CN104104623B - 正交频分复用系统中信道估计方法及其装置 - Google Patents

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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。该方法包括以下步骤：对于N个子带，分别从内接收到的子载波中，挑选出各导频子载波并解扰，N>1；对于每个子带分别执行以下各步骤：分别计算各子带内中间子载波的相位；分别计算各导频子载波对应的归一化相位差；对各导频子载波对应的归一化相位差求平均，得到归一化平均相位差；根据该归一化平均相位差，从一个已知信道估计值的子载波以相位旋转方式计算各子载波的信道估计结果。可以在一小块子带内获得比较好的信道估计结果，克服了由于子带内相位的不连续导致的传统信道估计误差比较大的问题。

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LTE系统中，在传输模式7或者8的时候，其基站有可能通过波束赋形来给终端发射数据，在波束赋形后，其在频域中，常常会出现子带之间其信道不是连续的，如在LTE信道中，常常一个RB（子带）之间就常常会出现信道的不连续，（在LTE中一个RB味12个子载波，其上面有可能会有3个或者4个UE_RS（用户设备的参考导频信号）导频），而现在OFDM系统中的通用的信道估计方法，一般是认为信道是连续的，在频域中对挑出的解扰后的导频进行平滑后，得出其信道估计结果。
但是由于其信道的不连续性，平滑处理会导致其信道估计结果误差非常大，影响其性能。
同时，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导频序列，如LTE系统中，如图1所示，间隔安排了一些导频，接收机用这些导频序列进行信道估计，并且在时频域进行平滑，通常的方法如Wiener滤波法，或者简单的线性插值法，或者时频域变换的快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform，简称“FFT”）方法，从而得到整个时频域上的信道估计结果。
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，所以采用传统的平滑滤波做信道估计的时候，常常会产生很大的边缘效应，即信道估计在子带边缘上会存在比较大的失真。
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，可以在一小块子带内获得比较好的信道估计结果，克服了由于子带内相位的不连续导致的传统信道估计误差比较大的问题。
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：
对于N个子带，分别从内接收到的子载波中，挑选出各导频子载波并解扰，N>1；对于每个子带分别执行以下各步骤：
分别计算该子带内解扰后各导频子载波的算术平均值作为该子带的中间子载波的平均信道值，并根据该中间子载波的平均信道值计算该中间子载波的相位；
以该中间子载波的相位分别减去各导频子载波的相位，再分别除以该中间子载波到各导频子载波间隔的子载波距离，分别得到各导频子载波对应的归一化相位差；
对各导频子载波对应的归一化相位差求平均，得到归一化平均相位差；
根据该归一化平均相位差，从一个已知信道估计值的子载波以相位旋转方式计算各子载波的信道估计结果。。
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：
解扰单元，用于从N个子带内接收到的子载波中，挑选出各导频子载波并解扰，N>1；
中间子载波信道值计算单元，用于分别计算N个子带内经解扰单元解扰后各导频子载波的算术平均值作为该子带的中间子载波的平均信道值，并根据该中间子载波的平均信道值计算该中间子载波的相位；
归一化相位差计算单元，用于以中间子载波的相位计算单元计算所得的该中间子载波的相位分别减去各导频子载波的相位，再分别除以该中间子载波到各导频子载波间隔的子载波距离，分别得到各导频子载波对应的归一化相位差；
归一化平均相位差计算单元，用于对归一化相位差计算单元计算所得的各导频子载波对应的归一化相位差求平均，得到归一化平均相位差；
相位旋转单元，用于从一个已知信道估计值的子载波以相位旋转方式计算各子载波的信道估计结果。
本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：
计算子带内解扰后导频的平均值，得出子带内平均的信道信息，通过计算子带内子载波之间的相位差，并且通过信道的平均值进行相位旋转得到其信道估计结果。可以在一小块子带内获得比较好的信道估计结果，克服了由于子带内相位的不连续导致的传统信道估计误差比较大的问题。
进一步地，计算子带内解扰后导频的平均值，得出子带内平均的信道信息，可以有效的进行降噪。
进一步地，通过计算子带内子载波之间的相位差，并且通过信道的平均值进行相位旋转，相位旋转更加准确，也可以进行有效的降噪。
附图说明
图1是现有技术中导频位置的示意图；
图2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3是本发明第二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2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2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201中，从N个子带内接收到的子载波中，挑选出各导频子载波并解扰，N是子带数，N>1。
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。
具体地说，该正交频分复用系统中N个子带间信道不连续。
此外，可以理解，N个子带间信道不连续可以是所有的相邻子带之间信道都不连续，也可以只是其中部分相邻子带之间信道不连续。
进一步地，该正交频分复用系统中的基站通过波束赋形来给终端发射数据。可以理解，在本发明的其它某些实例中，即使不使用波束赋形技术，相邻子带之间的信道也可以是不连续的。
在发明的一个优选例中，该正交频分复用系统是长期演进系统（LTE），并且处于传输模式7或者8的状态下。
为了简化表达，本发明的各实施方式中有时将导频子载波简称为导频。
然后，对于每个子带分别执行以下各步骤：
在步骤202中，分别计算该子带内解扰后各导频子载波的算术平均值作为该子带的中间子载波的平均信道值。
此后进入步骤203，根据该中间子载波的平均信道值计算该中间子载波的相位。
分别计算该子带内解扰后各导频子载波的算术平均值作为该子带的中间子载波的平均信道值，并根据该中间子载波的平均信道值计算该中间子载波的相位。
需要说明的是，本发明的各实施方式中，计算该子带内各导频子载波的算术平均值是指将每个导频子载波的实部相加求平均得到中间子载波的实部，虚部也相加求平均得到中间子载波的虚部。
中间子载波的位置就是各导频位置的平均值。例如，一个子带内有3个导频，一个导频在位置－4，一个导频在位置0，另一个导频在位置4，则中间子载波的位置在0。又如，一个子带内有2个导频，一个导频位置是2，一个导频位置是8，则中间子载波的位置是5。
计算子带内解扰后导频的平均值，得出子带内平均的信道信息，可以进一步的进行降噪。
此后进入步骤204，计算各导频子载波对应的归一化相位差。
以该中间子载波的相位分别减去各导频子载波的相位，再分别除以该中间子载波到各导频子载波间隔的子载波距离，分别得到各导频子载波对应的归一化相位差。
本发明各实施方式中，子载波之间的距离指频域上的距离。
此后进入步骤205，对各导频子载波对应的归一化相位差求平均，得到归一化平均相位差。
此后进入步骤206，根据该归一化平均相位差，从一个已知信道估计值的子载波以相位旋转方式计算各子载波的信道估计结果。
我们可以通过中间平均导频子载波的幅度或者和离需要估计的子载波最近的导频子载波的信道作为相位旋转的初始值。
通过计算子带内子载波之间的相位差，并且通过信道的平均值进行相位旋转，相位旋转更加准确，信道估计结果的误差也越小。
相位旋转是一种现有技术，这里不进行详细说明，简单地说是对一个复数值（这里是已知信道估计值的子载波的信道估计值）乘以一个相位旋转因子。
此后结束本流程。
计算子带内解扰后导频的平均值，得出子带内平均的信道信息，通过计算子带内子载波之间的相位差，并且通过信道的平均值进行相位旋转得到其信道估计结果。可以在一小块子带内获得比较好的信道估计结果，克服了由于子带内相位的不连续导致的传统信道估计误差比较大的问题。
可以有多种方法实现步骤206的相位旋转计算各子载波相位，例如，
作为一种优选的实施例，将中间子载波作为已知信道估计值的子载波，从中间子载波开始进行相位旋转，得到各个子载波的信道估计结果。
作为另一种优选的实施例，在步骤206中，根据该归一化平均相位差以相位旋转方式计算各子载波的信道估计结果的步骤包括以下子步骤：
对于该子带内各待估计的子载波，分别进行以下步骤：
找到距离该待估计的子载波最近的导频子载波，将该最近的导频子载波作为已知信道估计值的子载波，从该导频子载波开始进行相位旋转，得到各个子载波的信道估计结果。
在另一个实施例中，还可以将已经计算得到估计结果的子载波作为已知信道估计值的子载波。例如，可以先从开中间子载波进行相位旋转，得到某个子载波的信道估计值，再将该子载波作为已知信道估计值的子载波，从该子载波的信道估计值再次进行相位旋转，得到其它子载波的信道估计。
下面介绍本发明的一个优选的具体例子。
将一个OFDM符号内某个子带（RB）内的导频挑出来，并且结型解扰，设其为Ploti，i=0，1，2…N-1；
计算导频的平均值，设为
计算Ave的相位，设其为Phase_Ave；
计算每个导频的相位，设其为Phase_Ploti；
设每个导频对应的子载波和平均后中间子载波的距离，设为Disti；
计算每个导频和Ave的相位差，并且归一化到一个子载波上，设为
PhasePerSubcarri＝(Ave-Phase_Ploti)/Disti，当Disti为0时，不计算PhasePerSubcarri；
求子带内的平均值，设为AvePhasePerSubcarr；
在子带内对所有的子载波算信道估计结果，通过计算当前子载波到平均值Ave对应子载波的距离，设其为Rm，m=0，1…M-1，M为子带内子载波数；计算相位差为AvePhasePerSubcarr×Rm；
通过Ave转相位AvePhasePerSubcarr×Rm得到信道估计结果。
首先计算子带内解扰后导频的平均值，得出子带内平均的信道信息，通过计算子带内子载波之间的相位差，并且通过信道的平均值进行相位旋转得到其信道估计结果。
计算一个子载波间隔的相位差，也可以直接通过导频来得到，计算导频之间的相位差，并且通过距离归一化到一个子载波上，并且进行平均；
相位旋转得到信道估计结果，也可以通过导频旋转得到。
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 ArrayLogic，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。
本发明第二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：
解扰单元，用于从N个子带内接收到的子载波中，挑选出各导频子载波并解扰，N>1。
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。
具体地说，该正交频分复用系统中N个子带间信道不连续。
此外，可以理解，N个子带间信道不连续可以是所有的相邻子带之间信道都不连续，也可以只是其中部分相邻子带之间信道不连续。
进一步地，该正交频分复用系统中的基站通过波束赋形来给终端发射数据。
此外，可以理解，在本发明的其它某些实例中，即使不使用波束赋形技术，相邻子带之间的信道也可以是不连续的。
本实施方式中，正交频分复用系统是长期演进系统，并且处于传输模式7或者8的状态下。
中间子载波的相位计算单元，用于分别计算N个子带内经解扰单元解扰后各导频子载波的算术平均值作为该子带的中间子载波的平均信道值，并根据该中间子载波的平均信道值计算该中间子载波的相位;
归一化相位差计算单元，用于以中间子载波的相位计算单元计算所得的该中间子载波的相位分别减去各导频子载波的相位，再分别除以该中间子载波到各导频子载波间隔的子载波距离，分别得到各导频子载波对应的归一化相位差。
归一化平均相位差计算单元，用于对归一化相位差计算单元计算所得的各导频子载波对应的归一化相位差求平均，得到归一化平均相位差。
相位旋转单元，用于从一个已知信道估计值的子载波以相位旋转方式计算各子载波的信道估计结果。
具体地说：
作为一种优选的实施方式，将中间子载波作为已知信道估计值的子载波，从中间子载波开始进行相位旋转，得到各个子载波的信道估计结果。
作为另一种优选的实施方式，将与待估计的子载波距离最近的导频子载波作为已知信道估计值的子载波，从该导频子载波开始进行相位旋转得到各子载波的信道估计结果。
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。
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：
对于N个子带，分别从子带内接收到的子载波中，挑选出各导频子载波并解扰，N>1；对于每个子带分别执行以下各步骤：
分别计算该子带内解扰后各导频子载波的算术平均值作为该子带的中间子载波的平均信道值，并根据该中间子载波的平均信道值计算该中间子载波的相位，其中，该中间子载波的位置是该子带内各导频子载波位置的平均值；
以该中间子载波的相位分别减去各导频子载波的相位，再分别除以该中间子载波到各导频子载波间隔的子载波距离，分别得到各导频子载波对应的归一化相位差；
对各导频子载波对应的归一化相位差求平均，得到归一化平均相位差；
根据该归一化平均相位差，从一个已知信道估计值的子载波以相位旋转方式计算各子载波的信道估计结果。
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，所述已知信道估计值的子载波是所述中间子载波。
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，所述已知信道估计值的子载波是与待估计的子载波距离最近的导频子载波。
4.根据权利要求1至3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N个子带间信道不连续。
5.根据权利要求1至3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，所述正交频分复用系统中的基站通过波束赋形来给终端发射数据。
6.根据权利要求5所述的正交频分复用系统中信道估计方法，其特征在于，所述正交频分复用系统是长期演进系统，并且处于传输模式7或者8的状态下。
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：
解扰单元，用于从N个子带内接收到的子载波中，挑选出各导频子载波并解扰，N>1；
中间子载波的相位计算单元，用于分别计算N个子带内经解扰单元解扰后各导频子载波的算术平均值作为该子带的中间子载波的平均信道值，并根据该中间子载波的平均信道值计算该中间子载波的相位，其中，该中间子载波的位置是该子带内各导频子载波位置的平均值；
归一化相位差计算单元，用于以中间子载波的相位计算单元计算所得的该中间子载波的相位分别减去各导频子载波的相位，再分别除以该中间子载波到各导频子载波间隔的子载波距离，分别得到各导频子载波对应的归一化相位差；
归一化平均相位差计算单元，用于对归一化相位差计算单元计算所得的各导频子载波对应的归一化相位差求平均，得到归一化平均相位差；
相位旋转单元，用于从一个已知信道估计值的子载波以相位旋转方式计算各子载波的信道估计结果。
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，其特征在于所述已知信道估计值的子载波是所述中间子载波。
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，所述已知信道估计值的子载波是与待估计的子载波距离最近的导频子载波。
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，所述正交频分复用系统是长期演进系统，并且处于传输模式7或者8的状态下。
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