CN101383798B - 一种基于调整因子的信道估计方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种基于调整因子的信道估计方法及系统，应用于正交频分复用OFDM系统，所述方法包括：发送端发送下行信号时，每隔一个或多个OFDM符号发送一个导频符号，且同一子帧中不同导频符号上的导频子载波的插入位置不同；接收端收到下行信号后进行信道估计，将同一子帧中的导频符号分为多组，对每一导频符号，根据其上导频子载波位置的信道响应，估计同组其它导频符号上相应子载波位置的信道响应，并与导频子载波位置的信道响应比较，根据比较结果以及信道时域的相关性计算相应子载波位置的调整因子，利用该调整因子对所述相应子载波位置的信道响应进行修正，然后根据修正结果，估计出所述子帧中所有子载波位置的信道响应。本发明进一步提高了信道估计的性能。

Description

一种基于调整因子的信道估计方法及系统

技术领域

本发明涉及无线通讯技术领域，尤其涉及一种基于调整因子的信道估计方法及系统。

背景技术

在目前通信技术领域中，正交频分复用(OFDM，Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing)备受关注，要完全实现OFDM的技术优势，需要先实现相关的关键技术，信道估计技术就是其中之一，其算法性能的优劣直接影响到整个系统的通信质量。信道估计技术在无线通信领域中主要用于获得发送天线到接收天线之间无线信道的频率响应。

系统中基于参考符号的信道响应估计模块的设计主要考虑参考符号的正交性。因为接收信号为各个发射天线发送信号的衰落与加性噪声的线性叠加。对于某个特定的发射接收天线对，来自于其它天线的信号即为干扰，因此采用的参考符号必须满足正交性条件，以消除天线间的干扰；另外就是寻找复杂度低的信道估计算法对信道参数进行估计。

目前的无线通信系统，对传输速率的要求较高，发送端导频开销问题在很大程度上直接影响着系统吞吐量，导频开销太大导致系统吞吐量的下降，而开销太小就不能准确跟踪信道的变化状态，也会导致系统吞吐量的下降。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于调整因子的信道估计方法及系统，以进一步提高信道估计的性能，进而提高系统的吞吐量。

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于调整因子的信道估计方法，应用于正交频分复用OFDM系统，该方法包括以下步骤：

(a)发送端发送下行信号时，每隔一个或多个OFDM符号发送一个导频符号，且同一子帧中不同导频符号上的导频子载波的插入位置不同；

(b)接收端收到所述下行信号后进行信道估计，将同一子帧中的导频符号分为N组，N≥1，对每一导频符号，根据其上导频子载波位置的信道响应，估计同组其它导频符号上相应子载波位置的信道响应；

(c)接收端将每一导频子载波位置的信道响应与同组其它导频符号相应子载波位置上估计得到的信道响应比较，根据比较结果以及信道时域的相关性计算每一所述相应子载波位置的调整因子；

(d)接收端利用所述调整因子对相应子载波位置的信道响应进行修正，然后根据修正结果，估计出所述子帧中所有子载波位置的信道响应。

进一步地，上述的方法还可具有如下特点：步骤(c)中，导频子载波位置的信道响应大于或小于其它导频符号相应子载波位置上估计得到的信道响应时，所述相应子载波位置的调整因子的符号为负或正，调整因子的大小α由所在信道的时域相关性计算得到。

进一步地，上述的方法还可具有如下特点：步骤(d)中，对所述相应子载波位置的信道响应进行修正时，将对应导频子载波位置的信道响应P乘以(1±α)，来替换这些子载波位置原估计得到的信道响应。

进一步地，上述的方法还可具有如下特点：步骤(b)中，接收端是根据每一导频子载波位置的信道响应，通过插值得到同组其它导频符号上相应子载波位置的信道响应；步骤(d)中，接收端是根据所述修正结果分别进行频率方向上和时间方向上的插值处理，估计出所述子帧中所有子载波位置的信道响应。

进一步地，上述的方法还可具有如下特点：步骤(b)中，接收端是将同一子帧中的导频符号分为一组；或者步骤(b)中，接收端是将同一子帧中的导频符号分为多组，各组包含完全不同或者部分相同的导频符号。

进一步地，上述的方法还可具有如下特点：所述发送端为基站或者无线中继站，所述接收端为终端或者用户设备。

本发明还提供了一种基于调整因子的信道估计系统，包括发送端和接收端，所述发送端的相关模块包括导频设置模块和导频信号发送模块，所述接收端的相关模块包括依次相连的信道响应估计模块、第一估计单元、修正模块以及第二估计单元，发送端通过所述导频信号发送模块与接收端的所述信道响应估计模块相连，其中：

所述信道响应估计模块用于估计出导频符号中导频子载波位置的信道响应，并输出给第一估计单元；

所述第一估计单元用于将同一子帧中的导频符号分为N组，N≥1，对每一导频符号，根据其上导频子载波位置的信道响应，估计同组其它导频符号上相应子载波位置的信道响应并输出给修正模块；

所述修正模块用于将每一导频子载波位置的信道响应与同组其它导频符号相应子载波位置上估计得到的信道响应比较，根据比较结果以及信道时域的相关性计算每一所述相应子载波位置的调整因子，并对相应子载波位置的信道响应进行修正，修正结果发送给所述第二估计单元；

所述第二估计单元用于根据修正结果，估计出所述子帧中所有子载波位置的信道响应。

进一步地，上述的系统还可具有如下特点：所述调整因子计算模块在计算调整因子时，导频子载波位置的信道响应大于或小于其它导频符号相应子载波位置上估计得到的信道响应时，所述相应子载波位置的调整因子的符号为负或正，调整因子的大小α由所在信道的时域相关性计算得到。

进一步地，上述的系统还可具有如下特点：所述修正模块在对所述相应子载波位置的信道响应进行修正时，将对应导频子载波位置的信道响应P乘以(1±α)，来替换这些子载波位置原估计得到的信道响应。

进一步地，上述的系统还可具有如下特点：所述第一估计单元是根据每一导频子载波位置的信道响应，通过插值得到同组其它导频符号上相应子载波位置的信道响应；所述第二估计单元是根据所述修正结果分别进行频率方向上和时间方向上的插值处理，估计出所述子帧中所有子载波位置的信道响应。

进一步地，上述的系统还可具有如下特点：所述第一估计单元是将同一子帧中的导频符号分为一组；或者所述第一估计单元是将同一子帧中的导频符号分为多组，各组包含完全不同或者部分相同的导频符号。

进一步地，上述的系统还可具有如下特点：所述发送端为基站或者无线中继站，所述接收端为终端或者用户设备。

采用本发明所述方法及系统，在导频密度一定的情况下，即导频开销一定的情况下，进一步提高了信道估计的性能，节省了导频开销，提高了系统吞吐量。

附图说明

图1是本发明实施例信道估计系统的结构框图；

图2是本发明实施例的信道估计示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，本实施例的信道估计系统包括发送端和接收端，所述发送端的相关模块主要包括一个导频设置模块1和导频信号发送模块2，所述接收端的相关模块主要包括依次相连的信道响应估计模块3、第一估计单元4、修正模块5及第二估计单元6，发送端通过导频信号发送模块2与接收端的信道响应估计模块3相连，其中：

发送端：

导频设置模块1用于导频的设置，包括确定子帧中导频符号的间隔以及在导频符号中导频子频波的插入位置。

导频信号发送模块2用于将按照导频配置在子帧中发送导频信号。

以上模块的功能与现有技术相同。该发送端可以是基站或无线中继站。

接收端：

所述信道响应估计模块3用于估计出导频符号中导频子载波位置的信道响应，并输出给第一估计单元4；

所述第一估计单元4用于将同一子帧中的导频符号分为N组，N≥1，对每一导频符号，根据其上导频子载波位置的信道响应，估计同组其它导频符号上相应子载波位置的信道响应并输出给修正模块5；

所述修正模块5用于将每一导频子载波位置的信道响应与同组其它导频符号相应子载波位置上估计得到的信道响应比较，根据比较结果以及信道时域的相关性计算每一所述相应子载波位置的调整因子，并对相应子载波位置的信道响应进行修正，修正结果发送给所述第二估计单元6；

所述第二估计单元6用于根据修正结果，估计出所述子帧中所有子载波位置的信道响应。

该接收端可以是终端或者用户设备。

结合图2所示的信道估计示意图，本实施例的信道估计过程如下：

1.导频设置

发送端在发送下行信号时，在时间方向(图2中的行方向)上，每隔一个或多个OFDM符号插入一个导频符号，在频率方向(图2中的列方向)上，每隔若干子载波插入一个导频子载波。为了更好的跟踪各频点的信道变化情况，同一子帧中不同导频符号上的导频子载波的插入位置不同。

见图2，同一子帧内，假设将时间方向上的第1个数据符号和第7个OFDM符号作为导频符号，第1个OFDM符号的导频子载波位置分别是1，7，13，...；而第7个OFDM符号的导频子载波位置分别是4，10，16，...。

2.信道响应估计

接收端首先估计出频率方向上导频子载波位置的信道响应，非导频位置子载波的信道响应通过插值来完成，之后在时间方向上也进行插值处理，得到整个频域信道响应。

信道响应估计模块首先得出频率方向上导频子载波位置的信道响应P1、P7、P13...，Q4，Q10，Q16...。之后通过插值处理可以得到第1、7个OFDM符号频率方向上的所有子载波的信道响应，然后，再在时间方向上进行插值计算就可以得到整个信道响应。

当然，每个导频符号内其他子载波位置的信道响应都可以不进行插值。如第1个OFDM符号里的P2、P3、P5、P6...位置的信道响应可以不用插值，因为即使插值了，修正值后还要清零，重新进行插值处理。

3.计算调整因子

首先，将每一导频子载波位置的信道响应与同一子帧内其它导频符号上相应子载波位置上插值得到的信道响应相比较，根据所比较的差值判断调整因子的作用是增加还是减少，以判断调整的方向是正向调整或是负向调整，该调整方向决定调整因子的符号为正还是负。如导频子载波位置的信道响应大于或小于其它导频符号相应子载波位置上估计得到的信道响应时，调整因子的符号为负或正。等于时可以不再修正。

然后根据信道时域的相关性计算调整因子的大小。同一子载波在时域的变化是有规律的，从而可以根据其时域的相关性来获得一些信息，这在现有技术中已很广泛，但本发明的重点在于，通过调整因子对相同位置的非导频子载波的信道响应进行修正。可以使用的现有算法进行调整因子的计算：首先引入一个概念，相干时间的定义为两个瞬时时间的信道冲激响应保持强相关时的最大时间间隔。我们设计导频时，在时间方向上的间隔往往都是2倍或是4倍采样，所以说在时间方向上的间隔内可以跟踪信道变化。

在这里我们假设，各子帧间导频符号的位置都是一样的，跟踪的是相同频点信道变换，然后根据它们之间的变化规律来寻找变换的因子(例如从1.2变换到0.8，则说明是减少，则因子可以定为(1.2-0.8)/符号间隔)，把这个因子作为调整因子，去修正其他导频符号上相应子载波位置上插值得到的信道响应。

4.根据调整因子进行修正

根据所计算的调整因子，利用第1个OFDM符号的导频子载波P1、P7、P13...位置的信道响应对第7个OFDM符号对应位置的非导频子载波Q1、Q7、Q13...位置的信道响应进行修正；同时利用第7个OFDM的导频子载波Q4，Q10，Q16...位置的信道响应对第1个OFDM对应位置的非导频子载波P4，P10，P16...位置的信道响应进行修正。修正时，是将对应导频子载波位置的信道响应P乘以(1±α)，来替换这些子载波位置原插值得到的信道响应，其中α为该位置的调整因子大小。

然后，将第13个OFDM符号和第19个OFDM符号相互进行修正，第25个OFDM符号和第31个OFDM符号相互进行修正...，后面的情况可以依此类推，不再一一列出。

此时，按照调整因子修正后的信道响应比通过插值计算得出的更加准确，其导频密度也相当于变为原来的2倍。

5.估计整个信道响应

把第1个OFDM符号和第7个OFDM符号内其它非导频子载波位置(2，3，5，6，8，9...)的信道响应清零之后再进行一次频率方向上的插值处理，然后再进行时间方向上的插值处理得到修正后的整个信道响应估计。

如果在步骤2中没有对每个导频符号其他的子载波位置的信道响应进行插值处理，则不需要清零，直接分别进行频率方向上和时间方向上的插值处理，即得到修正后的整个信道响应估计。

此外，发送端在进行导频设置时，同一子帧内还可以插入三个导频符号，例如第一个导频符号的导频子载波位置分别是1，7，13，...；第二个导频符号的导频子载波位置分别是3，9，15，...；第三个导频符号的导频子载波位置分别是5，11，17，...。

信道响应估计模块首先得出频率方向上第一个导频符号上导频子载波位置的信道响应P1、P7、P13...，第二个导频符号上导频子载波位置的信道响应Q3，Q9，Q15...，以及第三个导频符号上导频子载波位置的信道响应R5，R11，R17...。第一估计单元根据第一个导频符号上导频子载波位置的信道响应P1、P7、P13...插值计算出相应子载波位置的信道响应Q1、Q7、Q13...，R1、R7、R13...；根据第二个导频符号上导频子载波位置的信道响应Q3，Q9，Q15...插值计算出相应子载波位置的信道响应P3，P9，P15...，R3、R9、R15...；根据第三个导频符号上导频子载波位置的信道响应R5，R11，R17...插值计算出相应子载波位置的信道响应P5，P11，P17...，Q5，Q11，Q17...，然后按照前述方法计算出上述每一个子载波位置的调整因子，并根据调整因子对相应子载波位置的信道响应进行修正，最后再估计整个信道响应。

每一子帧均采用上述处理流程进行处理。此时，导频密度就相当于变为原来的3倍。

综上所述，采用本发明所述方法及系统，按照信道相关性得出的修正值比通过插值计算得出的更加准确，导频密度也相当于变为原来的几倍，与现有技术相比，更好的跟踪了信道变化情况，节省了导频开销问题，提高了系统吞吐量。

本发明在上述实施例的基础上还可以进行其它的变换。例如，还可以在同一子帧的部分导频符号之间进行修正，如每一子帧内有3个、4个导频符号或者其它更多的情况时，将子帧内的导频符号先划分为多组，对同一组的多个导频符号之间进行修正，最后再估计整个信道响应，同一组中导频符号间修正的处理流程与上述一个子帧中多个导频符号之间修正(实施例相当于子帧内的导频符号只分为一组)的方法相同，在此不再赘述。编组时，每组包含的导频符号可以均不相同，如第1、第2个导频符号为一组，第3、第4个导频符号为一组。或者，各组也可以包含部分相同的导频符号，如第1、第2个为一组，第2、第3个为一组，如此类推。

又如，上述对非导频子载波位置的信道响应的估计是通过插值得到的，但也可以采用时域相关等其它方法。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (12)

1.一种基于调整因子的信道估计方法，应用于正交频分复用OFDM系统，该方法包括以下步骤：

(a)发送端发送下行信号时，每隔一个或多个OFDM符号发送一个导频符号，且同一子帧中不同导频符号上的导频子载波的插入位置不同；

(b)接收端收到所述下行信号后进行信道估计，将同一子帧中的导频符号分为N组，N≥1，对每一导频符号，根据其上导频子载波位置的信道响应，估计同组其它导频符号上相应子载波位置的信道响应；

(c)接收端将每一导频子载波位置的信道响应与同组其它导频符号相应子载波位置上估计得到的信道响应比较，根据比较结果以及信道时域的相关性计算每一所述相应子载波位置的调整因子；

(d)接收端利用所述调整因子对相应子载波位置的信道响应进行修正，然后根据修正结果，估计出所述子帧中所有子载波位置的信道响应。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

步骤(c)中，导频子载波位置的信道响应大于或小于其它导频符号相应子载波位置上估计得到的信道响应时，所述相应子载波位置的调整因子的符号为负或正，调整因子的大小α由所在信道的时域相关性计算得到。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，

步骤(d)中，对所述相应子载波位置的信道响应进行修正时，将对应导频子载波位置的信道响应P乘以(1±α)，来替换这些子载波位置原估计得到的信道响应。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

步骤(b)中，接收端是根据每一导频子载波位置的信道响应，通过插值得到同组其它导频符号上相应子载波位置的信道响应；

步骤(d)中，接收端是根据所述修正结果分别进行频率方向上和时间方向上的插值处理，估计出所述子帧中所有子载波位置的信道响应。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(b)中，接收端是将同一子帧中的导频符号分为一组；或者

步骤(b)中，接收端是将同一子帧中的导频符号分为多组，各组包含完全不同或者部分相同的导频符号。

6.如权利要求1至4任一所述的方法，其特征在于，

所述发送端为基站或者无线中继站，所述接收端为终端或者用户设备。

7.一种基于调整因子的信道估计系统，包括发送端和接收端，所述发送端的相关模块包括导频设置模块和导频信号发送模块，所述接收端的相关模块包括依次相连的信道响应估计模块、第一估计单元、修正模块以及第二估计单元，发送端通过所述导频信号发送模块与接收端的所述信道响应估计模块相连，其中：

所述信道响应估计模块用于估计出导频符号中导频子载波位置的信道响应，并输出给第一估计单元；

所述第一估计单元用于将同一子帧中的导频符号分为N组，N≥1，对每一导频符号，根据其上导频子载波位置的信道响应，估计同组其它导频符号上相应子载波位置的信道响应并输出给修正模块；

所述修正模块用于将每一导频子载波位置的信道响应与同组其它导频符号相应子载波位置上估计得到的信道响应比较，根据比较结果以及信道时域的相关性计算每一所述相应子载波位置的调整因子，并对相应子载波位置的信道响应进行修正，修正结果发送给所述第二估计单元；

所述第二估计单元用于根据修正结果，估计出所述子帧中所有子载波位置的信道响应。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，

所述调整因子计算模块在计算调整因子时，导频子载波位置的信道响应大于或小于其它导频符号相应子载波位置上估计得到的信道响应时，所述相应子载波位置的调整因子的符号为负或正，调整因子的大小α由所在信道的时域相关性计算得到。

9.如权利要求7所述的系统，其特征在于，

所述修正模块在对所述相应子载波位置的信道响应进行修正时，将对应导频子载波位置的信道响应P乘以(1±α)，来替换这些子载波位置原估计得到的信道响应；

其中，α为调整因子的大小。

10.如权利要求7所述的系统，其特征在于，

所述第一估计单元是根据每一导频子载波位置的信道响应，通过插值得到同组其它导频符号上相应子载波位置的信道响应；

所述第二估计单元是根据所述修正结果分别进行频率方向上和时间方向上的插值处理，估计出所述子帧中所有子载波位置的信道响应。

11.如权利要求7所述的系统，其特征在于，

所述第一估计单元是将同一子帧中的导频符号分为一组；或者

所述第一估计单元是将同一子帧中的导频符号分为多组，各组包含完全不同或者部分相同的导频符号。

12.如权利要求7至11之一所述的系统，其特征在于，

所述发送端为基站或者无线中继站，所述接收端为终端或者用户设备。

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