CN101425987B - 一种信道估计方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例中公开了一种信道估计方法和装置，该方法包括：获取平均信噪比常数，利用所述平均信噪比常数进行信道估计。本发明实施例中还公开了一种信道估计的装置，该装置包括：获取模块和信道估计模块，应用本发明实施例能够降低信道估计的计算量，从而降低系统实现的复杂度。

Description

一种信道估计方法和装置

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别涉及一种信道估计方法和装置。

背景技术

在正交频分复用(OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)和全球微波接入互操作性(WiMAX，World Interoperability for MicrowaveAccess)等利用多载波传输的高速通信系统中，常以导频为基础进行信道估计，具体为：在发送端信号的某些固定位置插入一些已知的导频信号或训练序列，在接收端利用这些导频信号或训练序列进行信道估计。由于多载波系统的各个子载波信道具有时域和频域的二维结构，因而在进行信道估计时，可以同时在时间轴和频率轴两个方向上插入导频符号。

目前，在进行时域和频域二维的信道估计时，常采用基于二维滤波理论的信道估计方法，比如，采用二维维纳(Wiener)滤波器进行信道估计，下面具体介绍二维Wiener滤波信道估计方法，该方法主要包括以下步骤：

步骤一：根据导频所在位置的发送和接收信号，估计出导频所在位置的信道系数。

在本步骤中，导频所在位置可以由导频子载波的频域位置l′和时域位置k′共同表示，将在(l′，k′)导频所在位置上的发送信号表示为S_l′，k′，而本步骤中的接收信号R_l′，k′不仅包括发送信号经信道H_l′，k′传输后的信号H_l′，k′S_l′，k′，还包括噪声N_l′，k′，因而估计得到的导频所在位置的信道系数如公式(1)所示：

其中，pilot为由导频所在位置组成的集合，“∈”表示属于某个集合。

步骤二：确定二维Wiener滤波系数向量。

二维Wiener滤波器的设计实际上就是确定滤波器系数，本步骤通过信道的离散时频互相关函数和平均信噪比来确定出二维Wiener滤波器的系数。具体地，由二维Wiener滤波系数w_{l′，k′，l，k}组成的二维Wiener滤波系数向量

二维Wiener滤波系数向量可以由公式(2)来定义：

W_l，k＝Θ_l，kΦ^-1，(l，k)∈data  (2)

其中，data为由数据位置组成的集合，Φ^-1是信道自相关矩阵Φ的广义求逆，这里，

中的各元素为导频所在位置的信道自相关函数，可表示为：Θ_l，k为数据所在位置和导频所在位置的信道互相关矩阵Θ中的一个列向量，可以通过信道统计特性直接得到，这里的各元素为数据所在位置和导频所在位置的信道互相关函数，可表示为：

符号

表示任意元素。

自相关函数与互相关函数有如公式(3)所示的关系：

其中，E(|S_l′，k′|²)表示发送的导频符号S_l′，k′的平均能量，δ²为噪声的方差。因而，如果获得信道的互相关矩阵Θ和导频符号的平均信噪比

就可以确定出二维Wiener滤波系数向量。

步骤三：利用所有导频所在位置的信道系数和二维Wiener滤波系数向量，估计任意时频位置处的信道响应。

在本步骤中，对导频所在位置的信道系数进行二维Wiener滤波，也就是将每一个导频所在位置的信道系数乘以相应二维Wiener滤波系数向量中的二维Wiener滤波系数w_{l′，k′，l，k}，叠加后，即可估计任意时频位置(l，k)处的信道响应：

这里，Г_l，k表示在实际估计时，一个估计区域中所有的导频所在位置的集合。

从公式(2)和(3)可以看出，在确定二维Wiener滤波系数时，必须知道信道的自相关函数，而求信道的自相关函数需要先求出平均信噪比

而在无线信道中，平均信噪比是在变化的，所以需要实时测量平均信噪比，然后利用公式(3)实时计算Φ^-1，再利用公式(2)求出Wiener滤波系数。因而，当滤波器系数向量的维数很大时，计算复杂度会很高，难以实现信道估计。

因此，目前信道估计方法和装置，计算量较大。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种信道估计方法和装置，以降低信道估计的计算量，从而降低系统实现的复杂度。

本发明实施例还提供一种信道估计的装置，该装置能够降低计算量。

为达到上述目的，本发明实施例的技术方案具体是这样实现的：

一种信道估计方法，该方法包括：根据调制编码方式和天线模式下对应的工作点，预先设置至少一个平均信噪比常数，根据通信系统采用的调制编码方式和天线模式，选取相应的一个平均信噪比常数，利用所述平均信噪比常数进行信道估计。

一种信道估计的装置，所述装置包括：获取模块，用于获取平均信噪比常数；

信道估计模块，用于利用所述获取模块获取的平均信噪比常数，进行信道估计；

其中，所述获取模块包括：

第一设置单元，用于根据调制编码方式和天线模式下对应的工作点，预先设置至少一个平均信噪比常数；

选取单元，用于根据信道采用的调制编码方式和天线模式，选取相应的一个平均信噪比常数。

由上述技术方案可见，本发明实施例中信道估计方法和装置，充分利用平均信噪比长期统计时相对稳定的特性，以获取的平均信噪比常数来代替现有技术中实测的平均信噪比，能够避免不断根据实时检测的平均信噪比进行大量的矩阵运算，因而在进行信道估计时，特别是维数较多的信道估计，能够降低信道估计的计算量，从而降低系统实现的复杂度。

附图说明

图1为本发明实施例中采用的信道估计方法和装置流程示意图；

图2为本发明第一个实施例中信道估计方法和装置流程示意图；

图3为在单天线模式、QPSK调制编码方式下的二维Wiener滤波信道估计仿真曲线示意图；

图4为在单天线模式、16QAM调制编码方式下的二维Wiener滤波信道估计仿真曲线示意图；

图5为在单天线模式、64QAM调制编码方式下的二维Wiener滤波信道估计仿真曲线示意图；

图6为本发明实施例中采用的信道估计的装置结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明实施例中信道估计方法和装置流程示意图。如图1所示，该方法包括：

步骤101：获取平均信噪比常数。

本步骤中，平均信噪比常数是根据通信系统的动态工作范围或根据调制编码方式和天线模式下通信系统对应的工作点得到的。可以设置一个统一的平均信噪比常数，也可设置至少一个平均信噪比常数，这里用整数N来表示。

当N＞1时，根据调制编码方式和天线模式的配置，可以将这些平均信噪比常数设置为对应工作点附近的常数值，这里工作点指的是达到系统要求的块误码率(BLER，Block Error Rate)所对应的信噪比。这里的调制编码方式可以为正交相移键控(QPSK，Quadrature Phase Shift Keying)，16正交幅度调制(QAM，Quadrature Amplitude Modulation)或64QAM等调制编码方式，天线模式则是接收和发送天线数目为单天线或多天线等，每一个调制编码方式及天线模式组合可以对应一个工作点，因而可以将平均信噪比设置为相应工作点附近区域内的常数。在这种情况下，根据信道采用的调制编码方式和天线模式的配置，选取其中的一个相应的平均信噪比常数代替信道估计中需要实测的平均信噪比。

当N＝1时，根据通信系统的动态工作范围，比如OFDM或WiMAX系统的动态工作范围，这里通信系统的动态工作范围指的是系统工作点附近的信噪比范围。这里的系统工作点为不区分天线模式和调制编码方式时的统一工作点，可以是将该平均信噪比配置为一折衷的常数值，比如，将该平均信噪比配置为动态工作范围中间值附近区域的常数值。在这种情况下，直接以设置的平均信噪比常数代替信道估计中需要实测的平均信噪比。

步骤102：利用获取的平均信噪比常数进行信道估计。

本步骤中，可以在信道估计前，先利用平均信噪比常数计算信道估计滤波系数、信道相关矩阵或信道相关矩阵的逆矩阵，在进行信道估计时，使用计算得到的信道估计滤波系数、信道相关矩阵或信道相关矩阵的逆矩阵进行信道估计。

本发明实施例，充分利用平均信噪比长期统计时相对稳定的特性，通过配置平均信噪比常数代替实测的平均信噪比，在进行信道估计时，特别是维数较多的信道估计，能够大大减少计算量。下面具体以二维Wiener滤波信道估计为例进行说明。

图2为本发明第一个实施例中信道估计方法和装置流程示意图。本实施例中，以在WiMAX系统中采用单天线，分别工作在QPSK，16QAM和64QAM不同调制编码方式下进行信道估计为例进行说明。

步骤201：根据不同调制编码方式和天线配置方式设置平均信噪比常数。

本实施例中，对单天线模式下，不同调制编码方式分别设置不同的平均信噪比常数，假设在QPSK调制时平均信噪比常数设置为7.0dB，16QAM时平均信噪比常数设置为13.0dB，64QAM时平均信噪比常数设置为25.0dB。

步骤202：根据信道采用的调制编码方式和天线模式的配置，选取相应的平均信噪比常数。

本实施例中，根据信道采用的调制编码方式和天线模式的配置，选取相应的平均信噪比常数，用来代替信道估计中需要实测的平均信噪比。

步骤203：利用选取的平均信噪比常数，计算维纳滤波系数。

本实施例中，利用公式(3)计算得到Wiener滤波系数。

步骤204：直接使用计算得到的维纳滤波系数进行信道估计。

为避免实时地进行矩阵求逆运算，本实施例事先计算好Wiener滤波系数，在进行信道估计时，直接使用存储的Wiener滤波系数进行信道估计。

图3～图5分别为在单天线模式、QPSK、16QAM和64QAM不同调制编码方式下进行二维Wiener滤波信道估计的仿真曲线示意图，仿真信道的编码速率为1/2，移动速度为每小时60公里(60km/h)估计仿真，在每个仿真曲线示意图中，包含四种信道仿真曲线，分别为：

(1)理想信道估计曲线，图中用ICHE表示。

(2)实际信道估计曲线1，仿真中平均信噪比设置为实际值，图中用SNR实际值表示。

(3)实际信道估计曲线2，QPSK时平均信噪比常数设置为7.0dB，16QAM时平均信噪比常数设置为13.0dB，64QAM时平均信噪比常数设置为25.0dB，图中用N＞1(SNR＝7.0dB、13.0dB或25.0dB)表示。

(4)实际信道估计曲线3，平均信噪比折衷为18.0dB，图中用N＝1(SNR折衷18.0dB)表示。

通过图3-图5的仿真曲线示意图可以看出，实际信道估计曲线2与实际信道估计曲线1相比，其信道估计的性能损失可以忽略不计，而实际信道估计曲线3与实际信道估计曲线1的相比，其信道估计的性能差别也不大。

并且，在QPSK和16QAM调制下实际信道估计曲线2比实际信道估计曲线3的性能提高了0.1dB，可以看出，信道估计的性能在平均信噪比常数设置为多值的情况下，会优于平均信噪比常数设置为统一值的情况。

同时，本实施例通过在信道估计前完成对Wiener滤波系数的计算，能够避免实时矩阵求逆计算，使得算法实现复杂度大大降低。

本发明实施例也可以事先利用平均信噪比常数计算出信道相关矩阵或信道相关矩阵的逆矩阵，在进行信道估计时，利用计算出信道相关矩阵或信道相关矩阵的逆矩阵求出Wiener滤波系数。当然，本实施例，也可以采用其它的信道估计方法，在需要使用信道相关矩阵或信道相关矩阵的逆矩阵时，直接根据事先计算出的信道相关矩阵或信道相关矩阵的逆矩阵，进行信道估计。

图6为本发明实施例采用的信道估计的装置，该装置包括：获取模块610和信道估计模块620。

具体地，获取模块610，用于获取平均信噪比常数。

信道估计模块620，用于利用获取模块610得到的平均信噪比常数，进行信道估计。

本实施例中，获取模块610包括：第一设置单元611，用于根据调制编码方式和天线模式下对应的工作点，预先设置至少一个平均信噪比常数；选取单元612，用于根据信道采用的调制编码方式和天线模式，从第一设置单元611设置的平均信噪比常数中，选取相应的一个平均信噪比常数。或者所述获取模块610也可以包括第二设置单元，用于根据动态工作范围，设置一个平均信噪比常数。

当该装置事先计算信道估计滤波系数时，信道估计模块包括：

滤波系数计算单元621，用于利用获取模块610得到的平均信噪比常数，计算信道估计滤波系数。

第一执行单元622，用于在进行信道估计时，使用滤波系数计算单元622计算得到的信道估计滤波系数，进行信道估计。

当该装置事先计算并存储信道相关矩阵时，信道估计模块包括：

相关矩阵计算单元，用于利用获取模块610得到的平均信噪比常数，计算信道相关矩阵。

第二执行单元，用于在进行信道估计时，使用相关矩阵计算单元计算得到的信道相关矩阵，进行信道估计。

当该装置事先计算并存储信道相关矩阵的逆矩阵时，信道估计模块包括：

相关逆矩阵计算单元，用于利用获取模块610得到的平均信噪比常数，计算信道相关矩阵的逆矩阵。

第三执行单元，用于在进行信道估计时，使用相关逆矩阵计算单元计算得到的信道相关矩阵的逆矩阵，进行信道估计。

信道估计模块也可以包括：

存储单元，用于存储所述滤波系数计算单元、所述相关矩阵计算单元或所述相关逆矩阵计算单元计算得到的计算结果；

获取单元，用于读取所述存储单元存储的计算结果，并发送给所述第一执行单元、所述第二执行单元或所述第三执行单元。

应用本发明实施例能够降低信道估计的计算量，从而降低系统实现的复杂度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种信道估计方法，其特征在于，该方法包括：

根据调制编码方式和天线模式下对应的工作点，预先设置至少一个平均信噪比常数，根据通信系统采用的调制编码方式和天线模式，选取相应的一个平均信噪比常数；

利用所述平均信噪比常数进行信道估计。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述平均信噪比常数进行信道估计包括：利用所述平均信噪比常数计算信道估计滤波系数，在进行信道估计时，使用计算得到的信道估计滤波系数进行信道估计。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述平均信噪比常数进行信道估计包括：利用所述平均信噪比常数计算信道相关矩阵，在进行信道估计时，使用计算得到的信道相关矩阵进行信道估计。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述平均信噪比常数进行信道估计包括：利用所述平均信噪比常数计算信道相关矩阵的逆矩阵，在进行信道估计时，使用计算得到的信道相关矩阵的逆矩阵进行信道估计。

5.根据权利要求2、3或4所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：存储利用所述平均信噪比常数计算得到的计算结果，所述信道估计根据存储的计算结果进行。

6.一种信道估计的装置，其特征在于，所述装置包括：

获取模块，用于获取平均信噪比常数；

信道估计模块，用于利用所述获取模块获取的平均信噪比常数，进行信道估计；

其中，所述获取模块包括：

第一设置单元，用于根据调制编码方式和天线模式下对应的工作点，预先设置至少一个平均信噪比常数；

选取单元，用于根据信道采用的调制编码方式和天线模式，选取相应的一个平均信噪比常数。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述信道估计模块包括：

滤波系数计算单元，用于利用所述获取模块得到的平均信噪比常数，计算信道估计滤波系数；

第一执行单元，用于在进行信道估计时，使用所述信道估计滤波系数，进行信道估计。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述信道估计模块包括：

相关矩阵计算单元，用于利用所述获取模块得到的平均信噪比常数，计算信道相关矩阵；

第二执行单元，用于在进行信道估计时，使用所述信道相关矩阵，进行信道估计。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述信道估计模块包括：

相关逆矩阵计算单元，用于利用所述获取模块得到的平均信噪比常数，计算信道相关矩阵的逆矩阵；

第三执行单元，用于在进行信道估计时，使用所述信道相关矩阵的逆矩阵，进行信道估计。

10.根据权利要求7、8或9所述的装置，其特征在于，所述信道估计模块进一步包括：

存储单元，用于存储所述滤波系数计算单元、所述相关矩阵计算单元或所述相关逆矩阵计算单元计算得到的计算结果；

获取单元，用于读取所述存储单元存储的计算结果，并发送给所述第一执行单元、所述第二执行单元或所述第三执行单元。

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