CN101409574B - 一种用于td-scdma系统的信道估计方法、装置及接收机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于TD-SCDMA系统的信道估计方法及装置。所述方法包括如下步骤：A、利用接收到的一个时隙中的训练序列RM和基本训练序列BM进行信道估计，得到去噪前的信道冲激响应B、对

进行去噪处理，得到去噪后的信道冲激响应h；C、利用h构造系统矩阵SM；D、利用SM和RM，以最小二乘准则来计算h中每条径的变化系数，得到系数矩阵C；E、根据C得到每条径的多项式拟合函数，根据所述多项式拟合函数计算所述时隙中每一时间点的信道冲激响应。依照本发明，能够有效提高用户终端处于高速移动状态时信道估计的准确性。本发明还提供一种TD-SCDMA接收机，该接收机中采用了上述的信道估计装置，为高速移动场景提供了一种比较好的接收机解决方案。

Description

一种用于TD-SCDMA系统的信道估计方法、装置及接收机

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，特别涉及一种用于TD-SCDMA系统的信道估计方法、装置及接收机。

背景技术

时分同步码分多址(TD-SCDMA)系统的时隙帧结构设计(参照图1)是基于这样一个假设：即信道冲激响应在一个时隙内保持恒定或者基本不变，也就是说，在一个时隙内可以将该信道看成是时不变的。当用户终端的移动速度小于120km/h时，这一假设是基本成立。但是，当用户终端处于高速移动的状态，例如300～400km/h，此时信道的相干时间小于一个时隙，即一个时隙内信道冲激响应的相关性已经很小，前述假设不再成立。如果仍然用同一个信道冲激响应来解调整个时隙的数据，那么势必会引起较高的误码率，导致系统无法正常工作。

因此，当用户终端处于高速移动状态时，如何提高信道估计的准确性就成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于TD-SCDMA系统的信道估计方法及装置，以提高用户终端处于高速移动状态时信道估计的准确性。

本发明所要解决的另一技术问题是提供一种TD-SCDMA接收机，为高速移动场景提供一种比较好的接收机解决方案。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一种用于TD-SCDMA系统的信道估计方法，包括如下步骤：

A、利用接收到的一个时隙中的训练序列RM和基本训练序列BM进行信道估计，得到去噪前的信道冲激响应

B、对

进行去噪处理，得到去噪后的信道冲激响应h；

C、利用h构造系统矩阵SM；

D、利用SM和RM，以最小二乘准则来计算h中每条径的变化系数，得到系数矩阵C；

E、根据C得到每条径的多项式拟合函数，根据所述多项式拟合函数计算所述时隙中每一时间点的信道冲激响应。

上述的方法，其中，步骤C具体包括：

C1、对于h中的激活信道估计窗，保留N条有效径，并记录每条保留的有效径在该激活信道估计窗中的位置Pos_i，i＝1，2，…，N；

C2、按照如下公式恢复发送的训练序列TM：

TM(m)＝BM((m+(Kcell-j)W)％128+1)，m＝1，2，…，128，Kcell为信道估计窗个数，j为所述激活信道估计窗在h中的位置，W为所述激活信道估计窗的长度；

C3、按照如下公式构造对应于每条有效径的发送序列TM⁽ⁱ⁾：

TM⁽ⁱ⁾(m)＝TM((m-Pos_i)％128+1)；

C4、利用TM⁽ⁱ⁾构造SM：

SM＝[TM⁽¹⁾.×n^p，TM⁽¹⁾.×n^p-1，…TM⁽¹⁾，…，TM^(N).×n^p，TM^(N).×n^p-1，…TM^(N)]，p为多项式拟合函数的阶数，n＝[i₀，i₀+1，…i₀+127]，i₀为任意整数。

上述的方法，步骤C1中，N＝min{N_h，N_r}，其中，N_h为所述激活信道估计窗中有效径个数，N_r为预设的最大有效径个数。

上述的方法，步骤D中，按照如下公式计算系数矩阵：

a_k ⁽ⁱ⁾表示第i条径的多项式拟合函数的k次项系数，k＝0，1，…，p。

上述的方法，步骤E中，根据所述多项式拟合函数分别计算所述时隙中两个数据块中间点的信道冲激响应，并将计算结果分别作为所述两个数据块的信道冲激响应。

一种用于TD-SCDMA系统的信道估计装置，包括：

初始信道估计器，用于根据接收到的一个时隙中的训练序列RM和基本训练序列BM进行信道估计，得到去噪前的信道冲激响应

噪声消除器，用于对进行去噪处理，得到去噪后的信道冲激响应h；

系统矩阵生成器，用于根据h构造系统矩阵SM；

系数计数器，用于根据SM和RM，以最小二乘准则来计算h中每条径的变化系数，得到系数矩阵C；

信道预测器，用于根据C得到每条径的多项式拟合函数，根据所述多项式拟合函数计算所述时隙中每一时间点的信道冲激响应。

一种TD-SCDMA接收机，包括：第一联合检测器、第二联合检测器和上述的信道估计装置，其中：

所述信道预测器根据所述多项式拟合函数分别计算所述时隙中第一、二数据块中间点的信道冲激响应，得到对应于第一、二数据块的信道冲激响应

和

所述第一联合检测器通过

和第一数据块解调所述第一数据块的数据，所述第二联合检测器通过

和第二数据块解调所述第二数据块的数据。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明利用作为训练序列的中间码来拟合出一个表征当前信道变化趋势的多项式函数，利用该函数即可计算出整个时隙中每一时间点的信道冲激响应，得到的信道冲激响应结果更加准确。这样，一个时隙内的两个数据块的数据符号就可以利用属于各自的信道冲激响应来进行数据解调，从而降低误码率，能够保证用户终端在时变信道下的正常工作。

附图说明

图1为TD-SCDMA系统一个时隙内的数据结构；

图2为本发明实施例的信道估计装置结构示意图；

图3为利用了图2中的信道估计装置的接收机结构示意图。

具体实施方式

为了更好地描述本发明，这里将文档中用到的运算符号及变量集中定义如下：

运算符号定义：

FFT(·)快速傅立叶变换

IFFT(·)快速逆傅立叶变换

./两个序列的对位相除

.×两个序列的对位相乘

％模余运算

min{x，y}取x和y两个实数中较小的一个

(X)^H矩阵X的共轭转置

(X)^-1矩阵X的逆矩阵

变量定义：

BM TD-SCDMA系统中的基本Midamble码(训练序列)

TM基站发送的Midamble码，它由多个BM的循环移位序列叠加构成

TM⁽ⁿ⁾在接收端观察到的，对应于第n条径的发送Midamble码，由TM和第n条径位置计算而来

RM用户终端接收到Midamble码，它是TM经过无线信道后的结果

去噪前的信道冲激响应

h对

进行噪声消除后的结果

n序号向量

C系数矩阵，其元素为信道冲激响应中各条径变化趋势的多项式拟合函数的系数

p信道中各条径变化趋势的多项式拟合函数的阶数

Kcell系统信息，表示系统中信道估计窗的个数

W信道冲激响应窗长，

用于解调第一个数据块的信道冲激响应

用于解调第二个数据块的信道冲激响应

Data1时隙中第一个数据块的接收数据

Data2时隙中第二个数据块的接收数据

Out1利用

和Data1经联合检测解调出的最终结果

Out2利用

和Data2经联合检测解调出的最终结果

参照图2，本发明实施例的信道估计装置包括：初始信道估计器、噪声消除器、系统矩阵生成器、系数计算器和信道预测器。

初始信道估计器

初始信道估计器利用接收到的一个时隙中的训练序列RM和基本训练序列BM进行信道估计，得到去噪前的信道冲激响应初始信道估计器可以使用相关来实现，也可以使用快速傅立叶变换来实现。最为通用的实现方案是后者，可用如下公式表示：

如果当前环境存在同频小区，那么应使用多小区信道估计方法。

噪声消除器

噪声消除器用于对

进行去噪处理，选出有效径，并得到去噪后的信道冲激响应h。目前TD-SCDMA系统中用于对信道估计进行噪声消除的算法和专利很多，在这里不做详述。(作为一种噪声消除的实施参考，见中国专利申请“一种用于无线通信系统的去噪方法及适用于该方法的装置”，申请号为200310116920.1，申请日为2003年12月1日)

系统矩阵生成器

系统矩阵生成器用于根据h构造系统矩阵SM。经过噪声消除后，得到较为“干净”的信道冲激响应h，h中最多有Kcell个信道估计窗。为描述简便，这里假设只有一个信道估计窗被激活，且该激活信道窗中有效径个数为N_h。那么，系统矩阵生成器通过执行如下操作来完成系统矩阵SM的生成：

(1)对于h中的激活信道估计窗，保留N条有效径，其余各点置为0，并记录每条保留的有效径在该激活信道估计窗中的位置Pos₁，Pos₂，…，Pos_N，N＝min{N_h，N_r}，其中，N_r为预设的最大有效径个数，取4～6为宜。

(2)在高速移动场景下，基站基本都采用全向天线，因此，可以按照如下公式恢复发送的训练序列TM：

TM(m)＝BM((m+(Kcell-j)W)％128+1)，m＝1，2，…，128，j为所述激活信道估计窗在h中的位置(即该激活信道估计窗为h中的第j个窗)，W为所述激活信道估计窗的长度。

(3)按照如下公式构造对应于每条有效径的发送序列TM⁽ⁱ⁾：

TM⁽ⁱ⁾(m)＝TM((m-Pos_i)％128+1)，i＝1，2，…，N；

(4)利用TM⁽ⁱ⁾构造SM：

SM＝[TM⁽¹⁾.×n^p，TM⁽¹⁾.×n^p-1，…TM⁽¹⁾，…，TM^(N).×n^p，TM^(N).×n^p-1，…TM^(N)]，p为表征当前信道变化趋势的多项式拟合函数的阶数，n＝[i₀，i₀+1，…i₀+127]，i₀为任意整数。例如i₀＝-64时，n＝[-64，-63，…63]。

当信道估计h中存在多个被激活的信道估计窗时，TM应该通过多个被激活的信道估计窗的位置、每个窗的信道冲激响应值、Kcell值和BM来进行恢复，即多个信道估计窗所对应的发送序列的叠加。

当接收信号为多个训练序列叠加在一起的情况时，例如TD-SCDMA系统中存在同频小区的情况，用户终端接收到的训练序列部分的信号是多个同频小区训练序列叠加的结果，此时应该采用多小区信道估计算法来得到多个训练序列各自的信道估计，然后利用各训练序列及其本身的信道估计来计算各自的系统矩阵SM1，SM2…，并将其合并成一个完整的系统矩阵SM＝[SM1，SM2，…]。

系数计算器

系数计算器利用SM和RM，以最小二乘准则来计算h中每条径的变化系数，得到系数矩阵C：

a_k ⁽ⁱ⁾表示第i条径的多项式拟合函数的k次项系数，k＝0，1，…，p。

信道预测器

信道预测器用于根据C得到每条径的多项式拟合函数P⁽ⁿ⁾(·)，根据多项式拟合函数P⁽ⁿ⁾(·)计算所述时隙中每一时间点的信道冲激响应，如下：

$P^{\left(n\right)}\left(j\right)=a_p^{\left(n\right)}{i}^p+a_{p-1}^{\left(n\right)}{i}^{p-1}+...a_0^{\left(n\right)},$ n＝1，2，…N；i＝i₀-368，i₀-367，…495

可以取一个时隙中两个数据块中间点的信道冲激响应值

和

来作为这两个数据块的信道冲激响应，如下：

本发明利用作为训练序列的中间码来拟合出一个表征当前信道变化趋势的多项式函数，利用该函数即可计算出整个时隙中每一时间点的信道冲激响应，得到的信道冲激响应结果更加准确。

图3为应用了上述信道估计装置(图中称高速移动信道估计器)的接收机结构示意图。

参照图3，高速移动信道估计器使用当前时隙的RM和BM来拟合整个时隙的信道冲激响应，得到对应于Data1和Data2的信道冲激响应

和

联合检测器通过

和Data1解调第一个数据块的数据；通过

和Data2解调第二个数据块的数据。联合检测器可以用线性联合检测如迫零(ZF-BLE)和最小均方误差(MMSE-BLE)进行联合检测；也可以使用非线性联合检测，如基于判决反馈的联合检测。关于联合检测算法已有很多论文和专利对其论述，此处不做详述。

上述接收机中，一个时隙内的两个数据块的数据符号是利用属于各自的信道冲激响应来进行数据解调，从而降低了误码率，能够保证用户终端在时变信道下的正常工作。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (11)

1.一种用于TD-SCDMA系统的信道估计方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、利用接收到的一个时隙中的训练序列RM和基本训练序列BM进行信道估计，得到去噪前的信道冲激响应

B、对

进行去噪处理，得到去噪后的信道冲激响应h；

C、利用h构造系统矩阵SM；

D、利用SM和RM，以最小二乘准则来计算h中每条径的变化系数，得到系数矩阵C；

E、根据C得到每条径的多项式拟合函数，根据所述多项式拟合函数计算所述时隙中每一时间点的信道冲激响应。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤C具体包括：

C1、对于h中的激活信道估计窗，保留N条有效径，并记录每条保留的有效径在该激活信道估计窗中的位置Pos_i，i＝1，2，…，N；

C2、按照如下公式恢复发送的训练序列TM：

TM(m)＝BM((m+(Kcell-j)W)％128+1)，m＝1，2，…，128，Kcell为信道估计窗个数，j为所述激活信道估计窗在h中的位置，W为所述激活信道估计窗的长度；

C3、按照如下公式构造对应于每条有效径的发送序列TM⁽ⁱ⁾：

TM⁽ⁱ⁾(m)＝TM((m-Pos_i)％128+1)；

C4、利用TM⁽ⁱ⁾构造SM：

SM＝[TM⁽¹⁾.×n^p，TM⁽¹⁾.×n^p-1，…TM⁽¹⁾，…，TM^(N).×n^p，TM^(N).×n^p-1，…TM^(N)]，p为多项式拟合函数的阶数，n＝[i₀，i₀+1，…i₀+127]，i₀为任意整数。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：

步骤C1中，N＝min{N_h，N_r}，其中，N_h为所述激活信道估计窗中有效径个数，N_r为预设的最大有效径个数。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤D中，按照如下公式计算系数矩阵：

a_k ⁽ⁱ⁾表示第i条径的多项式拟合函数的k次项系数，k＝0，1，…，p。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：

步骤E中，根据所述多项式拟合函数分别计算所述时隙中两个数据块中间点的信道冲激响应，并将计算结果分别作为所述两个数据块的信道冲激响应。

6.一种用于TD-SCDMA系统的信道估计装置，其特征在于，包括：

初始信道估计器，用于根据接收到的一个时隙中的训练序列RM和基本训练序列BM进行信道估计，得到去噪前的信道冲激响应

噪声消除器，用于对

进行去噪处理，得到去噪后的信道冲激响应h；

系统矩阵生成器，用于根据h构造系统矩阵SM；

系数计数器，用于根据SM和RM，以最小二乘准则来计算h中每条径的变化系数，得到系数矩阵C；

信道预测器，用于根据C得到每条径的多项式拟合函数，根据所述多项式拟合函数计算所述时隙中每一时间点的信道冲激响应。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述系统矩阵生成器按照如下方式构造系统矩阵SM：

对于h中的激活信道估计窗，保留N条有效径，并记录每条保留的有效径在该激活信道估计窗中的位置Pos_i，i＝1，2，…，N；

按照如下公式恢复发送的训练序列TM：

TM(m)＝BM((m+(Kcell-j)W)％128+1)，m＝1，2，…，128，Kcell为信道估计窗个数，j为所述激活信道估计窗在h中的位置，W为所述激活信道估计窗的长度；

按照如下公式构造对应于每条有效径的发送序列TM⁽ⁱ⁾：

TM⁽ⁱ⁾(m)＝TM((m-Pos_i)％128+1)；

利用TM⁽ⁱ⁾构造SM：

SM＝[TM⁽¹⁾.×n^p，TM⁽¹⁾.×n^p-1，…TM⁽¹⁾，…，TM^(N).×n^p，TM^(N).×n^p-1，…TM^(N)]，p为多项式拟合函数的阶数，n＝[i₀，i₀+1，…i₀+127]，i₀为任意整数。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于：

N＝min{N_h，N_r}，其中，N_h为所述激活信道估计窗中有效径个数，N_r为预设的最大有效径个数。

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述系数生成器按照如下公式计算系数矩阵：

a_k ⁽ⁱ⁾表示第i条径的多项式拟合函数的k次项系数，k＝0，1，…，p。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于：

所述信道预测器根据所述多项式拟合函数分别计算所述时隙中两个数据块中间点的信道冲激响应，并将计算结果分别作为所述两个数据块的信道冲激响应。

11.一种TD-SCDMA接收机，其特征在于，包括：第一联合检测器、第二联合检测器和如权利要求6-9中任一项所述的用于TD-SCDMA系统的信道估计装置，其中：

所述信道预测器根据所述多项式拟合函数分别计算所述时隙中第一、二数据块中间点的信道冲激响应，得到对应于第一、二数据块的信道冲激响应

和

所述第一联合检测器通过

和第一数据块解调所述第一数据块的数据，所述第二联合检测器通过

和第二数据块解调所述第二数据块的数据。

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