CN101282317B - 信道质量估计方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种信道质量估计方法及装置，其方法包括以下步骤：S202，利用信道估计结果对通过下行链路传送的导频序列进行均衡；S204，利用本地序列去除均衡后的导频序列中的本地化特性，并将去除本地化特性的导频序列的均值作为标准参考；以及步S206，根据去除本地化特性的导频序列与标准参考之间的距离获取反映信道特性的特征值。本发明利用下行链路的导频序列公共信息及信道估计的估计结果来计算反映信道质量的特征值，复杂度低、容易实现。

Description

信道质量估计方法及装置 

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及信道质量估计方法及装置。 

背景技术

在LTE(Long term evolution，长期演进)中，下行链路引入了OFDM(orthogonal frequency-division multiplexing)调制方式，OFDM是一种多载波调制技术，在频域上使用一系列的正交子载波调制数据，由于子载波间的正交性，OFDM可以充分利用频带带宽，其信号的频谱接近矩形，并且其带宽利用率接近理论上的香农信息极限。同时由于数据信息在不同的子载波上传输，OFDM具有很强的抗多径能力。另外，通过在OFDM符号前增加循环前缀，还可以有效消除信道多径效应所产生的符号间干扰。 

无线系统的高速率数据传输是依赖于采用链路自适应技术的，根据当前信道的瞬时信道质量安排适当的编码和调制方式，从而最大限度地利用信道资源，这就需要准确地估计出下行链路的信道质量。 

目前的信道质量估计方法主要包括以下两类：一是通过计算接收信号的误比特率、误码率(BER)或丢包率(PLR)来估计信道质量；二是近年来出现的通过接收信号的信噪干比(SINR)来估计信道的质量。Austin和Stuber在1998年首先研究了基于训练序列的SINR估计方法，随后出现了许多无训练序列的SINR估计算法。但是，误比特率或误包率不仅依赖于信道的质量，还依赖于基站侧的编码方式和调制方式，即使在信道质量较差的情况下，通过降低编码速率并采用低阶调制，同样可以降低误码率或丢包率，因此不能很准确地反映当前信道的瞬时质量。另外，有关SINR估计的方法的复杂度也较高。 

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提出一种信道质量估计方法及装置，该发明利用下行链路的导频序列公共信息及信道估计的估计结果来计算反映信道质量的特征值，复杂度低、容易实现。 

本发明的一种信道质量估计方法包括以下步骤：S202，利用信道估计结果对通过下行链路传送的恒幅值的导频序列进行均衡；S204，利用本地序列去除均衡后的导频序列中的本地化特性，并将去除本地化特性的导频序列的均值作为标准参考；以及S206，根据去除本地化特性的导频序列与标准参考之间的距离获取反映信道特性的特征值。 

其中，通过下行链路传送的恒幅值的导频序列为恒幅值的随机复数序列。该信道质量估计方法用于正交频分复用系统。 

本发明的一种信道质量估计装置包括：导频序列提取与均衡模块，用于从下行链路接收到的数据提取导频并利用信道估计结果对恒幅值的导频序列进行均衡；去本地化特性和求值模块，用于利用本地序列去除均衡后的导频序列中的本地化特性，并将去除本地化特性的导频序列的均值作为标准参考；以及距离和特征值获取模块，用于根据去除本地化特性的导频序列与标准参考之间的距离获取反映信道特性的特征值。 

其中，去本地化特性和求值模块包括：去本地化特性模块，用于利用本地序列去除均衡后的导频序列中的本地化特性；以及标准参考获取模块，用于求去除本地化特性的导频序列的均值，并将均值作为标准参考。 

其中，距离和特征值获取模块包括：距离获取模块，用于计算去除本地化特性的导频序列与所述标准参考之间的距离；以及特征值获取模块，用于根据去除本地化特性的导频序列与标准参考之间的距离获取反映信道特性的特征值。 

其中，通过下行链路传送的恒幅值的导频序列为恒幅值的随机复数序列。该信道质量估计装置用于正交频分复用系统。 

在LTE系统的下行链路中，为了用户设备(UE)能够进行信道估计、频偏估计及某些系统信息的识别，在每个子帧的某些OFDM符号中插入了导频序列。本发明利用下行链路的导频序列公共信息及信道估计的估计结果来计算反映信道质量的特征值，复杂度低、容易实现。 

附图说明

此处说明的附图用来提供本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，在附图中： 

图1是本发明的信道质量估计装置的结构的框图； 

图2是本发明的信道质量估计方法的实施步骤的流程图； 

图3是根据本发明实施例的不同信噪比情况下本发明的方法和CINR方法与实际信噪比的比较结果图； 

图4是根据本发明实施例的不同信干比情况下本发明的方法和CINR方法与实际信干比的比较结果图。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。 

图1所示为本发明的信道质量估计装置的机构的框图。如图1所示，该装置包括：导频序列提取与均衡模块102，用于从下行链路接收到的数据提取导频并利用信道估计结果对导频序列进行均衡；去本地化特性和求值模块104，用于利用本地序列去除均衡后的导频序列中的本地化特性，并将去除本地化特性的导频序列的均值作为标准参考；以及距离和特征值获取模块106，用于根据去除本地化特性的导频序列与标准参考之间的距离获取反映信道特性的特征值。 

其中，去本地化特性和求值模块104包括：去本地化特性模块1042，用于利用本地序列去除均衡后的导频序列中的本地化特性；以及标准参考获取模块1044，用于求去除本地化特性的导频序列的均值，并将均值作为标准参考。 

其中，距离和特征值获取模块包括106：距离获取模块1062，用于计算去除本地化特性的导频序列与所述标准参考之间的距离；以及特征值获取模块1064，用于根据去除本地化特性的导频序列与标准参考之间的距离获取反映信道特性的特征值。 

其中，通过下行链路传送的导频序列为恒幅值的随机复数序列。该信道质量估计装置用于正交频分复用系统。

本发明的信道质量估计方法包括以下步骤：S202，利用信道估计结果对通过下行链路传送的导频序列进行均衡；S204，利用本地序列去除均衡后的导频序列中的本地化特性，并将去除本地化特性的导频序列的均值作为标准参考；以及S206，根据去除本地化特性的导频序列与标准参考之间的距离获取反映信道特性的特征值。 

其中，通过下行链路传送的导频序列为恒幅值的随机复数序列。该该信道质量估计方法用于正交频分复用系统。 

下面通过具体的实施例来说明OFDM系统中基于参考序列的信道质量估计方法。 

首先，假设基站侧的频域导频子载波数据为X(i)，则UE侧提取出的导频子载波数据用Y(i)表示，则第i个符号Y⁽ⁱ⁾可以表示为： 

Y⁽ⁱ⁾＝H⁽ⁱ⁾A⁽ⁱ⁾+W⁽ⁱ⁾+I⁽ⁱ⁾                      (1) 

其中i表示UE经过DFT后输出的第i个符号；H⁽ⁱ⁾信道脉冲的频域响应，其对应的时域响应表示为h⁽ⁱ⁾；W⁽ⁱ⁾和I⁽ⁱ⁾分别表示均值为0，分别为

的高斯白噪声和干扰信号；  $A^{\left(i\right)}=\mathrm{diag}[X_0^{\left(i\right)},X_1^{\left(i\right)},\·\·\·,X_{\mathrm{Np}-1}^{\left(i\right)}]$ 为本地导频序列。Np表示本地导频序列的长度； 

第一步：用信道估计结果

对导频序列进行均衡。 

$Z_n^{\left(i\right)}=\frac{Y_n^{\left(i\right)}}{{\hat{H}}_n^{\left(i\right)}}=X_n^{\left(i\right)}+\{\frac{H_n^{\left(i\right)}-{\hat{H}}_n^{\left(i\right)}}{{\hat{H}}_n^{\left(i\right)}}{X}_n^{\left(i\right)}+\frac{W_n^{\left(i\right)}}{{\hat{H}}_n^{\left(i\right)}}+\frac{I_n^{\left(i\right)}}{{\hat{H}}_n^{\left(i\right)}}\}=X_n^{\left(i\right)}+I_n^{\′\′\left(i\right)}---\left(2\right)$

第二步：去除本地化特性，并对序列求均值。去除本地化特性后的信号可以表示为：

$R^{\left(i\right)}=Z^{\left(i\right)}\·*\mathrm{conj}\left(A^{\left(i\right)}\right)=X^{\left(i\right)}+I^{\′\′\left(i\right)}\·*\mathrm{conj}\left(A^{\left(i\right)}\right)=X^{\left(i\right)}+{\hat{I}}^{\left(i\right)}---\left(3\right)$

其中，  $X^{\left(i\right)}=\mathrm{diag}[{\left|X_0^{\left(i\right)}\right|}^2,{\left|X_1^{\left(i\right)}\right|}^2,\·\·\·,{\left|X_2^{\left(i\right)}\right|}^2,{\left|X_{\mathrm{Np}-1}^{\left(i\right)}\right|}^2];$

${\hat{I}}^{\left(i\right)}=\mathrm{diag}[{\hat{I}}_0^{\left(i\right)},{\hat{I}}_1^{\left(i\right)},\·\·\·,{\hat{I}}_{\mathrm{Np}-1}];{\hat{I}}_n^{\left(i\right)}=I_n^{\′\′\left(i\right)}*\mathrm{conj}\left(X_n^{\left(i\right)}\right).$

对Z⁽ⁱ⁾求平均求标准参考。 

由于导频序列为恒幅序列，设幅值为λ，则标准参考如下式所示： 

$u=\frac{1}{\mathrm{Np}}\underset{n=0}{\overset{\mathrm{Np}-1}{\mathrm{\Σ}}}{R}_n^{\left(i\right)}={\mathrm{\λ}}^2+\frac{1}{\mathrm{Np}}\underset{n=0}{\overset{\mathrm{Np}-1}{\mathrm{\Σ}}}{\hat{I}}_n^{\left(i\right)}---\left(4\right)$

式中λ²反映了信号的功率特性。如果参考序列具有良好的互相关特性，则公式(4)中的第二项将被压缩Np。设I″⁽ⁱ⁾的平均幅值为η，则

约为ηλ/Np，与λ相比为一很小的值。 

第三步：求去除本地化特性后的参考序列与标准参考间的距离。 

$v=\frac{1}{\mathrm{Np}}\underset{n=0}{\overset{\mathrm{Np}-1}{\mathrm{\Σ}}}|R_n^{i)}-u|=\frac{1}{\mathrm{Np}}\underset{n=0}{\overset{\mathrm{Np}-1}{\mathrm{\Σ}}}|{\hat{I}}_n^{\left(i\right)}-\frac{1}{\mathrm{Np}}\underset{n=0}{\overset{\mathrm{Np}-1}{\mathrm{\Σ}}}{\hat{I}}_n^{\left(i\right)}|\≈\frac{1}{\mathrm{Np}}\underset{n=0}{\overset{\mathrm{Np}-1}{\mathrm{\Σ}}}|{\hat{I}}_n^{\left(i\right)}-\mathrm{\η\λ}/\mathrm{Np}|---\left(5\right)$

则，v中包含了噪声和干扰信息及本地序列的共轭分量成分。 

第四步：求特征值 

$\mathrm{\δ}=\frac{u^2}{v^2}$

则v中的共轭分量与u中的共轭分量抵消，因此δ反映了信道的SINR特性。根据上述推导，由于分子中包含了部分的信号外信息，而分母中对噪声信息进行了减少，因此需要在上述估计值的基础上进行一个系数调整。 

最终估计结果可以表示为： 

SINR_esti＝5*logδ-κ                         (6) 

其中κ为常值调整系数，其取值范围为6～10； 

另外，分别对不同信噪比和不同信干比情况下本发明的估计结果和802.16e中的CINR(Carrier to Interference plus Noise Ratio载噪干比)估计方法的结果与实际信噪比和信干比进行了比较。图3和图4分别为不同信噪比和不同信干比情况下的比较图，其中，(a)图取5次的平均估计结果，(b)图取50次的平均估计结果，并且图3中的干扰为QPSK(quartus phase-shift keying四相移位键控)调制信号。由图3和图4可见，本发明可以较准确的估计实际的信噪比和信干比情况，并且在相同估计次数平均的情况下，本发明的估计方法得到的曲线比802.16e中的CINR估计方法得到的曲线光滑的多，并且与信道中实际信噪比和信干比更为接近。因而根据估计结果可以更容易的确定信道的质量。 

仿真过程中参数为：Nfft点数为1024，有用子载波个数为601(包括零频分量)，导频的插入格式为每6个子载波插入一个导频，导频采用GCL序列。循环前缀的长度为72。 

本领域技术人员将很容易了解到本发明其它优点和修改。因此，上述针对实施例的描述为本发明具体应用实施例，本发明更广泛的方面并不限于本文中示出以及描述的特定细节和典型实施例。因此，可在不脱离由权利要求及其等效物所限定的本发明的精神或范围的条件下作出各种修改。

Claims (8)

1.一种信道质量估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S202，利用信道估计结果对通过下行链路传送的导频序列进行均衡，其中，所述导频序列为恒幅序列；

S204，利用本地序列去除均衡后的导频序列中的本地化特性，并将去除本地化特性的导频序列的均值作为标准参考；以及

S206，根据所述去除本地化特性的导频序列与所述标准参考之间的距离获取反映信道特性的特征值。

2.根据权利要求1所述的信道质量估计方法，其特征在于，所述通过下行链路传送的导频序列为恒幅值的随机复数序列。

3.根据权利要求1所述的信道质量估计方法，其特征在于，所述信道质量估计方法用于正交频分复用系统。

4.一种信道质量估计装置，其特征在于包括：

导频序列提取与均衡模块，用于从下行链路接收到的数据提取导频并利用信道估计结果对所述导频序列进行均衡，其中，所述导频序列为恒幅序列；

去本地化特性和求值模块，用于利用本地序列去除均衡后的导频序列中的本地化特性，并将去除本地化特性的导频序列的均值作为标准参考；以及

距离和特征值获取模块，用于根据所述去除本地化特性的导频序列与所述标准参考之间的距离获取反映信道特性的特征值。

5.根据权利要求4所述的信道质量估计装置，其特征在于，所述去本地化特性和求值模块包括：

去本地化特性模块，用于利用本地序列去除均衡后的导频序列中的本地化特性；以及

标准参考获取模块，用于求去除本地化特性的导频序列的均值，并将所述均值作为标准参考。

6.根据权利要求4所述的信道质量估计装置，其特征在于，所述距离和特征值获取模块包括：

距离获取模块，用于计算所述去除本地化特性的导频序列与所述标准参考之间的距离；以及

特征值获取模块，用于根据所述去除本地化特性的导频序列与所述标准参考之间的距离获取反映信道特性的特征值。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的信道质量估计装置，其特征在于，通过下行链路传送的导频序列为恒幅值的随机复数序列。

8.根据权利要求7所述的信道质量估计装置，其特征在于，所述信道质量估计装置用于正交频分复用系统。

Images