CN102917371B - 适合室内信道的lte小区专用参考信号优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适合室内信道的LTE小区专用参考信号优化方法，包括以下步骤：首先选取室内信道参数；根据室内信道参数计算参考信号在时域上的间隔；再根据室内信道参数计算参考信号在频域上的间隔。根据室内无线信道的特点，本发明通过相关的计算，对LTE中小区专用参考信号的排布方式进行了优化，在保证系统性能的前期下，提高了系统的资源效率，从而提升了系统的整体性能。

Description

适合室内信道的LTE小区专用参考信号优化方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种适合室内信道的LTE小区专用参考信号优化方法。

背景技术

在LTE系统中小区专用参考信号是以小区为单位，在所有下行普通子帧中发送的参考信号，用于信道估计和相关解调。小区专用参考信号的参考信号按照一定规律分布在整个时频资源块上，为了精确估计和跟踪多径信道的时变过程，参考信号插入间隔需要在资源块频率和时间方向上满足一定的要求。

资源块频域方向上参考信号插入间隔取决于无线多径信道的相干频率，与多径信道最大时延扩展有关。根据Nyqui st抽样定理，频域参考信号子载波间隔个数D_p需要足够小，即：

$D_p\≤\frac{1}{2{\mathrm{\τ}}_{\max }\mathrm{\Δf}}$

其中τ_max为信道最大多径时延扩展，Δf为子载波间隔。当参考信号间隔不满足上述条件时，所插入的参考信号不足以准确的采样记录多径信道的变化过程，信道估计误差会比较大。

资源块时域方向上参考信号插入间隔取决于信道的相干时间，参考信号间的最大时间间隔定义为：

$D_t\≤\frac{1}{2f_{d\max }{T}_f}$

其中为最大多普勒扩展。

为了能够真实反映出信道频域和时域上的变化情况，需要在频域和时域二维方向上以Nyquist速率进行抽样，因此整个时频资源块上插入参考信号的间隔需要同时满足上述两个公式的限制。

考虑到在无线通信系统中，信号经过信道时经历环境物体的散射和反射，传输信号沿多个不同路径传播后，以微小的时间差到达接收机的信号相互干涉导致接收信号的幅度和相位急剧变化，产生成为小尺度衰落的现象。这一现象的存在造成了信号的频域选择性衰落和时间选择性衰落，而参考信号的作用就是为了估计和跟踪这一过程，为进一步抵消上述的衰落提供帮助。因此参考信号的的排布方式和系统所处的场景，也即系统的无线信道环境有着密切的联系。

当前常规的小区专用信号的排布方法，主要针对室外的无线传输环境而设计，如果直接应用在室内环境下，虽然能够保证通信的质量，却不能够提高资源的利用率，从而造成了不必要的浪费。

发明内容

本发明要解决的技术问题：是提出一种LTE中小区专用参考信号排布方式的优化方案。该方案不仅能够兼容原有的参考信号插入方式，同时针对室内信道的特性，解决参考信号在资源块中的插入位置，使得系统的整体性能的损失在可以忽略的情况下，提高系统的资源利用率，使得系统的能耗更小，更加绿色化。

为了解决以上问题，本发明实施例公开了一种适合室内信道的LTE小区专用

参考信号优化方法，包括以下步骤：

首先选取室内信道参数；

根据室内信道参数计算参考信号在时域上的间隔；

再根据室内信道参数计算参考信号在频域上的间隔。

进一步，作为一种优选，所述室内信道参数包括手机移动速度v_m、手机工作频率fc、子载波间隔Δf和信道最大多径时延扩展τ_max。

进一步，作为一种优选，根据室内信道参数计算参考信号在时域上的间隔进一步包括：

先计算室内信道的多普勒频移；

再计算室内信道的相干时间；

再计算参考信号在时域上的间隔。

进一步，作为一种优选，进一步包括在单天线情况下，TDD帧结构在频域上每时频资源块为N个子载波时，所述参考信号在频域上的间隔优化方案应选取N的倍数，即向下取最近的N的倍数。RB即为时频资源块，由12个连续的子载波组成，带宽为180kHz，持续时间为1ms。RB的数量与频点带宽相关，20MHz的带宽有100个RB，10MHz带宽有50个RB。

本发明根据LTE无线通信系统室内信道的特点，对LTE中的小区专用参考信号的排布方式进行了优化，使得在系统误码性能基本没有损失的情况下，提高了通信服务的效率。较传统的小区专用参考信号排布方案相比，本方案主要在系统的通信效率上有了很大的提高，因此对于LTE系统能量利用率上有了较大的改善。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，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，其中：

图1单天线常规CP参考信号和资源块映射优化示意图。

图2 2天线常规CP参考信号和资源块映射优化示意图。

图3 4天线常规CP参考信号和资源块映射优化示意图。

图4 SISO模式的本发明方案和原方案MSE性能仿真对比曲线。

图5 2发2收分集模式本发明方案和原方案的MSE性能仿真对比曲线。

图6 4发2收分集模式本发明方案和原方案的MSE性能仿真对比曲线。

具体实施方式

为使上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

表1室内信道模型参数

IndoorA信道模型参数    IndoorB信道模型参数

本发明实施例提供了一种适合室内信道的小区专用参考信号排布方案，具体实现步骤包括：

a)首先考虑室内信道参数，选取IndoorB信道为例。v_m=36km/h（10m/s,这显然是在室内环境下几乎不能达到的速度），fc＝2GHz，Δf＝15.kHz，τ_max=700ns。

b)计算室内信道的多普勒频移， $f_d=\frac{v_m}{c}{f}_c=\frac{36/3.6}{3\×{10}^8}\×2\×{10}^9=66.7\mathrm{Hz};$

c)计算室内信道的相干时间，

d)计算参考信号在时域上的间隔，所以可以得知理论上每15个时隙（即每隔15个OFDM符号）插入一个参考信号就能满足需要；

e)计算参考信号在频域上的间隔，由于信道最后一径时延扩展为τ_max=700ns，因此有， $N_f\≤\frac{1}{2{\mathrm{\τ}}_{\max }\mathrm{\Δf}}=\frac{1}{2\×700\×{10}^{-9}\×15\×{10}^3}=47.6$ 取整选择为47，即在频域上每47个子载波放置一个参考信号即可满足要求；

f)进一步考虑在单天线情况下，LTE支持信道带宽分别为1.4MHz,3MHz，5MHz,10MHz，15MHz，20MHz，对应RB个数为6，15，25，50，75，100。TDD帧结构在频域上每RB为12个子载波，于是在不同带宽下子载波数为72，180，300，600，900，1200。而长期演进中参考信号为每隔6个子载波插一个，因此为了兼容原有参考信号插入方式并满足带宽中子载波的整倍数关系，优化方案应选取12的倍数，上一步中计算出47个子载波，故应向下取最近的12的倍数即36。

实施例

考虑到室内信道的特显，选取表1中多径时延扩展最大的IndoorB信道为例。v_m=36km/h（10m/s,这显然是在室内环境下几乎不能达到的速度），fc＝2GHz，Δf＝15kHz，τ_max=700ns。则有

$f_d=\frac{v_m}{c}{f}_c=\frac{36/3.6}{3\×{10}^8}\×2\×{10}^9=66.7\mathrm{Hz}$

$T_c=\frac{1}{2f_d}=\frac{1}{2\×66.7}=7.5\mathrm{ms}$

$N_t\≤\frac{1}{2f_d{T}_s}=\frac{1}{2\×66.7\×0.5\×{10}^{-3}}=15$

所以理论上讲每15个时隙（即每隔15个OFDM符号）就能满足限定条件。

频域方面由于信道最后一径时延扩展为τ_max=700ns，因此有

$N_f\≤\frac{1}{2{\mathrm{\τ}}_{\max }\mathrm{\Δf}}=\frac{1}{2\×700\×{10}^{-9}\×15\×{10}^3}=47.6$

N_fmax=47

即每47个子载波放置一个参考信号即可满足限定条件。

首先考虑单天线情况。长期演进支持信道带宽分别为1.4MHz,3MHz，5MHz,10MHz，15MHz，20MHz，对应RB个数为6，15，25，50，75，100。TDD帧结构在频域上每RB为12个子载波，于是在不同带宽下子载波数为72，180，300，600，900，1200。而长期演进中参考信号为每隔6个子载波插一个，因此为了兼容原有参考信号插入方式并满足带宽中子载波的整倍数关系，优化方案应选取12的倍数，上面已计算出47个子载波，故应向下取最近的12的倍数即36。综上所述，本发明将参考信号和资源块映射关系重新设计为图1所示情形，对应常规CP的TDD帧结构。即频域上每36个子载波放置一个参考信号，时域每15个时隙放置一个参考信号。接下来考虑多天线情况，图2、图3分别展示了2天线常规CP以及4天线常规CP的TDD帧结构。即为本方案确定的适合室内信道的LTE小区专用参考信号的排布优化方案。

下面分别列举本发明的1个具体实施例。

以下三组仿真结果，分别对本发明的系统性能做出分析比较。图的系统参数为：物理信道类型为PDSCH信道，信道模型为IndoorB，载波频率为2GHz，系统带宽为5MHz，CQI等级为3，CQI反馈周期为1ms，图4示出了本发明参考信号排布方式和原参考信号排布方式在SISO（单发单收）方式下的LS信道估计和MMSE信道估计方法的MSE信道估计性能，可以看出新方案在MSE性能上与原方案仅存在不足0.3dB的差距，考虑到新方案在5MHz（25RB）信道下每15时隙共可以节省300/6×15-17=733个RE的参考信号，这个微弱的性能降低是完全可以接受的。

图5示出了原映射方案和本发明映射方案在2发2收天线方式下的LS和MMSE信道估计算法MSE性能仿真对比曲线，其系统参数为：物理信道类型为PDSCH信道，信道模型为IndoorB，载波频率为2GHz，系统带宽为5MHz，CQI等级为3，CQI反馈周期为1ms，可以看到新方案在MSE性能上与原方案仅存在不足0.2dB的差距，同样证明了本发明方案的可行性。

图6示出了原映射方案和本发明映射方案在4发2收天线方式下的LS和MMSE信道估计算法MSE性能仿真对比曲线，其系统参数为：物理信道类型为PDSCH信道，信道模型为IndoorB，载波频率为2GHz，系统带宽为5MHz，CQI等级为3，CQI反馈周期为1ms，可以看到在这种天线方式下，新方案的性能仍然十分的稳定，证实在多天线方式下，本发明方案也是确实有效的。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些具体实施方式仅是举例说明，本领域的技术人员在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以对上述方法和系统的细节进行各种省略、替换和改变。例如，合并上述方法步骤，从而按照实质相同的方法执行实质相同的功能以实现实质相同的结果则属于本发明的范围。因此，本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (1)

1.一种适合室内信道的LTE小区专用参考信号优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先选取室内信道参数；

根据室内信道参数计算参考信号在时域上的间隔；

再根据室内信道参数计算参考信号在频域上的间隔；

所述室内信道参数包括手机移动速度v_m、手机工作频率fc、子载波间隔Δf和信道最大多径时延扩展τ_max；

所述根据室内信道参数计算参考信号在时域上的间隔进一步包括：

先计算室内信道的多普勒频移；

再计算室内信道的相干时间；

再计算参考信号在时域上的间隔；

进一步包括在单天线情况下，TDD帧结构在频域上每时频资源块为N个子载波时，所述参考信号在频域上的间隔优化方案应选取N的倍数，即向下取最近的N的倍数；

具体实现步骤包括：

a)首先考虑室内信道参数，选取IndoorB信道；v_m＝36km/h(10m/s)，fc＝2GHz，Δf＝15kHz，τ_max＝700ns；

b)计算室内信道的多普勒频移， $f_d=\frac{v_m}{c}{f}_c=\frac{36/3.6}{3\×{10}^8}\×2\×{10}^9=66.7\mathrm{Hz};$

c)计算室内信道的相干时间，

d)计算参考信号在时域上的间隔，所以可以得知理论上每15个时隙(即每隔15个OFDM符号)插入一个参考信号就能满足需要；

e)计算参考信号在频域上的间隔，由于信道最后一径时延扩展为τ_max＝700ns，因此有， $N_f\≤\frac{1}{{2\mathrm{\τ}}_{\max }\mathrm{\Δf}}=\frac{1}{2\×700\×{10}^{-9}\×15\×{10}^3}=47.6,$ 取整选择为47，即在频域上每47个子载波放置一个参考信号即可满足要求；

进一步考虑在单天线情况下，LTE支持信道带宽分别为1.4MHz,3MHz，5MHz,10MHz，15MHz，20MHz，对应RB个数为6，15，25，50，75，100；TDD帧结构在频域上每RB为12个子载波，于是在不同带宽下子载波数为72，180，300，600，900，1200；而长期演进中参考信号为每隔6个子载波插一个，因此为了兼容原有参考信号插入方式并满足带宽中子载波的整倍数关系，优化方案应选取12的倍数，上一步中计算出47个子载波，故应向下取最近的12的倍数即36。