CN101969416B - 一种信道系数估计方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种信道系数估计方法及装置，该方法包括：接收上行参考信号后，根据所述上行参考信号获得含有噪声的实际信道系数；计算虚拟信道系数，并根据所述虚拟信道系数对所述实际信道系数的频谱进行扩展，得到扩展后的信道系数；通过离散傅里叶反变换IDFT将所述扩展后的信道系数变换为时域的功率延迟谱；将所述功率延迟谱中的噪声置零，并通过离散傅里叶变换DFT将所述功率延迟谱变换到频域，得到处理后的信道系数。应用本申请实施例对信道系数进行估计，可以有效去除信号在传输过程中收到的噪声干扰，提高信道系数估计的准确性。

Description

一种信道系数估计方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种信道系数估计方法及装置。

背景技术

3GPP LTE(Long Term Evolution，长期演进)是一个高数据率，低时延，基于全分组的移动通信技术。LTE技术改进并增强了3G的空中接入技术，其采用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)和MIMO(Multiple-Input Multiple-Out-put，多输入多输出)作为无线网络演进的唯一标准。LTE在物理层采用OFDM多载波技术，它的多载波调制和解调是通过IDFT(离散傅立叶反变换)和DFT(离散傅立叶变换)实现。

现有技术中，LTE系统中的信号在空间传输中会因为延迟和多径等因素造成相位和幅度畸变，对于信号接收端来说，要准确得到信号所携带的信息，就必须对已经发生畸变的信号进行均衡矫正。信号均衡矫正的前提是获得信号传输所经过的信道状况，即传输信道的信道系数。LTE系统在上行传输中用整个OFDM符号来发送参考信号，一个上行时隙(slot)上发送一个OFDM符号的参考信号，该参考信号在这个OFDM符号内占据整个频谱，并且连续映射到每一个子载波上，这样可以反映出所有子载波的信道状况，从而得到整个频谱的信道系数。

发明人在对现有技术的研究过程中发现，现有信道系数估计的方法通常在频谱的保护带估算白噪声的平均功率，并认为这个噪声功率可以代表叠加在信道系数上的噪声，在得到混有噪声的信道系数后，进行简单的减法运算后得到信道系数，但是接收机通常运用带通滤波器对接收信号进行滤波，白噪声经过滤波器处理后已经衰减，比实际混叠在信道系数上的噪声要小，因此无法有效抑制叠加在信道系数上的噪声，导致信道系数估计不准确；或者有的信道系数估计的方法算法较复杂，实现时率较低，难以满足实时性要求较高的LTE系统的需求。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种信道系数估计方法及装置，以解决现有技术中信道系数估计不准确的问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供如下技术方案：

一种信道系数估计方法，包括：

接收上行参考信号后，根据所述上行参考信号获得含有噪声的实际信道系数；

计算虚拟信道系数，并根据所述虚拟信道系数对所述实际信道系数的频谱进行扩展，得到扩展后的信道系数；

通过离散傅里叶反变换IDFT将所述扩展后的信道系数变换为时域的功率延迟谱；

将所述功率延迟谱中的噪声置零，并通过离散傅里叶变换DFT将所述功率延迟谱变换到频域，得到处理后的信道系数。

所述根据上行参考信号获得含有噪声的实际信道系数包括：

提取本地信号；

将所述上行参考信号与所述本地信号共轭相乘得到所述含有噪声的实际信道系数。

所述计算虚拟信道系数包括：

根据所述实际信道系数的长度确定虚拟信道系数的长度；

根据所述虚拟信道系数的长度计算所述虚拟信道系数，所述计算出的虚拟信道系数为能够将所述实际信道系数与所述虚拟信道系数的频谱进行平滑过度的虚拟信道系数。

所述根据虚拟信道系数对实际信道系数的频谱进行扩展包括：

在所述实际信道系数之后插入所述虚拟信道系数，得到扩展后的信道系数，所述扩展后的信道系数的频谱首尾相位连续。

所述将所述功率谱中的噪声置零包括：

获取预先设置的起始点数和末尾点数；

保留所述功率谱中起始位置处与所述起始点数一致的样点，以及末尾位置处与所述末尾点数一致的样点；

将除所述保留的样点之外的剩余样点清零。

还包括：

根据对资源块RB的配置，分别对每种配置对应的信道系数设置起始点数和末尾点数；

以所述RB的配置为索引，保存包含每种RB的配置与对应的起始点数和末尾点数的对应关系查询表。

一种信道系数估计装置，包括：

接收单元，用于接收上行参考信号；

获得单元，用于根据所述上行参考信号获得含有噪声的实际信道系数；

计算单元，用于计算虚拟信道系数；

扩展单元，用于根据所述虚拟信道系数对所述实际信道系数的频谱进行扩展，得到扩展后的信道系数；

变换单元，用于通过离散傅里叶反变换IDFT将所述扩展后的信道系数变换为时域的功率延迟谱；

置零单元，用于将所述功率延迟谱中的噪声置零；

所述变换单元，还用于通过离散傅里叶变换DFT将所述功率延迟谱变换到频域，得到处理后的信道系数。

所述获得单元包括：

信号提取单元，用于提取本地信号；

信号共轭单元，用于将所述上行参考信号与所述本地信号共轭相乘得到所述含有噪声的实际信道系数。

所述计算单元包括：

长度确定单元，用于根据所述实际信道系数的长度确定虚拟信道系数的长度；

系数计算单元，用于根据所述虚拟信道系数的长度计算所述虚拟信道系数，所述计算出的虚拟信道系数为能够将所述实际信道系数与所述虚拟信道系数的频谱进行平滑过度的虚拟信道系数。

所述扩展单元，具体用于在所述实际信道系数之后插入所述虚拟信道系数，得到扩展后的信道系数，所述扩展后的信道系数的频谱首尾相位连续。

置零单元包括：

点数获取单元，用于获取预先设置的起始点数和末尾点数；

点数保留单元，用于保留所述功率谱中起始位置处与所述起始点数一致的样点，以及末尾位置处与所述末尾点数一致的样点；

点数清零单元，用于将除所述保留的样点之外的剩余样点清零。

还包括：

估计单元，用于根据对资源块RB的配置，分别对每种配置的对应的信道系数设置起始点数和末尾点数；

保存单元，用于以所述RB的配置为索引，保存包含每种RB的配置与对应的起始点数和末尾点数的对应关系查询表。

由以上本发明实施例提供的技术方案可见，本申请中接收上行参考信号后，根据上行参考信号获得含有噪声的实际信道系数，计算虚拟信道系数，并根据虚拟信道系数对实际信道系数的频谱进行扩展，得到扩展后的信道系数，通过IDFT将扩展后的信道系数变换为时域的功率延迟谱，将功率延迟谱中的噪声置零，并通过离散傅里叶变换DFT将功率延迟谱变换到频域，得到处理后的信道系数。应用本申请实施例对信道系数进行估计，可以有效去除信号在传输过程中收到的噪声干扰，提高信道系数估计的准确性；并且，由于本申请中的虚拟信道系数计算方法相对简单，因此可以提高硬件处理效率，并应用在实时性要求较高的LTE系统中。

附图说明

图1为本申请信道系数估计方法的第一实施例流程图；

图2A为本申请信道系数估计方法的第二实施例流程图；

图2B为本申请扩展后的信道系数的频谱示意图；

图3为本申请信道系数估计装置的第一实施例框图；

图4为本申请信道系数估计装置的第二实施例框图。

具体实施方式

在如下本发明的多个实施例中，有些实施例提供了一种信道系数估计方法，有些实施例提供了一种信道系数估计装置。本申请实施例对信道系数进行估计时主要涉及频谱扩展和时域平滑。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中技术方案作进一步详细的说明。

参见图1，为本申请信道系数估计方法的第一实施例流程图：

步骤101：接收上行参考信号后，根据上行参考信号获得含有噪声的实际信道系数。

具体的，提取本地信号，将上行参考信号与本地信号共轭相乘得到所述含有噪声的实际信道系数。

步骤102：计算虚拟信道系数，并根据虚拟信道系数对实际信道系数的频谱进行扩展，得到扩展后的信道系数。

具体的，根据实际信道系数的长度确定虚拟信道系数的长度，根据虚拟信道系数的长度计算虚拟信道系数，计算出的虚拟信道系数为能够将实际信道系数与虚拟信道系数的频谱进行平滑过度的虚拟信道系数；在实际信道系数之后插入虚拟信道系数，得到扩展后的信道系数，扩展后的信道系数的频谱首尾相位连续。

步骤103：通过IDFT将扩展后的信道系数变换为时域的PDP。

步骤104：将功率延迟谱中的噪声置零，并通过DFT将PDP变换到频域，得到处理后的信道系数。

具体的，获取预先设置的起始点数和末尾点数，保留功率谱中起始位置处与起始点数一致的样点，以及末尾位置处与末尾点数一致的样点，将除保留的样点之外的剩余样点清零。

进一步，需要说明的是，在LTE系统中，根据对资源块RB的配置，分别对每种配置对应的信道系数设置起始点数和末尾点数，以RB的配置为索引，保存包含每种RB的配置与对应的起始点数和末尾点数的对应关系查询表，后续可以直接根据该查询表获得相应的点数设置。

参见图2A，为本申请信道系数估计方法的第二实施例，该实施例以上行20M带宽，20个RB(Resource Block，资源块)配置的LTE系统为例，详细示出了信道系数的估计过程：

步骤201：接收上行参考信号。

根据LTE协议，上行参考信号(Reference signal)为一组ZC(Zadoff-Chu)序列。

步骤202：提取本地信号，将上行参考信号与本地信号共轭相乘得到含有噪声的实际信道系数。

接收机在收到上行参考信号后和本地信号序列共轭相乘，得到含有噪声的实际信道系数的频谱h_LS(k)，其中，k＝0...N_c-1(N_c为实际信道系数的长度)，在本应用实例中，假设N_c＝20×12＝240。

本地信号序列指和上行参考信号相同的一组ZC序列，是接收机物理层根据高层配置生成的，上行参考信号经过信道传输后发生变化，实际上就是叠加了信道系数和噪声的一组ZC序列，而在接收的时候只要将接收到的上行参考信号和本地生成的同一个ZC序列共轭相乘，就可以去掉ZC序列，得到含有噪声的信道系数。

步骤203：根据实际信道系数的长度确定虚拟信道系数的长度。

获得上述实际信道系数h_LS(k)之后，可以利用升余弦公式计算出一组虚拟信道系数h_VCH(k)，其中，k＝N_c...N。在计算虚拟信道系数h_VCH时，首先确定该虚拟信道系数h_VCH的长度，LTE协议要求上行RB数必须满足下式：

$N_{\mathrm{RB}}^{\mathrm{UL}}=2^{\mathrm{\α}}\×3^{\mathrm{\β}}\×5^{\mathrm{\γ}}---\left(1\right)$

上式(1)中，α、β、γ均为整数，相应的，实际信道系数的频谱长度

其中

为每个RB上子载波的个数。后续在插入虚拟信道系数后，上行RB数需要增加到下一个满足上式(1)的值

插入虚拟信道系数实现扩展后的信道系数的频谱长度为

因此，虚拟信道系数的长度即为L＝N-N_c，前面假设实际信道系数的频谱长度是20×12＝240，而扩展后的信道系数的频谱长度为24×12＝288，则虚拟信道系数的频谱长度为288-240＝48。

步骤204：根据虚拟信道系数的长度计算虚拟信道系数。

其中，计算出的虚拟信道系数为能够将所述实际信道系数与所述虚拟信道系数的频谱进行平滑过度的虚拟信道系数。

在得到虚拟信道系数的长度后，在计算虚拟信道系数时，需要保证虚拟信道系数可以将整个信道系数的频谱首尾两端的相位连接起来，实现平滑过渡。本实施例中，虚拟信道系数可以通过下式计算：

$h_{\mathrm{VCH}}\left(k\right)=\frac{1}{2}(1+\cos \left(\frac{\mathrm{\πk}}{L}\right))\×F\left(k\right)+\frac{1}{2}(1+\cos \left(\frac{\mathrm{\π}(k-L+1)}{L}\right))\×G\left(k\right)---\left(2\right)$

上式(2)中，k＝0...L-1，L为虚拟信道系数长度，其中，

$F\left(k\right)=\frac{1}{N_{\mathrm{est}}}\underset{i=N_c-N_{\mathrm{est}}}{\overset{N_c-1}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{\mathrm{LS}}\left(i\right)+\frac{N_{\mathrm{est}}-1}{2}\×a---\left(3\right)$

$G\left(k\right)=\frac{1}{N_{\mathrm{est}}}\underset{i=0}{\overset{N_{\mathrm{est}}-1}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{\mathrm{LS}}\left(i\right)-\frac{N_{\mathrm{est}}-1}{2}\×c---\left(4\right)$

上式(3)和(4)中，

$a=\frac{1}{N_{\mathrm{est}}}\underset{i=N_c-N_{\mathrm{est}}}{\overset{N_c-1}{\mathrm{\Σ}}}(h_{\mathrm{LS}}\left(i\right)-h_{\mathrm{LS}}(i-1))---\left(5\right)$

$c=\frac{1}{N_{\mathrm{est}}}\underset{i=0}{\overset{N_{\mathrm{est}}-1}{\mathrm{\Σ}}}(h_{\mathrm{LS}}(i+1)-h_{\mathrm{LS}}\left(i\right))---\left(6\right)$

上式(3)、(4)、(5)和(6)中，N_c为实际信道系数的频谱长度，h_LS为实际信道系数，N_est系数用来计算原始信道系数的首尾斜率，其中，N_est越大，则计算结果越准确，但会相应增加计算复杂度，因此实际应用中需要平衡上述两个条件，采取折中的值，例如，本实施例中可以取N_est＝4。

步骤205：在实际信道系数之后插入虚拟信道系数，得到扩展后的信道系数，扩展后的信道系数的频谱首尾相位连续。

将计算出的虚拟信道系数h_VCH(k)插在实际信道系数h_LS(k)之后，以保证整个信道系数的频谱首尾相位连续，如图2B所示，为扩展后的信道系数的频谱示意图。插入虚拟信道系数后，对扩展后的信道系数频谱做IDFT的长度(IDFT_Size)为N。

步骤206：通过IDFT将扩展后的信道系数变换为时域的PDP。

扩展后的信道系数经过IDFT从频域变换到时域后，以功率延迟谱(PDP)的形式出现。

步骤207：获取预先设置的起始点数和末尾点数。

步骤208：保留所述功率谱中起始位置处与起始点数一致的样点，以及末尾位置处与末尾点数一致的样点。

步骤209：将除保留的样点之外的剩余样点清零。

对于上述步骤207至209，在理想状况下，信号峰值应该在PDP的第一个样点处出现，而其它样点上的值均为噪声。但是，根据实际信道的状况，信号峰值可能会延迟或提前，因此，根据PDP的样点数不同，在PDP的起始和末尾位置各保留相应的点数，并将其余样点作为噪声清零，由此抑制噪声，在本实施例中，可以保留PDP起始位置处的24个样点，以及末尾位置处的12个样点。

步骤210：通过DFT将PDP变换到频域，得到处理后的信道系数。

将抑制噪声后的时域信号通过DFT变换回频域，就得到了最终的纯净的信道系数。

另外，需要说明的是，在LTE系统中，共有34种符合式上式(1)的上行RB配置，每种配置对应一组PDP保留的样点数，包括起始保留样点数和末尾保留样点数，为了提高接收机的查询效率，可以将上述34组保留的样点数以RB配置为索引生成查询表，并将该查询表保存到接收机的片上内存中。此处片上内存指接收机内的DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理器)芯片上的内存，上述本申请实施例中的信道系数估计过程可以在DSP芯片上运行。

与本发明信道系数估计方法的实施例相对应，本发明还提供了信道系数估计装置的实施例。

参见图3，为本申请信道系数估计装置的第一实施例框图：

该信道系数估计装置包括：接收单元310、获得单元320、计算单元330、扩展单元340、变换单元350和置零单元360。

其中，接收单元310，用于接收上行参考信号；

获得单元320，用于根据所述上行参考信号获得含有噪声的实际信道系数；

计算单元330，用于计算虚拟信道系数；

扩展单元340，用于根据所述虚拟信道系数对所述实际信道系数的频谱进行扩展，得到扩展后的信道系数；

变换单元350，用于通过离散傅里叶反变换IDFT将所述扩展后的信道系数变换为时域的功率延迟谱；

置零单元360，用于将所述功率延迟谱中的噪声置零；

所述变换单元350，还用于通过离散傅里叶变换DFT将所述功率延迟谱变换到频域，得到处理后的信道系数。

参见图4，为本申请信道系数估计装置的第二实施例框图：

该信道系数估计装置包括：接收单元410、获得单元420、计算单元430、扩展单元440、变换单元450、置零单元460、设置单元470和保存单元480。

其中，接收单元410，用于接收上行参考信号；

获得单元420，用于根据所述上行参考信号获得含有噪声的实际信道系数；

计算单元430，用于计算虚拟信道系数；

扩展单元440，用于根据所述虚拟信道系数对所述实际信道系数的频谱进行扩展，得到扩展后的信道系数；

变换单元450，用于通过离散傅里叶反变换IDFT将所述扩展后的信道系数变换为时域的功率延迟谱；

置零单元460，用于将所述功率延迟谱中的噪声置零；

所述变换单元450，还用于通过离散傅里叶变换DFT将所述功率延迟谱变换到频域，得到处理后的信道系数；

设置单元470，用于根据对资源块RB的配置，分别对每种配置的对应的信道系数设置起始点数和末尾点数；

保存单元480，用于以所述RB的配置为索引，保存包含每种RB的配置与对应的起始点数和末尾点数的对应关系查询表。

具体的，获得单元420可以包括(图4中未示出)：信号提取单元，用于提取本地信号；信号共轭单元，用于将所述上行参考信号与所述本地信号共轭相乘得到所述含有噪声的实际信道系数。

具体的，计算单元430可以包括(图4中未示出)：长度确定单元，用于根据所述实际信道系数的长度确定虚拟信道系数的长度；系数计算单元，用于根据所述虚拟信道系数的长度计算所述虚拟信道系数，所述计算出的虚拟信道系数为能够将所述实际信道系数与所述虚拟信道系数的频谱进行平滑过度的虚拟信道系数。

具体的，扩展单元440用于在所述实际信道系数之后插入所述虚拟信道系数，得到扩展后的信道系数，所述扩展后的信道系数的频谱首尾相位连续。

具体的，置零单元460可以包括(图4中未示出)：点数获取单元，用于获取预先设置的起始点数和末尾点数；点数保留单元，用于保留所述功率谱中起始位置处与所述起始点数一致的样点，以及末尾位置处与所述末尾点数一致的样点；点数清零单元，用于将除所述保留的样点之外的剩余样点清零。

通过以上的实施方式的描述可知，本申请中接收上行参考信号后，根据上行参考信号获得含有噪声的实际信道系数，计算虚拟信道系数，并根据虚拟信道系数对实际信道系数的频谱进行扩展，得到扩展后的信道系数，通过IDFT将扩展后的信道系数变换为时域的功率延迟谱，将功率延迟谱中的噪声置零，并通过离散傅里叶变换DFT将功率延迟谱变换到频域，得到处理后的信道系数。应用本申请实施例对信道系数进行估计，可以有效去除信号在传输过程中收到的噪声干扰，提高信道系数估计的准确性；并且，由于本申请中的虚拟信道系数计算方法相对简单，因此可以提高硬件处理效率，并应用在实时性要求较高的LTE系统中。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种信道系数估计方法，其特征在于，包括：

接收上行参考信号后，提取本地信号、将所述上行参考信号与所述本地信号共轭相乘得到含有噪声的实际信道系数；

根据所述实际信道系数的长度确定虚拟信道系数的长度；

根据所述虚拟信道系数的长度计算所述虚拟信道系数，所述计算出的虚拟信道系数为能够将所述实际信道系数与所述虚拟信道系数的频谱进行平滑过度的虚拟信道系数；

根据所述虚拟信道系数对所述实际信道系数的频谱进行扩展，得到扩展后的信道系数；

通过离散傅里叶反变换IDFT将所述扩展后的信道系数变换为时域的功率延迟谱；

将所述功率延迟谱中的噪声置零，并通过离散傅里叶变换DFT将所述功率延迟谱变换到频域，得到处理后的信道系数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据虚拟信道系数对实际信道系数的频谱进行扩展包括：

在所述实际信道系数之后插入所述虚拟信道系数，得到扩展后的信道系数，所述扩展后的信道系数的频谱首尾相位连续。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述功率延迟谱中的噪声置零包括：

获取预先设置的起始点数和末尾点数；

保留所述功率延迟谱中起始位置处与所述起始点数一致的样点，以及末尾位置处与所述末尾点数一致的样点；

将除所述保留的样点之外的剩余样点清零。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：

根据对资源块RB的配置，分别对每种配置对应的信道系数设置起始点数和末尾点数；

以所述RB的配置为索引，保存包含每种RB的配置与对应的起始点数和末尾点数的对应关系查询表。

5.一种信道系数估计装置，其特征在于，包括：

接收单元，用于接收上行参考信号；

获得单元，用于提取本地信号、将所述上行参考信号与所述本地信号共轭相乘得到含有噪声的实际信道系数；长度确定单元，用于根据所述实际信道系数的长度确定虚拟信道系数的长度；

系数计算单元，用于根据所述虚拟信道系数的长度计算所述虚拟信道系数，所述计算出的虚拟信道系数为能够将所述实际信道系数与所述虚拟信道系数的频谱进行平滑过度的虚拟信道系数；

扩展单元，用于根据所述虚拟信道系数对所述实际信道系数的频谱进行扩展，得到扩展后的信道系数；

变换单元，用于通过离散傅里叶反变换IDFT将所述扩展后的信道系数变换为时域的功率延迟谱；

置零单元，用于将所述功率延迟谱中的噪声置零；

所述变换单元，还用于通过离散傅里叶变换DFT将所述功率延迟谱变换到频域，得到处理后的信道系数。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述扩展单元，具体用于在所述实际信道系数之后插入所述虚拟信道系数，得到扩展后的信道系数，所述扩展后的信道系数的频谱首尾相位连续。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，置零单元包括：

点数获取单元，用于获取预先设置的起始点数和末尾点数；

点数保留单元，用于保留所述功率延迟谱中起始位置处与所述起始点数一致的样点，以及末尾位置处与所述末尾点数一致的样点；

点数清零单元，用于将除所述保留的样点之外的剩余样点清零。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：

设置单元，用于根据对资源块RB的配置，分别对每种配置的对应的信道系数设置起始点数和末尾点数；

保存单元，用于以所述RB的配置为索引，保存包含每种RB的配置与对应的起始点数和末尾点数的对应关系查询表。

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