CN102065029B - 一种td-scdma系统信道估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种TD-SCDMA系统信道估计方法，包括利用训练序列进行信道响应估计，使用MMSE估计和路径搜索，得到信道脉冲响应其特征在于，进一步包括以下步骤：设有L个信道估计响应值，根据所述计算出L个tapScale值如下：n＝0，…，L-1其中σ²表示接收信号中的噪声功率，noisescale表示缩放因子，取值为0，1，2，3，…，为0则表示不进行MMSE估计。本发明的TD-SCDMA通信系统信道估计的方法，在传统的信道估计之后，对得到的信道响应进一步去噪处理，提高了准确性和有效性。

Description

一种TD-SCDMA系统信道估计方法

技术领域

本发明涉及移动通信技术，尤其涉及时分同步码分多址(Time DivisionSynchronous Code-Division Multiple Access，简称TD-SCDMA)系统信道估计方法。

背景技术

TD-SCDMA系统是由中国无线通信标准化组织提出并得到ITU通过的3G无线通信标准。TD-SCDMA系统是基于时分双工(TDD)方式的第三代移动通信系统，它运用了上行同步、智能天线、联合检测等一系列关键技术，而这些技术的实现都依赖于对无线信道响应的快速而准确的估计。目前有很多信道估计方法，通常的方法都需要进行计算量很大的矩阵求逆运算，不能满足实时快速的要求。B.Steine等人提出了一种适用于同步CDMA系统的信道估计方法，它将复杂的线性卷积化为简单的循环卷积，用相关器进行实现，极大地简化了计算量和提高了估计速度。但是，Steiner估计器的性能受信道中背景噪声的影响，输出端相比输入端会有信噪比的降低。直接用这种方法估计得到的信道响应与真实值具有一定误差，影响了系统性能。

针对Steiner估计器的上述缺点的一种解决方法，即将估计器的输出进行门限后处理，去掉门限值以下的那些信道响应值(主要由噪声贡献)，通过选择合适的门限，在保留信号响应的同时尽量地去掉噪声。对于具体用什么参数与门限比较，目前选择方案有许多，但是准确性和有效性均不是很高。

发明内容

本发明的目的就是提出一种时分同步码分多址系统中信道估计方法，提高估计值的准确性，增强系统性能。

本发明的技术方案是，一种TD-SCDMA系统信道估计方法，包括利用训练序列进行信道响应估计，使用MMSE估计，得到信道脉冲响应其特征在于，进一步包括以下步骤：

设有L个信道估计响应值，根据所述计算出L个tapScale值如下：

$\mathrm{tapscale}\left(n\right)=\frac{{\left|\hat{h}\left(n\right)\right|}^2}{{\left|\hat{h}\left(n\right)\right|}^2+{\mathrm{\σ}}^2*\mathrm{noisescale}},n=0,...,L-1$

其中σ²表示接收信号中的噪声功率，noisescale表示缩放因子，取值为0，1，2，3，…，为0则表示不进行MMSE估计；

将所述L个tapScale(n)值分成K组，每组M个(M＝L/K)，计算每组的功率，找出最大功率的一组，假设为第P组，则将第P组的M个数据赋值到数组tapscale_max(n)中，其中

tapscale_max(n)＝tapScale(n+P*M)，n＝0，…，M-1

令tapscale_new(n)＝tapscale_new(n)*alpha+tapscale_max(n)*(1-alpha)，n＝0，…，M-1其中alpha为一加权参数；

设置门限，包括第一门限为thre_a和第二门限为thre_b，根据估计的信道脉冲响应值，计算para_a(n)＝tapscale(n)，para_b(n)＝tapscale_new(n)；

若para_a(n)＜thre_a，且para_b(n)＜thre_b，则该径为无效径，将该置0，且至少保留一个最大的径；

对K-1个组分别重复上述步骤。

在确定本次L个信道估计响应值基础上，对前次L个信道响应值进行判断，若在前次判断中第n径是无效径，则执行步骤A，否则执行步骤B，其中，

步骤A，对于本次L个信道响应值判断，若第n径是无效径则判决本次L个信道响应值第n径是无效径，否则设定第三门限为thre_c，这里thre_c＞thre_a，thre_c＞thr_b，若para_a(n)＞thre_c，且para_b(n)＞thre_c，则判决本次的L个信道响应值的第n径是有效径；

步骤B，对于本次L个信道响应值判断，若第n径是有效径则判决本次L个信道响应值第n径是有效径，否则设定第四门限为thre_d，这里thre_d＜thre_a，thre_d＜thre_b，若para_a(n)＜thre_d，且para_b(n)＜thre_d则判决本次的L个信道响应值的第n径是无效径。

本发明的TD-SCDMA通信系统信道估计的方法，在传统的信道估计之后，对得到的信道响应进一步去噪处理，提高了准确性和有效性。

附图说明

图1为本发明技术方案涉及的方法的流程图

图2为TD-SCDMA系统的burst结构图

图3是本发明一实施例的方法中门限判决流程图

图4是本发明一实施例的方法中门限判决流程图

图5是本发明一实施例的门限判决流程图

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

本发明提出的信道估计方法是在传统信道估计方法的基础上，分别利用MMSE估计，路径搜索以及MMSE估计和路径搜索相结合的方法，对所估计的信道响应进一步处理，如图1所示，具体步骤为：

第一步，利用训练序列进行信道响应的估计

在TD-SCDMA系统中，每个时隙的每个码道由两个数据块(Data symbols)、一个训练块(Midamble)和一个保护间隔(GP)组成，见附图2所示，其中，训练序列的作用就是进行信道估计。

因为各用户使用的训练序列是由基本midamble序列循环移位得到的，基本midamble序列可表示为

m_L＝(m₁，m₂，…m_L)^T                    (1)

训练序列经过信道后，接收信道的的midamble部分相当于基本midamble码与对应不同窗的多用户信道冲击响应的循环卷积附加高斯白噪声得到，

e＝Gh+n                                (2)

其中G是循环矩阵，由训练序列循环移位得到；

h是信道脉冲响应，

n是高斯白噪声。

得到的信道响应估计值为：

$\hat{h}=G^{-1}e=h+G^{-1}n---\left(3\right)$

利用循环矩阵的性质，可以通过FFT来简化计算，从而得到

$\hat{h}=G^{-1}e=\mathrm{IFFT}(\mathrm{FFT}\left(e\right)/\mathrm{FFT}\left(m_L\right))---\left(4\right)$

第二步，进一步将低噪声的影响

从式(3)可看出，信道估计值受噪声的影响，必须消除或尽量减弱这些噪声的影响，可以使用下面三种方法。

方法一，MMSE估计

得到h(n)后，再使用MMSE估计，得到新的信道响应为

${\hat{h}}_{\mathrm{mmse}}\left(n\right)=\hat{h}\left(n\right)\frac{{\left|\hat{h}\left(n\right)\right|}^2}{{\left|\hat{h}\left(n\right)\right|}^2+{\mathrm{\σ}}^2*\mathrm{noisescale}}---\left(5\right)$

其中σ²表示接收信号中的噪声功率，noisescale表示缩放因子，取值为0，1，2，3，...，为0则表示不进行MMSE估计。

方法二，路径搜索

假设有L个信道估计响应值，根据这些h(n)，计算出L个tapScale值如下

$\mathrm{tapscale}\left(n\right)=\frac{{\left|\hat{h}\left(n\right)\right|}^2}{{\left|\hat{h}\left(n\right)\right|}^2+{\mathrm{\σ}}^2*\mathrm{noisescale}},n=0,...,L-1---\left(6\right)$

将这L个数据分成K组(也称为K个窗)，每组M个(M＝L/K)，计算每组的功率，找出最大功率的一组，假设为第P组，则将第P组的M个数据赋值到数组tapscale_max中，

tapscale_max(n)＝tapScale(n+P*M)，n＝0，...，M-1        (7)

再计算新的talScale值tapscale_new，tapscale_new是本次计算的tapscale_max与以前的tapscale_new加权得到，如下

tapscale_new(n)＝tapscale_new(n)*alpha+tapscale_max(n)*(1-alpha)，m＝0，...，M-1              (8)

其中alpha为一加权参数，可由仿真得到。

如图3所示，设置门限，对L个信道估计值h(n)，总共K个窗，从第1个窗开始，如果tapscale_new(n)小于第一个门限，并且tapscale(n)小于第二个门限，那么则认为这个窗的第n径是无效径，将置0，但是要避免所有的径都小于门限而被删除，所以要至少保留一个最大的径；同理对剩下的K-1个窗也做相同的处理，删除无效径。门限的大小会影响系统性能，可根据仿真确定。

方法三，结合MMSE估计和路径搜索，就是前两种方法结合起来。首先按式(5)计算然后按方法二的步骤计算tapScale[n]和tapscale_new[m]，只是在删除无效径时，是将置0。

在方法二和方法三中，还可进行如下的门限判决：

(1)如果上一次判决信道响应h(n)中的第n径是无效径，而本次判决时，tapscale(n)和对应的tapscale_max值均大于一个大的门限值，则认为该径是有效径；如果上一次判决h(n)中的第n径是有效径，而本次判决时，tapscale(n)和对应的tapscale_max值小于一个小的门限值，则认为该径是无效径，如图4所示。

在确定本次L个信道估计响应值基础上，对前次L个信道响应值进行判断，若在前次判断中第n径是无效径，则执行步骤A，否则执行步骤B，其中，

步骤A，对于本次L个信道响应值判断，若第n径是无效径则判决本次L个信道响应值第n径是无效径，否则设定第三门限为thre_c，这里thre_c＞thre_a，thre_c＞thre_b，若para_a(n)＞thre_c，且para_b(n)＞thre_c，则判决本次的L个信道响应值的第n径是有效径；

步骤B，对于本次L个信道响应值判断，若第n径是有效径则判决本次L个信道响应值第n径是有效径，否则设定第四门限为thre_d，这里thre_d＜thre_a，thre_d＜thre_b，若para_a(n)＜thre_d，且para_b(n)＜thre_d则判决本次的L个信道响应值的第n径是无效径。

(2)在判断信道响应h(n)中的有效径时，用于激活窗检测时使用门限与用于联合检测使用的门限不同。也就是说，在计算K个窗功率时，去除的无效径要基于一组门限值判断，假定为门限1；而在信道估计之后的后续联合检测计算中，因为也要用到信道响应h(n)，对于该h(n)的无效径去除，是基于另一组门限值，假定为门限2，通过两组不同的门限判断，如图5所示的流程图描述了前述的处理结果。

Claims (2)

1.一种TD-SCDMA系统信道估计方法，包括利用训练序列进行信道响应估计，使用MMSE估计，得到信道脉冲响应其特征在于，进一步包括以下步骤：

设有L个信道估计响应值，根据所述计算出L个tapscale值如下：

$\mathrm{tapscale}\left(n\right)=\frac{{\left|\hat{h}\left(n\right)\right|}^2}{{\left|\hat{h}\left(n\right)\right|}^2+{\mathrm{\σ}}^2*\mathrm{noisescale}},n=0,...,L-1$

其中σ²表示接收信号中的噪声功率，noisescale表示缩放因子，取值为0，1，2，3，…，为0则表示不进行MMSE估计；

将所述L个tapscale(n)值分成K组，每组M个，即M＝L/K，计算每组的功率，找出最大功率的一组，假设为第P组，则将第P组的M个数据赋值到数组tapscale_max(m)中，其中

tapscale_max(m)＝tapscale(m+P*M),m＝0，…，M-1

令tapscale_new(m)＝tapscale_new(m)*alpha+tapscale_max(m)*(1-alpha),m＝0，…，M-1，其中alpha为一加权参数，tapscale_new()为新的tapscale()值；

对K-1个组分别重复上述步骤；

设置门限，包括第一门限为thre_a和第二门限为thre_b，根据估计的信道脉冲响应值，计算para_a(n)＝tapscale(n),para_b(n)＝tapscale_new(n)；

若para_a(n)<thre_a,且para_b(n)<thre_b，则该径为无效径，将该置0，且至少保留一个最大的径。

2.如权利要求1所述的TD-SCDMA系统信道估计方法，其特征在于，进一步包括如下步骤：

在确定本次L个信道估计响应值的基础上，对前次L个信道响应值进行判断，若在前次判断中第n径是无效径，则执行步骤A，否则执行步骤B，其中，

步骤A，对于本次L个信道响应值判断，若第n径是无效径则判决本次L个信道响应值第n径是无效径，否则设定第三门限为thre_c,这里thre_c>thre_a,thre_c>thre_b,若para_a(n)>thre_c，且para_b(n)>thre_c,则判决本次的L个信道响应值的第n径是有效径；

步骤B，对于本次L个信道响应值判断，若第n径是有效径则判决本次L个信道响应值第n径是有效径，否则设定第四门限为thre_d，这里thre_d<thre_a,thre_d<thre_b,若para_a(n)<thre_d，且para_b(n)<thre_d则判决本次的L个信道响应值的第n径是无效径。