CN109672641A - 一种适于复杂环境下的lte下行信道估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能够解决复杂环境下LTE下行信道估计的准确性与高效性问题的适于复杂环境下的LTE下行信道估计方法。该适于复杂环境下的LTE下行信道估计方法包括步骤A、导频信道初步估计；B、导频估计小范围平滑；C、二维线性插值；采用该适于复杂环境下的LTE下行信道估计方法能够实现准确的信道估计和噪声抑制；同时能够实现高效估计，能够适应快速的信道变化情况。

Description

一种适于复杂环境下的LTE下行信道估计方法

技术领域

本发明涉及无线信号通信技术领域，具体涉及一种适于复杂环境下的LTE下行信道估计方法。

背景技术

公知的：LTE(Long Term Evolutionng技术迅速提升了移动通信的无线传输速率，在各个领域发展中起到了重大作用。LTE具有100Msps的传输速率，占据了1.4M～20M范围内的带宽，采用了OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)多址接入技术。由于发送的频段较宽，对OFDM解调后的数据需要进行均衡，所以必须进行信道估计。信道估计算法的效率、准确性以及适应各种复杂无线电波传播环境的能力是至关重要的。

本发明中，信道估计的内容主要指根据小区参考信号CRS(Cell ReferenceSignal)估计出OFDM一个子帧所有子载波上的信道传播函数值。

影响信道估计精度的因素主要有如下几种：

(1)信道变化速度

信道变化速度与基站和手机间的信道环境有关，如手机在高速运动状态下，信道变化速度较快，如果不跟踪上信道的变化，那么信道估计结果可能会导致错误的均衡效果。

(2)噪声因素

噪声是普遍存在的，如果不能有效地去除噪声影响，那么信道估计精度就会降低，从而降低了LTE系统解调的性能。

(3)算法的均衡设计

通常对噪声进行高强度抑制时，需要较长的累积时间，而这样又会导致高度运动等复杂环境条件下，信道估计更新不及时，造成最终的信道估计不准确，降低LTE系统解调性能。

因此，需要寻找一种既能较好地抑制噪声，又能快速实现信道估计的方法。

常规的信道估计方法分为线性插值估计和非线性插值估计。

(1)、线性插值估计

这种方法首先根据CRS信号获得导频子载波的信道估计，然后利用一维、二维或三角线性插值算法计算出导频间子载波的信道估计值。该方法的优点是计算简单，信道估计跟踪速度快，但缺点是信道估计值的噪声大。该方法也是目前通信系统中主要使用的方法。

(2)、非线性插值估计

该方法也是根据CRS信号获得导频子载波的信道估计，然后建立非线性函数，用于估计导频间子载波的信道估计值。该方法优点是估计准确，但计算复杂，信道估计跟踪速度慢。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够在复杂环境下通过线性插值和小范围平滑技术实现更精确的LTE下行信道估计的适于复杂环境下的LTE下行信道估计方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种适于复杂环境下的LTE下行信道估计方法，包括以下步骤：

A、导频信道初步估计；

利用LTE小区已知的CRS信号，采用LS(Least Square)算法，得到导频信道的初步估计；

B、导频估计小范围平滑；

对LTE一个子帧的下行导频信道估计做田字格的小范围平滑；

C、二维线性插值；

根据平滑后的导频完成时域和频域的二维LTE下行子帧所有子载波的信道估计插值。

具体的，所述的导频信道初步估计包括进行如下处理步骤：

a1、根据LTE的物理小区标识(PCI，physical-layer Cell identity)、子帧号、下行资源块(RB，Resource Block)数目、循环前缀(CP，Cyclic Prefix)类型计算本地的CRS序列其中l为一个时隙内的符号，n_s为时隙号，m为CRS序列的序号；

a2、将接收的一个子帧的下行信道基带数据完成去CP和快速傅里叶变换(FFT，Fast Fourier Transformation)，形成时频域的二维数据表；其中，子帧号范围0～9；

a3、按照天线端口的计算规则，从二维数据表中提取导频信号序列，每个导频信号对应二维数据表中的一个资源粒子(RE，Resource Element)，具体描述为第s个子帧的第l个符号和第k个子载波的RE；其中，所述天线端口的范围为0～3，根据LTE基站实际配置的天线端口数进行计算；0≤s≤9；0≤l≤13；0≤k≤K，K为最大的子载波数目；

a4、将不同天线端口提取出的导频序列与本地CRS序列进行共轭相乘，得到LS算法的导频信道初步估计结果其中Prx表示接收天线号，Ptx表示发射天线端口号。

具体的，所述的导频估计小范围平滑采用如下处理步骤：

b1、对第P_rx接收天线，根据TS 36.211 6.10.1.2协议，由天线端口0的导频信道初步估计值，对第s个子帧中的符号0、4、7和11上的导频信号进行“田字格”平滑，即将某个信道估计值周边的信道估计与其求和平均，得到小范围平滑导频估计序列

b2、将平均后得到的平滑导频序列，与原初始估计值求差值的平方和，得到信道噪声功率N₀(P_rx,P_tx)；

b3、根据LTE基站的配置，对第P_rx接收天线所有的发射天线端口p进行小范围平滑导频估计序列；其中，0≤p≤3；

b4、对所有的接收天线重复以上步骤。

具体的，所述的二维线性插值采用如下处理步骤：

c1、对第P_rx接收天线，根据TS 36.211 6.10.1.2协议，由天线端口0的小范围平滑导频估计序列对符号0、4、7和11上的导频信号进行频域插值，即在符号l上，先取出第一个导频和第二个导频其中0≤k1,k2≤最大子载波数，然后计算两个导频间每个子载波的信道估计值，计算公式为：

；

其中D为导频间隔，频域插值中D＝6；然后，取第二个和第三个导频做同样的插值计算，同理完成该符号上所有导频间子载波的信道插值；

c2、对于所有的接收天线，根据LTE基站实际天线端口配置，分别完成同样的频率插值，其中，天线端口2和3导频所在的符号为1和8，得到

c3、对于所有的接收天线，根据LTE基站实际天线端口配置，由完成时域插值，即对第k个子载波，计算符号0、4、7和11之间的插值，其中，天线端口2和3符号为1和8，公式同c1，从而完成了时频域二维插值。

本发明的有益效果是：本发明所述的一种适于复杂环境下的LTE下行信道估计方法与现有技术相比，利用LS算法提高了导频信道估计速度，降低导频信道估计的复杂度，然后利用“田字格”平滑方式提升信道估计的精度，降低了噪声功率，同时为后继的均衡提供了估计的噪声功率。“田字格”平滑方式具有很小的计算量，平滑范围小，同时提升了最多8.45dB信噪比。

附图说明

图1为本发明实施例中天线端口0的一个子帧内一个RB上导频位置示意图；

图2为本发明实施例中导频信道初步估计流程图；

图3为本发明实施例中导频估计小范围平滑示意图；

图4为本发明实施例中导频估计小范围平滑流程图；

图5为本发明实施例中天线端口为0时频域二维插值示意图；

图6为本发明实施例中天线端口为0时频域二维插值流程图；

图7为本发明实施例中实际LTE基站天线端口0小范围平滑前后的信道估计对比图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明所述的一种适于复杂环境下的LTE下行信道估计方法，解决复杂环境下LTE下行信道估计的准确性与高效性的问题，采用了LS快速估计、小范围平滑估计和线性二维插值算法，取得了较好的估计效果，有效降低了噪声，同时保证了高效。

具体的，一种适于复杂环境下的LTE下行信道估计方法，包括以下步骤：

A、导频信道初步估计；

利用LTE小区已知的CRS信号，采用LS(Least Square)算法，得到导频信道的初步估计；

所述的导频信道初步估计包括进行如下处理步骤：

a1、根据LTE的物理小区标识(PCI，physical-layer Cell identity)、子帧号、下行资源块(RB，Resource Block)数目、循环前缀(CP，Cyclic Prefix)类型计算本地的CRS序列其中l为一个时隙内的符号，n_s为时隙号，m为CRS序列的序号；

a2、将接收的一个子帧的下行信道基带数据完成去CP和快速傅里叶变换(FFT，Fast Fourier Transformation)，形成时频域的二维数据表；其中，子帧号范围0～9；

a3、按照天线端口的计算规则，从二维数据表中提取导频信号序列，每个导频信号对应二维数据表中的一个资源粒子(RE，Resource Element)，具体描述为第s个子帧的第l个符号和第k个子载波的RE；其中，所述天线端口的范围为0～3，根据LTE基站实际配置的天线端口数进行计算；0≤s≤9；0≤l≤13；0≤k≤K，K为最大的子载波数目；

a4、将不同天线端口提取出的导频序列与本地CRS序列进行共轭相乘，得到LS算法的导频信道初步估计结果其中Prx表示接收天线号，Ptx表示发射天线端口号。

B、导频估计小范围平滑；

对LTE一个子帧的下行导频信道估计做田字格的小范围平滑；能够有效降低噪声干扰，同时适应高速变化的复杂信道环境；

具体的，所述的导频估计小范围平滑采用如下处理步骤：

b1、对第P_rx接收天线，根据TS 36.211 6.10.1.2协议，由天线端口0的导频信道初步估计值，对第s个子帧中的符号0、4、7和11上的导频信号进行“田字格”平滑，即将某个信道估计值周边的信道估计与其求和平均，得到小范围平滑导频估计序列

b2、将平均后得到的平滑导频序列，与原初始估计值求差值的平方和，得到信道噪声功率N₀(P_rx,P_tx)；

b3、根据LTE基站的配置，对第P_rx接收天线所有的发射天线端口p进行小范围平滑导频估计序列；其中，0≤p≤3；

b4、对所有的接收天线重复以上步骤。

C、二维线性插值；

根据平滑后的导频完成时域和频域的二维LTE下行子帧所有子载波的信道估计插值。

具体的，所述的二维线性插值采用如下处理步骤：

c1、对第P_rx接收天线，根据TS 36.211 6.10.1.2协议，由天线端口0的小范围平滑导频估计序列对符号0、4、7和11上的导频信号进行频域插值，即在符号l上，先取出第一个导频和第二个导频其中0≤k1,k2≤最大子载波数，然后计算两个导频间每个子载波的信道估计值，计算公式为：

；

；其中D为导频间隔，频域插值中D＝6；然后，取第二个和第三个导频做同样的插值计算，同理完成该符号上所有导频间子载波的信道插值；

c2、对于所有的接收天线，根据LTE基站实际天线端口配置，分别完成同样的频率插值，其中，天线端口2和3导频所在的符号为1和8，得到

c3、对于所有的接收天线，根据LTE基站实际天线端口配置，由完成时域插值，即对第k个子载波，计算符号0、4、7和11之间的插值，其中，天线端口2和3符号为1和8，公式同c1，从而完成了时频域二维插值。

实施例子：

某个LTE基站，PCI＝404，天线端口为2，CP为正常循环前缀，一个子帧内的符号数为14，一个时隙内的符号数为7，一个符号内的RB＝100，即子载波数目为K＝1200，接收天线数目为1。这里对第460帧的第s＝5个子帧进行信道估计。

首先，对接收天线的数据进行去CP和FFT操作，形成如图1所示的二维数据表，其中横向表示符号序号，为时域；纵向表示子载波序号，为频域。图1给出了2个RB中导频位置的示意图。根据TS 36.211 6.10.1.2协议，对于PCI＝404的LTE基站，天线端口0在0和7符号上的起始导频位置为2，在4和11符号上的起始导频位置为5；天线端口1在0和7符号上的起始导频位置为5，在4和11符号上的起始导频位置为2。0、4、7和11符号上，每个符号的导频数目为M＝200个，天线端口0共有M1＝800个导频，天线端口1共有M1＝800个导频。

其次，参考图2，根据TS 36.211 6.10.1.2协议，计算本地CRS序列其中l＝0、4时，n_s＝2*s-1＝9，l＝7、11时，n_s＝2*s＝10，0≤m≤M-1。分别对天线端口0和天线端口1在符号0、4、7和11上的导频数据进行共轭相乘，得到导频信道的初始估计。

第三，参考图3和图4，对得到的导频信道的初始估计做小范围平滑。最大的平滑范围如图3中红色导频子载波所处的位置，在图4中被定义为非边缘导频，此时周围的导频信道的初始估计(橘色)都能参与平滑，最大平滑数为7.当待平滑的导频子载波位于边缘位置时，如符号0的子载波，其左边没有数据可以用于平滑，此时按照图4流程中规定，将最大平滑范围内有效的导频参与平滑，无效的导频(即没有数据)不参与平滑。天线端口0和天线端口1的分别进行以上操作。图7给出了小范围平滑前和平滑后的导频信道估计比较图，左边为平滑前，右边为平滑后，通过该图可以看出，噪声得到了有效抑制，同时保证了高效性。

第四，参考图5和图6，对小范围平滑的导频信道估计进行时域和频域插值，以形成完成的二维信道估计表。将天线端口0或1在符号0、4、7和11上小范围平滑后的导频信道估计进行频域插值，如图5，在每两个蓝色子载波之间进行频域线性插值，得到其他子载波(黑色)的信道估计。完成0、4、7和11符号上的信道估计后，对第k(0≤k≤1199)个子载波进行时域线性插值(橘色)，最终得到完整的二维信道估计表。

综上所述，本发明主要突破了复杂环境下LTE下行信道估计的两个关键技术：一是准确的信道估计和噪声抑制；二是高效估计，能够适应快速的信道变化情况。

Claims (4)

1.一种适于复杂环境下的LTE下行信道估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、导频信道初步估计；

利用LTE小区已知的CRS信号，采用LS(Least Square)算法，得到导频信道的初步估计；

B、导频估计小范围平滑；

对LTE一个子帧的下行导频信道估计做田字格的小范围平滑；

C、二维线性插值；

根据平滑后的导频完成时域和频域的二维LTE下行子帧所有子载波的信道估计插值。

2.如权利要求1所述的一种适于复杂环境下的LTE下行信道估计方法，其特征在于：所述的导频信道初步估计包括进行如下处理步骤：

a1、根据LTE的物理小区标识(PCI，physical-layer Cell identity)、子帧号、下行资源块(RB，Resource Block)数目、循环前缀(CP，Cyclic Prefix)类型计算本地的CRS序列其中l为一个时隙内的符号，n_s为时隙号，m为CRS序列的序号；

a2、将接收的一个子帧的下行信道基带数据完成去CP和快速傅里叶变换(FFT，FastFourier Transformation)，形成时频域的二维数据表；其中，子帧号范围0～9；

a3、按照天线端口的计算规则，从二维数据表中提取导频信号序列，每个导频信号对应二维数据表中的一个资源粒子(RE，Resource Element)，具体描述为第s个子帧的第l个符号和第k个子载波的RE；其中，所述天线端口的范围为0～3，根据LTE基站实际配置的天线端口数进行计算；0≤s≤9；0≤l≤13；0≤k≤K，K为最大的子载波数目；

a4、将不同天线端口提取出的导频序列与本地CRS序列进行共轭相乘，得到LS算法的导频信道初步估计结果其中Prx表示接收天线号，Ptx表示发射天线端口号。

3.如权利要求1所述的一种适于复杂环境下的LTE下行信道估计方法，其特征在于：所述的导频估计小范围平滑采用如下处理步骤：

b1、对第P_rx接收天线，根据TS 36.211 6.10.1.2协议，由天线端口0的导频信道初步估计值，对第s个子帧中的符号0、4、7和11上的导频信号进行“田字格”平滑，即将某个信道估计值周边的信道估计与其求和平均，得到小范围平滑导频估计序列

b2、将平均后得到的平滑导频序列，与原初始估计值求差值的平方和，得到信道噪声功率N₀(P_rx,P_tx)；

b3、根据LTE基站的配置，对第P_rx接收天线所有的发射天线端口p进行小范围平滑导频估计序列；其中，0≤p≤3；

b4、对所有的接收天线重复以上步骤。

4.如权利要求1所述的一种适于复杂环境下的LTE下行信道估计方法，其特征在于：所述的二维线性插值采用如下处理步骤：

c1、对第P_rx接收天线，根据TS 36.211 6.10.1.2协议，由天线端口0的小范围平滑导频估计序列对符号0、4、7和11上的导频信号进行频域插值，即在符号l上，先取出第一个导频和第二个导频其中0≤k1,k2≤最大子载波数，然后计算两个导频间每个子载波的信道估计值，计算公式为：

；

其中D为导频间隔，频域插值中D＝6；然后，取第二个和第三个导频做同样的插值计算，同理完成该符号上所有导频间子载波的信道插值；

c2、对于所有的接收天线，根据LTE基站实际天线端口配置，分别完成同样的频率插值，其中，天线端口2和3导频所在的符号为1和8，得到

c3、对于所有的接收天线，根据LTE基站实际天线端口配置，由完成时域插值，即对第k个子载波，计算符号0、4、7和11之间的插值，其中，天线端口2和3符号为1和8，公式同c1，从而完成了时频域二维插值。