CN101902250B - 信道估计中平滑窗长度的确定方法及设备 - Google Patents

信道估计中平滑窗长度的确定方法及设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种信道估计中平滑窗长度的确定方法及设备。该方法包括：获取导频信号的自相关值，所述自相关值包括第一自相关值和第二自相关值，所述第一自相关值的个数至少为两个，所述第二自相关值的个数至少为一个；根据所述第一自相关值的符号，或者，根据所述第一自相关值的符号及所述第二自相关值与所述第一自相关值的比值，确定速度范围，根据所述速度范围确定平滑窗的长度。本发明实施例可以避免固定平滑窗长度引起的问题，提升系统性能。

Description

信道估计中平滑窗长度的确定方法及设备
技术领域
本发明涉及移动通信技术，尤其涉及一种信道估计中平滑窗长度的确定方法及设备。
背景技术
宽带码分多址(Wideband Code Division Multiple Access，WCDMA)系统采用公共导频信道(Common Pilot Channel，CPICH)信号进行信道估计，在信道估计的过程中一般需要进行平滑处理以去除噪声等干扰的影响，平滑窗长度确定的原则是在保证窗内信号相关性的前提下尽量长。如果平滑窗长度过短，则不能充分利用信号之间的相关性，不能达到良好的平抑噪声的效果。如果平滑窗长度过长，使相关性较差的信号之间进行平滑运算，信道估计的准确性就会下降，直接影响吞吐量性能。根据信号相关性对平滑窗长度进行合理选择是提高信道估计准确度，提升系统性能的有效途径之一。
无线通信中信号的相关性可以用相干时间来衡量，相干时间是信道冲激响应维持不变的时间间隔的统计平均值，它与多普勒频移成近似的倒数关系，多普勒频移的主要成因就是用户设备相对于基站之间的相对速度。不同速度下对应的最佳信道估计的平滑窗长度是不同的。
在确定平滑窗长度时，现有技术是采用固定的平滑窗长度，该固定平滑窗长度的方式，会造成低速下无法获得平抑性能增益，高速下会引入相关性较差的数据，造成性能下降。
发明内容
本发明实施例是提供一种信道估计中平滑窗长度的确定方法及设备，用以解决现有技术中存在的固定平滑窗长度引起的问题。
本发明实施例提供了一种信道估计中平滑窗长度的确定方法，包括：
获取导频信号的自相关值，所述自相关值包括第一自相关值和第二自相关值，所述第一自相关值的个数至少为两个，所述第二自相关值的个数至少为一个；
根据所述第一自相关值的符号，或者，根据所述第一自相关值的符号及所述第二自相关值与所述第一自相关值的比值，确定速度范围，根据所述速度范围确定平滑窗的长度。
本发明实施例提供了一种信道估计中平滑窗长度的确定设备，包括：
获取模块，用于获取导频信号的自相关值，所述自相关值包括第一自相关值和第二自相关值，所述第一自相关值的个数至少为两个，所述第二自相关值的个数至少为一个；
确定模块，用于根据所述第一自相关值的符号，或者，根据所述第一自相关值的符号及所述第二自相关值与所述第一自相关值的比值，确定速度范围，根据所述速度范围确定平滑窗的长度。
由上述技术方案可知，本发明实施例的信道估计中平滑窗长度的确定方法及设备，通过获取自相关函数，根据自相关函数确定速度范围，并根据速度范围确定平滑窗长度，可以根据速度不同确定不同的平滑窗长度，避免固定平滑窗长度引起的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明第一实施例的方法流程示意图；
图2为本发明第二实施例的方法流程示意图；
图3为本发明第三实施例的设备结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明第一实施例的方法流程示意图，包括：
步骤11：获取导频信号的自相关值，所述自相关值包括第一自相关值和第二自相关值，所述第一自相关值的个数至少为两个，所述第二自相关值的个数至少为一个。
其中，导频信号可以为CPICH信号。由于大部分的通信信道符合瑞利信道的模型，瑞利信道的信号自相关函数呈现零阶贝塞尔函数的特性，另外，零阶贝塞尔函数与多普勒频移有关，而多普勒频移与移动设备和发射台之间相对速度有关，因此，本发明实施例中，可以根据CPICH信号的自相关函数进行速度估计，以便根据不同速度确定不同的平滑窗长度。另外，本发明实施例同样适用于菜斯信道。
由于WCDMA支持双天线发射，因此可以在接收端统一用CPICH信号的天线分离值代表CPICH信号。
假设时隙索引为t，径索引为j，天线分离值索引为i，则在时隙t内，第j条径的第i个导频信号天线分离值为Ai，j(t)；
假设索引为f的多径搜索周期内有效径的个数为Nf，每个天线对应的导频信号符号个数为N，则每个时隙内的导频信号天线分离值累加值为：
A j ( t ) = Σ i = 1 N / 2 A i , j ( t ) , j = 1 , . . . , N f ; t = 0 , . . . , 14
以N＝10为例，则
假设索引为f的多径搜索周期内包含的导频信道时隙个数为Lmpsf，则时隙级的导频信号天线分离值的自相关值Rf(k)为：
R f ( k ) = Σ t = 1 L mpsf Σ j = 1 N f { Re [ A j ( t - k ) × A j * ( t ) ] }
其中，f为多径搜索周期的索引。
假设一次速度估计周期包含的多径搜索周期的个数为M，则一次速度估计周期内的导频信号自相关值R(k)为：
Figure BSA00000208364300044
k为相关间隔。
其中，M的值可以取为100。
进一步地，本发明实施例中的自相关值可以为非零相关间隔自相关值，非零相关间隔自相关值是指k≠0时采用上述计算公式得到的自相关值。由于零相关间隔自相关值需要进行噪声处理，本实施例通过采用非零自相关值，可以无需进行噪声处理。当然，如果采用自相关值为零相关间隔自相关值时，可以进一步进行噪声处理，再采用本发明实施例的原理实现。
步骤12：根据所述第一自相关值的符号，或者，根据所述第一自相关值的符号及所述第二自相关值与所述第一自相关值的比值，确定速度范围，根据所述速度范围确定平滑窗的长度。
其中，由于自相关函数可以体现两个存在时间间隔的信号之间的相关程度，当自相关值越大时，相关程度越高，则对应的速度越小。所以，通过自相关值可以确定对应的速度范围。由于在不同的速度下信道对应的最佳平滑窗长度不同，所以，为了获取最优性能，可以根据速度确定平滑窗长度。
采用第一自相关值可以扩大适用的速度范围，采用第二自相关值与第一自相关值的比值可以在某一速度范围内提高适用的速度范围精度。本实施例通过获取自相关函数，根据自相关函数确定速度范围，并根据速度范围确定平滑窗长度，可以根据速度不同确定不同的平滑窗长度，避免固定平滑窗长度引起的问题。并且，本实施例根据自相关值的符号确定速度范围可以扩大速度估计的有效范围，在根据自相关值的符号确定大致的速度范围之后再根据自相关值的比值确定速度范围可以在有较高精度要求的速度范围内提高速度估计精度。
图2为本发明第二实施例的方法流程示意图，包括：
步骤21：获取导频信号的第一自相关值和第二自相关值，其中，第一自相关值为两个，第二自相关值为一个。
其中，自相关值为R(k)，该R(k)的计算公式可以参见第一实施例。
本实施例中的第一自相关值可以分别表示为：R(k1)和R(k2)，第二自相关值表示为R(k3)。
其中，k1、k2为接近于零的值，例如，k1＝1，k2＝2；k3为远离零的值，例如，k3＝4。
步骤22：判断第一自相关值中是否至少有一项为负值，若是，执行步骤23，否则，执行步骤24。
步骤23：确定平滑窗长度为第一长度值。
由于R(k1)和R(k2)至少一项为负值，则可以判断出属于第一速度范围，该第一速度范围为极高速范围，例如速度为每小时150千米(150km/h)以上(通常还小于800km/h)。
由于此时的速度大，则需要采用较短的平滑窗长度，例如，确定第一长度值为L＝5，其中，本发明实施例中，平滑窗的单位为导频信号天线分离值Ai，j(t)的个数，例如，当L＝5时，表明每个平滑窗包含5个Ai，j(t)。
步骤24：获取第二自相关值与第一自相关值中的一个自相关值的比值，并根据该比值和预先设定的门限值，确定平滑窗的长度。
由于R(k1)和R(k2)均为正值，则可以判断出属于第二速度范围，该第二速度范围为150km/h以下(或者800km/h以上)，由于在实际中通常应用的场景不会在800km/h以上，所以可以在R(k1)和R(k2)均为正值时，默认为150km/h以下。当然，如果考虑800km/h以上的场景，可以进一步引入新的自相关值，根据新的自相关值的符号进一步确定是150km/h以下，还是800km/h以上。以默认150km/h为例，此时，为了提高精度，还需要在此范围内进行进一步划分。
例如，设置第一门限值Threshold_1和第二门限值Threshold_2，其中，Threshold_1＞Threshold_2，具体值可以根据实际情况确定，例如，分别为0.97和0.55；
第二自相关值与第一自相关值中的一个自相关值的比值以
Figure BSA00000208364300061
为例；
如果
Figure BSA00000208364300062
则为低速信道，此时需要采用较长的平滑窗长度，例如，确定出此时的平滑长长度为第二长度值，第二长度值可以为15。如果
Figure BSA00000208364300063
则为中速信道，此时需要采用中等的平滑窗长度，例如，确定出此时的平滑长长度为第三长度值，第三长度值可以为10。
如果
Figure BSA00000208364300064
则为高速信道，此时需要采用较短的平滑窗长度，例如，确定出此时的平滑长长度为第四长度值，第四长度值可以为5。
可以理解的，在计算
Figure BSA00000208364300065
时，还可以对该比值进行α滤波处理，之后再进行上述的与门限值的比较。
可以理解的是，为了进一步提高系统性能，可以引入更多不同间隔位置的自相关值，和/或，引入更多的门限值。具体可以根据实际需要确定时间间隔和/或门限值。
另外，在不同信道类型下，可以通过干扰消除技术来统一各信道类型对应的标准，例如，采用干扰消除技术，以便使得各信道类型对应近似统一的门限值。
本实施例通过首先比较第一自相关值的符号，可以区分大的速度范围，当属于极高速度时，可以直接确定出采用小的平滑窗长度；当第一自相关值均为正值时，可以进一步进行速度区分以提高精度。本实施例通过该两步法可以在拓宽速度估计有效范围的同时，确保较低速度范围内获取较高的速度估计精度，满足系统需求进而提高信道估计准确性及提升系统性能。
图3为本发明第三实施例的设备结构示意图，包括获取模块31和确定模块32；获取模块31用于获取导频信号的自相关值，所述自相关值包括第一自相关值和第二自相关值，所述第一自相关值的个数至少为两个，所述第二自相关值的个数至少为一个；确定模块32用于根据所述第一自相关值的符号，或者，根据所述第一自相关值的符号及所述第二自相关值与所述第一自相关值的比值，确定速度范围，根据所述速度范围确定平滑窗的长度。
其中，所述导频信号的自相关值为非零相关间隔自相关值，所述导频信号的自相关值为：
R ( k ) = Σ f = 1 M R f ( k ) ;
其中，R(k)为导频信号的自相关值，k为相关间隔，k不等于0，M为预先设定的多径搜索周期的个数，Rf(k)为索引为f的多径搜索周期内的导频信号的自相关值，Rf(k)的计算公式为：
R f ( k ) = Σ t = 1 L mpsf Σ j = 1 N f { Re [ A j ( t - k ) × A j * ( t ) ] }
其中，Lmpsf为索引为f的多径搜索周期内包含的导频信道时隙个数，Nf为索引为f的多径搜索周期内有效径的个数，Re()为取实部运算，为Aj(t)的共轭函数，Aj(t)为每个时隙内的导频信号天线分离值累加值，Aj(t)的计算公式为：
A j ( t ) = Σ i = 1 N / 2 A i , j ( t )
其中，N为每个时隙内导频信号的符号数，Ai，j(t)为索引为t的时隙内，索引为j的径对应的索引为i的导频信号天线分离值。
具体地，该第一自相关值可以为R(k1)和R(k2)，第二自相关值为R(k3)。
确定模块32可以具体用于当R(k1)、R(k2)中的任一项为负值时，确定为第一速度范围，确定所述第一速度范围对应的平滑窗长度为第一长度值；或者，当R(k1)和R(k2)均为正值时，确定为第二速度范围，当在第二速度范围时，根据R(k3)与R(k1)的比值及预先设定的门限值，确定第二速度范围内的精细范围，根据所述精细范围确定所述平滑窗长度；其中，所述第一长度值小于等于所述第二速度范围内的平滑窗长度。进一步地，确定模块32用于当R(k3)与R(k1)的比值大于预先设定的第一门限值时，确定所述平滑窗长度为第二长度值；或者，当R(k3)与R(k1)的比值在预先设定的第一门限值和第二门限值之间时，确定所述平滑窗长度为第三长度值；或者，当R(k3)与R(k1)的比值小于预先设定的第二门限值时，确定所述平滑窗长度为第四长度值；其中，第二长度值大于第三长度值，第三长度值大于第四长度值，第四长度值大于等于第一长度值。具体可以：k1＝1，k2＝2，k3＝4。
本实施例通过首先比较第一自相关值的符号，可以区分大的速度范围，当属于极高速度时，可以直接确定出采用小的平滑窗长度；当第一自相关值均为正值时，可以进一步进行速度区分以提高精细。
本实施例通过该两步法可以在拓宽速度估计有效范围的同时，确保较低速度范围内获取较高的速度估计精度，满足系统需求，进而提高信道估计准确性及提升系统性能。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种信道估计中平滑窗长度的确定方法，其特征在于，包括：
获取导频信号的自相关值，所述自相关值包括第一自相关值和第二自相关值，所述第一自相关值的个数至少为两个，所述第二自相关值的个数至少为一个；
根据所述第一自相关值的符号，或者，根据所述第一自相关值的符号及所述第二自相关值与所述第一自相关值的比值，确定速度范围，根据所述速度范围确定平滑窗的长度；
所述第一自相关值为R(k1)和R(k2)，所述第二自相关值为R(k3)，其中，|k1|<|k2|<|k3|；
所述根据所述第一自相关值的符号，或者，根据所述第一自相关值的符号及所述第二自相关值与所述第一自相关值的比值，确定速度范围，根据所述速度范围确定平滑窗的长度，包括：
当R(k1)、R(k2)中的任一项为负值时，确定为第一速度范围，确定所述第一速度范围对应的平滑窗长度为第一长度值；
当R(k1)和R(k2)均为正值时，确定为第二速度范围，当在第二速度范围时，根据R(k3)与R(k1)的比值及预先设定的门限值，确定第二速度范围内的精细范围，根据所述精细范围确定所述平滑窗长度；
其中，所述第一长度值小于等于所述第二速度范围内的平滑窗长度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导频信号的自相关值为非零相关间隔自相关值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取导频信号的自相关值的计算公式为： 
Figure FDA00002356736300021
其中，R(k)为导频信号的自相关值，k为相关间隔，k不等于0，M为预先设定的多径搜索周期的个数，Rf(k)为索引为f的多径搜索周期内的导频信号的自相关值，Rf(k)的计算公式为：
Figure FDA00002356736300022
其中，Lmpsf为索引为f的多径搜索周期内包含的导频信道时隙个数，Nf为索引为f的多径搜索周期内有效径的个数，Re()为取实部运算， 
Figure FDA00002356736300023
为Aj(t)的共轭函数，Aj(t)为每个时隙内的导频信号天线分离值累加值，Aj(t)的计算公式为：
其中，N为每个时隙内导频信号的符号数，Ai，j(t)为索引为t的时隙内，索引为j的径对应的索引为i的导频信号天线分离值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据R(k3)与R(k1)的比值及预先设定的门限值，确定第二速度范围内的精细范围，根据所述精细范围确定所述平滑窗长度，包括：
当R(k3)与R(k1)的比值大于预先设定的第一门限值时，确定所述平滑窗长度为第二长度值；
当R(k3)与R(k1)的比值在预先设定的第一门限值和第二门限值之间时，确定所述平滑窗长度为第三长度值；
当R(k3)与R(k1)的比值小于预先设定的第二门限值时，确定所述平滑窗长度为第四长度值； 
其中，第二长度值大于第三长度值，第三长度值大于第四长度值，第四长度值大于等于第一长度值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，R(k3)与R(k1)的比值为α滤波处理后的比值。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，k1＝1,k2＝2,k3＝4。
7.一种信道估计中平滑窗长度的确定设备，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取导频信号的自相关值，所述自相关值包括第一自相关值和第二自相关值，所述第一自相关值的个数至少为两个，所述第二自相关值的个数至少为一个；
确定模块，用于根据所述第一自相关值的符号，或者，根据所述第一自相关值的符号及所述第二自相关值与所述第一自相关值的比值，确定速度范围，根据所述速度范围确定平滑窗的长度；
所述第一自相关值为R(k1)和R(k2)，所述第二自相关值为R(k3)，所述确定模块具体用于当R(k1)、R(k2)中的任一项为负值时，确定为第一速度范围，确定所述第一速度范围对应的平滑窗长度为第一长度值；或者，当R(k1)和R(k2)均为正值时，确定为第二速度范围，当在第二速度范围时，根据R(k3)与R(k1)的比值及预先设定的门限值，确定第二速度范围内的精细范围，根据所述精细范围确定所述平滑窗长度；其中，所述第一长度值小于等于所述第二速度范围内的平滑窗长度，|k1|<|k2|<|k3|。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述导频信号的自相关值为非零相关间隔自相关值，所述导频信号的自相关值为
Figure FDA00002356736300031
其中，R(k)为导频信号的自相关值，k为相关间隔，k不等于0，M为预 先设定的多径搜索周期的个数，Rf(k)为索引为f的多径搜索周期内的导频信号的自相关值，Rf(k)的计算公式为：
Figure FDA00002356736300041
其中，Lmpsf为索引为f的多径搜索周期内包含的导频信道时隙个数，Nf为索引为f的多径搜索周期内有效径的个数，Re()为取实部运算， 
Figure FDA00002356736300042
为Aj(t)的共轭函数，Aj(t)为每个时隙内的导频信号天线分离值累加值，Aj(t)的计算公式为：
其中，N为每个时隙内导频信号的符号数，Ai,j(t)为索引为t的时隙内，索引为j的径对应的索引为i的导频信号天线分离值。
9.根据权利要求7所述的设备，其特征在于， 
所述确定模块进一步具体用于当R(k3)与R(k1)的比值大于预先设定的第一门限值时，确定所述平滑窗长度为第二长度值；或者，当R(k3)与R(k1)的比值在预先设定的第一门限值和第二门限值之间时，确定所述平滑窗长度为第三长度值；或者，当R(k3)与R(k1)的比值小于预先设定的第二门限值时，确定所述平滑窗长度为第四长度值；其中，第二长度值大于第三长度值，第三长度值大于第四长度值，第四长度值大于等于第一长度值。 
10.根据权利要求7-9任一项所述的设备，其特征在于，k1=1,k2=2,k3=4。 
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