CN101453241B - 信道估计的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及一种信道估计方法，包括：求解映射到各个星座点上的对应符号中的各比特数据的概率值；将符号中的各比特数据的概率值相乘得到联合符号概率值，选择联合符号概率值最大的符号所对应的星座点作为输出；在联合符号概率值大于预先设定的联合符号概率门限值时，利用求取导频处信道估计的方法来获取符号对应的星座点的信道估计值。本发明实施例还涉及一种信道估计装置，包括解调器和译码器，还包括用于求解符号对应的星座点的信道估计值的第一信道估计器。本发明实施例的信道估计的方法及装置，实现了迭代信道估计运算的复杂度降低，增加了迭代信道估计的可靠性，从而缩小了实际信道估计与理想信道估计之间的性能差异。

Description

信道估计的方法及装置

技术领域

本发明涉及通信业务传输技术领域，特别涉及一种信道估计的方法及装置。

背景技术

随着网络技术的发展，业务传输中对无线链路的传输能力的要求越来越高，对信号的传输速率要求也越来越高，以提高通信系统的可靠性。例如：在微波存取全球互通(worldwide Interoperability for Microwave Access，以下简称：WiMAX)和长期演进(LongTermEvolution，以下简称：LTE)系统中，引入了卷积Turbo码编码方式，在物理层中信号经过信道后，可以利用信道估计尽量补偿衰落信道对有用信号造成的影响。信道估计的方法有很多，在WIMAX、LTE系统中采用时频二维信道估计算法，即利用导频之间的相关特性进行二维插值方法，提高信道估计的可靠性；但是由于WIMAX、LTE系统中的导频个数有限，这种信道估计的方法与理想信道估计算法相比，在性能增益上损失还是很大的，特别在高阶调制，或者信道不是很理想的情况下，例如信道时延比较大的情况下，信道估计的性能损失可能更大。

为了解决上述问题，现有技术中采用迭代外信息进行信道估计的方法来提高信道估计的可靠性，减少实际信道估计与理想信道估计间的性能差异。如图1所示，为迭代信道估计方法流程图，具体信道估计方法为：

首先要获取外信息，为：

${\mathrm{Le}}_{d,\mathrm{\μ}}^c=L_{d,\mathrm{\μ}}^c-L_{\mathrm{\μ}}^c,$ 其中L_d，μ ^c为译码器译码输出的软值信息，L_μ ^c为译码器的先验信息；

获取的外信息Le_d，μ ^c经过交织后转换为软映射的先验信息，即：

$L_{a,\mathrm{\μ}}^{\tilde{c}}={\mathrm{Le}}_{d,\mathrm{\μ}}^{\tilde{c}}=\mathrm{\Π}(L_{d,\mathrm{\μ}}^c-L_{\mathrm{\μ}}^c),$ 其中

为软解调输出的软值信息；该软映射的先验信息还可用来表示比特数据的概率信息，即：

$L_{a,\mathrm{\μ}}^{\tilde{c}}=\ln \frac{p(d=1)}{p(d=0)};$ 该软映射的先验信息

需要存储空间进行存储。

在软映射过程中，p(d＝1)+p(d＝0)＝1联合比特的概率信息，解出映射到星座点的每个比特数据的概率为：

$p(d=1)=\frac{1}{2}(1+\tanh \left(\frac{L_{a,\mathrm{\μ}}^{\tilde{c}}}{2}\right))$ $p(d=0)=\frac{1}{2}(1-\tanh \left(\frac{L_{a,\mathrm{\μ}}^{\tilde{c}}}{2}\right)),$ 利用求出的比特概率可求出要进行软映射的符号，例如对于四相相移键控(Quadrature PhaseShift Keying，简称：QPSK)，比特个数为2个，则进行软映射的软映射符号为：

${\hat{Z}}_{\mathrm{\ϵ}}=B_{00}+B_{01}+B_{10}+B_{11},$ 其中，B_ij＝p(d1＝i)p(d2＝j)f_map，2(d1＝i，d2＝j)，d1和d2为映射到星座点的第一比特与第二比特，f_map，2(d1＝i，d2＝j)为星座点对应的符号值；对于16状态正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度调制，简称QAM)采用同样的算法求得软映射的符号，只是此时比特个数为4，同理64QAM也采用同样的算法求得软映射的符号，比特个数为6：

软映射过程结束后，信道估计模块对导频位置和数据位置进行信道估计，导频位置的信道估计值为：

${\tilde{H}}_{\mathrm{\ζ}}^P=\frac{Y_{\mathrm{\ζ}}^P}{P_{\mathrm{\ζ}}},$ 其中P_ζ为已知导频，Y_ζ ^P为经过信道以后导频处接收的数据；数据位置的信道估计值为：

${\tilde{H}}_{\mathrm{\ζ}}^P=\frac{Y_{\mathrm{\ζ}}}{2}{\hat{Z}}_{\mathrm{\ζ}}^{*},$ 其中

为软映射符号的共轭数据，Y_ζ为经过信道以后数据位置接收的数据；

再将软解调输出的软值信息进行分解，得到：

$L_{\mathrm{\μ}}^{\tilde{c}}=L\left({\tilde{c}}_{\mathrm{\μ}}\right|Y_{\mathrm{\μDiv}2})=L_{a,\mathrm{\μ}}^{\tilde{c}}+\ln \frac{A_{10}+A_{11}\·e^{L_{a,\mathrm{\μ}+1}^{\tilde{c}}}}{A_{00}+A_{01}\·e^{L_{a,\mathrm{\μ}+1}^{\tilde{c}}}},$ 其中

为外信息经过交织以后转换的软映射的先验信息；

剩余部分经过解交织后即为译码器的先验信息L_μ ^c，即：

$L_{\mathrm{\μ}}^c={\mathrm{\Π}}^{-1}(L_{\mathrm{\μ}}^{\tilde{c}}-L_{a,\mathrm{\μ}}^{\tilde{c}}),$ 该先验信息也需要预先存储，已备获取外信息时使用。

至此可完成循环迭代外信息进行信道估计的流程，根据上述全过程求出全平面的信道估计值，然后通过二维全平面维纳滤波获取最后的信道估计系数。该方法对于QPSK来说性能有所提高，但是发明人在实现本发明实施例的过程中发现，由于译码过程中的纠错能力是有一定的限度的，当调制阶数较高的时候，如映射过程利用的比特个数＞4，例如：16QAM每个符号中的比特个数为4，64QAM每个符号中的比特个数为6，经过软映射后得到的软映射符号，在深衰落的过程将发生很高的误符号率，因此不仅不会提高性能，可能还会造成性能下降；经过仿真验证，发现上述算法在16QAM的调制方式下性能已经发生了下降。并且上述方法中，迭代过程的软解调复杂度高，而且一般情况下初始过程中的软解调与迭代过程中的软解调要采用不同的公式分解方法，将外信息提取参与迭代，因此在迭代过程中运算量较大，并且增加了存储空间用来存储译码器的先验信息和外信息。

发明内容

本发明实施例提供一种信道估计的方法及装置，以降低迭代信道估计运算的复杂度，增加迭代信道估计的可靠性。

本发明实施例一方面提供了一种信道估计方法，包括：

求解映射到各个星座点上的对应符号中的各比特数据的概率值；

将所述符号中的各比特数据的概率值相乘得到联合符号概率值，选择所述联合符号概率值最大的符号所对应的星座点作为输出；

在所述联合符号概率值大于预先设定的联合符号概率门限值时，利用求取导频处信道估计的方法来获取所述符号对应的星座点的信道估计值。

本发明实施例再一方面提供了一种信道估计装置，包括用于求解符号对应的星座点的信道估计值的第一信道估计器，所述第一信道估计器包括：

第一求解模块，用于求解映射到各个星座点上的对应符号中的各比特数据的概率值；

第二求解模块，用于将所述符号中的各比特数据的概率值相乘得到联合符号概率值，选择所述联合符号概率值最大的符号所对应的星座点作为输出；

第三求解模块，用于在所述联合符号概率值大于预先设定的联合符号概率门限值时，利用求取导频处信道估计的方法来获取所述符号对应的星座点的信道估计值。

由以上技术方案可知，本发明实施例的信道估计的方法及装置，通过联合符号概率值与预先设定的联合符号概率门限值的比较得到符号对应的星座点，再对这个星座点求取信道估计值，避免了要计算迭代的外信息的过程，降低了迭代信道估计运算的复杂度，增加迭代信道估计的可靠性，从而缩小了实际信道估计与理想信道估计之间的性能差异。

下面通过具体实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

附图说明

图1为现有技术信道估计方法流程示意图；

图2为本发明信道估计方法实施例一的流程示意图；

图3为本发明信道估计方法实施例二的流程示意图；

图4为本发明信道估计装置实施例一的结构示意图；

图5为本发明信道估计装置实施例二的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例的方案利用联合符号概率值与预先设定的联合符号概率门限值的比较得到符号对应的星座点，再对这个星座点求取信道估计值，在降低迭代信道估计的复杂度的基础上还能进一步提高信道估计的可靠性。下面详细介绍本发明实施例的技术方案。

如图2所示，为本发明信道估计方法实施例一的流程示意图，具体包括如下步骤：

步骤101、求解映射到各个星座点上的对应符号中的各比特数据的概率；

在背景技术中我们介绍了求解比特数据的概率的方法，在此我们可以利用上述方法或不限于上述方法的任意方法来求解本实施例中的映射到各个星座点上的每个比特数据的概率值；若为QPSK调制，则只需求解2个比特的概率，若为16QAM调制，则需要求解4个比特的概率，若为64QAM调制，则需要求解6个比特的概率，依此类推；

步骤102、将符号中的各比特数据的概率值相乘得到联合符号概率值，选择联合符号概率值最大的符号所对应的星座点作为输出；

联合符号概率值为符号中每个比特数据的概率相乘所得值；符号由比特组成，例如：对于QPSK调制，符号可为00、01、10、11，每个符号对应一个星座点的位置；f_map，2(d1＝i，d2＝j)为星座点表达式，p(d1＝i)为符号中第一个比特数据的概率，p(d2＝j)为第二个即另一位比特数据的概率，选择max{p(d1＝i)·p(d2＝j)}，即联合符号概率(第一个比特数据的概率乘以第二个比特数据的概率)最大的符号，如果符号10的联合符号概率最大，则输出符号10对应的星座点表达式f_map，2(d1＝1，d2＝0)作为硬判输出符号；

步骤103、在联合符号概率值大于预先设定的联合符号概率门限值时，利用求取导频处信道估计的方法来获取符号对应的星座点的信道估计值；

设定联合符号概率门限值，联合符号概率门限值要根据实际信道情况适当选择，然后将最大联合符号概率值max{p(d1＝i)·p(d2＝j)}与预先设定的联合符号概率门限值进行比较，如果max{p(d1＝i)·p(d2＝j)}大于门限值，则认为此处的硬判输出符号为可靠的符号，进一步利用求取导频位置的信道估计的方法来获得此点的信道估计值；反之如果max{p(d1＝i)·p(d2＝j)}小于门限值，则认为此处的硬判输出符号为不可靠的符号。

利用该方法求取信道估计值，由于采用了求取联合符号概率的运算，并利用门限值对该联合符号概率值中最大的符号进行进一步筛选，使得信道估计的效果更好，提高了信道估计的可靠度。

如图3所示，为本发明信道估计方法实施例二的流程示意图，本实施例的具体步骤如下：

步骤201、获取符号对应的星座点的初始信道估计值并存储；

初始信道估计值即为无线电信道冲击响应的初始估计，本发明实施例并不限制用来产生初始信道估计所选择的方法；

步骤202、通过译码输出的软值信息求得比特数据的概率信息；

译码输出的软值信息为 $\ln \frac{p(d=1/r)}{p(d=0/r)},$ 其中r表示接收到的信号；由于译码输出的软值信息比译码器的先验信息大很多，所以可以近似的用该软值信息表示比特数据的概率信息，即此处可以不再采取外信息的方法进行迭代过程。这样由于省去了迭代外信息的过程，所以在经过多次迭代后，该译码输出的软值信息并没有明显缩小与译码器的先验信息的差距，所以相比计算逐渐减小的外信息来说，最后获得的信道估计的增益值还是比较可观的，可以简化运算，而且不用再另外增加存储译码器的先验信息的存储空间；

步骤203、再通过比特数据的概率信息求解映射到各个星座点上的对应符号中的各比特数据的概率值；

联合 $\ln \frac{p(d=1/r)}{p(d=0/r)}$ 和p(d＝1/r)+p(d＝0/r)＝1，解出映射到各个星座点上的每个比特数据的概率，即：例如对于QPSK调制的p(d1＝i)和p(d2＝j)；

步骤204、将符号中的各比特数据的概率值相乘得到联合符号概率值，选择联合符号概率值最大的符号所对应的星座点作为输出；

步骤205、设定联合符号概率门限值；

步骤206、判断最大联合符号概率值是否大于联合符号概率门限值，若联合符号概率值大于联合符号概率门限值，则执行步骤207；若联合符号概率值小于联合符号概率门限值，则执行步骤208；

步骤207、利用求取导频处信道估计的方法来获得符号对应的星座点的信道估计值，执行步骤209；

步骤208、采用存储的初始信道估计值作为符号对应的星座点的信道估计值；

如果遇到深衰落的过程中，采用联合符号概率进行的硬判的结果可靠性会降低很多，甚至会发生全错的现象，亦此处的符号概率小于先前设定的合适门限，此时认为联合符号概率进行的硬判是非常不可靠的，所以此处的信道估计值采用存储的初始信道估计的此点值；

步骤209、将利用求取导频处信道估计的方法获得的符号对应的星座点的信道估计值和采用存储的初始信道估计值作为符号对应的星座点的信道估计值复合在一起，获得全平面各个符号对应的星座点的信道估计值；

步骤210、采用全平面维纳滤波方法进行二维全平面维纳滤波加权，进一步求解信道估计值，提高信道估计的准确性；

步骤211、输出全平面星座点的信道估计结果。

该实施例中不再采取外信息的方法进行迭代过程，简化了运算，而且不用再另外增加存储译码器的先验信息的存储空间；并且采用求取联合符号概率，并利用门限值对该联合符号概率值中最大的符号进行进一步筛选，运算简单，提高了信道估计的可靠度。

如图4所示，为本发明信道估计装置实施例一的结构示意图，本实施例的信道估计装置包括：

第一信道估计器1，用于求解符号对应的星座点的信道估计值，与解调器2相连接，其中第一信道估计器具体包括：

第一求解模块11，用于求解映射到各个星座点上的对应符号中的各比特数据的概率值；

符号由比特组成，例如：对于16QAM调制，符号可为0000、0001、0010、0011等共16个均由4个比特数组成的符号，每个符号对应一个星座点的位置；f_map，2(d1＝i，d2＝j，d3＝k，d4＝l)为星座点表达式，p(d1＝i)为符号中第一个比特数据的概率值，p(d2＝j)为第二个比特数据的概率值，p(d3＝k)为符号中第三个比特数据的概率值，p(d4＝l)为第四个比特数据的概率值；

第二求解模块12，用于将符号中的各比特数据的概率值相乘得到联合符号概率值，选择联合符号概率值最大的符号所对应的星座点作为输出；

联合符号概率值为符号中每个比特数据的概率相乘所得值，对上述提到的四个比特数据的概率值求联合符号概率值，即第一个比特数据的概率值乘以第二个比特数据的概率值乘以第三个比特数据的概率值再乘以第四个比特数据的概率值，表示为：p(d1＝i)·p(d2＝j)·p(d3＝k)·p(d4＝l)，再选择max{p(d1＝i)·p(d2＝j)·p(d3＝k)·p(d4＝l)}，即联合符号概率最大的符号，如果符号0010的联合符号概率最大，则输出符号0010对应的星座点表达式f_map，2(d1＝0，d2＝0，d3＝1，d4＝0)作为硬判输出符号；

第三求解模块13，用于在联合符号概率值大于预先设定的联合符号概率门限值时，利用求取导频处信道估计的方法来获取符号对应的星座点的信道估计值；

联合符号概率门限值要根据实际信道情况适当选择，仍以16QAM调制为例，将最大联合符号概率值max{p(d1＝i)·p(d2＝j)·p(d3＝k)·p(d4＝l)}与预先设定联合符号概率门限值进行比较，若max{p(d1＝i)·p(d2＝j)·p(d3＝k)·p(d4＝l)}大于门限值，则认为此处的硬判输出符号为可靠的符号，进一步利用求取导频位置的信道估计的方法来获得此点的信道估计值；反之若最大联合符号概率值max{p(d1＝i)·p(d2＝j)·p(d3＝k)·p(d4＝l)}小于联合符号概率门限值，则认为此处的硬判输出符号为不可靠的符号。

在该信道估计装置中还可以进一步包括设定模块14，如图4所示，用于预先设定所述联合符号概率门限值。

该实施例采用第一求解模块11求解映射到各个星座点上的对应符号中的各比特数据的概率值，用第二求解模块12求取联合符号概率值最大的符号所对应的星座点作为输出，再利用第三求解模块13将联合符号概率门限值与联合符号概率值中最大的符号进行进一步比较，若最大联合符号概率值大于联合符号概率门限值，则认为此处的硬判输出符号为可靠的符号，进一步利用求取导频位置的信道估计的方法来获得此点的信道估计值，并将结果输出，从而获得可靠的信道估计值。

如图5所示，为本发明信道估计装置实施例二结构示意图，本实施例中除了包括第一信道估计器1外，还包括：

第二信道估计器6，用于求解符号对应的星座点的初始信道估计值，与解调器2相连接；

第二信道估计器6即为初始估计无线电信道冲击响应的器件，本发明实施例并不限制采用何种第二信道估计器6来产生初始信道估计值；

存储单元7，用于存储符号对应的星座点的初始信道估计值，位于第二信道估计器6和解调器2之间；

若通过第一信道估计器1中的第三求解模块13后，最大联合符号概率值小于联合符号概率门限值，则认为此处的硬判输出符号为不可靠的符号，此时调出存储于存储单元7中的初始信道估计值作为该符号对应的星座点的信道估计值；

复合单元8，用于复合所述符号对应的星座点的信道估计值和符号对应的星座点的初始信道估计值；

提取全平面内符号对应的星座点的信道估计值和符号对应的星座点的初始信道估计值，将所有的信道估计值复合在一起，将结果输出。

本实施例中的信道估计装置还可以连接解调器2和译码器3，用于对信道估计值进行译码；还可以包括信号处理模块，用于对信号做任意的处理，一般可为交织器4和解交织器5，将求解的信道估计值反馈给解调器、译码器进行译码后，可以再进行一次迭代信道估计的过程。需要注意的是迭代信道估计循环次数越多，则所得到的信道估计值越可靠，但经过仿真发现，实际迭代的循环次数增多，信道估计的增益并没有得到更加明显的提高，后一次循环与前一次获得的增益之间的差值越来越小，反而会消耗更多的时间，增加信道估计的复杂性。

本实施例中的信道估计装置可以实现对全平面内符号对应的星座点进行一个可靠的估计，从而降低迭代信道估计与理想信道估计的性能差异。

采用本发明实施例的信道估计的方法和装置对64QAM调制进行仿真，可以获得较为明显的性能增益达1.32dB；对16QAM调制和QPSK调制进行仿真，也可以获得0.7dB的性能增益。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种信道估计方法，其特征在于，包括：

求解映射到各个星座点上的对应符号中的各比特数据的概率值；

将所述符号中的各比特数据的概率值相乘得到联合符号概率值，选择所述联合符号概率值最大的符号所对应的星座点作为输出；

在所述联合符号概率值大于预先设定的联合符号概率门限值时，利用求取导频处信道估计的方法来获取所述符号对应的星座点的信道估计值；

在所述联合符号概率值小于预先设定的联合符号概率门限值时，采用存储的初始信道估计值作为所述符号对应的星座点的信道估计值。

2.根据权利要求1所述的信道估计方法，其特征在于，所述求解映射到各个星座点上的对应符号中的各比特数据的概率值包括：

通过译码输出的软值信息求得比特数据的概率信息；

通过所述比特数据的概率信息求解映射到各个星座点上的对应符号中的各比特数据的概率值。

3.根据权利要求2所述的信道估计方法，其特征在于，在所述通过译码输出的软值信息求得比特数据的概率信息之前还包括：获取所述符号对应的星座点的所述初始信道估计值并存储。

4.根据权利要求3所述的信道估计方法，其特征在于，还包括：

将所述利用求取导频处信道估计的方法获得的所述信道估计值与所述初始信道估计值复合，获得全平面各个符号对应的星座点的信道估计值；

采用全平面维纳滤波方法进行二维全平面维纳滤波加权，对所述全平面各个符号对应的星座点的信道估计值进行估计。

5.根据权利要求1-4所述的任一信道估计方法，其特征在于，还包括：预先设定联合符号概率门限值的步骤。

6.一种信道估计装置，其特征在于包括：用于求解符号对应的星座点的信道估计值的第一信道估计器，所述第一信道估计器包括：

第一求解模块，用于求解映射到各个星座点上的对应符号中的各比特数据的概率值；

第二求解模块，用于将所述符号中的各比特数据的概率值相乘得到联合符号概率值，选择所述联合符号概率值最大的符号所对应的星座点作为输出；

第三求解模块，用于在所述联合符号概率值大于预先设定的联合符号概率门限值时，利用求取导频处信道估计的方法来获取所述符号对应的星座点的信道估计值；

所述第三求解模块还用于在所述联合符号概率值小于预先设定的联合符号概率门限值时，采用存储的初始信道估计值作为所述符号对应的星座点的信道估计值。

7.根据权利要求6所述的信道估计装置，其特征在于，所述第一信道估计器还包括：设定模块，用于预先设定所述联合符号概率门限值。

8.根据权利要求6或7所述的信道估计装置，其特征在于，还包括：第二信道估计器，用于求解所述符号对应的星座点的所述初始信道估计值。

9.根据权利要求8所述的信道估计装置，其特征在于，还包括：存储单元，用于存储所述符号对应的星座点的所述初始信道估计值，与所述第二信道估计器相连接。

10.根据权利要求9所述的信道估计装置，其特征在于，还包括：复合单元，用于复合所述符号对应的星座点的信道估计值和符号对应的星座点的所述初始信道估计值，与所述第一信道估计器及第二信道估计器相连接。

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