CN103973603B - 一种信道估计方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种信道估计方法和装置，所述方法用于对承载多个导频符号的OFDM符号作时变信道估计，包括：根据所述OFDM符号中的导频符号，对接收端接收到的信号在频域做信道估计，获得信道估计第一结果；将所述信道估计第一结果变换到时域，得到信道估计第二结果；根据预先确定的时域信道的径的长度，在所述信道估计第二结果中选取多个信道估计采样点，得到一观测向量；根据所述OFDM符号中的导频符号，确定一幂级数基矩阵；根据所述观测向量和所述幂级数基矩阵，计算所述信道在幂级数基上的投影；根据所述信道在幂级数基上的投影，确定所述信道估计的目标结果。本发明能够将时变的信道估计转变成有限参数变量在幂级数基上的投影，减少了估计信道参数的个数。

Description

一种信道估计方法和装置

技术领域

本发明涉及移动通信领域，尤其涉及一种信道估计方法和装置。

背景技术

LTE系统采用了正交分频复用技术（OFD M，O rthogonal Frequency DivisionMultiplexing）。OFD M通过快速傅里叶变换（FFT）将高速数据流调制到相互正交的N路子载波上。它将频率选择性衰落信道转化为若干个频率非选择性衰落信道，能有效的抵抗多径引起的符号间干扰（ISI）和多径衰落。在接收端通常采用相干检测的方法来获得频域数据符号，这就要求事先有效的估计出信道参数。在LTE系统中，一般采用在预先设置的频域位置放置已知的参考符号，接收端根据这些已知的参考符号，用最小二乘（LS）、最小均方误差（MMSE）或者离散傅里叶（DFT）的方法来估计信道参数，接收端的处理流程如图1所示，现有信道估计的流程如图2所示。

在目前存在的各种信道估计方法中，通常假设信道参数在一个OFDM符号内是恒定不变的，而且在一个子帧内信道也是缓慢变化的。当终端处于中低速运动的时候，例如终端用户乘坐时速为120km/h的火车，这种假设条件是满足的，上述典型的信道估计算法能很好的估计出信道参数。但是当终端处于高速运动的场景中时，终端的移动速度可以达到350km/h，甚至更高，在这种情况下，信道在一个OFDM符号内呈现出较为明显的变化，即此时的信道是时变信道。如果仍采用现有的信道估计方法，那么信道估计的结果取决于每个子径的频偏，涉及大量参数，不利于时变信道参数的跟踪和估计。

发明内容

本发明的目的是提供一种信道估计方法和装置，能够将时变的信道估计转变成有限参数变量在幂级数基上的投影，减少了估计信道参数的个数。

为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种信道估计方法，所述方法用于对承载多个导频符号的OFDM符号作时变信道估计，所述方法包括：

根据所述OFDM符号中的导频符号，对接收端接收到的信号在频域做信道估计，获得信道估计第一结果；

将所述信道估计第一结果变换到时域，得到信道估计第二结果；

根据预先确定的时域信道的径的长度，在所述信道估计第二结果中选取多个信道估计采样点，得到一观测向量；

根据所述OFDM符号中的导频符号，确定一幂级数基矩阵；

根据所述观测向量和所述幂级数基矩阵，计算所述信道在幂级数基上的投影；

根据所述信道在幂级数基上的投影，确定所述信道估计的目标结果。

上述的信道估计方法，其中，所述根据所述OFDM符号中的导频符号，对接收端接收到的信号在频域做信道估计，获得信道估计第一结果具体为：

根据至少两个OFDM符号中的导频符号在频域做信道估计，获得信道估计第一结果。

上述的信道估计方法，其中，所述根据所述OFDM符号中的导频符号，确定一幂级数基矩阵具体包括：

在所述OFDM符号的导频符号中确定一参考点；

根据所述参考点，确定所述幂级数基矩阵。

上述的信道估计方法，其中，当所述OFDM符号个数为两个时，所述参考点为所述OFDM符号中的第一个OFDM符号承载的导频符号的中间点；

所述幂级数基矩阵A第i行第j列的元素为A_ij=λ_{i1，i2，j1，j2}，

其中，i₂＝<i-1>_L，j₂＝<j-1>_L，L为时域信道的径的长度，Np为导频子载波的个数，p为幂级数基的维数，x_n为导频符号的时域序列，m₀为所述参考点的位置，Q的取值为1，和分别表示对和下取整，<i-1>_L和<j-1>_L表示按L取模。

上述的信道估计方法，其中，所述根据所述观测向量和所述幂级数基矩阵，计算时域信道在幂级数基上的投影具体为：

所述幂级数基矩阵的逆矩阵与所述观测向量相乘，得到所述时域信道在幂级数基上的投影。

上述的信道估计方法，其中，所述信道估计的目标结果具体为：

其中，p为幂级数基的维数，m₀为所述参考点的位置，Np为导频子载波的个数，l的取值范围是0至L-1的整数，L为时域信道的径的长度，是以m₀为参考点得到的所述时域信道在幂级数基上的投影的值。

为了实现上述目的，本发明实施例还提供了一种信道估计装置，所述装置用于对承载多个导频符号的OFDM符号作时变信道估计，所述装置包括：

第一估计模块，用于根据所述OFDM符号中的导频符号，对接收端接收到的信号在频域做信道估计，获得信道估计第一结果；

第二估计模块，用于将所述信道估计第一结果变换到时域，得到信道估计第二结果；

选取模块，用于根据预先确定的时域信道的径的长度，在所述信道估计第二结果中选取多个信道估计采样点，得到一观测向量；

幂级数基矩阵确定模块，用于根据所述OFDM符号中的导频符号，确定一幂级数基矩阵；

计算模块，用于根据所述观测向量和所述幂级数基矩阵，计算所述信道在幂级数基上的投影；

信道估计确定模块，用于根据所述信道在幂级数基上的投影，确定所述信道估计的目标结果。

上述的信道估计装置，其中，所述第一估计模块具体为：

根据至少两个OFDM符号中的导频符号在频域做信道估计，获得信道估计第一结果。

上述的信道估计装置，其中，所述幂级数基矩阵确定模块具体包括：

参考点确定模块，用于在所述OFDM符号的导频符号中确定一参考点；

确定子模块，用于根据所述参考点，确定所述幂级数基矩阵。

上述的信道估计装置，其中，当所述OFDM符号个数为两个时，所述参考点为所述OFDM符号中的第一个OFDM符号承载的导频符号的中间点；

所述幂级数基矩阵A第i行第j列的元素为A_ij=λ_{i1，i2，j1，j2}，

其中，i₂＝<i-1>_L，j₂＝<j-1>_L，L为时域信道的径的长度，Np为导频子载波的个数，x_n为导频符号的时域序列，m₀为所述参考点的位置，Q的取值为1，和分别表示对和下取整，<i-1>_L和<j-1>_L表示按L取模。

上述的信道估计装置，其中，所述计算模块具体为：

所述幂级数基矩阵的逆矩阵与所述观测向量相乘，得到所述时域信道在幂级数基上的投影。

上述的信道估计装置，其中，所述信道估计的目标结果具体为：

其中，p为幂级数基的维数，m₀为所述参考点的位置，Np为导频子载波的个数，l的取值范围是0至L-1的整数，L为时域信道的径的长度，是以m₀为参考点得到的所述时域信道在幂级数基上的投影的值。

本发明实施例通过幂级数基的形式来建模无线信道的变化，将时变的信道估计转变成有限参数变量在幂级数基上的投影，减少了估计信道参数的个数，进一步地，能够有效跟踪和估计时变的信道参数。

附图说明

图1为现有技术中接收端的处理流程图；

图2为现有技术中信道估计的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的信道估计方法的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的信道估计方法的具体过程的示意图；

图5为本发明实施例提供的信道估计装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明实施例提供了一种信道估计方法，所述方法用于对承载多个导频符号的OFDM符号作时变信道估计，所述方法如图3所示，包括：

步骤31，根据所述OFDM符号中的导频符号，对接收端接收到的信号在频域做信道估计，获得信道估计第一结果；

步骤32，将所述信道估计第一结果变换到时域，得到信道估计第二结果；

步骤33，根据预先确定的时域信道的径的长度，在所述信道估计第二结果中选取多个信道估计采样点，得到一观测向量；

步骤34，根据所述OFDM符号中的导频符号，确定一幂级数基矩阵；

步骤35，根据所述观测向量和所述幂级数基矩阵，计算所述信道在幂级数基上的投影；

步骤36，根据所述信道在幂级数基上的投影，确定所述信道估计的目标结果。

本发明实施例提供的信道估计方法，根据OFDM符号中的导频符号，确定幂级数基矩阵，将时变的信道估计转变成有限参数变量在幂级数基上的投影，根据信道在幂级数基上的投影，最终确定所述信道估计的目标结果，减少了估计信道参数的个数，进一步地，能够有效跟踪和估计时变的信道参数，实现了本发明的目的。

下面分步骤详细介绍所述信道估计方法。

首先通过步骤11获得信道估计第一结果，优选地实现方式为，采用最小二乘信道估计方法进行信道估计。

通过发送导频的频域序列与接收到的信号进行共轭相乘，获得最小二乘信道估计，即信道估计第一结果。

在本发明实施例中要根据OFDM符号中的导频符号来确定幂级数基矩阵，考虑到频偏的问题，一个OFDM符号中承载的导频符号在时域分布在连续的两个OFDM符号中，因此，所述步骤11可以具体为：

根据至少两个OFDM符号中的导频符号在频域做信道估计，获得信道估计第一结果。

在获得信道估计第一结果后，通过步骤12将所述信道估计第一结果变换到时域，得到信道估计第二结果。优选地实现方式为，将所述信道估计第一结果通过逆傅里叶变换变换到时域，得到信道估计第二结果。

当根据两个OFDM符号中的导频符号在频域做最小二乘信道估计时，获得信道估计第一结果为和经过逆傅里叶变换变换到时域后，获得信达评估第二结果为和

在步骤13中确定观测向量时，考虑到信道估计的有效采样点与时域信道的径的长度相关，超出径长的样点基本为噪声，因此，本发明实施例根据时域信道估计的结果，预先确定时域信道的径，以及径的长度L，在所述信道估计第二结果中选取L个信道估计采样点，得到观测向量

当根据两个OFDM符号中的导频符号在频域做最小二乘信道估计，经过逆傅里叶变换变换到时域后，在根据时域信道的径的长度L确定的观测向量为：

然后进入步骤14，来确定一幂级数基矩阵，下面详细介绍一下确定幂级数基矩阵A的过程。

在LTE上行系统中，假设发送的导频序列在接收端已知，信道多径延迟不超过循环前缀的长度。

传统的传输信道可以表示为式1：

Y=CX+Z (式1)

其中，X是发送导频的频域向量形式，对应的发送导频时域序列为x，Y是接收导频的频域向量形式，对应的时域发送序列形式为y，Z是信道噪声的频域向量形式，对应的时域噪声序列为z。

时域上接收到的导频序列可以表示如式2所示。

(式2)

其中，y_n对应第n个OFDM符号，z_n为噪声，x_n为导频时域序列，N为第n个OFDM符号中导频符号的个数，L为时域信道的径的长度。

再利用多帧的LS信道结果构造一个的观测方程组，其中c_n[i,l]是在幂级数基上的投影，p＝0,1,…,P-1，P表示幂级数基的维数，如式3所示。

(式3)

其中表示模N_P，N_P表示导频子载波的个数，为接收端接收到的时域信号的共轭，L为时域信道的径的长度。

令

（式4）

来表示幂指数基。

那么，式3可以表示为式5：

（式5）

其中，为噪声适量，m₀为导频符号中的一参考点的位置。

为了估计第n₀个OFDM帧内的信道冲激响应，使用从第n₀-Q+1个OFDM导频符号到第n₀+Q个OFDM导频符号共计2Q个OFDM符号的数据，构造一个的观测方程组，如式6所示。

（式6）

其中，

矩阵A第i行第j列的元素为A_ij=λ_{i1，i2，j1，j2}，

其中，i₂＝<i-1>_L，j₂＝<j-1>_L 和分别表示对和下取整，<i-1>_L和<j-1>_L表示按L取模。

从上述过程可以看出幂级数基矩阵A是由参考点的位置决定的，不同的参考点确定的幂级数基矩阵A是不同的，即步骤14具体包括：

步骤141，在所述OFDM符号的导频符号中确定一参考点；

步骤142，根据所述参考点，确定所述幂级数基矩阵。

一个OFDM符号中一般承载多个导频符号，在确定幂级数基矩阵时，为了提高信道估计的性能，一般取OFDM导频符号的中间点为参考点，当所述OFDM符号个数为两个时，所述参考点为所述OFDM符号中的第一个OFDM符号承载的导频符号的中间点，此时对应的Q的值为1。

在确定了观测向量和幂级数基矩阵后，进入步骤15，跟据计算出来的幂级数基矩阵A和构造的观察向量计算出信道在幂级数基上的投影

根据式6可以得到进一步能够确定信道在幂级数基上的投影为：

（式7）。

则，根据步骤16确定第n0个OFDM符号的时域信道冲击响应估计为：

（式8）。

其中，p为幂级数基的维数，m₀为所述参考点的位置，Np为导频子载波的个数，l的取值范围是0至(L-1)的整数，L为时域信道的径的长度，是以m₀为参考点得到的所述时域信道在幂级数基上的投影的值。

在获得信道冲激响应c[m,l]后，还可以通过傅里叶变换得到频域信道估计。

本发明实施例提供的信道估计方法，通过建模信道的时变特性，将时变信道估计转化为有限参量在幂级数基上的投影。通过少量OFDM导频符号联合估计的方法，可以有效地估计出有限参量，从而进一步获得时变信道估计。本方法适用于终端高速运动的场景，有效的解决了目前存在的信道估计方法不能估计快速时变信道的缺点，实现的具体方式有很多，优选地实现过程如下，包括：

步骤1，在频域做最小二乘信道估计，得到信道估计第一结果。

在LTE上行系统中，导频符号在频域连续块状分布，在时域分布在第n₀和第n₁个OFDM符号中，通过最小二乘信道估计方法获得频域信道估计为和

步骤2，通过逆傅里叶变化变换到时域，得到信道估计第二结果为和

步骤3，根据时域信道估计的结果，来确定时域信道的径，以及径的长度L，并截取前L个信道估计样点，构成观测向量

步骤4，确定幂级数基A，其中Q=1。

以第n₀个OFDM符号中的中间点位置作为参考点，可以得到A，其中A的维数为2L*2L，需要说明的是，矩阵A是可以事先计算出来的。

步骤5，根据计算出来的A和构造的观察向量计算出时变信道在幂指数基上的投影为：

步骤6，根据投影来获得时变的信道估计，第n₀个OFDM符号上，第m样点的时域信道冲击响应为：

该方法的流程可以简化表示为图4，对比图2和图4，可以看出，本发明实施例提供的信道估计方法相对于现有技术中的信道估计方法，通过建模信道的时变特性，将时变信道估计转化为有限参量在幂级数基上的投影，进而跟踪时变信道的变换。

本发明实施例还提供了一种信道估计装置，所述装置用于对承载多个导频符号的OFDM符号作时变信道估计，所述装置，如图5所示，包括：

第一估计模块，用于根据所述OFDM符号中的导频符号，对接收端接收到的信号在频域做信道估计，获得信道估计第一结果；

第二估计模块，用于将所述信道估计第一结果变换到时域，得到信道估计第二结果；

选取模块，用于根据预先确定的时域信道的径的长度，在所述信道估计第二结果中选取多个信道估计采样点，得到一观测向量；

幂级数基矩阵确定模块，用于根据所述OFDM符号中的导频符号，确定一幂级数基矩阵；

计算模块，用于根据所述观测向量和所述幂级数基矩阵，计算所述信道在幂级数基上的投影；

信道估计确定模块，用于根据所述信道在幂级数基上的投影，确定所述信道估计的目标结果。

上述的信道估计装置，其中，所述第一估计模块具体为：

根据至少两个OFDM符号中的导频符号在频域做信道估计，获得信道估计第一结果。

上述的信道估计装置，其中，所述幂级数基矩阵确定模块具体包括：

参考点确定模块，用于在所述OFDM符号的导频符号中确定一参考点；

确定子模块，用于根据所述参考点，确定所述幂级数基矩阵。

上述的信道估计装置，其中，当所述OFDM符号个数为两个时，所述参考点为所述OFDM符号中的第一个OFDM符号承载的导频符号的中间点；

所述幂级数基矩阵A第i行第j列的元素为A_ij=λ_{i1,i2，j1，j2}，

其中，i₂＝<i-1>_L，j₂＝<j-1>_L，L为时域信道的径的长度，Np为导频子载波的个数，x_n为导频符号的时域序列，m₀为所述参考点的位置，Q的取值为1，和分别表示对和下取整，<i-1>_L和<j-1>_L表示按L取模。

上述的信道估计装置，其中，所述计算模块具体为：

所述幂级数基矩阵的逆矩阵与所述观测向量相乘，得到所述时域信道在幂级数基上的投影。

上述的信道估计装置，其中，所述信道估计的目标结果具体为：

其中，p为幂级数基的维数，m₀为所述参考点的位置，Np为导频子载波的个数，l的取值范围是0至L-1的整数，L为时域信道的径的长度，是以m0为参考点得到的所述时域信道在幂级数基上的投影的值。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种信道估计方法，所述方法用于对承载多个导频符号的OFDM符号作时变信道估计，其特征在于，所述方法包括：

根据所述OFDM符号中的导频符号，对接收端接收到的信号在频域做信道估计，获得信道估计第一结果；

将所述信道估计第一结果变换到时域，得到信道估计第二结果；

根据预先确定的时域信道的径的长度，在所述信道估计第二结果中选取多个信道估计采样点，得到一观测向量；

根据所述OFDM符号中的导频符号，确定一幂级数基矩阵；

根据所述观测向量和所述幂级数基矩阵，计算所述信道在幂级数基上的投影；

根据所述信道在幂级数基上的投影，确定所述信道估计的目标结果；

所述根据所述OFDM符号中的导频符号，确定一幂级数基矩阵具体包括：

在所述OFDM符号的导频符号中确定一参考点；

根据所述参考点，确定所述幂级数基矩阵；

所述根据所述观测向量和所述幂级数基矩阵，计算时域信道在幂级数基上的投影具体为：

所述幂级数基矩阵的逆矩阵与所述观测向量相乘，得到所述时域信道在幂级数基上的投影。

2.如权利要求1所述的信道估计方法，其特征在于，所述根据所述OFDM符号中的导频符号，对接收端接收到的信号在频域做信道估计，获得信道估计第一结果具体为：

根据至少两个OFDM符号中的导频符号在频域做信道估计，获得信道估计第一结果。

3.如权利要求1所述的信道估计方法，其特征在于，当所述OFDM符号个数为两个时，所述参考点为所述OFDM符号中的第一个OFDM符号承载的导频符号的中间点；

所述幂级数基矩阵A第i行第j列的元素为A_ij＝λ_i1,i2,j1,j2，

其中，i₂＝<i-1>_L，j₂＝<j-1>_L，L为时域信道的径的长度，Np为导频子载波的个数，p为幂级数基的维数，x_n为导频符号的时域序列，m₀为所述参考点的位置，Q的取值为1，和分别表示对和下取整，<i-1>_L和<j-1>_L表示按L取模。

4.如权利要求1或3所述的信道估计方法，其特征在于，所述信道估计的目标结果具体为：

${\hat{c}}_{n_0}\&lsqb;m,l\&rsqb;=\underset{p=0}{\overset{P-1}{\&Sigma;}}{\hat{h}}_l^p\&lsqb;m_0\&rsqb;{\left(\frac{m-m_0}{N_p}\right)}^p,$

其中，p为幂级数基的维数，m₀为所述参考点的位置，Np为导频子载波的个数，l的取值范围是0至L-1的整数，L为时域信道的径的长度，是以m₀为参考点得到的所述时域信道在幂级数基上的投影的值。

5.一种信道估计装置，所述装置用于对承载多个导频符号的OFDM符号作时变信道估计，其特征在于，所述装置包括：

第一估计模块，用于根据所述OFDM符号中的导频符号，对接收端接收到的信号在频域做信道估计，获得信道估计第一结果；

第二估计模块，用于将所述信道估计第一结果变换到时域，得到信道估计第二结果；

选取模块，用于根据预先确定的时域信道的径的长度，在所述信道估计第二结果中选取多个信道估计采样点，得到一观测向量；

幂级数基矩阵确定模块，用于根据所述OFDM符号中的导频符号，确定一幂级数基矩阵；

计算模块，用于根据所述观测向量和所述幂级数基矩阵，计算所述信道在幂级数基上的投影；

信道估计确定模块，用于根据所述信道在幂级数基上的投影，确定所述信道估计的目标结果；

所述幂级数基矩阵确定模块具体包括：

参考点确定模块，用于在所述OFDM符号的导频符号中确定一参考点；

确定子模块，用于根据所述参考点，确定所述幂级数基矩阵；

所述计算模块具体为：

所述幂级数基矩阵的逆矩阵与所述观测向量相乘，得到所述时域信道在幂级数基上的投影。

6.如权利要求5所述的信道估计装置，其特征在于，所述第一估计模块具体为：

根据至少两个OFDM符号中的导频符号在频域做信道估计，获得信道估计第一结果。

7.如权利要求5所述的信道估计装置，其特征在于，当所述OFDM符号个数为两个时，所述参考点为所述OFDM符号中的第一个OFDM符号承载的导频符号的中间点；

所述幂级数基矩阵A第i行第j列的元素为A_ij＝λ_i1,i2,j1,j2，

其中，i₂＝<i-1>_L，j₂＝<j-1>_L，L为时域信道的径的长度，Np为导频子载波的个数，x_n为导频符号的时域序列，m₀为所述参考点的位置，Q的取值为1，和分别表示对和下取整，<i-1>_L和<j-1>_L表示按L取模。

8.如权利要求5或7所述的信道估计装置，其特征在于，所述信道估计的目标结果具体为：

${\hat{c}}_{n_0}\&lsqb;m,l\&rsqb;=\underset{p=0}{\overset{P-1}{\&Sigma;}}{\hat{h}}_l^p\&lsqb;m_0\&rsqb;{\left(\frac{m-m_0}{N_p}\right)}^p,$

其中，p为幂级数基的维数，m₀为所述参考点的位置，Np为导频子载波的个数，l的取值范围是0至L-1的整数，L为时域信道的径的长度，是以m₀为参考点得到的所述时域信道在幂级数基上的投影的值。