CN112737988B - 一种信道估计方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例涉及通信技术领域，特别涉及一种信道估计方法、装置、电子设备及存储介质，该方法包括：确定导频数据的导频信道估计值；判断相邻导频数据间的业务数据的幅度和/或相位是否发生变化，若是则拆分所述导频信道估计值，得到幅度估计值和相位估计值；根据所述幅度估计值和所述相位估计值进行滤波合并，得到平滑后的导频信道估计值。通过提取射频系统的反馈信息，即在信号增益控制时导致的信号幅度和/或相位是否变化，根据该变化量对导频信道估计值中的幅度估计值和相位估计值进行平滑处理，以能够适应长期平均抑制噪声的信道估计，保证了信道估计的准确性。

Description

一种信道估计方法、装置、电子设备及存储介质
技术领域
本申请实施例涉及通信技术领域，特别涉及一种信道估计方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
信道估计就是从接收数据中估计从发射端到接收端之间的无线通信链路的增加模型参数，即该信道模型的时域或频域冲激响应，是无线通信中的关键技术之一，对于OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)系统来说，就是估计每个符号或每个子载波的时域响应或频域响应。一般采用基于导频辅助调制的信道估计方法，在发送端的适当位置插入导频数据，在接收端通过接收到的导频数据来估计导频信道的信息，然后再利用插值算法来获取整个数据信道的信息，即利用前后相邻2个导频数据的信道响应，计算出处于它们之前的数据子载波上的信道响应。
LS(Least Square，最小二乘)方法的基本原理就是使接收信号和无噪声数据之差的平方达到最小，假设发射信号是X(i)，信道传输函数是H(i)，接收端接收到的信号是Y(i)，那么就有这个等式Y(i)＝X(i)H(i)+n，n为噪声，令X(i)X(i)*＝1，则有 的数学特征和n相同，信道估计中的LS方法是最基本且常用的算法，其可以得到单个点的带有噪声的信道估计，在相对长期做平均抑制噪声的系统中，由于导频数据不仅仅会受信道的幅度和相位的影响，还会受到信号增益控制的影响，这会导致信道估计存在较大的误差，不能准确、有效的保证信道估计的正确性。
发明内容
本发明实施方式的目的在于提供一种信道估计方法、电子设备及存储介质，解决了现有技术中信道估计方法未考虑信号增益控制的影响，导致信道估计存在较大的误差，不能准确、有效的保证信道估计的正确性的问题。
为解决上述技术问题，第一方面，本发明的实施例提供了一种信道估计方法，包括：
确定导频数据对应的导频信道估计值；
确定导频数据的导频信道估计值；
判断相邻导频数据间的业务数据的幅度和/或相位是否发生变化，若是则拆分所述导频信道估计值，得到幅度估计值和相位估计值；
根据所述幅度估计值和所述相位估计值进行滤波合并，得到平滑后的导频信道估计值。
第二方面，本发明实施例提供了一种信道估计装置，包括：
导频信道估计模块，用于确定导频数据对应的导频信道估计值；
滤波重置模块，用于判断相邻导频数据间的业务数据的幅度和/或相位是否发生变化，若是则拆分所述导频信道估计值，得到幅度估计值和相位估计值；
滤波合并模块，用于根据所述幅度估计值和所述相位估计值进行滤波合并，得到平滑后的导频信道估计值。
第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如本发明第一方面实施例所述信道估计方法的步骤。
第四方面，本发明实施例还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如本发明第一方面实施例所述信道估计方法的步骤。
本发明实施方式相对于现有技术而言，通过提取射频系统的反馈信息，即在信号增益控制时导致的信号幅度和/或相位的是否，根据该变化反馈对导频信道估计值中的幅度估计值和相位估计值进行平滑处理，以能够适应长期平均抑制噪声的信道估计，保证了信道估计的准确性。
另外，所述确定导频数据对应的导频信道估计值，具体包括：
对接收数据进行解调，分离出导频子载波上的导频接收数据，根据所述导频子载波的所述导频接收数据和采用的导频数据确定所述导频数据的导频信道估计值，得到导频信道估计值的幅度估计值和相位估计值。
通过预设间隔设定导频子载波，在该导频子载波上加载导频数据，并在接收数据中根据该导频子载波的位置提取导频数据对应的导频接收数据，由于导频数据是已知的，因此可以根据导频数据和导频接收数据的幅度、相位关系，确定导频数据对应的导频信道估计值，即导频数据对应信道的幅度估计值和相位估计值，能够较大程度复原发送端发送的原信号。
另外，所述判断相邻导频数据间的业务数据的幅度和/或相位是否发生变化，具体包括：
监测射频系统中用于调整幅度变化的前端设备；所述前端设备包括低噪声放大器、模拟混频器、数字增益控制器和数字滤波器；
其中，所述低噪声放大器和所述模拟混频器用于控制业务数据的幅度和相位发送变化，所述数字增益控制器和/所述数字滤波器用于控制业务数据的幅度发生变化；
根据所述前端设备的状态判断相邻导频数据间的业务数据的幅度和/或相位是否发生变化。
另外，所述得到平滑后的导频信道估计值后，还包括：
根据插值法，通过前后两个导频数据的导频信道估计值确定两个导频数据之间业务数据的业务信道估计值。
另外，所述滤波重置模块包括相位寄存器和幅度寄存器，所述相位寄存器连接低噪声放大器和模拟混频器，并判断相邻导频数据间的业务数据的相位是否发生变化；所述幅度寄存器连接低噪声放大器、模拟混频器、数字增益控制器和数字滤波器，并判断相邻导频数据间的业务数据的幅度是否发生变化；其中，所述低噪声放大器和所述模拟混频器用于控制业务数据的幅度和相位发送变化，所述数字增益控制器和/所述数字滤波器用于控制业务数据的幅度发生变化。
另外，所述导频信道估计模块连接物理层接收机的数据入口，用于对接收数据进行解调，分离出导频子载波上的导频接收数据，根据所述导频子载波的所述导频接收数据和所述导频子载波上采用的导频数据确定所述导频数据对应的导频信道估计值。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是根据本发明第一实施例的一种信道估计方法流程图；
图2是根据本发明实施例相位变化量和幅度变化量提取流程示意图；
图3是根据本发明第二实施例的一种信道估计装置结构框图；
图4是根据本发明第三实施例的一种电子设备结构框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本发明的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。
本申请实施例中的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本申请的描述中，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列部件或单元的系统、产品或设备没有限定于已列出的部件或单元，而是可选地还包括没有列出的部件或单元，或可选地还包括对于这些产品或设备固有的其它部件或单元。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在以NB-IoT(Narrow Band Internet of Things，窄带物联网)为代表的窄带系统接收机通常需要长时间的收集信道信息进行合并以进行噪声抑制，在这个过程中无线信道的特征可以认为是静态或者慢衰落的，导频数据不仅仅会受信道的幅度和相位的影响，还会受到信号增益控制的影响，这最终会导致信道估计存在较大的误差，不能准确、有效的保证信道估计的正确性。
因此，本发明实施例提供一种信道估计方法、装置、电子设备及存储介质，应用于NB-IoT，通过提取射频系统的反馈信息，即在信号增益控制时导致的信号幅度或相位变化，根据该变化对导频信道估计值中的幅度估计值和相位估计值进行滤波重置，以能够适应长期平均抑制噪声的信道估计，保证了信道估计的准确性。以下将通过多个实施例进行展开说明和介绍。
本发明的第一实施例涉及一种信道估计方法。具体流程如图1中所示，包括：
步骤S1、确定导频数据对应的导频信道估计值；
本实施例中，对接收数据进行解调，分离出导频子载波上的导频接收数据，根据所述导频子载波的所述导频接收数据和采用的导频数据确定所述导频数据的导频信道估计值，得到导频信道估计值的幅度估计值和相位估计值。
具体地，根据LS法获得信道估计值，对于一般的OFDM(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing，正交频分复用技术)系统，有：
y＝hp+n
其中，y表示接收机端的频域数据，即导频子载波上的接收数据，h表示频域信道(在这里是未知量)，p表示导频数据(导频序列在接收机认为已知)，n为加性(高斯)噪声。
在接收机侧的处理为：
yp*＝hpp*+np*
考虑到导频数据的设计特征，有pp*＝1；因此，可以得到LS信道估计值：
其中，的数学特征和n相同。
步骤S2、判断相邻导频数据间的业务数据的幅度和/或相位是否发生变化，若是则拆分所述导频信道估计值，得到幅度估计值和相位估计值；
具体地，窄带系统接收机通常需要长时间的收集信道信息进行合并以实现噪声抑制，在这个过程中无线信道的特征可以认为是静态或者慢衰落的，而在信道过程中接收机通常会使用AGC(Automatic Gain Control，自动增益控制)来把基带信号电平调整到合适的位置，而具体的AGC调整则可能会导致在基带传来信号的幅度或者相位发生变化，本实施例中，通过接收射频系统中，会影响业务数据的幅度和/或相位的设备的控制指令，以根据该控制指令确定对应的幅度变化和相位变化，具体地，如图2中所示，这些设备分布在射频前端和数字前端，分布在射频前端的设备包括低噪声放大器(Low Noise Amplifier，LNA)和模拟混频器(Mixer)，分布在数字前端的有数字增益控制器(Gain)和数字滤波器(Filter)。其中，低噪声放大器负责放大模拟接收信号，其一般会有多个增益调节档位，一定会影响到等效信道幅度的连续性；除某些特殊设计，一般情况下会影响到相位的连续性；所述模拟混频器，负责接收端下变频，可能会影响到相位和幅度，取决于实现方式；所述数字增益控制器数为字部分(等效)增益，其一定会影响幅度，不会影响相位；所述数字滤波器为链路的总体(等效)增。
步骤S3、根据所述幅度估计值和所述相位估计值进行滤波合并，得到平滑后的导频信道估计值。
具体地，在时间方向上对幅度估计值和相位估计值进行长期合并滤波，得到前或后相邻导频数据修正后的导频信道估计值。
本实施例中的滤波合并算法，例如alpha-beta filter，moving average filter等，具体地，先是转换部分的基本原理：
对于任意一个x∈C均可写成：
x＝a+bi＝Aeiω
其中：
a,b∈R
A∈R+
ω∈[0,2π]
下面的两种映射关系：
a,b＝f(A,ω)
A,ω＝f-1(a,b)
分别对应上述滤波合并和拆分的数学含义。
得到修正后的导频信道估计值后，可以利用插值法，通过前后两个导频数据的导频信道估计值确定两个导频数据之间业务数据的业务信道估计值。
本实施例中的滤波合并算法可以是alpha-beta滤波或移动平均滤波，本实施例中不做限定。
上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。
本发明第二实施涉及一种信道估计装置，基于上述实施例中的信道估计方法，包括：
导频信道估计模块10，用于确定导频数据对应的导频信道估计值；
具体地，通过对接收数据进行解调，分离出导频子载波上的导频接收数据，根据所述导频子载波的所述导频接收数据和采用的导频数据确定所述导频数据的导频信道估计值，得到导频信道估计值的幅度估计值和相位估计值。
其中，Receiver FIFO是物理层接收机的数据入口，逻辑上是一个FIFO buffer先进先出缓冲器，在典型信道估计的上下文中认为物理层的时偏和频偏均由其他模块妥善处理过。
滤波重置模块20，用于判断相邻导频数据间的业务数据的幅度和/或相位是否发生变化，若是则拆分所述导频信道估计值，得到幅度估计值和相位估计值；
具体地，窄带系统接收机在长时间的收集信道信息进行合并以实现噪声抑制，由于带宽窄，信道特征慢变，在这个过程中无线信道的特征可以认为是静态或者慢衰落的，而在信道过程中接收机通常会使用AGC(Automatic Gain Control，自动增益控制)来把基带信号电平调整到合适的位置，而具体的AGC调整则可能会导致在基带传来信号的幅度或者相位发生变化，本实施例中，通过接收射频系统中，会影响业务数据的幅度和/或相位的设备的控制指令，以根据该控制指令确定对应的幅度和/或相位是否发生变化，具体地，这些设备分布在射频前端和数字前端，分布在射频前端的设备包括低噪声放大器(Low NoiseAmplifier，LNA)和模拟混频器(Mixer)，分布在数字前端的有数字增益控制器(Gain)和数字滤波器(Filter)。其中，低噪声放大器负责放大模拟接收信号，其一般会有多个增益调节档位，一定会影响到等效信道幅度的连续性；除某些特殊设计，一般情况下会影响到相位的连续性；所述模拟混频器，负责接收端下变频，可能会影响到相位和幅度，取决于实现方式；所述数字增益控制器数为字部分(等效)增益，其一定会影响幅度，不会影响相位；所述数字滤波器为链路的总体(等效)增益，其一定会影响幅度，不会影响相位。
所述滤波重置模块包括相位寄存器和幅度寄存器，所述相位寄存器连接低噪声放大器和模拟混频器，并判断相邻导频数据间的业务数据的相位是否发生变化；所述幅度寄存器连接低噪声放大器、模拟混频器、数字增益控制器和数字滤波器，并判断相邻导频数据间的业务数据的幅度是否发生变化；其中，所述低噪声放大器和所述模拟混频器用于控制业务数据的幅度和相位发送变化，所述数字增益控制器和/所述数字滤波器用于控制业务数据的幅度发生变化。
所述滤波重置模块20包括相位变化确定单元201、幅度变化确定单元202和拆分单元203；
所述相位变化确定单元201连接相位寄存器；
所述幅度变化确定单元202连接幅度寄存器；
所述拆分单元203，用于接收所述导频信道估计模块10输出的导频信道估计值，并拆分得到幅度估计值和相位估计值。
所述滤波合并模块30，用于在时间方向上对所述幅度估计值和所述相位估计值进行滤波合并，得到平滑后的导频信道估计值；
业务信道估计模块40，用于根据相邻两个所述导频数据的导频信道估计值确定相邻两个所述导频数据间业务数据的业务信道估计值。
本实施例中的滤波合并算法，例如alpha-beta filter，moving average filter等，具体地，先是转换部分的基本原理：
对于任意一个x∈C均可写成：
x＝a+bi＝Aeiω
其中：
a,b∈R
A∈R+
ω∈[0,2π]
下面的两种映射关系：
a,b＝f(A,ω)
A,ω＝f-1(a,b)
分别对应上述滤波合并模块和拆分单元的数学含义。
本发明第三实施例涉及一种电子设备，如图4所示，包括处理器(processor)810、通信接口(Communications Interface)820、存储器(memory)830和通信总线840，其中，处理器810，通信接口820，存储器830通过通信总线840完成相互间的通信。处理器810可以调用存储器830中的逻辑指令，以执行如上述各实施例所述信道估计方法的步骤。例如包括：
步骤S1、确定导频数据对应的导频信道估计值；
步骤S2、判断相邻导频数据间的业务数据的幅度和/或相位是否发生变化，若是则拆分所述导频信道估计值，得到幅度估计值和相位估计值；
步骤S3、根据所述幅度估计值和所述相位估计值进行滤波合并，得到平滑后的导频信道估计值。
其中，存储器和处理器采用通信总线方式连接，通信总线可以包括任意数量的互联的总线和桥，通信总线将一个或多个处理器和存储器的各种电路连接在一起。总线还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路连接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口在通信总线和收发机之间提供接口。收发机可以是一个元件，也可以是多个元件，比如多个接收器和发送器，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。经处理器处理的数据通过天线在无线介质上进行传输，进一步，天线还接收数据并将数据传送给处理器。
处理器负责管理总线和通常的处理，还可以提供各种功能，包括定时，外围接口，电压调节、电源管理以及其他控制功能。而存储器可以被用于存储处理器在执行操作时所使用的数据。
本发明第四实施例涉及一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序。计算机程序被处理器执行时实现如上述各实施例所述信道估计方法的步骤。例如包括：
步骤S1、确定导频数据对应的导频信道估计值；
步骤S2、判断相邻导频数据间的业务数据的幅度和/或相位是否发生变化，若是则拆分所述导频信道估计值，得到幅度估计值和相位估计值；
步骤S3、根据所述幅度估计值和所述相位估计值进行滤波合并，得到平滑后的导频信道估计值。
即，本领域技术人员可以理解，实现上述实施例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，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (7)

1.一种信道估计方法，其特征在于，应用于采用自动增益控制的射频系统，所述方法包括：
确定导频数据对应的导频信道估计值；
判断相邻导频数据间的业务数据的幅度和/或相位是否发生变化，若是则拆分所述导频信道估计值，得到幅度估计值和相位估计值；
根据所述幅度估计值和所述相位估计值进行滤波合并，得到平滑后的导频信道估计值；
所述判断相邻导频数据间的业务数据的幅度和/或相位是否发生变化，具体包括：
监测射频系统中用于调整幅度变化的前端设备；所述前端设备包括低噪声放大器、模拟混频器、数字增益控制器和数字滤波器；
其中，所述低噪声放大器和所述模拟混频器用于控制业务数据的幅度和相位发送变化，所述数字增益控制器和/所述数字滤波器用于控制业务数据的幅度发生变化；
根据所述前端设备的状态判断相邻导频数据间的业务数据的幅度和/或相位是否发生变化。
2.根据权利要求1所述的信道估计方法，其特征在于，所述确定导频数据对应的导频信道估计值，具体包括：
对接收数据进行解调，分离出导频子载波上的导频接收数据，根据所述导频子载波的所述导频接收数据和所述导频子载波上采用的导频数据确定所述导频信道估计值。
3.根据权利要求1所述的信道估计方法，其特征在于，所述得到平滑后的导频信道估计值后，还包括：
根据插值法，通过前后两个导频数据的导频信道估计值确定两个导频数据之间业务数据的业务信道估计值。
4.一种信道估计装置，其特征在于，应用于采用自动增益控制的射频系统，所述装置包括：
导频信道估计模块，用于确定导频数据对应的导频信道估计值；
滤波重置模块，用于判断相邻导频数据间的业务数据的幅度和/或相位是否发生变化，若是则拆分所述导频信道估计值，得到幅度估计值和相位估计值；
所述滤波重置模块包括相位寄存器和幅度寄存器，所述相位寄存器连接低噪声放大器和模拟混频器，并判断相邻导频数据间的业务数据的相位是否发生变化；所述幅度寄存器连接低噪声放大器、模拟混频器、数字增益控制器和数字滤波器，并判断相邻导频数据间的业务数据的幅度是否发生变化；其中，所述低噪声放大器和所述模拟混频器用于控制业务数据的幅度和相位发送变化，所述数字增益控制器和/所述数字滤波器用于控制业务数据的幅度发生变化；
滤波合并模块，用于根据所述幅度估计值和所述相位估计值进行滤波合并，得到平滑后的导频信道估计值。
5.根据权利要求4所述的信道估计装置，其特征在于，所述导频信道估计模块连接物理层接收机的数据入口，用于对接收数据进行解调，分离出导频子载波上的导频接收数据，根据所述导频子载波的所述导频接收数据和所述导频子载波上采用的导频数据确定所述导频数据对应的导频信道估计值。
6.一种电子设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1至3任一项所述信道估计方法的步骤。
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至3任一项所述信道估计方法的步骤。
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