CN108259395B - 一种信道估计方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种信道估计方法及装置，用以提高信道估计准确性，从而提高接收机性能。本申请提供的一种信道估计方法，包括：通过历史有效频偏值，确定等效导频序列；利用所述等效导频序列，确定用于复相关的序列；利用所述用于复相关的序列，进行信道估计的复相关计算。

Description

一种信道估计方法及装置
技术领域
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种信道估计方法及装置。
背景技术
目前长期演进(Long Term Evolution，LTE)系统中，在终端高速移动的场景下，上行信号在基站端产生较大频偏。上行导频信号都是在频域上的映射的序列，较大的频偏会导致频域采样偏差，进而产生子载波间干扰。在接收端，受到子载波间干扰的影响，信道估计会出现较大的偏差。
目前基站内的信道估计算法，并没有针对高速场景做针对性处理。常用的一种信道估计算法，采用的是时域取窗抑噪算法，即在接收端将上行导频信号与本地产生的参考信号序列做相关，再通过离散傅里叶逆变换(Inverse DiscreteFourier Transform，IDFT)变换到时域，通过径的幅度大小，找出有效径，抑制噪声带来的影响。但是受频偏影响，相关运算如果仍然使用原来的本地导频序列，会导致信道估计出现较大偏差，影响接收机的性能。
发明内容
本申请实施例提供了一种信道估计方法及装置，用以提高信道估计准确性，从而提高接收机性能。
本申请实施例提供的一种信道估计方法，包括：
通过历史有效频偏值，确定等效导频序列；
利用所述等效导频序列，确定用于复相关的序列；
利用所述用于复相关的序列，进行信道估计的复相关计算。
该方法通过历史有效频偏值，确定等效导频序列，利用所述等效导频序列，确定用于复相关的序列，利用所述用于复相关的序列，进行信道估计的复相关计算，从而相比于现有的信道估计方案，增加了针对高速场景的特殊处理，利用历史有效频偏值获得了等效导频序列，减少了频偏对信道估计计算带来的误差，即针对高速场景下频域采样出现偏差的问题，基于历史(例如前一次)调度时估计的频偏，对本地生成的参考信号序列(即本地导频序列)进行频偏预补偿，还原导频序列做相关时所真正需要的本地序列，降低小径的出现概率，从而提高了有频偏影响下的高速场景的信道估计准确性。并且，由于本申请实施例提出的预补偿(即通过历史有效频偏值确定等效导频序列)针对的是本地生成的参考信号序列，因此本申请实施例进行用户级处理，可以在上行信号到达之前处理，即可以针对不同的用户分别进行，计算等效导频序列的步骤可以在用户信号到达之前做好，在媒体接入控制(Media Access Control，MAC)层进行上行调度后就可以进行相应的计算，不需要等到上行信号接收完成，不会引入额外的处理时延，不占用信号处理的时间。
可选地，所述通过历史有效频偏值，确定等效导频序列，具体包括：
利用历史有效频偏值，确定相位复乘系数；
对时域的本地导频序列，乘以所述相位复乘系数；
将乘过所述相位复乘系数的时域的本地导频序列转换到频域，得到等效导频序列。
可选地，所述时域的本地导频序列是通过如下方式得到的：
确定频域的本地导频序列；
将所述频域的本地导频序列转换为时域的本地导频序列。
可选地，所述利用历史有效频偏值，确定相位复乘系数，具体包括：
利用历史有效频偏值，确定相位旋转向量；
通过所述相位旋转向量，确定相位复乘系数。
可选地，所述利用所述等效导频序列，确定用于复相关的序列，具体包括：
针对所述等效导频序列的每个样值点：确定该样值点的模值的平方，并将该样值点除以该样值点的模值的平方，得到用于复相关的序列。
本申请实施例提供的一种信道估计装置，包括：
第一单元，用于通过历史有效频偏值，确定等效导频序列；
第二单元，用于利用所述等效导频序列，确定用于复相关的序列；
第三单元，用于利用所述用于复相关的序列，进行信道估计的复相关计算。
可选地，所述第一单元，具体用于：
利用历史有效频偏值，确定相位复乘系数；
对时域的本地导频序列，乘以所述相位复乘系数；
将乘过所述相位复乘系数的时域的本地导频序列转换到频域，得到等效导频序列。
可选地，所述第一单元通过如下方式确定所述时域的本地导频序列：
确定频域的本地导频序列；
将所述频域的本地导频序列转换为时域的本地导频序列。
可选地，所述第一单元利用历史有效频偏值，确定相位复乘系数，具体包括：
利用历史有效频偏值，确定相位旋转向量；
通过所述相位旋转向量，确定相位复乘系数。
可选地，所述第二单元具体用于：
针对所述等效导频序列的每个样值点：确定该样值点的模值的平方，并将该样值点除以该样值点的模值的平方，得到用于复相关的序列。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种信道估计方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种信道估计方法的流程示意图；
图3为本申请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
本申请实施例提供了一种信道估计方法及装置，用以提高信道估计准确性，从而提高接收机性能。
信道估计是上行相干接收机中必不可少的一个模块，目的是估计出信号所经历的信道信息，以便于均衡模块克服信道的不理想因素，还原原始发射信号。离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform，DFT)，时域取窗抑噪算法，是一种很常用的信道估计算法，它需要先在本地计算出所发射的导频序列，用接收到的频域导频信号与本地序列做相关，再通过IDFT变换到时域，根据信道的时延扩展的情况，以及每一径的幅度，来选出有效径，消除噪声和干扰的影响。
导频信号的本地序列是ZC序列经过循环移位以及相位偏移得到。然而，在高速的场景下，基站与终端之间存在较大的频偏，导致频域采样出现偏差，导致载波间干扰，使频域的ZC序列发生畸变。如果用已经畸变的上行信号与理想的本地ZC序列进行相关，通过IDFT转换到时域会产生一些幅度较高的小径，而这些小径并不是真实存在的多径，且很容易被虚检成为有效径，导致了信道估计结果误差过大，影响接收机的整体性能。
现有的信道估计算法，在终端低速移动或不移动时，可以很好地估计信道系数。然而，在高速的场景下，由于没有针对频偏做相应处理，受到子载波间干扰的影响，性能会严重恶化。在有频偏的场景下，从接收端的角度来观察，上行的频域导频信号所发射的参考信号，等效地来看，并不是原来的参考信号序列，而是带有频偏的参考信号序列。因此，在接收端，如果仍然使用原来的参考信号序列，显然会导致信道估计结果出现偏差。
本申请实施例提供的技术方案，针对高速场景下频域采样出现偏差的问题，基于历史(例如前一次)调度时估计的频偏，对本地生成的参考信号序列(即本地导频序列)进行频偏预补偿，还原导频序列做相关时所真正需要的本地序列，降低小径的出现概率，提高信道估计的准确度。另外，由于本申请实施例提出的预补偿针对的是本地生成的参考信号序列，因此，可以做到用户级的处理，并且在媒体接入控制(Media Access Control，MAC)层进行上行调度后就可以进行相应的计算，不需要等到上行信号接收完成，不会引入额外的处理时延。
本申请实施例提供的技术方案的原理说明：
由于信道估计是每个天线独立进行的，因此，在描述接收的上行信号时，仅考虑单天线即可。忽略7.5kHz的固定频偏，上行信号模型为：
Y＝XG
其中，Y和G均为
Figure BDA0001197653080000051
的列向量，分别表示基站接收的频域信号和频域信道响应，
Figure BDA0001197653080000052
表示导频信号的点数。X矩阵是一个
Figure BDA0001197653080000053
的对角矩阵，表示频域导频信号，即导频序列。RS表示参考信号(reference signal)的缩写，SC表示子载波(sub-carrier)的缩写。
收发信机的晶振不能做到完全一致，产生的频率有一定偏差，另外，由于终端相对基站快速移动，产生多普勒效应，这些就导致基站与终端的信号存在频偏，为了方便用矩阵形式表示基站接收信号与终端发射信号之间的频偏，将基站接收的信号，也就是上行信号，转换为时域表示为：
y＝FHY＝FHXG
其中F为归一化快速傅里叶变换(Fast Fourier Transformation,FFT)矩阵。
假设基站与终端之间的频偏为f(例如是历史有效频偏，具体见下面的相关描述)，则在接收端(基站侧)，每个符号上会产生步进的相位旋转，即θ(n)＝2πfτn，频率有偏差就会导致时域上的相位旋转，n表示第n个样值点，θ(n)就是频偏在第n个样值点上导致的相位旋转(即偏转的相位值)，其中τ为此用户的等效上行采样间隔。本申请中的原理描述所用的信号模型泛指一个用户发，一个基站接收。由于多个用户可以分别在不同的频带上同时发送，用户发射信号的频带带宽各有不同。所以这里用“此用户”，表示在上述信号模型所占频带上发射信号的用户，即终端用户。
在频偏的影响下，基站接收到的终端发送的上行信号为：
Figure BDA0001197653080000061
其中Λ为对角矩阵，表示对经过信道后的发射信号的相位旋转，元素为diag{ejθ},θ＝[θ(0),θ(1),…]。上式转换为频域，即将基站接收到的时域信号转换为频域信号，用
Figure BDA0001197653080000062
表示该频域信号，则有：
Figure BDA0001197653080000063
其中
Figure BDA0001197653080000064
其对角线元素，即为等效导频序列。通过这个表达式可以看出，将原导频序列先进行IDFT操作，再对每个时域的样值点做相位旋转，其中，导频序列是频域上的，IDFT将它转换为时域，这里的样值点表示的就是转换后的时域信号的样值点。再对DFT操作转换为频域，也就是将做了相位旋转后的时域信号进行DFT操作，转换到频域，这样就可以得到等效导频序列。
由于原始的导频序列是一个模值恒定为1的序列，因此在信道估计时，只要将接收的频域信号与导频序列做复相关操作即可，但是由于得到的等效导频序列是模值不恒定的序列，因此，在复相关运算之前，需要对等效导频序列的每个点除以其模值的平方。
由此可见，本申请实施例中，利用预测的频偏值(即上述历史有效频偏值)来获得在有频偏场景下的等效导频序列和用于复相关运算的序列；进行用户级处理，且可以在上行信号到达之前处理，即本申请可以针对不同的用户分别进行，计算等效导频序列的步骤可以在用户信号到达之前做好，不占用信号处理的时间。本申请实施例方案可以适用于基站侧的物理上行链路共享信道(Physical Uplink Shared Channel，PUSCH)、物理上行链路控制信道(Physical Uplink Control Channel，PUCCH)以及探测用参考信号(SoundingReference Signal，SRS)等信号的上行接收。
因此，参见图1，本申请实施例提供的一种信道估计方法，包括：
S101、通过历史有效频偏值，确定等效导频序列；
其中，本申请实施例中所述的历史有效频偏值，是用来预测本次调度的频偏值的，并没有绝对意义上的限制，只要一定程度上反应本次调度的频偏即可。它可以是上一次此用户上行调度且译码正确时的频偏值，也可以是此用户之前估计的频偏值的加权平均结果等等。本申请中的原理描述所用的信号模型泛指一个用户发，一个基站接收。由于多个用户可以分别在不同的频带上同时发送，用户发射信号的频带带宽各有不同。所以这里用“此用户”，表示在上述信号模型所占频带上发射信号的用户。
S102、利用所述等效导频序列，确定用于复相关的序列；
S103、利用所述用于复相关的序列，进行信道估计的复相关计算。
可选地，所述通过历史有效频偏值，确定等效导频序列，具体包括：
利用历史有效频偏值，确定相位复乘系数；
对时域的本地导频序列，乘以所述相位复乘系数；
将乘过所述相位复乘系数的时域的本地导频序列转换到频域，得到等效导频序列。
可选地，所述时域的本地导频序列是通过如下方式得到的：
确定频域的本地导频序列；
将所述频域的本地导频序列转换为时域的本地导频序列。
可选地，所述利用历史有效频偏值，确定相位复乘系数，具体包括：
利用历史有效频偏值，确定相位旋转向量；
通过所述相位旋转向量，确定相位复乘系数。
可选地，所述利用所述等效导频序列，确定用于复相关的序列，具体包括：
针对所述等效导频序列的每个样值点：确定该样值点的模值的平方，并将该样值点除以该样值点的模值的平方，得到用于复相关的序列。
下面给出一个具体的信道估计流程的举例说明，参见图2，本申请实施例提供的信道估计方法，具体包括：
步骤一：根据媒体接入控制(MAC)单元产生的上行调度，确定接收到的上行信号的信号类型和发送该上行信号的用户。
步骤二：利用所述信号类型生成该用户原始的本地导频序列，即根据上行信号模型Y，利用公式Y＝XG，确定本地导频序列X。
此步骤具体可以采用现有技术实现，在此不再赘述。
步骤三：对本地导频序列X进行
Figure BDA0001197653080000081
点IDFT操作，即利用公式y＝FHY＝FHXG，将上行信号Y转换为时域的上行信号y，进而实现将本地导频序列从频域转换到时域。
步骤四：利用该用户的历史有效频偏值f，以及公式θ(n)＝2πfτn，确定相位旋转向量θ(n)，再通过计算diag{ejθ},θ＝[θ(0),θ(1),…]，进而获取相位复乘系数λ，λ就是上述Λ矩阵的对角线元素，λ长度为
Figure BDA0001197653080000082
其中，历史有效频偏值f，是用来预测本次调度的频偏值的，并没有绝对意义上的限制，只要一定程度上反应本次调度的频偏即可。它可以是上一次此用户上行调度且译码正确时的频偏值，也可以是此用户之前估计的频偏值的加权平均结果等等。本申请中的原理描述所用的信号模型泛指一个用户发，一个基站接收。由于多个用户可以分别在不同的频带上同时发送，用户发射信号的频带带宽各有不同。所以这里用“此用户”，表示在上述信号模型所占频带上发射信号的用户。
上述步骤二、步骤三，可以和步骤四并行处理，没有先后顺序。
步骤五：对时域状态下的本地导频序列，乘以相位复乘系数λ，即根据时域的上行信号y，以及对角矩阵Λ，利用公式
Figure BDA0001197653080000083
确定在历史有效频偏值f的影响下，基站接收到的该用户发送的上行信号
Figure BDA0001197653080000091
从而确定乘过相位复乘系数λ的时域状态下的本地导频序列。
步骤六：对乘过相位复乘系数的时域状态下的本地导频序列进行DFT操作，得到等效导频序列
Figure BDA0001197653080000092
即利用下列公式将时域的上行信号
Figure BDA0001197653080000093
转换为频域信号
Figure BDA0001197653080000094
Figure BDA0001197653080000095
从而得到等效导频序列
Figure BDA0001197653080000096
其中，
Figure BDA0001197653080000097
其对角线元素，即为等效导频序列。
步骤七：针对等效导频序列
Figure BDA0001197653080000098
的每个样值点：确定该样值点的模值的平方，并将该样值点除以该样值点的模值的平方。从而，得到用于复相关的序列。
此步中的除法，可以用查表法(现有技术)来实现。
步骤八：利用得到的用于复相关的序列，进行信道估计的复相关计算以及后续处理。
其中所述复相关计算及后续处理为现有技术，在此不再赘述。
因此，相比于传统的信道估计方案，本申请实施例增加了针对高速场景的特殊处理，提高了有频偏影响下的信道估计准确性。即高速场景下会有频偏产生，速度很高的情况下，频偏会很大，远大于晶振的频率偏差。有频偏的场景包括高速场景。本申请实施例提高准确性的原因就是利用历史有效频偏值获得了等效导频序列，减少了频偏对信道估计计算带来的误差。
并且，针对高速场景的处理，可以对多用户进行分别处理，可以应用于多种上行信号的接收；针对高速场景的处理，可以在信号到达之前处理，不影响接收机的时延；本申请实施例中需要做1次IDFT和1次DFT操作，以及
Figure BDA0001197653080000099
复杂度的乘加运算(专业术语a*b+c就是乘加运算，复相关操作就是乘加运算)和查表操作，复杂度低。
与上述方法相对应地，参见图3，本申请实施例提供的一种信道估计装置，包括：
第一单元11，用于通过历史有效频偏值，确定等效导频序列；
第二单元12，用于利用所述等效导频序列，确定用于复相关的序列；
第三单元13，用于利用所述用于复相关的序列，进行信道估计的复相关计算。
可选地，所述第一单元，具体用于：
利用历史有效频偏值，确定相位复乘系数；
对时域的本地导频序列，乘以所述相位复乘系数；
将乘过所述相位复乘系数的时域的本地导频序列转换到频域，得到等效导频序列。
可选地，所述第一单元通过如下方式确定所述时域的本地导频序列：
确定频域的本地导频序列；
将所述频域的本地导频序列转换为时域的本地导频序列。
可选地，所述第一单元利用历史有效频偏值，确定相位复乘系数，具体包括：
利用历史有效频偏值，确定相位旋转向量；
通过所述相位旋转向量，确定相位复乘系数。
可选地，所述第二单元具体用于：
针对所述等效导频序列的每个样值点：确定该样值点的模值的平方，并将该样值点除以该样值点的模值的平方，得到用于复相关的序列。
上述第一单元、第二单元、第三单元均可以由处理器等器件实现，上述的信道估计装置，例如可以是网络侧设备，例如基站等。
综上所述，相比于传统的信道估计方案，本申请实施例增加了针对高速场景的特殊处理，提高了有频偏影响下的信道估计准确性。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请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，本申请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。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、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申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种信道估计方法，其特征在于，该方法包括：
利用历史有效频偏值，确定相位旋转向量；
通过所述相位旋转向量，确定相位复乘系数；
对时域的本地导频序列，乘以所述相位复乘系数；
将乘过所述相位复乘系数的时域的本地导频序列转换到频域，得到等效导频序列；
利用所述等效导频序列，确定用于复相关的序列；
利用所述用于复相关的序列，进行信道估计的复相关计算。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述时域的本地导频序列是通过如下方式得到的：
确定频域的本地导频序列；
将所述频域的本地导频序列转换为时域的本地导频序列。
3.根据权利要求1或2权利要求所述的方法，其特征在于，所述利用所述等效导频序列，确定用于复相关的序列，具体包括：
针对所述等效导频序列的每个样值点：确定该样值点的模值的平方，并将该样值点除以该样值点的模值的平方，得到用于复相关的序列。
4.一种信道估计装置，其特征在于，包括：
第一单元，用于利用历史有效频偏值，确定相位旋转向量；通过所述相位旋转向量，确定相位复乘系数；对时域的本地导频序列，乘以所述相位复乘系数；将乘过所述相位复乘系数的时域的本地导频序列转换到频域，得到等效导频序列；
第二单元，用于利用所述等效导频序列，确定用于复相关的序列；
第三单元，用于利用所述用于复相关的序列，进行信道估计的复相关计算。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一单元通过如下方式确定所述时域的本地导频序列：
确定频域的本地导频序列；
将所述频域的本地导频序列转换为时域的本地导频序列。
6.根据权利要求4或5权利要求所述的装置，其特征在于，所述第二单元具体用于：
针对所述等效导频序列的每个样值点：确定该样值点的模值的平方，并将该样值点除以该样值点的模值的平方，得到用于复相关的序列。
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