CN101582869A - 发送信号估计值的获取方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例公开了一种发送信号估计值的获取方法和装置。该方法包括：获取每个正交频分多址接入OFDM符号的信道估计值、第一发送信号估计值以及接收信号；根据所述第一发送信号估计值以及所述接收信号，获取频域信道响应；根据所述频域信道响应以及所述第一发送信号估计值，获取子载波间干扰；根据所述子载波间干扰ICI与所述接收信号的差值，获取第二发送信号估计值，作为最终的发送信号估计值。本发明的实施例中，通过联合信道估计和子载波间干扰消除，对用户间子载波任意分配方案下的信道估计与子载波间干扰进行消除，可以获得更多的频率分集增益，进一步地降低误码率，增大传输速率。另外，有效地抑制了子载波间干扰，提高系统性能。

Description

发送信号估计值的获取方法和装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种发送信号估计值的获取方法和装置。

背景技术

OFDMA(Orthogonal Frequency Multiplexing Access，正交频分多址接入)是以OFDM技术为基础的多址接入方式，继承了OFDM技术的优点如高频谱利用率，支持高速传输和良好的抗多经衰落能力。但OFDMA对频率偏移相当敏感，多普勒频偏会使子载波间的正交性遭到破坏，从而产生严重的码间干扰和多址干扰，导致系统的性能变差。在OFDMA上行链路，每个用户终端的移动速度各不相同，多普勒频移也不相同，当用户移动速度比较高时，多普勒频移大，将会引起严重的ICI(Inter-Channel Interference，子载波间干扰)和MUI(Multi-User Interference，多用户间干扰)干扰，使得系统性能恶化。

具体的，一个OFDM符号内的第k个子载波的接收信号为：

$Y_k=A_{\mathrm{kk}}{X}_k\underset{l\≠k}{\mathrm{\Σ}}{A}_{\mathrm{kl}}{X}_l+n_k---\left(1\right)$

其中，X_k为发射信号，n_k为高斯白噪声，第二项

为其它子载波引入的ICI干扰。

对于信道响应，可以使用泰勒级数分解的方法，只考虑一阶展开时：

$\left\{\begin{array}{c}{A}_{\mathrm{kk}}=H_k\\ A_{\mathrm{kl}}=\frac{\mathrm{\Δ}{H}_l}{j2\mathrm{\π}(l-k)}l\≠k\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中，H_k为第k个子载波的信道响应值，ΔH_l为当前OFDM和前一OFDM的第l个子载波信道响应之差。

由此通过信道估计可以得到H_k和ΔH_l，即得到A_kk和A_kl。进而可以做如下运算：

1、对第k个子载波求取信号估计值 ${\hat{X}}_{k,0}=Y_k/A_{\mathrm{kk}},$ 可以得到当前OFDM中所有子载波(包括所有用户终端)的估计值。

2、对第k个子载波计算 ${\hat{X}}_{k,i+1}={\hat{X}}_{k,i}-\underset{l\≠k}{\mathrm{\Σ}}{A}_{\mathrm{kl}}{\hat{X}}_{l,i}/A_{\mathrm{kk}},$ 可以得到当前OFDM中所有子载波在第i次消除ICI后的信号估计值，其中i表示迭代次数，从0开始取值。

3、重复第2步，直到达到设计的迭代次数，最后输出所有子载波的信号估计值。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术存在以下缺点：

基于泰勒级数分解的迭代估计干扰消除的算法中，要求信道估计的精度比较高，才能有效的达到消除ICI的目的。而现有技术采用的迭代估计虽然可以提高估计精度，但是每次迭代采用的信道估计值都是通过常用的信道估计方法得到，估计误差大，因此不能很好的消除ICI。

发明内容

本发明实施例提供了一种发送信号估计值的获取方法和装置，以提高导频子载波随机分布系统上行链路在用户高速移动下的性能。

本发明实施例提供了一种发送信号估计值的获取方法，包括：

获取每个正交频分多址接入OFDM符号的信道估计值、第一发送信号估计值以及接收信号；

根据所述第一发送信号估计值以及所述接收信号，获取频域信道响应；

根据所述频域信道响应以及所述第一发送信号估计值，获取子载波间干扰；

根据所述子载波间干扰ICI与所述接收信号的差值，获取第二发送信号估计值，作为最终的发送信号估计值。

本发明实施例提供了一种发送信号估计值的获取装置，包括：

第一获取单元，用于获取每个OFDM符号的信道估计值、第一发送信号估计值以及接收信号；

频域信道响应获取单元，用于根据所述第一获取单元获取的所述第一发送信号估计值以及所述接收信号，获取频域信道响应；

子载波间干扰获取单元，用于根据所述频域信道响应获取单元获取的所述频域信道响应、以及所述第一获取单元获取的所述第一发送信号估计值，获取子载波间干扰；

发送信号估计值获取单元，用于根据所述子载波间干扰获取单元获取的所述子载波间干扰与所述第一获取单元获取的所述接收信号的差值，获取第二发送信号估计值，作为最终的发送信号估计值。

通过使用本发明的实施例，实现了以下有益效果：

通过联合信道估计和子载波间干扰消除的检测，对用户间子载波任意分配方案下的信道估计与子载波间干扰进行消除，可以获得更多的频率分集增益，进一步地降低误码率，增大传输速率。另外，有效地抑制了子载波间干扰，提高系统性能。

附图说明

图1是本发明实施例中发送信号估计值的获取方法的流程图；

图2是本发明实施例中发送信号估计值的获取方法的另一流程图；

图3是本发明实施例中使用的数据子载波的分布方式示意图；

图4是本发明实施例中发送信号估计值的获取装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种发送信号估计值的获取方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤s101、获取每个OFDM符号的信道估计值、第一发送信号估计值以及接收信号。

具体的，可以首先获取OFDM符号内每个子载波的信道估计值和发送信号估计值，进而根据每个子载波的信道估计值和发送信号估计值，获取每个OFDM符号的信道估计值、第一发送信号估计值。

步骤s102、根据每个OFDM符号的第一发送信号估计值以及接收信号，获取频域信道响应。

步骤s103、根据频域信道响应以及第一发送信号估计值，获取子载波间干扰。

步骤s104、根据子载波间干扰与接收信号的差值，获取第二发送信号估计值，作为最终的发送信号估计值。

本发明实施例提供的方法中，通过联合信道估计和子载波间干扰消除，对用户间子载波任意分配方案下的信道估计与子载波间干扰进行消除，可以获得更多的频率分集增益，进一步地降低误码率，增大传输速率。另外，有效地抑制了子载波间干扰，提高系统性能。

本发明实施例还提供了一种发送信号估计值的获取方法。其中，接收的OFDM经过FFT(Fast Fourier Transition，快速傅立叶变换)后，信道响应使用泰勒级数分解的方法，接收信号写成向量为：

$Y=\left(\underset{p=0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Ξ}}^{\left(p\right)}\mathrm{diag}\right\{H^{\left(p\right)}\left\}\right)S+n---\left(3\right)$

其中，Y＝[Y₀，Y₁，Y₂，…，Y_N-1]^T，[·]^T表示矩阵的转置；S＝[S₀，S₁，S₂，…，S_N-1]^T表示发送信号；n＝[n₀，n₁，n₂，…，n_N-1]^T为高斯白噪声信号； $H^{\left(p\right)}=[H_0^{\left(p\right)},H_1^{\left(p\right)},H_2^{\left(p\right)},\·\·\·,H_{N-1}^{\left(p\right)}]$ 表示信道估计值， $\mathrm{diag}\left\{H^{\left(p\right)}\right\}=\mathrm{diag}\{H_0^{\left(p\right)},H_1^{\left(p\right)},H_2^{\left(p\right)},\·\·\·,H_{N-1}^{\left(p\right)}\},$ 是H_k ^(p)组成的对角矩阵；H_k ^(p)是第k个子载波上信道响应第p阶级数展开；为N×N的矩阵，第m行第n列元素可以表示为 ${\left[{\mathrm{\Ξ}}^{\left(p\right)}\right]}_{m,n}=\frac{1}{N}\underset{q=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{(q-\frac{N}{2})}^p{e}^{-2\mathrm{\πj}\frac{q(m-n)}{N}},$ 是与信道无关的常量。

本发明实施例的发送信号估计值的获取方法流程如图2所示，包括以下步骤：

步骤201，通过信道估计方法得到OFDM符号内每个子载波的信道估计值H⁽⁰⁾，其中包含所有的用户的子载波。

一般通信系统中采用导频辅助的数据发送结构，例如WiMAX的上行链路采用子信道的分配方式，每个子信道由6个子片(tile)组成，每个tile由频域上连续的4个子载波和时域上连续的3个OFDM符号组成，每个子信道的6个tile离散分布，而分配给用户的子信道位置和个数没有限制，因此数据子载波伪随机地分配给每个用户，数据子载波的分布方式示意图如图3所示。

信道估计时首先通过LS(Least Square，最小二乘法)等方法得到导频的信道估计值，如图3中用户一的第t个符号第k个导频子载波的信道估计值为：

${\hat{H}}_{t,k}^{\left(0\right)}=Y_{t,k}/P_{t,k}$ t＝0，2；k＝0，3，4，7，8，11，…    (4)

然后通过线性插值得到数据子载波上的信道响应，如图3中用户一的第t个符号第k个导频子载波和第t个符号第k+3个导频子载波之间的数据子载波的信道估计值为：

${\hat{H}}_{t,k+1}^{\left(0\right)}=[{\hat{H}}_{t,k+3}^{\left(0\right)}-{\hat{H}}_{t,k}^{\left(0\right)}]/3+{\hat{H}}_{t,k}^{\left(0\right)}$ t＝0，2；k＝0，4，8，…     (5)

${\hat{H}}_{t,k+2}^{\left(0\right)}=[{\hat{H}}_{t,k+3}^{\left(0\right)}-{\hat{H}}_{t,k}^{\left(0\right)}]\×2/3+{\hat{H}}_{t,k}^{\left(0\right)}$ t＝0，2；k＝0，4，8，…    (6)

类似可以得到其余数据子载波的信道估计值。

步骤202，通过MMSE(Minimum Mean Square Error，最小均方误差)检测等方法获取每个符号上第k个子载波的发送信号估计值。

以1T1R(1发1收)为例来说明，其它天线配置类似，

${\hat{S}}_k^{\left(0\right)}=\frac{{\left[{\hat{H}}_k^{\left(0\right)}\right]}^{*}}{{\left|{\hat{H}}_k^{\left(0\right)}\right|}^2+{\mathrm{\σ}}^2}{Y}_k$

步骤203，把用户终端未占用的子载波置0，并将每个符号的信道估计H_user ⁽ⁱ⁾、发送信号估计值S_user ⁽ⁱ⁾和接收信号Y_user写成向量的形式。

例如用户一的信道估计和发送信号估计值为：

$H_{\mathrm{user}}^{\left(i\right)}={[{\hat{H}}_0^{\left(i\right)},{\hat{H}}_1^{\left(i\right)},{\hat{H}}_2^{\left(i\right)},{\hat{H}}_3^{\left(i\right)},0,\·\·\·,{\hat{H}}_4^{\left(i\right)},\·\·\·]}^T---\left(8\right)$

$S_{\mathrm{user}}^{\left(i\right)}={[{\hat{S}}_0^{\left(i\right)},{\hat{S}}_1^{\left(i\right)},{\hat{S}}_2^{\left(i\right)},{\hat{S}}_3^{\left(i\right)},0,\·\·\·,{\hat{S}}_4^{\left(i\right)},\·\·\·]}^T---\left(9\right)$

Y_user＝[Y₀，Y₁，Y₂，Y₃，0…，Y₄，…]^T    (10)

其中i表示迭代次数，从0开始取值；

步骤204，获取用户的频域信道响应。

具体的，将检测得到的发送信号估计值S_user ⁽ⁱ⁾组合成矩阵：

其中，F表示N点的FFT变换矩阵。

那么可以得到时域的信道响应的第p阶展开，例如用户一的时域信道响应为：

$h_{\mathrm{user}}^{\left(p\right)}={\left[G^{\left(p\right)}\right]}^{-1}{Y}_{\mathrm{user}}---\left(13\right)$

上式中p从0开始取，仿真表明2阶以上的展开可以忽略，因此p最大值V取2即可。

对各阶时域信道响应做FFT变换，例如用户一频域信道响应为：

$H_{\mathrm{user}}^{\left(p\right)}=F{h}_{\mathrm{user}}^{\left(p\right)}---\left(14\right)$

步骤205，获取合并后的频域信道响应和发送信号估计值。

具体的，把所有用户的频域信道响应和发送信号估计值合并：

$H^{\left(p\right)}=\mathrm{\Σ}{H}_{\mathrm{user}}^{\left(p\right)}---\left(15\right)$

$S^{\left(i\right)}=\mathrm{\Σ}{S}_{\mathrm{user}}^{\left(i\right)}---\left(16\right)$

步骤206，获取ICI造成的干扰。

具体的，将S⁽ⁱ⁾带入 $w=\left(\underset{p=1}{\overset{V}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Ξ}}^{\left(p\right)}\mathrm{diag}\right\{H^{\left(p\right)}\left\}\right)S^{\left(i\right)},$ 获取ICI造成的干扰w；

步骤207，获取接收信号与ICI造成的干扰之间的差值。

具体的，求出r＝Y-w，Y＝∑Y_user，此时的r消除了ICI的干扰；

步骤208、根据差值获取发送信号估计值。

具体的，对r进行MMSE检测，得到新的S⁽ⁱ⁾。

之后，可以采用迭代的方法进一步获取信号估计值，具体的迭代方法可以为：

步骤s209、重复步骤206至步骤208直到设定的一个迭代次数如N，得到新的发送信号估计值S⁽ⁱ⁺¹⁾；

步骤s210、重复步骤203至步骤209，直到设定的一个迭代次数如M，输出最后得到的发送信号估计值。该过程中共迭代M×N次。

上述步骤中除了信道估计使用LS、检测方法MMSE检测方法外，还可以使用维纳滤波方法进行信道估计、使用迫零方法进行检测。另外，本发明的实施例中的技术方案也适用于单天线、多天线的情况，以及各种OFDM系统。对于上述情况，本发明实施例不进行重复描述。

本发明实施例所提供的方法中，通过使用联合信道估计和子载波间干扰消除的迭代检测方法，对用户间子载波任意分配方案下的信道估计与子载波间干扰进行消除，对规则分配和非规则分配均试用。同时，系统可以根据信道信息为用户分配较好的子载波即传输信道，可以获得更多的频率分集增益，进一步地降低误码率，增大传输速率。另外，有效地抑制了子载波间干扰，提高系统性能，其良好的性能适用于高移动多载波环境。最后，通过迭代进一步提高了发送信号估计值的准确程度。

本发明的实施例还提供一种发送信号估计值的获取装置，如图4所示，包括：

第一获取单元10，用于获取每个OFDM符号的信道估计值、第一发送信号估计值以及接收信号。该第一获取单元10进一步包括：第一获取子单元11，用于获取OFDM符号内每个子载波的信道估计值和发送信号估计值；第二获取子单元12，用于根据第一获取子单元11获取的每个子载波的信道估计值和发送信号估计值，获取每个OFDM符号的信道估计值、第一发送信号估计值；第三获取子单元13，用于获取接收信号。

频域信道响应获取单元20，用于根据第一获取单10元获取的第一发送信号估计值以及接收信号，获取频域信道响应。该频域信道响应获取单元20进一步包括：第一矩阵获取子单元21，用于根据所述第一发送信号估计值得到第一矩阵；时域信道响应获取子单元22，用于对第一矩阵获取子单元21获取的第一矩阵进行展开，获取时域信道响应；频域信道响应获取子单元23，用于对时域信道响应获取子单元22获取的时域信道响应做FFT变换，获取频域信道响应。

子载波间干扰获取单元30，用于根据频域信道响应获取单元20获取的频域信道响应、以及第一获取单元10获取的第一发送信号估计值，获取子载波间干扰。

发送信号估计值获取单元40，用于根据子载波间干扰获取单元30获取的子载波间干扰ICI、与第一获取单元10获取的接收信号的差值，获取第二发送信号估计值作为最终的发送信号估计值。

该发送信号估计值的获取装置还包括：

第一迭代单元50，用于将子载波间干扰获取单元30中根据频域信道响应以及第一发送信号估计值获取子载波间干扰；以及发送信号估计值获取单元40中根据子载波间干扰ICI与接收信号的差值获取第二发送信号估计值的步骤进行迭代，直至达到预设的第一迭代次数，获取迭代后的第二发送信号估计值作为最终的发送信号估计值。

第二迭代单元60，用于将频域信道响应获取单元20中根据第一发送信号估计值以及接收信号，获取频域信道响应；以及子载波间干扰获取单元30中根据频域信道响应以及发送信号估计值，获取子载波间干扰；以及发送信号估计值获取单元40中根据子载波间干扰ICI与所述接收信号的差值，获取第二发送信号估计值的步骤进行迭代，直至达到第二迭代次数，获取迭代后的第二发送信号估计值作为最终的发送信号估计值。

本发明实施例所提供的装置中，通过联合信道估计和子载波间干扰消除，对用户间子载波任意分配方案下的信道估计与子载波间干扰进行消除，对规则分配和非规则分配均试用。同时，系统可以根据信道信息为用户分配较好的子载波即传输信道，可以获得更多的频率分集增益，进一步地降低误码率，增大传输速率。另外，有效地抑制了子载波间干扰，提高系统性能，其良好的性能适用于高移动多载波环境。最后，通过迭代进一步提高了发送信号估计值的准确程度。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以通过硬件实现，也可以可借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (11)

1、一种发送信号估计值的获取方法，其特征在于，包括：

获取每个正交频分多址接入OFDM符号的信道估计值、第一发送信号估计值以及接收信号；

根据所述第一发送信号估计值以及所述接收信号，获取频域信道响应；

根据所述频域信道响应以及所述第一发送信号估计值，获取子载波间干扰；

根据所述子载波间干扰ICI与所述接收信号的差值，获取第二发送信号估计值，作为最终的发送信号估计值。

2、如权利要求1所述发送信号估计值的获取方法，其特征在于，所述获取每个OFDM符号的信道估计值、第一发送信号估计值的步骤包括：

获取OFDM符号内每个子载波的信道估计值和发送信号估计值；

根据所述每个子载波的信道估计值和发送信号估计值，获取每个OFDM符号的信道估计值、第一发送信号估计值。

3、如权利要求1所述发送信号估计值的获取方法，其特征在于，所述根据所述第一发送信号估计值以及所述接收信号，获取频域信道响应的步骤包括：

根据所述第一发送信号估计值得到第一矩阵；

对所述第一矩阵进行展开，获取时域信道响应；

对所述时域信道响应做FFT变换，获取频域信道响应。

4、如权利要求1所述发送信号估计值的获取方法，其特征在于，所述根据所述频域信道响应以及所述第一发送信号估计值，获取子载波间干扰通过如下公式计算：

$w=\left(\underset{p=1}{\overset{V}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Ξ}}^{\left(p\right)}\mathrm{diag}\right\{H^{\left(p\right)}\left\}\right)S^{\left(i\right)}$

其中，w为子载波间干扰，H^(p)为频域信道响应，S⁽ⁱ⁾为第一发送信号估计值，

为N×N的矩阵，是与信道无关的常量。

5、如权利要求1所述发送信号估计值的获取方法，其特征在于，所述方法还包括：

将所述根据所述频域信道响应以及所述第一发送信号估计值获取子载波间干扰、以及所述根据所述子载波间干扰ICI与所述接收信号的差值获取第二发送信号估计值的步骤进行迭代，直至达到预设的第一迭代次数，获取迭代后的第二发送信号估计值作为最终的发送信号估计值。

6、如权利要求1或5所述发送信号估计值的获取方法，其特征在于，所述方法还包括：

将所述根据所述第一发送信号估计值以及所述接收信号，获取频域信道响应；

以及所述根据所述频域信道响应以及所述第一发送信号估计值，获取子载波间干扰；

以及所述根据所述子载波间干扰ICI与所述接收信号的差值，获取第二发送信号估计值的步骤进行迭代，直至达到预设的第二迭代次数，获取迭代后的第二发送信号估计值作为最终的发送信号估计值。

7、一种发送信号估计值的获取装置，其特征在于，包括：

第一获取单元，用于获取每个OFDM符号的信道估计值、第一发送信号估计值以及接收信号；

频域信道响应获取单元，用于根据所述第一获取单元获取的所述第一发送信号估计值以及所述接收信号，获取频域信道响应；

子载波间干扰获取单元，用于根据所述频域信道响应获取单元获取的所述频域信道响应、以及所述第一获取单元获取的所述第一发送信号估计值，获取子载波间干扰；

发送信号估计值获取单元，用于根据所述子载波间干扰获取单元获取的所述子载波间干扰与所述第一获取单元获取的所述接收信号的差值，获取第二发送信号估计值，作为最终的发送信号估计值。

8、如权利要求7所述发送信号估计值的获取装置，其特征在于，所述第一获取单元进一步包括：

第一获取子单元，用于获取OFDM符号内每个子载波的信道估计值和发送信号估计值；

第二获取子单元，用于根据所述第一获取子单元获取的每个子载波的所述信道估计值和所述发送信号估计值，获取每个OFDM符号的信道估计值、第一发送信号估计值；

第三获取子单元，用于获取接收信号。

9、如权利要求7所述发送信号估计值的获取装置，其特征在于，所述频域信道响应获取单元进一步包括：

第一矩阵获取子单元，用于根据所述第一发送信号估计值得到第一矩阵；

时域信道响应获取子单元，用于对所述第一矩阵获取子单元获取的所述第一矩阵进行展开，获取时域信道响应；

频域信道响应获取子单元，用于对所述时域信道响应获取子单元获取的所述时域信道响应做FFT变换，获取频域信道响应。

10、如权利要求7所述发送信号估计值的获取装置，其特征在于，还包括：

第一迭代单元，用于将所述子载波间干扰获取单元中根据所述频域信道响应以及第一发送信号估计值获取子载波间干扰；以及所述发送信号估计值获取单元根据所述子载波间干扰与所述接收信号的差值获取第二发送信号估计值的步骤进行迭代，直至达到预设的第一迭代次数，获取迭代后的第二发送信号估计值作为最终的发送信号估计值。

11、如权利要求7所述发送信号估计值的获取装置，其特征在于，还包括：

第二迭代单元，用于将所述频域信道响应获取单元根据所述第一发送信号估计值以及所述接收信号，获取频域信道响应；以及所述子载波间干扰获取单元根据所述频域信道响应以及所述第一发送信号估计值，获取子载波间干扰；以及所述发送信号估计值获取单元根据所述子载波间干扰与所述接收信号的差值，获取第二发送信号估计值的步骤进行迭代，直至达到预设的第二迭代次数，获取迭代后的第二发送信号估计值作为最终的发送信号估计值。

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