CN103313278A - 基于谱估计的td-lte上行定时测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于谱估计的TD-LTE上行定时测量方法，包括以下步骤：S1：接收数据，并对数据进行FFT变换，以得到参考信号，并根据参考信号与本地参考信号生成数据矩阵；S2：计算数据矩阵的自相关矩阵，并对自相关矩阵进行特征值分解，以得到最大信号特征值和与最大信号特征值对应的最大信号特征向量；S3：根据最大信号特征向量搜索谱峰，以得到谱峰所对应的位置；以及S4：根据谱峰所对应的位置得到定时偏移。根据本发明实施例的方法，通过空间谱估计的高分辨性能、高稳健性对TD-LTE上行定时偏移进行精确估计，从而在信噪比较低的情况下仍然呈现很好的性能。

Description

基于谱估计的TD-LTE上行定时测量方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种基于谱估计的TD-LTE上行定时测量方法。

背景技术

LTE是第四代移动的主流技术之一，它的上行链路多址方案采用了单载波频分多址(Sing Carrier Frequency Division Multiple Access，SC-FDMA)技术，下行链路多址方案采用了正交频分复用多址（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA）技术，这些多址方案能够确保用户之间的正交性，同时降低干扰，提高网络容量。TD-LTE是时分双工模式的LTE系统，是TD-SCDMA的后续演进技术与标准。TD-LTE一经提出就受到了各国的重视，各国都投入了大量的人力财力，共同推动着TD-LTE的发展。在TD-LTE中，上行也采用SC-FDMA技术。SC-FDMA技术首先将数据进行DFT变换，再补零进行子载波映射，然后进行IFFT变换得到时域信号。上行的解调参考信号(Demodulation Reference Signal，DMRS)不经过DFT变换而直接进行子载波映射。同OFDM技术一样，SC-FDMA技术也采用循环前缀作为保护间隔，这样TD-LTE上行就面临着同步的问题，在实际的传输过程中，由于各种因素的影响，会造成一定的定时偏移，产生不同步的现象，不同步就会对频域数据带来相位的旋转，如果不能准确的估计并纠正，会对后续信号处理产生很大的影响。

近年来出现不少关于TD-LTE上行定时偏移估计的算法，但是这些算法在信噪比很低时，估计性能很差。本文提出一种基于多重信号分类（MUSIC）空间谱估计的定时估计算法，该算法利用空间谱估计的高分辨性能、高稳健性对TD-LTE上行定时偏移进行估计，它在信噪比较低的情况下仍然呈现很好的估计性能。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种基于谱估计的TD-LTE上行定时测量方法。

为达到上述目的，本发明的实施例提出一种基于谱估计的TD-LTE上行定时测量方法，包括以下步骤：S1：接收数据，并对所述数据进行FFT变换，以得到参考信号，并根据所述参考信号与本地参考信号生成数据矩阵；S2：计算所述数据矩阵的自相关矩阵，并对所述自相关矩阵进行特征值分解，以得到最大信号特征值和与所述最大信号特征值对应的最大信号特征向量；S3：根据所述最大信号特征向量搜索谱峰，以得到所述谱峰所对应的位置；以及S4：根据所述谱峰所对应的位置得到定时偏移。

本发明的一个实施例中，所述根据所述参考信号与本地参考信号生成数据矩阵，进一步包括：将所述参考信号与本地参考信号相对应的已知数据进行共轭相乘，以得到所述数据矩阵。

本发明的一个实施例中，所述步骤S3具体包括：S31：设置第二个阵元相对于参考阵元引起的相位差；S32：设置导向矢量；以及S33：根据所述第二个阵元相对于参考阵元引起的相位差、所述导向矢量和最大信号特征向量利用空间谱估计公式以得到所述谱峰所对应的位置。

本发明的一个实施例中，所述空间谱估计公式为，p(ω)=1/[a^H(ω)(I-SS^H)a(ω)]，其中，a(ω)为导向向量，a^H(ω)为导向向量的共轭转置，S为信号的特征向量，S^H为信号的特征向量的共轭转置，SS^H为信号的特征向量与信号的特征向量的共轭转置相乘，I为单位矩阵，H为共轭转置。

本发明的一个实施例中，所述定时偏移通过如下公式得到，所述公式为，τ=i·Δ·N，其中，τ为定时偏移，i为谱峰的对应位置，Δ为ω的划分间隔，N为FFT变换点数。

本发明的一个实施例中，所述第二个阵元相对于参考阵元引起的相位差通过如下公式表示，所述公式为，ω_i=2πi·Δ，（i=1,2,...,n），其中，Δ表示所述第二个阵元相对于参考阵元引起的相位差的划分间隔，i为将ω划分为n个等间隔单位中的第i个单位，n为总的搜索点数。

本发明的一个实施例中，所述a(ω)通过如下公式表示，所述公式为，a(ω)=[1e^-jωe^-j2ω…e^-j(N-1)ω]^T，其中，T为转置，j为ω为第二个阵元相对于参考阵元引起的相位差,N为FFT点数。

根据本发明实施例的方法，通过空间谱估计的高分辨性能、高稳健性对TD-LTE上行定时偏移进行精确估计，从而在信噪比较低的情况下仍然呈现很好的性能。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的基于谱估计的TD-LTE上行定时测量方法的流程图；以及

图2为根据本发明一个实施例的利用MUSIC算法对TD-LTE上行定时偏移估计的性能曲线图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

图1为根据本发明一个实施例的基于谱估计的TD-LTE上行定时测量方法的流程图。如图1所示，根据本发明实施例的基于谱估计的TD-LTE上行定时测量方法，包括以下步骤：

步骤101，接收数据，并对数据进行FFT变换，以得到参考信号，并根据参考信号与本地参考信号生成数据矩阵，本地参考信号是收发两端已知的序列。

具体地，接收数据，并对数据进行FFT变换，以得到参考信号，并将所述参考信号与本地参考信号相对应的已知数据进行共轭相乘，以得到数据矩阵。

步骤102，计算数据矩阵的自相关矩阵，并对自相关矩阵进行特征值分解，以得到最大信号特征值和与最大信号特征值对应的最大信号特征向量。

具体而言，对于数据矩阵X=(X₁,X₂,...,X_k)，其中X_i（i=1,2,...,k）表示N维列向量，N是TD-LTE接收端FFT变换的点数，它的自相关矩阵

R_xx是一个对称矩阵，令其特征值分解为R_xx=UΣU^H，其中，Σ=diag(λ₁,λ₂,...,λ_N)，将最大的特征值λ记做信号特征值，其对应的特征向量记做信号特征向量S。

步骤103，根据最大信号特征向量搜索谱峰，以得到谱峰所对应的位置。

具体地，设置第二个阵元相对于参考阵元引起的相位差ω_i=2πi·Δ，（i=1,2,...,n），其中，Δ表示第二个阵元相对于参考阵元引起的相位差的划分间隔，i为将ω划分为n个等间隔单位中的第i个单位。然后，设置导向向量a(ω)=[1e^-jωe^-j2ω…e^-j(N-1)ω]^T，其中，T为转置，j为

ω为为第二个阵元相对于参考阵元引起的相位差,N为FFT点数。之后根据第二个阵元相对于参考阵元引起的相位差、导向向量和最大信号特征向量利用空间谱估计公式以得到谱峰所对应的位置。该空间谱估计公式为，p(ω)=1/[a^H(ω)(I-SS^H)a(ω)]，其中，a(ω)=[1e^-jωe^-j2ω…e^-j(N-1)ω]^T，a^H(ω)为，S为信号的特征向量，S^H为信号特征向量的共轭转置，SS^H为信号的特征向量与信号特征向量的共轭转置的乘积，I为单位矩阵，H为共轭转置。

步骤104，根据谱峰所对应的位置得到定时偏移。

具体而言，根据谱峰所对应的位置i，通过公式τ=i·Δ·N计算得出定时偏移τ。

根据本发明实施例的方法，通过空间谱估计的高分辨性能、高稳健性对TD-LTE上行定时偏移进行精确估计，从而在信噪比较低的情况下仍然呈现很好的性能。

为了测试本发明的效果进行了如下试验。其中，具体地基本参数设置如表1所示。

参数	参数值
		带宽	20MHz
用户数	1
		信道类型	AWGN
资源分配	100RBs
		发射模型	1x1
定时偏移	45.24sample points
		划分间隔Δ	1e-6
仿真长度	500subframes

表1

对信噪比从-10dB变化至10dB，图2为根据本发明一个实施例的利用MUSIC算法对TD-LTE上行定时偏移估计的性能曲线图。如图2所示，横坐标为定时估计的均方根误差，从图2中可以看出，在信噪比较低时，本发明的性能依然很好，例如，信噪比在-10dB时，均方根误差只有0.03227。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种基于谱估计的TD-LTE上行定时测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：接收数据，并对所述数据进行FFT变换，以得到参考信号，并根据所述参考信号与本地参考信号生成数据矩阵；

S2：计算所述数据矩阵的自相关矩阵，并对所述自相关矩阵进行特征值分解，以得到最大信号特征值和与所述最大信号特征值对应的最大信号特征向量；

S3：根据所述最大信号特征向量搜索谱峰，以得到所述谱峰所对应的位置；以及

S4：根据所述谱峰所对应的位置得到定时偏移。

2.如权利要求1所述的基于谱估计的TD-LTE上行定时测量方法，所述根据所述参考信号与本地参考信号生成数据矩阵，进一步包括：

将所述参考信号与本地参考信号相对应的已知数据进行共轭相乘，以得到所述数据矩阵。

3.如权利要求1所述的基于谱估计的TD-LTE上行定时测量方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：

S31：设置第二个阵元相对于参考阵元引起的相位差；

S32：设置导向向量；以及

S33：根据所述第二个阵元相对于参考阵元引起的相位差、所述导向向量和最大信号特征向量利用空间谱估计公式以得到所述谱峰所对应的位置。

4.如权利要求3所述的基于谱估计的TD-LTE上行定时测量方法，其特征在于，所述空间谱估计公式为，

p(ω)=1/[a^H(ω)(I-SS^H)a(ω)]，

其中，a(ω)为导向向量，a^H(ω)为导向向量的共轭转置，S为信号的特征向量，S^H为信号的特征向量的共轭转置，SS^H为信号的特征向量与信号的特征向量的共轭转置相乘，I为单位矩阵，H为共轭转置。

5.如权利要求1所述的基于谱估计的TD-LTE上行定时测量方法，其特征在于，所述定时偏移通过如下公式得到，所述公式为，

τ=i·Δ·N，

其中，τ为定时偏移，i为谱峰的对应位置，Δ为ω的划分间隔，N为FFT变换点数。

6.如权利要求3所述的基于谱估计的TD-LTE上行定时测量方法，其特征在于，所述第二个阵元相对于参考阵元引起的相位差通过如下公式表示，所述公式为，

ω_i=2πi·Δ，（i=1,2,...,n）

其中，Δ表示所述第二个阵元相对于参考阵元引起的相位差的划分间隔，i为将ω划分为n个等间隔单位中的第i个单位，n为总的搜索点数。

7.如权利要求3所述的基于谱估计的TD-LTE上行定时测量方法，其特征在于，所述a(ω)通过如下公式表示，所述公式为，

a(ω)=[1e^-jωe^-j2ω…e^-j(N-1)ω]^T，

其中，T为转置，j为ω为为第二个阵元相对于参考阵元引起的相位差,N为FFT点数。

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