CN112637095B - 一种5g联合信道估计方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种5G联合信道估计方法及系统，包括：步骤1，计算信道相关矩阵；步骤2，根据信道相关矩阵计算联合信道滤波器系数矩阵；步骤3，计算De‑PN序列；步骤4，根据联合信道滤波器系数矩阵和De‑PN序列进行信道估计滤波。本发明采用联合信道估计技术，不需要假定OCC子载波信道相同，通过联合滤波矩阵可以准确的估计出每个子载波的信道，跟踪上信道相位变化；还可以计算出所有OCC子载波的信道估计值，不需要通过插值获得导频处的信道估计值，减少信道波动。

Description

一种5G联合信道估计方法及系统
技术领域
本发明涉及5G通信领域，具体地，涉及一种5G联合信道估计方法及系统。
背景技术
下行DMRS采用时频OCC码区分不同port。传统信道估计方法假定OCC子载波信道相同，先通过解OCC计算出各port的粗信道估计值，再分别对每个port进行滤波降噪，复杂度较高，各port之间存在相互干扰，并且当接收信号存在定时、频率偏差等非理想因素时，OCC子载波信道相位不能假定相同，采用传统方法，信道估计存在偏差，影响解调性能。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种5G联合信道估计方法及系统。
根据本发明的一个方面，提供了一种5G联合信道估计方法，包括如下步骤：
步骤1：计算信道相关矩阵；
步骤2：根据信道相关矩阵计算联合信道滤波器系数矩阵；
步骤3：计算De-PN序列；
步骤4：根据联合信道滤波器系数矩阵和De-PN序列进行信道估计滤波。
优选地，在所述步骤1中，时频域相关矩阵由QCL关联信道统计获得，或者根据信道时延扩展和Doppler扩展采用经验公式计算获得，分别记为Rtt和Rff。
优选地，在所述步骤2中，假定1个slot中配置L个DMRS符号，频域bundle内有N个DMRS子载波，时域OCC码记为Wt，频域OCC码记为Wf，Wt和Wf为行向量，子相关性矩阵为
Figure BDA0002840970130000011
Figure BDA0002840970130000012
I2＝eye(2)*2 公式3
联合相关性矩阵
Figure BDA0002840970130000021
Figure BDA0002840970130000022
二维联合滤波系数矩阵
Figure BDA0002840970130000023
对
Figure BDA0002840970130000024
和
Figure BDA0002840970130000025
进行SVD分解：
Figure BDA0002840970130000026
Figure BDA0002840970130000027
将式公式7和公式8代入公式6中，公式6右侧求逆矩阵记为Q
Figure BDA0002840970130000028
将
Figure BDA0002840970130000029
记为Λ，若已计算SNR值，则矩阵求逆可以简化为倒数计算
Figure BDA00028409701300000210
将
Figure BDA00028409701300000211
记为U，则公式9可以进一步化简
Figure BDA00028409701300000212
式(1-6)化简后
Figure BDA00028409701300000213
优选地，接收导频信号与本地PN序列共轭点乘，获得各port粗信道叠加值，y为接收信号，d为本地PN序列
Hraw＝y*dH。
优选地，采用二维JCE滤波，对步骤4中的Hraw进行二维滤波，分离出各port的信道估计值，port的OCC码记为Wp
Hraw＝Hraw.*W(p)
Hflt＝Wmmse*Hraw。
根据本发明的另一个方面，提供了一种5G联合信道估计系统，包括如下模块：
模块M1：计算信道相关矩阵；
模块M2：根据信道相关矩阵计算联合信道滤波器系数矩阵；
模块M3：计算De-PN序列；
模块M4：根据联合信道滤波器系数矩阵和De-PN序列进行信道估计滤波。
优选地，在所述模块M1中，时频域相关矩阵由QCL关联信道统计获得，或者根据信道时延扩展和Doppler扩展采用经验公式计算获得，分别记为Rtt和Rff。
优选地，在所述模块M2中，假定1个slot中配置L个DMRS符号，频域bundle内有N个DMRS子载波，时域OCC码记为Wt，频域OCC码记为Wf，Wt和Wf为行向量，子相关性矩阵为
Figure BDA0002840970130000031
Figure BDA0002840970130000032
I2＝eye(2)*2 公式3
联合相关性矩阵
Figure BDA0002840970130000033
Figure BDA0002840970130000034
二维联合滤波系数矩阵
Figure BDA0002840970130000035
对
Figure BDA0002840970130000036
和
Figure BDA0002840970130000037
进行SVD分解：
Figure BDA0002840970130000038
Figure BDA0002840970130000039
将式公式7和公式8代入公式6中，公式6右侧求逆矩阵记为Q
Figure BDA00028409701300000310
将
Figure BDA0002840970130000041
记为Λ，若已计算SNR值，则矩阵求逆可以简化为倒数计算
Figure BDA0002840970130000042
将
Figure BDA0002840970130000043
记为U，则公式9可以进一步化简
Figure BDA0002840970130000044
式(1-6)化简后
Figure BDA0002840970130000045
优选地，接收导频信号与本地PN序列共轭点乘，获得各port粗信道叠加值，y为接收信号，d为本地PN序列
Hraw＝y*dH。
优选地，采用二维JCE滤波，对模块M4中的Hraw进行二维滤波，分离出各port的信道估计值，port的OCC码记为Wp
Hraw＝Hraw.*W(p)
Hflt＝Wmmse*Hraw。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明在系统存在定时、频偏场景下，可以有效解决有偏信道估计问题，并且复杂度适中，有利于嵌入式平台的开发，并应用到实际项目中；
2、本发明省去解OCC过程，直接对去PN序列后的信号进行联合滤波，减少运算环节，降低实现复杂度；
3、本发明采用联合信道估计技术，不需要假定OCC子载波信道相同，通过联合滤波矩阵可以准确的估计出每个子载波的信道，跟踪上信道相位变化；
4、本发明可以计算出所有OCC子载波的信道估计值，不需要通过插值获得导频处的信道估计值，减少信道波动。
附图说明
通过阅读参照以下附图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为本发明的方法流程图；
图2为系统残留小频偏时传统方法解调星座图；
图3为系统残留小频偏时JCE方法解调星座图；
图4为系统残留定时偏差时传统方法解调星座图；
图5为系统残留定时偏差时JCE方法解调星座图；
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
在本实施例中，根据本发明提供的5G联合信道估计方法，方法流程图如图1所示，UE接收信号增加定时、频率偏差，可以采用本文描述方法进行信道估计。根据QCL关系直接计算信道相关矩阵，或者计算信道大尺度参数(时延扩展和多普勒扩展)，然后通过经验公式计算信道相关矩阵。抽取子相关矩阵Rsub进行SVD分解，计算矩阵U、D和R，进而获得矩阵Q，最后将矩阵Q与降采样后的R相乘，获得JCE滤波系数Wmmse。将接收导频信号与本地PN序列共轭相乘，再乘以port的OCC码，然后通过JCE滤波计算出该port的信道估计值。
当应用AWGN信道，SNR＝30dB，系统残留400Hz频偏，采用传统信道估计和JCE信道估计，解调星座图如图2和3所示。
当应用AWGN信道，SNR＝30dB，定时偏差48个sample(122.88M采样率)，采用传统信道估计和JCE信道估计，解调星座图如图4和5所示。
从图2和3可知，当系统残留小频偏时，采用传统信道估计，解调星座图会发生旋转，影响解调性能；采用JCE信道估计，解调星座图不受频偏影响。
从图4和5可知，当系统残留定时偏差时，采用传统信道估计，解调星座图也会发生旋转，影响解调性能；采用JCE信道估计，解调星座图不受定时偏差影响。
本发明还提供了一种5G联合信道估计系统，包括如下模块：模块M1：计算信道相关矩阵；模块M2：根据信道相关矩阵计算联合信道滤波器系数矩阵；模块M3：计算De-PN序列；模块M4：根据联合信道滤波器系数矩阵和De-PN序列进行信道估计滤波。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种5G联合信道估计方法，其特征在于，包括：
步骤1：计算信道相关矩阵；
步骤2：根据信道相关矩阵计算联合信道滤波器系数矩阵；
步骤3：计算De-PN序列；
步骤4：根据联合信道滤波器系数矩阵和De-PN序列进行信道估计滤波；
在所述步骤1中，时频域相关矩阵由QCL关联信道统计获得，或者根据信道时延扩展和Doppler扩展 采用经验公式计算获得，分别记为Rtt和Rff；
在所述步骤2中，假定1个slot中配置L个DMRS符号，频域bundle内有N个DMRS子载波，时域OCC码记为Wt，频域OCC码记为Wf，Wt和Wf为行向量，子相关性矩阵为
Figure FDA0003762944490000011
Figure FDA0003762944490000012
I2＝eye(2)*2 公式3
I2表示对角线元素为2的2阶单位矩阵I；
联合相关性矩阵
Figure FDA0003762944490000013
Figure FDA0003762944490000014
H表示Wt的转置；
二维联合滤波系数矩阵
Figure FDA0003762944490000015
SNR为信噪比；
对
Figure FDA0003762944490000016
和
Figure FDA0003762944490000017
进行SVD分解：
Figure FDA0003762944490000018
Figure FDA0003762944490000019
Ut为艾米特矩阵，Λt为对角矩阵，对角线元素为
Figure FDA00037629444900000110
的特征值，Uf为艾米特矩阵，Λf为对角矩阵，对角线元素为
Figure FDA00037629444900000111
的特征值；
将式公式7和公式8代入公式6中，公式6右侧求逆矩阵记为Q
Figure FDA0003762944490000021
将
Figure FDA0003762944490000022
记为Λ，若已计算SNR值，则矩阵求逆可以简化为倒数计算
Figure FDA0003762944490000023
将
Figure FDA0003762944490000024
记为U，则公式9可以进一步化简
Figure FDA0003762944490000025
Figure FDA0003762944490000026
表示时频域克罗内克积后的埃米特矩阵，D为加上信噪比后的对角矩阵；化简后的得到
Figure FDA0003762944490000027
2.根据权利要求1所述的5G联合信道估计方法，其特征在于，接收导频信号与本地PN序列共轭点乘，获得各port粗信道叠加值，y为接收信号，d为本地PN序列
Hraw＝y*dH
Hraw表示粗信道估计值。
3.根据权利要求2所述的5G联合信道估计方法，其特征在于，采用二维JCE滤波，对步骤4中的Hraw进行二维滤波，分离出各port的信道估计值，port的OCC码记为Wp
Hraw＝Hraw.*Wp
Hflt＝Wmmse*Hraw
Hflt表示滤波后的信道估计值。
4.一种5G联合信道估计系统，其特征在于，包括：
模块M1：计算信道相关矩阵；
模块M2：根据信道相关矩阵计算联合信道滤波器系数矩阵；
模块M3：计算De-PN序列；
模块M4：根据联合信道滤波器系数矩阵和De-PN序列进行信道估计滤波；
在所述模块M1中，时频域相关矩阵由QCL关联信道统计获得，或者根据信道时延扩展和Doppler扩展采用经验公式计算获得，分别记为Rtt和Rff；
在所述模块M2中，假定1个slot中配置L个DMRS符号，频域bundle内有N个DMRS子载波，时域OCC码记为Wt，频域OCC码记为Wf，Wt和Wf为行向量，子相关性矩阵为
Figure FDA0003762944490000031
Figure FDA0003762944490000032
I2＝eye(2)*2 公式3
I2表示对角线元素为2的2阶单位矩阵I；
联合相关性矩阵
Figure FDA0003762944490000033
Figure FDA0003762944490000034
H表示Wt的转置；
二维联合滤波系数矩阵
Figure FDA0003762944490000035
SNR为信噪比；
对
Figure FDA0003762944490000036
和
Figure FDA0003762944490000037
进行SVD分解：
Figure FDA0003762944490000038
Figure FDA0003762944490000039
Ut为艾米特矩阵，Λt为对角矩阵，对角线元素为
Figure FDA00037629444900000310
的特征值，Uf为艾米特矩阵，Λf为对角矩阵，对角线元素为
Figure FDA00037629444900000311
的特征值；
将式公式7和公式8代入公式6中，公式6右侧求逆矩阵记为Q
Figure FDA00037629444900000312
将
Figure FDA00037629444900000313
记为Λ，若已计算SNR值，则矩阵求逆可以简化为倒数计算
Figure FDA0003762944490000041
将
Figure FDA0003762944490000042
记为U，则公式9可以进一步化简
Figure FDA0003762944490000043
Figure FDA0003762944490000044
表示时频域克罗内克积后的埃米特矩阵，D为加上信噪比后的对角矩阵；化简后得到
Figure FDA0003762944490000045
5.根据权利要求4所述的5G联合信道估计系统，其特征在于，接收导频信号与本地PN序列共轭点乘，获得各port粗信道叠加值，y为接收信号，d为本地PN序列
Hraw＝y*dH
Hraw表示粗信道估计值。
6.根据权利要求5所述的5G联合信道估计系统，其特征在于，采用二维JCE滤波，对模块M4中的Hraw进行二维滤波，分离出各port的信道估计值，port的OCC码记为Wp
Hraw＝Hraw.*Wp
Hflt＝Wmmse*Hraw
Hflt表示滤波后的信道估计值。
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