CN105635015B - 一种信道冲击响应生成方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种信道冲击响应生成方法，包括：接收一导频位置的信号，基于最小二乘信道估计得到原始信道冲击响应，所述原始信道冲击响应由天线编号、端口编号和符号编号组成；将所述原始信道冲击响应进行频域维纳滤波，生成该导频位置所在符号上的频域维纳滤波结果，保存一半所述频域维纳滤波结果；获得一时域滤波系数，选取一有效的频域维纳滤波结果，根据所述有效的频域维纳滤波结果和时域滤波系数进行时域滤波，并插入一数值等于最后一个时域滤波结果；对所述时域滤波结果进行频域插值生成全部信道冲击响应。
Description
技术领域
本发明涉及通讯技术领域，特别涉及一种信道冲击响应生成方法及系统。
背景技术
在基于正交频分复用(OFDM)技术的无线通信系统，如LTE/WiMax等中，维纳滤波及其变体被广泛应用在信道冲击响应的计算。由于处理的数据量较大，运算复杂，对接收机实现，特别是使用了软件无线电(SDR)技术的接收机处理能力提出了较高的要求。
如图1-3所示，以3GPP LTE协议的20MHz满带宽下，单端口(端口0)发送，双天线(天线0和天线1)接收为例，一种2x1D维纳滤波的信道估计冲击响应计算方法如下：
1)接收机接收导频处的信号，并产生本地参考序列，进而得到基于LS估计的原始信道冲击响应HLS m,n，其中，m表示端口编号，n表示天线编号。
2)进行频域维纳滤波，得到给定导频所在符号上的Hw m,n[i][j]，其中，i表示导频所在符号标号，以利用4个导频符号进行滤波的场景为例，取值范围可为[0，3]；j表示资源元素(RE)个数，20MHz满带宽下的取值范围为[0，1199]。
3)获得时域滤波系数，该系数Coef[k][i]用于后续的时域滤波，其中k表示OFDM符号个数，取值范围为[0，13]。
4)保存部分频域维纳滤波结果Hw2m,n[i][j’]，有Hw2m,n[i][j’]＝Hwm,n[i][j’*2]；其中，i表示导频所在符号标号，取值范围可为[0，3]；j’表示RE个数，20MHz满带宽下的取值范围为[0，599]。
5)进行频域线性插值，即：
HINTERP m,n[i][j]＝Hw2m,n[i][j/2]如果j mod 2＝＝0；
或HINTERP m,n[i][j]＝(Hw2m,n[i][j/2]+Hw2m,n[i][j/2+1])/2如果j mod 2＝＝1且非本符号的最后一个资源元素(RE)；
或HINTERP m,n[i][j]＝Hw2m,n[i][j/2]如果j mod 2＝＝1且为本符号的最后一个资源元素(RE)；
其中，m表示天线编号，n表示端口编号，i表示导频所在符号标号，j表示资源元素(RE)个数，mod表示除以，＝＝表示恒等于。
6)进行时域滤波，以利用4个导频符号进行滤波的场景为例，对于给定的符号k和REj，有：Hm,n[k][j]＝Coef[k][0]×HINTERP m,n[0][j]+Coef[k][1]×HINTERP m,n[1][j]+Coef[k][2]×HINTERP m,n[2][j]+Coef[k][3]×HINTERP m,n[3][j]；其中，j的取值为[0,1199]。
但是，以前述3GPP LTE协议的20MHz满带宽下，单发送端口发送，双天线接收为例，需要4800个乘累加操作和2400个插值操作，运算复杂度较大。且在频域插值过程中，为了判断是否为最后一个RE，容易打断数字信号处理器的处理流水，非常不利于数字信号处理，尤其是软件无线电环境下的数字信号处理。
发明内容
本发明的目的在于提供一种信道冲击响应生成方法及系统，以解决现有信道冲击响应计算运算复杂度大的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种信道冲击响应生成方法，包括：
接收一导频位置的信号，基于最小二乘信道估计得到原始信道冲击响应，所述原始信道冲击响应由天线编号、端口编号和符号编号组成；
将所述原始信道冲击响应进行频域维纳滤波，生成该导频位置所在符号上的频域维纳滤波结果，保存一半所述频域维纳滤波结果；
获得一时域滤波系数，选取一有效的频域维纳滤波结果，根据所述有效的频域维纳滤波结果和时域滤波系数进行时域滤波，并插入一数值等于最后一个时域滤波结果；
对所述时域滤波结果进行频域插值生成全部信道冲击响应。
进一步的，在所述的信道冲击响应生成方法中，通过以下公式根据有效的频域维纳滤波结果和时域滤波系数进行时域滤波：
Tm,n[k][j]＝Coef[k][0]×HINTERPm,n[0][j]+Coef[k][1]×HINTERPm,n[1][j]+Coef[k][2]×HINTERPm,n[2][j]+Coef[k][3]×HINTERPm,n[3][j]；
其中，m表示天线编号，n表示端口编号，k表示符号编号，j表示资源元素个数，Coef[k]表示时域滤波系数，0、1、2、3表示导频所在符号标号；
进一步的，在所述的信道冲击响应生成方法中，通过以下公式对所述时域滤波结果进行频域插值：
HINTERP m,n[i][j]＝Tm,n[i][j/2]如果j mod 2＝＝0；
或HINTERP m,n[i][j]＝(Tm,n[i][j/2]+Tm,n[i][j/2+1])/2如果j mod 2＝＝1；
其中，m表示天线编号，n表示端口编号，i表示导频所在符号标号，j表示资源元素个数，mod表示除以，表示＝＝恒等于。
相应的，本发明还提供一种信道冲击响应生成系统，包括：
原始信道冲击响应生成模块，用于接收一导频位置的信号，基于最小二乘信道估计得到原始信道冲击响应，所述原始信道冲击响应由天线编号、端口编号和符号编号组成；
频域维纳滤波模块，用于将所述原始信道冲击响应进行频域维纳滤波，生成该导频位置所在符号上的频域维纳滤波结果，保存一半所述频域维纳滤波结果；
时域滤波模块，用于获得一时域滤波系数，选取一有效的频域维纳滤波结果，根据所述有效的频域维纳滤波结果和时域滤波系数进行时域滤波，并插入一数值等于最后一个时域滤波结果；
信道冲击响应生成模块，用于对所述时域滤波结果进行频域插值生成全部信道冲击响应。
进一步的，在所述的信道冲击响应生成系统中，在时域滤波模块中，通过以下公式根据有效的频域维纳滤波结果和时域滤波系数进行时域滤波：
Tm,n[k][j]＝Coef[k][0]×HINTERPm,n[0][j]+Coef[k][1]×HINTERPm,n[1][j]+Coef[k][2]×HINTERPm,n[2][j]+Coef[k][3]×HINTERPm,n[3][j]；
其中，m表示天线编号，n表示端口编号，k表示符号编号，j表示资源元素个数，Coef[k]表示时域滤波系数，0、1、2、3表示导频所在符号标号；
进一步的，在所述的信道冲击响应生成系统中，在信道冲击响应生成模块中，通过以下公式对所述时域滤波结果进行频域插值：
HINTERP m,n[i][j]＝Tm,n[i][j/2]如果j mod 2＝＝0；
或HINTERP m,n[i][j]＝(Tm,n[i][j/2]+Tm,n[i][j/2+1])/2如果j mod 2＝＝1；
其中，m表示天线编号，n表示端口编号，i表示导频所在符号标号，j表示资源元素个数，mod表示除以，＝＝表示恒等于。
本发明提供的信道冲击响应生成方法及系统，具有以下有益效果：本发明与现有技术在存储空间的消耗上基本一致，仅需在时域滤波过程中需要额外的存储601个冲击响应的存储空间，对于已有实现的存储空间冲击很小；
本发明带来了了运算复杂度的明显降低，不仅如此，本方案可以降低分支判断的复杂度：在频域插值中，原方案的步骤5需要三个分支，而本发明的对应步骤8仅两个分支，且该种奇偶分支判断特别容易使用软件无线电实现，从而进一步的降低了运算复杂度和实现复杂度。
附图说明
图1是现有技术信道冲击响应生成流程图；
图2是现有技术接收天线0端口0的冲击响应示意图；
图3是现有技术接收天线1端口0的冲击响应示意图；
图4是本发明信道冲击响应生成方法流程图；
图5是本发明接收天线0端口0的冲击响应示意图；
图6是本发明接收天线1端口0的冲击响应示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的信道冲击响应生成方法及系统作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
请参考图4，本发明提供一种信道冲击响应生成方法及系统，所述信道冲击响应生成系统包括原始信道冲击响应生成模块、频域维纳滤波模块、时域滤波模块及信道冲击响应生成模块，上述模块通过以下步骤最终生成信道冲击响应：
步骤一：接收一导频位置的信号，并产生本地参考序列，基于最小二乘信道估计(LS估计)得到原始信道冲击响应HLS m,n，m表示天线编号，n表示端口编号；
步骤二：将所述原始信道冲击响应HLS m,n进行频域维纳滤波，生成该导频位置所在符号上的频域维纳滤波结果Hw m,n[i][j]，i表示导频所在符号标号，j表示资源元素个数，以利用4个导频符号进行滤波的场景为例，i取值范围可为[0，3]；20MHz带宽下的j取值范围为[0，1199]；
步骤三：保存一半所述频域维纳滤波结果Hw2m,n[i][j’]，且Hw2m,n[i][j’]＝Hw m,n[i][j’*2]，基此，i取值范围仍为[0，3]；20MHz带宽下的j取值范围为[0，599]；
步骤四：获得一时域滤波系数Coef[k][i]，k表示OFDM符号个数，该系数用于后续的时域滤波，在此，k取值范围为[0，13]。
步骤五：由于每个符号上的冲击响应可以使用<m,n,k>三元组表示，即通过天线编号m，端口编号n和符号编号k唯一标示，所以遍历该<m,n,k>三元组，从中取得一个有效的天线编号，端口编号和符号编号；
步骤六：开辟临时空间，由于此处仅需要存储时域滤波后的一个天线，一个符号的冲击响应结果进行后续操作，所以该块空间长度仅需要容纳601个信道冲击响应结果即可；依然保持了先频域滤波后时域滤波的占用临时空间小的优点。
根据步骤五中所取得的<m,n,k>取值进行计算，仍以4个导频符号进行滤波的场景为例，对于给定的k和j，有：
Tm,n[k][j]＝Coef[k][0]×HINTERPm,n[0][j]+Coef[k][1]×HINTERPm,n[1][j]+Coef[k][2]×HINTERPm,n[2][j]+Coef[k][3]×HINTERPm,n[3][j]；
其中，k取值范围为[0，13]；j取值范围为[0，599]
步骤七：进行保护值插入，插入一数值等于最后一个时域滤波结果，
即：Tm,n[k][600]＝Tm,n[k][599]；
步骤八：通过以下公式对所述时域滤波结果进行频域插值
HINTERP m,n[i][j]＝Tm,n[i][j/2]如果j mod 2＝＝0；
或HINTERP m,n[i][j]＝(Tm,n[i][j/2]+Tm,n[i][j/2+1])/2如果j mod 2＝＝1；
其中，m表示天线编号，n表示端口编号，i表示导频所在符号标号，j表示资源元素个数，mod表示除以，＝＝表示恒等于。
基此，获得了一个给定接收天线，给定端口，给定符号上的全部信道冲击响应。
步骤九：检查是否完成遍历操作，如果完成遍历则结束，反之继续依照步骤五继续相应的冲击响应计算处理。
基此，通过比较现有技术实现和本发明，其在存储空间的消耗上基本一致，仅在本发明步骤六需要额外的存储601个冲击响应的存储空间，对于现有实现的存储空间冲击很小；
进一步的，本发明带来了运算复杂度的明显降低：以满带宽单发送端口发送，双天线接收为例，现有技术需要4800个乘累加操作和2400个频域插值操作；而本发明只需要2400个乘累加操作和600个频域插值操作。
此外，在频域插值过程中，本发明降低了分支判断的复杂度，现有技术需要三个分支来频域插值，而本发明只需两个分支来频域插值从而进一步的降低了运算复杂度和实现复杂度。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (6)
1.一种信道冲击响应生成方法，其特征在于，包括：
接收一导频位置的信号，基于最小二乘信道估计得到原始信道冲击响应，所述原始信道冲击响应由天线编号、端口编号和符号编号组成；
将所述原始信道冲击响应进行频域维纳滤波，生成该导频位置所在符号上的频域维纳滤波结果，保存一半所述频域维纳滤波结果；
获得一时域滤波系数，选取一有效的频域维纳滤波结果，根据所述有效的频域维纳滤波结果和时域滤波系数进行时域滤波，并插入一数值等于最后一个时域滤波结果；
对所述时域滤波结果进行频域插值生成全部信道冲击响应。
2.如权利要求1所述的信道冲击响应生成方法，其特征在于，通过以下公式根据有效的频域维纳滤波结果和时域滤波系数进行时域滤波：
Tm,n[k][j]＝Coef[k][0]×HINTERPm,n[0][j]+Coef[k][1]×HINTERPm,n[1][j]+Coef[k][2]×HINTERPm,n[2][j]+Coef[k][3]×HINTERPm,n[3][j]；
其中，m表示天线编号，n表示端口编号，k表示符号编号，j表示资源元素个数，Coef[k]表示时域滤波系数，0、1、2、3表示导频所在符号标号，HINTERPm,n[0][j]表示第m个天线第n个端口的第0个导频符号频域第j个资源的频域维纳滤波差值结果，HINTERPm,n[1][j]表示第m个天线第n个端口的第1个导频符号频域第j个资源的频域维纳滤波差值结果，HINTERPm,n[2][j]表示第m个天线第n个端口的第2个导频符号频域第j个资源的频域维纳滤波差值结果，HINTERPm,n[3][j]表示第m个天线第n个端口的第3个导频符号频域第j个资源的频域维纳滤波差值结果，Tm,n[k][j]表示第m个天线第n个端口的第k个符号频域第j个资源的时域滤波结果。
3.如权利要求1所述的信道冲击响应生成方法，其特征在于，通过以下公式对所述时域滤波结果进行频域插值：
HINTERP m,n[i][j]＝Tm,n[i][j/2]如果j mod 2＝＝0；
或HINTERP m,n[i][j]＝(Tm,n[i][j/2]+Tm,n[i][j/2+1])/2如果j mod 2＝＝1；
其中，m表示天线编号，n表示端口编号，i表示导频所在符号标号，j表示资源元素个数，mod表示除以，＝＝表示恒等于，HINTERP m,n[i][j]表示第m个天线第n个端口的第i个导频符号频域第j个资源的频域维纳滤波差值结果，Tm,n[i][j/2]表示第m个天线第n个端口的第i个符号频域第j/2个资源的时域滤波结果。
4.一种信道冲击响应生成系统，其特征在于，包括：
原始信道冲击响应生成模块，用于接收一导频位置的信号，基于最小二乘信道估计得到原始信道冲击响应，所述原始信道冲击响应由天线编号、端口编号和符号编号组成；
频域维纳滤波模块，用于将所述原始信道冲击响应进行频域维纳滤波，生成该导频位置所在符号上的频域维纳滤波结果，保存一半所述频域维纳滤波结果；
时域滤波模块，用于获得一时域滤波系数，选取一有效的频域维纳滤波结果，根据所述有效的频域维纳滤波结果和时域滤波系数进行时域滤波，并插入一数值等于最后一个时域滤波结果；
信道冲击响应生成模块，用于对所述时域滤波结果进行频域插值生成全部信道冲击响应。
5.如权利要求4所述的信道冲击响应生成系统，其特征在于，在时域滤波模块中，通过以下公式根据有效的频域维纳滤波结果和时域滤波系数进行时域滤波：
Tm,n[k][j]＝Coef[k][0]×HINTERPm,n[0][j]+Coef[k][1]×HINTERPm,n[1][j]+Coef[k][2]×HINTERPm,n[2][j]+Coef[k][3]×HINTERPm,n[3][j]；
其中，m表示天线编号，n表示端口编号，k表示符号编号，j表示资源元素个数，Coef[k]表示时域滤波系数，0、1、2、3表示导频所在符号标号，HINTERPm,n[0][j]表示第m个天线第n个端口的第0个导频符号频域第j个资源的频域维纳滤波差值结果，HINTERPm,n[1][j]表示第m个天线第n个端口的第1个导频符号频域第j个资源的频域维纳滤波差值结果，HINTERPm,n[2][j]表示第m个天线第n个端口的第2个导频符号频域第j个资源的频域维纳滤波差值结果，HINTERPm,n[3][j]表示第m个天线第n个端口的第3个导频符号频域第j个资源的频域维纳滤波差值结果，Tm,n[k][j]表示第m个天线第n个端口的第k个符号频域第j个资源的时域滤波结果。
6.如权利要求4所述的信道冲击响应生成系统，其特征在于，在信道冲击响应生成模块中，通过以下公式对所述时域滤波结果进行频域插值：
HINTERP m,n[i][j]＝Tm,n[i][j/2]如果j mod 2＝＝0；
或HINTERP m,n[i][j]＝(Tm,n[i][j/2]+Tm,n[i][j/2+1])/2如果j mod 2＝＝1；
其中，m表示天线编号，n表示端口编号，i表示导频所在符号标号，j表示资源元素个数，mod表示除以，＝＝表示恒等于，HINTERP m,n[i][j]表示第m个天线第n个端口的第i个导频符号频域第j个资源的频域维纳滤波差值结果，Tm,n[i][j/2]表示第m个天线第n个端口的第i个符号频域第j/2个资源的时域滤波结果。
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