CN104869083B - 一种信道估计方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种信道估计方法及装置，用以提高信道估计的精度。本发明提供的一种信道估计方法包括：基于信道译码输出的结果，对发送端的发送信号进行迭代信道估计的比特级重构；利用对发送端的发送信号进行迭代信道估计的比特级重构的结果，对发送端的发送信号进行符号级重构，得到重构后的等效发送信号；利用等效发送信号，以及接收到的天线信号，更新信道估计结果。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种信道估计方法及装置。
背景技术
正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplex，OFDM）系统信道估计有三种方法：
最小二乘（LS）估计+线性插值：获取导频点的初始信道估计值，然后基于拉格朗日插值或其他多项式插值算法获取数据位置的信道估计；
变换域信道估计：首先获取导频点的初始信道估计值，然后将其变换到时域，对时域信道估计进行抑噪等处理后变换回频率，然后进行插值，基于拉格朗日插值或其他多项式插值；
线性的最小均方误差（LMMSE）插值：利用数据及导频的频率相关性及时域相关性进行最小均方误差（MMSE）滤波，又具体分为二维滤波、一维滤波、一维级联滤波（二维滤波的简化）等。
当然，上述三种方案之间也可以互相借鉴。但上述三种方案均是利用导频点的信道信息来进行数据位置的信道信息估计，LMMSE由于利用了无线信道的二阶统计特性（相关矩阵），因此性能是最优的，但复杂度也是最高的；LS估计由于没有利用任何的信道统计信息，因此性能是最差的，但复杂度是最低的；变换域的信道估计性能和复杂度介于两者之间。
综上所述，现有技术利用当前子帧的导频信号进行本子帧的数据符号的信道估计，由于导频的数量有限，因此信道估计的精度无法进一步提高。
发明内容
本发明实施例提供了一种信道估计方法及装置，用以提高信道估计的精度。
本发明实施例提供的一种信道估计方法，包括：
基于信道译码输出的结果，对发送端的发送信号进行迭代信道估计的比特级重构；
利用对发送端的发送信号进行迭代信道估计的比特级重构的结果，对发送端的发送信号进行符号级重构，得到重构后的等效发送信号；
利用等效发送信号，以及接收到的天线信号，更新信道估计结果。
该方法利用信道译码输出的外信息（0/1硬比特或者软比特，LLR）重构发送的数据符号，利用重构的数据符号进一步获取数据位置的精确信道信息，而不是基于现有技术中方案的线性插值或者滤波处理，因此能够进一步提升信道估计精度，提升整体接收机的性能。
较佳地，基于信道译码输出的结果，对发送端的发送信号进行迭代信道估计的比特级重构，包括：
判断本次信道译码的循环冗余校验CRC是否正确，如果是，则基于CRC校验正确的硬比特进行发送端的发送信号的比特级重构；否则，基于信道译码输出的软比特，直接进行发送端软符号的重构。
较佳地，利用等效发送信号，以及接收到的天线信号，更新信道估计结果，包括：
对单天线发送与接收SISO系统，将接收到的天线信号与重构后的等效发送信号点除，得到更新后的信道估计结果。
较佳地，利用等效发送信号，以及接收到的天线信号，更新信道估计结果，包括：
对于多入多出MIMO系统，利用当前信道估计结果，进行天线间信号的消除，得到接收到的天线信号的等效信号；
利用接收到的天线信号的等效信号，以及等效发送信号，得到更新后的信道估计结果。
较佳地，该方法还包括：
判断信道译码循环冗余校验CRC是否校验正确，如果是，则结束流程，将更新后的信道估计结果用作下次接收处理；否则，利用更新后的信道估计结果，进行后续的信号检测及信道译码。
较佳地，当满足预设的执行条件时，基于信道译码输出的结果，对发送端的发送信号进行迭代信道估计的比特级重构。
本发明实施例提供的一种信道估计装置，包括：
比特级重构单元，用于基于信道译码输出的结果，对发送端的发送信号进行迭代信道估计的比特级重构；
符号级重构单元，用于利用对发送端的发送信号进行迭代信道估计的比特级重构的结果，对发送端的发送信号进行符号级重构，得到重构后的等效发送信号；
信道估计更新单元，用于利用等效发送信号，以及接收到的天线信号，更新信道估计结果。
该装置利用信道译码输出的外信息（0/1硬比特或者软比特，LLR）重构发送的数据符号，利用重构的数据符号进一步获取数据位置的精确信道信息，而不是基于现有技术中方案的线性插值或者滤波处理，因此能够进一步提升信道估计精度，提升整体接收机的性能。
较佳地，所述比特级重构单元具体用于：
判断本次信道译码的循环冗余校验CRC是否正确，如果是，则基于CRC校验正确的硬比特进行发送端的发送信号的比特级重构；否则，基于信道译码输出的软比特，直接进行发送端软符号的重构。
较佳地，所述符号级重构单元，具体用于：
对单天线发送与接收SISO系统，将接收到的天线信号与重构后的等效发送信号点除，得到更新后的信道估计结果。
较佳地，所述符号级重构单元，具体还用于：
对于多入多出MIMO系统，利用当前信道估计结果，进行天线间信号的消除，得到接收到的天线信号的等效信号；
利用接收到的天线信号的等效信号，以及等效发送信号，得到更新后的信道估计结果。
较佳地，该装置还包括：
结束处理单元，用于判断信道译码循环冗余校验CRC是否校验正确，如果是，则结束流程，将更新后的信道估计结果用作下次接收处理；否则，利用更新后的信道估计结果，进行后续的信号检测及信道译码。
较佳地，所述比特级重构单元，当满足预设的执行条件时，基于信道译码输出的结果，对发送端的发送信号进行迭代信道估计的比特级重构。
附图说明
图1为本发明实施例提供的信道估计原理示意图；
图2为本发明实施例提供的一种信道估计方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的一种信道估计装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种信道估计方法及装置，用以提高信道估计的精度。
现有技术中信道估计方案均是利用导频点的信道信息来进行数据位置的信道信息估计，无法利用数据符号进行信道估计，本方案提出一种迭代的信道估计方案，利用信道译码输出的外信息重构发送的数据符号，并进行数据位置的信道估计。由于获取了更多的先验信息，因此能够进一步提升信道估计精度，提升整体接收机的性能。
对于LTE系统来说，等效的频域数学模型可以表达为：
r＝Hs+N
其中：
r表示天线口接收到的天线信号，可以为数字信号（或基带信号）；
s表示期望的接收信号；
H＝[Hi,j]，表示期望信号的信道估计矩阵，其维度为NR×NT，NR表示接收天线的数目，NT表示发送天线的数目；
i＝0,...NR-1，表示第i根接收天线，NR表示接收天线的总数；
j＝0,...NT-1，表示第j根发送天线，NT表示发送天线的总数；
N表示噪声矩阵，服从均值为0、方差为δ2的复高斯分布。
本发明实施例的原理参见图1，利用信道译码后的输出进行bit级的重构，对于译码正确的数据，可以基于循环冗余校验（Cyclic Redundancy Check，CRC）的0、1比特进行bit级及符号级重构，对于CRC校验不正确的数据，可以利用信道译码的对数似然比（LogLikelihood Ratio，LLR）进行软符合的重构；在获得发送信号的估计后，进行信道估计的更新。
其中，发送端有信道编码模块，接收端对应称之为信道译码。信道译码是针对整个传输块进行的，信息块由一定数量的码块构成，译码是先对码块进行，如果所有码块正确，则该信息块译码正确，如果有1个码块译码不正确（只要有1个），则该信息块译码不正确。码块译码是否正确根据各个码块的CRC校验结果进行判断，如果校验结果为0，则译码正确；否则译码错误。
参见图2，本发明实施例提供的处理流程，具体包括：
Step 1:执行现有技术中接收流程，包括数字前端处理、信道估计、信号检测、信道译码，最后输出信道译码结果。
其中，信道估计可以采用最简单的最小二乘（LS）估计或者复杂的LMMSE估计算法，假定信道估计的输出矩阵为Hi,j,i＝0,...NR-1,j＝0,...NT-1。
Step2：判断是否满足预设的执行条件，如果是，则进行Step 3及后续步骤，否则，结束流程。
其中，所述执行条件，可以设定为性能最优模式，不考虑功耗。其中，性能最优模式就是最优的检测性能，不考虑计算复杂度、不考虑硬件实现时的功耗等限制因素。
Step3：基于信道译码输出的结果，进行迭代信道估计的比特（Bits）级重构，具体包括：
Step3-1：判断本次信道译码的CRC校验是否正确；如果CRC校验正确，那么进行step3-2，否则进行Step3-3；
Step3-2：基于CRC校验正确的硬（Hard）Bits（0/1比特）进行发送端bit的重构，包括码块分段、信道编码、加扰等处理；
Step3-3：基于信道译码输出的软（Soft）Bits（对数似然比，LLR），直接进行发送端软符号的重构。
Step4-1：利用对发送端的发送信号进行迭代信道估计的比特级重构的结果，对发送端的发送信号进行符号级重构，发送端符号级的重构，包括数字调制（QPSK、QAM等），对于MIMO系统，还包括层映射、预编码等操作，重构后的等效发送信号为
Step4-2：对单天线发送与接收（Single Input Single Output，SISO），将接收到的天线信号ri与重构后的等效发送信号点除，得到更新后的信道估计结果为：
Step4-3：对于MIMO系统，因为接收天线信号为多天线发送信号的叠加，因此需要利用Step1中的信道估计输出结果Hi,j，进行天线间信号的“消除”，然后进行点除操作。即：
采用下列公式，利用当前信道估计结果Hi,j，进行天线间信号的消除：
其中，i＝0,...NR-1,j＝0,...NT-1,j≠i。
假定步骤Step4-1中重构后的发送端的等效发送信号为那么更新后的信道估计为：
其中，表示第i根接收天线第j个发送天线的信道估计结果；i＝0,...NR-1，表示第i根接收天线；j＝0,...NT-1表示第j根发送天线。
Step5：将迭代后的信道估计结果更新为
i＝0,...NR-1，表示第i根接收天线；
j＝0,...NT-1表示第j根发送天线。
Step6：根据信道译码CRC的校验信息，进行后续流程的处理，如果CRC校验正确，那么结束本次流程，将更新后的信道估计用作下次接收处理；如果CRC校验不正确，那么利用更新后的信道估计结果，进行后续的信号检测及信道译码，译码完成后结束本次流程。
可见，本发明实施例增加了迭代判决、bit级重构、符号级重构、信道估计结果更新等操作。
参见图3，本发明实施例提供的一种信道估计装置，包括：接收装置11和迭代信道估计装置12，其中，接收装置11即现有的接收装置，包括接收机前端处理单元101、信道估计单元102、信号检测单元103和信道译码单元104。迭代信道估计装置12即本发明实施例新增的信道估计装置，包括：
比特级重构单元106，用于基于信道译码输出的结果，对发送端的发送信号进行迭代信道估计的比特级重构；
符号级重构单元107，用于利用对发送端的发送信号进行迭代信道估计的比特级重构的结果，对发送端的发送信号进行符号级重构，得到重构后的等效发送信号；
信道估计更新单元108，用于利用等效发送信号，以及接收到的天线信号，更新信道估计结果。
较佳地，所述比特级重构单元106具体用于：
判断本次信道译码的循环冗余校验CRC是否正确，如果是，则基于CRC校验正确的硬比特进行发送端的发送信号的比特级重构；否则，基于信道译码输出的软比特，直接进行发送端软符号的重构。
较佳地，所述符号级重构单元107，具体用于：
对单天线发送与接收SISO系统，将接收到的天线信号与重构后的等效发送信号点除，得到更新后的信道估计结果。
较佳地，所述符号级重构单元107，具体还用于：
对于多入多出MIMO系统，利用当前信道估计结果，进行天线间信号的消除，得到接收到的天线信号的等效信号；
利用接收到的天线信号的等效信号，以及等效发送信号，得到更新后的信道估计结果。
较佳地，该装置还包括：
结束处理单元109，用于判断信道译码循环冗余校验CRC是否校验正确，如果是，则结束流程，将更新后的信道估计结果用作下次接收处理；否则，利用更新后的信道估计结果，进行后续的信号检测及信道译码。
较佳地，该装置还包括：
迭代判断单元105，用于判断是否满足预设的执行条件。所述比特级重构单元106，当满足预设的执行条件时，基于信道译码输出的结果，对发送端的发送信号进行迭代信道估计的比特级重构。
其中，迭代判断单元105对应图2中的步骤2，即判断本发明是否执行，比特级重构单元106对应图2中的步骤3基于Hard Bits或者Soft Bits进行重构，符号级重构单元107对应图2中的步骤4-1的重构处理，信道估计更新单元108对应图2中的步骤4-2和步骤4-3的信道估计更新。
综上所述，本发明利用信道译码输出的后验信息作为信道估计的先验信息，理论上能够极大提高信道估计的精度；本方案既可以用于本次信号接收，提高接收机性能，亦可用于临近的下一次接收，辅助提高信道估计精度。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种信道估计方法，其特征在于，该方法包括：
基于信道译码输出的结果，对发送端的发送信号进行迭代信道估计的比特级重构；
利用对发送端的发送信号进行迭代信道估计的比特级重构的结果，对发送端的发送信号进行符号级重构，得到重构后的等效发送信号；
利用等效发送信号，以及接收到的天线信号，更新信道估计结果；
其中，利用等效发送信号，以及接收到的天线信号，更新信道估计结果，包括：
对单天线发送与接收SISO系统，将接收到的天线信号与重构后的等效发送信号点除，得到更新后的信道估计结果；
对于多入多出MIMO系统，利用当前信道估计结果，进行天线间信号的消除，得到接收到的天线信号的等效信号；利用接收到的天线信号的等效信号，以及等效发送信号，得到更新后的信道估计结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于信道译码输出的结果，对发送端的发送信号进行迭代信道估计的比特级重构，包括：
判断本次信道译码的循环冗余校验CRC是否正确，如果是，则基于CRC校验正确的硬比特进行发送端的发送信号的比特级重构；否则，基于信道译码输出的软比特，直接进行发送端软符号的重构。
3.根据权利要求1-2任一权项所述的方法，其特征在于，该方法还包括：
判断信道译码循环冗余校验CRC是否校验正确，如果是，则结束流程，将更新后的信道估计结果用作下次接收处理；否则，利用更新后的信道估计结果，进行后续的信号检测及信道译码。
4.根据权利要求1-2任一权项所述的方法，其特征在于，当满足预设的执行条件时，基于信道译码输出的结果，对发送端的发送信号进行迭代信道估计的比特级重构。
5.一种信道估计装置，其特征在于，该装置包括：
比特级重构单元，用于基于信道译码输出的结果，对发送端的发送信号进行迭代信道估计的比特级重构；
符号级重构单元，用于利用对发送端的发送信号进行迭代信道估计的比特级重构的结果，对发送端的发送信号进行符号级重构，得到重构后的等效发送信号；
信道估计更新单元，用于利用等效发送信号，以及接收到的天线信号，更新信道估计结果；
其中，所述符号级重构单元，具体用于：
对单天线发送与接收SISO系统，将接收到的天线信号与重构后的等效发送信号点除，得到更新后的信道估计结果；
对于多入多出MIMO系统，利用当前信道估计结果，进行天线间信号的消除，得到接收到的天线信号的等效信号；利用接收到的天线信号的等效信号，以及等效发送信号，得到更新后的信道估计结果。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述比特级重构单元具体用于：
判断本次信道译码的循环冗余校验CRC是否正确，如果是，则基于CRC校验正确的硬比特进行发送端的发送信号的比特级重构；否则，基于信道译码输出的软比特，直接进行发送端软符号的重构。
7.根据权利要求5-6任一权项所述的装置，其特征在于，该装置还包括：
结束处理单元，用于判断信道译码循环冗余校验CRC是否校验正确，如果是，则结束流程，将更新后的信道估计结果用作下次接收处理；否则，利用更新后的信道估计结果，进行后续的信号检测及信道译码。
8.根据权利要求5-6任一权项所述的装置，其特征在于，所述比特级重构单元，当满足预设的执行条件时，基于信道译码输出的结果，对发送端的发送信号进行迭代信道估计的比特级重构。
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