CN101873278A - 无线通信系统中的信道估计方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种无线通信系统中的信道估计方法和装置。该方法主要包括：根据无线通信系统的接收信号的信噪比估值、载波频率、导频方案，以及移动台的移动速度来设置加权值，利用所述加权值对无线通信系统的导频符号的信道状态信息的估计值进行加权处理，利用所述导频符号的信道状态信息的估计值的加权处理结果，对所述导频符号之间的数据符号进行插值运算，得到所述数据符号的信道状态信息的估计值。本发明实施例可以在时变信道和非时变信道等信道环境下，有效地降低系统的噪声功率，提供系统的当前SNR。进而提高系统的信道状态估计的准确度。

Description

无线通信系统中的信道估计方法和装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种无线通信系统中的信道估计方法和装置。

背景技术

随着用户对通信带宽需求的不断提高，如何有效地利用有限的频谱资源越来越受到重视。OFDM(orthogonal frequency division multiplexing，正交频分复用)技术由于其高效的频谱利用率而被广泛地应用于无线通信中，成为通信系统宽带化的首选技术之一。

信道估计是无线通信系统中具有挑战性的一个问题，相对于其它导向性传输介质，无线信道时变性非常强。在无线环境中，多径传播引起的频率选择性衰落和终端的移动性引起的时间选择性衰落对通信性能产生了极大的影响。接收端对信道状态的准确估计对提高系统性能尤为重要。

无线通信系统中的信道估计通常分为导频符号的信道状态估计与数据符号的信道状态估计，这两者与系统的当前SNR(Signal Noise Ratio，信噪比)密切相关。所以，降低接收信号中的噪声功率有利于提高信道估计的准确性。

现有技术中的一种无线通信系统中的信道估计方法为：在数据位置的插值运算之前，将导频符号的信道状态估计值求平均，再进行数据符号的信道状态估计，以此来降低系统的当前SNR。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中的信道估计方法至少存在如下问题：该方法在非时变信道下可以获得3dB的SNR增益，但在时变信道下，由于求平均处理会损失信道的时变信息，从而导致性能存在“地板效应”，即随着信噪比的增加，系统性能没有提升。

发明内容

本发明的实施例提供了一种无线通信系统中的信道估计方法和装置，以实现对无线通信系统进行准确的信道估计。

一种无线通信系统中的信道估计方法，包括：

利用预先设置的加权值对无线通信系统的导频符号的信道状态信息的估计值进行加权处理；

利用所述导频符号的信道状态信息的估计值的加权处理结果，对所述导频符号之间的数据符号进行插值运算，得到所述数据符号的信道状态信息的估计值。

一种无线通信系统中的信道估计装置，包括：

加权处理模块，用于利用预先设置的加权值对无线通信系统的导频符号的信道状态信息的估计值进行加权处理；

插值运算处理模块，用于利用所述加权处理模块得到的导频符号的信道状态信息的估计值的加权处理结果，对所述导频符号之间的数据符号进行插值运算，得到所述数据符号的信道状态信息的估计值。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例通过利用预先设置的加权值对无线通信系统的导频符号的信道状态信息的估计值进行加权处理，可以在时变信道和非时变信道等信道环境下，有效地降低系统的噪声功率，提供系统的当前SNR。进而提高系统的信道状态估计的准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的一种无线通信系统中的信道估计方法的处理流程图；

图2为本发明实施例一提供的一种OFDM系统的导频结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的另一种OFDM系统的导频结构示意图；

图4为本发明实施例二提供的一种无线通信系统中的信道估计装置的具体实现结构图；

图5为本发明实施例二提供的采用图2所示的导频结构的条件下，在F_d＝0.0048时，系统的MSE(mean square error，均方误差)性能示意图；

图6为本发明实施例二提供的采用图3所示的导频结构的条件下，在F_d＝0.0048时，系统的MSE性能示意图。

具体实施方式

在本发明实施例中，利用预先设置的加权值对无线通信系统的导频符号的信道状态信息的估计值进行加权处理，然后，利用所述导频符号的信道状态信息的估计值的加权处理结果，对所述导频符号之间的数据符号进行插值运算，得到所述数据符号的信道状态信息的估计值。

本发明实施例可以适用于OFDM系统、CDMA(Code Division MultipleAccess，码分多址系统)、GSM(Global System for Mobilecommunications，全球移动通信系统)系统等各种通用的无线通信系统。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

实施例一

以OFDM系统为例，该实施例提供的一种无线通信系统中的信道估计方法的处理流程如图1所示，包括如下的处理步骤：

步骤11、根据接收信号的信噪比估值、移动台的移动速度、及导频方案等参数设置加权值。

本发明实施例需要利用预先设定的加权值对OFDM系统中的相邻导频符号的信道状态信息的估计值进行加权处理，来降低系统的噪声平均功率。

上述加权值可以根据接收信号的信噪比估值、移动台的移动速度及导频方案等参数来设置，该实施例提供的一种加权值p的设置方法如下：

$p=\frac{1}{2}+\frac{{\left(\mathrm{\π}{F}_{d}D\right)}^2}{2[{\mathrm{\σ}}^2+{\left(\mathrm{\π}{F}_{d}D\right)}^2]}$

其中，所述为归一化多普勒频率，所述f_c为无线通信系统的载波频率，所述v为移动台的移动速率，所述c为光速，所述T_sybm为无线通信系统的符号持续时间，所述D为无线通信系统的相邻的导频符号之间的间隔，所述σ为无线通信系统的接收信号的信噪比估值。

步骤12、利用设置的加权值对导频符号的信道状态信息的估计值进行加权处理。

然后，利用上述设置的加权值p对导频符号的信道状态信息的估计值进行加权处理。

对无线通信系统的相邻的两个导频符号S₁和S_N进行LS(Least Square，最小二乘估计)估计，得出S₁和S_N上的信道状态信息的估计值和

利用所述预先设置的加权值p对所述

和作如下的加权处理：

${\hat{H}}_{a1}=p{\hat{H}}_1+(1-p){\hat{H}}_N$

${\hat{H}}_{\mathrm{aN}}=(1-p){\hat{H}}_1+p{\hat{H}}_N$

比如，该实施例提供的一种OFDM系统的导频结构如图2所示，包括两个导频符号S₁和S₅。首先对符号S₁和S₅作LS估计，得出S₁和S₅上的信道状态信息的估计值

和

又比如，该实施例提供的另一种OFDM系统的导频结构如图3所示，该导频结构为交错导频。则首先对S₁和S₅上的导频符号位置作LS估计，然后根据LS估计的结果，分别在S₁和S₅上(频率方向)作线性插值，得到S₁和S₅整个符号上的信道状态信息的估计值

和

再利用上述设定的加权值p对上述

和

作如下的加权处理：

${\hat{H}}_{a1}=p{\hat{H}}_1+(1-p){\hat{H}}_5$

${\hat{H}}_{a5}=(1-p){\hat{H}}_1+p{\hat{H}}_5$

经过上述加权值p对导频信号的信道状态信息的估计值的加权处理，可以使系统的当前噪声功率变为原来的[p²+(1-p)²]倍，当p＝0.5时，可以获得最好的噪声降低性能；当p＝1时，可以获得最好的导频信号的信道状态跟踪性能。

步骤13、利用导频符号的信道状态信息的加权处理结果，对导频符号之间的数据符号进行插值运算，得到数据符号的信道状态信息的估计值。

利用上述

和

通过插值运算得到无线通信系统的相邻的两个导频符号S₁和S_N之间的数据符号上的信道状态信息的估计值。无线通信系统的相邻的两个导频符号S₁和S_N之间的第k个数据符号上的信道状态信息的估计值

的计算方法如下：

${\hat{H}}_{\mathrm{ak}}=\frac{N-k}{N-1}{\hat{H}}_{a1}+\frac{k-1}{N-1}{\hat{H}}_{\mathrm{aN}}$

所述k为整数，1＜k＜N。

在实际应用中，上述插值运算可以为分段线性插值和DFT(DiscreteFourier Transform，离散傅氏变换)插值等插值运算。

针对上述图2所示的OFDM系统的导频结构图，利用上述

和

对S₁和S₅之间的数据符号进行线性插值，这里采用的是分段线性插值算法，将插值得到的结果作为S₁和S₅之间的数据符号上的信道状态信息的估计值。

比如，S₁和S₅之间的第k个符号上的信道状态信息的估计值为：

${\hat{H}}_{\mathrm{ak}}=\frac{5-k}{4}{\hat{H}}_{a1}+\frac{k-1}{4}{\hat{H}}_{a5}$ k为2，3，4

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。

实施例二

本发明实施例还提供了一种无线通信系统中的信道估计装置，其具体实现结构如图4所示，具体可以包括：

加权处理模块42，用于利用预先设置的加权值对无线通信系统的导频符号的信道状态信息的估计值进行加权处理；

插值运算处理模块43，用于利用所述加权处理模块得到的导频符号的信道状态信息的估计值的加权处理结果，对所述导频符号之间的数据符号进行插值运算，得到所述数据符号的信道状态信息的估计值。

所述的装置还可以包括：

加权值设置模块41，用于根据无线通信系统的接收信号的信噪比估值、载波频率、导频方案，以及移动台的移动速度来设置加权值，所述的加权值p的计算方法如下：

$p=\frac{1}{2}+\frac{{\left(\mathrm{\π}{F}_{d}D\right)}^2}{2[{\mathrm{\σ}}^2+{\left(\mathrm{\π}{F}_{d}D\right)}^2]}$

其中，所述为归一化多普勒频率，所述f_c为无线通信系统的载波频率，所述v为移动台的移动速率，所述c为光速，所述T_sybm为无线通信系统的符号持续时间，所述D为无线通信系统的相邻的导频符号之间的间隔，所述σ为无线通信系统的接收信号的信噪比估值。

所述的加权处理模块42具体包括：

信道状态信息估计值获取模块421，用于对无线通信系统的相邻的两个导频符号S₁和S_N进行最小二乘估计，得出S₁和S_N的信道状态信息的估计值

和

加权计算模块422，用于利用所述预先设置的加权值p对所述

和作如下的加权处理：

${\hat{H}}_{a1}=p{\hat{H}}_1+(1-p){\hat{H}}_N$

${\hat{H}}_{\mathrm{aN}}=(1-p){\hat{H}}_1+p{\hat{H}}_N$

所述的插值运算处理模块43具体包括：

线性插值处理模块431，用于利用无线通信系统的相邻的两个导频符号S₁和S_N的信道状态信息的估计值的加权处理结果，对所述导频符号之间的数据符号进行线性插值运算，得到所述数据符号的信道状态信息的估计值，

所述S₁和S_N之间的第k个数据符号上的信道状态信息的估计值

的计算方法如下：

${\hat{H}}_{\mathrm{ak}}=\frac{N-k}{N-1}{\hat{H}}_{a1}+\frac{k-1}{N-1}{\hat{H}}_{\mathrm{aN}}$

所述k为整数，1＜k＜N。

综上所述，本发明实施例通过利用预先设置的加权值对无线通信系统的导频符号的信道状态信息的估计值进行加权处理，可以在时变信道和非时变信道等信道环境下，有效地降低系统的噪声功率，提供系统的当前SNR。进而提高系统的信道状态估计的准确度。

本发明实施例可以从综合考虑信道的时变性和降低噪声的角度出发，合理地设置加权值，在噪声降低性能与信道状态跟踪之间取得最优折中。本发明实施例可以消除由于噪声平滑所带来的地板效应。

图5和图6分别为在采用图2和图3的导频结构的条件下，在F_d＝0.0048时，系统的MSE性能示意图。其中数字“1”标示的线条是LS估计的MSE性能示意图，数字“2”标示的线条是噪声平滑系数为0.5时的性能，数字“3”标示的线条是采用本发明所提供的自适应噪声平滑系数的性能。从图5、6中可以看出，在低信噪比时，噪声平滑所带来的信噪比增益可以带来明显的性能提升。但随着信噪比的增加，p＝0.5的固定系数由于消减了信道的时变性，所以出现了非常明显的地板效应。而本发明所提供的p-weighted方法消除了噪声平滑所带来的地板效应，使系统性能最终趋近于LS估计的性能，即在噪声降低性能与信道状态跟踪之间取得最优折中。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种无线通信系统中的信道估计方法，其特征在于，包括：

利用预先设置的加权值对无线通信系统的导频符号的信道状态信息的估计值进行加权处理；

利用所述导频符号的信道状态信息的估计值的加权处理结果，对所述导频符号之间的数据符号进行插值运算，得到所述数据符号的信道状态信息的估计值。

2.根据权利要求1所述的无线通信系统中的信道估计方法，其特征在于，所述的方法还包括：

根据无线通信系统的接收信号的信噪比估值、载波频率、导频方案，以及移动台的移动速度来设置加权值。

3.根据权利要求2所述的无线通信系统中的信道估计方法，其特征在于，所述的加权值p的设置方法如下：

其中，所述

为归一化多普勒频率，所述f_c为无线通信系统的载波频率，所述v为移动台的移动速率，所述c为光速，所述T_sybm为无线通信系统的符号持续时间，所述D为无线通信系统的相邻的导频符号之间的间隔，所述σ为无线通信系统的接收信号的信噪比估值。

4.根据权利要求1所述的无线通信系统中的信道估计方法，其特征在于，所述的插值运算包括：分段线性插值运算和离散傅氏变换插值运算。

5.根据权利要求1至4任一项所述的无线通信系统中的信道估计方法，其特征在于，所述的利用预先设置的加权值对无线通信系统的导频符号的信道状态信息的估计值进行加权处理，包括：

对无线通信系统的相邻的两个导频符号S₁和S_N进行最小二乘估计，得出S₁和S_N上的信道状态信息的估计值和

利用所述预先设置的加权值p对所述

和作如下的加权处理：

。

6.根据权利要求5所述的无线通信系统中的信道估计方法，其特征在于，所述的利用所述导频符号的信道状态信息的估计值的加权处理结果，对所述导频符号之间的数据符号进行插值运算，得到所述数据符号的信道状态信息的估计值，包括：

无线通信系统的相邻的两个导频符号S₁和S_N之间的第k个数据符号上的信道状态信息的估计值

的计算方法如下：

所述k为整数，1＜k＜N。

7.一种无线通信系统中的信道估计装置，其特征在于，包括：

加权处理模块，用于利用预先设置的加权值对无线通信系统的导频符号的信道状态信息的估计值进行加权处理；

插值运算处理模块，用于利用所述加权处理模块得到的导频符号的信道状态信息的估计值的加权处理结果，对所述导频符号之间的数据符号进行插值运算，得到所述数据符号的信道状态信息的估计值。

8.根据权利要求7所述的无线通信系统中的信道估计装置，其特征在于，所述的装置还包括：

加权值设置模块，用于根据无线通信系统的接收信号的信噪比估值、载波频率、导频方案，以及移动台的移动速度来设置加权值，所述的加权值p的计算方法如下：

其中，所述

为归一化多普勒频率，所述f_c为无线通信系统的载波频率，所述v为移动台的移动速率，所述c为光速，所述T_sybm为无线通信系统的符号持续时间，所述D为无线通信系统的相邻的导频符号之间的间隔，所述σ为无线通信系统的接收信号的信噪比估值。

9.根据权利要求7或8所述的无线通信系统中的信道估计装置，其特征在于，所述的加权处理模块具体包括：

信道状态信息估计值获取模块，用于对无线通信系统的相邻的两个导频符号S₁和S_N进行最小二乘估计，得出S₁和S_N的信道状态信息的估计值和

加权计算模块，用于利用所述预先设置的加权值p对所述

和

作如下的加权处理：

。

10.根据权利要求9所述的无线通信系统中的信道估计装置，其特征在于，所述的插值运算处理模块具体包括：

线性插值处理模块，用于利用无线通信系统的相邻的两个导频符号S₁和S_N的信道状态信息的估计值的加权处理结果，对所述导频符号之间的数据符号进行线性插值运算，得到所述数据符号的信道状态信息的估计值，

所述S₁和S_N之间的第k个数据符号上的信道状态信息的估计值

的计算方法如下：

所述k为整数，1＜k＜N。

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