CN107332795B - 高铁场景的信道估计方法及装置 - Google Patents

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Abstract

高铁场景的信道估计方法及装置，所述方法包括：对包括待估计的第d个符号的多个邻近的时域导频符号的初始信道估计值分别进行相位旋转，得到相位旋转后的多个邻近的时域导频符号的信道估计值；基于所述多个邻近的时域导频符号之间的位置差值，以及所述第d个符号与所述多个邻近的时域导频符号中的其他符号之间的位置差值，生成所述第d个符号的时域滤波系数；基于得到相位旋转后的多个邻近的时域导频符号的信道估计值与所述第d个符号的时域滤波系数，计算得到解旋前的第d个符号的信道估计值；对所述解旋前的第d个符号的信道估计值进行相位解旋，得到所述第d个符号的信道估计值。上述的方案，可以在高铁场景中提高信道估计的准确性。

Description

高铁场景的信道估计方法及装置
技术领域
本发明涉及无线通信技术，尤其涉及一种高铁场景的信道估计方法及装置。
背景技术
长期演进(Long Term Evolution，LTE)系统引入了正交频分复用(OrthogonalFrequency Division Multiplexing，OFDM)等关键技术，显著增加了频谱效率和数据传输速率，并支持多种带宽分配，且支持全球主流2G/3G频段和一些新增频段，因而频谱分配更加灵活，系统容量和覆盖也显著提升。LTE系统网络架构更加扁平化简单化，减少了网络节点和系统复杂度，从而减小了系统时延，也降低了网络部署和维护成本。LTE系统支持与其他3GPP系统互操作。
近年来，高铁已经逐步成为国人出行的主要交通方式。然而高铁环境和普通环境相比，通信环境将更加特殊和复杂。因此，针对高铁环境，如何在LTE系统中有针对性地进行信道估计，从而提高用户的使用体验，具有重要的实际意义。
传统的接收机一般通过频偏估计得到的多普勒频移(频谱中心位置偏移)估计值，然后进行频偏补偿，从而消除较大的多普勒频移。但是，在高铁场景中，两个不同的射频拉远单元(Radio Remote Unit，RRU)可以同时向高速移动的用户设备(UE)发送信号，但由于RRU位置不同时，导致用户设备接收到的信号可能来自相反的方向，使得接收信号经历的多普勒频移差异较大，即使可以估计出多普勒频移，也无法通过频偏补偿消除两个较大的多普勒频移。
因此，现有技术中的信道估计方法应用在高铁场景中进行信道估计，存在着信道估计准确性低的问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是如何在高铁场景中提高信道估计的准确性。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种高铁场景的信道估计方法，包括：对包括待估计的第d个符号的多个邻近的时域导频符号的初始信道估计值分别进行相位旋转，得到相位旋转后的多个邻近的时域导频符号的信道估计值；基于所述多个邻近的时域导频符号之间的位置差值，以及所述第d个符号与所述多个邻近的时域导频符号中的其他符号之间的位置差值，生成所述第d个符号的时域滤波系数；基于得到相位旋转后的多个邻近的时域导频符号的信道估计值与所述第d个符号的时域滤波系数，计算得到解旋前的第d个符号的信道估计值；对所述解旋前的第d个符号的信道估计值进行相位解旋，得到所述第d个符号的信道估计值。
可选地，所述对包括待估计的第d个符号的多个邻近的时域导频符号的初始信道估计值进行相位旋转，得到相位旋转后所述多个邻近的时域导频符号的信道估计值，包括：且其中H0(k,pi)为所述多个邻近的时域导频符号中的第pi个符号位置的第k个子载波处的初始信道估计值，H1(k,pi)为H0(k,pi)表示相位旋转后所述第pi个符号位置的第k个子载波处的初始信道估计值，f0、f1分别表示所述第pi个符号位置的两个多普勒频谱的中心位置，Δf表示多普勒频谱的扩展宽度，N为第pi个符号的样点数，Ts表示采样时间间隔。
可选地，所述基于所述多个邻近的时域导频符号之间的位置差值，以及所述第d个符号与所述多个邻近的时域导频符号中的其他符号之间的位置差值，生成所述第d个符号的时域滤波系数，包括：且其中，wmmse表示所述第d个符号的时域滤波系数，Rpp表示多个邻近的时域导频符号之间的自相关矩阵，σ2表示噪声方差、I表示对应的单位矩阵、所述第d个符号与所述多个邻近的时域导频符号中的其他符号之间的互相关矩阵、pp表示所述多个邻近的时域导频符号之间的位置差值矩阵、dp为导频位置相互之间的位置差值矩阵。
可选地，所述基于得到相位旋转后所述多个邻近的时域导频符号的信道估计值与所述第d个符号的时域滤波系数，得到解旋前的第d个符号的信道估计值，包括：H1(k,d)＝[H1(k,p0) H1(k,p1) … H1(k,pL-1)]·wmmse。
可选地，所述对所述解旋前的第d个符号的信道估计值进行相位解旋，得到所述第d个符号的信道估计值，包括：其中，H0(k,d)表示所述第d个符号的信道估计值。
本发明实施例还提供了一种高铁场景的信道估计装置，包括：相位旋转单元，适于对包括待估计的第d个符号的多个邻近的时域导频符号的初始信道估计值分别进行相位旋转，得到相位旋转后的多个邻近的时域导频符号的信道估计值；时域滤波系数生成单元，适于基于所述多个邻近的时域导频符号之间的位置差值，以及所述第d个符号与所述多个邻近的时域导频符号中的其他符号之间的位置差值，生成所述第d个符号的时域滤波系数；计算单元，适于基于得到相位旋转后的多个邻近的时域导频符号的信道估计值与所述第d个符号的时域滤波系数，计算得到解旋前的第d个符号的信道估计值；相位解旋单元，适于对所述解旋前的第d个符号的信道估计值进行相位解旋，得到所述第d个符号的信道估计值。
可选地，所述相位旋转单元适于采用如下的公式计算得到相位旋转后所述多个邻近的时域导频符号的信道估计值：且其中H0(k,pi)为所述多个邻近的时域导频符号中的第pi个符号位置的第k个子载波处的初始信道估计值，H1(k,pi)为H0(k,pi)表示相位旋转后所述第pi个符号位置的第k个子载波处的初始信道估计值，f0、f1分别表示所述第pi个符号位置的两个多普勒频谱的中心位置，Δf表示多普勒频谱的扩展宽度，N为第pi个符号的样点数，Ts表示采样时间间隔。
可选地，所述时域滤波系数生成单元适于采用如下的公式生成所述第d个符号的时域滤波系数：且其中，wmmse表示所述第d个符号的时域滤波系数，Rpp表示多个邻近的时域导频符号之间的自相关矩阵，σ2表示噪声方差、I表示对应的单位矩阵、所述第d个符号与所述多个邻近的时域导频符号中的其他符号之间的互相关矩阵、pp表示所述多个邻近的时域导频符号之间的位置差值矩阵、dp为导频位置相互之间的位置差值矩阵。
可选地，所述计算单元适于采用如下的公式计算得到解旋前的第d个符号的信道估计值：H1(k,d)＝[H1(k,p0) H1(k,p1) … H1(k,pL-1)]·wmmse。
可选地，所述相位解旋单元适于采用如下的公式计算得到所述第d个符号的信道估计值：其中，H0(k,d)表示所述第d个符号的信道估计值。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
上述的方案，通过对包括待估计的第d个符号的多个邻近的时域导频符号的初始信道估计值进行相位旋转，得到的相位旋转后所述多个邻近的时域导频符号的信道估计值，以及第d个符号的时域滤波系数，计算得到解旋前的第d个符号的信道估计值，并进行相位解旋得到所述第d个符号的信道估计值，可以在保留两个多普勒频移的信号的同时，最大程度地抑制噪声和干扰，从而可以提高信道估计的准确性。
进一步地，所生成的第d个符号的时域滤波系数为实系数的时域滤波系数，与复数形式的时域滤波系数相比，可以有效降低计算的复杂度，节省计算资源。
附图说明
图1是高铁场景中出现的多普勒频移的示意图；
图2是根据本发明实施例的高铁场景的信道估计方法的流程图；
图3是根据本发明实施例的高铁场景的信道估计方法的多个邻近的时域导频符号的位置示意图；
图4是对多个邻近的时域导频符号的初始信道估计值进行相位旋转前的两个多普勒频移位置的示意图；
图5是是对多个邻近的时域导频符号的初始信道估计值进行相位旋转后得到的两个多普勒频移位置的示意图；
图6是根据本发明实施例的高铁场景的信道估计装置的结构框图。
具体实施方式
请参见图1，在高铁场景中，当两个不同的RRU1和RRU2可以同时向高速移动的用户设备(UE)发送信号，但由于RRU1和RRU2的位置不同时，导致用户设备接收到的信号可能来自相反的方向，从而在OFDM符号所在的位置f产生两个多普勒频移f1和f2，使得UE接收到的信号经历的多普勒频移出现较大的差异。
现有技术中的信道估计方法，可以采用频偏补偿消除多普勒频移。但是，在高铁场景中，无法准确地对两个位置差异较大的多普勒频移进行估计，或者即使可以估计出多普勒频移，也无法通过频偏补偿消除两个较大的多普勒频移。因此，当将现有技术中的信道估计方法应用在高铁场景中时，存在着信道估计准确性低的问题。
为解决上述问题，本发明实施例中的技术方案通过对包括待估计的第d个符号的多个邻近的时域导频符号的初始信道估计值进行相位旋转，得到的相位旋转后所述多个邻近的时域导频符号的信道估计值，以及第d个符号的时域滤波系数，计算得到解旋前的第d个符号的信道估计值，并进行相位解旋得到所述第d个符号的信道估计值，可以提高信道估计的准确性。
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图2示出了本发明实施例中的一种高铁场景的信道估计方法的流程图。请参见图2所示，在具体实施中，本发明实施例中的高铁场景的信道估计方法可以包括如下的步骤：
步骤S201：对包括待估计的第d个符号的多个邻近的时域导频符号的初始信道估计值进行相位旋转，得到相位旋转后的多个邻近的时域导频符号的信道估计值。
请参见图3所示，将待估计的OFDM符号称为第d个符号，将第d个符号附近的L个的OFDM符号依次表示为p0、p1.....pL-1。
请参见图4和图5所示，对第d个符号的多个邻近的时域导频符号的初始信道估计值分别进行相位旋转的目的在于将处于非对称位置的两个多普勒频移进行相位补偿，以使得两个多普勒频移位置关于原点对称。其中，f1、f2分别表示两个多普勒频移位置，-(f1-f0)/2、(f1-f0)/2分别表示相位旋转后的两个多普勒频谱的中心位置，Δf表示多普勒频谱的扩展宽度。
在本发明一实施例中，采用如下的公式对包括待估计的第d个符号的多个邻近的时域导频符号的初始信道估计值进行相位旋转：
其中H0(k,pi)为所述多个邻近的时域导频符号中的第pi个符号位置的第k个子载波处的初始信道估计值，H1(k,pi)为H0(k,pi)表示相位旋转后所述第pi个符号位置的第k个子载波处的初始信道估计值，f0、f1分别表示所述第pi个符号位置的两个多普勒频谱的中心位置，Δf表示多普勒频谱的扩展宽度，N为第pi个符号的样点数，Ts表示采样时间间隔。
步骤S102：基于所述多个邻近的时域导频符号之间的位置差值，以及所述第d个符号与所述多个邻近的时域导频符号中的其他符号之间的位置差值，生成所述第d个符号的时域滤波系数。
在具体实施中，可以根据实际的需要生成第d个符号实数形式或者复数形式的时域滤波系数。
在本发明一实施例中，实数形式的时域滤波系数可以在后续的时域滤波步骤大大降低计算量，因此，可以采用如下的公式生成所述第d个符号的实数形式的时域滤波系数：
其中，wmmse表示所述第d个符号的时域滤波系数，Rpp表示多个邻近的时域导频符号之间的自相关矩阵，σ2表示噪声方差、I表示对应的单位矩阵、所述第d个符号与所述多个邻近的时域导频符号中的其他符号之间的互相关矩阵、pp表示所述多个邻近的时域导频符号之间的位置差值矩阵、dp为导频位置相互之间的位置差值矩阵。
步骤S203：基于得到相位旋转后的多个邻近的时域导频符号的信道估计值与所述第d个符号的时域滤波系数，计算得到解旋前的第d个符号的信道估计值。
在具体实施中，可以采用如下的基于得到相位旋转后的多个邻近的时域导频符号的信道估计值与所述第d个符号的时域滤波系数，计算得到解旋前的第d个符号的信道估计值：
H1(k,d)＝[H1(k,p0) H1(k,p1) … H1(k,pL-1)]·wmmse (5)
通过采用上述的公式(5)进行时域滤波，即将公式(3)得到的时域滤波系数，与步骤S101得到的依次表示为p0、p1.....pL-1的L个OFDM符号的相位旋转后的结果进行乘累加操作，可以在保留有用信号的同时，尽可能抑制噪声和干扰，从而可以提高信道估计的准确性。
步骤S204：对所述解旋前的第d个符号的信道估计值进行相位解旋，得到所述第d个符号的信道估计值。
在具体实施中，可以采用如下的公式对所述解旋前的第d个符号的信道估计值进行相位解旋，得到所述第d个符号的信道估计值：
其中，H0(k,d)表示所述第d个符号的信道估计值。
通过公式(6)的操作对公式(1)进行的相位旋转结果执行相应地逆操作，可以将公式(1)的相位旋转操作补偿回，得到第d个符号的滤波结果，即第d个符号的信道估计值。
下面将对上述的方法对应的装置做进一步详细的介绍。
图6示出了本发明实施例中的一种高铁场景的信道估计装置的结构示意图。参见图6，在具体实施中，本发明实施例中的高铁场景的信道估计装置600，可以包括：
相位旋转单元601，适于对包括待估计的第d个符号的多个邻近的时域导频符号的初始信道估计值分别进行相位旋转，得到相位旋转后的多个邻近的时域导频符号的信道估计值。
在本发明一实施例中，所述相位旋转单元601适于采用如下的公式计算得到相位旋转后所述多个邻近的时域导频符号的信道估计值：且其中H0(k,pi)为所述多个邻近的时域导频符号中的第pi个符号位置的第k个子载波处的初始信道估计值，H1(k,pi)为H0(k,pi)表示相位旋转后所述第pi个符号位置的第k个子载波处的初始信道估计值，f0、f1分别表示所述第pi个符号位置的两个多普勒频谱的中心位置，Δf表示多普勒频谱的扩展宽度，Ts表示采样时间间隔。
时域滤波系数生成单元602，适于基于所述多个邻近的时域导频符号之间的位置差值，以及所述第d个符号与所述多个邻近的时域导频符号中的其他符号之间的位置差值，生成所述第d个符号的时域滤波系数。
在本发明一实施例中，所述时域滤波系数生成单元602适于采用如下的公式生成所述第d个符号的时域滤波系数：且其中，wmmse表示所述第d个符号的时域滤波系数，Rpp表示多个邻近的时域导频符号之间的自相关矩阵，σ2表示噪声方差、I表示对应的单位矩阵、所述第d个符号与所述多个邻近的时域导频符号中的其他符号之间的互相关矩阵、pp表示所述多个邻近的时域导频符号之间的位置差值矩阵、dp为导频位置相互之间的位置差值矩阵。
计算单元603，适于基于得到相位旋转后的多个邻近的时域导频符号的信道估计值与所述第d个符号的时域滤波系数，计算得到解旋前的第d个符号的信道估计值。
在本发明一实施例中，所述计算单元603适于采用如下的公式计算得到解旋前的第d个符号的信道估计值：H1(k,d)＝[H1(k,p0) H1(k,p1) … H1(k,pL-1)]·wmmse。
相位解旋单元604，适于对所述解旋前的第d个符号的信道估计值进行相位解旋，得到所述第d个符号的信道估计值。
在本发明一实施例中，所述相位解旋单元604适于采用如下的公式计算得到所述第d个符号的信道估计值：其中，H0(k,d)表示所述第d个符号的信道估计值。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
上述的方案，通过对包括待估计的第d个符号的多个邻近的时域导频符号的初始信道估计值进行相位旋转，得到的相位旋转后所述多个邻近的时域导频符号的信道估计值，以及第d个符号的时域滤波系数，计算得到解旋前的第d个符号的信道估计值，并进行相位解旋得到所述第d个符号的信道估计值，可以在保留两个多普勒频移的信号的同时，最大程度地抑制噪声和干扰，从而可以提高信道估计的准确性。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：ROM、RAM、磁盘或光盘等。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种高铁场景的信道估计方法，其特征在于，包括：
对包括待估计的第d个符号的多个邻近的时域导频符号的初始信道估计值分别进行相位旋转，得到相位旋转后的多个邻近的时域导频符号的信道估计值；
基于所述多个邻近的时域导频符号之间的位置差值，以及所述第d个符号与所述多个邻近的时域导频符号中的其他符号之间的位置差值，生成所述第d个符号的时域滤波系数；
基于得到相位旋转后的多个邻近的时域导频符号的信道估计值与所述第d个符号的时域滤波系数，计算得到解旋前的第d个符号的信道估计值；
对所述解旋前的第d个符号的信道估计值进行相位解旋，得到所述第d个符号的信道估计值。
2.根据权利要求1所述的高铁场景的信道估计方法，其特征在于，所述对包括待估计的第d个符号的多个邻近的时域导频符号的初始信道估计值进行相位旋转，得到相位旋转后所述多个邻近的时域导频符号的信道估计值，包括：
且
其中H0(k,pi)为所述多个邻近的时域导频符号中的第pi个符号位置的第k个子载波处的初始信道估计值，H1(k,pi)为H0(k,pi)表示相位旋转后所述第pi个符号位置的第k个子载波处的初始信道估计值，f0、f1分别表示所述第pi个符号位置的两个多普勒频谱中心位置，Δf表示多普勒频谱扩展的宽度，N为第pi个符号的样点数，Ts表示采样时间间隔。
3.根据权利要求2所述的高铁场景的信道估计方法，其特征在于，所述基于所述多个邻近的时域导频符号之间的位置差值，以及所述第d个符号与所述多个邻近的时域导频符号中的其他符号之间的位置差值，生成所述第d个符号的时域滤波系数，包括：
且
其中，wmmse表示所述第d个符号的时域滤波系数，Rpp表示多个邻近的时域导频符号之间的自相关矩阵，σ2表示噪声方差、I表示对应的单位矩阵、所述第d个符号与所述多个邻近的时域导频符号中的其他符号之间的互相关矩阵、pp表示所述多个邻近的时域导频符号之间的位置差值矩阵、dp为导频位置相互之间的位置差值矩阵、s()表示两个位置的时域导频符号的相关系数。
4.根据权利要求3所述的高铁场景的信道估计方法，其特征在于，所述基于得到相位旋转后所述多个邻近的时域导频符号的信道估计值与所述第d个符号的时域滤波系数，得到解旋前的第d个符号的信道估计值，包括：
H1(k,d)＝[H1(k,p0) H1(k,p1) … H1(k,pL-1)]·wmmse。
5.根据权利要求4所述的高铁场景的信道估计方法，其特征在于，所述对所述解旋前的第d个符号的信道估计值进行相位解旋，得到所述第d个符号的信道估计值，包括：
其中，H0(k,d)表示所述第d个符号的信道估计值。
6.一种高铁场景的信道估计装置，其特征在于，包括：
相位旋转单元，适于对包括待估计的第d个符号的多个邻近的时域导频符号的初始信道估计值分别进行相位旋转，得到相位旋转后的多个邻近的时域导频符号的信道估计值；
时域滤波系数生成单元，适于基于所述多个邻近的时域导频符号之间的位置差值，以及所述第d个符号与所述多个邻近的时域导频符号中的其他符号之间的位置差值，生成所述第d个符号的时域滤波系数；
计算单元，适于基于得到相位旋转后的多个邻近的时域导频符号的信道估计值与所述第d个符号的时域滤波系数，计算得到解旋前的第d个符号的信道估计值；
相位解旋单元，适于对所述解旋前的第d个符号的信道估计值进行相位解旋，得到所述第d个符号的信道估计值。
7.根据权利要求6所述的高铁场景的信道估计装置，其特征在于，所述相位旋转单元适于采用如下的公式计算得到相位旋转后所述多个邻近的时域导频符号的信道估计值：
且
其中H0(k,pi)为所述多个邻近的时域导频符号中的第pi个符号位置的第k个子载波处的初始信道估计值，H1(k,pi)为H0(k,pi)表示相位旋转后所述第pi个符号位置的第k个子载波处的初始信道估计值，f0、f1分别表示所述第pi个符号位置的两个多普勒频谱中心位置，Δf表示多普勒频谱扩展的宽度，N为第pi个符号的样点数，Ts表示采样时间间隔。
8.根据权利要求7所述的高铁场景的信道估计装置，其特征在于，所述时域滤波系数生成单元适于采用如下的公式生成所述第d个符号的时域滤波系数：
且
其中，wmmse表示所述第d个符号的时域滤波系数，Rpp表示多个邻近的时域导频符号之间的自相关矩阵，σ2表示噪声方差、I表示对应的单位矩阵、所述第d个符号与所述多个邻近的时域导频符号中的其他符号之间的互相关矩阵、pp表示所述多个邻近的时域导频符号之间的位置差值矩阵、dp为导频位置相互之间的位置差值矩阵、s()表示两个位置的时域导频符号的相关系数。
9.根据权利要求8所述的高铁场景的信道估计装置，其特征在于，所述计算单元适于采用如下的公式计算得到解旋前的第d个符号的信道估计值：
H1(k,d)＝[H1(k,p0) H1(k,p1) … H1(k,pL-1)]·wmmse。
10.根据权利要求9所述的高铁场景的信道估计装置，其特征在于，所述相位解旋单元适于采用如下的公式计算得到所述第d个符号的信道估计值：
其中，H0(k,d)表示所述第d个符号的信道估计值。
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