CN102238110A - 多用户信道估计方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多用户信道估计方法及装置。该方法包括：接收机利用接收到的频域导频解调参考信号和本地的频域导频解调参考信号，获取目标用户在导频位置的M个频域信道估计值；从M个频域信道估计值中抽取R个值，利用抽取得到的R个值对M个频域信道估计值进行扩展，得到M+R个频域信道估计值；将M+R个频域信道估计值变换到时域，得到M+R个时域信道估计值；利用目标用户的信道估计窗对M+R个时域信道估计值进行降噪处理，得到降噪后的M+R个时域信道估计值；将降噪后的M+R个时域信道估计值变换到频域，从中提取有效子载波上的信道估计值。通过本发明，可以提高接收机解调性能。

Description

多用户信道估计方法及装置

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种多用户信道估计方法及装置。

背景技术

长期演进(Long Term Evolution，简称为LTE)改进并增强了第三代移动通信系统(简称为3G)的空中接入技术。与3G相比，LTE更具技术优势，主要体现在更高的用户数据速率、分组传送、降低系统延迟、系统容量和覆盖的改善以及运营成本的降低等方面。

在相关技术中，LTE上行链路传输方案采用带循环前缀(cycleprefix，简称为CP)的单载波频分复用多址系统(简称为SC-FDMA)，上行用户间能在频域相互正交，并且在接收机一侧能得到有效的频域均衡，从而可以降低发射终端的峰均功率比，减小终端的体积和成本。在无线通信系统中，由于发射机和接收机之间的传播路径非常复杂和多变，无线信道会导致接收信号的畸变，包括幅度、相位和频率。为了能正确地解出发端信号，接收机必须进行信道估计。

目前，在上行采用带循环前缀的SC-FDMA传输方案中，在进行信道估计时，使用DFT获得频域信号，然后插入零符号进行频谱搬移，搬移后的信号再通过IFFT(因此，SC-FDMA系统也称DFT-S-OFDM系统)，并在发送信号设计了解调参考信号用来做信道估计。在实际的信道中由于时延并不可能总是采样间隔的整数倍，从而将导致泄露。因此，在信道后处理删除噪声时，过多的引入噪声径会降低接收机解调性能，并且，不当的删除有用信号径也会降低接收机的解调性能，损失系统容量。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种多用户信道估计方法及装置，以至少解决上述问题之一。

根据本发明的一个方面，提供了一种多用户信道估计方法，包括：接收机利用接收到的频域导频解调参考信号和本地的频域导频解调参考信号，获取目标用户在导频位置的M个频域信道估计值，M为导频子载波的总数；从M个频域信道估计值中抽取R个值，利用抽取得到的R个值对M个频域信道估计值进行扩展，得到M+R个频域信道估计值，其中，R为相同时频资源块上承载的用户数K_user的整数倍；将M+R个频域信道估计值变换到时域，得到M+R个时域信道估计值；利用目标用户的信道估计窗对M+R个时域信道估计值进行降噪处理，得到降噪后的M+R个时域信道估计值；将降噪后的M+R个时域信道估计值变换到频域，从中提取有效子载波上的信道估计值。

根据本发明的另一方面，提供了一种多用户信道估计装置，包括：接收模块，用于接收频域导频解调参考信号；频域估计模块，用于利用接收模块接收到的频域导频解调参考信号与本地的频域导频解调参考信号，获取目标用户在导频位置的M个频域信道估计值，M为导频子载波的总数；扩频模块，用于从M个频域信道估计值中抽取R个值，利用抽取得到的R个值对M个频域信道估计进行扩展，得到M+R个频域信道估计，其中，R为相同时频资源块上承载的用户数K_user的整数倍；频时变换模块，用于将扩频模块得到的M+R个频域信道估计变换到时域，得到M+R个时域信道估计；噪声消除模块，用于利用目标用户的信道估计窗对M+R个时域信道估计值进行降噪处理，得到降噪后的M+R个时域信道估计值；时频变换模块，用于将降噪后的M+R个时域信道估计值变换到频域，得到降噪后的M+R个频域信道估计值；提取模块，用于从降噪后的M+R个频域信道估计值中提取有效子载波上的信道估计值，得到经过时域降噪的频域导频位置的信道估计。

通过本发明，通过对解调参考符号频域做信道估计，将频域的导频信道估计在按照用户数频域扩展，再变换到时域，并对时域信道估计进行干扰和噪声的消除，再变换回频域，提取有效子载波上的信道估计值，从而实现多用户的信道估计，有效降低误删除信号径带来的性能损失，从而提高接收机解调性能。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为根据本发明实施例一的多用户信道估计装置的结构示意图；

图2为根据本发明实施例一的多用户信道估计方法的流程图；

图3为根据本发明实施例二的多用户信道估计装置的结构示意图；

图4为根据本发明实施例二的多用户信道估计方法的流程图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

图1为本实施例中多用户信道估计装置的结构示意图，该装置位置接收机侧，用于对接收机接收到的目标用户的信号进行信道估计。该装置主要包括：接收模块10、频域估计模块20、扩频模块30、频时变换模块40、噪声消除模块50、时频变换模块60和提取模块70。

其中，接收模块10，用于接收频域导频解调参考信号；频域估计模块20，用于利用接收模块10接收到的频域导频解调参考信号与本地的频域导频解调参考信号，获取目标用户在导频位置的M个频域信道估计值H_RS(k)，其中，k＝0，...，M-1，M为导频子载波的总数；扩频模块30，用于从M个H_RS(k)中抽取R个值，利用抽取得到的R个值对频域信道估计值H_RS(k)进行扩展，得到M+R个频域信道估计值H_RS，exp(l)，其中，R为相同时频资源块上承载的用户数K_user的整数倍，l＝0，...，M+R-1；频时变换模块40，用于将扩频模块30得到的H_RS，exp(l)变换到时域，得到时域序列h_RS(n)，n＝0，…，M+R-1；噪声消除模块50，用于利用目标用户的信道估计窗对时域序列h_RS(n)进行降噪处理，得到降噪后的M+R个时域信道估计值

时频变换模块60，用于将M+R个时域信道估计值

变换到频域，得到降噪后的M+R个频域信道估计值；提取模块70，用于从时频变换模块60得到的M+R个频域信道估计值中提取有效子载波上的信道估计值，得到经过时域降噪的频域导频位置的信道估计。

通过本实施例的上述多用户信道估计装置，通过扩频模块20利用M个H_RS(k)中的R个值对导频位置的频域信道估计值H_RS(k)进行扩展，从而可以实现多用户的信道估计，能够有效降低误删除信号径带来的性能损失，从而提高接收机的解调性能。

图2为根据本发明实施例一的多用户信道估计方法的流程图，该方法主要包括以下步骤(步骤S200-步骤S208)：

步骤S200，频域估计模块20利用接收模块10接收到的频域导频解调参考信号和本地的频域导频解调参考信号，获取目标用户在导频位置的频域信道估计值H_RS(k)，其中，k＝0，...，M-1，M为导频子载波的总数；

在实际应用中，接收模块10在接收到目标用户发送的信号时，可以从导频位置获取频域导频解调参考信号，而接收机侧将会生成的与目标用户发送时使用的相同的本地的频域导频解调参考信号，从而可以计算出目标用户在导频位置的频域信道估计值。例如，频域估计模块20可以根据频域导频解调参考信号Y_RS(k)和接收端生成与发送端相同的本地频域导频解调参考信号X_RS(k)，计算得到频域上导频位置的信道估计值H_RS(k)为：

$H_{\mathrm{RS}}\left(k\right)=\frac{Y_{\mathrm{RS}}\left(k\right)}{X_{\mathrm{RS}}\left(k\right)},0\≤k\≤M-1$

其中，M表示系统的子载波总数；k表示频域上的编号，取整数。

步骤202，扩频模块30从M个H_RS(k)中抽取R个值，利用抽取得到的R个值对频域信道估计值H_RS(k)进行扩展，得到M+R个频域信道估计值H_RS，epx(l)，其中，R为相同时频资源块上承载的用户数K_user的整数倍，l＝0，...，M+R-1；

例如，如果用户数K_user为2，则R可以为48。

步骤S204，频时变换模块40将M+R个频域信道估计值H_RS，exp(l)变换到时域，得到M+R个时域信道估计值h_RS(n)，n＝0，…，M+R-1；

例如，频时变换模块40可以利用反离散傅里叶变换将H_RS，epx(l)变换到时域。

步骤S206，噪声消除模块50利用目标用户的信道估计窗对M+R个时域信道估计值h_RS(n)进行降噪处理，得到降噪后的M+R个时域信道估计值

例如，目标用户的信道估计窗的窗长L_w可以为：

其中，0≤γ≤1；

利用该窗长，噪声消除模块50将窗外噪声滤掉，即有：

${\tilde{h}}_{\mathrm{RS}}\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}{h}_{\mathrm{RS}}\left(n\right)& n<L_w\\ 0& n\&GreaterEqual;L_w\end{array}\right.;$

步骤S208，时频变换模块60将降噪后的M+R个时域信道估计值

变换到频域，得到经降噪后的M+R个频域估计值

k＝0，…，M+R-1，提取模块70从中提取有效子载波上的信道估计

例如，可以利用离散傅里叶变换将变换到频域。

通过本实施例的上述多用户信道估计方法，扩频模块30利用M个H_RS(k)中的R个值对导频位置的频域信道估计值H_RS(k)进行扩展，频时变换模块40而后再将扩展后的序列变换到时域由噪声消除模块50进行降噪处理，时频变换模块60再将降噪处理后的信道估计转换到频域，得到频域的降噪的信道估计，提取模块70从中选择有效子载波上的信道估计值，从而可以实现多用户的信道估计，能够有效降低误删除信号径带来的性能损失，从而提高接收机的解调性能。

实施例二

图3为本实施例的多用户信道估计装置的结构示意图，如图3所示，本实施例的多用户信道估计装置与实施例一相比的区别之处在于，在本实施例中的扩频模块30由分组模块300、抽取模块302、翻转模块304和扩频计算模块306组成。

其中，分组模块300，用于将M个H_RS(k)分为M/K_user个组；抽取模块302，用于从M/K_user个组中抽取R/K_user个组，得到共R个值H_RS，ext(t)，其中，t＝0，...，R-1；翻转模块304，将抽取得到的H_RS，ext(T)进行按照下式进行翻转，得到H_RS，ext2(t)：

H_RS，ext2(t×K_user：t×K_user+K_user-1)，

＝H_RS，ext((R/K_user-t-1)×K_user+1：(R/K_user-t)×K_user)

其中，t＝0，...，R /K_user-1；

扩频计算模块306，用于按照下面公式对H_RS(k)进行频域扩展，得到H_RS，exp(l)：

通过本实施例的上述多用户信道估计装置，扩频模块30在对频域导频估计值进行扩频时，根据用户数对M个H_RS(k)进行分组，再从M/K_user个组中抽取R/K_user个组，从而可以保证抽取用于扩频的H_RS(k)更符合实际情况，从而提高信道估计的准确性。

需要说明的是，在上述实施例中，虽然扩频计算模块306采用向后扩展的方式将M个频域信道估计值扩展为M+R个频域信道估计值，但并不限于此，在实际应用中，也可以利用抽取的R个值将M个载波信道估计向前扩展得到M+R个频域信道估计值，或者同时向前和向后扩展得到M+R个频域信道估计值。

图4为根据本发明实施例二的多用户信道估计方法的流程图，如图4所示，在本实施例中主要通过以下步骤进行信道估计：

步骤S401，频域估计模块20根据接收模块10接收到的频域导频解调参考信号Y_RS(k)和接收机生成与发送端相同的本地频域导频解调参考信号X_RS(k)，计算得到频域上导频位置的频域信道估计值H_RS(k)：

$H_{\mathrm{RS}}\left(k\right)=\frac{Y_{\mathrm{RS}}\left(k\right)}{X_{\mathrm{RS}}\left(k\right)},0\&le;k\&le;M-1$

其中，M表示子载波的总数，在本实施例中，M＝192；

k表示频域上的编号，取整数。

步骤S402，根据用户数确定R，在本实施例中，假设用户数K_user为2，则可以取扩展子长度R＝48；

在实际应用中，R的具体数值可通过仿真获取；

步骤S403，分组模块300将192个导频子载波上的H_RS(k)的按照长度2进行分组，共分成96个组；

步骤S404，抽取模块302对96个组的H_RS(k)以组为最小单位进行抽取，抽取24个组；

抽取模块302可以采用任意方式抽取，例如，可以采用等间隔的方式进行抽取，共48个值，H_RS，ext(t)，t＝0，…，47，有

，t′＝0，…，23，k′＝0，…，95

步骤S405，翻转模块304将抽取得到的H_RS，ext(t)进行翻转，得到H_RS，ext2(t)：

H_RS，ext2(2t：2t+1)＝H_RS，ext(48-2t-1：48-2t)，t＝0，…，23；

步骤S406，扩频计算模块306根据H_RS，ext2(t)得到扩频序列：

$H_{\mathrm{RS},\exp }\left(l\right)=\left\{\begin{array}{cc}{H}_{\mathrm{RS}}\left(l\right)& 0\&le;l\&le;191\\ H_{\mathrm{RS},\mathrm{ext}2}(l-192)& 192\&le;l\&le;192+47\end{array}\right.$

步骤S407，频时变换模块40将H_RS，exp(l)用离散傅里叶变换变换到时域h_RS(n)，n＝0，…，192+47，进行干扰和噪声消除；

步骤S408，计算目标用户的有效信道冲击响应窗长(即信道估计窗的窗长)L_w，这里有0≤γ≤1，

以目标用户相对母码的循环移位数

开始的向前扩展

和向后取的个样点得到该目标用户的信道估计窗，其中，α为高层配置参数，通过α的不同取值可以标识不同的目标用户的信道估计窗的起点，l_CP是循环前缀(CP)的长度，对于常规CP，l_CP取144，对于扩展CP，l_CP取512。

在实际应用中，与有效信道冲击响应窗长度相关的参数，可以通过仿真或者外场实际环境测试得到。

步骤S409，噪声消除模块50将窗外干扰和噪声滤掉，

${\tilde{h}}_{\mathrm{RS}}\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}{h}_{\mathrm{RS}}\left(n\right)& n<L_w\\ 0& n\&GreaterEqual;L_w\end{array}\right.;$

步骤S410，时频变换模块60将经过降噪的信道估计值

用离散傅里叶变换变换到频域

k＝0，…，M+R-1；

步骤S411，提取模块70提取有效子载波上的信道估计值，得到经过时域降噪的频域导频位置的信道估计：

在本实施例中，利用用户数确定扩频的长度，并利用用户数对M个H_RS(k)进行分组和抽取，从而进一步保证了信道估计的准确性。

实施例三

在本实施例中，M+R为2的幂数，与上述实施例一或实施例二的不同之处在于，在本实施例中，频时变换模块40用反快速傅里叶变换将H_RS，exp(l)，l＝0，…，M+R-1变换为h_RS(n)，n＝0，…，M+R-1，而时频变换模块60用快速傅里叶变换将

变换到载频，得到

k＝0，…，M+R-1。

通过本实施例，信道估计中可以使用快速傅里叶变换进行计算，大大降低了实现的运算复杂度，因此并降低硬件成本。

需要说明的是，本发明实施例提供的上述技术方案适用的通信系统包括但不限于：SC-FDMA系统和OFDM系统。

从以上的描述中，可以看出，在本发明实施例中，通过对解调参考符号频域做信道估计，将频域的导频信道估计在频域扩展，再变换到时域，并对时域信道估计进行干扰和噪声的消除，再变换回频域，提取有效子载波上的信道估计值，从而实现多用户信道估计，降低了对目标用户的干扰和噪声影响。并且，由于采用基于信号的扩展方式进行信道估计，还有效地降低了误删除信号径带来的性能损失，从而提高了接收机解调性能。另外，通过本发明实施例提供的技术方案增加了系统容量，为通信服务质量提供了可靠的保障。且该方法可以简单、高效地实现信道估计，扩展的方式简单，可操作性强，没有因为性能提升，而过多的增加实现的运算复杂度。由于信道估计中还可以使用快速傅里叶变换进行计算，从而大大降低了实现的运算复杂度，因此并降低硬件成本。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多用户信道估计方法，其特征在于，包括：

接收机利用接收到的频域导频解调参考信号和本地的频域导频解调参考信号，获取目标用户在导频位置的M个频域信道估计值，M为导频子载波的总数；

从所述M个频域信道估计值中抽取R个值，利用抽取得到的R个值对所述M个频域信道估计值进行扩展，得到M+R个频域信道估计值，其中，R为相同时频资源块上承载的用户数K_user的整数倍；

将所述M+R个频域信道估计值变换到时域，得到M+R个时域信道估计值；

利用所述目标用户的信道估计窗对所述M+R个时域信道估计值进行降噪处理，得到降噪后的M+R个时域信道估计值；

将降噪后的所述M+R个时域信道估计值变换到频域，从中提取有效子载波上的信道估计值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从所述M个频域信道估计值中抽取R个值包括：

将所述M个频域信道估计值H_RS(k)分为M/K_user个组，其中，k＝0，...，M-1；

从所述M/K_user个组中抽取R/K_user个组，得到共R个值H_RS，ext(t)，其中，t＝0，...，R-1。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，利用抽取得到的R个值对所述M个频域信道估计值进行扩展，得到M+R个频域信道估计值包括：

将抽取得到的所述H_RS，ext(t)进行按照下式进行翻转，得到H_RS，ext2(t)：

H_RS，ext2(t×K_user：t×K_user+K_user-1)

＝H_RS，ext((R/K_user-t-1)×K_user+1：(R/K_user-t)×K_user)，其中，t＝0，...，R/K_user-1；

按照下面公式对H_RS(k)进行频域扩展，得到所述M+R个频域信道估计值H_RS，exp(l)：

$H_{\mathrm{RS},\exp }\left(l\right)=\left\{\begin{array}{cc}{H}_{\mathrm{RS}}\left(l\right)& 0\&le;l\&le;M-1\\ H_{\mathrm{RS},\mathrm{ext}2}(l-M)& M\&le;l\&le;M+R-1\end{array}\right..$

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，从所述M/K_user个组中抽取R/K_user个组包括：采用等间隔的方式从所述M/K_user个组中抽取所述R/K_user个组。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

将所述M+R个频域信道估计值变换到时域包括：采用反离散傅里叶变换将所述M+R个频域信道估计值变换到时域，得到所述M+R个时域信道估计值；

将降噪后的所述M+R个时域信道估计值变换到频域包括：采用离散傅里叶变换将降噪后的所述M+R个时域信道估计值变换到频域。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述M与R之和为2的幂数；

将所述M+R个频域信道估计值变换到时域包括：采用反快速傅里叶变换将所述M+R个频域信道估计值变换到时域，得到所述M+R个时域信道估计值；

将降噪后的所述M+R个时域信道估计值变换到频域包括：采用快速傅里叶变换将降噪后的所述M+R个时域信道估计值变换到频域。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过以下方式获取所述目标用户的信道估计窗：

按照以下公式计算所述信道估计窗的窗长L_w：

其中，0≤γ≤1，l_CP是循环前缀的长度；

以所述目标用户相对母码的循环移位数

为参考点，向前扩展

和向后取的点，得到所述目标用户的包含L_w个样点的所述信道估计窗，其中，α为预先配置的参数，对于不同的目标用户取不同的α值。

8.一种多用户信道估计装置，其特征在于，包括：

接收模块，用于接收频域导频解调参考信号；

频域估计模块，用于利用所述接收模块接收到的所述频域导频解调参考信号与本地的频域导频解调参考信号，获取目标用户在导频位置的M个频域信道估计值，M为导频子载波的总数；

扩频模块，用于从所述M个频域信道估计值中抽取R个值，利用抽取得到的R个值对所述M个频域信道估计进行扩展，得到M+R个频域信道估计，其中，R为相同时频资源块上承载的用户数K_user的整数倍；

频时变换模块，用于将所述扩频模块得到的所述M+R个频域信道估计变换到时域，得到M+R个时域信道估计；

噪声消除模块，用于利用所述目标用户的信道估计窗对所述M+R个时域信道估计值进行降噪处理，得到降噪后的M+R个时域信道估计值；

时频变换模块，用于将降噪后的M+R个时域信道估计值变换到频域，得到降噪后的M+R个频域信道估计值；

提取模块，用于从降噪后的所述M+R个频域信道估计值中提取有效子载波上的信道估计值，得到经过时域降噪的频域导频位置的信道估计。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述扩频模块包括：

分组模块，用于将所述M个频域信道估计值H_RS(k)分为M/K_user个组；

抽取模块，用于从所述M/K_user个组中抽取R/K_user个组，得到共R个值H_RS，ext(t)，其中，t＝0，...，R-1；

翻转模块，将抽取得到的所述H_RS，ext(t)进行按照下式进行翻转，得到H_RS，ext2(t)：

H_RS，ext2(t×K_user：t×K_user+K_user-1)

＝H_RS，ext((R/K_user-t-1)×K_user+1：(R/K_user-t)×K_user)，其中，t＝0，...，R/K_user-1；

扩频计算模块，用于按照下面公式对H_RS(k)进行频域扩展，得到所述M+R个频域信道估计值H_RS，exp(l)：

$H_{\mathrm{RS},\exp }\left(l\right)=\left\{\begin{array}{cc}{H}_{\mathrm{RS}}\left(l\right)& 0\&le;l\&le;M-1\\ H_{\mathrm{RS},\mathrm{ext}2}(l-M)& M\&le;l\&le;M+R-1\end{array}\right..$

10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述M与R之和为2的幂数；所述频时变换模块采用反快速傅里叶变换将所述M+R个频域信道估计变换到时域；所述时频变换模块采用快速傅里叶变换将降噪后的所述M+R个时域信道估计值变换到频域。

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