CN101667981B - 用于ofdm解调端的8天线信道估计方法 - Google Patents

Abstract

一种无线传输技术领域的技术领域的用于OFDM解调端的8天线信道估计方法，包括：基站端在每个子帧中确定24个参考信号位置，并将每个子帧的24个参考信号位置平均分配给8根发射天线；基站端向每根发射天线对应子帧中的剩余位置插入数据符号，并经预编码处理后通过8个发射天线将发送信号发射至移动终端；移动终端接受信号并重建子帧，然后根据参考信号位置得出每一根发射天线的信道衰落系数，再根据信道衰落系数得到虚拟参考信号位置的衰落系数；移动终端通过线性插值得到8个发射天线的对应信道在其他位置的衰落系数，从而所得到优化后的信道估计值。

Description

用于OFDM解调端的8天线信道估计方法

技术领域

本发明涉及的是一种无线传输技术领域的方法，具体是一种用于OFDM解调端的8天线信道估计方法。 

背景技术

在OFDM系统中，为了适应信道特性，在发送端对各载波的基带信号进行调制。与此对应，在移动终端一侧，为了从已调信号中恢复出基带信号必须进行解调。对于多进制的高传输速率系统，通常采用相干解调方式，这就要求收、发送两端的载波频率必须同频率同相位，才能保证信号解调的正确性。因此，在通信系统中必须进行信道估计。在3GPP TS36.211V8.5.0(2008.12)系统中，采用了基于参考信号信道估计方法：即在每个子帧中，确定若干个固定位置，所存放的符号，即参考信号在移动终端已知，用于信道估计。 

随着3GPP技术的发展，在LTE Advanced的研究过程中，8天线MIMO与OFDMA的组合，已成为了新的标准，如何将参考信号分配给8根天线是一个需要解决的问题。在Way forward onRS Design for LTE-Advanced(3GPP TSG-RAN WG1 #56bis R1-091655)中，将参考信号分为了两种：用于信道估计的参考信号(CSI-RS)和用于解调的参考信号(DM-RS)。对于用于解调的参考信号，规定了一种每个子帧有24个，分配给8根天线的情况。 

经过对现有技术的检索发现，Samsung公司在3GPP TSG RAN WG1，2009年2月第56次会议的提案R1-090619上发表的“DL RS Designs for Higher Order MIMO”(用于高阶MIMO的下行RS设计)中，提出在原有用于4天线参考信号的前提下，额外增加8个RS给剩余4根天线。该方法可以实现8天线参考信号设计，但是该现有技术存在不足。首先，一共需要32个参考信号，超过了规定的24个参考信号限制；同时，存在4根天线，每个子帧中仅有2个参考信号，降低了信道估计质量。 

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种用于OFDM解调端的8天线信道估计方法，能够对信道衰落参数进行准确估计。 

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤： 

步骤一：基站端在每个子帧中确定24个参考信号位置，并将每个子帧的24个参考信号位置平均分配给8根发射天线； 

所述的子帧是指频域上包含12个子载波，时域上包含14个OFDM符号的块结构，每个子载波只允许插入一个参考信号或信息符号； 

所述的参考信号为基带复数符号，其值在基站端和移动端预先确定； 

所述的参考信号位置为以下两种形式之一： 

a)分布在4个OFDM符号，每个OFDM符号占用6个子载波的栅结构； 

b)分布在6个OFDM符号，每个OFDM符号占用4个子载波的栅结构。 

所述的将每个子帧的24个参考信号位置平均分配给8根发射天线是指：每一根发射天线所对应的子帧中参考信号位置均不相同且每根发射天线对应子帧中的3个参考信号分布在2个OFDM符号中或2个子载波所在行中。 

步骤二：基站端向每根发射天线对应子帧中的剩余位置插入数据符号，并经预编码处理后通过8个发射天线将发送信号发射至移动终端； 

所述的剩余位置是指每根发射天线对应子帧中除该发射天线本身的参考信号位置以及其他所有发射天线的参考信号位置以外的空余位置。 

所述的发送信号是指8个发射天线对应的子帧组成的OFDM信号； 

步骤三：移动终端接受信号并重建子帧，然后根据参考信号位置得出每一根发射天线的信道衰落系数，再根据信道衰落系数得到虚拟参考信号位置的衰落系数； 

所述的重建子帧是指移动终端接收到的信号经过解码处理后得到的时频子帧，该时频子帧与基站端的子帧对应。 

所述的虚拟参考信号位置是指在子帧中某个时频单元，该单元与步骤一预先分配给各天线的3个参考信号位置组成平行四边形。 

步骤四：移动终端通过线性插值得到8个发射天线的对应信道在其他位置的衰落系数，从而所得到优化后的信道估计值。 

本发明提出的8天线参考信号分配方法，在维持已有4天线情况下参考信号个数不变的前提下，实现了8天线参考信号分配和对应的移动终端信道估计。同时，每根天线仅3个参考信号，而原来用于4天线情况下每根天线有4个或8个RS，但是本发明的步骤三提出了虚拟导频的方法，所得信道估计的均方差与4个参考情况相比，增幅很小。因此，本发明提出的方法，可以为3GPP LTE的8天线用于解调的参考信号分配问题，提供具体的实现方法。 

附图说明

图1为8天线MIMO系统原理框图； 

图2为子帧结构与用于信道状态信息的参考信号位置； 

图3为用于解调的参考信号在子帧中的两种通用结构与具体各天线参考信号的分配方式； 

图4为通用结构下，一种具体的参考信号分配方法 

图5为一种具体的参考信号分配方法中，各天线对应子帧中参考信号位置与虚拟参考信号位置； 

图6为信道估计MSE性能比较。 

图7为每根天线4个参考信号情况和3个参考信号情况下，信道估计MS E胜能比较。 

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示，本实施例应用环境如下：整个流程由参考信号位置确定，各天线参考信号分配，数据映射，预编码与信号发射，接收端子帧成型，参考信号位置信道估计，虚拟参考信号位置信道估计和其他位置信道估计8个部分组成。 

(1)基站端确定参考信号位置 

基站端一共有8根天线，每根天线对应一个子帧，其大小如图2所示。为了对每一根天线到移动终端的信道进行信道估计，需要对各子帧内插入参考信号。参考信号位置需要满足两个条件。首先，参考信号位置不能和与用于信道状态信息估计的参考信号重合，即不能放于如图2所示灰色部分；其次，一根天线对应子帧中插入参考信号的位置，在其余天线的子帧中对应位置不插入任何值。 

在Way forward on further considerations on RS Design for LTE-A(3GPPTSG-RAN WG1 #56bisRI-091657)中，规定在一帧中，Rank 3-8形式下，用于解调的参考信号个数为24个。由于LTE中，用于解调的参考信号位置在子帧中并未确定。为了通用性，本发明没有限制24个参考信号在子帧中的具体位置，只是规定了两种通用结构：分布在4个OFDM符号，6个子载波的结构；分布在6个OFDM符号，4个子载波的结构。如图3中灰色单元所示，每列OFDM符号或每行子载波中参考间的距离是任意的。 

(2)各天线参考信号分配 

24个参考信号分配给8根天线，每根天线分得3个。本发明规定的分配方式满足条件，3个参考信号分布在2个OFDM信号或2个子载波上，这种分布能够保证移动终端使用简单的一维信道估计。 

针对两种通用结构，各天线参考信号分配方式如图3所示。其中，参考信号上的数字代表其所属的天线。图4是通用结构下，一种具体的参考信号分配方法。图中，纯灰色单元为用于信道状态信息的参考信号位置，灰色带数字的为用于解调的参考信号位置。 

(3)基站端数据映射 

基站端将数据映射到各天线，对应子帧中未被占用的位置，如图4中白色单元。 

(4)子帧预编码处理并发射 

基站端使用预编码向量对各天线对应的子帧进行预编码处理，再使用OFDM技术进行工IFFT，加循环前缀，数模转换等处理，得到时域传输信号，分别由8根天线发送到无线信道。 

(5)移动终端接受信号并成帧 

移动终端从无线信道中接收信号，进行模数转换，去循环前缀，FFT处理得到频域符号并由反射重构子帧。 

(6)移动终端参考信号位置信道估计 

对于每根天线，利用所属的3个参考信号，估计天线到移动终端的信道衰落系数。对各天线，所对应的子帧中参考信号位置进行信道估计。OFDM符号处接收符号为Y(k，l，参考信号的值为X(k，l)， 满足，设在子帧中，第k行子载波，首先第l列则该参考信号位置信道估计值 

$\hat{H}(k,l)=Y(k,l)/X(k,l)---\left(1\right)$

(7)移动终端虚拟参考信号位置信道估计 

对于非参考信号的位置，可以使用已有的三个信道估计值进行二维估计，而由于每根天线对应子帧中参考信号数为3，不能直接进行简单的一维信道估计。为了能够实现简单的一维估计，本发明规定了一种使用虚拟参考信号的方法。 

各天线对应子帧中虚拟参考信号，是指各天线对应的子帧中，预先确定的位置，可以与已有3个参考信号一同，组成平行四边形。图5是针对图4具体的参考信号分配方法，各天线对应帧结构和虚拟参考信号位置。图中，黑色单元为参考信号位置，黑色格装单元为对应虚拟参考信号，这两种单元参考信号构成了平行四边形图样。 

虚拟参考信号位置上信道估计值，由3个参考信号位置估计值计算得到。在平行四边形参考信号图样中，设虚拟参考信号位置为(k₀，l₀)，与其对角的参考信号位置为(k₃，l₃)，其余两个参考信号位置为(k₁，l₁)和(k₂，l₂)。3个参考信号位置信道估计值为 

则由平行四边形定理，虚拟参考信号位置信道估计值 

满足 

$\hat{H}(k_0,l_0)=\hat{H}(k_1,l_1)+\hat{H}(k_2,l_2)-\hat{H}(k_3,l_3)---\left(2\right)$

(8)移动终端其他位置信道估计 

对于非参考信号且非虚拟参考信号位置，利用已得到的4个估计值，使用一维线形内插方法进行信道估计。 

本实施例中，提出了8天线用于解调的参考信号分配方法，方法中共使用了24个参考信号，符合LTE在Way forward on RS Design for LTE-Advanced(3GPP TSG-RAN WG1 #56bisR1-091655)中的要求。同时，对于24个参考信号的具体位置没有限制，仅仅规定了两种分布形式，提高了方法的通用性。 

图6为8天线方法中各天线信道估计结果均方差。使用的参考信号分配方法如图4所示。信道使用Jakes模型：11个子径时延0：10ns，功率1W，载波1.8GHz，接收端移动速率5km/h、30km/h，采样频率3846Hz，子帧大小12*28，FFT个数512。从图6可以看出，无论在高速和低速情况，在高SNR下，均方差的值很小。 

图7为本文使用的每根天线3个参考信号的设计与每根天线4个参考信号设计情况下，各天线信道估计均方差比较。其中，本文使用的每根天线3个参考信号的设计如图4所示；每根天线4个参考信号设计，即为图4中各天线的虚拟参考信号也放置参考信号的情况，这种情况在原有4天线参考信号设计与amsung公司在3GPP TSG RAN WG1第56次会议(2009年2月)提案R1-090619中都存在。仿真背景与图6的一致，接收端移动速率5km/h。从图7可以看出，在低速情况下，所得信道估计的均方差与4个参考情况相比，增幅很小。 

Claims (5)

1.一种用于OFDM解调端的8天线信道估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：基站端在每个子帧中确定24个参考信号位置，并将每个子帧的24个参考信号位置平均分配给8根发射天线；

步骤二：基站端向每根发射天线对应子帧中的剩余位置插入数据符号，并经预编码处理后通过8个发射天线将发送信号发射至移动终端；

步骤三：移动终端接受信号并重建子帧，然后根据参考信号位置得出每一根发射天线的信道衰落系数，再根据信道衰落系数得到虚拟参考信号位置的衰落系数；

步骤四：移动终端通过线性插值得到8个发射天线的对应信道在其他位置的衰落系数，从而所得到优化后的信道估计值；

所述的参考信号位置为以下两种形式之一：

a）分布在4个OFDM符号，6个子载波的栅结构；

b）分布在6个OFDM符号，4个子载波的栅结构；

所述的将每个子帧的24个参考信号位置平均分配给8根发射天线是指：参考信号位置不能和用于信道状态信息估计的参考信号重合；一根天线对应子帧中插入参考信号的位置，在其余天线的子帧中对应位置不插入任何值；

所述的剩余位置是指每根发射天线对应子帧中除该发射天线本身的参考信号位置以及其他所有发射天线的参考信号位置以外的空余位置；

所述根据信道衰落系数得到虚拟参考信号位置的衰落系数方法为：各天线对应子帧中虚拟参考信号位置，是指各天线对应的子帧中，预先确定的位置，可以与已有3个参考信号一同，组成平行四边形，在平行四边形参考信号图样中，设虚拟参考信号位置为（k₀,l₀）,与其对角的参考信号位置为（k₃,l₃），其余两个参考信号位置为（k₁,l₁）和（k₂,l₂），3个参考信号位置信道估计值为由平行四边形定理，虚拟参考信号位置信道估计值

满足

$\hat{H}(k_0,l_0)=\hat{H}(k_1,l_1)+\hat{H}(k_2,l_2)-\hat{H}(k_3,l_3).$

2.根据权利要求1所述的用于OFDM解调端的8天线信道估计方法，其特征是，所述的子帧是指频域上包含12个子载波，时域上包含14个OFDM符号的块结构，每个子载波只允许插入一个参考信号或信息符号。

3.根据权利要求1所述的用于OFDM解调端的8天线信道估计方法，其特征是，所述的参考信号为基带复数符号，其值在基站端和移动端预先确定。

4.根据权利要求1所述的用于OFDM解调端的8天线信道估计方法，其特征是，所述的发送信号是指8个发射天线对应的子帧组成的OFDM信号。

5.根据权利要求1所述的用于OFDM解调端的8天线信道估计方法，其特征是，所述的重建子帧是指移动终端接收到的信号经过解码处理后得到的时频子帧，该时频子帧与基站端的子帧对应。

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