CN104426819B - 一种信道估计方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种信道估计方法，包括：为两个配对用户分别配置参考信号，其中，所述两个配对用户的参考信号采用的循环移位因子的差值为π；任意选择一个所述用户，利用该用户的参考信号，对当前接收的导频符号l中各导频子载波k上的接收信号进行信道估计，得到所述接收信号的最小二乘法LS信道估计结果；利用所述配对用户的参考信号奇偶元素的正交特性，对所述LS信道估计结果进行解扩处理，得到每个所述用户的消除了另一配对用户信号的信道估计结果；对于每个所述用户，根据MMSE信道估计准则，对该用户的所述消除了另一配对用户信号的信道估计结果进行滤波，得到该用户的消除了噪声的信道估计结果。本发明可以降低信道估计的运算量、并且易于实现。

Description

一种信道估计方法

技术领域

本发明涉及移动通信系统中的信道估计技术，特别是涉及一种MU-MIMO系统的信道估计方法。

背景技术

在MU-MIMO通信系统中，配对的用户占用相同的时频资源。在LTE系统R8标准中定义了两用户的上行MU-MIMO传输机制，通过配置不同的参数，使得两用户的上行参考信号序列正交。

LTE上行参考序列R中的各元素r(n)，可按照下述公式得到：

其中， 为参考信号序列r的长度，n为序列元素的编号，为基序列中第n个元素的值，α为循环移位因子，0≤i＜N，LTE上行解调参考信号中，N＝12。

根据公式（1）,同一个基序列得到的不同参考序列将通过定义不同的循环移位因子α来获得。具体地，由于N是固定值，相应的，不同的循环移位因子α将由不同的i值来确定。

在实际应用中，进行配对的两用户的参考序列使用的基序列相同、i值不同，以使得两用户各自的上行参考信号序列不同且正交。当两用户的i相差N/2时，两用户的循环移位因子α的绝对值差为π时，理论上抗干扰能力最好。

目前MU-MIMO通信系统中广泛应用的一种基于MMSE准则的简化的信道估计方法。简化的MMSE信道估计算法是通过预先设定一定维度的滤波器组，对最小二乘法（LS）的信道估计结果进行滤波，从而达到去噪目的。

上述MU-MIMO信道估计方法，具体步骤如下：

假定基站（eNB）接收到的多用户（MU）用户在导频符号l和导频子载波k上的频域信号Y(k,l)表示为：

其中，S_u(k,l)为用户u在导频符号l、导频子载波k上的导频序列值；H_u(l,k)为用户u在导频符号l、导频子载波k上的信道响应；N(l,k)为在导频符号l、导频子载波k上的噪声，U为在导频符号l、导频子载波k上的用户总数。

对于每个用户，需要分配进行MU-MIMO信道估计，不失一般性，下面以用户0的MMSE信道估计结果的获取为例，对该信道估计过程进行说明：

首先，根据LS准则，计算用户0的各导频点的信道估计。

是LS信道估计，包含有用户1信号H₁(k,l)·S₁(k,l)·S₀(k,l)^*，其中S₀(k,l)^*为S₀(k,l)的共轭矩阵，公式（3）中，下脚标0表示用户0的信号，下脚标1表示用户1的信号，l为导频符号编号，k为导频子载波编号。

然后，将用户0的所有导频点的信道估计结果进行组合，得到用户0的导频信道估计矩阵

最后，利用按照进行MMSE滤波，可以得到用户0的MMSE信道估计结果

其中，由一个导频符号上的所有导频子载波的LS信道估计构成。W_MMSE为MMSE滤波器组矩阵，维度为[FilterNum×FilterLen]。FilterNum表示滤波器组的个数，FilterLen表示每组滤波器的抽头个数，该值小于是满足性能要求的较小的抽头数目。MMSE滤波器组矩阵将根据的特性获得，其维度决定了MMSE信道估计的复杂度。

同理，可得到用户0的配对用户的用户1的MMSE信道估计。

上述简化的信道估计方法主要存在以下问题：

1、需要分别对MU的各用户计算其LS信道估计相应的信道估计运算量较大。

2、由于MU用户的接收信号中不仅存在着噪声干扰，同时还存在着其他用户的有用信号干扰，因此，相对于单用户（SU）用户信号的滤波处理，这里还需要在滤波时去除其他用户的有用信号干扰，相应的，就会需要更高维度的MMSE滤波器组矩阵进行滤波，才能得到较好的解调特性，这样就导致系统实现的复杂性。另外，由于MU-MIMO通信系统中会同时存在多用户和单用户，这样，当多用户和单用户不能共用一套MMSE滤波器组矩阵时，相应地，也会给系统的实现带来一定的复杂度。

综上所述，利用上述简化的信道估计方法对配对用户进行信道估计时，存在运算量大、实现复杂、成本高等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种信道估计方法，该方法应用于MU-MIMO系统中配对用户的信道估计，可以降低信道估计的运算量、并且易于实现。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：

一种信道估计方法，包括：

a、为两个配对用户分别配置参考信号，其中，所述两个配对用户的参考信号采用的循环移位因子的差值为π；

b、任意选择一个所述用户，利用该用户的参考信号，对当前接收的导频符号l中各导频子载波k上的接收信号进行信道估计，得到所述接收信号的最小二乘法（LS）信道估计结果；

c、利用所述配对用户的参考信号奇偶元素的正交特性，对所述LS信道估计结果进行解扩处理，得到每个所述用户的消除了另一配对用户信号的信道估计结果；

d、对于每个所述用户，根据最小均方估计准则（MMSE）信道估计准则，对该用户的所述消除了另一配对用户信号的信道估计结果进行滤波，得到该用户的消除了噪声的信道估计结果。

综上所述，本发明提出的信道估计方法，利用配对用户的两参考序列奇偶元素的正交特性，即，偶数号元素值相同、奇数号元素值互为负值的特点，对LS信道估计结果处理，得到每个配对用户的消除了另一配对用户干扰信号的LS信道估计结果，然后再对消除了另一配对用户干扰信号的信道估计结果进行MMSE滤波。如此，可以减少LS信道估计运算次数，即只进行一次。另外，还可以大幅度降低MMSE滤波器组矩阵的维度，使系统的多用户和单用户可以共用一套MMSE滤波器组矩阵时，从而可以使本发明易于实现，且系统的实现成本也将大幅度降低。

附图说明

图1为本发明实施例一的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。

本发明的核心思想是：在对LS信道估计结果进行MMSE滤波之前，先对该LS信道估计结果中的另一用户信号进行消除，而且是得到每个导频子载波的消除干扰的信道估计结果。这样，就不需要在滤波时去除另一配对用户的信号，从而可以大幅度减少MMSE滤波器组矩阵的维度，并且还能够使系统的多用户和单用户共用一套MMSE滤波器组矩阵，进而可以使本发明更易于实现，系统的实现成本也将大幅度降低。

图1为本发明实施例一的流程示意图，如图1所示，该实施例的信道估计方法主要包括：

步骤101、为两个配对用户分别配置参考信号，其中，所述两个配对用户的参考信号采用的循环移位因子的差值为π。

本步骤中，通过在为配对用户配置参考信号时，使两参考信号采用的循环移位因子的差值为π，可以确保两参考信号理论上抗干扰能力最好，即两参考信号的偶数号元素值相同、奇数号元素值互为负值。如此，可以确保在步骤103中通过对信道估计结果进行解扩处理，可以在一配对用户信号中消除另一配对用户的信号。

为书写简单，不失一般性，设两用户的循环移位因子分别为α₀＝0，α₁＝π，则

若配对的两用户序列一样长，长度为的基序列是一样的，用户0的参考信号表示为r₀(n)，用户1的参考信号r₁(n)，则配对的两用户的参考序列为：

此处n是从0开始，两用户参考序列中，r₀(2m)＝r₁(2m)，r₀(2m+1)＝-r₁(2m+1)，

步骤102、任意选择一个所述用户，利用该用户的参考信号，对当前接收的导频符号l中各导频子载波k上的接收信号进行信道估计，得到所述接收信号的最小二乘法（LS）信道估计结果。

本步骤中，选择一个配对用户的参考信号，对导频符号l的各导频子载波上的接收信号进行信道估计，以便在后续步骤中利用该信道估计结果获取两配对用户的各自消除了其配对用户信号的信道估计结果。

这里，采用最小二乘法进行信道估计，具体方法为本领域技术人员所掌握，在此不再赘述。

这里，不失一般性，同一时频资源(k,l)上接收到的信号Y(k,l)可以表示为：

Y(k,l)＝H₀(k,l)·S₀(k,l)+H₁(k,l)·S₁(k,l)+N(k,l) 公式（4）

假设所选择的用户为用户0，则信号估计结果为接收信号乘以用户0的本地参考信号：

公式（5）

上述公式中各参数的定义同公式（3）。

从上述公式可以看出，最小二乘法的信道估计结果中将同时含有两配对用户的信号。

步骤103、利用所述配对用户的参考信号奇偶元素的正交特性，对所述LS信道估计结果进行解扩处理，得到每个所述用户的消除了另一配对用户信号的信道估计结果。

这里，通过对LS信道估计结果进行解扩处理，来消除各用户信道估计结果中的另一配对用户的信号（对本用户而言，另一配对用户的有用信号即为干扰信号），这样，解扩后各配对用户的各导频子载波的信道估计结果中将只存在该用户的有用信号和噪声信号，因此解扩后的各配对用户信道估计结果的维度与结构与单用户的信道估计结果一样，使得单用户和多用户可用一套滤波器系数，并且这套系数的维度能做到较低，相比于传统的不做去干扰操作而生成的MMSE滤波器的维度低。

这里，根据公式（5）和步骤101中所述的两配对用户参考信号奇偶元素的正交性（S₁(2m,l)＝S₀(2m,l),S₁(2m+1,l)＝-S₀(2m+1,l)，）可进行如下推导：

偶数导频子载波信道估计：

奇数导频子载波信道估计：

这里，考虑到由于相干带宽远大于2个子载波，相干带宽内的子载波的信道估计值近似相等，因此，可以进一步做如下推导：

或更为简单的

同理：或更为简单的

基于上述分析，较佳地，步骤103中的所述解扩处理可以采用下述方法实现：

对于步骤102中所选择的用户UE₀，按照确定该用户的导频符号l的偶数编号的每个导频子载波对应的消除了另一配对用户信号的信道估计结果按照或确定该用户的导频符号l的奇数编号的每个导频子载波对应的消除了另一配对用户信号的信道估计结果

其中，l为导频符号编号，为步骤102中得到的在导频符号l的导频子载波2m上的LS信道估计结果，为步骤102中得到的在导频符号l的导频子载波2m+1上的LS信道估计结果,为步骤102中得到的在导频符号l的导频子载波2m+2上的LS信道估计结果；为导频符号l上的导频子载波总数；

对于所述两个配对用户中未被选择的用户UE₁，按照确定该用户的导频符号l的偶数编号的每个导频子载波对应的消除了另一配对用户信号的信道估计结果按照或确定该用户的导频符号l的奇数编号的每个导频子载波对应的消除了另一配对用户信号的信道估计结果

较佳地，为了和现有系统相一致，可以使所述等于一个导频符号上的子载波总数。需要说明的是，在实际应用中也可以不需要使等于一个导频符号上的子载波总数，具体地，可由本领域技术人员预先根据实际需要来配置

步骤104、对于每个所述用户，根据MMSE信道估计准则，对该用户的消除了另一配对用户信号的信道估计结果进行滤波，得到该用户的消除了噪声的信道估计结果。

本步骤中，对于每个配对用户，将利用步骤103中得到的该用户的所有导频子载波上的信道估计结果，进行滤波，以去除其中的噪声。

本步骤滤波的具体步骤与现有系统相似，即对于每个配对用户，首先根据MMSE信道估计准则和该用户的信道估计结果，确定该用户的滤波器系数；然后，利用该滤波器系数，对该用户的信道估计结果进行滤波，得到该用户的消除了噪声的信道估计结果。所不同的是，这里滤波时，所依据的信道估计结果是每个配对用户的消除了另一配对用户信号的信道估计结果，而该信道估计结果由于消除了配对用户的干扰，维度较低，因此使得进行滤波时所采用的MMSE滤波器的维度低，从而可以有效降低本发明的实现复杂度。

本步骤中的根据MMSE信道估计准则进行滤波的具体方法为本领域技术人员所掌握，在此不再赘述。

从上述方法，可以看出本发明只进行了一次LS信道估计，并且每个导频子载波在滤波前先去除另一配对用户的信号，使得系统的多用户和单用户可以共用一套MMSE滤波器组矩阵，从而可以大幅度降低本发明的算法复杂度以及MMSE滤波器的实现复杂度。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种信道估计方法，其特征在于，包括：

a、为两个配对用户分别配置参考信号，其中，所述两个配对用户的参考信号采用的循环移位因子的差值为π；

b、任意选择一个所述用户，利用该用户的参考信号，对当前接收的导频符号l中各导频子载波k上的接收信号进行信道估计，得到所述接收信号的最小二乘法LS信道估计结果；

c、利用所述配对用户的参考信号奇偶元素的正交特性，对所述LS信道估计结果进行解扩处理，得到每个所述用户的消除了另一配对用户信号的信道估计结果；

d、对于每个所述用户，根据最小均方估计准则MMSE信道估计准则，对该用户的所述消除了另一配对用户信号的信道估计结果进行滤波，得到该用户的消除了噪声的信道估计结果；

步骤c中的所述解扩处理包括：

对于步骤b中所选择的用户UE₀，按照确定该用户的导频符号l的偶数编号的各导频子载波对应的消除了另一配对用户信号的信道估计结果按照或确定该用户的导频符号l的奇数编号的各导频子载波对应的消除了另一配对用户信号的信道估计结果

其中，l为导频符号编号， 为一个导频符号上的导频子载波总数；为步骤b中得到的在导频符号l的导频子载波2m上的LS信道估计结果，为步骤b中得到的在导频符号l的导频子载波2m+1上的LS信道估计结果,为步骤b中得到的在导频符号l的导频子载波2m+2上的LS信道估计结果；

对于所述两个配对用户中未被选择的用户UE₁，按照确定该用户的导频符号l的偶数编号的各导频子载波对应的消除了另一配对用户信号的信道估计结果按照或确定该用户的导频符号l的奇数编号的各导频子载波对应的消除了另一配对用户信号的信道估计结果