CN111049766A - 一种用于5g系统pdsch的估计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于无线通信技术领域,具体涉及一种用于5G系统PDSCH的估计方法,该方法包括:获取PDSCH的导频信号;采用LS方法求取导频位置的信道频域响应;在LS信道估计的边界子载波上镜像扩展信道频域响应;对镜像扩展后的信道频域响应做IFFT变换,然后进行降噪处理;对降噪后的响应值做FFT变换;从降噪后的M1个信道频域响应值中选取导频点的频域响应值,完成导频位置的信道估计;根据导频位置的信道估计结果,并结合线性插值法求取数据位置的估计值,完成信道估计;本发明在对信号进行IFFT变换时在LS信道估计的边界子载波上镜像扩展信道频域响应,同时对信道的中间位置进行置零操作,降低了能量损耗。
Description
技术领域
本发明属于无线通信技术领域,具体涉及一种用于5G系统PDSCH的估计方法。
背景技术
3GPP作为全球移动通信标准组织,在2G到5G国际标准的制定中扮演重要的角色。3GPP于2016年开始5G技术标准的研究工作,物理层标准于2018年6月冻结,5G系统下的PDSCH主要用于发送下行数据、承载寻呼信息以及部分系统信息的发送。信道估计技术作为5G终端能否准确有效恢复出发射信号的关键,在接收端整个链路中起着极其重要的作用。此外,3GPP协议标准中,5G系统PDSCH的设计以及用于接收端信道估计的参考信号生成方式、映射方式均不同于LTE,因此研究适用于5G PDSCH的估计方法具有重要的意义。
现有技术中,信道估计方法主要有盲估计,半盲估计以及基于导频的估计方法。其中基于导频的估计方法主要思想是通过在有用数据中插入已知导频,先得到导频位置的估计结果,然后利用该结果通过内插得到有用数据位置的估计值,进而完成信道估计。传统估计方法有最小二乘(LS),最小均方误差(MMSE)以及基于MMSE改进的线性最小均方误差(LMMSE)算法,以上算法中LS最为简单,但未考虑噪声影响,性能最差,LMMSE极大抑制了噪声的干扰,性能上得到了大幅度提高,但计算复杂,并且需要已知信道的自相关矩阵以及噪声方差等一些参数,在实际工程中很难实现。因此在LS基础上提出了基于DFT的时域降噪方法,该方法利用DFT信道功率较集中的特性,只保留变换中能量集中区域的信道冲激响应,然后再变换到频域上从而达到降噪的效果。
但是这种方法在非采样间隔路径时延的实际多径信道中,由于能量泄漏而遭受显著性能损失,且时延、采样间隔分别作为信道和系统参数都是随机产生的。
发明内容
为解决上现有技术的问题,本发明提出了一种用于5G系统PDSCH的估计方法,该方法步骤包括:
S1:获取PDSCH中的导频信号;
S2:采用LS方法求取导频位置的信道频域响应;
S3:在LS信道估计的边界子载波上镜像扩展信道频域响应,扩展后总长度M1为2的整数次幂;
S4:对镜像扩展后的信道频域响应做M1点IFFT变换,使信号由频域变换到时域,然后进行降噪处理;
S5:对降噪后的响应值做M1点FFT变换,使信号再由时域变换到频域;
S6:从降噪后的M1个信道频域响应值中选取导频点的频域响应值,完成导频位置的信道估计;
S7:根据导频位置的信道估计结果,并结合线性插值法求取数据位置的估计值,完成信道估计。
优选的,采用LS方法求取导频点的信道频域响应,包括:
S11:在接收端确定导频位置的信号,导频位置信号表示Yp=HpXp+Wp;
S12:对导频信号中的信道传输函数Hp进行估计,得到导频位置信号的最小代价函数J;
优选的,镜像扩展信道频域响应包括:
步骤1:根据原始信号长度确定需要镜像扩展的长度;
步骤3:对信号进行镜像扩展处理,镜像扩展后第一频域响应等于第S个初始响应,镜像扩展后第二个频域响应等于第S-1个初始响应,镜像扩展后的第k个频域响应等于第S-k+1个初始响应;根据这个过程得到整个信道频域扩展结果;
进一步的,镜像扩展信道频域响应的公式为:
本发明在对信号进行IFFT变换时在LS信道估计的边界子载波上镜像扩展信道频域响应,同时对信道的中间位置进行置零操作,降低了能量损耗;本发明将信道的总长度扩展为2的整数次幂,保证了后续高效的快速傅里叶变换的实现,提高了估计的准确性。
附图说明
图1是本发明的5G PDSCH导频映射方案;
图2是本发明的MIMO系统基本模型;
图3是本发明的具体处理流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1所示,5G系统PDSCH映射方式采用type A,导频信号为解调参考信号(DMRS),DMRS映射方式为单符号的type 1,即频域上每隔1个子载波存在1个导频符号,一个资源块12个子载波上共有6个DMRS,PDSCH的连续符号数为12,前置DMRS位于第2个OFDM符号上,附加DMRS分别位于第5、8、11个OFDM符号上,其中阴影部分表示物理下行控制信道所承载的信息,空白区域为PDSCH所承载的有用信息。
如图2所示,MIMO系统基本模型的天线方案采用4×4,即4发4收,具体天线端口为1000~1003。
本发明提出了一种用于5G系统PDSCH的估计方法,如图3所示,该方法步骤包括:
S1:获取PDSCH中的导频信号;
S2:采用LS方法求取导频位置的信道频域响应;
S3:在LS信道估计的边界子载波上镜像扩展信道频域响应,扩展后的总长度M1为2的整数次幂;
S4:对镜像扩展后的信道频域响应做M1点IFFT变换,使信号由频域变换到时域,然后进行降噪处理;
S5:对降噪后的响应值做M1点FFT变换,使信号再由时域变换到频域;
S6:从降噪后的M1个信道频域响应值中选取导频点的频域响应值,完成导频位置的信道估计;
S7:根据导频位置的信道估计结果,并结合线性插值法求取数据位置的估计值,完成信道估计;
其中,PDSCH表示物理下行共享信道,IFFT表示快速傅里叶逆变换,FFT表示快速傅里叶变换。
根据3GPP最新协议标准规定的导频生成序列以及映射方案,采用LS方法计算导频位置的信道响应值,其主要的步骤包括:
S11:确定导频DMRS位置信号,导频DMRS的生成公式为:
其中,表示PDSCH信道中DMRS的功率比例因子,Sk,l表示一个Gold序列,由两个M序列产生,wf(k′),(k′=0,1)为频域码分序列值,wt(l′),(l′=0)表示时域码分序列值,上标“p”表示天线端口索引号;
当天线端口是1000时,wf(0)=+1,wf(1)=+1,wt(0)=+1;
当天线端口是1001时,wf(0)=+1,wf(1)=-1,wt(0)=+1;
当天线端口是1002时,wf(0)=+1,wf(1)=+1,wt(0)=+1;
当天线端口是1003时,wf(0)=+1,wf(1)=-1,wt(0)=+1;
l表示时域符号索引号,k=6n+k′+Δ(n=0,1,…)表示频域子载波索引号,Δ表示导频频域偏移值,天线端口是1000/1001或者是1002/1003时,Δ分别为0和1,即1000和1001天线上的导频占用相同时频位置,1002和1003天线上的导频占用相同时频位置。
S12:在接收端接收信号,接收的信号为:
其中,k表示频域子载波的索引号,l表示时域符号索引号,上标“p”表示天线端口号,表示第k个子载波第l个符号上导频位置的接收信号,表示第k个子载波第l个符号上导频位置的发送信号,表示第k个子载波第l个符号上导频位置的信号估计值,Wk,l表示第k个子载波第l个符号上导频位置的噪声分量。
HP,LS=(XHX)-1XHY=X-1Y
其中,上标“-1”表示求逆,下标“p”表示导频点。
在LS信道估计的边界子载波上镜像扩展信道频域响应以减轻能量泄漏效应,并使其扩展后的总长度M1满足2的整数次幂,以便高效的快速傅里叶变换的实现,其主要包括:
步骤1:根据原始信号长度确定需要镜像扩展的长度;
步骤3:对信号进行镜像扩展处理,镜像扩展后第一频域响应等于第S个初始响应,镜像扩展后第二个频域响应等于第S-1个初始响应,镜像扩展后的第k个频域响应等于第S-k+1个初始响应;根据这个过程得到整个信道频域扩展结果;
镜像扩展信道频域响应的公式为:
对镜像扩展后的信道频域响应做M1点IFFT变换,使其由频域变换到时域,然后再进行降噪处理,其主要包括:
先进行IFFT变换:
然后进行去噪处理:
其中,表示单边信道的时域信号,表示整个信道的时域信号,H(k)表示镜像扩展信道频域响应,m表示信道冲击响应所对应的索引号,k表示信道频域响应镜像扩展后所对应的索引号,N表示子载波个数,Ncp表示子载波循环前缀的长度,L1表示单边降噪保留的冲击响应。
对降噪后的响应值做M1点FFT变换使其再次变换到频域上,最后从降噪后的M1个信道频域响应值中选出最终的导频点处的频域响应值,完成导频位置的信道估计,其主要包括:
首先进行FFT变换:
然后进行提取处理,从降噪后的M1个信道频域响应中获得最终的M个信道频域响应值:
HP(k1)=HDFT(k),S≤k≤M+S-1,0≤k1≤M-1
其中,HP(k1)表示完成导频位置的信道估计,HDFT(k)表示频域信号响应,k表示信道频域响应镜像扩展后所对应的索引号,k1表示转换为频域后对应的索引号,M表示导频子载波个数。
进一步的,利用线性插值计算数据位置的估计值,完成信道估计。
线性插值的原理是通过前后导频处的信道估计值线性计算出两个导频子载波之间的数据(非导频)子载波处的信道冲激响应值,即将两个已知信道信息位置之间的信道频域响应(CFR)看成一条直线,那么该直线上的数值就是待估计位置上的CFR。其公式如下:
其中,i、j表示相邻两个参考信号所在符号的索引号,参数k,l分别表示待估计的时频域位置,li、lj表示相邻导频所在位置的符号,Hp(k,li)表示待估计位置前后邻近导频位置处的信道响应,H(k,l)表示待估计位置上的信道响应。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种用于5G系统PDSCH的估计方法,其特征在于,所述方法步骤包括:
S1:获取PDSCH中的导频信号;
S2:采用LS方法求取导频位置的信道频域响应;
S3:在LS信道估计的边界子载波上镜像扩展信道频域响应,扩展后总长度M1为2的整数次幂;
S4:对镜像扩展后的信道频域响应做M1点IFFT变换,使信号由频域变换到时域,然后进行降噪处理;
S5:对降噪后的响应值做M1点FFT变换,使信号再由时域变换到频域;
S6:从降噪后的M1个信道频域响应值中选取导频点的频域响应值,完成导频位置的信道估计;
S7:根据导频位置的信道估计结果,并结合线性插值法求取数据位置的估计值,完成信道估计;
其中,PDSCH表示物理下行共享信道,IFFT表示快速傅里叶逆变换,FFT表示快速傅里叶变换。
9.根据权利要求1所述的一种用于5G系统PDSCH的估计方法,其特征在于,从降噪后的M1个信道频域响应值中选取导频点的频域响应值,完成导频位置的信道估计:
HP(k1)=HDFT(k),S≤k≤M+S-1,0≤k1≤M-1
其中,HP(k1)表示完成导频位置的信道估计,HDFT(k)表示频域信号响应,k表示信道频域响应镜像扩展后所对应的索引号,k1表示转换为频域后对应的索引号,M表示导频子载波个数。
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