CN101431368A - 一种信道估计方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种信道估计方法，用特殊区域中下行导频时隙DwPTS中下行主同步信道P－SCH发送的固定导频序列进行信道估计。本发明还同时公开了一种信道估计装置，采用本发明的方法及装置，能利用下行同步信号进行信道估计。

Description

一种信道估计方法及装置

技术领域

本发明涉及信道估计技术，尤其涉及一种利用下行同步信号进行信道估计的方法及装置。

背景技术

第三代(3G)移动通信系统采用码分多址(CDMA)方式支持多媒体业务，在未来的几年内可以具有较高的竞争能力。但是，为了确保在更长的时间内保持这种竞争能力，3GPP启动了3G无线接口技术的长期演进(LTE，Long TermEvolution)研究项目，长期演进的重要部分包括：降低时延、提高用户数据速率、改善系统容量及覆盖、降低运营商的成本等。

在3G系统中，时分-同步码分多址(TD-SCDMA)是3G移动通信系统三种国际标准中唯一采用时分双工(TDD)方式的标准，TD-SCDMA支持上下行非对称业务传输，在频谱利用上具有较大的灵活性。该系统综合采用了智能天线、上行同步、联合检测和软件无线电等无线通信中的先进技术，使系统具有较高的性能和频谱利用率。为保持TD-SCDMA系统的长期竞争力，TD-SCDMA系统同样需要不断演进和提高性能，TD-SCDMA的长期演进方案为LTE TDD。

目前，LTE系统确定支持两种帧结构：第一类帧结构，适用于频分双工(FDD)和TDD系统；第二类帧结构，仅适用于TDD系统。

具体的，如图1所示，第一类无线帧的帧长为10ms，由20个时隙(slot)组成，标记为0到19，每个时隙长度为0.5ms，两个连续的时隙定义为一个子帧，子帧i由时隙2i和2i+1组成，其中，i＝0，1，...，9。

第一类无线帧结构对于FDD系统，每10ms时间段内，上下行都有10个子帧可用，因为上下行是在频域上分开的；而对于TDD系统，每10ms时间内，上下行共有10个子帧可用，每个子帧分配给上行或分配给下行，其中，子帧0和子帧5总是分配为下行传输。

如图2所示，第二类无线帧的帧长为10ms，每个无线帧包括两个5ms的半帧。每个半帧由七个业务时隙和三个特殊时隙构成，七个业务时隙即为图2中的#0～#6，三个特殊时隙为下行导频时隙DwPTS、上行导频时隙UpPTS和保护间隔GP，其中，DwPTS用作下行同步信号的发送；UpPTS用作上行的随机接入；GP为下行传输转换到上行传输时的保护间隔。每个子帧定义一个业务时隙，其中，子帧0和下行导频时隙总是用于下行传输，上行导频时隙和子帧1总是用于上行传输，其余子帧均可灵活配置为上行或下行传输。

对于第二类无线帧结构来说，其子载波间隔与正交频分复用(OFDM，Orthogonal Frequency Division Modulation)符号长度保持不变，只是每个子帧的长度设定为0.675ms。

在移动通信系统中，由于无线信道的实时变化，接收端必须依赖于信道估计技术获得准确的信道状态信息，进而进行数据解调，因此，有效的信道估计方法和装置是通信系统非常关键的部分。对于LTE演进系统，常用的信道估计方法有最小二乘估计(LS)算法和最小均方误差估计(MMSE)算法等，其中，LS算法是根据发送的导频符号，将接收信号除以导频序列，获得估计的信道信息，而MMSE算法则需要考虑信道的相关特性和噪声功率，性能优于LS算法。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种信道估计方法及装置，能利用下行同步信号进行信道估计。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供了一种信道估计方法，用特殊区域中下行导频时隙DwPTS中下行主同步信道P-SCH发送的固定导频序列进行信道估计。

其中，所述进行信道估计具体包括：从系统广播消息中获取P-SCH传输的固定导频序列C；获取P-SCH发送时刻的接收信号；利用获取到的接收信号以及固定导频序列C进行信道信息检测，得到信道信息。

上述方案中，所述固定导频序列为伪随机码PN序列、ZC序列。所述P-SCH发送方式为单天线发送、或为一个以上天线发送，相应的，所述接收信号为单天线的接收信号、或为一个以上天线的接收信号。

上述方案中，所述进行信道信息检测为：利用获得的接收信号和导频序列执行最小二乘算法、或最小均方误差算法。

本发明还提供了一种信道估计装置，包括信号采集单元、信道信息计算单元；其中，

信号采集单元，从系统广播消息中获取P-SCH传输的固定导频序列C，并获取P-SCH传输时刻的接收信号，将所获取的信号送入信道信息计算单元；

信道信息计算单元，根据所获取的接收信号以及固定导频序列C进行信道信息检测，得到信道信息。

其中，所述进行信道信息检测为：利用获得的接收信号和导频序列执行最小二乘算法、或最小均方误差算法。

本发明所提供的信道估计方法及装置，将用于下行同步的固定序列作为信道估计中计算信道系数的参数，从而能实现利用下行同步信号完成信道估计的方案。

本发明的实现简单，可适用于多种不同的环境和算法，比如：用于频率切换发射分集(FSTD，Frequency Switched Transmit Diversity)、时间切换发射分集(TSTD，Time Switched Transmit Diversity)、空时分组编码发射分集(SFBC)等等，适用范围更广，使用更灵活。

附图说明

图1为LTE系统中第一类帧结构示意图；

图2为LTE系统中第二类帧结构示意图；

图3为新型LTE TDD系统帧结构示意图；

图4为新型LTE TDD系统帧中特殊区域的一种结构示意图；

图5为本发明方法的实现流程示意图。

具体实施方式

本发明实施例涉及一种新型LTE TDD系统帧结构，为方便理解，先对本发明实施例所涉及的无线帧结构进行简要描述。如图3所示，该无线帧的帧长为10ms，每个无线帧包括两个5ms的半帧，每个半帧由四个1ms子帧和一个1ms特殊区域构成，每个子帧包括两个时隙，每个时隙长度均为0.5ms；特殊区域包括三部分，分别是DwPTS、UpPTS和GP，DwPTS用于下行信号的发送，UpPTS用于上行信号的发送，GP仍为保护间隔。

其中，特殊区域的一种结构图如4所示，图4中，斜线填充的部分为DwPTS时隙，空白部分为CP时隙，网格填充的部分为UpPTS时隙。从图4中可以看出，在DwPTS时隙第一个OFDM符号的位置上，通常放置有1.25M的下行主同步信道(P-SCH)，其子载波的放置通常是连续的。

由于在特殊区域中发送频带的中心频带位置放置有P-SCH，这无疑会影响导频符号的放置，进而影响系统的性能。因此，本发明的基本思想就是：采用特殊区域中DwPTS时隙第一个OFDM符号中P-SCH信道发送的固定导频序列进行信道估计，以弥补被P-SCH覆盖的频带的性能损失。

这里，所述P-SCH信道传送的固定导频序列可以是伪随机码(PN)序列、ZC(Zadoff-Chu)序列等。可适用于很多不同的环境下，比如：单天线发送、多天线发送，FSTD发送方式下、TSTD发送方式下、SFBC发送方式下或其他发送方式。

本发明所述信道估计方法，如图5所示，具体包括：

步骤51：从预先约定的系统广播消息中获取P-SCH传输的固定导频序列C，同时获取P-SCH发送时刻的接收信号；

这里，接收信号包括不同接收天线上的接收信号；P-SCH的发送方式可以是单天线发送，也可以是一个以上天线发送。

步骤52：利用获取到的接收信号以及固定导频序列C进行信道信息检测，得到信道信息。

这里，所述进行信道信息检测具体为：利用获得的接收信号和导频序列执行最小二乘算法、或最小均方误差算法。

下面结合具体实施例说明P-SCH信道传送的固定导频序列在不同环境下的应用。

实施例一：

本实施例中，采用单天线发送，P-SCH信道发送固定导频序列C。如果接收端是单天线，则单天线接收端的信号Y表示为：

Y＝HC+N                   (1)

公式(1)中，N为AWGN噪声，H为信道系数。

对于信道值的检测可以采用最小二乘(LS)算法、或最小均方误差算法，假设采用LS算法，H的值可通过公式(2)获得：

$\hat{H}=Y/C---\left(2\right)$

如果接收端是两天线，由两个天线分别处理，则可获得两天线的信道信息。具体来说，两个接收天线的接收信号可以分别表示为Y1、Y2：

$\left[\begin{array}{c}Y1\\ Y2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}H1\\ H2\end{array}\right]C+\left[\begin{array}{c}N1\\ N2\end{array}\right]---\left(3\right)$

公式(3)中，Y1、Y2表示两个接收天线的接收信号，N1、N2分别是两个接收天线频段内的噪声。

同理，可利用公式(2)分别对Y1和Y2除以发送导频符号C，获得各个天线的信道信息。具体的， $\hat{H}1=Y1/C,$ $\hat{H}2=Y2/C.$

基于P-SCH传输的固定导频序列获得信道信息后，可再结合DwPTS时隙中的导频符号，也可以结合DwPTS前一个子帧中的导频信号一起对DwPTS时隙进行信道估计。具体来说，所谓结合就是利用多个导频符号采用线性插值或其他插值方法进行信道插值运算，从而获得整个DwPTS时隙的信道信息，之后再进行相应的数据解调。

实施例二：

本实施例中，采用多天线发送且采用FSTD的发送方式，P-SCH信道发送固定导频序列C。假设发送端为两天线，接收端为一天线，那么，这种发送方式下，接收信号可由公式(4)表示：

$\left[\begin{array}{c}Y11\\ Y12\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}H11\\ H12\end{array}\right]C+\left[\begin{array}{c}N11\\ N12\end{array}\right]---\left(4\right)$

公式(4)中，Y11、Y12表示每个接收天线在各自频段内的接收信号，N11、N12分别是两个频段内的噪声。

如果发送端为n个天线，接收端为一天线，那么，接收信号可表示为公式(5)：

$\left[\begin{array}{c}Y11\\ Y12\\ \·\\ \·\\ \·\\ Y1n\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}H11\\ H12\\ \·\\ \·\\ \·\\ H1n\end{array}\right]C+\left[\begin{array}{c}N11\\ N12\\ \·\\ \·\\ \·\\ N1n\end{array}\right]---\left(5\right)$

公式(5)中，Y11、Y12...Y1n表示每个接收天线在各自频段内的接收信号，N11、N12...N1n分别是n个频段内的噪声。

同样，可使用公式(2)获得各个天线的信道信息。如果接收端是多天线，两个天线分别处理，可以获得两天线的信道信息。基于P-SCH传输的固定导频序列获得信道信息后，可再结合DwPTS时隙中的导频符号，也可以结合DwPTS前一个子帧中的导频信号一起对DwPTS时隙进行信道估计，从而获得较好的系统性能。

实施例三：

本实施例中，采用多天线发送且采用TSTD的发送方式，P-SCH信道发送固定导频序列C。假设发送端为两天线，接收端为一天线，那么，这种发送方式下，接收信号可由公式(6)表示：

$\left[\begin{array}{c}Y21\\ Y22\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}H21\\ H22\end{array}\right]C+\left[\begin{array}{c}N21\\ N22\end{array}\right]---\left(6\right)$

公式(6)中，Y21、Y22表示每个接收天线在各自时间段内的接收信号，N21、N22分别是两个时间段内的噪声。

如果发送端为n个天线，接收端为一天线，那么，接收信号可表示为公式(5)：

$\left[\begin{array}{c}Y21\\ Y22\\ \·\\ \·\\ \·\\ Y2n\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}H21\\ H22\\ \·\\ \·\\ \·\\ H2n\end{array}\right]C+\left[\begin{array}{c}N21\\ N22\\ \·\\ \·\\ \·\\ N2n\end{array}\right]---\left(7\right)$

公式(7)中，Y21、Y22...Y2n表示每个接收天线在各自时间段内的接收信号，N21、N22...N2n分别是n个时间段内的噪声。

同样，可使用公式(2)获得各个天线的信道信息。如果接收端是多天线，两个天线分别处理，可以获得两天线的信道信息。基于P-SCH传输的固定导频序列获得信道信息后，可再结合DwPTS时隙中的导频符号，也可以结合DwPTS前一个子帧中的导频信号一起对DwPTS时隙进行信道估计，从而获得较好的系统性能。

实施例四：

本实施例中，采用多天线发送且采用SFBC的发送方式，P-SCH信道发送固定导频序列C。这种方式下，接收信号是多天线发送信号的累加，由于发送的导频信息是确定的，因此，可获得混合的信道信息，进而利用这个信道信息用于相同发送方式的数据作解调。假设两个发送天线，发送相同的P-SCH信号，接收天线为1，接收信号由公式(8)表示：

Y＝(H₁+H₂)C+N     (8)

根据公式(9)，对接收的信号除以C，即可获得H的值：

$\hat{H}=Y/C---\left(9\right)$

公式(9)计算得到的信道信息是一个混合信号，该信道信息可用于相同发送方式的数据作解调用，也可以在使用其他方式进行数据解调时作辅助信息。

为实现上述方法，本发明还提出一种信道估计装置，包括信号采集单元、信道信息计算单元，其中，信号采集单元，从系统广播消息中获取P-SCH传输的固定导频序列C，并获取P-SCH传输时刻的接收信号，将所获取的信号送入信道信息计算单元；信道信息计算单元，根据所获取的接收信号以及固定导频序列C进行信道信息检测，得到信道信息。

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。

Claims (8)

1、一种信道估计方法，其特征在于，用特殊区域中下行导频时隙DwPTS中下行主同步信道P-SCH发送的固定导频序列进行信道估计。

2、根据权利要求1所述的信道估计方法，其特征在于，所述进行信道估计具体包括：

从系统广播消息中获取P-SCH传输的固定导频序列C；获取P-SCH发送时刻的接收信号；利用获取到的接收信号以及固定导频序列C进行信道信息检测，得到信道信息。

3、根据权利要求1或2所述的信道估计方法，其特征在于，所述固定导频序列为伪随机码PN序列、ZC序列。

4、根据权利要求1或2所述的信道估计方法，其特征在于，所述P-SCH发送方式为单天线发送、或为一个以上天线发送。

5、根据权利要求4所述的信道估计方法，其特征在于，所述接收信号为单天线的接收信号、或为一个以上天线的接收信号。

6、根据权利要求2所述的信道估计方法，其特征在于，所述进行信道信息检测为：利用获得的接收信号和导频序列执行最小二乘算法、或最小均方误差算法。

7、一种信道估计装置，其特征在于，该装置包括信号采集单元、信道信息计算单元；其中，

信号采集单元，从系统广播消息中获取P-SCH传输的固定导频序列C，并获取P-SCH传输时刻的接收信号，将所获取的信号送入信道信息计算单元；

信道信息计算单元，根据所获取的接收信号以及固定导频序列C进行信道信息检测，得到信道信息。

8、根据权利要求7所述的信道估计装置，其特征在于，所述进行信道信息检测为：利用获得的接收信号和导频序列执行最小二乘算法、或最小均方误差算法。

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