CN103944841A - 正交频分复用系统中信道估计方法及其装置 - Google Patents

正交频分复用系统中信道估计方法及其装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及无线通信领域，公开了一种正交频分复用系统中信道估计方法及其装置，可以有效降低信道估计的边沿误差。本发明中，包括以下步骤：从子带内接收到的有效子载波中，挑选出各导频子载波；对挑选出的各导频子载波进行解扰；根据解扰所得各导频子载波之间的相位差，计算子带内相邻子载波之间的相位差；根据子带内相邻子载波之间的相位差，通过相位旋转在子带的频率范围之外补上至少一个虚拟的导频子载波；将虚拟的导频子载波和解扰所得各导频子载波一起进行平滑，得到信道估计结果。

Description

正交频分复用系统中信道估计方法及其装置
技术领域
本发明涉及无线通信领域，特别涉及正交频分复用系统中信道估计技术。
背景技术
传统的频分复用技术是数据只在一个载波信号上传输，正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，简称“OFDM”）是一种多载波调制（Multi-Carrier Modulation，简称“MCM”），它采用多个载波，而将要传送的数据流分解成多个低速的比特流，用这些低速的数据流分别去调制多个载波。如果这些载波是用跳频方式选用的，那么即便是频谱相互混叠也能保持是相互正交的波形。这样就避免了信号波形之间的干扰，同时还提高了频谱利用率。长期演进（Long Term Evolution，简称“LTE”）网络是新一代移动通信系统，OFDM技术在LTE中得到了很好的应用。
在现在的OFDM系统中，一般都会在发射的某些OFDM符号的某些子载波上，发射一些接收机已知的训练序列，接收机用这些训练序列进行信道估计，并且均衡出需要解调的数据。
由于一般的OFDM系统只占有一定的带宽，所以这些导频子载波只在一定的带宽内存在，OFDM信道估计一般都是通过把这些导频进行平滑滤波来进行，但是在平滑滤波的时候，由于OFDM有效子载波外已经没有导频信息了，所以平滑滤波做信道估计的时候，其边缘上会存在比较大的失真。
同时，在LTE系统中，基站有可能通过智能天线波束赋形后给用户设备（User Equipment，简称“UE”）发射专用信道，这些专用信道常常只占有部分子带，并且这些子带上会给UE发射专用的导频，由于这些子带的带宽也许比较小，其UE专用的导频子载波数常常很少，这个时候做信道估计，常常会产生很大的边缘效应，即信号道估计在子带边缘上会存在比较大的失真。
在上述情况下，如果对接收机分配了少量的子载波，并且这些分配的子载波是在导频的边缘上，接收性能会下降好多。
发明内容
本发明的目的在于提供一种正交频分复用系统中信道估计方法及其装置，可以有效降低信道估计的边沿误差。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式公开了一种正交频分复用系统中信道估计方法，包括以下步骤：
从子带内接收到的有效子载波中，挑选出各导频子载波；
对挑选出的各导频子载波进行解扰；
根据解扰所得部分或者全部导频子载波的相位，计算子带内相邻导频子载波之间的相位差；
根据子带内相邻导频子载波之间的相位差和到虚拟的导频子载波距离，通过相位旋转在子带的频率范围之外补上至少一个虚拟的导频子载波；
将虚拟的导频子载波和解扰所得各导频子载波一起进行平滑，得到信道估计结果。
在另一优选例中，通过相位旋转在子带的频率范围之外补上至少一个虚拟的导频子载波的步骤中，虚拟的导频子载波的幅度为解扰所得部分或者全部导频子载波的幅度的平均值。
在另一优选例中，通过相位旋转在子带的频率范围之外补上至少一个虚拟的导频子载波的步骤中，从解扰所得各导频子载波中选择一个，将虚拟的导频子载波的幅度设为该被选中的导频子载波的幅度。
在另一优选例中，通过相位旋转在子带的频率范围之外补上至少一个虚拟的导频子载波的步骤中，在该子带或者宽带的两侧都补上虚拟的导频子载波。
在另一优选例中，通过相位旋转在子带的频率范围之外补上至少一个虚拟的导频子载波的步骤包括以下子步骤：
对于每一个虚拟的导频子载波，从解扰所得的各导频子载波中选择一个作为基准子载波，计算该基准子载波与该虚拟的导频子载波之间的子载波数作为间隔子载波数；
将间隔子载波数乘以子带内相邻子载波之间的相位差，得到总相位差，将该总相位差加上该基准子载波的相位以得到该虚拟的导频子载波的相位。
在另一优选例中，计算子带内相邻导频子载波之间的相位差的步骤包括以下子步骤：
计算解扰所得部分或者全部靠近虚拟子载波的导频子载波的相位；
计算部分或者全部相邻的导频子载波间平均的相位差，并归一化到一个子载波上；
将各经归一化的相位差再次平均，得到子带内相邻导频子载波之间的相位差。
本发明的实施方式还公开了一种正交频分复用系统中信道估计装置，包括：
导频挑选单元，用于从子带内接收到的有效子载波中，挑选出各导频子载波；
解扰单元，用于对导频挑选单元挑选出的各导频子载波进行解扰；
单位相位差计算单元，用于根据解扰单元解扰所得部分或者全部导频子载波的相位，计算子带内相邻导频子载波之间的相位差；
补导频单元，用于根据单位相位差计算单元输出的子带内相邻导频子载波之间的相位差和到虚拟的导频子载波距离，通过相位旋转在子带的频率范围之外补上至少一个虚拟的导频子载波；
平滑单元，用于将补导频单元产生的虚拟的导频子载波和解扰单元解扰所得部分或者全部导频子载波一起进行平滑，得到信道估计结果。
在另一优选例中，补导频单元还包括：
平均子单元，用于求解扰所得其相邻的部分或者全部导频子载波的幅度的平均值；
幅度计算子单元，用于将虚拟的导频子载波的幅度设为平均子单元输出的平均值。
在另一优选例中，补导频单元还包括：
选择子单元，用于从解扰所得部分或者全部导频子载波中选择一个；
幅度计算子单元，用于将虚拟的导频子载波的幅度设为该被选中的导频子载波的幅度。
在另一优选例中，补导频单元还包括：
间隔计算子单元，用于对于每一个虚拟的导频子载波，从解扰所得部分或者全部导频子载波中选择一个作为基准子载波，计算该基准子载波与该虚拟的导频子载波之间的子载波数作为间隔子载波数；
相位计算子单元，用于将间隔子载波数乘以子带内相邻子载波之间的相位差，得到总相位差，将该总相位差加上该基准子载波的相位以得到该虚拟的导频子载波的相位。
还有一优选例中，补导频单元还包括：
对于补虚拟导频的处理，可以直接对基准子载波直接旋转计算出的虚拟子载波和基准子载波的相位差，得到其虚拟导频。
在另一优选例中，补导频单元在子带或者宽带的两侧都补上虚拟的导频子载波。
本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：
通过相位旋转在子带之外补上虚拟的导频子载波，将其与解扰所得的真实导频子载波一起进行平滑以得到信道估计结果，可以有效降低信道估计的边沿误差。
进一步地，用多个真实导频子载波的幅度的平均值作为虚拟导频子载波的幅度，可以进一步减少信道估计的边缘误差。
进一步地，在子带的两侧都补上虚拟的导频子载波可以使平滑所得的信道估计结果更为准确。
进一步地，先求各导频子载波间的平均相位差，归一化后再次平均，作为子带内相邻子载波之间的相位差，可以更为准确地进行相位旋转，使虚拟导频的相位更为准确，进而减小信道估计的误差。
附图说明
图1是本发明第一实施方式中一种正交频分复用系统中信道估计方法的流程示意图；
图2是本发明第一实施方式中LTE系统中Cell-RS导频所在Symbol的频域子载波示意图；
图3是本发明第三实施方式中一种正交频分复用系统中信道估计装置的结构示意图。
具体实施方式
在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
本发明第一实施方式涉及一种正交频分复用系统中信道估计方法。图1是该正交频分复用系统中信道估计方法的流程示意图。
具体地说，如图1所示，该正交频分复用系统中信道估计方法包括以下步骤：
在步骤101中，从子带内接收到的有效子载波中，挑选出各导频子载波。
在本发明的各实施方式中，子带内指子带的频率范围之内。
子带是OFDM无线通信系统所使用的一定带宽的连续频带，一个子带通常被划分为多个子载波，一个OFDM无线通信系统可以使用一个或多个子带。
此后进入步骤102，对挑选出的各导频子载波进行解扰。
此后进入步骤103，根据解扰所得部分或者全部导频子载波的相位，计算子带内相邻导频子载波之间的相位差。
进一步地，具体地说，计算子带内相邻导频子载波之间的相位差的步骤包括以下子步骤：
计算解扰所得部分或者全部导频子载波的相位。
计算部分或者全部相邻的导频子载波间平均的相位差，并归一化到一个子载波上。
将各经归一化的相位差再次平均，得到子带内相邻导频子载波之间的相位差。
先求各导频子载波间的平均相位差，归一化后再次平均，作为子带内相邻导频子载波之间的相位差，可以更为准确地进行相位旋转，使虚拟导频的相位更为准确，进而减小信道估计的误差。
此外，可以理解，子带内相邻导频子载波之间的相位差的计算也可以简化，可以先计算在各导频子载波中选择两个，求这两个导频子载波之间的相位偏差，再按照这两个导频子载波之一与虚拟导频子载波的间距计算出其需要旋转的相位，并且进行相位旋转得到外插出的虚拟导频子载波。
此外，也可以不利用导频子载波，而是直接计算子带内相邻子载波之间的相位差。
此后进入步骤104，根据子带内相邻导频子载波之间的相位差，通过相位旋转在子带的频率范围之外补上至少一个虚拟的导频子载波。
通过相位旋转在子带的频率范围之外补上至少一个虚拟的导频子载波的步骤中，优选地，虚拟的导频子载波的幅度为解扰所得其相邻的部分或者全部导频子载波的幅度的平均值。
用多个真实导频子载波的幅度的平均值作为虚拟导频子载波的幅度，可以进一步减少信道估计的边缘误差。
此外，可以理解，在本发明的其它某些实例中，也可以是虚拟的导频子载波的功率为解扰所得各导频子载波的功率的平均值。
在本发明的其它某些实例中，也可以不用平均值，而用其中某个导频子载波的值。
在本发明的其它某些实例中，还可以对各导频子载波的幅度先求初步平均值，将与初步平均值的差值大于预定门限的导频子载波剔除，对剩余的各导频子载波的幅度再求平均，得到二次平均值，将虚拟的导频子载波的幅度设为该二次平均值。这种做法虽然增加了一些工作量，但可以去掉突发性干扰的影响，可以进一步降低信道估计的边沿误差。
进一步地，通过相位旋转在子带的频率范围之外补上至少一个虚拟的导频子载波的步骤中，优选地，在该子带或者宽带的两侧都补上虚拟的导频子载波。
此外，可以理解，在本发明的其它某些实例中，也可以只在子带的一边补上虚拟的导频子载波，或者只在两个子带之间补上虚拟的导频子载波。
在子带或者宽带的两侧都补上虚拟的导频子载波可以使平滑所得的信道估计结果更为准确。
具体地说，通过相位旋转在子带的频率范围之外补上至少一个虚拟的导频子载波的步骤包括以下子步骤：
对于每一个虚拟的导频子载波，从解扰所得的各导频子载波中选择一个作为基准子载波，计算该基准子载波与该虚拟的导频子载波之间的子载波数作为间隔子载波数。
将间隔子载波数乘以子带内相邻子载波之间的相位差，得到总相位差，将该总相位差加上该基准子载波的相位以得到该虚拟的导频子载波的相位。
此后进入步骤105，将虚拟的导频子载波和解扰所得各导频子载波一起进行平滑，得到信道估计结果。
此后结束本流程。
通过相位旋转在子带之外补上虚拟的导频子载波，将其与解扰所得的真实导频子载波一起进行平滑以得到信道估计结果，可以有效降低信道估计的边沿误差。
下面是本发明的另一个优选例。
图2为LTE系统中Cell-RS（为小区专用的参考导频信号）导频所在Symbol（符号）的频域子载波示意图。
对于接收机来讲其Rb_0后面到Rb_N-1为有效的子载波，其解调数据等操作都在该带内进行，
通常信道的方法，是对后面有效子载波中导频挑选出来，并且进行解扰，对解扰后数据进行平滑，平滑后的结果为信道估计的结果，平滑后会把带内所有的子载波都得到信道估计结果。
通过前面的子带，或者后面的子带，设导频数据为Ploti，i=0，1，2…2*N-1；计算其导频的平均值，设其为M为补边使用的频带内的导频数。
再计算子载波的相位，设其为Phasem，m=0，1，2，M-1;
计算平均的相位差，并且归一化到一个子载波上PhaseDifm＝(Phasem-Phasem＝1)/PlatDist，PlatDist是指2个导频子载波之间间隔的子载波数；m=0，1，M-2；
平均各个相位差，设结果为AvePhaseDif；
我们通过Ave和AvePhaseDif，和需要插出的导频位置和Ave对应的导频位置，得到其子载波之间的距离，这样我们可以得到需要旋转的相位；
对Ave进行相位旋转，得到外插出的导频，再对外插出的导频进行平滑，得到信道估计结果。
通过上述这样比较精确的补边操作，使得其在信道估计频带边缘（或者波束赋形是分配的PDSCH（Physical Downlink Shared Channel，物理下行共享信道）边缘RB（Radio Block，无线闭塞）上）的子载波上，都得到一个比较好信道估计结果。
本发明第二实施方式涉及一种正交频分复用系统中信道估计方法。
第二实施方式与第一实施方式基本相同，区别主要在于：
在第一实施方式中，通过相位旋转在子带的频率范围之外补上至少一个虚拟的导频子载波的步骤中，虚拟的导频子载波的幅度为解扰所得各导频子载波的幅度的平均值Ave。
然而在第二实施方式中，具体地说：
通过相位旋转在子带的频率范围之外补上至少一个虚拟的导频子载波的步骤中，从解扰所得各导频子载波中选择一个，将虚拟的导频子载波的幅度设为该被选中的导频子载波的幅度。
此外，可以理解，选择的方式有多种，优选地，例如，可以选靠虚拟导频子载波最近的有效导频子载波，也可以选距离要补的虚拟导频子载波最近的真实导频子载波。当然，也可以选幅度为各导频子载波的中位数的导频子载波，还可以是随机选择。
本发明的各方法实施方式均可以以软件、硬件、固件等方式实现。不管本发明是以软件、硬件、还是固件方式实现，指令代码都可以存储在任何类型的计算机可访问的存储器中（例如永久的或者可修改的，易失性的或者非易失性的，固态的或者非固态的，固定的或者可更换的介质等等）。同样，存储器可以例如是可编程阵列逻辑（Programmable Array Logic，简称“PAL”）、随机存取存储器（Random Access Memory，简称“RAM”）、可编程只读存储器（Programmable Read Only Memory，简称“PROM”）、只读存储器（Read-Only Memory，简称“ROM”）、电可擦除可编程只读存储器（Electrically Erasable Programmable ROM，简称“EEPROM”）、磁盘、光盘、数字通用光盘（Digital Versatile Disc，简称“DVD”）等等。
本发明第三实施方式涉及一种正交频分复用系统中信道估计装置。图3是该正交频分复用系统中信道估计装置的结构示意图。
具体地说，如图3所示，该正交频分复用系统中信道估计装置包括：
导频挑选单元，用于从子带内接收到的有效子载波中，挑选出各导频子载波。
解扰单元，用于对导频挑选单元挑选出的各导频子载波进行解扰。
单位相位差计算单元，用于根据解扰单元解扰所得部分或者全部各导频子载波的相位，计算子带内相邻导频子载波之间的相位差。
补导频单元，用于根据单位相位差计算单元输出的子带内相邻导频子载波之间的相位差和到虚拟的导频子载波距离，通过相位旋转在子带的频率范围之外补上至少一个虚拟的导频子载波。
平滑单元，用于将补导频单元产生的虚拟的导频子载波和解扰单元解扰所得部分或者全部导频子载波一起进行平滑，得到信道估计结果。
具体地说：
补导频单元还包括：
平均子单元，用于求解扰所得部分或者全部导频子载波的幅度的平均值。
幅度计算子单元，用于将虚拟的导频子载波的幅度设为平均子单元输出的平均值。
进一步地，补导频单元还包括：
间隔计算子单元，用于对于每一个虚拟的导频子载波，从解扰所得部分或者全部导频子载波中选择一个作为基准子载波，计算该基准子载波与该虚拟的导频子载波之间的子载波数作为间隔子载波数。
相位计算子单元，用于将间隔子载波数乘以子带内相邻子载波之间的相位差，得到总相位差，将该总相位差加上该基准子载波的相位以得到该虚拟的导频子载波的相位。
优选地，补导频单元在子带或者宽带的两侧都补上虚拟的导频子载波。在本发明的其它实施方式中，也可以只在子带的一边补上虚拟的导频子载波，或者只在两个子带之间补上虚拟的导频子载波。
第一实施方式是与本实施方式相对应的方法实施方式，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。
本发明第四实施方式涉及一种正交频分复用系统中信道估计装置。
第四实施方式与第三实施方式基本相同，区别主要在于补导频单元的实现方式不同。
具体地说，补导频单元还包括：
选择子单元，用于从解扰所得部分或者全部导频子载波中选择一个。
幅度计算子单元，用于将虚拟的导频子载波的幅度设为该被选中的导频子载波的幅度。
第二实施方式是与本实施方式相对应的方法实施方式，本实施方式可与第二实施方式互相配合实施。第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第二实施方式中。
需要说明的是，本发明各装置实施方式中提到的各单元都是逻辑单元，在物理上，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现，这些逻辑单元本身的物理实现方式并不是最重要的，这些逻辑单元所实现的功能的组合才是解决本发明所提出的技术问题的关键。此外，为了突出本发明的创新部分，本发明上述各装置实施方式并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，这并不表明上述装置实施方式并不存在其它的单元。
需要说明的是，在本专利的权利要求和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种正交频分复用系统中信道估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
从子带内接收到的有效子载波中，挑选出各导频子载波；
对挑选出的各导频子载波进行解扰；
根据解扰所得部分或者全部导频子载波的相位，计算所述子带内相邻导频子载波之间的相位差；
根据所述子带内相邻导频子载波之间的相位差和到虚拟的导频子载波距离，通过相位旋转在所述子带的频率范围之外补上至少一个虚拟的导频子载波；
将所述虚拟的导频子载波和解扰所得各导频子载波一起进行平滑，得到信道估计结果。
2.根据权利要求1所述的正交频分复用系统中信道估计方法，其特征在于，所述通过相位旋转在子带的频率范围之外补上至少一个虚拟的导频子载波的步骤中，虚拟的导频子载波的幅度为所述解扰所得其相邻的部分或全部导频子载波的幅度的平均值。
3.根据权利要求1所述的正交频分复用系统中信道估计方法，其特征在于，所述通过相位旋转在子带的频率范围之外补上至少一个虚拟的导频子载波的步骤中，从所述解扰所得各导频子载波中选择一个，将虚拟的导频子载波的幅度设为该被选中的导频子载波的幅度。
4.根据权利要求1所述的正交频分复用系统中信道估计方法，其特征在于，所述通过相位旋转在子带的频率范围之外补上至少一个虚拟的导频子载波的步骤中，在该子带或者宽带的两侧都补上虚拟的导频子载波。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的正交频分复用系统中信道估计方法，其特征在于，所述通过相位旋转在子带的频率范围之外补上至少一个虚拟的导频子载波的步骤包括以下子步骤：
对于每一个虚拟的导频子载波，从所述解扰所得的各导频子载波中选择一个作为基准子载波，计算该基准子载波与该虚拟的导频子载波之间的子载波数作为间隔子载波数；
将所述间隔子载波数乘以所述子带内相邻子载波之间的相位差，得到总相位差，将该总相位差加上该基准子载波的相位以得到该虚拟的导频子载波的相位。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的正交频分复用系统中信道估计方法，其特征在于，所述计算子带内相邻导频子载波之间的相位差的步骤包括以下子步骤：
计算所述解扰所得部分或者全部靠近虚拟子载波的导频子载波的相位；
计算部分或者全部相邻的导频子载波间平均的相位差，并归一化到一个子载波上；
将各经归一化的相位差再次平均，得到子带内相邻导频子载波之间的相位差。
7.一种正交频分复用系统中信道估计装置，其特征在于，包括：
导频挑选单元，用于从子带内接收到的有效子载波中，挑选出各导频子载波；
解扰单元，用于对所述导频挑选单元挑选出的各导频子载波进行解扰；
单位相位差计算单元，用于根据解扰单元解扰所得部分或者全部导频子载波的相位，计算所述子带内相邻导频子载波之间的相位差；
补导频单元，用于根据所述单位相位差计算单元输出的子带内相邻导频子载波之间的相位差和到虚拟的导频子载波距离，通过相位旋转在所述子带的频率范围之外补上至少一个虚拟的导频子载波；
平滑单元，用于将所述补导频单元产生的虚拟的导频子载波和所述解扰单元解扰所得部分或者全部导频子载波一起进行平滑，得到信道估计结果。
8.根据权利要求7所述的正交频分复用系统中信道估计装置，其特征在于，所述补导频单元还包括：
平均子单元，用于求所述解扰所得其相邻的部分或全部导频子载波的幅度的平均值；
幅度计算子单元，用于将虚拟的导频子载波的幅度设为所述平均子单元输出的平均值。
9.根据权利要求7所述的正交频分复用系统中信道估计装置，其特征在于，所述补导频单元还包括：
选择子单元，用于从所述解扰所得部分或者全部导频子载波中选择一个；
幅度计算子单元，用于将虚拟的导频子载波的幅度设为该被选中的导频子载波的幅度。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的正交频分复用系统中信道估计装置，其特征在于，所述补导频单元还包括：
间隔计算子单元，用于对于每一个虚拟的导频子载波，从所述解扰所得部分或者全部导频子载波中选择一个作为基准子载波，计算该基准子载波与该虚拟的导频子载波之间的子载波数作为间隔子载波数；
相位计算子单元，用于将所述间隔子载波数乘以所述子带内相邻子载波之间的相位差，得到总相位差，将该总相位差加上该基准子载波的相位以得到该虚拟的导频子载波的相位。
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