CN101854315B - 一种信道估计系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种信道估计系统和方法。本发明通过对系统信号处理过程中信号突变的检测，将信道估计分为连续和间断两种模式。当检测到信号没有发生突变时，选择连续模式，利用后一帧的参考信号和前一帧的参考信号对前一帧最后的两个正交频分复用符号进行插值，保证插值效果；当检测到信号发生了突变时，选择间断模式，只使用前一帧本身的参考信号估计最后两个正交频分复用符号位置的信道，避免了信号突变对信道带来的误差。因此本发明实施例提供的信道估计系统，可以在最大限度发挥连续模式信道估计良好性能的基础上，提高信道估计的准确度。

Description

一种信道估计系统和方法

技术领域

本发明涉及宽带无线通信技术领域，尤其涉及一种信道估计系统和方法。

背景技术

长期演进系统(LTE,Long Term Evolution system)被广泛的认为是准4G无线通信系统，它具有下行100M、上行50M的传输速率，同时支持更高的移动速度(350km/h)和更大的小区覆盖半径(100公里)，支持每小区200名用户同时在线。除此之外，LTE还具有灵活的带宽配置(1.4M~20M)，支持多媒体广播业务和端到端服务质量(QoS，Quality of Service)等特点。因此LTE也被认为是未来移动通信的发展方向和4G技术的候选标准。

一种典型的LTE帧结构如图1和图2所示，图1为频分双工(FDD，Frequency Division Duplexing)结构(Frame structure type 1)，图2为时分双工(TDD，Time Division Duplexing结构(Frame structure type 2)。FDD或者TDD模式下，一个无线帧(radio frame)的长度为10毫秒(以下称ms)，分为10个子帧(subframe)，每个子帧的长度为1ms。一个子帧由两个时隙(slot)构成，每个时隙的长度为0.5ms。

对于TDD帧结构，共有七种上下行配置(Uplink-downlink configuration),见表1，其中配置0、1、2、5每隔5ms有一次上下行切换，其余配置每隔10ms有一次上下行切换。

表1

切换发生的帧称为特殊子帧(special subframe),特殊子帧有下行正交频分复用(OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)符号(DwPTS)，保护间隔(GP)，上行OFDM符号(UpPTS)构成。一个长度为0.5ms的时隙，由7个(normal CP模式)或者6个(extended CP模式)OFDM符号构成。

一个LTE的时隙由资源块构成(resource block或者RB)，一种典型的资源块结构如图3中所示，时间方向由

个OFDM符号和频率方向

个资源粒子(resource element)构成，

为12和24两种配置。一个时隙当中共含有

个资源块，

由系统带宽决定，如10M系统带宽下，

一个子帧中位于两个时隙的相邻的两个资源块称为一个资源块对(RBpair)，如图4所示。一个资源块由二维分布的资源粒子构成，一个资源粒子对应于OFDM系统中的一个子载波(subcarrier)，共含有

个子载波，一种典型配置为7x12=84个。

在这些子载波当中，一部分子载波是用来承载数据的，称为数据子载波，一部分是用来承载供信道估计过程或者同步过程使用的已知符号序列，称为参考信号(reference signal)子载波或者参考信号。一种典型的参考信号和数据子载波位置分布可参见图4所示，其中R₀所在位置为参考信号位置，其余位置为数据子载波位置。

在无线通信系统当中，从频域来看数据的传输过程如公式1所示：

Y=HS                                        (1)

其中Y为本地接收到的信号，S为对端发送的信号，H为信道的频率响应。无线通信中接收机的目的就是要用接收到的数据Y通过一定的数字信号处理过程恢复发送的数据S。这个过程要求已知信道的频率响应H，因此接收机要通过信道估计的过程得到H。

信道估计的目的是要得到数据子载波处的信道响应。一般分为两步完成：

步骤一，估计参考信号所在子载波处的信道，即图4中R₀所在位置的信道。

步骤二，通过参考信号所在子载波处的信道，估计数据子载波所在位置的信道，如图4中除去R₀外的其他子载波所在的信道。

插值法是当前一种较常用的信道估计方法，仍然以图4为例，数据子载波P所经历的信道H_P，可以通过其周围参考信号处的信道值插值得到，插值的过程可以是线性插值，高阶插值或者其他形式的插值方法。

但在实际的应用过程，对于一个子帧中的最后两个OFDM符号如图5中的第12和13个OFDM符号(如阴影区域标示的OFDM符号)中的数据子载波，由于其处在一个子帧的边缘位置，如果仅仅利用其左侧的参考信号处的信道值进行插值的话(外推插值)，效果较差。

为了得到较好的信道估计效果，现有技术的信道估计系统利用下一个子帧第0个OFDM符号上的参考信号处的信道值，配合本子帧参考信号处的信道值进行插值，如图6所示。

但是通过对现有技术信道估计系统的研究，申请人发现：

在系统的信号处理过程中，信号会发生调整性突变，为了减少调整性突变对子帧内数据的影响，这些调整处理程序要安排在子帧切换处发生，也就是子帧开始的第一个OFDM符号的头部(循环前缀之内)。但是由于以上调整性突变会引起频域信号幅度/相位发生突变，这些突变是相对于上一个子帧来讲的，因此如果利用带有这些突变的参考信号处信道值，对上一帧最后的两个符号进行插值的话，会引起较大的误差。因此现有的信道估计系统的准确度低，不能满足信道估计对准确性的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种信道估计系统和方法，以解决现有技术信道估计系统误差大的问题，技术方案如下：

一种信道估计系统，包括：

功率调整单元，用于将接收到的信号的功率调整到适合采样的预设范围；

采样处理单元，用于对所述经过功率调整的信号进行采样和处理；

定时单元，用于对所述经过采样和处理的信号进行同步定时调整；

频偏补偿单元，用于对所述经过同步定时调整后的信号进行频偏纠正；

快速傅立叶变换单元，用于对所述经过频偏纠正后的信号进行快速傅立叶变换，得到频域的正交频分复用符号；

缓存单元，用于将所述频域的正交频分复用符号缓存，等待处理；

信道估计模式确定单元，用于当所述功率调整单元、定时单元和频偏补偿单元的输出信号都没有发生突变时，选择利用后一帧的参考信号和前一帧的参考信号对前一帧最后的两个正交频分复用OFDM符号进行插值的连续模式，否则，选择只使用前一帧本身的参考信号估计最后两个正交频分复用OFDM符号位置的信道的间断模式；

信道估计单元，用于根据所述信道估计模式确定单元确定的信道估计模式，进行信道估计。

优选的，上述系统中，所述信道估计模式确定单元包括：

突变判断单元，用于判断所述功率调整单元、定时单元和频偏补偿单元的输出信号是否发生突变；

信道估计模式选择单元，用于当所述功率调整单元、定时单元和频偏补偿单元的输出信号都没有发生突变时，选择连续模式，否则，选择间断模式。

优选的，上述系统中，所述突变判断单元判断所述功率调整单元、定时单元和频偏补偿单元的输出信号，是否发生突变的判断方式包括：

根据所述功率调整单元、定时单元和频偏补偿单元发出的、用于标示各自输出信号是否发生突变的标识信号进行判断。

优选的，上述系统中，所述突变判断单元判断所述功率调整单元、定时单元和频偏补偿单元的输出信号，是否发生突变的判断方式包括：

根据预设的突变判决门限值进行判断，所述突变判决门限值包括频域信号相位突变判决门限值和/或频域信号幅值突变判决门限值。

一种信道估计方法，包括：

将系统接收到的信号的功率调整到适合采样的预设范围；

对所述经过功率调整的信号进行采样和处理；

对所述经过采样和处理的信号进行同步定时调整；

对所述经过同步定时调整的信号进行频偏纠正；

对所述经过频偏纠正后的信号进行快速傅立叶变换，得到频域的正交频分复用符号；

将所述频域的正交频分复用符号缓存，等待处理；

如果确定所述功率调整过程、同步定时调整过程和频偏纠正过程中，信号都没有发生突变，选择利用后一帧的参考信号和前一帧的参考信号对前一帧最后的两个正交频分复用OFDM符号进行插值的连续模式进行信道估计，否则，选择只使用前一帧本身的参考信号估计最后两个正交频分复用OFDM符号位置的信道的间断模式进行信道估计。

优选的，上述方法中，所述确定功率调整过程、同步定时调整过程和频偏纠正过程中，信号是否发生突变的方式包括：

根据所述功率调整过程、同步定时调整过程和频偏补偿过程中产生的、用于标示各自输出信号是否发生突变的标识信号进行确定。

优选的，上述方法中，所述确定功率调整过程、同步定时调整过程和频偏纠正过程中，信号是否发生突变的方式包括：

根据预设的突变判决门限值进行确定，所述突变判决门限值包括频域信号相位突变判决门限值和/或频域信号幅值突变判决门限值。

从上述的技术方案可以看出，本发明通过对系统信号处理过程中信号突变的检测，将信道估计分为连续和间断两种模式。当检测到信号没有发生突变时，选择连续模式，利用后一帧的参考信号和前一帧的参考信号对前一帧最后的两个OFDM符号进行插值，保证插值效果；当检测到信号发生了突变时，选择间断模式，只使用前一帧本身的参考信号估计最后两个OFDM符号位置的信道，避免了信号突变对信道带来的误差。因此本发明实施例提供的信道估计系统，可以在最大限度发挥连续模式信道估计良好性能的基础上，提高信道估计的准确度。

此外，本发明还通过采用为信号突变设置门限值的信号突变判决方式，使得在保证信道估计准确度的同时，避免信道估计模式的频繁切换给信道估计系统造成的性能损失，提高了系统性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对本发明描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为LTE FDD模式帧结构图；

图2为LTE TDD模式帧结构图；

图3为LTE时隙和资源块结构图；

图4为LTE资源块中一种参考信号的位置图样；

图5为间断模式信道估计方法示意图；

图6为连续模式信道估计方法示意图；

图7为本发明实施例提供的一种信道估计系统的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的信道估计模式选择单元的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的一种信道估计方法的流程图。

具体实施方式

首先对本发明实施例提供的信道估计系统进行说明，包括：

功率调整单元，用于将接收到的信号的功率调整到适合采样的预设范围；

采样处理单元，用于对所述经过功率调整的信号进行采样和处理；

定时单元，用于对所述经过采样和处理的信号进行同步定时调整；

频偏补偿单元，用于对所述经过同步定时调整的信号进行频偏纠正；

快速傅立叶变换单元，用于对所述经过频偏纠正后的信号进行快速傅立叶变换，得到频域的OFDM符号；

缓存单元，用于将所述频域的OFDM符号缓存，等待处理；

信道估计模式确定单元，用于当所述功率调整单元、定时单元和频偏补偿单元的输出信号都没有发生突变时，选择连续模式，否则，选择间断模式；

信道估计单元，用于根据所述信道估计模式确定单元确定的信道估计模式，进行信道估计。

本发明通过对系统信号处理过程中信号突变的检测，将信道估计分为连续和间断两种模式。当检测到信号没有发生突变时，选择连续模式，利用后一帧的参考信号和前一帧的参考信号对前一帧最后的两个OFDM符号进行插值，保证插值效果；当检测到信号发生了突变时，选择间断模式，只使用前一帧本身的参考信号估计最后两个OFDM符号位置的信道，避免了信号突变对信道带来的误差。因此本发明实施例提供的信道估计系统，可以在最大限度发挥连续模式信道估计良好性能的基础上，提高信道估计的准确度。

下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

参见图7所示，本发明实施例提供的信道估计系统可以包括：

功率调整单元701，用于将接收到的信号的功率调整到适合采样的预设范围。

当功率调整单元701接收到信号后，开始对信号的功率进行调整，将功率信号调整到适合采样的范围，然后将信号发送至采样处理单元。其中，功率预设范围要根据实际应用时具体的信号强度而定，本发明对此不做限定。

采样处理单元702，用于对所述经过功率调整的信号进行采样和处理。

在接到经过功率调整后的信号后，采样处理单元702首先要对信号进行采样，然后再让信号经过一系列的数字信号处理过程后，发送至定时单元。

定时单元703，用于对所述经过采样和处理的信号进行同步定时调整。

在接到采样处理单元702发出的经过采样和数字信号处理后的信号后，定时单元703开始对系统定时点进行调整，找到信号的帧头和OFDM符号头。

频偏补偿单元704，用于对所述经过同步定时调整的信号进行频偏纠正。

在信号进行时域到频域的转换之前，频偏补偿单元704需要对信号进行频偏纠正，以保证时域到频域转换的准确度。

快速傅立叶变换单元705，用于对所述经过频偏纠正后的信号进行快速傅立叶变换，得到频域的OFDM符号。

信号经过频偏纠正后，快速傅立叶变换单元705开始对信号进行快速傅立叶变换，使信号由时域转换到频域，从而得到频域的OFDM符号。

缓存单元706，用于将所述频域的OFDM符号缓存，等待处理。

在快速傅立叶变换单元705得到频域的OFDM符号后，所述符号被送入缓存单元706缓存，等待系统的进一步处理。

信道估计模式确定单元707，用于当所述功率调整单元701、定时单元703和频偏补偿单元704的输出信号都没有发生突变时，选择连续模式，否则，选择间断模式。

在长期的实验和研究中，申请人发现信道估计系统中，一些信号处理过程会导致接收数据的相位和幅度发生突变，这个过程可以称为突变过程，具体包括如下过程：

1)同步定时过程定时点的调整会引起频域信号相位发生突变；

2)频率偏移纠正过程会引起频域信号相位发生突变；

3)功率调整过程中会引起频域信号相位和幅度发生突变和抖动。

因此，本发明实施例提供的信道估计系统中，信道估计模式确定单元707与功率调整单元701、定时单元703和频偏补偿单元704相连，以检测它们输出的信号是否发生了突变，进而选择相应的信道估计模式。

当所述功率调整单元701、定时单元703和频偏补偿单元704中至少一个单元的输出信号发生突变时，选择间断模式，如图5所示，只使用前一帧本身的参考信号估计最后两个OFDM符号位置的信道；当所述功率调整单元701、定时单元703和频偏补偿单元704的输出信号都没有发生突变时，选择连续模式，如图6所示，利用后一帧的参考信号和前一帧的参考信号对前一帧最后的两个OFDM符号进行插值。

信道估计单元708，用于根据所述信道估计模式确定单元707确定的信道估计模式，进行信道估计。

当信道估计模式确定单元707确定好信道估计模式后，信道估计单元708根据信道估计模式确定单元707所确定的信道估计模式，进行信道估计，得到信号的频率响应。

从以上实施例可以看出，本发明实施例通过对系统信号处理过程中信号突变的检测，将信道估计分为连续和间断两种模式。当检测到信号没有发生突变时，选择连续模式，保证插值效果；当检测到信号发生了突变时，选择间断模式，避免了信号突变对信道带来的误差。因此本发明实施例提供的信道估计系统，可以在最大限度发挥连续模式信道估计良好性能的基础上，提高信道估计的准确度。

在其他实施例中，本发明实施例提供的信道估计系统中，参见图8所示，所述信道估计模式确定单元707可以包括：

突变判断单元707a，用于判断所述功率调整单元701、定时单元703和频偏补偿单元704的输出信号是否发生突变。

需要说明的是，在实际应用当中，突变判断单元707a较常采用的判定方式有两种，具体如下：

1)根据功率调整单元701、定时单元703和频偏补偿单元704发出的、用于标示各自输出信号是否发生突变的标识信号进行判断。

2)根据预设的突变判决门限值进行判断，所述突变判决门限值包括频域信号相位突变判决门限值和/或频域信号幅值突变判决门限值。例如，频偏补偿单元704需要在一个新的子帧更新频偏的调整值，在更新之前先将更新的频偏值送入突变判断单元707a，突变判断单元707a预先设定一个门限T，如果要更新的频偏值与上一次更新的频偏值的差超过了门限T，则认为信号发生了突变，反之则认为没有发生突变。

此外需要说明的是，实际应用当中，突变判断单元707a如果采用1)提供的突变判定方法，可以准确的根据信号的突变与否选择相应的信道估计模式，从而提高系统信道估计的准确度。

但是，实际的信道估计系统中，往往存在一些对频域信号幅值和相位影响较小的突变，因而该突变对信道估计的影响也较小，此时如果系统从连续模式切换到间断模式势必会造成系统性能的损失。因此，为了避免信道估计模式的频繁切换给信道估计系统造成的性能损失，突变判断单元707a往往采用2)提供的方法。

信道估计模式选择单元707b，用于当所述功率调整单元701、定时单元703和频偏补偿单元704的输出信号都没有发生突变时，选择连续模式，否则，选择间断模式。

从以上实施例可以看出，本实施例除了具有上一实施例所具有的有益效果之外，本实施例还通过采用为信号突变设置门限值的信号突变判决方式，使得在保证信道估计准确度的同时，避免信道估计模式的频繁切换给信道估计系统造成的性能损失，提高了系统性能。

本领域技术人员可以理解，可以使用许多不同的工艺和技术中的任意一种来表示信息、消息和信号。例如，上述说明中提到过的信号，可以表示为电压、电流、电磁波、磁场或磁性粒子、光场或以上任意组合。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的系统各组成单元及功能，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述系统各组成单元及功能可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

基于以上公开的本发明系统实施例，本发明还提供一种信道估计方法，如图9所示，可以包括以下步骤：

S901，将系统接收到的信号的功率调整到适合采样的预设范围；

S902，对所述经过功率调整的信号进行采样和处理；

S903，对所述经过采样和处理的信号进行同步定时调整；

S904，对所述经过同步定时调整的信号进行频偏纠正；

S905，对所述经过频偏纠正后的信号进行快速傅立叶变换，得到频域的OFDM符号；

S906，将所述频域的OFDM符号缓存，等待处理；

S907，如果确定所述功率调整过程、同步定时调整过程和频偏纠正过程中，信号都没有发生突变，选择连续模式进行信道估计，否则，选择间断模式进行信道估计。

需要说明的是，所述确定功率调整过程、同步定时调整过程和频偏纠正过程中，信号是否发生突变的方式包括：

1)根据所述功率调整过程、同步定时调整过程和频偏补偿过程中产生的、用于标示各自输出信号是否发生突变的标识信号进行确定。

2)根据预设的突变判决门限值进行确定，所述突变判决门限值包括频域信号相位突变判决门限值和/或频域信号幅值突变判决门限值。

对于方法实施例而言，由于其基本相应于系统实施例，所以相关之处参见系统实施例的部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种信道估计系统，其特征在于，包括：

功率调整单元，用于将接收到的信号的功率调整到适合采样的预设范围；

采样处理单元，用于对所述经过功率调整的信号进行采样和处理；

定时单元，用于对所述经过采样和处理的信号进行同步定时调整；

频偏补偿单元，用于对所述经过同步定时调整后的信号进行频偏纠正；

快速傅立叶变换单元，用于对所述经过频偏纠正后的信号进行快速傅立叶变换，得到频域的正交频分复用符号；

缓存单元，用于将所述频域的正交频分复用符号缓存，等待处理；

信道估计模式确定单元，用于当所述功率调整单元、定时单元和频偏补偿单元的输出信号都没有发生突变时，选择利用后一帧的参考信号和前一帧的参考信号对前一帧最后的两个正交频分复用OFDM符号进行插值的连续模式，否则，选择只使用前一帧本身的参考信号估计最后两个正交频分复用OFDM符号位置的信道的间断模式；

信道估计单元，用于根据所述信道估计模式确定单元确定的信道估计模式，进行信道估计。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信道估计模式确定单元包括：

突变判断单元，用于判断所述功率调整单元、定时单元和频偏补偿单元的输出信号是否发生突变；

信道估计模式选择单元，用于当所述功率调整单元、定时单元和频偏补偿单元的输出信号都没有发生突变时，选择连续模式，否则，选择间断模式。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述突变判断单元判断所述功率调整单元、定时单元和频偏补偿单元的输出信号，是否发生突变的判断方式包括：

根据所述功率调整单元、定时单元和频偏补偿单元发出的、用于标示各自输出信号是否发生突变的标识信号进行判断。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述突变判断单元判断所述功率调整单元、定时单元和频偏补偿单元的输出信号，是否发生突变的判断方式包括：

根据预设的突变判决门限值进行判断，所述突变判决门限值包括频域信号相位突变判决门限值和/或频域信号幅值突变判决门限值。

5.一种信道估计方法，其特征在于，包括：

将系统接收到的信号的功率调整到适合采样的预设范围；

对所述经过功率调整的信号进行采样和处理；

对所述经过采样和处理的信号进行同步定时调整；

对所述经过同步定时调整的信号进行频偏纠正；

对所述经过频偏纠正后的信号进行快速傅立叶变换，得到频域的正交频分复用符号；

将所述频域的正交频分复用符号缓存，等待处理；

如果确定所述功率调整过程、同步定时调整过程和频偏纠正过程中，信号都没有发生突变，选择利用后一帧的参考信号和前一帧的参考信号对前一帧最后的两个正交频分复用OFDM符号进行插值的连续模式进行信道估计，否则，选择只使用前一帧本身的参考信号估计最后两个正交频分复用OFDM符号位置的信道的间断模式进行信道估计。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述确定功率调整过程、同步定时调整过程和频偏纠正过程中，信号是否发生突变的方式包括：

根据所述功率调整过程、同步定时调整过程和频偏补偿过程中产生的、用于标示各自输出信号是否发生突变的标识信号进行确定。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述确定功率调整过程、同步定时调整过程和频偏纠正过程中，信号是否发生突变的方式包括：

根据预设的突变判决门限值进行确定，所述突变判决门限值包括频域信号相位突变判决门限值和/或频域信号幅值突变判决门限值。

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