CN103581065B - 一种维纳滤波信道估计方法和装置 - Google Patents
一种维纳滤波信道估计方法和装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种维纳滤波信道估计方法和装置，以获得SINR指标非平稳条件下较为准确的信道估计值。所述方法包括：获取各个子频带上的信号噪声干扰信息；根据所述各个子频带上的信号噪声干扰信息，生成与子区域对应的M×L个维纳滤波系数，所述M为自然数，所述L为子区域的滤波器的阶数；采用所述M×L个维纳滤波系数对经过最小二乘估计所得信道响应进行滤波，得到所述子区域的维纳滤波信道估计值。本发明提供的方法有效克服了由于频域非平稳带来的性能劣势，通过子区域划分，实现了在频域SINR指标非平稳场景下维纳滤波信道估计算法的优化，并灵活支持平稳应用场景，有效提高了非平稳场景下接收机性能。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信领域，尤其涉及一种维纳滤波信道估计方法和装置。
背景技术
就移动通信系统而言，信道均衡是决定整体接收方案性能的关键技术，而准确的信道估计是高性能信道均衡的前提条件。对于正交频分复用（Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing，OFDM）相关的移动通信系统，估计与跟踪频率选择性时变信道的信道响应一直以来都是极具挑战的工作。在业界主流的基于参考符号辅助的OFDM系统中，基于最小均方误差（Minimum Mean Square Error，MMSE）的维纳滤波估计器能够在准确获取信道统计量的前提下提供最优性能。
在第三代合作组织（The 3rd Generation Partnership Project，3GPP）长期演进（Long Term Evolution，LTE）系统中，通常会采用最小二乘（Least Square，LS）估计对参考信号位置载波的信道响应值进行估计。假设接收参考信号的频域表达式如下：
Yp=XpHp+Np .................................................（1）
上述表达式（1）中，Xp表示发送的参考信号，Yp表示接收的参考信号，Np表示在接收的参考信号上叠加的噪声干扰，Hp表示信道响应值。经过最小二乘估计后的信道响应如下：
上述表达式（2）中表示对Hp的LS估计结果。通过对LS估计结果进行维纳滤波获取全部子载波上的信道响应值，维纳滤波表示为：
上述表达式（3）中，w为维纳滤波器系数w=Rhp(Rpp+s(XpXp H)-1)-1，Rhp表示频域子载波间互相关系数，Rpp表示频域子载波间自相关系数。维纳滤波实际上是对LS信道估计结果进行一次插值滤波处理，获得数据载波位置上的信道估计值，而参数s表示噪声干扰Np的方差。从维纳滤波的实现原理上可以看到，系数w的生成与参数s相关。根据维纳滤波原理，参数s反映了噪声干扰水平的变化。因此，为了获取最佳的估计效果，应该根据噪声干扰水平设置合理的s值。
现有技术提供的一种维纳滤波信道估计方法如附图1所示，即对信号噪声干扰比值（Signal Interference Noise Ratio，SINR）取不同值，例如，a1、a2和a3（这里，a1<a2<a3），从而在不同SINR区间上获得不同的均方误差（Mean Square Error，MSE）估计值，这里，MSE的评估方法为：
上述表达式（4）中，H为真实信道函数值，Hest为通过估计获取的信道函数值。在图1所示的A、B、C这3个SINR区域内，分别对s取值为a1、a2、a3时，其获得的MSE性能有明显的差异：在区域A上，s取值为a1的MSE性能最优；在区域B上，s取值为a2的MSE性能最优；在区域C上，s取值为a3的MSE性能最优。
上述现有技术的不足之处在于均没有考虑非平稳的应用场景，因而在实际应用中可能带来性能损失。例如，在实际应用场景中，当用户设备（User Equipment，UE）位于小区边缘时，会同时接收到多个与本小区功率相当的邻小区信号。由于LTE系统采用了同频组网技术，在各小区频率资源进行OFDMA复用时，就很可能造成不同频带位置上SINR测量值差异较大的非平稳情况，如图2所示。在根据频率位置不同划分的13个子频带（Sub-band）上，由于邻小区同频干扰因素引入，子频带1、2、3、11、12、13的SINR值较子频带5、6、7、8、9有较大差异。与全频带SINR指标平稳条件下相比，子频带SINR指标非平稳条件下如果仍然采用全频带统一的滤波器系数设置来进行维纳滤波信道估计，则会带来明显的性能损失。
发明内容
本发明实施例提供一种维纳滤波信道估计方法和装置，以获得SINR指标非平稳条件下较为准确的信道估计值。
本发明实施例提供一种维纳滤波信道估计方法，所述方法包括：
获取各个子频带上的信号噪声干扰信息，所述信号噪声干扰信息包括信干噪比SINR、信干比SIR和信噪比SNR中的任意一种；
根据所述各个子频带上的信号噪声干扰信息，生成与子区域对应的M×L个维纳滤波系数，所述M为自然数，所述L为子区域的滤波器的阶数；
采用所述M×L个维纳滤波系数对经过最小二乘估计所得信道响应进行滤波，得到所述子区域的维纳滤波信道估计值。
本发明实施例提供一种维纳滤波信道估计装置，所述装置包括：
获取模块，用于获取各个子频带上的信号噪声干扰信息，所述信号噪声干扰信息包括信干噪比SINR、信干比SIR和信噪比SNR中的任意一种；
系数生成模块，用于根据所述各个子频带上的信号噪声干扰信息，生成与子区域对应的M×L个维纳滤波系数，所述M为自然数，所述L为子区域的滤波器的阶数；
滤波模块，用于采用所述M×L个维纳滤波系数对经过最小二乘估计所得信道响应进行滤波，得到所述子区域的维纳滤波信道估计值。
从上述本发明实施例可知，由于根据各个子频带上的信号噪声干扰信息，生成了与子区域对应的M×L个维纳滤波系数，再采用M×L个维纳滤波系数对经过最小二乘估计所得信道响应进行滤波，得到所述子区域的维纳滤波信道估计值。因此，与现有技术相比，本发明实施例提供的方法有效克服了由于频域非平稳带来的性能劣势，通过子区域划分，实现了在频域SINR指标非平稳场景下维纳滤波信道估计算法的优化，并灵活支持平稳应用场景，有效提高了非平稳场景下接收机性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对现有技术或实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，还可以如这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术提供的维纳滤波信道估计方法中对信噪干扰比取不同值时获得不同的均方误差估计值示意图；
图2是现有技术提供的维纳滤波信道估计方法中不同频带位置上信噪干扰比测量值差异较大的非平稳情况示意图；
图3是本发明实施例提供的维纳滤波信道估计方法流程示意图；
图4是本发明实施例提供的维纳滤波信道估计装置结构示意图；
图5是本发明另一实施例提供的维纳滤波信道估计装置结构示意图；
图6是本发明另一实施例提供的维纳滤波信道估计装置结构示意图；
图7是本发明另一实施例提供的维纳滤波信道估计装置结构示意图；
图8是本发明另一实施例提供的维纳滤波信道估计装置结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅附图3，是本发明实施例提供的维纳滤波信道估计方法流程示意图，主要包括步骤S301、步骤S302和步骤S303，具体地：
S301，获取各个子频带上的信号噪声干扰信息，所述信号噪声干扰信息包括信干噪比SINR、信干比SIR和信噪比SNR中的任意一种。
在本发明实施例中，子频带是指不大于接收机工作频带的一段频率范围，对于OFDM系统，其可以是频域上相邻的若干子载波，即子频带可包含若干子载波。信号噪声干扰信息是信干噪比（Signal Interference Noise Ratio，SINR）、信干比（SignalInterference Ratio，SIR）和信噪比（Signal Noise Ratio，SNR）的统称，其可以由接收信号功率Ps、接收参考信号功率（Reference Signal Receive Power，RSRP）Prsrp、噪声功率PN和干扰功率PI得到，例如，求取Prsrp/（PN+PI）的值即可得到SINR，求取Ps/PN的值即可得到SNR，求取Ps/PI的值即可得到SIR。
S302，根据所述各个子频带上的信号噪声干扰信息，生成与子区域对应的M×L个维纳滤波系数，所述M为自然数，所述L为子区域的滤波器的阶数。
为了减少运算开销和复杂度，在本发明实施例中，根据所述各个子频带上的信号噪声干扰信息，生成与子区域对应的M×L个维纳滤波系数时，可以将将接收机工作频带包含的子频带中信号噪声干扰信息相近的任意两个或两个以上相邻子频带进行合并，得到合并后的子区域。例如，若相邻子频带的SINR值相差不大于一个阈值α，则可以将该相邻子频带合并成一个子区域；再如，若相邻子频带的SNR值相差不大于一个阈值β，则可以将该相邻子频带合并成一个子区域；还如，若相邻子频带的SIR值相差不大于一个阈值γ，则可以将该相邻子频带合并成一个子区域。
在对子频带进行合并后，可按照w=Rhp(Rpp+s(XpXp H)-1)-1、w=Rhp(Rpp+sI)-1或表示的方法生成与所述子区域对应的M×L个维纳滤波系数。在上述表达式表示的方法中，w为M×L个维纳滤波系数组成的M×L阶维纳滤波系数矩阵，Rhp为M×L阶频域子载波间互相关系数矩阵，Rpp为L×L阶频域子载波间自相关系数矩阵，Xp为L×1阶参考信号矩阵，所述I为L×L阶单位矩阵，而s是根据步骤S301求得的各个子频带上的信干噪比SINR、信干比SIR和信噪比SNR得到的参数。具体地，可根据不同环境下，将SINR、SIR或SNR的不同取值区间映射成相应的映射值，s可以取这些映射值，如下表1所示，是以LTE系统为例获得的映射表。
表1
在上述表1中，例如，对于EPA的信道环境，（－∞，0]的SINR、SIR或SNR取值区间映射为值a1，此时，参数s取a1；其余信道环境下不同SINR、SIR或SNR的取值区间类似。a1、a2、a3、b1、b2、b3、c1、c2、c3、d1、d2和d3既可以通过系统仿真获得，又可以根据实际测得的经验值获得。
需要说明的是，若各个子区域的滤波器的阶数相等，各个子频带包含的子载波数相等，在相同的信道环境下，各个子频带的维纳滤波系数仅与参数s、SINR、SIR或SNR有关。因此，在本发明实施例中，可以将各个子区域的滤波器的阶数L取为相等，各个子频带包含的子载波数也相等，根据参数s、SINR、SIR或SNR的不同，对维纳滤波系数进行计算并存储，实现不同子频带间维纳滤波系数的共用，能够避免重复计算。
S303，采用所述M×L个维纳滤波系数对经过最小二乘估计所得信道响应进行滤波，得到所述子区域的维纳滤波信道估计值。
如前所述，L是各个子区域的滤波器的阶数，其值既可以与所述子频带内包含的参考信号数相等，也可以与所述子频带内包含的参考信号数不相等；对于M，其值既可以与子频带内包含的子载波数相等，也可以与子频带内包含的子载波数不相等，即，考虑到维纳滤波系数的计算中包含矩阵求逆的过程，为了减小其运算开销和复杂度，L的取值可以小于所述子频带内包含的参考信号数，M的取值可以小于所述子频带内包含的子载波数；在其他情形下，L的取值也可以大于所述子频带内包含的参考信号数，M的取值也可以大于所述子频带内包含的子载波数。
当各个子区域的滤波器的阶数L与所述子频带内包含的参考信号数相等且所述M与子频带内包含的子载波数相等时，作为采用所述M×L个维纳滤波系数对经过最小二乘估计所得信道响应进行滤波，得到所述子区域的维纳滤波信道估计值的一个实施例，可以将w[j][i]与相乘，以w[j][i]与乘积的和即作为所述子区域的维纳滤波信道估计值即，将输入包含M×L个维纳滤波系数w[j][i]的维纳滤波器，滤波后得到其中，为对滤波器输入L个参考信号后经过最小二乘（LeastSquare，LS）估计所得信道响应，w[j][i]为M×L阶维纳滤波系数矩阵w中第j行第i列的元素，i取0，1，…，L－1，j取0，1，…，M－1。
当所述子频带内包含的参考信号数L’小于各个子区域的滤波器的阶数L且所述子频带内包含的子载波数M’小于所述M时，作为采用所述M×L个维纳滤波系数对经过最小二乘估计所得信道响应进行滤波，得到所述子区域的维纳滤波信道估计值的另一实施例，可以先对M’×L’个维纳滤波系数组成的M’×L’阶维纳滤波系数矩阵w1扩充至M×L阶维纳滤波系数矩阵w'，其中，扩充部分的元素均为0。至于M’×L’阶维纳滤波系数矩阵w1，可按照与求取w类似方法即，w1=R1hp(R1pp+s1(X1pX1p H)-1)-1、w1=R1hp(R1pp+s1I1)-1或表示的方法得到，其中，R1hp为M’×L’阶频域子载波间互相关系数矩阵，R1pp为M’×L’阶频域子载波间自相关系数矩阵，X1p为L’×1阶参考信号矩阵，所述I1为L’×L’阶单位矩阵，而s1是在上述条件下根据步骤S301求得的各个子频带上的信干噪比SINR、信干比SIR和信噪比SNR得到的参数，具体方法与表1表示的类似，不做赘述。
然后，将w'[j][i]与相乘，以所述乘积的和作为所述子区域的维纳滤波信道估计值即，将输入包含M×L个维纳滤波系数w'[j][i]的维纳滤波器，滤波后得到此处，i=0，1，…，L’-1，L’，…，L-1，j取0，1，…，M-1，为对滤波器输入L’个参考信号后经过最小二乘估计所得信道响应，且i=L’，L’＋1，…，L－1时均为0，即对维纳滤波器输入L－L’个值为0的信道响应w'[j][i]为M’×L’个维纳滤波系数组成的M’×L’阶维纳滤波系数矩阵扩充至M×L阶维纳滤波系数矩阵w'中第j行第i列的元素。
当子频带内包含的参考信号数L’大于各个子区域的滤波器的阶数L且所述子频带内包含的子载波数M’大于所述M时，作为采用所述M×L个维纳滤波系数对经过最小二乘估计所得信道响应进行滤波，得到所述子区域的维纳滤波信道估计值的再一实施例，可以先将子频带内包含的参考信分割成若干段，每段包含的参考信号数小于或等于各个子区域的滤波器的阶数L，子频带内包含的子载波数分割成若干块，每块包含的子载波数小于或等于M，然后，求取每一段对应的维纳滤波信道估计值，最后，将每一段对应的维纳滤波信道估计值输出，以所有输出的维纳滤波信道估计值作为该子区域的维纳滤波信道估计值。
在分割时，可以将子频带内包含的L’个参考信号分割为k段且前k－1段每段包含L个参考信号，最后一段包含L1个参考信号，即k－1段参考信号中每段包含的参考信号数与各个子区域的滤波器的阶数L相等；将子频带内包含的M’个子载波分割为k块且前k－1块每块包含M个子载波，最后一块包含M1个子载波，此处，k为大于或等于1的整数，L1∈[0，L），M1∈[0，M）。若L1为0，则子频带内包含的L’个参考信号刚好被分割为k段，若M1为0，则子频带内包含的M’个子载波刚好被分割为k块。
然后，求取L1为0和M1均为0、输入k－1段（k－1）×L个参考信号对应的且子频带内包含k－1块（k－1）×M个子载波时所述子区域的部分维纳滤波信道估计值或者L1和M1均不为0、输入k－1段（k－1）×L个参考信号对应的且子频带内包含k－1块（k－1）×M个子载波时所述子区域的部分维纳滤波信道估计值和输入L1个参考信号对应的且子频带内包含M1个子载波时所述子区域的部分维纳滤波信道估计值
对于L1为0和M1均为0即子频带内包含的L’个参考信号刚好被分割为k段，子频带内包含的M’个子载波刚好被分割为k块，求取输入k－1段（k－1）×L个参考信号对应的且子频带内包含k－1块（k－1）×M个子载波时所述子区域的部分维纳滤波信道估计值可以逐段求取输入L个参考信号对应的且子频带内包含M个子载波时所述子区域的部分维纳滤波信道估计值方法与前述实施例中各个子区域的滤波器的阶数L与所述子频带内包含的参考信号数相等且所述M与子频带内包含的子载波数相等时采用所述M×L个维纳滤波系数对经过最小二乘估计所得信道响应进行滤波得到所述子区域的维纳滤波信道估计值相同，例如，将w[j][i]与每一段参考信号对应的L个相乘，以w[j][i]与乘积的和作为所述子区域的部分维纳滤波信道估计值即，将输入包含M×L个维纳滤波系数w[j][i]的维纳滤波器，滤波后得到w[j][i]的定义与前述实施例的相同。
对于L1和M1均不为0，输入k－1段（k－1）×L个参考信号对应的且子频带内包含k－1块（k－1）×M个子载波时所述子区域的部分维纳滤波信道估计值和输入L1个参考信号对应的且子频带内包含M1个子载波时所述子区域的部分维纳滤波信道估计值其的求取方法可以与前述实施例中L1和M1均为0，求取输入k－1段（k－1）×L个参考信号对应的且子频带内包含k－1块（k－1）×M个子载波时所述子区域的部分维纳滤波信道估计值相同，不做赘述，而的求取可以使用下述两种方法中的任意一种方法：
方法一，与前述实施例中子频带内包含的参考信号数L’小于各个子区域的滤波器的阶数L且所述子频带内包含的子载波数M’小于所述M时采用所述M×L个维纳滤波系数对经过最小二乘估计所得信道响应进行滤波，得到所述子区域的维纳滤波信道估计值相同，即可以先对M1×L1个维纳滤波系数组成的M1×L1阶维纳滤波系数矩阵w1扩充至M×L阶维纳滤波系数矩阵w1'，其中，扩充部分的元素均为0。至于M1×L1阶维纳滤波系数矩阵w1，可按照与求取w类似方法即，w1=R1hp(Rlpp+s1(X1pX1p H)-1)-1、w1=R1hp(Rlpp+s1I1)-1或表示的方法得到，其中，R1hp为M1×L1阶频域子载波间互相关系数矩阵，R1pp为M1×L1阶频域子载波间自相关系数矩阵，X1p为L1×1阶参考信号矩阵，所述I1为L1×L1阶单位矩阵，而s1是在上述条件下根据步骤S301求得的各个子频带上的信干噪比SINR、信干比SIR和信噪比SNR得到的参数，具体方法与表1表示的类似，不做赘述。然后，将w'[j][i]与相乘，以所述乘积的和作为所述子区域的部分维纳滤波信道估计值 即，将输入包含M×L个维纳滤波系数w'[j][i]的维纳滤波器，滤波后得到此处，i=0，1，…，L1－1，L1，…，L－1，j取0，1，…，M－1，为对滤波器输入L’个参考信号后经过最小二乘估计所得信道响应，且i=L1，L1＋1，…，L－1时均为0，即对维纳滤波器输入L－L1个值为0的信道响应w'[j][i]为M’×L’个维纳滤波系数组成的M’×L’阶维纳滤波系数矩阵扩充至M×L阶维纳滤波系数矩阵w'中第j行第i列的元素。
方法二，可以取入前k－1段任意一段或第k－1段参考信号中L－L1个参考信号对应的然后，这L－L1个参考信号对应的与第k段L1个参考信号对应的组合得到的L个参考信号对应的一起作为维纳滤波器的输入信号，将w[j][i]与相乘，以所述乘积的和作为所述子区域的部分维纳滤波信道估计值即，将输入包含M×L个维纳滤波系数w[j][i]的维纳滤波器，滤波后得到
在求取了和后，将所述和所述输出，以所述输出的与作为所述子区域的维纳滤波信道估计值。
在分割子频带内包含的L’个参考信号和所述子频带内包含的M’个子载波时，还可以是将子频带内包含的L’个参考信号分割为q段且每段包含L2个参考信号，将子频带内包含的M’个子载波分割为q块且每块包含M2个子载波，此处，q为大于或等于1的整数，L2∈（0，L），M2∈（0，M），L’=q×L2，M’=q×M2。显然，这里是将子频带内包含的L’个参考信号分割为q段，并且每段包含的参考信号数小于各个子频带的滤波器的阶数，被分割成的q块子载波中每块包含的子载波数小于M。
在求取输入q段q×L2个参考信号且子频带内包含q块q×M2个子载波时所述子区域的维纳滤波信道估计值时，可以逐段求取L2个参考信号且子频带内包含M2个子载波时所述子区域的部分维纳滤波信道估计值方法与前述实施例中子频带内包含的参考信号数L’小于各个子区域的滤波器的阶数L且所述子频带内包含的子载波数M’小于所述M时采用所述M×L个维纳滤波系数对经过最小二乘估计所得信道响应进行滤波得到所述子区域的维纳滤波信道估计值相同，然后，将这些逐段求取的部分维纳滤波信道估计值相继输出即得到输入q段q×L2个参考信号且子频带内包含q块q×M2个子载波时所述子区域的维纳滤波信道估计值
从上述本发明实施例提供的维纳滤波信道估计方法可知，由于根据各个子频带上的信号噪声干扰信息，生成了与子区域对应的M×L个维纳滤波系数，再采用M×L个维纳滤波系数对经过最小二乘估计所得信道响应进行滤波，得到所述子区域的维纳滤波信道估计值。因此，与现有技术相比，本发明实施例提供的方法有效克服了由于频域非平稳带来的性能劣势，通过子区域划分，实现了在频域SINR指标非平稳场景下维纳滤波信道估计算法的优化，并灵活支持平稳应用场景，有效提高了非平稳场景下接收机性能。
请参阅附图4，是本发明实施例提供的维纳滤波信道估计装置结构示意图。为了便于说明，仅仅示出了与本发明实施例相关的部分。附图4示例的维纳滤波信道估计装置包括获取模块401、系数生成模块402和滤波模块403，其中：
获取模块401，用于获取各个子频带上的信号噪声干扰信息，所述信号噪声干扰信息包括信干噪比SINR、信干比SIR和信噪比SNR中的任意一种。
在本实施例中，子频带是指不大于接收机工作频带的一段频率范围，对于OFDM系统，其可以是频域上相邻的若干子载波，即子频带可包含若干子载波。信号噪声干扰信息是信干噪比（Signal Interference Noise Ratio，SINR）、信干比（Signal InterferenceRatio，SIR）和信噪比（Signal Noise Ratio，SNR）的统称，其可以由接收信号功率Ps、接收参考信号功率（Reference Signal Receive Power，RSRP）P rsrp、噪声功率PN和干扰功率PI得到，例如，求取Prsrp/（PN+PI）的值即可得到SINR，求取Ps/PN的值即可得到SNR，求取Ps/PI的值即可得到SIR。
系数生成模块402，用于根据所述各个子频带上的信号噪声干扰信息，生成与子区域对应的M×L个维纳滤波系数，所述M为自然数，所述L为各个子区域的滤波器的阶数。
滤波模块403，用于采用所述M×L个维纳滤波系数对经过最小二乘估计所得信道响应进行滤波，得到所述子区域的维纳滤波信道估计值。
需要说明的是，以上维纳滤波信道估计装置的实施方式中，各功能模块的划分仅是举例说明，实际应用中可以根据需要，例如相应硬件的配置要求或者软件的实现的便利考虑，而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将所述维纳滤波信道估计装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。而且，实际应用中，本实施例中的相应的功能模块可以是由相应的硬件实现，也可以由相应的硬件执行相应的软件完成，例如，前述的系数生成模块，可以是具有执行前述根据所述各个子频带上的信号噪声干扰信息，生成与子区域对应的M×L个维纳滤波系数的硬件，例如系数生成器，也可以是能够执行相应计算机程序从而完成前述功能的一般处理器或者其他硬件设备；再如前述的滤波模块，可以是具有执行前述采用所述M×L个维纳滤波系数对经过最小二乘估计所得信道响应进行滤波，得到所述子区域的维纳滤波信道估计值功能的硬件，例如滤波器，也可以是能够执行相应计算机程序从而完成前述功能的一般处理器或者其他硬件设备（本说明书提供的各个实施例都可应用上述描述原则）。
为了减少运算开销和复杂度，在附图4示例的维纳滤波信道估计装置中，系数生成模块402根据所述各个子频带上的信号噪声干扰信息，生成与子区域对应的M×L个维纳滤波系数时，可以将将接收机工作频带包含的子频带中信号噪声干扰信息相近的任意两个或两个以上相邻子频带进行合并，得到合并后的子区域，即附图4示例的系数生成模块402可以包括合并单元501和生成单元502，如附图5所示本发明另一实施例提供的维纳滤波信道估计装置，其中：
合并单元501，用于将接收机工作频带包含的子频带中信号噪声干扰信息相近的任意两个相邻子频带进行合并，得到合并后的子区域。例如，若相邻子频带的SINR值相差不大于一个阈值α，则合并单元501可以将该相邻子频带合并成一个子区域；再如，若相邻子频带的SNR值相差不大于一个阈值β，则合并单元501可以将该相邻子频带合并成一个子区域；还如，若相邻子频带的SIR值相差不大于一个阈值γ，则合并单元501可以将该相邻子频带合并成一个子区域。
生成单元502，用于按照w=Rhp(Rpp+s(XpXp H)-1)-1、w=Rhp(Rpp+sI)-1或表示的方法生成与所述子区域对应的M×L个维纳滤波系数。在上述表达式表示的方法中，w为M×L个维纳滤波系数组成的M×L阶维纳滤波系数矩阵，Rhp为M×L阶频域子载波间互相关系数矩阵，Rpp为L×L阶频域子载波间自相关系数矩阵，Xp为L×1阶参考信号矩阵，所述I为L×L阶单位矩阵，而s是根据步骤S301求得的各个子频带上的信干噪比SINR、信干比SIR和信噪比SNR得到的参数。具体地，可根据不同环境下，将SINR、SIR或SNR的不同取值区间映射成相应的映射值，s可以取这些映射值，如表1所示，是以LTE系统为例获得的映射表。
需要说明的是，若各个子区域的滤波器的阶数相等，各个子频带包含的子载波数相等，在相同的信道环境下，各个子频带的维纳滤波系数仅与参数s、SINR、SIR或SNR有关。因此，在本附图4或附图5示例的维纳滤波信道估计装置中，可以将各个子区域的滤波器的阶数L取为相等，各个子频带包含的子载波数也相等，根据参数s、SINR、SIR或SNR的不同，对维纳滤波系数进行计算并存储，实现不同子频带间维纳滤波系数的共用，能够避免重复计算。
如前所述，L是各个子区域的滤波器的阶数，其值既可以与所述子频带内包含的参考信号数相等，也可以与所述子频带内包含的参考信号数不相等；对于M，其值既可以与子频带内包含的子载波数相等，也可以与子频带内包含的子载波数不相等，即，考虑到维纳滤波系数的计算中包含矩阵求逆的过程，为了减小其运算开销和复杂度，L的取值可以小于所述子频带内包含的参考信号数，M的取值可以小于所述子频带内包含的子载波数；在其他情形下，L的取值也可以大于所述子频带内包含的参考信号数，M的取值也可以大于所述子频带内包含的子载波数。
若各个子区域的滤波器的阶数L与所述子频带内包含的参考信号数相等且M与子频带内包含的子载波数相等，则附图5示例的滤波模块403可以包括第一滤波单元601，如附图6所示本发明另一实施例提供的维纳滤波信道估计装置。第一滤波单元601，用于将w[j][i]与相乘，以所述乘积的和作为所述子区域的维纳滤波信道估计值即，将输入包含M×L个维纳滤波系数w[j][i]的维纳滤波器，滤波后得到其中，所述为对滤波器输入L个参考信号后经过最小二乘估计所得信道响应，所述w[j][i]为所述w中第j行第i列的元素，所述i取0，1，…，L－1，所述j取0，1，…，M－1。
若子频带内包含的参考信号数L’小于各个子区域的滤波器的阶数L且所述子频带内包含的子载波数M’小于所述M，则附图5示例的滤波模块403可以包括矩阵扩充单元701和第二滤波单元702，如附图7所示本发明另一实施例提供的维纳滤波信道估计装置。
矩阵扩充单元701，用于对M’×L’个维纳滤波系数组成的M’×L’阶维纳滤波系数矩阵扩充至M×L阶维纳滤波系数矩阵，其中，扩充部分的元素均为0，M’×L’阶维纳滤波系数矩阵w1，可按照与求取w类似方法即w1=R1hp(R1pp+s1(X1pX1p H)-1)-1、w1=R1hp(R1pp+s1I1)-1或表示的方法得到，其中，R1hp为M’×L’阶频域子载波间互相关系数矩阵，R1pp为M’×L’阶频域子载波间自相关系数矩阵，X1p为L’×1阶参考信号矩阵，所述I1为L’×L’阶单位矩阵，而s1是在上述条件下根据步骤S301求得的各个子频带上的信干噪比SINR、信干比SIR和信噪比SNR得到的参数，具体方法与表1表示的类似，不做赘述。
第二滤波单元702，用于将w'[j][i]与相乘，以所述乘积的和作为所述子区域的维纳滤波信道估计值即，将输入包含M×L个维纳滤波系数w'[j][i]的维纳滤波器，滤波后得到此处，i=0，1，…，L’－1，L’，…，L-1，所述j取0，1，…，M-1，所述为对滤波器输入L’个参考信号后经过最小二乘估计所得信道响应，且i＝L’，L’＋1，…，L－1时均为0，即对维纳滤波器输入L－L’个值为0的信道响应，所述w'[j][i]为所述M’×L’个维纳滤波系数组成的M’×L’阶维纳滤波系数矩阵扩充至M×L阶维纳滤波系数矩阵w'中第j行第i列的元素。
当子频带内包含的参考信号数L’大于各个子区域的滤波器的阶数L且所述子频带内包含的子载波数M’大于所述M时，附图5示例的滤波模块403可以包括分割单元801、求取单元802和输出单元803，如附图8所示本发明另一实施例提供的维纳滤波信道估计装置，其中：
分割单元801，用于将子频带内包含的L’个参考信号分割为k段且前k－1段每段包含L个参考信号，最后一段包含L1个参考信号，将子频带内包含的M’个子载波分割为k块且前k－1块每块包含M个子载波，最后一块包含M1个子载波，或者，将子频带内包含的L’个参考信号分割为q段且每段包含L2个参考信号，将子频带内包含的M’个子载波分割为q块且每块包含M2个子载波，所述k为大于或等于1的整数，所述L1∈[0，L），所述M1∈[0，M），所述q为大于或等于1的整数，所述L2∈（0，L），所述M2∈（0，M），L’=q×L2，M’=q×M2。
求取单元802，用于求取L1为0和M1均为0、输入k－1段（k－1）×L个参考信号对应的且子频带内包含k－1块（k－1）×M个子载波时所述子区域的部分维纳滤波信道估计值或者L1和M1均不为0、输入k－1段（k－1）×L个参考信号对应的且子频带内包含k－1块（k－1）×M个子载波时所述子区域的部分维纳滤波信道估计值和输入L1个参考信号对应的且子频带内包含M1个子载波时所述子区域的部分维纳滤波信道估计值或者，求取输入q段q×L2个参考信号对应的且子频带内包含q块q×M2个子载波时所述子区域的维纳滤波信道估计值
输出单元803，用于输出所述和所述相加，以所述输出的与作为所述子区域的维纳滤波信道估计值。
对于附图8示例的维纳滤波信道估计装置，分割单元801在分割参考信号和子载波时，可以将子频带内包含的L’个参考信号分割为k段且前k－1段每段包含L个参考信号，最后一段包含L1个参考信号，即前k－1段参考信号中每段包含的参考信号数与各个子区域的滤波器的阶数相等；将子频带内包含的M’个子载波分割为k－1块且每块包含M个子载波，最后一块包含M1个子载波。若L1为0，则子频带内包含的L’个参考信号刚好被分割为k段，若M1为0，则子频带内包含的M’个子载波刚好被分割为k块。
对于L1为0和M1均为0即子频带内包含的L’个参考信号刚好被分割为k段，子频带内包含的M’个子载波刚好被分割为k块，求取单元802在求取输入k－1段（k－1）×L个参考信号且子频带内包含k－1块（k－1）×M个子载波时所述子区域的部分维纳滤波信道估计值可以逐段求取输入L个参考信号对应的且子频带内包含M个子载波时所述子区域的部分维纳滤波信道估计值方法与前述实施例中各个子区域的滤波器的阶数L与所述子频带内包含的参考信号数相等且所述M与子频带内包含的子载波数相等时采用所述M×L个维纳滤波系数对经过最小二乘估计所得信道响应进行滤波得到所述子区域的维纳滤波信道估计值相同，例如，将w[j][i]与每一段参考信号对应的L个相乘，以w[j][i]与乘积的和作为所述子区域的部分维纳滤波信道估计值即，将输入包含M×L个维纳滤波系数w[j][i]的维纳滤波器，滤波后得到w[j][i]的定义与前述实施例的相同。
对于L1和M1均不为0，求取单元802输入k－1段（k－1）×L个参考信号对应的且子频带内包含k－1块（k－1）×M个子载波时所述子区域的部分维纳滤波信道估计值和输入L1个参考信号对应的且子频带内包含M1个子载波时所述子区域的部分维纳滤波信道估计值其的求取方法可以与前述实施例中L1和M1均为0，求取单元802求取输入k－1段（k－1）×L个参考信号对应的且子频带内包含k－1块（k－1）×M个子载波时所述子区域的部分维纳滤波信道估计值相同，不做赘述，对于的求取，求取单元802可以使用下述两种方法中的任意一种方法：
方法一，与前述实施例中子频带内包含的参考信号数L’小于各个子区域的滤波器的阶数L且所述子频带内包含的子载波数M’小于所述M时采用所述M×L个维纳滤波系数对经过最小二乘估计所得信道响应进行滤波得到所述子区域的维纳滤波信道估计值相同，即求取单元802可以先对M1×L1个维纳滤波系数组成的M1×L1阶维纳滤波系数矩阵w1扩充至M×L阶维纳滤波系数矩阵w1'，其中，扩充部分的元素均为0。至于M1×L1阶维纳滤波系数矩阵w1，可按照与求取w类似方法即，w1=R1hp(R1pp+s1(X1pX1p H)-1)-1、w1=R1hp(R1pp+s1I1)-1或表示的方法得到，其中，R1hp为M1×L1阶频域子载波间互相关系数矩阵，R1pp为M1×L1阶频域子载波间自相关系数矩阵，X1p为L1×1阶参考信号矩阵，所述I1为L1×L1阶单位矩阵，而s1是在上述条件下根据步骤S301求得的各个子频带上的信干噪比SINR、信干比SIR和信噪比SNR得到的参数，具体方法与表1表示的类似，不做赘述。然后，将w'[j][i]与相乘，以所述乘积的和作为所述子区域的部分维纳滤波信道估计值即，将输入包含M×L个维纳滤波系数w'[j][i]的维纳滤波器，滤波后得到此处，i=0，1，…，L1－1，L1，…，L－1，j取0，1，…，M－1，为对滤波器输入L’个参考信号后经过最小二乘估计所得信道响应，且i＝L1，L1＋1，…，L－1时均为0，即对维纳滤波器输入L－L1个值为0的信道响应w'[j][i]为M’×L’个维纳滤波系数组成的M’×L’阶维纳滤波系数矩阵扩充至M×L阶维纳滤波系数矩阵w'中第j行第i列的元素。
方法二，求取单元802可以取入前k－1段任意一段或第k－1段参考信号中L－L1个参考信号对应的然后，这L－L1个参考信号对应的与第k段L1个参考信号对应的组合得到的L个参考信号对应的一起作为维纳滤波器的输入信号，将w[j][i]与相乘，以所述乘积的和作为所述子区域的部分维纳滤波信道估计值即，将输入包含M×L个维纳滤波系数w[j][i]的维纳滤波器，滤波后得到
在求取单元802求取了和后，输出单元803将所述和所述相继输出，以所述输出的与作为所述子区域的维纳滤波信道估计值。
分割单元801在分割子频带内包含的L’个参考信号和所述子频带内包含的M’个子载波时，还可以是将子频带内包含的L’个参考信号分割为q段且每段包含L2个参考信号，将子频带内包含的M’个子载波分割为q块且每块包含M2个子载波。显然，此处，分割单元801是将子频带内包含的L’个参考信号分割为q段，并且每段包含的参考信号数小于各个子区域的滤波器的阶数，被分割成的q块子载波中每块包含的子载波数小于M。
求取单元802在求取输入q段q×L2个参考信号且子频带内包含q块q×M2个子载波、所述子区域的维纳滤波信道估计值时，可以逐段求取L2个参考信号且子频带内包含M2个子载波时所述子区域的部分维纳滤波信道估计值方法与前述实施例中子频带内包含的参考信号数L’小于各个子区域的滤波器的阶数L且所述子频带内包含的子载波数M’小于所述M时采用所述M×L个维纳滤波系数对经过最小二乘估计所得信道响应进行滤波得到所述子区域的维纳滤波信道估计值相同输出单元803将这些逐段求取的部分维纳滤波信道估计值相继输出即得到输入q段q×L2个参考信号且子频带内包含q块q×M2个子载波时所述子区域的维纳滤波信道估计值
需要说明的是，上述装置各模块/单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，其带来的技术效果与本发明方法实施例相同，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，比如以下各种方法的一种或多种或全部：
获取各个子频带上的信号噪声干扰信息，所述信号噪声干扰信息包括信干噪比SINR、信干比SIR和信噪比SNR中的任意一种；根据所述各个子频带上的信号噪声干扰信息，生成与子区域对应的M×L个维纳滤波系数，所述M为自然数，所述L为各个子区域的滤波器的阶数；采用所述M×L个维纳滤波系数对经过最小二乘估计所得信道响应进行滤波，得到所述子区域的维纳滤波信道估计值。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器（ROM，Read Only Memory）、随机存取存储器（RAM，RandomAccess Memory）、磁盘或光盘等。
以上对本发明实施例提供的一种维纳滤波信道估计方法和装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种维纳滤波信道估计方法，其特征在于，所述方法包括：
获取各个子频带上的信号噪声干扰信息，所述信号噪声干扰信息为包括信干噪比SINR、信干比SIR和信噪比SNR中的任意一种；
根据所述各个子频带上的信号噪声干扰信息，生成与子区域对应的M×L个维纳滤波系数，所述M为自然数，所述L为子区域的滤波器的阶数，具体为：将接收机工作频带包含的子频带中信号噪声干扰信息相近的任意两个或两个以上相邻子频带进行合并，得到合并后的子区域；按照w＝Rhp(Rpp+s(XpXp H)-1)-1、w＝Rhp(Rpp+sI)-1或表示的方法生成与所述子区域对应的M×L个维纳滤波系数，所述w为M×L个维纳滤波系数组成的M×L阶维纳滤波系数矩阵，所述Rhp为M×L阶频域子载波间互相关系数矩阵，所述Rpp为L×L阶频域子载波间自相关系数矩阵，所述Xp为L×1阶参考信号矩阵，所述I为L×L阶单位矩阵，所述s为根据所述各个子频带上的信干噪比SINR、信干比SIR和信噪比SNR得到的参数；
采用所述M×L个维纳滤波系数对经过最小二乘估计所得信道响应进行滤波，得到所述子区域的维纳滤波信道估计值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，若所述L与所述子频带内包含的参考信号数L’相等且所述M与子频带内包含的子载波数M’相等，则所述采用所述M×L个维纳滤波系数对经过最小二乘估计所得信道响应进行滤波，得到所述子区域的维纳滤波信道估计值包括：
将w[j][i]与相乘，以所述乘积的和作为所述子区域的维纳滤波信道估计值，其中，所述为对滤波器输入L个参考信号后经过最小二乘估计所得信道响应，所述w[j][i]为所述w中第j行第i列的元素，所述i取0，1，…，L－1，所述j取0，1，…，M－1。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，若所述子频带内包含的参考信号数L’小于所述L且所述子频带内包含的子载波数M’小于所述M，则所述采用所述M×L个维纳滤波系数对经过最小二乘估计所得信道响应进行滤波，得到所述子区域的维纳滤波信道估计值包括：
对M’×L’个维纳滤波系数组成的M’×L’阶维纳滤波系数矩阵扩充至M×L阶维纳滤波系数矩阵w'，所述扩充部分的元素均为0；
将w'[j][i]与相乘，以所述乘积的和作为所述子区域的维纳滤波信道估计值，其中，所述i＝0，1，…，L’－1，L’，…，L－1，所述j取0，1，…，M－1，所述为对滤波器输入L’个参考信号后经过最小二乘估计所得信道响应，且i＝L’，L’+1，…，L－1时均为0，所述w'[j][i]为所述M’×L’个维纳滤波系数组成的M’×L’阶维纳滤波系数矩阵扩充至M×L阶维纳滤波系数矩阵w'中第j行第i列的元素。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，若所述子频带内包含的参考信号数L’大于所述L且所述子频带内包含的子载波数M’大于所述M，则所述采用所述M×L个维纳滤波系数对经过最小二乘估计所得信道响应进行滤波，得到所述子区域的维纳滤波信道估计值包括：
将子频带内包含的L’个参考信号分割为k段且前k－1段每段包含L个参考信号，最后一段包含L1个参考信号，将子频带内包含的M’个子载波分割为k块且前k－1块每块包含M个子载波，最后一块包含M1个子载波，或者，将子频带内包含的L’个参考信号分割为q段且每段包含L2个参考信号，将子频带内包含的M’个子载波分割为q块且每块包含M2个子载波，所述k为大于或等于1的整数，所述L1∈[0，L)，所述M1∈[0，M)，所述q为大于或等于1的整数，所述L2∈(0，L)，所述M2∈(0，M)，L’＝q×L2，M’＝q×M2；
求取输入k－1段(k－1)×L个参考信号且子频带内包含k－1块(k－1)×M个子载波时所述子区域的部分维纳滤波信道估计值和输入L1个参考信号且子频带内包含M1个子载波时所述子区域的部分维纳滤波信道估计值或者，求取输入q段q×L2个参考信号且子频带内包含q块q×M2个子载波时所述子区域的维纳滤波信道估计值
输出所述和所述以所述输出的与作为所述子区域的维纳滤波信道估计值。
5.一种维纳滤波信道估计装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于获取各个子频带上的信号噪声干扰信息，所述信号噪声干扰信息包括信干噪比SINR、信干比SIR和信噪比SNR中的任意一种；
系数生成模块，用于根据所述各个子频带上的信号噪声干扰信息，生成与子区域对应的M×L个维纳滤波系数，所述M为自然数，所述L为子区域的滤波器的阶数；
滤波模块，用于采用所述M×L个维纳滤波系数对经过最小二乘估计所得信道响应进行滤波，得到所述子区域的维纳滤波信道估计值。
所述系数生成模块包括：
合并单元，用于将接收机工作频带包含的子频带中信号噪声干扰信息相近的任意两个或两个以上相邻子频带进行合并，得到合并后的子区域；
生成单元，用于按照w＝Rhp(Rpp+s(XpXp H)-1)-1、w＝Rhp(Rpp+sI)-1或表示的方法生成与所述子区域对应的M×L个维纳滤波系数，所述w为M×L个维纳滤波系数组成的M×L阶维纳滤波系数矩阵，所述Rhp为M×L阶频域子载波间互相关系数矩阵，所述Rpp为L×L阶频域子载波间自相关系数矩阵，所述Xp为L×1阶参考信号矩阵，所述I为L×L阶单位矩阵，所述s为根据所述各个子频带上的信干噪比SINR、信干比SIR和信噪比SNR得到的参数。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，若所述L与所述子频带内包含的参考信号数相等且所述M与子频带内包含的子载波数相等，则所述滤波模块包括：
第一滤波单元，用于将w[j][i]与相乘，以所述乘积的和作为所述子区域的维纳滤波信道估计值，其中，所述为对滤波器输入L个参考信号后经过最小二乘估计所得信道响应，所述w[j][i]为所述w中第j行第i列的元素，所述i取0，1，…，L－1，所述j取0，1，…，M－1。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，若所述子频带内包含的参考信号数L’小于所述L且所述子频带内包含的子载波数M’小于所述M，则所述滤波模块包括：
矩阵扩充单元，用于对M’×L’个维纳滤波系数组成的M’×L’阶维纳滤波系数矩阵扩充至M×L阶维纳滤波系数矩阵，所述扩充部分的元素均为0；
第二滤波单元，用于将w'[j][i]与相乘，以所述乘积的和作为所述子区域的维纳滤波信道估计值，其中，所述i＝0，1，…，L’－1，L’，…，L－1，所述j取0，1，…，M－1，所述为对滤波器输入L’个参考信号后经过最小二乘估计所得信道响应，且i＝L’，L’+1，…，L－1时均为0，所述w'[j][i]为所述M’×L’个维纳滤波系数组成的M’×L’阶维纳滤波系数矩阵扩充至M×L阶维纳滤波系数矩阵w'中第j行第i列的元素。
8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，若所述子频带内包含的参考信号数L’大于所述L且所述子频带内包含的子载波数M’大于所述M，则所述滤波模块包括：
分割单元，用于将子频带内包含的L’个参考信号分割为k段且前k－1段每段包含L个参考信号，最后一段包含L1个参考信号，将子频带内包含的M’个子载波分割为k块且前k－1块每块包含M个子载波，最后一块包含M1个子载波，或者，将子频带内包含的L’个参考信号分割为q段且每段包含L2个参考信号，将子频带内包含的M’个子载波分割为q块且每块包含M2个子载波，所述k为大于或等于1的整数，所述L1∈[0，L)，所述M1∈[0，M)，所述q为大于或等于1的整数，所述L2∈(0，L)，所述M2∈(0，M)，L’＝q×L2，M’＝q×M2；
求取单元，用于求取输入k－1段(k－1)×L个参考信号且子频带内包含k－1块(k－1)×M个子载波时所述子区域的部分维纳滤波信道估计值和输入L1个参考信号且子频带内包含M1个子载波时所述子区域的部分维纳滤波信道估计值或者，求取输入q段q×L2个参考信号且子频带内包含q块q×M2个子载波时所述子区域的维纳滤波信道估计值
输出单元，用于输出所述和所述以所述输出的与作为所述子区域的维纳滤波信道估计值。
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