CN104301274A - 用于多用户场景的上行信道估计方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种用于多用户场景的上行信道估计方法及系统，包括进行前端处理，资源解映射，复相关；并行执行离散傅里叶逆变换和时域平滑，当硬件加速器DFTPE对第i-1个用户的离散傅里叶逆变换完成时，核做第i-1个用户的时域平滑处理，同时硬件加速器DFPTE继续第i个用户的离散傅里叶逆变换；并行执行离散傅里叶变换和均衡以及后继处理，硬件加速器DFTPE对第i-1个用户的离散傅里叶变换完成时，核做第i-1个用户的均衡以及后继处理，同时硬件加速器DFPTE继续第i个用户的离散傅里叶变换。本发明根据多用户场景的特点，用硬件加速器DFPTE和DSP核并行计算，完成信道估计，降低数据处理时间，提高接收机运算效率。

Description

用于多用户场景的上行信道估计方法及系统

技术领域

本发明涉及移动通信领域，更具体地，本发明是针对第三代移动通信长期演进(FDD-LTE)上行系统中一种适用多用户场景的上行信道估计的方法及系统。 

背景技术

随着第三代移动通信系统在全球范围内的部署和运营，用户对通信系统的需求与日俱增。在这种背景下，第三代移动通信系统的演进技术——LTE已经逐渐成为移动通信业界关注的焦点。 

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分复用)是无线通信领域中非常有发展前景的一种多载波调制技术，目前该技术已被广泛应用于IEEE 802.11a、HIPERLAN/2WLAN(Wireless Local Area Network，无线局域网)和3GPP LTE(第三代无线通信系统长期演进)等宽带无线通信系统中。 

在OFDM系统中，接收机的处理往往是通过软件实现，处理时间较长。为减少算法执行时间，各芯片厂商相继推出了强大的硬件加速器MAPLE(Multi Accelerator Platform Engine)，不需要外加其他硬件，就可以完成基带数据的处理，性价比得到大幅提升。 

硬件加速器具有高速的数据吞吐量，能高效完成特定算法的处理。在进行运算的过程中，硬件加速器除了相对软件处理有较高的运算速度外，还能够不依赖核独立地进行运算，因此硬件加速器可以和核并行地处理，但是尚未在多用户场景中发挥作用。 

目前常用多用户的信道估计方法是基于导频的非盲信道估计方法，算法流程参照图2，在前端处理模块和解映射模块完成后，首先完成UE(0)的复相关、iDFT，时域平滑、DFT，然后再完成UE(1)的复相关、iDFT，时域平滑、DFT，依此进行下去，直到最后一个UE处理完成，即i＝I-1时。UE(i)表示第i个用户，i的取值为0,1,…I-1，I为用户总数。具体步骤为： 

(1)天线接收到数据去循环前缀； 

(2)对数据进行7.5kHz频偏补偿； 

(3)快速傅里叶变换，得到频域信号； 

(4)频域LS估计值，得到导频信道系数H_DMRS； 

(5)对导频信道系数进行离散傅里叶逆变换，把信号从频域转换到时域得到信道的冲击响应； 

(6)在时域对信号进行平滑处理，循环长度以外的能量应该是干扰噪声，不含信道信息，将它 们做置零处理，循环前缀以内的估计值保持不变； 

(7)对时域平滑后的信道冲击响应进行离散傅里叶变换，把信号转换到频域，得到信道估计值从(4)开始下一个用户的信道估计，一直到所有用户的信道估计处理完成； 

(8)根据估计出来的信道系数和数据符号信息，进行信道均衡和后继处理。 

这种基于导频的非盲信道估计方法需要等所有用户的DFT处理完成才能进行均衡处理，因此处理效率有待提高。 

发明内容

本发明的目的提供一种适用于FDD-LTE多用户场景上行信道估计的方法及系统。 

本发明的技术方案提供一种用于多用户场景的上行信道估计方法，对每个子帧执行以下步骤， 

步骤1，基于基站每根天线接收到的数据进行前端处理，得到频域信号； 

步骤2，资源解映射，包括对步骤1得到的频域信号进行资源解映射，分离得到导频参考信息DMRS和数据符号信息R； 

步骤3，复相关，包括根据步骤2所得符号3和符号10处导频参考信号DMRS，完成接收到的解调用参考信号与本地解调用参考信号间的复相关，进行导频信道估计，得到所有用户分别相应的导频信道系数H_DMRS； 

步骤4，并行执行离散傅里叶逆变换和时域平滑， 

离散傅里叶逆变换的实现，包括采用硬件加速器DFTPE对用户的导频信系数H_DMRS依次进行离散傅里叶逆变换处理，把信号从频域转换到时域，得到时域信号h(k)； 

时域平滑的实现，包括采用核对用户的时域信号h(k)进行时域平滑处理，得到去噪后的信道估计值h'(k)； 

并行执行方式为，设用户总数为I，当硬件加速器DFTPE对第i-1个用户的离散傅里叶逆变换完成时，核做第i-1个用户的时域平滑处理，同时硬件加速器DFPTE继续第i个用户的离散傅里叶逆变换，i的取值为1,2,…I-1， 

完成第I-1个用户的时域平滑处理后，进入步骤5； 

步骤5，并行执行离散傅里叶变换和均衡以及后继处理， 

离散傅里叶变换的实现，包括由硬件加速器DFTPE对步骤5所得去噪后的信道估计值h'(k)做离散傅里叶变换，把信号从时域转换到频域，得到信道的频域估计H_est(n)； 

均衡以及后继处理的实现，包括根据信道的频域估计H_est对数据符号信息R进行均衡 得到均衡的结果E，并进行后继处理； 

并行执行方式为，硬件加速器DFTPE对第i-1个用户的离散傅里叶变换完成时，核做第i-1个用户的均衡以及后继处理，同时硬件加速器DFPTE继续第i个用户的离散傅里叶变换，i的取值为1,2,…I-1， 

完成第I-1个用户的均衡以及后继处理后，对当前子帧的估计完成。 

而且，步骤1、2、3由核执行。 

一种用于多用户场景的上行信道估计系统，设置以下用于对每个子帧进行处理的模块，前端处理模块，用于基于基站每根天线接收到的数据进行前端处理，得到频域信号； 

资源解映射模块，用于对前端处理模块得到的频域信号进行资源解映射，分离得到导频参考信息DMRS和数据符号信息R； 

复相关模块，用于根据资源解映射模块所得符号3和符号10处导频参考信号DMRS，完成接收到的解调用参考信号与本地解调用参考信号间的复相关，进行导频信道估计，得到所有用户分别相应的导频信道系数H_DMRS； 

第一并行模块，用于命令硬件加速器DFTPE和核并行执行离散傅里叶逆变换和时域平滑， 

离散傅里叶逆变换的实现，包括采用硬件加速器DFTPE对用户的导频信系数H_DMRS依次进行离散傅里叶逆变换处理，把信号从频域转换到时域，得到时域信号h(k)； 

时域平滑的实现，包括采用核对用户的时域信号h(k)进行时域平滑处理，得到去噪后的信道估计值h'(k)； 

并行执行方式为，设用户总数为I，当硬件加速器DFTPE对第i-1个用户的离散傅里叶逆变换完成时，核做第i-1个用户的时域平滑处理，同时硬件加速器DFPTE继续第i个用户的离散傅里叶逆变换，i的取值为1,2,…I-1， 

完成第I-1个用户的时域平滑处理后，进入步骤5； 

第二并行模块，用于命令硬件加速器DFTPE和核并行执行离散傅里叶变换和均衡以及后继处理， 

离散傅里叶变换的实现，包括由硬件加速器DFTPE对步骤5所得去噪后的信道估计值h'(k)做离散傅里叶变换，把信号从时域转换到频域，得到信道的频域估计H_est(n)； 

均衡以及后继处理的实现，包括根据信道的频域估计H_est对数据符号信息R进行均衡得到均衡的结果E，并进行后继处理； 

并行执行方式为，硬件加速器DFTPE对第i-1个用户的离散傅里叶变换完成时，核做第i-1个用户的均衡以及后继处理，同时硬件加速器DFPTE继续第i个用户的离散傅里叶变换，i的取值为1,2,…I-1， 

完成第I-1个用户的均衡以及后继处理后，对当前子帧的估计完成。 

本发明利用硬件加速器DFTPE的性能，结合多用户场景的特点，在进行DFT信道估计的时候让多个用户并行起来处理，不等所有用户的DFT处理完成，每当一个用户的DFT处理完，核就马上开始这个用户的均衡处理，同时DFTPE对下一个用户进行DFT计算，从而形成了流水操作，降低了数据的处理时间，提高了接收机的处理效率。 

附图说明

图1为现有装置中的上行接收天线参考信号分布示意图。 

图2为传统的多用户上行DFT信道估计流程图。 

图3为本发明实施例的多用户上行DFT信道估计流程图。 

具体实施方式

以下结合附图和实施例详细说明本发明技术方案。 

参见图1给出的LTE上行链路的帧结构。1个子帧由14个OFDM符号组成，持续1ms，时隙0和时隙1各有7个OFDM符号。符号3和符号10为导频符号，其它符号承载数据，称为数据符号。子载波的数量由系统带宽决定，在20MHz的带宽下，有1200个子载波。 

参见图3，本实施例的信道估计方法对每个子帧执行流程详细描述如下： 

步骤1：前端处理，对基站每根天线接收到的数据，按符号为单位依次进行去循环前缀，7.5kHz频偏补偿，把信号从时域转换到频域，得到频域信号。转换可采用快速傅里叶变换。 

步骤2：资源解映射，对步骤1得到的频域信号进行资源解映射，分离得到处理对象用户的频域数据符号信息和导频符号信息。 

实施例中，设针对当前处理子帧TTI，对每个用户，在TTI内，经过解映射之后得到分别相应的导频符号信息，即导频参考信息DMRS。频域数据符号信息，可记为数据符号信息R。 

步骤3：复相关，根据步骤2经过解映射之后所得符号3和符号10处导频参考信号DMRS，完成接收到的解调用参考信号与本地解调用参考信号间的复相关，进行导频信道估计，得到所有用户分别相应的导频信道系数H_DMRS。 

步骤1、2、3由核执行。本发明于传统的DFT信道估计方法不同，在DFTPE做离散傅里叶变换的同时，核也在进行时域平滑或者均衡处理，这样能够让核与DFTPE并行计算，大大降低了处理时间，提高了效率。进行步骤4的iDFT之前，需要完成所有用户的复相关， 即复相关UE(I-1)的数据准备好，才进入步骤4。 

步骤4：并行执行离散傅里叶逆变换和时域平滑。 

离散傅里叶逆变换的实现，包括采用DFTPE对所有用户的导频信道系数H_DMRS依次进行离散傅里叶逆变换处理，把信号从频域转换到时域，得到信道的冲击响应，即时域信号h(k): 

$h\left(k\right)=\frac{1}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}H\left(n\right)\exp \left(j2\mathrm{\π}\frac{\mathrm{nk}}{N}\right)$

其中，N表示变换长度，0≤n≤N-1。H(n)表示导频信道系数H_DMRS，h(k)表示变换后的时域信号，j为虚数单位。 

由于OFDM符号长度一般远大于信道的最大延时，因此经过iDFT变换得到的信道冲击响应大部分能量都集中在少数几个采样点上。 

实施例中，针对当前处理子帧TTI，DFTPE实现对所有的用户做iDFT，从频域信号转换到时域信号h(k)。 

时域平滑的实现，包括用核对用户的时域信号h(k)进行时域平滑处理，得到去噪后的信道估计值h'(k)。 

设UE(i)表示第i个用户，i的取值为0,1,…I-1，I为用户总数。实施例在DFTPE进行UE(i)的iDFT的同时，核对UE(i-1)的时域信号h(k)进行时域平滑处理，得到去噪后的信道估计值h'(k)。即当DFPTE执行第i-1个用户的iDFT完成时，核马上做第i-1个用户的时域平滑处理，这时DFPTE继续第i个用户的iDFT计算，此时i的取值为1,2,…I-1。进行步骤5的DFT之前，需要完成所有用户的时域平滑处理。直到DFPTE完成第I-1个用户的iDFT计算后等待，核完成第I-1个用户的时域平滑处理，然后进入步骤5。 

如图3中，DFTPE执行iDFT UE(0)后，核进行时域平滑UE(0)，此时DFTPE继续执行iDFT UE(1)；DFTPE执行iDFT UE(1)后，核进行时域平滑UE(1)，此时DFTPE继续执行iDFTUE(2)，…DFTPE执行iDFT UE(I-1)后等待，核进行时域平滑UE(I-1)。 

由于OFDM的循环前最长度一般大于信道冲击响应的长度，所以循环长度L以外的能量应该是干扰噪声，不含信道信息，在这里把他们做置零处理，循环前最以内的估计值保持不变。对UE(i-1)的时域信号h(k)进行时域平滑处理，即去噪后的信道估计值h'(k)按下式得到： 

$h^{\&prime;}\left(k\right)=\left\{\begin{array}{c}h\left(k\right),0<k<L-1\\ 0,\mathrm{otherwise}\end{array}\right.$

步骤5：并行执行离散傅里叶变换和均衡以及后继处理。 

离散傅里叶变换的实现，包括由DFTPE对步骤4所得去噪后的信道估计值h'(k)做离散傅里叶变换，把信号从时域转换到频域，得到信道的频域估计H_est(n)： 

$H\_\mathrm{est}\left(n\right)=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}^{\&prime;}\left(k\right)\exp (-j2\mathrm{\&pi;}\frac{\mathrm{nk}}{N})$

经过时域去噪处理后，可以以得到更精确的信道估计值。 

均衡以及后继处理的实现，包括根据信道的频域估计H_est对数据符号信息R进行均衡得到均衡的结果E，并进行后继处理。 

实施例的DFPTE进行UE(i)的DFT的同时，核根据UE(i-1)的信道的频域估计H_est(n)对数据符号信息R进行信道均衡，得到均衡的结果E。信道均衡、后继处理的具体实现为现有技术，本发明不予赘述。即硬件加速器DFTPE对第i-1个用户的离散傅里叶变换完成时，核做第i-1个用户的均衡以及后继处理，同时硬件加速器DFPTE继续第i个用户的离散傅里叶变换，此时i的取值为1,2,…I-1， 

如图3中，核进行时域平滑UE(I-1)后，DFTPE执行DFT UE(0)；DFTPE执行DFT UE(0)后，核针对UE(0)进行均衡以及后继处理，此时DFTPE继续执行DFT UE(1)；DFTPE执行DFT UE(1)后，核针对UE(1)进行均衡以及后继处理，此时DFTPE继续执行DFTUE(2)，…DFTPE执行DFT UE(I-1)后等待，核针对UE(I-1)进行均衡以及后继处理。 

本发明与传统的信道估计方法有较大差别，结合多用户的特点和硬件加速器的特点，硬件加速器正在进行第i个用户的离散傅里叶变换计算的同时，核对第i-1个用户进行处理，无需等待所有用户的离散傅里叶变换处理完成。这样核可以和硬件加速器并行计算，形成了流水操作，大幅度降低了数据的处理时间提高了效率。 

FDD-LTE多用户上行信道估计装置实例 

本实例的信道估计装置包括以下模块：前端处理模块，资源解映射模块，复相关模块，离散傅里叶逆变换模块，时域平滑模块，离散傅里叶变换模块，信道均衡及后继处理模块。 

前端处理模块包括三部分，去循环前缀，7.5kHz频偏补偿和快速傅里叶变换，经过这三个模块得到频域符号信号。 

去循环前缀是去掉发射端添加的循环前缀，7.5kHz频偏补偿模块是补偿发射时为了防止直流分量影响而添加的7.5kHz频偏，快速傅里叶变换把时域信号转换成频域信号。 

本发明针对多用户场景下的DFT信道估计算法的特点，保证功能的前提下降低了硬件处理时间，由于不同的用户之间的数据不相关，因此在多用户的场景下根据硬件加速器的特点，可以让多用户的计算并行起来，形成流水操作。本发明适用于多用户场景，在多用户的情况下性能有明显的提升。对于单用户场景不能采用本方法，性能提升并不明显。 

对所公开实施例的上述说明，便于本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的思想前提下对实施例进行修改和变化，因此本发明的保护范围并不局限该实施例，而是符合权利要求书的创新特征的最大范围。 

Claims (3)

1.一种用于多用户场景的上行信道估计方法，其特征在于：对每个子帧执行以下步骤，

步骤1，基于基站每根天线接收到的数据进行前端处理，得到频域信号；

步骤2，资源解映射，包括对步骤1得到的频域信号进行资源解映射，分离得到导频参考信息DMRS和数据符号信息R；

步骤3，复相关，包括根据步骤2所得符号3和符号10处导频参考信号DMRS，完成接收到的解调用参考信号与本地解调用参考信号间的复相关，进行导频信道估计，得到所有用户分别相应的导频信道系数H_DMRS；

步骤4，并行执行离散傅里叶逆变换和时域平滑，

离散傅里叶逆变换的实现，包括采用硬件加速器DFTPE对用户的导频信系数H_DMRS依次进行离散傅里叶逆变换处理，把信号从频域转换到时域，得到时域信号h(k)；

时域平滑的实现，包括采用核对用户的时域信号h(k)进行时域平滑处理，得到去噪后的信道估计值h'(k)；

并行执行方式为，设用户总数为I，当硬件加速器DFTPE对第i-1个用户的离散傅里叶逆变换完成时，核做第i-1个用户的时域平滑处理，同时硬件加速器DFPTE继续第i个用户的离散傅里叶逆变换，i的取值为1,2,…I-1，

完成第I-1个用户的时域平滑处理后，进入步骤5；

步骤5，并行执行离散傅里叶变换和均衡以及后继处理，

离散傅里叶变换的实现，包括由硬件加速器DFTPE对步骤5所得去噪后的信道估计值h'(k)做离散傅里叶变换，把信号从时域转换到频域，得到信道的频域估计H_est(n)；

均衡以及后继处理的实现，包括根据信道的频域估计H_est对数据符号信息R进行均衡得到均衡的结果E，并进行后继处理；

并行执行方式为，硬件加速器DFTPE对第i-1个用户的离散傅里叶变换完成时，核做第i-1个用户的均衡以及后继处理，同时硬件加速器DFPTE继续第i个用户的离散傅里叶变换，i的取值为1,2,…I-1，

完成第I-1个用户的均衡以及后继处理后，对当前子帧的估计完成。

2.根据权利要求1所述用于多用户场景的上行信道估计方法，其特征在于：步骤1、2、3由核执行。

3.一种用于多用户场景的上行信道估计系统，其特征在于：设置以下用于对每个子帧进行处理的模块，

前端处理模块，用于基于基站每根天线接收到的数据进行前端处理，得到频域信号；

资源解映射模块，用于对前端处理模块得到的频域信号进行资源解映射，分离得到导频参考信息DMRS和数据符号信息R；

复相关模块，用于根据资源解映射模块所得符号3和符号10处导频参考信号DMRS，完成接收到的解调用参考信号与本地解调用参考信号间的复相关，进行导频信道估计，得到所有用户分别相应的导频信道系数H_DMRS；

第一并行模块，用于命令硬件加速器DFTPE和核并行执行离散傅里叶逆变换和时域平滑，

离散傅里叶逆变换的实现，包括采用硬件加速器DFTPE对用户的导频信系数H_DMRS依次进行离散傅里叶逆变换处理，把信号从频域转换到时域，得到时域信号h(k)；

时域平滑的实现，包括采用核对用户的时域信号h(k)进行时域平滑处理，得到去噪后的信道估计值h'(k)；

并行执行方式为，设用户总数为I，当硬件加速器DFTPE对第i-1个用户的离散傅里叶逆变换完成时，核做第i-1个用户的时域平滑处理，同时硬件加速器DFPTE继续第i个用户的离散傅里叶逆变换，i的取值为1,2,…I-1，

完成第I-1个用户的时域平滑处理后，进入步骤5；

第二并行模块，用于命令硬件加速器DFTPE和核并行执行离散傅里叶变换和均衡以及后继处理，

离散傅里叶变换的实现，包括由硬件加速器DFTPE对步骤5所得去噪后的信道估计值h'(k)做离散傅里叶变换，把信号从时域转换到频域，得到信道的频域估计H_est(n)；

均衡以及后继处理的实现，包括根据信道的频域估计H_est对数据符号信息R进行均衡得到均衡的结果E，并进行后继处理；

并行执行方式为，硬件加速器DFTPE对第i-1个用户的离散傅里叶变换完成时，核做第i-1个用户的均衡以及后继处理，同时硬件加速器DFPTE继续第i个用户的离散傅里叶变换，i的取值为1,2,…I-1，

完成第I-1个用户的均衡以及后继处理后，对当前子帧的估计完成。