CN102238118B - 一种基于信道响应估计的测量方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于信道响应估计的测量方法及其装置，该方法包括：获取各采样点的信道响应估计，分别根据各采样点噪声对信道响应估计的影响，确定各采样点的信道响应估计的可信度；根据采样点的信道响应估计和对应的可信度，对被测对象进行参数测量。采用本发明可提高参数测量精度。

Description

一种基于信道响应估计的测量方法及其装置

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种基于信道响应估计的测量方法及其装置。

背景技术

UE（User Equipment，用户设备）的速度不同，反映在信道的变化快慢上有所不同。目前的测速方法较多，常见的有以下三类：

（1）相关性类方法

ACF方法：对于瑞利衰落的信道，推导出归一化的时域自相关函数表达式如下：

……………………[1]

其中，

表示0阶第一类贝塞尔函数，

即，就是用于计算相关的信道响应的时间间隔。基于所估计的信道响应统计一定时间间隔上的信道响应的自相关，由式（1）反推出对应的速度。

对于莱斯信道，由于来波方向不是均匀分布的，且受到莱斯因子K的影响，需要对式（1）进行修正，而并不能直接使用，在此不进行详细展开。

Cov方法：Covariance，即自协方差，其定义为：

 ………………[2]

其中，

表示信道系数包络的平方，

为信道的时域采样时间间隔。

该定义量的理论表达式为：

………………………[3]

其中，

。类似ACF，利用统计量和速度之间的对应关系，基于信道响应估计的结果获得统计量，进而得到速度的估计。

（2）基于电平通过率的方法：算法的原理非常简单，实现容易，在实际的通信系统中广为使用。多普勒频散会造成信号在时域上起伏，总体上每移动半个波长距离信号幅度会有一次深衰落。测量信道响应的包络在一定时间内超过某一门限的次数、或者取得极大值的次数、或者从极大值变为极小值的时间。如：通过统计单位时间内电平衰落次数Le，可以估计出速度。假设载频fc，光速为c，那么可以估计出速度v=c/fc*Le。

（3）基于信道变化大小的方法，基于信道变化的大小进行定义：

 …………………………[4]

其中，

代表子载波号，代表信道的第

次采样。在信道无衰落和单径瑞利衰落下，从理论上可以证明和多普勒频率呈线性关系，进而与速度呈线性关系。

上述的三类方法都是基于信道响应的某种定义函数与多普勒频率建立关系，进而与UE的速度建立关系。因此，信道响应估计的精度直接影响了速度估计的精度。对于存在导频设计的系统，通常可以通过导频获得信道响应的估计，其接收功率的大小直接影响了信道估计的精度。

发明内容

本发明实施例提供了一种基于信道响应估计的测量方法及其装置，用以提高测量精度。

本发明实施例提供的基于信道响应估计的测量方法，包括：

获取各采样点的信道响应估计，分别根据各采样点噪声对信道响应估计的影响，确定各采样点的信道响应估计的可信度；

根据采样点的信道响应估计和对应的可信度，对被测对象进行参数测量。

本发明实施例提供的基于信道响应估计的测量装置，包括：

信道响应估计模块，用于进行信道响应估计，并获取各采样点的信道响应估计；

可信度确定模块，用于分别根据各采样点噪声对信道响应估计的影响，确定各采样点的信道响应估计的可信度；

参数测量模块，用于根据信道响应估计和对应的可信度，对被测对象进行参数测量。

本发明的上述实施例，计算各采样点的信道响应估计的可信度，由于各采样点的可信度可表示该采样点的噪声对信道响应估计的影响，即表示相应采样点的信道估计响应的精度，将可信度引入对被测对象进行参数测量的过程中，从而可各采样点的信道响应估计精度进行参数测量，进而提高了参数测量的精度。

附图说明

图1 为本发明实施例提供的基于信道响应估计的测量流程示意图；

图2为本发明实施例中的实例1的流程示意图；

图3为本发明实施例中的实例3的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的基于信道响应估计的测量装置结构示意图。

具体实施方式

针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供了一种利用信道衰落特性的基于信道响应估计的测量机制，其基本原理是：在一定的噪声功率下，由于信道自身的起伏衰落，不同采样时刻上，信道估计结果所受噪声的影响不同，即信道估计精度不同，本发明实施例中将其称之为信道估计的可信度，因此当基于信道响应估计进行某种参量的估计（即测量）时，可引入不同采样时刻的信道估计的可信度，以提高参数估计的精度。这些参数如，UE速度、信道的PDP（Power-Delay Profile, 功率时延谱）、信道最大时延、信道频域相关性等。

本发明实施例的关键是可信度的定义和使用，下面分别阐述，最后给出具体的应用实例。

（一）可信度的定义

信道响应估计的可信度用于表示对应采样点上的信道估计精度的大小，可根据采样点噪声对信道响应估计的影响来确定。大体可分为三类，下面分别进行阐述：

第一类：选取型可信度，该可信度可表示哪些信道响应估计可参与参数估计，哪些信道响应估计不参与参数估计。

具体实施时，选取型可信度为一个二元值{A，B}，对于某一个采用点，其可信度要么为A要么为B，而A和B对应在随后的参数估计中表示使用/不使用（或者不使用/使用）本次采样的信道估计。在此，判断当前采样时刻上的信道估计的可信度，可以使用函数定义+门限的方法，函数为信道响应和噪声的某种联合函数，如：

定义如下函数：信道功率/噪声功率，或者信道最强径功率/噪声功率，再或者是他们的某种变形，其仅仅要求所定义的联合函数满足：在噪声功率一定下，函数为信道响应功率的单调非递减函数。设定门限（具体取值可依据仿真选取）。当所定义函数在当前采样时刻上的取值大于（或大于等于）该门限时，表明该采样点的信道估计响应受噪声的影响小于一定程度，本次信道估计可用于随后的参数估计，否则，表明该采样点的信道估计响应受噪声的影响超过一定程度，本次信道估计结果在随后的参数中被舍弃。

根据以上原理，还可定义单调性完全相反的函数，即在信道响应一定下的噪声功率的单调非递增函数，例如，噪声功率/信道功率，或者噪声功率/信道最强径功率，再或者是他们的某种变形。此种情况下，当所定义函数在当前采样时刻上的取值小于（或小于等于）设定门限时，表明该采样点的信道估计响应受噪声的影响小于一定程度，本次信道估计可用于随后的参数估计，否则，表明该采样点的信道估计响应受噪声的影响超过一定程度，本次信道估计结果在随后的参数中被舍弃。

第二类：加权型可信度，即所有的采样点对应的信道估计结果都会对参数估计结果作出贡献，而贡献大小与其信道响应和噪声的某种联合函数对应。

具体实施时，该联合函数可定义为：信道功率/噪声功率，或者信道最强径功率/噪声功率，再或者是他们的某种变形，其仅仅要求所定义的联合函数满足：在噪声功率一定下，函数为信道响应功率的单调非递减函数。根据该联合函数在采样点的函数值确定该采样点的可信度时，函数值和可信度成单调递增关系（如正比关系）。

根据以上原理，还可定义单调性完全相反的函数，即，在信道响应一定下，联合函数为噪声功率的单调非递增函数，如，信道功率/噪声功率，或者信道最强径功率/噪声功率，再或者是他们的某种变形。根据该联合函数在采样点的函数值确定该采样点的可信度时，函数值和可信度成单调递减关系（如反比关系）。

第三类：混合型可信度，即选取型可信度和加权型可信度的结合。

具体实施时，可按照选取型可信度的方法在所有采样时刻的信道响应估计中选取参与随后参数估计的信道估计点，对于这些参与随后参数估计的信道估计点，按照加权型可信度的方法区分和确定其参与参数估计的权重。

（二）可信度的使用

在参数估计中，将信度作为信道估计参数的权重进行参数估计。

当用于参数估计的信道统计函数形如：

……………………………………[5]

其中，

代表为所有采样点上的信道响应估计，

为用于本次参数估计的信道响应估计数。

考虑到可信度，则式（5）所对应的用于参数估计的信道统计函数表示为：

……………………………[6]

其中，是对应的可信度。对于选择型可信度定义，其取值为0或1。

当参数估计的信道统计函数形如：

……………………………………………[7]

其中，参数的含义与式（5）相同。

考虑到可信度，则式（7）式修改为：

……………………………………………[8]

其中， 的含义与式（6）类似。

为描述方便，本发明实施例中，将式（6）的可信度使用方式称为信道响应使用方式，将式（8）的可信度使用方式称为信道统计函数使用方式。

结合上述可信度定义和可信度使用，图1示出了本发明实施例提供的基于信道响应估计的测量流程，如图所示，该流程可包括：

步骤101，进行信道估计，并根据可信度的定义获得对应信道估计的可信度。具体实现如前所述的三种可信度定义，本步骤中可参照其中一种可信度定义来确定对应信道估计的可信度。

步骤102，基于信道估计和对应的可信度以及参数估计方法所决定的信道统计函数计算函数取值，其具体实现如公式（6）或公式（8）的相关描述。需要指明，此处的信道估计是广义的，其可进一步包括对信道估计进行的进一步加工譬如取最大径、抑噪等处理。

步骤103，基于单次信道统计函数的取值，或多次信道统计函数取置的统计或者平均，估计出当前的参数取值或取值范围。如前所述，所述参数可以是UE速度、信道的PDP、信道最大时延或信道频域相关性。

上述流程中的步骤102~103的具体算法实现（即具体信道统计函数计算函数）可采用现有技术，只是在进行具体算法实现过程中引入了信道估计的可信度参数，如将信道响应估计结果与其可信度相乘后，使用调整后的信道响应估计结果参与UE速度、信道的PDP、信道最大时延或信道频域相关性等的估计（即测量）。

下面结合具体应用场景进一步对本发明实施例的上述流程进行说明。

应用实例1：LTE上行速度估计（本实例采用选取型可信度定义）

如图2所示，该流程可包括：

步骤201，基于PUSCH（Physical Uplink Shared Channel，物理上行共享信道）/PUCCH（Physical Uplink Control Channel，物理上行链路控制信道）进行信道估计。本实例中，记当前调度子帧为

，其对应两个Slot（时隙）上的信道估计分别为

，其中

表示第k个子载波，估计噪声功率记为

，最强径功率记为

。

步骤202，判断是否，若是，表明当前子帧的信道估计结果用于进行速度的估计，转入步骤203；否则，表明当前子帧的信道估计结果不用于进行速度的估计，转入步骤204；

步骤203，计算信道统计函数值，然后转入步骤205：

 ………………………………[9]

步骤204，

，其中，为通过仿真所设定的门限，然后转入步骤205。

步骤205，获得N个子帧的

进行平均，其中取值为

的不参与平均，获得。

步骤206，根据预先设定好的

与速度的对应关系确定速度取值，或者根据预先设定好的

取值范围与速度取值范围的对应关系确定速度范围。

应用实例2：LTE下行信道估计

本实例与上行信道估计类似，仅仅在于具体的信道估计的获取方式不一样。

应用实例3：LTE下行信道PDP/最大多径时延的估计

本实例中，记当前调度子帧为

，如图3所示，该流程可包括：

步骤301，估计当前子帧的CQI（Channel Quality Indicator，信道质量指示）；

步骤302，当CQI大于某一门限时，基于CRS（Cell-specific RS，小区专有导频）估计当前子帧的信道PDP/最大多径时延；

步骤303，获取一定次的信道PDP/最大多径时延统计值，将其进行平均，作为最终的信道PDP或最大多径时延的估计值。

基于相同的技术构思，本发明实施例还提供了一种基于信道响应估计的测量装置。

如图4所示，该装置可包括：

信道响应估计模块401，用于进行信道响应估计，并获取各采样点的信道响应估计；

可信度确定模块402，用于分别根据各采样点噪声对信道响应估计的影响，确定各采样点的信道响应估计的可信度；

参数测量模块403，用于根据信道响应估计和对应的可信度，对被测对象进行参数测量。

上述装置中，可信度确定模块402可具体用于：确定第一函数在采样点的函数值，若该函数值大于设定阈值，则将该采样点的可信度设置为可信，否则将该采样点的可信度设置为不可信；其中，所述第一函数为在噪声功率一定的情况下，信道响应功率的单调非递减函数；或者

确定第二函数在采样点的函数值，若该函数值超过小于阈值，则将该采样点的可信度设置为可信，否则将该采样点的可信度设置为不可信；其中，所述第二函数为在噪声功率一定下，噪声功率的单调非递增函数。

上述装置中，可信度确定模块402可具体用于：确定第一函数在采样点的函数值，根据该函数值确定该采样点的可信度，其中，可信度与函数值成单调递增关系，所述第一函数为在噪声功率一定的情况下，信道响应功率的单调非递减函数；或者

确定第二函数在采样点的函数值，根据该函数值确定该采样点的可信度，其中，可信度与函数值成单调递减关系，所述第二函数为在噪声功率一定下，噪声功率的单调非递增函数。

上述装置中，可信度确定模块402可具体用于：确定第一函数在采样点的函数值，将其中函数值大于设定阈值的采样点确定为参与参数估计的采样点，根据第一函数在所述参与参数测量的采样点的函数值确定所述采样点的可信度，其中，可信度与函数值成正比，所述第一函数为在噪声功率一定的情况下，信道响应功率的单调非递减函数；或者

确定第二函数在采样点的函数值，将其中函数值小于设定阈值的采样点确定为参与参数估计的采样点，根据第二函数在所述参与参数测量的采样点的函数值确定所述采样点的可信度，其中，可信度与函数值成反比，所述第二函数为在噪声功率一定下，噪声功率的单调非递增函数。

上述装置中，用于参数估计的信道统计函数为

时，参数测量模块403可采用以下函数对被测对象进行参数测量：

其中，H _i ,i=1,…,N表示采样点i上的信道响应估计，N为用于本次参数估计的信道响应估计的数量，f _i 是H _i 对应的可信度，当f _i =0时，表示采样点i不可信。

上述装置中，用于参数估计的信道统计函数为时，参数测量模块403可采用以下函数对被测对象进行参数测量：

其中，H _i ,i=1,…,N表示采样点i上的信道响应估计，N为用于本次参数估计的信道响应估计的数量，f _i 是H _i 对应的可信度，当f _i =0时，表示采样点i不可信。

上述第一函数可包括：信道功率/噪声功率，或者，信道最强径功率/噪声功率。上述第二函数可包括：噪声功率/信道功率，或者，噪声功率/信道最强径功率。

本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述进行分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明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，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台终端设备（可以是手机，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所述的方法。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种基于信道响应估计的测量方法，其特征在于，包括：

获取各采样点的信道响应估计，分别根据各采样点噪声对信道响应估计的影响，确定各采样点的信道响应估计的可信度；

根据采样点的信道响应估计和对应的可信度，对被测对象进行参数测量；

当用于参数估计的信道统计函数为y=F(H₁，H₂，H₃，...， H_N）时，采用以下函数对被测对象进行参数测量：

y＝F(f₁H₁，f₂H₂，f₂H₃，...，f_NH_N)

其中，H_i,i=1,…,N表示采样点i上的信道响应估计，N为用于本次参数估计的信道响应估计的数量，f_i是H_i对应的可信度，当f_i=0时，表示采样点i不可信；或，

当用于参数估计的信道统计函数为时，采用以下函数对被测对象进行参数测量：

$y_i=\frac{\underset{i=1}{\overset{i=N}{\mathrm{\Σ}}}{f}_{i}F\left(H_i\right)}{\underset{i=1}{\overset{i=N}{\mathrm{\Σ}}}{f}_i}$

其中，H_i,i=1,…,N表示采样点i上的信道响应估计，N为用于本次参数估计的信道响应估计的数量，f_i是H_i对应的可信度，当f_i=0时，表示采样点i不可信。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据采样点噪声对信道响应估计的影响，确定采样点的信道响应估计的可信度，包括：

确定第一函数在采样点的函数值，若该函数值大于设定阈值，则将该采样点的可信度设置为可信，否则将该采样点的可信度设置为不可信；其中，所述第一函数为在噪声功率一定的情况下，信道响应功率的单调非递减函数；或者

确定第二函数在采样点的函数值，若该函数值超过小于阈值，则将该采样点的可信度设置为可信，否则将该采样点的可信度设置为不可信；其中，所述第二函数为在噪声功率一定下，信道响应功率的单调非递增函数。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据采样点噪声对信道响应估计的影响，确定采样点的信道响应估计的可信度，包括：

确定第一函数在采样点的函数值，根据该函数值确定该采样点的可信度，其中，可信度与函数值成单调递增关系，所述第一函数为在噪声功率一定的情况下，信道响应功率的单调非递减函数；或者

确定第二函数在采样点的函数值，根据该函数值确定该采样点的可信度，其中，可信度与函数值成单调递减关系，所述第二函数为在噪声功率一定下，信道响应功率的单调非递增函数。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据采样点噪声对信道响应估计的影响，确定采样点的信道响应估计的可信度，包括：

确定第一函数在采样点的函数值，将其中函数值大于设定阈值的采样点确定为参与参数估计的采样点，根据第一函数在所述参与参数测量的采样点的函数值确定所述采样点的可信度，其中，可信度与函数值成正比，所述第一函数为在噪声功率一定的情况下，信道响应功率的单调非递减函数；或者

确定第二函数在采样点的函数值，将其中函数值小于设定阈值的采样点确定为参与参数估计的采样点，根据第二函数在所述参与参数测量的采样点的函数值确定所述采样点的可信度，其中，可信度与函数值成反比，所述第二函数为在噪声功率一定下，信道响应功率的单调非递增函数。

5.如权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，所述第一函数包括：信道功率/噪声功率，或者，信道最强径功率/噪声功率。

6.如权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，所述第二函数包括：噪声功率/信道功率，或者，噪声功率/信道最强径功率。

7.一种基于信道响应估计的测量装置，其特征在于，包括：

信道响应估计模块，用于进行信道响应估计，并获取各采样点的信道响应估计；

可信度确定模块，用于分别根据各采样点噪声对信道响应估计的影响，确定各采样点的信道响应估计的可信度；

参数测量模块，用于根据信道响应估计和对应的可信度，对被测对象进行参数测量；

当用于参数估计的信道统计函数为y=F(H_1，H₂，H₃，...，H_N）时，所述参数测量模块具体用于，采用以下函数对被测对象进行参数测量：

y＝F(f₁H₁，f₂H₂，f₂H₃，...，f_NH_N)

其中，H_i,i=1,…,N表示采样点i上的信道响应估计，N为用于本次参数估计的信道响应估计的数量，f_i是H_i对应的可信度，当f_i=0时，表示采样点i不可信；或，

当用于参数估计的信道统计函数为

时，所述参数测量模块具体用于，采用以下函数对被测对象进行参数测量：

$y_i=\frac{\underset{i=1}{\overset{i=N}{\mathrm{\Σ}}}{f}_{i}F\left(H_i\right)}{\underset{i=1}{\overset{i=N}{\mathrm{\Σ}}}{f}_i}$

其中，H_i,i=1,…,N表示采样点i上的信道响应估计，N为用于本次参数估计的信道响应估计的数量，f_i是H_i对应的可信度，当f_i=0时，表示采样点i不可信。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述可信度确定模块具体用于，确定第一函数在采样点的函数值，若该函数值大于设定阈值，则将该采样点的可信度设置为可信，否则将该采样点的可信度设置为不可信；其中，所述第一函数为在噪声功率一定的情况下，信道响应功率的单调非递减函数；或者

确定第二函数在采样点的函数值，若该函数值超过小于阈值，则将该采样点的可信度设置为可信，否则将该采样点的可信度设置为不可信；其中，所述第二函数为在噪声功率一定下，信道响应功率的单调非递增函数。

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述可信度确定模块具体用于，确定第一函数在采样点的函数值，根据该函数值确定该采样点的可信度，其中，可信度与函数值成单调递增关系，所述第一函数为在噪声功率一定的情况下，信道响应功率的单调非递减函数；或者

确定第二函数在采样点的函数值，根据该函数值确定该采样点的可信度，其中，可信度与函数值成单调递减关系，所述第二函数为在噪声功率一定下，信道响应功率的单调非递增函数。

10.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述可信度确定模块具体用于，确定第一函数在采样点的函数值，将其中函数值大于设定阈值的采样点确定为参与参数估计的采样点，根据第一函数在所述参与参数测量的采样点的函数值确定所述采样点的可信度，其中，可信度与函数值成正比，所述第一函数为在噪声功率一定的情况下，信道响应功率的单调非递减函数；或者

确定第二函数在采样点的函数值，将其中函数值小于设定阈值的采样点确定为参与参数估计的采样点，根据第二函数在所述参与参数测量的采样点的函数值确定所述采样点的可信度，其中，可信度与函数值成反比，所述第二函数为在噪声功率一定下，信道响应功率的单调非递增函数。

11.如权利要求7-10之一所述的装置，其特征在于，所述第一函数包括：信道功率/噪声功率，或者，信道最强径功率/噪声功率。

12.如权利要求7-10之一所述的装置，其特征在于，所述第二函数包括：噪声功率/信道功率，或者，噪声功率/信道最强径功率。

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