符號(hào)周期擴(kuò)展一倍，將頻域符號(hào)在擴(kuò)展的符號(hào)周期內(nèi)進(jìn)行正交重疊；3)生成時(shí)域OFDM符號(hào)，與導(dǎo)頻序列疊加；4)發(fā)送端將基帶信號(hào)上變頻并饋送至發(fā)射天線端口；不同發(fā)射天線發(fā)射的導(dǎo)頻序列相互正交；5)接收機(jī)接收空口數(shù)據(jù)并下變頻處理后，補(bǔ)齊信號(hào)過信道后的波形，對(duì)相鄰兩OFDM符號(hào)長(zhǎng)度內(nèi)的數(shù)據(jù)疊加并作算術(shù)平均；6)線性相關(guān)器進(jìn)行信道估計(jì)，得到時(shí)域信道沖擊響應(yīng)。本發(fā)明大大提高了頻譜資源利用率，降低了系統(tǒng)時(shí)頻資源開銷。
【專利說明】一種應(yīng)用在多天線系統(tǒng)的時(shí)域信道估計(jì)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及數(shù)字通信【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種應(yīng)用在多天線0FDM系統(tǒng)中的時(shí) 間域信道估計(jì)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 通常，頻域信道估計(jì)在多天線0FDM系統(tǒng)里的應(yīng)用更廣泛。通過在頻域子信道上插 入導(dǎo)頻，在接收端可以估計(jì)出單抽頭的信道頻率響應(yīng)。常用的頻域方法中，最小二乘（LS) 估計(jì)器的估計(jì)精度很差，但計(jì)算簡(jiǎn)單；線性最小均方誤差（LMMSE)估計(jì)器（即維納濾波）能 實(shí)現(xiàn)最優(yōu)估計(jì)，但計(jì)算復(fù)雜度很高，在估計(jì)過程中需要額外的信息，如子載波與信噪比的協(xié) 方差矩陣等，以及大量的矩陣求逆運(yùn)算。
[0003] LMMSE估計(jì)對(duì)一個(gè)子載波的信道響應(yīng)，需要0(Ns3)量級(jí)的計(jì)算復(fù)雜度，Ns表示頻 域符號(hào)的長(zhǎng)度。用于實(shí)際通信系統(tǒng)的算法，大多是對(duì)LMMSE算法的簡(jiǎn)化，其簡(jiǎn)化算法至少需 要〇(L h3)量級(jí)的計(jì)算量，Lh表示信道響應(yīng)長(zhǎng)度，即碼片中的多徑長(zhǎng)度。在不采用維納濾波 時(shí)，一般使用的是低通插值技術(shù)，如：線性插值，高斯插值，高階多項(xiàng)式插值，時(shí)頻二維插值 等。這些方法比維納濾波復(fù)雜度低，但都存在著一定的計(jì)算復(fù)雜度，且有性能損失。
[0004] 隨著對(duì)更大系統(tǒng)帶寬的需求，0FDM系統(tǒng)的子載波數(shù)增加，LMMSE估計(jì)方法及其簡(jiǎn) 化算法的復(fù)雜度進(jìn)一步增加。除了上述信道估計(jì)復(fù)雜度問題，如何控制多天線系統(tǒng)的導(dǎo)頻 開銷也是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)難題。
[0005] 單天線系統(tǒng)中，不同信道上發(fā)射相互正交的導(dǎo)頻，來保證導(dǎo)頻間無干擾。然而，當(dāng) 引入多天線技術(shù)，0FDM系統(tǒng)的導(dǎo)頻設(shè)計(jì)面臨較大挑戰(zhàn)，因?yàn)椴煌炀€的信號(hào)一般使用相同 的時(shí)頻資源，其導(dǎo)頻需要一定的正交化設(shè)計(jì)，才能保證相互間無干擾。以時(shí)分方式的正交化 設(shè)計(jì)為例，為保證無干擾，一般地，在某一天線發(fā)射導(dǎo)頻信號(hào)時(shí)，其他天線不能發(fā)射業(yè)務(wù)信 號(hào)，導(dǎo)頻開銷隨天線數(shù)量成倍增長(zhǎng)。
[0006] 實(shí)際的多天線系統(tǒng)中，采取特殊的設(shè)計(jì)能夠降低導(dǎo)頻開銷，但是不可避免的要犧 牲信道估計(jì)精度或復(fù)雜度。另一方面，小區(qū)之間干擾問題影響了系統(tǒng)的信道估計(jì)性能，以 LTE系統(tǒng)為例，將相鄰小區(qū)的梳狀導(dǎo)頻在頻域錯(cuò)開，同時(shí)結(jié)合導(dǎo)頻功率增強(qiáng)來提高估計(jì)性 能，這種方法能夠規(guī)避導(dǎo)頻之間的干擾，但相鄰小區(qū)的業(yè)務(wù)信號(hào)與本小區(qū)導(dǎo)頻之間的干擾 不可避免。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種新型的時(shí)域信道估計(jì)方法。本 發(fā)明所采用的技術(shù)方案，其特征在于：頻域干擾抵消預(yù)處理；在待發(fā)送時(shí)域0FDM符號(hào)中疊 加參考信號(hào)/導(dǎo)頻序列；上變頻后饋送到天線端口；接收機(jī)接收空口數(shù)據(jù)（即發(fā)射機(jī)發(fā)送 的信號(hào)，包含業(yè)務(wù)信號(hào)和導(dǎo)頻信號(hào)；業(yè)務(wù)信號(hào)即時(shí)域0FDM符號(hào)）并下變頻處理；基帶信號(hào) 送入干擾抵消模塊處理；采用線性相關(guān)器估計(jì)信道抽頭，即得到時(shí)域CIR ;將時(shí)域響應(yīng)轉(zhuǎn)換 成頻域響應(yīng)，用于數(shù)據(jù)解調(diào)。具體來說包括：
[0008] (1)業(yè)務(wù)信號(hào)與導(dǎo)頻序列之間的干擾，可通過在發(fā)送端對(duì)存在干擾的子載波位置， 不承載業(yè)務(wù)信號(hào)的方法來避開干擾，比如將導(dǎo)頻與業(yè)務(wù)信號(hào)放在不同的時(shí)頻位置上，二者 在時(shí)頻上分離開，LTE中采用該方法；或者將導(dǎo)頻與業(yè)務(wù)信號(hào)在時(shí)間上分離，一段放導(dǎo)頻， 一段放業(yè)務(wù)信號(hào)，比如3G中采用該方法。但是這些方法不可避免的會(huì)造成頻譜效率的損 失。本發(fā)明提出的方案，時(shí)間域上業(yè)務(wù)信號(hào)與導(dǎo)頻序列是相互獨(dú)立的，二者的頻域干擾主要 通過干擾抵消規(guī)避，通過在相鄰兩個(gè)0FDM符號(hào)周期內(nèi)（即0FDM符號(hào)周期長(zhǎng)度擴(kuò)展一倍）， 對(duì)存在干擾的子載波上進(jìn)行0FDM符號(hào)的正交重疊傳輸，相鄰的兩個(gè)符號(hào)長(zhǎng)度上，0FDM符號(hào) 按位取反發(fā)送，并在接收端干擾抵消，可節(jié)約前述方法50%的譜效率損失。
[0009] (2)多天線場(chǎng)景下，可根據(jù)天線數(shù)量，靈活設(shè)計(jì)相互正交的導(dǎo)頻序列，導(dǎo)頻序列的 個(gè)數(shù)由天線個(gè)數(shù)決定，二者數(shù)值相等。導(dǎo)頻信號(hào)與業(yè)務(wù)信號(hào)間相互獨(dú)立，多個(gè)天線上的導(dǎo)頻 信號(hào)相互正交，多個(gè)天線的導(dǎo)頻信號(hào)能夠與業(yè)務(wù)信號(hào)同時(shí)發(fā)射，從而降低系統(tǒng)時(shí)頻資源開 銷。對(duì)于支持N個(gè)天線發(fā)射的下行鏈路，依據(jù)所述方法，只需構(gòu)造 N組導(dǎo)頻序列即可滿足要 求。多組導(dǎo)頻序列的產(chǎn)生，可通過對(duì)一組基本的互補(bǔ)碼組，經(jīng)過克羅尼克積計(jì)算得到?；パa(bǔ) 碼包含分量碼C碼和分量碼S碼，C碼和S碼的構(gòu)成類似，以長(zhǎng)度為N的C碼為例，構(gòu)成過 程如式（1)所不。
[0010] 采用上述互補(bǔ)碼設(shè)計(jì)導(dǎo)頻序列，其自相關(guān)特性（ACF)和互相關(guān)特性（CCF)，在一定 約束下是理想的，其CCF在所有時(shí)間移位處均為零，ACF除了原點(diǎn)外其余時(shí)間移位均為零。 導(dǎo)頻序列和時(shí)域業(yè)務(wù)信號(hào)疊加在一起傳輸，接收機(jī)利用導(dǎo)頻序列的相關(guān)特性，對(duì)接收基帶 信號(hào)進(jìn)行線性相關(guān)運(yùn)算，來獲得CIR的時(shí)域抽頭，其復(fù)雜度與LS算法的計(jì)算復(fù)雜度處于同 一量級(jí)。通過對(duì)信道響應(yīng)長(zhǎng)度信息的利用，其估計(jì)性能具有漸近最優(yōu)性。

【權(quán)利要求】
1. 一種應(yīng)用在多天線系統(tǒng)的時(shí)域信道估計(jì)方法，其步驟為： 1) 信號(hào)發(fā)送端生成頻域符號(hào)和多組導(dǎo)頻序列；其中，多天線系統(tǒng)中的每一根發(fā)射天線 對(duì)應(yīng)一組不同的導(dǎo)頻序列； 2) 對(duì)頻域符號(hào)進(jìn)行頻域干擾抵消預(yù)處理；即檢測(cè)頻域符號(hào)與導(dǎo)頻信號(hào)存在干擾的子 載波位置，將該位置的符號(hào)周期擴(kuò)展一倍，將頻域符號(hào)在擴(kuò)展的符號(hào)周期內(nèi)進(jìn)行正交重 置； 3) 對(duì)步驟2)處理后的數(shù)據(jù)，送入OFDM調(diào)制器，將輸出的時(shí)域OFDM符號(hào)與步驟1)所述 的導(dǎo)頻序列置加在一起； 4) 信號(hào)發(fā)送端將步驟3)處理后的基帶信號(hào)上變頻并饋送至發(fā)射天線端口進(jìn)行發(fā)送； 其中，不同發(fā)射天線發(fā)射的導(dǎo)頻序列相互正交； 5) 接收機(jī)接收空口數(shù)據(jù)并下變頻處理后，補(bǔ)齊信號(hào)過信道后的波形，然后送入干擾抵 消模塊；干擾抵消模塊對(duì)相鄰兩OFDM符號(hào)長(zhǎng)度內(nèi)的數(shù)據(jù)疊加并作算術(shù)平均； 6) 線性相關(guān)器對(duì)步驟4)處理后的信號(hào)進(jìn)行信道估計(jì)，得到時(shí)域信道沖擊響應(yīng)
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述導(dǎo)頻序列與OFDM符號(hào)具有相同的時(shí)域?qū)?度、循環(huán)前綴長(zhǎng)度及傳輸結(jié)構(gòu)。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述正交重疊的方法為：依次將相鄰兩 個(gè)符號(hào)周期合并作為一個(gè)擴(kuò)展后的符號(hào)周期，其中在該相鄰兩符號(hào)周期上，頻域符號(hào)按位 取反。
4. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述導(dǎo)頻序列由二元互補(bǔ)碼構(gòu)成，其包含兩 個(gè)長(zhǎng)度相同的分量碼C碼和S碼。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述存在干擾的子載波的集合為{fk.J，其 中，
表示向下取整，Nc表示子載波個(gè)數(shù)，Lm表示互補(bǔ)碼分量碼C碼或 S碼的重復(fù)次數(shù)。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述導(dǎo)頻序列采用周期重復(fù)的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)頻序 列的分量碼周期重復(fù)的次數(shù)為L(zhǎng)m=Nc/Lp，Nc表示子載波數(shù)目，Lp表示導(dǎo)頻序列的長(zhǎng)度。
7. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述導(dǎo)頻序列的長(zhǎng)度等于偶數(shù)個(gè)OFDM符號(hào)長(zhǎng) 度。
8. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于構(gòu)造長(zhǎng)度為N的CHCn的公式為：

構(gòu)造長(zhǎng)度為N的S碼Sn的公式為： I 〇
9. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于補(bǔ)齊信號(hào)過信道后的波形的方法為：在接收 的OFDM符號(hào)的尾部需添加L個(gè)樣值，這些樣值取自接收到的OFDM符號(hào)的首部，且滿足：L>Lh，Lh為信道響應(yīng)長(zhǎng)度
其中，Td是衰落信道的最大時(shí)延擴(kuò)展，Tc是采樣間 隔，表示向上取整。
10. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟3)中，時(shí)域OFDM符號(hào)與導(dǎo)頻序列 疊加在一起傳輸，占用相同的時(shí)頻資源。
【文檔編號(hào)】H04L25/02GK104243370SQ201410440808
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月1日
【發(fā)明者】王穎, 汪永明, 周衛(wèi)華, 李曉娜, 王中方, 張新科 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院信息工程研究所