CN102104433B - 符号检测方法和符号检测设备 - Google Patents

Abstract

根据本发明，提出了一种移动通信系统的接收端处的符号检测设备，包括：接收装置，接收并提取来自发射端的数据中的子帧；信道估计装置，对接收到的子帧的导频符号进行信道估计，以得到导频符号的信道响应，以及利用从均衡、硬判决和解调装置获得的与导频符号相邻的数据符号的均衡、硬判决和解调后的结果对所述数据符号进行信道估计，以得到所述数据符号的信道响应；以及均衡、硬判决和解调装置，利用导频信号的信道响应对所述数据符号执行均衡、硬判决和解调；以及利用从信道估计装置所得到的所述数据符号的信道响应，对与数据符号相邻的另一数据符号执行均衡、硬判决和解调。

Description

符号检测方法和符号检测设备

技术领域

本发明涉及移动通信领域，更具体地，提出了一种移动通信系统的接收端处的符号检测方法和符号检测设备，能够改善在高速和高SNR环境下的接收性能。

背景技术

在高速环境下，信道响应随着时间变化非常显著，因而如何根据对导频符号的信道估计结果来精确地估计数据符号的信道响应已经成为技术热点，这是因为信道响应对最终检测性能具有显著的影响。

为了解决这一问题，本发明提出了一种联合信道估计和符号反馈检测算法，用于在高速和高信噪比(SNR)环境下的LTE(长期演进)上行链路接收分集的检测性能，并具有可接受的实现复杂度。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷提出了本发明。因此，本发明的目的是提出一种移动通信系统的接收端处的符号检测方法和符号检测设备，能够改善在高速和高SNR环境下的接收性能。

为了实现上述目的，根据本发明，提出了一种移动通信系统的接收端处的符号检测方法，包括：对接收到的子帧的导频符号进行信道估计，以得到导频符号的信道响应；利用导频信号的信道响应对与导频符号相邻的数据符号执行均衡、硬判决和解调；利用所述数据符号的均衡、硬判决和解调后的结果对所述数据符号进行信道估计，以得到所述数据符号的信道响应；以及利用所得到的所述数据符号的信道响应，对与数据符号相邻的另一数据符号执行均衡、硬判决和解调。

优选地，所述方法还包括：利用所述另一数据符号的均衡、硬判决和解调后的结果对所述另一数据符号进行信道估计，以得到所述另一数据符号的信道响应；以及利用所得到的所述另一数据符号的信道响应，对与另一数据符号相邻的再一数据符号执行均衡、硬判决和解调，依次类推。

优选地，所述方法还包括：将所述导频符号和数据符号的信道响应进行滤波，以去除残余噪声。

优选地，所述导频符号和所述数据符号是承载在多个子载波上的正交频分复用OFDM符号。

优选地，所述移动通信系统应用于长期演进LTE系统的上行链路接收分集。

为了实现上述目的，根据本发明，还提出了一种移动通信系统的接收端处的符号检测设备，包括：接收装置，接收并提取来自发射端的数据中的子帧；信道估计装置，对接收到的子帧的导频符号进行信道估计，以得到导频符号的信道响应，以及利用从均衡、硬判决和解调装置获得的与导频符号相邻的数据符号的均衡、硬判决和解调后的结果对所述数据符号进行信道估计，以得到所述数据符号的信道响应；以及均衡、硬判决和解调装置，利用导频信号的信道响应对所述数据符号执行均衡、硬判决和解调；以及利用从信道估计装置所得到的所述数据符号的信道响应，对与数据符号相邻的另一数据符号执行均衡、硬判决和解调。

附图说明

通过参考以下结合附图对所采用的优选实施例的详细描述，本发明的上述目的、优点和特征将变得显而易见，其中：

图1是示出了LTE上行帧结构的示意图；

图2是示出了现有技术的线性插值算法的示意图；

图3是示出了现有技术的(最小均方误差)MMSE滤波算法的示意图；

图4是根据本发明的实施例的符号检测方法的流程图；以及

图5是根据本发明的实施例的符号检测设备的方框图。

具体实施方式

图1示出了LTE上行链路的帧结构。1个子帧持续1ms，并且由14个OFDM符号组成。符号4和11用来承载导频，被称为导频符号，而其他符号用来承载用户数据，因而被称为数据符号。图中所示的每一个(正交频分复用)OFDM符号的子载波数量由系统带宽决定，并且在10MHz的LTE系统中N＝1024。

在实际的LTE系统中，存在两种普遍的时域插值算法：(1)线性插值；以及(2)时域的(最小均方误差)MMSE滤波。

如图2所示的线性插值算法假定信道响应(幅度和相位)是在给定持续时间(例如1个TTI(传输时间间隔)或者1个时隙)内是恒定的或者线性变化的。因此，根据对两个导频符号的信道估计结果，可以根据以上假设来有效地估计对数据符号的信道响应。该恒定信道假设在无线信道的时变特性并不明显的低速移动情况下是合理的，而在高速移动情况下，由于信道响应的时变特性变得越加明显，因此该假设不再合理。在经典多普勒频谱中，时变信道的相关函数遵循贝塞耳函数，该函数具有明显的非线性特性，因此线性假设在高速移动情况下也不在适用。

如图3所示的MMSE滤波算法假定时变信道的相关函数遵循具有两个参数的贝塞耳函数，这两个参数是速度和SNR，并且根据对速度和SNR的精确估计，该算法可以获得比线性插值算法更好的信道估计。图3中的H₁(i)和H₂(i)表示第i个子载波上的2个导频的信道估计。然而，该MMSE滤波算法的性能高度取决于先验信道模型和速度估计，因而由于以下三点原因在实际系统中无法获得好的性能：

(1)给定的先验信道模型无法覆盖所有传播环境；

(2)在实际系统中难以获得鲁棒且精确的速度估计；

(3)在高速情况下时域相关变得较弱。

显然，这两种算法均无法在高速环境下提供令人满意的解决方案。

根据本发明，提出了一种应用于LTE上行链路接收分集的联合信道估计和符号检测反馈算法。该算法的基本思想是：对均衡后的数据进行硬判决，然后根据接收数据和硬判决结果对数据符号进行信道估计，并且信道估计结果用于对相邻数据OFDM符号进行均衡。通常，与非相邻OFDM符号相比，相邻OFDM符号之间的信道更可能保持恒定或线性变化。

本发明的算法的处理流程如下所述，其中假定处于10MHz的LTE系统。假定在上行链路中存在单个用户，并且单个用户的发射信号可以表达为：

$S[n,k]=\left\{\begin{array}{ccc}P[n,k]& n=\mathrm{4,11},& k\∈\left[\mathrm{0,1023}\right]\\ X[n,k]& n=\mathrm{1,2,3,5,6,7,8,9,10,12,13,14},& k\∈\left[\mathrm{0,1023}\right]\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中P[n，k]和X[n，k]分别表示导频符号和数据符号，并且n表示第n个OFDM符号。k表示第k个子载波。接收信号在频域中可以表达为：

R[n，k]＝S[n，k]·H[n，k]+W[n，k]    (2)

其中H[n，k]是频域中的信道响应，而W[n，k]是AWGN(加性高斯白噪声)的FFT结果。在接收侧，对导频符号的最小平方(LS)信道估计可以表达为：

$H_{\mathrm{LS}}[i,j]=\frac{R[i,j]}{P[i,j]}=H[i,j]+\frac{W[i,j]}{P[i,j]},i=\mathrm{4,11};j\∈\left[\mathrm{0,1023}\right]---\left(3\right)$

作为整个处理的初始输入，对导频符号的信道估计应当尽可能精确。为了去除残余噪声，应该在频域或时域中对等式(3)中的信道估计结果进行滤波。根据对导频符号的精确信道估计，可以按照如图4所示的以下步骤来实现本发明的算法。

第一步，对导频符号4和11(导频符号)进行信道估计，并且将该结果(导频符号的信道响应)用作初始输入：

$\hat{H}[i,k]=\mathrm{filter}\left(\frac{R[i,k]}{P[i,k]}\right),i=\mathrm{4,11}---\left(4\right)$

其中函数“filter”表示时域滤波，以下也是如此

第二步，利用对导频符号4的信道估计来执行对与导频符号4相邻的数据符号3和5的均衡、硬判决和解调：

$\hat{S}[i,k]=\frac{1}{{\left|{\hat{H}}_{00}\right[4,k\left]\right|}^2+{\left|{\hat{H}}_{10}\right[4,k\left]\right|}^2+{\mathrm{\σ}}^2}\left[\begin{array}{cc}{\hat{H}}_{00}{[4,k]}^{*}& {\hat{H}}_{10}{[4,k]}^{*}\end{array}\right]\·R^H[i,k],i=\mathrm{3,5}---\left(5\right)$

$\hat{C}[i,k]=\mathrm{de}\mathrm{mod}\mathrm{ulate}\left(\hat{S}\right[i,k\left]\right),i=\mathrm{3,5}---\left(6\right)$

其中，函数“demodulate”表示解调和硬判决，以下也是如此。

第三步，利用对导频符号11的信道估计来执行对与导频符号11相邻的数据符号10和12的均衡、硬判决和解调：

$\hat{S}[i,k]=\frac{1}{{\left|{\hat{H}}_{00}\right[11,k\left]\right|}^2+{\left|{\hat{H}}_{10}\right[11,k\left]\right|}^2+{\mathrm{\σ}}^2}\left[\begin{array}{cc}{\hat{H}}_{00}{[11,k]}^{*}& {\hat{H}}_{10}{[11,k]}^{*}\end{array}\right]\·R^H[i,k],i=\mathrm{10,12}---\left(7\right)$

$\hat{C}[i,k]=\mathrm{de}\mathrm{mod}\mathrm{ulate}\left(\hat{S}\right[i,k\left]\right),i=\mathrm{10,12}---\left(8\right)$

第四步，将数据符号3、5、10和12的均衡、硬判决和解调的结果进行调制，然后将调制结果反馈到信道估计模块：

$\hat{P}[i,k]=\mathrm{mod}\mathrm{ulate}\left(\hat{C}\right[i,k\left]\right),i=\mathrm{3,5,10,12}---\left(9\right)$

其中，函数”modulate”表示对硬判决结果进行调制，以下也是如此。

第五步，对数据符号3、5、10和12进行信道估计，以获得数据符号3、5、10和12的信道响应：

$\hat{H}[i,k]=\mathrm{filter}\left(\frac{R[i,k]}{\hat{P}[i,k]}\right),i=\mathrm{3,5,10,12}---\left(10\right)$

第六步，利用对数据符号3和5的信道估计结果来执行对与数据符号3和5相邻的数据符号2和6的均衡、硬判决和解调，类似于以上的第二步。然后，对数据符号2和6的均衡、硬判决和解调结果进行调制，将调制结果

[2，k]和

[6，k]反馈到信道估计模块，以得到对数据符号2和6的信道响应：

[2，k]和[6，k]，类似于以上的第五步。

第七步，利用对数据符号10和12的信道估计结果来执行对与数据符号10和12相邻的数据符号9和13的均衡、硬判决和解调，类似于以上第三步，然后，对数据符号9和13的均衡、硬判决和解调的结果进行调制，将调制结果

[9，k]和

[13，k]反馈到信道估计模块，以得到对数据符号9和13的信道响应

[9，k]和

[13，k]，类似于以上的第五步。

第八步，利用数据符号2和6的信道响应来执行对与数据符号2和6相邻的数据符号1和7的均衡、硬判决和解调，类似于以上的第二步。

第九步，利用数据符号9和13的信道响应来执行对与数据符号9和13相邻的数据符号8和14的均衡、硬判决和解调，类似于以上的第三步。

图5是根据本发明的实施例的符号检测设备的方框图。

如图5所示，根据本发明的符号检测设备包括

根据本发明的算法能够在高速和高SNR环境下提供比现有方法更好和更为鲁棒的接收性能。该算法的实现复杂度和处理等待时间对于实际系统而言是可接受的，因而具有更高的实用性。

相对于线性插值算法，根据本发明的算法能够提供更好的跟踪高速和高SNR环境下非线性时变信道的能力，因而比线性插值算法具有更好的检测性能。

相对于MMSE滤波算法，由于其在给定信道模型上是独立的且对于速度估计的精度并不敏感，因而根据本发明的算法更为鲁棒。这也表明本发明的算法的复杂度将小于MMSE滤波算法，因为MMSE滤波算法如果想要获得更好的性能，则需要更多资源来获得鲁棒和精确的信道参数。因此，根据本发明的算法比MMSE滤波算法具有更好的实际性能。

尽管以上已经结合本发明的优选实施例示出了本发明，但是本领域的技术人员将会理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种修改、替换和改变。因此，本发明不应由上述实施例来限定，而应由所附权利要求及其等价物来限定。

Claims (9)

1.一种用于LTE上行链路接收分集的联合信道估计和符号检测反馈方法，包括：

对接收到的子帧的导频符号进行信道估计，以得到导频符号的信道响应；

利用导频信号的信道响应对与导频符号相邻的数据符号执行均衡、硬判决和解调；

利用所述数据符号的均衡、硬判决和解调后的结果对所述数据符号进行信道估计，以得到所述数据符号的信道响应；以及

利用所得到的所述数据符号的信道响应，对与数据符号相邻的另一数据符号执行均衡、硬判决和解调。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

利用所述另一数据符号的均衡、硬判决和解调后的结果对所述另一数据符号进行信道估计，以得到所述另一数据符号的信道响应；以及

利用所得到的所述另一数据符号的信道响应，对与另一数据符号相邻的再一数据符号执行均衡、硬判决和解调，依次类推。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括：

将所述导频符号和数据符号的信道响应进行滤波，以去除残余噪声。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述导频符号和所述数据符号是承载在多个子载波上的正交频分复用OFDM符号。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述移动通信系统应用于长期演进LTE系统的上行链路接收分集。

6.一种用于LTE上行链路接收分集的联合信道估计和符号检测反馈设备，包括：

接收装置，接收并提取来自发射端的数据中的子帧；

信道估计装置，对接收到的子帧的导频符号进行信道估计，以得到导频符号的信道响应，以及利用从均衡、硬判决和解调装置获得的与导频符号相邻的数据符号的均衡、硬判决和解调后的结果对所述数据符号进行信道估计，以得到所述数据符号的信道响应；以及

均衡、硬判决和解调装置，利用导频信号的信道响应对所述数据符号执行均衡、硬判决和解调；以及利用从信道估计装置所得到的所述数据符号的信道响应，对与数据符号相邻的另一数据符号执行均衡、硬判决和解调。

7.根据权利要求6所述的设备，其中

所述信道估计装置利用从均衡、硬判决和解调装置获得的所述另一数据符号的均衡、硬判决和解调后的结果对所述另一数据符号进行信道估计，以得到所述另一数据符号的信道响应；以及

所述均衡、硬判决和解调装置利用所得到的所述另一数据符号的信道响应，对与另一数据符号相邻的再一数据符号执行均衡、硬判决和解调，依次类推。

8.根据权利要求6所述的设备，其中所述导频符号和所述数据符号是承载在多个子载波上的正交频分复用OFDM符号。

9.根据权利要求6所述的设备，其中所述移动通信系统应用于长期演进LTE系统的上行链路接收分集。

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