CN102710560B - 一种td-scdma系统的信道估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种TD‑SCDMA系统的信道估计方法，该方法包括：利用TD‑SCDMA系统接收的信号进行信道响应估计得到初步估计结果，即得到各径的信道响应初步估计值；计算所述各径的功率；根据所述各径的功率设定门限值；将所述各径的功率与所述门限值进行比较并修正所述各径的信道响应初步估计值，得到各径的信道响应估计值，实现TD‑SCDMA系统的信道估计。通过本发明可以消除现有信道估计方法中仍然含有噪声的问题，提高信道估计的性能。

Description

一种TD-SCDMA系统的信道估计方法

技术领域

本发明涉及信道估计技术，特别涉及一种TD-SCDMA系统中信道估计的方法。

背景技术

TD-SCDMA系统中联合检测、智能天线、上行同步等一系列关键技术都依赖于对信道快速而准确的估计，因此，良好的信道估计技术是决定TD-SCDMA系统性能的必要条件。图2是TD-SCDMA系统中时隙结构图，其中，midamble码(训练序列)用来进行信道估计。在同一个小区中，系统确定一个基本midamble码，小区内的不同用户采用这个基本midamble码的循环移位作为各自的训练序列进行信道估计。

TD-SCDMA系统采用B.Steiner估计器进行信道估计，利用midamble码的循环移位特性，通过低代价的FFT/IFFT运算来代替复杂的矩阵求逆运算，大大提高了信道估计速度并降低了计算量。

B.Steiner估计算法是TD-SCDMA系统中信道估计算法的基础，然而这种信道估计算法的性能受接收端加性噪声(包括邻小区干扰和热噪声)的影响较严重，导致输出端信噪比恶化，得到的信道响应和理想信道响应相比，包含噪声分量，信道估计结果存在较大的误差，影响系统性能。目前实际应用中是将B.Steiner估计算法与其它方法相结合，达到去除B.Steiner估计估计结果中的噪声，提高信道估计精度的目的。

目前常用的基本去除噪声方法是对信道响应的初步估计的每一径做如下处理：

即设置一个合适的门限值ε，通过比较器后舍弃低于门限值的信道估计径，保留高于门限值的估计径。这种门限处理方式可以较好的去除由于噪声引起的径并降低对输入信噪比的要求，以达到提升系统性能的目的。

例如，在2006年5月10日公开的专利CN1770650A中提出一种应用在TD-SCDMA系统联合检测模块的信道估计最大比合并的方法及装置。该方法对估计出来的信道冲击响应的功率同特定门限相比较后得到相应调整后的信道估计结果，并计算其最大比合并的信道估计结果。

在2006年9月20日公开的专利CN 1835483A中提出了一种兼容OFDM技术的TD-SCDMA系统的信道估计方法，利用TD-SCDMA的时分特性，对下行信道传输的PN信号进行精确的信道估计，并为其它的估计提供初值信息，提高了整个系统的估计精度，降低整个系统的复杂度。该方法中通过对冲击响应功率值设定门限的方法对B.Steiner估计器的估计结果进行改进，从而获得精确的信道估计。

在2007年5月9日公开的专利CN 1960193A中提供一种TD-SCDMA中的信道估计方法及装置，解决现有技术不能适应移动终端高速移动状态下的信道估计的技术问题。先估计子帧常规时隙中的训练序列的信道冲击响应，再根据数据部分与训练序列的距离通过插值来计算数据部分的信道冲击响应。该方法通过对信道估计的初步结果进行门限后处理来去除噪声或者干扰径，得到比较准确的信道冲击响应再进行插值运算得到数据部分的信道冲击响应。

在2008年1月2日公开的专利CN 101098208A中提供一种基于TD-SCDMA联合检测技术的信道估计改进方法，以提高信道估计的准确性。对初步估计的本用户所有窗口的信道冲激响应做加权合并处理；根据加权合并处理的结果确定每个窗口或码道的改进后的信道冲激响应。

在2008年7月2日公开的专利CN 101212236A中提供一种TD-SCDMA终端及其干扰小区信息检测和信道估计的方法，以降低干扰小区信息检测和信道估计中的运算量。该方法对B.Steiner估计器的估计结果进行干扰抵消，并根据干扰抵消得到的信道估计结果确定最终的干扰小区列表和服务小区信道估计结果。

在2008年8月6日公开的专利CN101237431A中提供一种实现TD-SCDMA同频组网下信道估计的方法，该方法通过多次迭代获得多个同频小区的信道估计。

在2009年1月21日公开的专利CN101350652A中提供了一种TD-SCDMA系统的信道估计方法，该方法先对阵列天线上的每个阵元进行信道估计，然后对同一抽头在每个天线阵元上的信道估计值进行平均，最后对平均后的抽头功率采用门限处理的方法进行信道估计后处理得到最终信道估计结果。

目前应用于TD-SCDMA系统中的信道估计技术中，采用插值算法、干扰抵消技术和多次循环迭代技术的信道估计算法运算量较高，不适用于对实时性要求较高和终端高速移动的情况，采用现有的门限处理方法虽然运算量较低，但是只能去除部分噪声径，所保留的径中仍然含有加性噪声，造成信道估计结果误差较大，影响系统性能。

因此，需要一种新的适应于TD-SCDMA系统信道估计的方法，既能将有用径中的噪声消除，提高信道估计精度，又具有较低的运算量，保证实时性。

发明内容

本发明的目的在于：消除TD-SCDMA系统的信道估计结果中的噪声，提高信道估计精度。

本发明的技术方案是：本发明提供了一种TD-SCDMA系统的信道估计方法，该方法包括：

步骤一、利用TD-SCDMA系统接收的信号进行信道响应估计得到初步估计结果所述初步估计结果由各径的信道响应初步估计值组成；计算所述各径的功率；根据所述各径的功率设定门限值ε；

步骤二、对所述初步估计结果进行门限处理，得到最终的信道响应估计结果将所述各径的功率与所述门限值ε进行比较并修正所述各径的信道响应初步估计值，若所述径的功率大于所述门限值ε，则将所述径的信道响应初步估计值的模值减去门限值的平方根而所述径的信道响应初步估计值的符号保持不变，若所述径的功率小于所述门限值ε，则将所述径的信道响应初步估计值置零；以此类推得到各径的信道响应估计值；再将各径的信道响应估计值按顺序组合即可得到最终的信道估计结果，实现TD-SCDMA系统的信道估计。

进一步地，步骤一中计算所述初步估计结果的方法是，令F(·)表示FFT运算，F^-1(·)表示FFT逆运算，(·)^T表示转置运算，e _m是接收到的midamble码，m_basic是基本midamble码，则得到所述初步估计结果 中包括K个用户的初步估计结果即所述每个用户的初步估计结果包括W个径，其中某一个用户k的初步估计结果由W个径的信道响应初步估计值组成，即

进一步地，步骤一中计算所述各径的功率的方法具体包括：假设总共有K个用户，其中某一个用户是k，总共有W个径，其中某一个径是w，第k个用户的第w个径的信道响应初步估计值为则所述各径的功率为该径模的平方

进一步地，步骤一中根据所述各径的功率设定门限值ε的方法具体包括：假设噪声功率为σ²，门限系数为r，1≤r≤2，则所述门限值ε为ε＝r²·σ²。

进一步地，步骤一中根据所述各径的功率设定门限值ε的方法具体包括：假设最强径功率为门限系数为X，10≤X≤20，则所述门限值ε为

进一步地，步骤二中获得所述各径的信道响应估计值方法为：假设总共有K个用户，其中某一个用户是k，总共有W个径，其中某一个径是w，第k个用户的第w个径的信道响应初步估计值为设定所述的门限值为ε，若所述径的功率大于所述门限值ε，则将所述径的信道响应初步估计值的模值减去门限值的平方根而所述径的信道响应初步估计值的符号保持不变，若所述径的功率小于所述门限值ε，则将所述径的信道响应初步估计值置零；以此类推得到各径的信道响应估计值用公式表示为

令(·)_T表示转置运算,将所述各径的信道响应估计值按顺序组合得到第k个用户的信道估计结果最后将所有K个用户的信道估计结果组合即可得到所述信道估计结果通过上述方法即可实现本发明提出的应用于TD-SCDMA系统的信道估计。

本发明的有益效果是：可以消除现有信道估计方法中有用径中仍然含有噪声的问题，提高信道估计的性能。

附图说明

图1为TD-SCDMA系统中接收端使用的典型现有技术接收机框图；

图2为TD-SCDMA系统中时隙结构图；

图3为本发明信道估计算法的实现框图；

图4为接收端信道冲击响应估值与实际信道冲击响应仿真图；

图5为信道冲击响应的归一化均方误差仿真图；

图6为门限值ε＝r²σ²，r＝1.5时系统误码率随信噪比变化仿真图；

图7为门限值X＝15时系统误码率随信噪比变化仿真图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

图1为TD-SCDMA系统中接收端使用的典型现有技术接收机框图，接收前端从接收到的时隙(如图2所示)中获得midamble码和数据块，分别传送给信道估计器和数据解调装置；信道估计器利用midamble码进行信道估计得到信道估计结果并传送给数据解调装置；数据解调装置利用信道估计结果对数据块进行联合检测、解扰、解扩、解调还原出用户数据。

接收前端接收到的midamble码可以表示为e_m，在接收时由于受到延时的影响，e_m的前W-1位受前面数据块1的拖尾干扰，e_m的后W-1位对数据块2产生干扰。因此，为了排除数据块的影响，只利用中间的L_m-W个数据进行信道估计。经过去头截尾处理后的midamble码表示为e _m，信道估计器利用e _m和基本midamble码进行信道估计。

本发明提出了一种应用于图1中信道估计器的信道估计算法，该算法的实现框图如图3所示，下面说明其具体工作过程。

步骤一、利用TD-SCDMA系统接收的信号进行信道响应估计得到初步估计结果所述初步估计结果由各径的信道响应初步估计值组成；计算所述各径的功率；根据所述各径的功率设定门限值ε；

其中：从接收到的信号中得到该时隙内的midamble码e _m，由于基本midamble码m_basic是已知的，利用B.Steiner估计器即可以得到信道响应初步估计结果为：

$\hat{h}=F^{-1}\left(F\right({\underset{\‾}{e}}_m)/F(m_{basic}\left)\right)$

其中F(·)、F^-1(·)分别表示FFT和IFFT运算，FFT和IFFT的变换长度可取128。具体的，中包括K个用户的初步估计结果即所述每个用户的初步估计结果包括W个径，其中某一个用户k的初步估计结果由W个径的信道响应初步估计值组成，即从而，各径的功率为该径模的平方门限值的设定方法之一是获得噪声功率为σ²，然后乘以门限系数r作为门限值ε，即ε＝r²·σ²，r∈[1，2]，其中噪声功率σ²可以通过初期不发送信号来直接测量接收端信号功率获得；另一种门限值的设定方法是找出各径功率中的最大值然后乘以门限系数X作为门限值ε，即

步骤二、对所述初步估计结果进行门限处理，得到最终的信道响应估计结果将所述各径的功率与所述门限值ε进行比较并修正所述各径的信道响应初步估计值，若所述径的功率大于所述门限值ε，则将所述径的信道响应初步估计值的模值减去门限值的平方根而所述径的信道响应初步估计值的符号保持不变，若所述径的功率小于所述门限值ε，则将所述径的信道响应初步估计值置零；以此类推得到各径的信道响应估计值；再将各径的信道响应估计值按顺序组合即可得到最终的信道估计结果，实现TD-SCDMA系统的信道估计。

具体的，假设总共有K个用户，其中某一个用户是k，总共有W个径，其中某一个径是w，第k个用户的第w个径的信道响应初步估计值为设定所述的门限值为ε，若所述径的功率大于所述门限值ε，则将所述径的信道响应初步估计值的模值减去门限值的平方根而所述径的信道响应初步估计值的符号保持不变，若所述径的功率小于所述门限值ε，则将所述径的信道响应初步估计值置零，用公式表示为

以此类推得到各径的信道响应估计值令(·)^T表示转置运算,将所述各径的信道响应估计值按顺序组合得到第k个用户的信道估计结果最后将所有K个用户的信道估计结果组合即可得到所述信道估计结果通过上述方法即可实现本发明提出的应用于TD-SCDMA系统的信道估计。

在MATLAB 7.0的环境下通过计算机仿真为例对本发明的具体实施方式进行说明。

系统仿真参数设定如表1所示。

表1 系统仿真主要配置参数

其中采用的扩频码为(以十六进制表示)

$OVSF=\left[\begin{array}{c}FFFF\\ FF00\\ F0F0\\ F00F\\ CCCC\\ CC33\\ C3C3\\ C33C\\ AAAA\\ AA55\\ A5A5\\ A55A\\ 9999\\ 9966\\ 9696\\ 9669\end{array}\right]$

扰码为(以十六进制表示)

c＝[44B4]

使用的基本midamble码为(以十六进制表示)

m_basic＝[B2AC420F7C8DEBFA69505981BCD028C3]

表2 TD-SCDMA专用测试模型

测试模型采用3GPP规定的TD-SCDMA专用多径传播模型，如表2所示。各用户发送功率相等且归一化为1，信道中所加噪声是均值为0，功率为σ²的加性高斯白噪声，并且功率已知。接收端为单天线接收。

图4为接收端信噪比SNR＝10时采用本专利信道估计方法进行1000次独立重复实验得到的信道冲击响应估值与实际信道冲击响应仿真图，△表示理想信道估计得到的信道冲击响应曲线，即实际的信道冲击响应曲线，□表示采用本专利方法令门限值ε₁＝r²σ²，其中r＝1.5所得到的信道冲击响应估计曲线,*表示采用本专利方法令门限值其中X＝15所得到的信道冲击响应估计曲线。从图4可以看出，采用本专利方法得到的信道冲击响应估计值中不含噪声径，信道冲击响应估计值比较接近实际的信道冲击响应。

定义分别表示信道冲击响应某一径的估计值的实部与真实值的实部，则信道冲击响应的归一化均方误差为：

$\mathrm{\Γ}=\frac{1}{K}\underset{k=1}{\overset{K}{\Σ}}E\left\{\frac{\underset{w=1}{\overset{W}{\Σ}}|{\mathrm{\Δh}}_w^{\left(k\right)}{|}^2}{\underset{w=1}{\overset{W}{\Σ}}|\mathrm{Re}\left(h_w^{\left(k\right)}\right){|}^2}\right\}$

图5为采用本专利信道估计方法进行1000次独立重复实验得到的信道冲击响应的归一化均方误差仿真图，□表示采用本专利方法令门限值ε₁＝r²σ²，其中r＝1.5所得到的信道冲击响应的归一化均方误差曲线，*表示采用本专利方法令门限值其中X＝15所得到的信道冲击响应的归一化均方误差曲线。

由图5可以看出，采用本专利提出的信道估计方法都具有较小的归一化均方误差，表明由本专利方法得到的信道估计结果接近实际的信道冲击响应。

图6、图7为采用本专利信道估计方法进行1000次独立重复实验得到的系统误码率随信噪比变化仿真图。图6仿真中设定的门限方式为ε＝r²σ²，其中r＝1.5；图7中设定的门限方式为其中X＝15。由图6、图7可以看出本专利的方法系统误码率较低，系统性能得到提高。

由图4、图5、图6和图7可以看出，当采用不同的门限值设定方式时，对本专利提出的信道估计方法性能影响较小，因此在实际应用中可以使用本专利中所述的两种门限设定方式但不局限于此，本专利方法适用于所有以功率的方式设定门限值的B.Steiner信道估计方法。

通过以上仿真可以发现，本专利的方法不但能够去除噪声径，而且削弱了噪声对有用径的影响，使信道估计结果更贴近实际的信道冲击响应，从而提高系统的误码率性能。

Claims (4)

1.一种TD-SCDMA系统的信道估计方法，其特征在于，该方法包括：

步骤一、利用TD-SCDMA系统接收的信号进行信道响应估计得到初步估计结果所述初步估计结果由各径的信道响应初步估计值组成；计算所述各径的功率；根据所述径的功率设定门限值ε；

步骤二、对所述初步估计结果进行门限处理，得到最终的信道响应估计结果将所述各径的功率与所述门限值ε进行比较并修正所述各径的信道响应初步估计值，若所述径的功率大于所述门限值ε，则将所述径的信道响应初步估计值的模值减去门限值的平方根而所述径的信道响应初步估计值的符号保持不变，若所述径的功率小于所述门限值ε，则将所述径的信道响应初步估计值置零；以此类推得到各径的信道响应估计值；再将各径的信道响应估计值按顺序组合即可得到最终的信道估计结果，实现TD-SCDMA系统的信道估计；

步骤一中计算所述初步估计结果的方法是，令F(·)表示FFT运算，F_- ¹(·)表示FFT逆运算，(·)^T表示转置运算，e _m是接收到的midamble码，m_basic是基本midamble码，则得到所述初步估计结果＝F^-1(F(e _m)/F(m_basic))，中包括K个用户的初步估计结果，其中某一个用户k的初步估计结果为即所述每个用户的初步估计结果包括W个径，其中某一个用户k的初步估计结果由W个径的信道响应初步估计值组成，即

步骤一中计算所述各径的功率的方法具体包括：假设总共有K个用户，其中某一个用户是k，总共有W个径，其中某一个径是w，第k个用户的第w个径的信道响应初步估计值为则所述各径的功率为该径模的平方

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤一中根据所述各径的功率设定门限值ε的方法具体包括：假设噪声功率为σ²，门限系数为r， 1≤r≤2，则所述门限值ε为ε＝r²·σ²。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤一中根据所述各径的功率设定门限值ε的方法具体包括：假设最强径功率为门限系数为X，10≤X≤20，则所述门限值ε为

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤二中获得所述各径的信道响应估计值方法为：假设总共有K个用户，其中某一个用户是k，总共有W个径，其中某一个径是w，第k个用户的第w个径的信道响应初步估计值为设定所述的门限值为ε，若所述径的功率大于所述门限值ε，则将所述径的信道响应初步估计值的模值减去门限值的平方根而所述径的信道响应初步估计值的符号保持不变，若所述径的功率小于所述门限值ε，则将所述径的信道响应初步估计值置零；以此类推得到各径的信道响应估计值用公式表示为

令(·)^T表示转置运算,将所述各径的信道响应估计值按顺序组合得到第k个用户的信道估计结果最后将所有K个用户的信道估计结果组合，即可得到所述信道估计结果通过上述方法即可实现本发明提出的应用于TD-SCDMA系统的信道估计。