CN106921596A - 一种用于ToA信息估计以及信道估计的方法、设备与系统 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是提供一种用于ToA信息估计以及基于所述ToA信息估计来进行信道估计的方法、装置与系统。与现有技术相比，本发明提供了一种ToA盲估技术，即用户设备端无需获取下行信号所对应的数值，仅利用这种未知数值的下行信号即可对ToA进行估计；进一步地，本发明还提供了根据所述ToA盲估后的ToA估计信息来进行信道估计的技术。上述ToA盲估技术以及基于所述ToA信息估计来进行信道估计的技术，在实际系统中，解决了在整个频带上难以获取频域样本的巨大难点，且并不需要任何额外参考信号，能够显著提高导频辅助信道估计的性能和/或减少导频开销。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种ToA信息估计以及基于所述ToA信息估计来进行信道估计的技术。
背景技术
对于OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)系统的导频辅助(pilot-aided)信道估计而言，传播路径的ToA(Time of Arrival，到达时间)信息非常重要。ToA能够提供信道的频域相关矩阵的估计，利用这种估计可以减少在频域中插入的导频而不会影响信道估计的准确性，换言之，在不增加导频开销的基础上，提高信道估计的准确性。由于在适度导频开销下获取信道状态信息，是获取大规模MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多入多出)增益的前置条件，因此在大规模MIMO系统中，ToA信息特别重要。
在实际系统中，ToA估计的难点在于缺少在整个带宽上的频域信道响应样本，这是由以下两方面造成的：1.每个终端仅被分配了整个带宽上的一小部分；2.UE特定(UserEquipment-Specific)导频被广泛应用，这种UE特定导频利用和其所在的无线资源块上的数据载波同样的预编码矩阵/向量来进行预编码。
现有的ToA估计技术大多采用导频信号，所述导频信号预先被用户所知晓以估计ToA，同时，还需假设在整个带宽上充足的导频样本。然而如前所述，由于以下两个因素：每个终端通常被分配到整个带宽中的一小部分；特定UE导频被广泛应用，其利用预编码矩阵/向量来进行预编码，而该矩阵或向量总是在不同的无线资源块上变化；因此，在整个带宽上，导频并非总是可用的。缺少足够的频域导频导致了在实际系统中，现有ToA估计技术存在巨大的挑战。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于ToA信息估计以及基于所述ToA信息估计来进行信道估计的方法、装置与系统。
根据本发明的第一个方面，提供了一种在用户设备端用于估计ToA信息的方法，其中，该方法包括：
x获取基站所发送的下行信号，其中，所述下行信号包括系统消息、控制信令以及其他用户设备的数据信号中的至少任一项，所述下行信号所对应的数值在所述用户设备端是未知的；
y根据所述下行信号，对ToA信息进行估计，以获取ToA估计信息。
优选地，所述步骤y包括：-根据所述下行信号，获取具有不同时间间隔的两个下行信号的信号相关性信息；-当所述信号相关性信息大于预定义阈值时，获取所述信号相关性信息所对应的一个或多个时间间隔；-根据所述时间间隔，获取一个或多个ToA估计信息，其中，所述ToA估计信息之间的差值等于所述时间间隔。
根据本发明的第二个方面，提供了一种用于下行信道的信道估计的方法，其中，该方法包括：
-用户设备获取基站所发送的下行信号，其中，所述下行信号包括系统消息、控制信令以及其他用户设备的数据信号中的至少任一项，所述下行信号所对应的数值在所述用户设备端是未知的；
-用户设备根据所述下行信号，对ToA信息进行估计，以获取ToA估计信息；
-所述基站将导频信号发送至所述用户设备；
-所述用户设备根据所述ToA估计信息以及所述导频信号，对所述下行信道进行信道估计。
优选地，所述方法应用于TDD系统和/或FDD系统中。
根据本发明的第三个方面，提供了一种用于上行信道的信道估计的方法，其中，该方法包括：
-用户设备获取基站所发送的下行信号，其中，所述下行信号包括系统消息、控制信令以及其他用户设备的数据信号中的至少任一项，所述下行信号所对应的数值在所述用户设备端是未知的；
-用户设备根据所述下行信号，对ToA信息进行估计，以获取ToA估计信息；
-所述用户设备将导频信号以及所述ToA估计信息发送至所述基站；
-所述基站根据所述ToA估计信息以及所述导频信号，对所述上行信道进行信道估计。
优选地，所述方法应用于TDD系统中。
根据本发明的第四个方面，提供了一种用于估计ToA信息的用户设备，其中，该设备包括：
获取装置，用于获取基站所发送的下行信号，其中，所述下行信号包括系统消息、控制信令以及其他用户设备的数据信号中的至少任一项，所述下行信号所对应的数值在所述用户设备端是未知的；
估计装置，用于根据所述下行信号，对ToA信息进行估计，以获取ToA估计信息。
优选地，所述估计装置用于：-根据所述下行信号，获取具有不同时间间隔的两个下行信号的信号相关性信息；-当所述信号相关性信息大于预定义阈值时，获取所述信号相关性信息所对应的一个或多个时间间隔；-根据所述时间间隔，获取一个或多个ToA估计信息，其中，所述ToA估计信息之间的差值等于所述时间间隔。
根据本发明的第五个方面，提供了一种用于信道估计的用户设备，其中，该设备包括：
获取装置，用于获取基站所发送的下行信号，其中，所述下行信号包括系统消息、控制信令以及其他用户设备的数据信号中的至少任一项，所述下行信号所对应的数值在所述用户设备端是未知的；
估计装置，用于根据所述下行信号，对ToA信息进行估计，以获取ToA估计信息；
第一信道估计装置，用于根据当前信道类型，执行以下步骤中的任一项：
-若所述当前信道类型为下行信道，则获取所述基站所发送的导频信号；根据所述ToA估计信息以及所述导频信号，对所述下行信道进行信道估计；
-若所述当前信道类型为上行信道，则将所述ToA估计信息以及导频信号发送至所述基站。
优选地，若所述当前信道类型为下行信道，则所述方法应用于TDD系统和/或FDD系统中；若所述当前信道类型为上行信道，则所述方法应用于TDD系统中。
根据本发明的第六个方面，提供了一种用于信道估计的基站，其中，该基站包括：
发送装置，用于向用户设备发送下行信号，其中，所述下行信号包括系统消息、控制信令以及其他用户设备的数据信号中的至少任一项，所述下行信号在所述用户设备端是未知的；
第二信道估计装置，用于根据当前信道类型，执行以下步骤中的任一项：
-若所述当前信道类型为下行信道，则将导频信号发送至所述用户设备；
-若所述当前信道类型为上行信道，则获取所述用户设备所发送的所述ToA估计信息以及导频信号；根据所述ToA估计信息以及所述导频信号，对所述上行信道进行信道估计。
优选地，若所述当前信道类型为下行信道，则所述方法应用于TDD系统和/或FDD系统中；若所述当前信道类型为上行信道，则所述方法应用于TDD系统中。
根据本发明的第七个方面，提供了一种用于信道估计的系统，其中，所述系统包括如上述所述的用户设备，以及如上述所述的基站。
与现有技术相比，本发明提供了一种ToA盲估技术，即用户设备端无需获取下行信号所对应的数值，仅利用这种未知数值的下行信号即可对ToA进行估计，其中，所述下行信号包括系统消息、控制信令以及其他用户设备的数据信号中的至少任一项；进一步地，本发明还提供了根据所述ToA盲估后的ToA估计信息来进行信道估计的技术。上述ToA盲估技术以及基于所述ToA信息估计来进行信道估计的技术，具有以下优点：
1)该技术能够显著提高导频辅助信道估计的性能和/或减少导频开销。仿真结果显示其能够在没有性能损耗的前提下，减少50％的导频开销。在此，当该技术被用于TDD的上行信道估计时，需要从用户设备发送至基站的附加反馈，以报告ToA估计信息；但由于ToA估计信息更新周期较长、变化缓慢，因此，相关开销很小。
2)该技术使得用于ToA反馈的资源能够被更灵活的分配，且无需附加在现有ToA估计技术中所需要的下行参考信号以进行ToA估计，因此不需要任何额外参考信号，避免了相关开销。
3)该技术在实际系统中，为ToA估计提供一种实际解法。这解决了在整个频带上难以获取频域样本的巨大难点。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1示出根据本发明一个方面的一种用于估计ToA信息的用户设备示意图；
图2示出根据本发明一个方面的一种用于信道估计的用户设备与基站示意图；
图3示出根据本发明一个方面的一种用于估计ToA信息的方法流程图；
图4(a)示出根据本发明一个方面的一种由用户设备与基站相配合，以实现下行信道估计的方法流程图；
图4(b)示出根据本发明一个方面的一种由用户设备与基站相配合，以实现下行信道数据解调的方法流程图；
图5(a)示出根据本发明一个方面的一种由用户设备与基站相配合，以实现上行信道估计的方法流程图；
图5(b)示出根据本发明一个方面的一种由用户设备与基站相配合，以实现上行信道数据解调方法流程图；
图6示出根据本发明所述的信道估计方法、传统的MMSE信道估计方法以及具有理想ToA信息的信道估计方法之间的MSE性能比较示意图；
图7示出一种根据本发明的一个优选实施例的一种说明公式(4)中的ry(τ)含义的示意图。
附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
具体实施方式
在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。
如在此所使用的，术语“用户设备”或“UE”可以与用户设备、移动站、移动用户、接入终端、移动终端、用户、订阅者、无线终端、终端和/或远程站同义，以及可以描述无线通信网络中无线资源的远程用户。因此，UE可以是无线电话、装备无线功能的笔记本电脑、装备无线功能的器械等。
术语“基站(BS)”可以被视为与以下各项同义且/或指代以下各项：基站收发台(BTS，base transceiver station)、基站(NodeB)、演进型基站(enhanced NodeB)、毫微微小区、接入点和/或射频通信的任何终点等，并且可以描述为在网络与一个或多个用户之间的数据和/或语音连通性提供无线电基带功能的设备。
从所述基站到所述UE的通信通常被称为下行链路或正向链路通信。从所述UE到所述基站的通信通常被称为上行链路或反向链路通信。
需要说明的是，所述用户设备、基站等仅为举例，其他现有的或今后可能出现的用户设备或基站如可适用于本发明，也应包含在本发明保护范围以内，并以引用方式包含于此。
这里所公开的具体结构和功能细节仅仅是代表性的，并且是用于描述本发明的示例性实施例的目的。但是本发明可以通过许多替换形式来具体实现，并且不应当被解释成仅仅受限于这里所阐述的实施例。
现在将参照附图更加全面地描述各个示例性实施例，并在附图中示出了一些示例性实施例。在对所述附图的描述中，相似的附图标记始终指代相似的元件。
图1示出根据本发明一个方面的一种用于估计ToA信息的用户设备示意图；其中，所述用户设备1包括获取装置11和估计装置12。具体地，所述获取装置11获取基站所发送的下行信号，其中，所述下行信号包括系统消息、控制信令以及其他用户设备的数据信号中的至少任一项，所述下行信号所对应的数值在所述用户设备端是未知的；所述估计装置12根据所述下行信号，对ToA信息进行估计，以获取ToA估计信息。
在此，在上行信道或下行信道中，所述基站均将所述下行信号发送至所述用户设备1的获取装置11，并在所述用户设备端进行ToA估计。在本发明中，所述下行信号包括系统消息、控制信令以及其他用户设备的数据信号中的至少任一项，且所述下行信号所对应的数值在所述用户设备端是未知的。由于所述下行信号所对应的数值在所述用户设备端是未知的，因此，本发明对所述ToA信息的估计也可以成为“ToA盲估”或“盲ToA估计”。
本领域技术人员应能理解，所述用户设备还可以从所述基站中获取导频信号以进行ToA估计，但在本发明所述的方案中，若所获取的信号中不包括导频信号，所述用户设备同样可以对ToA进行估计。
所述估计装置12可以通过对上述的下行信号进行处理，以获取所述ToA估计信息。例如通过搜索所有候选ToA估计信息，并将满足预定条件的候选ToA估计信息作为所述ToA估计信息，在此，例如，所述候选ToA估计信息可以通过在一定的估计范围内穷举的方式来进行获得，所述预定条件如两个候选ToA估计信息的差值满足一个预定的间隔等。
或者，优选地，所述估计装置12可以根据所述下行信号，获取具有不同时间间隔的两个下行信号的信号相关性信息；当所述信号相关性信息大于预定义阈值时，获取所述信号相关性信息所对应的一个或多个时间间隔；根据所述时间间隔，获取一个或多个ToA估计信息，其中，所述ToA估计信息之间的差值等于所述时间间隔。
具体地，所述估计装置12首先根据所述下行信号，计算具有不同时间间隔的两个下行信号的信号相关性信息，在此，所接收的下行信号即为时域信号，其中，所采用的时间间隔为预设置的一个或多个时间间隔，如若将当前系统的循环前缀(cydic prefix，CP)设置为L，则分别计算具有τ个时间间隔条件下，两个下行信号的信号相关性信息，其中，τ∈(-L+1,…，L-1)。
然后，预设值一个用于判断信号相关性信息大小的阈值，所述阈值可基于系统特性或实际操作中的经验进行确定。若相隔为τ的下行信号的信号相关性信息大于该阈值，则获取时间间隔τ。
然后，可基于穷举或特定的算法，获取“差值等于所述时间间隔”的一个或多个ToA估计信息。
在此，分别以基站与用户设备均具有单天线和多天线的场景来对上述估计的具体方法进行举例说明。本领域技术人员应能理解，下述的方法与计算公式等仅为举例，并非对本发明的限制，其他基于本发明所述的下行信号进行ToA估计的方法同样适用于本发明，并包含在本发明的保护范围内。
场景一：基站与用户设备均具有单天线
假定当前通信系统(以OFDM系统为例)的CP大小为L。假设信道响应的最大延迟速度小于L，并令hi＝[hi(0)…hi(L-1)]T为在第i个OFDM符号上的离散时间复基带信道响应。对于稀疏信道，仅有远小于L的K个hi元素是非零的。因此，hi(l)能够被表述为：
公式(1)
其中，hi,k∈C为第k个传播路径的复路径增益，Dk∈[0,…,L-1]为第k个传播路径的离散ToA。
定义
公式(2)
可知，R h是仅在特定位置(其中上具有非零元素的离散矩阵。本发明的目的是估计R h的在非零元素位置，并因此获得hi的ToA信息。在此，由于{Dk}比{hi,k}变化的慢的多，因此，从第i个OFDM符号中所推导出的ToA信息能够被用于提高后续OFDM符号的信道估计。
根据单天线基站和单天线用户设备，从用户设备接收的第i个OFDM符号的第j个时域样本可以被表示为：
公式(3)
其中，xi(j)是在第i个OFDM符号中所传输的第j个时域样本；ni(j)是在第i个AWGN符号中所传输的第j个时域样本。因此，可得到第j与第j+τ位置上的信号相关性为：
公式(4)
其中， R h(k,k+τ)是R h的第(k,k+τ)个元素，并且
假设其中j≠j’。因此，若在公式(4)中所使用的样本的期望足够大，则接近于0。类似地，若样本数目足够大，在τ≠0的情况下，也接近于0。在公式(4)中的期望值是在信道相干时间内的多个OFDM符号中的j和i上进行平均以得到的。在大多数情况下(低速或中速)，信道变更缓慢，因此，公式(4)中的期望值能够在比较大量的连续OFDM信号上获得，这就提高了以及(τ≠0)的趋零收敛。根据公式(4)中的式子(a)是由下述事实得出的：仅当以及是非零的。
如图7所示，公式(4)中ry(τ)的表示R h的辐对角线的(有噪)和，该和值被Px加权，该辐对角线与主对角线平行，并且和主对角线之间的距离为τ。定义ry＝[ry(-L+1)…ry(0)…ry(L-1)]T以及rh＝vec(R h)。基于公式(4)与图7，易知：
ry＝Px Arh+rn 公式(5)
其中，并且A是(2L-1)×L2矩阵，其元素为
公式(6)
rh是具有K2<<L2个非零元素的稀疏向量。因此，中的hi的估计能够被用于解决下述优化问题：
公式(7)
其中，λ是正则化参数
本领域技术人员应能理解，公式(7)中的最优化问题很难于解决，并且在大多数情况下没有唯一解。由于本发明的目的是估计传播路径的ToA，而不是他们的路径增益{hi,k}。因此上述问题可被简化。从公式(4)中还可知，当和(τ≠0)接近于0时，仅当τ∈{Dk-Dk'|k＝1～K,k'＝1～K}，ry(τ)是非零的，即对于至少一个l∈[0～L-1]，当hi(l)和hi(l+τ)同时非零。对此，有如下表示：
公式(8)
其中，Tthred是一个预定义的阈值。然后，的估计值通过解决以下优化问题，能够被推断出来：
即 公式(9)
然而，在大部分情况下，公式(9)也没有唯一解。在此，本发明可以提供了一个算法，能够找到公式(9)的所有解。
在该算法中，其中，是的大小，且tk是 中的第K个指定元素(升序)。简化表示为其中，是中的第K个元素。算法的细节如下所示：
在此，假定表示公式(9)的M个不同的解，且是这些解的集合，即
公式(10)
其中，的含义是提供与集合同样的没有重复的值。然后实际ToA值被包含于即然后，利用作为的近似值，以估计信道的频域相关矩阵，这能够通过MMSE增强导频辅助信道估计。
在此，在上述的技术中，本发明无需知道公式(3)中的信号{xi(j)}的值。
场景二：基站与用户设备均具有多天线
在集中分布(co-located)多天线系统下的通用假设为：假设在不同收发天线对之间的信道具有同样的而具有不同的路径增益。本发明基于上述假设进行说明。
根据上述假设，终端在第i个OFDM信号的第m个天线所接收到的信号的时域表示为：
公式(11)
其中，NT是基站端天线的数目，且上标(m)/(n)表示接收/传输的天线的索引。基于公式(11)，公式(4)则被调整为：
其中，Px,和与公式(4)中定义的类似，且假设对于(j,n)≠(j',n')，然后，在足够样本的平均下，和(τ≠0)接近于0。当和(τ≠0)接近于0时，仅当τ∈{Dk-Dk'|k＝1～K,k'＝1～K}时，能够是非零的。考虑到在终端中具有不同天线的信道具有相同的ToA,为了利用多个接收天线多提供的分集增益，将公式(8)中的定义改变为：
公式(13)
其中，Tthred是一个预定义的阈值。通过求解和合并公式(9)中优化问题的所有解，能够获得ToA估计
综上所述，对于所述估计装置12，首先获取公式(4)或公式(12)中的具有不同时间间隔的两个下行信号的信号相关性信息，即然后，利用预定义阈值Tthred获取满足公式(8)或公式(13)的然后，利用上文所述的盲ToA估计算法，查找所有满足公式(9)的所有解，即搜索所有满足的ToA集合并保留这些集合中具有最小大小的那些。
图2示出根据本发明一个方面的一种用于信道估计的用户设备与基站示意图；其中，所述用户设备1包括获取装置11’、估计装置12’、第一信道估计装置13’，所述基站2包括发送装置21’、第二信道估计装置22’。
具体地，在下行信道中：
所述基站2的发送装置21’向用户设备发送下行信号，其中，所述下行信号包括系统消息、控制信令以及其他用户设备的数据信号中的至少任一项，所述下行信号在所述用户设备端是未知的；相应地，所述用户设备1的获取装置11’获取基站所发送的下行信号，其中，所述下行信号包括系统消息、控制信令以及其他用户设备的数据信号中的至少任一项，所述下行信号所对应的数值在所述用户设备端是未知的；所述估计装置12’根据所述下行信号，对ToA信息进行估计，以获取ToA估计信息；所述基站2的第二信道估计装置22’将导频信号发送至所述用户设备；相应地，所述用户设备1的第一信道估计装置13’获取所述基站所发送的导频信号，然后根据所述ToA估计信息以及所述导频信号，对所述下行信道进行信道估计。
优选地，在下行信道中的所述方法应用于TDD系统和/或FDD系统中。
在上行信道中：
所述基站2的发送装置21’向用户设备发送下行信号，其中，所述下行信号包括系统消息、控制信令以及其他用户设备的数据信号中的至少任一项，所述下行信号在所述用户设备端是未知的；相应地，所述用户设备1的获取装置11’获取基站所发送的下行信号，其中，所述下行信号包括系统消息、控制信令以及其他用户设备的数据信号中的至少任一项，所述下行信号所对应的数值在所述用户设备端是未知的；所述估计装置12’根据所述下行信号，对ToA信息进行估计，以获取ToA估计信息；所述用户设备1的第一信道估计装置13’将所述ToA估计信息以及导频信号发送至所述基站；相应地，所述基站2的第二信道估计装置22’获取所述用户设备所发送的所述ToA估计信息以及导频信号，并根据所述ToA估计信息以及所述导频信号，对所述上行信道进行信道估计。
优选地，在上行信道中的所述方法应用于TDD系统中。
在此，所述用户设备1的获取装置11’与估计装置12’与图1中所述的对应装置相同或相似，故在此不再赘述，并通过引用的方式包含于此。
类似地，所述基站2的发送装置21’所发送的下行信号与图1中的所述获取装置11所获取的下行信号相同，故在此不再赘述，并通过引用的方式包含于此。
其中，在OFDM系统中，信道估计通常通过在一个特定的无线时频资源块上间断性地插入导频信号来实现。来自不同天线的导频信号以正交方式多路复用。
对于上行信道与下行信道，信道估计均是在接收端(如上行信道的基站，下行信道的用户设备)进行的。对于上行信道，由于信道估计需要利用ToA估计信息，因此还需要用户设备将ToA估计信息发送至基站。
优选地，若需要进行数据解调，则将所述用户设备的数据信息发送至接收端，并在接收端基于所述信道估计来进行解调。在此，所述用户设备数据信息的发送可以与所述导频一起发送，也可以单独发送。
在此，本领域技术人员应能理解，在ToA估计信息已知的情况下，利用导频或称参考信号进行导频辅助信道估计的方法与现有技术相同或相似，故在此不再赘述，并通过引用的方式包含于此。
图3示出根据本发明一个方面的一种用于估计ToA信息的方法流程图。具体地，在步骤S31中，所述用户设备获取基站所发送的下行信号，其中，所述下行信号包括系统消息、控制信令以及其他用户设备的数据信号中的至少任一项，所述下行信号所对应的数值在所述用户设备端是未知的；在步骤S32中，所述用户设备根据所述下行信号，对ToA信息进行估计，以获取ToA估计信息。
在此，在上行信道或下行信道中，所述基站均将所述下行信号发送至所述用户设备中，并在所述用户设备端进行ToA估计。在本发明中，所述下行信号包括系统消息、控制信令以及其他用户设备的数据信号中的至少任一项，且所述下行信号所对应的数值在所述用户设备端是未知的。由于所述下行信号所对应的数值在所述用户设备端是未知的，因此，本发明对所述ToA信息的估计也可以成为“ToA盲估”或“盲ToA估计”。
本领域技术人员应能理解，所述用户设备还可以从所述基站中获取导频信号以进行ToA估计，但在本发明所述的方案中，若所获取的信号中不包括导频信号，所述用户设备同样可以对ToA进行估计。
在步骤S32中，所述用户设备可以通过对上述的下行信号进行处理，以获取所述ToA估计信息。例如通过搜索所有候选ToA估计信息，并将满足预定条件的候选ToA估计信息作为所述ToA估计信息，在此，例如，所述候选ToA估计信息可以通过在一定的估计范围内穷举的方式来进行获得，所述预定条件如两个候选ToA估计信息的差值满足一个预定的间隔等。
或者，优选地，在步骤S32中，所述用户设备可以根据所述下行信号，获取具有不同时间间隔的两个下行信号的信号相关性信息；当所述信号相关性信息大于预定义阈值时，获取所述信号相关性信息所对应的一个或多个时间间隔；根据所述时间间隔，获取一个或多个ToA估计信息，其中，所述ToA估计信息之间的差值等于所述时间间隔。
具体地，在步骤S32中，所述用户设备首先根据所述下行信号，计算具有不同时间间隔的两个下行信号的信号相关性信息，在此，所接收的下行信号即为时域信号，其中，所采用的时间间隔为预设置的一个或多个时间间隔，如若将当前系统的循环前缀(cydicprefix，CP)设置为L，则分别计算具有τ个时间间隔条件下，两个下行信号的信号相关性信息，其中，τ∈(-L+1,…，L-1)。
然后，预设一个用于判断信号相关性信息大小的阈值，所述阈值可基于系统特性或实际操作中的经验进行确定。若两个相隔为τ的下行信号的信号相关性信息大于该阈值，则获取时间间隔τ。
然后，可基于穷举或特定的算法，获取“差值等于所述时间间隔”的一个或多个ToA估计信息。
例如，在步骤S32中，首先获取公式(4)或公式(12)中的具有不同时间间隔的两个下行信号的信号相关性信息，即然后，利用预定义阈值Tthred获取满足公式(8)或公式(13)的然后，利用上文所述的盲ToA估计算法，查找所有满足公式(9)的所有解，即搜索所有满足的ToA集合并保留这些集合中具有最小大小的那些。
其中，上述公式含义以及所述盲ToA估计算法，已在前文中对基站与用户设备均具有单天线和多天线的场景中进行说明，故在此不再赘述，并通过引用的方式包含于此。
图4(a)示出根据本发明一个方面的一种由用户设备与基站相配合，以实现下行信道估计的方法流程图。
在步骤S41中，所述基站2向所述用户设备1发送下行信号，其中，所述下行信号包括系统消息、控制信令以及其他用户设备的数据信号中的至少任一项，所述下行信号在所述用户设备端是未知的；相应地，在步骤S41中，所述用户设备1获取所述基站2所发送的下行信号，其中，所述下行信号包括系统消息、控制信令以及其他用户设备的数据信号中的至少任一项，所述下行信号所对应的数值在所述用户设备端是未知的；在步骤S42中，所述用户设备1根据所述下行信号，对ToA信息进行估计，以获取ToA估计信息；在步骤S43中，所述基站2将导频信号发送至所述用户设备1；相应地，在步骤S43中，所述用户设备1获取所述基站2所发送的导频信号；在步骤S44中，所述用户设备1根据所述ToA估计信息以及所述导频信号，对所述下行信道进行信道估计。
其中，所述步骤S41、步骤S42分别与所述步骤S31、步骤S32相同或相似，故在此不再赘述，并通过引用的方式包含于此。
优选地，在下行信道中的所述方法应用于TDD系统和/或FDD系统中。
图4(b)示出根据本发明一个方面的一种由用户设备与基站相配合，以实现下行信道数据解调的方法流程图。
相比图4(a)，图4(b)中的步骤S41’、S42’、S44’与图4(a)中的对应步骤相同或相似，故在此不再赘述。
在步骤S43’中，所述基站2在发送导频信号的同时，将所述用户设备的数据信号也发送至所述用户设备1；在步骤S45’中，所述用户设备1根据在步骤S44’中所获得的信道估计，对所述用户设备的数据信号进行解调。
在此，所述用户设备数据信息的发送可以与所述导频一起发送，也可以单独发送。
图5(a)示出根据本发明一个方面的一种由用户设备与基站相配合，以实现上行信道估计的方法流程图。
在步骤S51中，所述基站2向所述用户设备1发送下行信号，其中，所述下行信号包括系统消息、控制信令以及其他用户设备的数据信号中的至少任一项，所述下行信号在所述用户设备端是未知的；相应地，在步骤S51中，所述用户设备1获取所述基站2所发送的下行信号，其中，所述下行信号包括系统消息、控制信令以及其他用户设备的数据信号中的至少任一项，所述下行信号所对应的数值在所述用户设备端是未知的；在步骤S52中，所述用户设备1根据所述下行信号，对ToA信息进行估计，以获取ToA估计信息；在步骤S53中，所述用户设备1将所述ToA估计信息以及导频信号发送至所述基站；相应地，在步骤S53中，所述基站2获取所述用户设备所发送的所述ToA估计信息以及导频信号；在步骤S54中，所述基站2根据所述ToA估计信息以及所述导频信号，对所述上行信道进行信道估计。
其中，所述步骤S51、步骤S52分别与所述步骤S31、步骤S32相同或相似，故在此不再赘述，并通过引用的方式包含于此。
优选地，在上行信道中的所述方法应用于TDD系统中。
图5(b)示出根据本发明一个方面的一种由用户设备与基站相配合，以实现上行信道数据解调方法流程图。
相比图5(a)，图5(b)中的步骤S51’、S52’、S54’与图5(a)中的对应步骤相同或相似，故在此不再赘述。
在步骤S53’中，所述基站2在获取导频信号的同时，同样获取所述用户设备的数据信号；在步骤S55’中，所述基站2根据在步骤S54’中所获得的信道估计，对所述用户设备的数据信号进行解调。
在此，所述用户设备数据信息的发送可以与所述导频一起发送，也可以单独发送。
对于图4与图5，在OFDM系统中，信道估计通常通过在一个特定的无线时频资源块上间断性地插入导频来实现。来自不同天线的导频信号以正交方式多路复用。
对于上行信道与下行信道，信道估计均是在接收端(如上行信道的基站，下行信道的用户设备)进行的。对于上行信道，由于信道估计需要利用ToA估计信息，因此还需要用户设备将ToA估计信息发送至基站。
在此，所述用户设备数据信息的发送可以与所述导频一起发送，也可以单独发送。
在此，本领域技术人员应能理解，在ToA估计信息已知的情况下，利用导频或称参考信号进行导频辅助信道估计的方法与现有技术相同或相似，故在此不再赘述，并通过引用的方式包含于此。
图6示出根据本发明所述的信道估计方法、传统的MMSE(Minimum Mean SquareError，最小均方误差)信道估计方法以及具有理想ToA信息的信道估计方法之间的MSE(Mean Square Error，均方误差)性能比较示意图。
如图6所示，假设在OFDM系统中的下行信道估计具有NFFT＝1024个子载波。基站的天线数量被设置为NT＝1或4，且在终端的天线数量被设置为NR＝1。其中，假设图6中的两种导频模式(a)与导频模式(b)都具有4个正交的导频图案，可以支持4个天线传输正交的导频信号。其中模式(a)中的导频插入密度是模式(b)中的两倍，因此模式(b)的导频开销仅为模式(a)的一半。
对于传统的MMSE(Minimum Mean Square Error，最小均方误差)信道估计方法，仅采用了图6中模式(a)进行导频插入；对于具有理想ToA的MMSE信道估计方法与本发明所述的信道估计方法，则采用了模式(a)与模式(b)进行导频插入。
图6中最上方的实线表示的是利用传统的MMSE信道估计方法下的MSE。在传统的MMSE估计方法中，假设除了最大延迟速度外，没有ToA的信息。
图6上方的第二根实线表示利用具有理想ToA的条件下，采用模式b进行信道估计下的MSE；上方的第三根实线表示具有理想ToA的条件下，采用模式a进行信道估计下的MSE。
由于在不同的传输天线上的信道系数是独立估计的，因此，传统MMSE以及具有理想ToA信息的MMSE的性能与传输天线的数量无关的。
图6上方第一根实线与第二根实线之间的两根虚线，分别表示利用本发明所提出的增强的信道估计方法下，采用模式b进行信道估计下的MSE。其中，宽虚线表示的是NT＝1的情况，窄虚线表示的是NT＝4的情况。
图6上方第二根实线与第三根实线之间的两根虚线，分别表示利用本发明所提出的增强的信道估计方法下，采用模式a进行信道估计下的MSE。其中，宽虚线表示的是NT＝1的情况，窄虚线表示的是NT＝4的情况。
在增强的信道估计方法下，通过计算N个OFDM符号的平均期望来获取最终结果。对于NT＝1，N为100，对于NT＝4，N为300。
由图可知，本发明相比传统MMSE信道估计器实现更好的性能增益，且在性能无损的情况下，降低50％的导频开销。与具有理想ToA信息的MMSE信道估计器相比，其仅有微小的性能损耗，这就证明了所提出的盲ToA估计非常有效且准确。
需要注意的是，本发明可在软件和/或软件与硬件的组合体中被实施，例如，可采用专用集成电路(ASIC)、通用目的计算机或任何其他类似硬件设备来实现。在一个实施例中，本发明的软件程序可以通过处理器执行以实现上文所述步骤或功能。同样地，本发明的软件程序(包括相关的数据结构)可以被存储到计算机可读记录介质中，例如，RAM存储器，磁或光驱动器或软磁盘及类似设备。另外，本发明的一些步骤或功能可采用硬件来实现，例如，作为与处理器配合从而执行各个步骤或功能的电路。
另外，本发明的一部分可被应用为计算机程序产品，例如计算机程序指令，当其被计算机执行时，通过该计算机的操作，可以调用或提供根据本发明的方法和/或技术方案。而调用本发明的方法的程序指令，可能被存储在固定的或可移动的记录介质中，和/或通过广播或其他信号承载媒体中的数据流而被传输，和/或被存储在根据所述程序指令运行的计算机设备的工作存储器中。在此，根据本发明的一个实施例包括一个装置，该装置包括用于存储计算机程序指令的存储器和用于执行程序指令的处理器，其中，当该计算机程序指令被该处理器执行时，触发该装置运行基于前述根据本发明的多个实施例的方法和/或技术方案。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
Claims (13)
1.一种在用户设备端用于估计ToA信息的方法，其中，该方法包括：
x获取基站所发送的下行信号，其中，所述下行信号包括系统消息、控制信令以及其他用户设备的数据信号中的至少任一项，所述下行信号所对应的数值在所述用户设备端是未知的；
y根据所述下行信号，对ToA信息进行估计，以获取ToA估计信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤y包括：
-根据所述下行信号，获取具有不同时间间隔的两个下行信号的信号相关性信息；
-当所述信号相关性信息大于预定义阈值时，获取所述信号相关性信息所对应的一个或多个时间间隔；
-根据所述时间间隔，获取一个或多个ToA估计信息，其中，所述ToA估计信息之间的差值等于所述时间间隔。
3.一种用于下行信道的信道估计的方法，其中，该方法包括：
-用户设备获取基站所发送的下行信号，其中，所述下行信号包括系统消息、控制信令以及其他用户设备的数据信号中的至少任一项，所述下行信号所对应的数值在所述用户设备端是未知的；
-用户设备根据所述下行信号，对ToA信息进行估计，以获取ToA估计信息；
-所述基站将导频信号发送至所述用户设备；
-所述用户设备根据所述ToA估计信息以及所述导频信号，对所述下行信道进行信道估计。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述方法应用于TDD系统和/或FDD系统中。
5.一种用于上行信道的信道估计的方法，其中，该方法包括：
-用户设备获取基站所发送的下行信号，其中，所述下行信号包括系统消息、控制信令以及其他用户设备的数据信号中的至少任一项，所述下行信号所对应的数值在所述用户设备端是未知的；
-用户设备根据所述下行信号，对ToA信息进行估计，以获取ToA估计信息；
-所述用户设备将导频信号以及所述ToA估计信息发送至所述基站；
-所述基站根据所述ToA估计信息以及所述导频信号，对所述上行信道进行信道估计。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述方法应用于TDD系统中。
7.一种用于估计ToA信息的用户设备，其中，该设备包括：
获取装置，用于获取基站所发送的下行信号，其中，所述下行信号包括系统消息、控制信令以及其他用户设备的数据信号中的至少任一项，所述下行信号所对应的数值在所述用户设备端是未知的；
估计装置，用于根据所述下行信号，对ToA信息进行估计，以获取ToA估计信息。
8.根据权利要求7所述的用户设备，其中，所述估计装置用于：
-根据所述下行信号，获取具有不同时间间隔的两个下行信号的信号相关性信息；
-当所述信号相关性信息大于预定义阈值时，获取所述信号相关性信息所对应的一个或多个时间间隔；
-根据所述时间间隔，获取一个或多个ToA估计信息，其中，所述ToA估计信息之间的差值等于所述时间间隔。
9.一种用于信道估计的用户设备，其中，该设备包括：
获取装置，用于获取基站所发送的下行信号，其中，所述下行信号包括系统消息、控制信令以及其他用户设备的数据信号中的至少任一项，所述下行信号所对应的数值在所述用户设备端是未知的；
估计装置，用于根据所述下行信号，对ToA信息进行估计，以获取ToA估计信息；
第一信道估计装置，用于根据当前信道类型，执行以下步骤中的任一项：
-若所述当前信道类型为下行信道，则获取所述基站所发送的导频信号；根据所述ToA估计信息以及所述导频信号，对所述下行信道进行信道估计；
-若所述当前信道类型为上行信道，则将所述ToA估计信息以及导频信号发送至所述基站。
10.根据权利要求9所述的用户设备，其中，若所述当前信道类型为下行信道，则所述方法应用于TDD系统和/或FDD系统中；若所述当前信道类型为上行信道，则所述方法应用于TDD系统中。
11.一种用于信道估计的基站，其中，该基站包括：
发送装置，用于向用户设备发送下行信号，其中，所述下行信号包括系统消息、控制信令以及其他用户设备的数据信号中的至少任一项，所述下行信号在所述用户设备端是未知的；
第二信道估计装置，用于根据当前信道类型，执行以下步骤中的任一项：
-若所述当前信道类型为下行信道，则将导频信号发送至所述用户设备；
-若所述当前信道类型为上行信道，则获取所述用户设备所发送的所述ToA估计信息以及导频信号；根据所述ToA估计信息以及所述导频信号，对所述上行信道进行信道估计。
12.根据权利要求11所述的基站，其中，若所述当前信道类型为下行信道，则所述方法应用于TDD系统和/或FDD系统中；若所述当前信道类型为上行信道，则所述方法应用于TDD系统中。
13.一种用于信道估计的系统，其中，所述系统包括如权利要求9或10中所述的用户设备，以及如权利要求11或12中所述的基站。
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