CN101645858A - 信道估计的优化方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种信道估计的优化方法及装置，用于实现OFDM系统的信道估计，其中的方法包括以下步骤：利用当前最大多径时延查找预置的时延－系数对应表，根据所述对应表中最大多径时延与频域信道相关系数的对应关系，匹配当前最大多径时延对应的频域信道相关系数；利用匹配到的频域信道相关系数以及预先获得的导频点估计信息，对OFDM系统中的子载波进行信道估计。本发明通过预先存储几种最大多径时延情况下对应的频域相关系数，使得不需要在每次MMSE信道估计时计算频域相关系数，减少计算量，提升信道估计效率。

Description

信道估计的优化方法及装置

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种信道估计的优化方法及装置。

背景技术

正交频分复用(OFDM)是一种多载波传输方案，它可以被看作是一种调制技术，也可以当作一种复用技术。OFDM系统把所有并行子信号合并成一个独立信号传输，增加了数据的吞吐量，提高了传输效率。

信道估计是描述物理信道对输入信号的影响而进行定性研究的过程，是精确度、复杂度和开销的综合优化的结果，精确是指某种估计误差(如均方误差E[e²(n)])最小化，而又强调算法的低复杂度和开销是考虑到系统的实时性和设备量的问题。但精确度和复杂度常常是一对矛盾的因素，合理选择信道估计的方法就是在二者中找到一个平衡点。一般信道估计的过程如图1所示。

对于信道估计，利用的方法主要有最大似然准则(ML)、最小均方误差(MMSE)和最小平方(LS)等方法，本文着重研究基于MMSE的信道估计，所谓MMSE估计，它确保估计的误差平方在统计平均意义下是最小的。

典型MMSE估计方法一般会根据全带宽内所有导频点的估计信息和频域信道相关系数来计算各个子载波的信道估计值，具体MMSE算法较为复杂，此处不多描述。其中的频域信道相关系数与信道的最大多径时延N_τmax有关，目前MMSE估计方案中，主要存在以下几点问题：

1、计算频域信道相关系数时用系统CP的长度N_cp的值代入，当N_τmax与N_cp相差很大时，算法性能会收到较大影响。

2、频域信道相关系数的计算量很大，实时计算比较困难。

3、采用系统全带宽内能获得的所有导频点进行运算，计算量大。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种信道估计的优化方法及装置，以解决技术计算量大的问题。

为此，本发明实施例采用如下技术方案：

一种信道估计的优化方法，用于实现OFDM系统的信道估计，其包括：利用当前最大多径时延查找预置的时延-系数对应表，根据所述对应表中最大多径时延与频域信道相关系数的对应关系，匹配当前最大多径时延对应的频域信道相关系数；利用匹配到的频域信道相关系数以及预先获得的导频点估计信息，对OFDM系统中的子载波进行信道估计。

在所述利用当前最大多径时延查找预置的时延-系数对应表之前，还包括：选取几种最大多径时延，并分别计算各最大多径时延的频域信道相关系数；存储上述计算得到的频域信道相关系数，生成时延-系数对应表。

所述时延-系数对应表为M×N维矩阵，其中，M为子带宽中子载波数目，N为子带宽中导频点的数目。

在信道估计之前，还包括：对所述OFDM系统中的子载波进行分组；所述对OFDM系统中的子载波进行信道估计是指对每个分组进行子载波信道估计。

所述分组的个数为：

其中，N_c为被估计的子载波个数，m_τmax为所述时延-系数对应表的匹配行数。

所述M为固定值，或者，所述M为与所述选取的最大多径时延相关的值。

所述M为与所述选取的最大多径时延相关的值具体为，所述M为所述OFDM系统的伪随机比特序列PRB的整数倍。

一种信道估计的优化装置，用于实现OFDM系统的信道估计，包括：查找单元，用于利用当前最大多径时延查找预置的时延-系数对应表，根据所述对应表中最大多径时延与频域信道相关系数的对应关系，匹配当前最大多径时延对应的频域信道相关系数；信道估计单元，用于利用匹配到的频域信道相关系数以及预先获得的导频点估计信息，对OFDM系统中的子载波进行信道估计。

优选地，该装置还包括：对应表生成单元，用于生成时延-系数对应表，所述时延-系数对应表包括多个最大多径时延和其频域信道相关系数的对应关系。

优选地，该装置还包括：子载波分组单元，用于对所述OFDM系统中的子载波进行分组。

所述子载波分组单元确定的所述分组的个数为：其中，N_c为被估计的子载波个数，m_τmax为所述时延-系数对应表的匹配行数。

与现有方案相比，本发明具有以下优点：

(1)频域信道相关函数与信道的最大多径时延N_τmax有关，计算频域信道相关系数时用N_cp代入，当N_τmax与N_cp相差较大时，算法性能会受到较大影响，本发明中用实际测量得到的N_τmax代入，能提高性能。

(2)频域信道相关系数的计算量很大，实时实现比较困难。本发明预先对不同的N_τmax值对应的频域信道相关系数进行存储，实现是根据实际测量得到的N_τmax选择相应的系数表进行计算，便于实现。

(3)现有的技术使用系统全带宽内能获得的所有导频点进行运算。观察子载波间的频域信道相关系数可以发现，子载波相关带宽其实与最大多径时延N_τmax有关，在很多情况下该带宽会大大小于系统带宽，因此使用全带宽内能获得的所有导频点进行运算是没有必要的。本发明使用分组进行频域信道估计的方法，大大减小了计算量，也减小了时延-系数对应表的大小，降低了存储要求。

附图说明

图1为现有技术信道估计示意图；

图2为本发明信道估计的优化方法实施例一流程图；

图3为本发明信道估计的优化方法实施例二流程图；

图4为本发明信道估计的优化装置示意图。

具体实施方式

本发明提供一种简化的MMSE信道估计优化方法，通过预先存储几种最大多径时延情况下对应的频域相关系数，使得不需要在每次MMSE信道估计时计算频域相关系数，减少计算量，提升信道估计效率，而且，本发明信道估计在计算频域信道相关系数时直接采用最大多径时延N_τmax，而不是采用现有技术中的N_cp来代替，从而可提供信道估计的准确度。

参见图2，为本发明方法实施例一流程图，包括以下步骤：

S201：利用当前N_τmax查找预置的N_τmax与频域信道相关系数的对应表，确定当前N_τmax对应的频域信道相关系数；

S202：利用所述频域信道相关系数以及预先获得的导频点估计信息，对OFDM系统中的子载波进行信道估计。

在上述方法流程中的S201之前，可执行以下步骤实现频域信道相关系数的预存储：

[1]：预先计算几种典型N_τmax的频域信道相关系数；

[2]：存储上述计算得到的频域信道相关系数，生成时延-系数对应表。

下面介绍本发明优选的实施例二。

在实施例二中，提供了一种简化的MMSE信道估计简化方法，它存储了几种最大多径时延情况下对应的时延-系数对应表，同时在计算子载波的信道估计值时不再考虑用全频带的导频点，而是将要估计的子载波划分为较小子带宽，子带宽大小为一个较小的固定值，或者根据最大多径时延的位置N_τmax得到的一个相关带宽，用子带宽中的导频点信道估计值来计算子载波的信道估计。为了实现方便，子带宽大小为OFDM系统的PRB(伪随机比特序列)的整数倍。这样可以大大减小计算量，且使得算法的实时实现成为可能。

与实施例一相比，实施例二通过对OFDM系统中的子载波进行分组，可降低时延-系数对应表存储要求，进一步减少了计算量。

参见图3，实施例二方法包括如下步骤：

S301：选择几种典型的N_τmax值，构成一个集合A，对集合中每个元素计算对应的频域相关系数，构成时延-系数对应表。

具体地，时延-系数对应表表为M×N维的矩阵，其中，M是子带宽大小，即子带宽中子载波数目，N是子带宽中导频点的数目。

其中，子带宽大小M可以是一个固定的较小值，或者是与典型的N_τmax相关的值，例如，为系统PRB的整数倍。

S302：根据当前的N_τmax在集合A中选择一个合适的元素n_τmax，并选择对应的时延-系数对应表table_n_τmax。

S303：根据表table_n_τmax的行的数目m_τmax将需要进行信道估计的子载波进行分组，每个分组包含m_τmax个子载波，分组的个数是N_c是被估计的子载波个数。当时，则最后一个分组中的子载波个数会小于m_τmax，这时取最后m_τmax个子载波组成最后一个分组。其中，

表示向下取整。

S304：对每个分组分别进行子载波信道估计：

$\left[\begin{array}{c}h1\\ h2\\ ...\\ h_{m_{\mathrm{\τ}\max }}\end{array}\right]=R_{m_{\mathrm{\τ}\max }\×n_{\mathrm{\τ}\max }}[{\mathrm{hp}}_1,{\mathrm{hp}}_2,...{\mathrm{hp}}_{n_{\mathrm{\τ}\max }}].$

最后一个分组和倒数第二个分组中某些子载波可能会得到重复的估计值，可以取其中之一或求均值得到单一的估计结果。

实施例二中的一个具体示例为：

选取几种典型的N_τmax，构成集合A，例如集合A典型可为{32，64，96，128}，其中，M可取60，N可取10，因此有4个时延-系数对应表，每个表为60×10的矩阵。可在A中选择最小的a，使其满足N_τmax＜＝a，当没有a满足该条件时，取a＝128；然后选取a对应的时延-系数对应表，确定a对应的频域信道相关系数，并且按照匹配的a的行数，对子载波进行分组，最后，利用匹配的频域信道相关系数以及预先获得的导频点估计信息，对OFDM系统中的已进行分组后的子载波进行信道估计。

与现有方案相比，本发明优选的实施例二具有以下优点：

(1)频域信道相关函数与信道的最大多径时延N_τmax有关，计算频域信道相关系数时用N_cp代入，当N_τmax与N_cp相差较大时，算法性能会受到较大影响，本发明中用实际测量得到的N_τmax代入，能提高性能。

(2)频域信道相关系数的计算量很大，实时实现比较困难。本发明预先对不同的N_τmax值对应的频域信道相关系数进行存储，实现是根据实际测量得到的N_τmax选择相应的系数表进行计算，便于实现。

(3)现有的技术使用系统全带宽内能获得的所有导频点进行运算。观察子载波间的频域信道相关系数可以发现，子载波相关带宽其实与最大多径时延N_τmax有关，在很多情况下该带宽会大大小于系统带宽，因此使用全带宽内能获得的所有导频点进行运算是没有必要的。本发明使用分组进行频域信道估计的方法，大大减小了计算量，也减小了时延-系数对应表的大小，降低了存储要求。

与上述方法相对应，本发明还提供一种信道估计的优化装置，该装置可以通过软件、硬件或软硬件结合方式实现。

参见图4，为本发明提供的信道估计的优化装置内部结构示意图，它包括查找单元401和信道估计单元402，其中，

查找单元401，用于利用当前最大多径时延查找预置的时延-系数对应表，根据所述对应表中最大多径时延与频域信道相关系数的对应关系，匹配当前最大多径时延对应的频域信道相关系数；

信道估计单元402，用于利用匹配到的频域信道相关系数以及预先获得的导频点估计信息，对OFDM系统中的子载波进行信道估计。

优选地，该装置还可包括：

对应表生成单元403，用于生成时延-系数对应表，所述时延-系数对应表包括多个最大多径时延和其频域信道相关系数的对应关系。

进一步，该装置还可包括：

子载波分组单元404，用于对所述OFDM系统中的子载波进行分组。

其中，所述子载波分组单元404确定的所述分组的个数为：其中，N_c为被估计的子载波个数，m_τmax为所述时延-系数对应表的匹配行数。

本发明优选实施例提供的装置的工作过程为：

首先，启动时延-系数对应表生成单元403，生成时延-系数对应表，所述时延-系数对应表包括多个最大多径时延和其频域信道相关系数的对应关系。

继而，启动查找单元401，利用当前最大多径时延查找预置的时延-系数对应表，根据所述对应表中最大多径时延与频域信道相关系数的对应关系，匹配当前最大多径时延对应的频域信道相关系数；

最后，启动信道估计单元402，利用匹配到的频域信道相关系数以及预先获得的导频点估计信息，对OFDM系统中的子载波进行信道估计，其中，采用子载波分组单元404对所述OFDM系统中的子载波进行分组。

对于装置的具体实现过程可参见方法实施例，此处不再赘述。

本发明提供的信道估计优化方案与现有信道估计方案相比所具有的优点包括：

(1)频域信道相关函数与信道的最大多径时延N_τmax有关，计算频域信道相关系数时用N_cp代入，当N_τmax与N_cp相差较大时，算法性能会受到较大影响，本发明中用实际测量得到的N_τmax代入，能提高性能。

(2)频域信道相关系数的计算量很大，实时实现比较困难。本发明预先对不同的N_τmax值对应的频域信道相关系数进行存储，实现是根据实际测量得到的N_τmax选择相应的系数表进行计算，便于实现。

(3)现有的技术使用系统全带宽内能获得的所有导频点进行运算。观察子载波间的频域信道相关系数可以发现，子载波相关带宽其实与最大多径时延N_τmax有关，在很多情况下该带宽会大大小于系统带宽，因此使用全带宽内能获得的所有导频点进行运算是没有必要的。本发明使用分组进行频域信道估计的方法，大大减小了计算量，也减小了时延-系数对应表的大小，降低了存储要求。

本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例的方法的过程可以通过程序指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于可读取存储介质中，该程序在执行时执行上述方法中的对应步骤。所述的存储介质可以ROM/RAM、磁碟、光盘等。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1、一种信道估计的优化方法，用于实现正交频分复用OFDM系统的信道估计，其特征在于，包括：

利用当前最大多径时延查找预置的时延-系数对应表，根据所述对应表中最大多径时延与频域信道相关系数的对应关系，匹配当前最大多径时延对应的频域信道相关系数；

利用匹配到的频域信道相关系数以及预先获得的导频点估计信息，对0FDM系统中的子载波进行信道估计。

2、根据权利要求1所述方法，其特征在于，在所述利用当前最大多径时延查找预置的时延-系数对应表之前，还包括：

选取几种最大多径时延，并分别计算各最大多径时延的频域信道相关系数；

存储上述计算得到的频域信道相关系数，生成时延-系数对应表。

3、根据权利要求1或2所述方法，其特征在于，

所述时延-系数对应表为M×N维矩阵，其中，M为子带宽中子载波数目，N为子带宽中导频点的数目。

4、根据权利要求3所述方法，其特征在于，在信道估计之前，还包括：对所述OFDM系统中的子载波进行分组；

所述对OFDM系统中的子载波进行信道估计是指对每个分组进行子载波信道估计。

5、根据权利要求4所述方法，其特征在于，

所述分组的个数为：

其中，N_c为被估计的子载波个数，m_τmax为所述时延-系数对应表的匹配行数。

6、根据权利要求3所述方法，其特征在于，

所述M为固定值，或者，所述M为与所述选取的最大多径时延相关的值。

7、根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述M为与所述选取的最大多径时延相关的值具体为，所述M为所述OFDM系统的伪随机比特序列PRB的整数倍。

8、一种信道估计的优化装置，用于实现正交频分复用OFDM系统的信道估计，其特征在于，包括：

查找单元，用于利用当前最大多径时延查找预置的时延-系数对应表，根据所述对应表中最大多径时延与频域信道相关系数的对应关系，匹配当前最大多径时延对应的频域信道相关系数；

信道估计单元，用于利用匹配到的频域信道相关系数以及预先获得的导频点估计信息，对OFDM系统中的子载波进行信道估计。

9、根据权利要求8所述装置，其特征在于，还包括：

对应表生成单元，用于生成时延-系数对应表，所述时延-系数对应表包括多个最大多径时延和其频域信道相关系数的对应关系。

10、根据权利要求8或9所述装置，其特征在于，还包括：

子载波分组单元，用于对所述OFDM系统中的子载波进行分组。

11、根据权利要求10所述装置，其特征在于，

所述子载波分组单元确定的所述分组的个数为：

其中，N_c为被估计的子载波个数，m_τmax为所述时延-系数对应表的匹配行数。

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