CN114124624A - 一种基于导频的信道估计方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于导频的信道估计方法及系统，方法包括步骤：补偿导频序列；获取窗长参数集合P2；获取窗长组合；频域信道估计：确定信道估计单元用于信道估计的子载波个数；提取对应信道估计单元的补偿导频序列后的频域接收数据；第一时延补偿；获得平均后的信道估计值；第二时延补偿；多个信道估计单元之间的信道估计值合并。本发明在最小二乘信道估计的基础上，通过频域上子载波信道合并的方式抑制噪声，提高信道估计的准确性，进而增加系统的吞吐性能；能够自适应的选择频域信道估计处理时联合的子载波的个数，从而适应了不同信道环境下的通信需求。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于导频的信道估计方法及系统。
背景技术
导频信号被广泛用于信道估计，考虑到计算复杂度的原因，最小二乘信道估计技术在实际系统中被广泛使用，具体原理如下：
实际系统为多载波通信，由于每个载波在信道估计的处理上是一样的，为简化分析，下面给出单个子载波上的接收信号模型定义：
Z＝H*S+N；
其中，Z为接收到的频域信号；S为发送信号；H为当前子载波上频域信道响应；N为加性噪声；
为了得到信道估计值Hhat，最小二乘信道估计法需要最小化以下函数
令代价函数的偏导数等于0，则可以获得信道估计的最小二乘解为
在目前LTE(Long Term Evolution,长期演进)及NR(New Radio，新空口)通信系统中，一般采用伪随机序列或低PAPR(Peak to Average Power Ratio，峰值平均功率比)作为导频序列，导频序列的每个子载波上的符号功率是功率归一化的，即||S||2＝1。因此将导频序列S的共轭补偿在接收信号Z上就实现了最小二乘法信道估计。
传统信道估计的准确性差，系统的吞吐性能低；无法自适应的选择频域信道估计处理时联合的子载波的个数，难以适应不同信道环境下的通信需求。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于导频的信道估计方法，在信号接收机中实现信道估计，包括如下步骤：
S1:补偿导频序列：
接收机通过参数集合P1生成导频序列，将导频序列取共轭，并按子载波依次与接收的导频数据相乘，得到补偿导频序列后的频域数据；
S2:获取窗长参数集合P2；
S3:获取窗长组合：接收机根据窗长参数集合P2，计算信道估计单元的个数N，然后计算出每个信道估计单元的窗长组合；
S4:频域信道估计：根据获得的窗长组合、补偿导频序列后的频域数据，接收机在每一个信道估计单元上，实施频域信道估计，频域信道估计包括如下步骤：
S41:确定信道估计单元用于信道估计的子载波个数Ncomb；
S42:提取对应信道估计单元的补偿导频序列后的频域接收数据；
S43:对提取出的频域接收数据的每个元素实施第一时延补偿，用于补偿时延带来的相位偏移，使得第一时延补偿后的各子载波都含有相同的时延带来的相位偏移；
S44:获得平均后的信道估计值：对于第一时延补偿后的数据，按照子载波维度实施权值累加的处理，获得该信道估计单元的平均信道估计值；
S45:第二时延补偿：对平均信道估计值，进行第二时延补偿，还原时延在频域上的相位偏移，输出该信道估计单元的信道估计值；
S46:多个信道估计单元之间的信道估计值合并：信道估计单元输出的信道估计值之间，如果存在子载波重叠，将重叠的信道估计值进行加权平均，然后输出最后的信道估计值；如果子载波没有重叠，每个信道估计单元输出的信道估计值就是最后的信道估计值。
优选的，所述一种基于导频的信道估计方法，还包括步骤：
S5:计算测量量：接收机基于信道估计值或接收信号，实施测量量的计算；
S6:迭代判决：接收机通过迭代判断单元，判断是否实施信道估计的迭代处理，如果实施迭代处理，则更新窗长获取窗长参数集合P2，重新执行S3～S5，获取新的窗长组合，并再次进行频域信道估计；如果不实施迭代处理，则信道估计结束，输出最后的信道估计值。
优选的，所述参数集合P1包含子帧号、port号、时隙号、OFDM符号位置中的一个或多个；窗长参数集合P2包含SINR估计值、接收信号功率估计值、MCS、调制方式、数据码率、layer数、历史SINR估计值、历史接收时刻在信道估计处理时使用的窗长组合中的一种或多种；
当上行信号传输和下行信号传输具有一定的信道互易性时，窗长参数集合P2包含从发射机获得能够反映信道质量的CQI、RI信息中的至少一种。
优选的，所述信道估计单元为由一个主窗、一个前辅窗、一个后辅窗组成的连续子载波，作为实施频域信道估计的基本单位；
窗定义为一组频域上的一组子载波，窗长为窗内子载波的个数；
窗的表示方式包括：
通过窗的起始子载波索引m0，窗的结束子载波索引m1，则窗长大小W＝(m1-m0+1)；或者通过窗的起始子载波索引m0，窗长大小W，则窗中的子载波索引为m0～(m0+W-1)；
其中，窗长组合包含了一个主窗长W00、一个前辅窗长W01、一个后辅窗长W02；主窗长是大于0的整数，前辅窗长和后辅窗长是大于或等于0的整数。
优选的，所述每个信道估计单元的窗长组合相同或者不同；假设i和j为信道估计单元的索引，第i个信道估计单元的窗长组合为主窗长W00(i)、前辅窗长W01(i)、后辅窗长W02(i)，第j个信道估计单元的窗长组合为主窗长W00(j)、前辅窗长W01(j)、后辅窗长W02(j)，W00(i)与W00(j)相等或者不相等，W01(i)与W01(j)相等或者不相等，W02(i)与W02(j)相等或者不相等。
优选的，所述信道估计单元的个数N定义为总的子载波个数Nsc，按照主窗长依次进行主窗的分割，分割出的主窗个数就是信道估计单元的个数，Nsc和主窗长满足，Nsc＝W00(1)+W00(2)+……+W00(i)+……+W00(N)，i为信道估计单元索引，i＝1,2,…,N；W00(i)为第i个信道估计单元的主窗长大小。
优选的，所述信道估计单元选择相同的主窗长时，主窗的分割包括：假设主窗长为W00，总的子载波个数Nsc能被W00整除时，N＝Nsc/W00；总的子载波个数Nsc不能被W00整除时，
表示向上取整，第N个信道估计单元的主窗长为[N-(N-1)*W00]；
其中，前辅窗位于主窗的前部，对应了一组位于主窗之前的连续子载波，前辅窗长W01为前辅窗内子载波的个数；后辅窗位于主窗的后部，对应了一组位于主窗之后的连续子载波，后辅窗长W02为后辅窗内子载波的个数。
优选的，所述第一时延补偿值为归一化时延值，以当前的系统的采样时间间隔Ts为单位，Ts＝1/deltaF/Nfft，Nfft为当前系统的IDFT/DFT变换的点数，deltaF为子载波间隔；时延估计值的获取，包括以下几种获取方式：
a.接收机在信道估计执行前计算出了时延估计值；
b.如果接收机记录了历史时延值，该历史时延值能够用于当前时刻的时延补偿，或者将该历史时延值作为时延判断器的参数，由时延判决器判断出当前时刻补偿的时延估计值；
c.时延估计值设置为0；
第一时延补偿的基准相位由接收机选择任意子载波作为时延偏移补偿的基准，所述基准不影响最后的信道估计值；
第二时延补偿的基准相位和第一时延补偿的基准为同一个子载波；
第二时延补偿输出的信道估计值对应的子载波个数和信道估计单元包含的子载波个数相同或者不同；假设信道估计单元包含的子载波由前辅窗W01、主窗W00、后辅窗W02组成，窗长大小记作[W01+W00+W02]；信道估计单元在第二时延补偿后的信道估计值对应的子载波分成前辅窗W03、主窗W04、后辅窗W05三个窗来指示，窗长大小记作[W03+W04+W05]，则主窗W04和主窗W00窗长大小相同，并且对应了相同的子载波；[W01+W00+W02]与[W03+W04+W05]相等或者不相等。
优选的，所述更新窗长获取窗长参数集合P2，更新窗长的参数来自测量量计算的测量量；
迭代判决的方式包括：固定实施迭代处理的次数与自适应选择是否迭代；
固定实施迭代处理的次数包括：定义最大迭代次数Nmax，如果执行的迭代次数达到Nmax次，则停止迭代，最后的信道估计值为第Nmax次迭代处理后输出的信道估计值。
自适应选择方法包括：设threshold1为SINR判断的高门限值，threshold2为SINR判断的低门限值，根据SINR大小所处的区间，用于选择窗长组合的大小；假设第n-1次选定的主窗长W00，第n-1次选定的前辅窗长W01，第n-1次选定的后辅窗长W02，第n次选定的主窗长W10，第n次选定的前辅窗长W11，第n次选定的后辅窗长W12，每次迭代时窗长组合的累加值有以下特征：
如果SINR>threshold1时，新选择的窗长组合累加值，比第n-1次选定的窗长组合累加值小，则满足，(W10+W11+W12)<(W00+W01+W02)；
如果SINR<threshold2时，新选择的窗长组合累加值，比初设的窗长组合累加值大，则满足，(W10+W11+W12)>(W00+W01+W02)；
如果threshold2<＝SINR<＝threshold1时，不选择新的窗长组合，不再迭代，信道估计处理结束。
一种基于导频的信道估计系统，其特征在于，包括：
信号接收单元，用于获得来自一个或者多个接收天线，以及一个或多个子载波上的第一接收信号集合；
信号提取单元，用于从第一接收信号集合中分离出用于信道估计的第二接收信号集合；
第一参数集合生成单元，用于生成参数集合P1；
第二参数集合生成单元，用于生成窗长参数集合P2；
导频序列生成单元，用于利用参数集合P1，生成导频序列集合；
导频序列补偿单元，用于补偿导频序列，得到补偿导频序列后的频域数据；
窗长集合判决单元，用于对窗长参数集合P2处理，获得窗长组合的集合，窗长组合的集合包括主窗长集合、前辅窗集合与后辅窗集合；
窗长选择单元，用于从窗长组合的集合中选择出一个或多个窗长组合，每个窗长组合包含了一个主窗长W00、一个前辅窗长W01、一个后辅窗长W02，选出的窗长组合被发送至处理单元；处理单元包括子载波计算单元、第二信号提取单元、第一时延补偿单元、平均信道估计单元与第二时延补偿单元；
子载波计算单元，用于计算信号联合处理时联合的子载波的个数；
第二信号提取单元，用于根据子载波的个数，从补偿导频序列后的频域数据中抽取数据，并送入第一时延补偿单元；
第一时延补偿单元，用于对第二信号提取单元抽取的数据实施时延补偿，补偿时延带来的相位偏移，使得第二信号提取单元抽取的数据中的每个元素具有相同的时延带来的相位偏移；
平均信道估计单元，用于对第一时延补偿单元输出的数据，按照子载波维度实施权值累加的处理，获得该处理单元的平均信道估计值，并发送至第二时延补偿单元；
第二时延补偿单元，用于还原时延在频域上的相位偏移，输出信道估计值；
信道估计值合并单元，用于多个信道估计单元之间的信道估计值合并；
信号接收单元通过信号提取单元与导频序列补偿单元相连；第一参数集合生成单元通过导频序列生成单元与导频序列补偿单元相连；导频序列补偿单元与窗长集合判决单元输入端相连；
第二参数集合生成单元与窗长集合判决单元输入端相连；
窗长集合判决单元、窗长选择单元、子载波计算单元、第二信号提取单元、第一时延补偿单元、平均信道估计单元、第二时延补偿单元、信道估计值合并单元依次相连。
优选的，所述一种基于导频的信道估计系统，还包括迭代判断单元与测量量计算模块；迭代判断单元用于判断是否实施信道估计的迭代处理；如果实施迭代处理，则通过测量量计算模块计算出测量量，将测量量返回至第二参数集合生成单元，实施迭代处理，否则，如果不实施迭代处理，结束；信道估计值合并单元、迭代判断单元、测量量计算模块、第二参数集合单元依次相连。
本发明的有益效果在于：本发明在最小二乘信道估计的基础上，通过频域上子载波信道合并的方式抑制噪声，提高信道估计的准确性，进而增加系统的吞吐性能；能够自适应的选择频域信道估计处理时联合的子载波的个数，从而适应了不同信道环境下的通信需求。
附图说明
图1是窗的划分流程图；
图2是信道估计单元及窗长的划分示意图；
图3是信道估计单元的处理流程；
图4是无迭代频域信道估计方法的流程图；
图5是有迭代频域信道估计方法的流程图；
图6是多个信道估计单元的加权合并示意图；
图7是包含SINR预估计的信道估计方法示意图；
图8是主窗分割示意图；
图9是主窗长相等时主窗分割示意图；
图10是和信道估计单元的窗长组合累加值一致的第二时延补偿后的信道估计值的子载波个数的示意图；
图11是主窗部分第二时延补偿后的信道估计值的子载波个数的示意图；
图12是小于信道估计单元的窗长组合累加值的第二时延补偿后的信道估计值的子载波个数；
图13是大于信道估计单元的窗长组合累加值的第二时延补偿后的信道估计值的子载波个数；
图14是一种基于导频的信道估计系统的系统图；
图15是一种基于导频的有迭代的信道估计系统的系统图。
具体实施方式
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于导频的信道估计方法，在信号接收机中实现信道估计。下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明中的信号接收机为基站或者终端；当发射机为基站时，信号接收机为终端；当发射机为终端时，信号接收机为基站。接收机收到来自发射机的一个或者多个OFDM符号后，实施本发明信道估计的处理。本发明包括无迭代处理的信道估计方法和有迭代处理的信道估计方法。
接收信号由导频信号和数据信号组成的，其中导频信号用于信道估计；因而，在接收机获得接收信号后，通过信号提取模块分离出导频位置上的频域接收数据。
实施例一：无迭代处理的信道估计方法。
如附图4所示，无迭代处理的信道估计方法包括以下步骤：
S1:补偿导频序列：接收机先生成导频序列，然后将导频序列取共轭，并按子载波依次与接收的导频数据相乘，得到补偿导频序列后的频域数据；
其中，导频序列的生成，使用的参数记作参数集合P1；参数集合P1包含子帧号、port号、时隙号、OFDM符号位置等元素中的一个或多个。
S2:获取窗长参数集合P2；
窗长参数集合P2中包含SINR估计值、接收信号功率估计值、MCS、调制方式、数据码率、layer数、历史SINR估计值、历史接收时刻在信道估计处理时使用的窗长组合，这些参数中的一种或多种；如附图7所示包含了SINR预估计的信道估计处理流程图，在完成补偿导频序列之后，接收机使用补偿导频序列后的数据实施SINR预估计，获得的SINR记作preSINR，preSINR作为窗长组合获取时的考虑元素；
其中，当上行信号传输和下行信号传输具有一定的信道互易性时，窗长参数集合P2包含从发射机获得能够反映信道质量的CQI、RI信息中的至少一种。
S3:获取窗长组合：接收机根据窗长参数集合P2，计算信道估计单元的个数N，然后计算出每个信道估计单元的窗长组合；
接收机根据窗长参数集合P2，计算信道估计单元的个数N，然后计算出每个信道估计单元的窗长组合。
其中，信道估计单元定义为由一个主窗、一个前辅窗、一个后辅窗组成的连续子载波，是实施频域信道估计的基本单位；
其中，窗定义为一组频域上的一组子载波，窗长为窗内子载波的个数；窗的一种可能的表示方式为，通过窗的起始子载波索引m0，窗的结束子载波索引m1，则窗长大小W＝(m1-m0+1)；窗的另一种可能的表示方式为，通过窗的起始子载波索引m0，窗长大小W，窗中的子载波索引为m0～(m0+W-1)；
其中，窗长组合包含了一个主窗长W00、一个前辅窗长W01、一个后辅窗长W02；主窗长是大于0的整数，前辅窗长和后辅窗长是大于等于0的整数；每个信道估计单元的窗长组合可以是不同的，具体为，假设i和j为信道估计单元的索引，第i个信道估计单元的窗长组合为主窗长W00(i)、前辅窗长W01(i)、后辅窗长W02(i)，第j个信道估计单元的窗长组合为主窗长W00(j)、前辅窗长W01(j)、后辅窗长W02(j)；W00(i)可以不等于W00(j)，W01(i)可以不等于W01(j)，W02(i)可以不等于W02(j)；
其中，关于信道估计单元的个数N定义为总的子载波个数Nsc，按照主窗长依次进行主窗的分割，分割出的主窗个数就是信道估计单元的个数，Nsc和主窗长满足，Nsc＝W00(1)+W00(2)+……+W00(i)+……+W00(N)，i为信道估计单元索引，i＝1,2,…,N；W00(i)为第i个信道估计单元的主窗长大小。如附图1所示，为窗的划分流程图，根据窗长参数集合P2，首先计算出信道估计单元的个数N，然后分别计算出每个信道估计单元的的窗长组合大小，从而获得了每个信道估计单元的主窗、前辅窗、后辅窗。如附图2，为信道估计单元及窗长的划分示意图，频域接收数据包含了Nsc个子载波，被分割为了N个信道估计单元，相邻的信道估计单元之间，主窗对应的子载波是相邻的；每个信道估计单元由主窗、前辅窗和后辅窗组成；第1个信道估计单元的前辅窗长为0；第N个信道估计单元的后辅窗长为0。
如附图8，为信道估计单元的主窗分割示意图，各信道估计单元的主窗长采用不同的取值，总的子载波个数Nsc按照主窗长依次进行主窗的分割，分割出的主窗个数为N，也就是信道估计单元的个数；本发明提供一种主窗分割方式，各信道估计单元选择相同的主窗长相等时，如附图9所示，假设为W00，则满足，Nsc能被W00整除时，N＝Nsc/W00；Nsc不能被W00整除时，
表示向上取整，特别的，第N个信道估计单元的主窗长为[N-(N-1)*W00]；
其中，前辅窗位于主窗的前部，对应了一组位于主窗之前的连续子载波，前辅窗长W01为前辅窗内子载波的个数；后辅窗位于主窗的后部，对应了一组位于主窗之后的连续子载波，后辅窗长W02为后辅窗内子载波的个数。
S4:频域信道估计：根据获得的窗长组合、补偿导频序列后的频域数据，接收机在每一个信道估计单元上，实施频域信道估计，如附图3所示，频域信道估计包括如下步骤：
S41:确定信道估计单元用于信道估计的子载波个数Ncomb：其中，Ncomb＝主窗长+前辅窗长+后辅窗长；
S42:提取对应信道估计单元的补偿导频序列后的频域接收数据；
S43:对提取出的频域接收数据的每个元素实施第一时延补偿，用于补偿时延带来的相位偏移，使得第一时延补偿后的各子载波都含有相同的时延带来的相位偏移；
其中，关于时延补偿值，为归一化时延值，以当前的系统的采样时间间隔Ts为单位，Ts＝1/deltaF/Nfft(Ts的单位为秒)，Nfft为当前系统的IDFT/DFT变换的点数，deltaF为子载波间隔；时延估计值的获取，有以下几种获取方式：
1)接收机在信道估计执行前计算出了时延估计值；
2)如果接收机记录了历史时延值，该历史时延值能够用于当前时刻的时延补偿，或者将该历史时延值作为时延判断器的参数，由时延判决器判断出当前时刻补偿的时延估计值。
3)时延估计值设置为0；
其中，关于第一时延补偿的基准相位，由接收机选择任意子载波作为时延偏移补偿的基准，因为该基准不影响最后的信道估计值；
S44:获得平均后的信道估计值：对于第一时延补偿后的数据，按照子载波维度实施权值累加的处理，获得该信道估计单元的平均信道估计值；
S45:第二时延补偿：对平均信道估计值，进行第二时延补偿，还原时延在频域上的相位偏移，输出该信道估计单元的信道估计值。
其中，关于第二时延补偿的基准相位，和第一时延补偿的基准为同一个子载波；
其中，第二时延补偿输出的信道估计值对应的子载波个数和信道估计单元包含的子载波个数相同或者不同；假设信道估计单元包含的子载波由前辅窗W01、主窗W00、后辅窗W02组成，窗长大小记作[W01+W00+W02]；信道估计单元在第二时延补偿后的信道估计值对应的子载波分成前辅窗W03、主窗W04、后辅窗W05三个窗来指示，窗长大小记作[W03+W04+W05]，则主窗W04和主窗W00窗长大小相同，并且对应了相同的子载波；[W01+W00+W02]与[W03+W04+W05]相等或者不相等。
具体的，第二时延补偿输出的信道估计值对应的子载波个数有以下几种情况：如附图10所示，第二时延补偿后的信道估计值的子载波个数，和信道估计单元的窗长组合累加值一致：W04＝W00，W03＝W01，W05＝W02；或者，如附图11所示，W04＝W00，W03＝0，W05＝0，也就是仅输出了主窗对应的子载波上的信道估计值；或者，如附图12所示，第二时延补偿后的信道估计值的子载波个数小于信道估计单元的窗长组合累加值，W04＝W00，[W03+W04+W05]<[W01+W00+W02]；或者，如附图13所示，第二时延补偿后的信道估计值的子载波个数大于信道估计单元的窗长组合累加值，W04＝W00，[W03+W04+W05]>[W01+W00+W02]；
S46:多个信道估计单元之间的信道估计值合并：
信道估计单元输出的信道估计值之间，如果存在子载波重叠，如附图6所示，将重叠的信道估计值进行加权平均，然后输出最后的信道估计值；如果子载波没有重叠，每个信道估计单元输出的信道估计值就是最后的信道估计值。
其中，关于加权平均的权值，各个子载波上的权值可选择为相同的值，也可以选择为不同的权值。
实施例二：有迭代处理的信道估计方法。
如附图5所示，有迭代处理的信道估计方法包括以下步骤：
S1:补偿导频序列：接收机首先生成导频序列，然后将导频序列取共轭，并按子载波依次与接收的导频数据相乘，得到补偿导频序列后的频域数据；
其中，导频序列的生成，使用的参数记作参数集合P1；参数集合P1包含子帧号、port号、时隙号、OFDM符号位置等元素中的一个或多个。
S2:获取窗长参数集合P2；
窗长参数集合P2中包含SINR估计值、接收信号功率估计值、MCS、调制方式、数据码率、layer数、历史SINR估计值、历史接收时刻在信道估计处理时使用的窗长组合，这些参数中的一种或多种；如附图7所示包含了SINR预估计的信道估计处理流程图，在完成补偿导频序列之后，接收机使用补偿导频序列后的数据实施SINR预估计，获得的SINR记作preSINR，preSINR作为窗长组合获取时的考虑元素；
其中，当上行信号传输和下行信号传输具有一定的信道互易性时，窗长参数集合P2包含从发射机获得能够反映信道质量的CQI、RI信息中的至少一种。
S3:获取窗长组合：接收机根据窗长参数集合P2，计算信道估计单元的个数N，然后计算出每个信道估计单元的窗长组合；
接收机根据窗长参数集合P2，计算信道估计单元的个数N，然后计算出每个信道估计单元的窗长组合。
其中，信道估计单元定义为由一个主窗、一个前辅窗、一个后辅窗组成的连续子载波，是实施频域信道估计的基本单位；
其中，窗定义为一组频域上的一组子载波，窗长为窗内子载波的个数；窗的一种可能的表示方式为，通过窗的起始子载波索引m0，窗的结束子载波索引m1，则窗长大小W＝(m1-m0+1)；窗的另一种可能的表示方式为，通过窗的起始子载波索引m0，窗长大小W，窗中的子载波索引为m0～(m0+W-1)；
其中，窗长组合包含了一个主窗长W00、一个前辅窗长W01、一个后辅窗长W02；主窗长是大于0的整数，前辅窗长和后辅窗长是大于等于0的整数；每个信道估计单元的窗长组合可以是不同的，具体为，假设i和j为信道估计单元的索引，第i个信道估计单元的窗长组合为主窗长W00(i)、前辅窗长W01(i)、后辅窗长W02(i)，第j个信道估计单元的窗长组合为主窗长W00(j)、前辅窗长W01(j)、后辅窗长W02(j)；W00(i)可以不等于W00(j)，W01(i)可以不等于W01(j)，W02(i)可以不等于W02(j)；
其中，关于信道估计单元的个数N定义为总的子载波个数Nsc，按照主窗长依次进行主窗的分割，分割出的主窗个数就是信道估计单元的个数，Nsc和主窗长满足，Nsc＝W00(1)+W00(2)+……+W00(i)+……+W00(N)，i为信道估计单元索引，i＝1,2,…,N；W00(i)为第i个信道估计单元的主窗长大小。
如附图8，为信道估计单元的主窗分割示意图，各信道估计单元的主窗长采用不同的取值，总的子载波个数Nsc按照主窗长依次进行主窗的分割，分割出的主窗个数为N，也就是信道估计单元的个数；本发明提供一种主窗分割方式，各信道估计单元选择相同的主窗长相等时，如附图9所示，假设为W00，则满足，Nsc能被W00整除时，N＝Nsc/W00；Nsc不能被W00整除时，
表示向上取整，特别的，第N个信道估计单元的主窗长为[N-(N-1)*W00]；
其中，前辅窗位于主窗的前部，对应了一组位于主窗之前的连续子载波，前辅窗长W01为前辅窗内子载波的个数；后辅窗位于主窗的后部，对应了一组位于主窗之后的连续子载波，后辅窗长W02为后辅窗内子载波的个数。
S4:频域信道估计：根据获得的窗长参数、补偿导频序列后的频域数据，接收机在每一个信道估计单元上，实施频域信道估计，频域信道估计包括如下步骤：
S41:确定信道估计单元用于信道估计的子载波个数Ncomb：其中，Ncomb＝主窗长+前辅窗长+后辅窗长；
S42:提取对应信道估计单元的补偿导频序列后的频域接收数据；
S43:第一时延补偿：对提取出的频域接收数据的每个元素实施第一时延补偿，第一时延补偿的作用是补偿时延带来的相位偏移，使得第一时延补偿后的各子载波上的数据，都含有相同的时延带来的相位偏移；
其中，关于时延补偿值，为归一化时延值，以当前的系统的采样时间间隔Ts为单位，Ts＝1/deltaF/Nfft(Ts的单位为秒)，Nfft为当前系统的IDFT/DFT变换的点数，deltaF为子载波间隔；时延估计值的获取，有以下几种获取方式：
1)接收机在信道估计执行前计算出了时延估计值；
2)如果接收机记录了历史时延值，该历史时延值能够用于当前时刻的时延补偿，或者将该历史时延值作为时延判断器的参数，由时延判决器判断出当前时刻补偿的时延估计值。
3)时延估计值设置为0；
其中，关于第一时延补偿的基准相位，由接收机选择任意子载波作为时延偏移补偿的基准，因为该基准不影响最后的信道估计值；
S44:获得平均后的信道估计值：对于第一时延补偿后的数据，按照子载波维度实施权值累加的处理，获得该信道估计单元的平均信道估计值；
S45:第二时延补偿：对平均信道估计值，进行第二时延补偿，还原时延在频域上的相位偏移，输出该信道估计单元的信道估计值。
其中，关于第二时延补偿的基准相位，和第一时延补偿的基准为同一个子载波；
S46:多个信道估计单元之间的信道估计值合并：
信道估计单元输出的信道估计值之间，如果存在子载波重叠，如附图6所示，将重叠的信道估计值进行加权平均，然后输出最后的信道估计值；如果子载波没有重叠，每个信道估计单元输出的信道估计值就是最后的信道估计值。
其中，关于加权平均的权值，各个子载波上的权值可选择为相同的值，也可以选择为不同的权值。
其中，第二时延补偿输出的信道估计值对应的子载波个数和信道估计单元包含的子载波个数相同或者不同；假设信道估计单元包含的子载波由前辅窗W01、主窗W00、后辅窗W02组成，窗长大小记作[W01+W00+W02]；信道估计单元在第二时延补偿后的信道估计值对应的子载波分成前辅窗W03、主窗W04、后辅窗W05三个窗来指示，窗长大小记作[W03+W04+W05]，则主窗W04和主窗W00窗长大小相同，并且对应了相同的子载波；[W01+W00+W02]与[W03+W04+W05]相等或者不相等。
具体的，第二时延补偿输出的信道估计值对应的子载波个数有以下几种情况：如附图10所示，第二时延补偿后的信道估计值的子载波个数，和信道估计单元的窗长组合累加值一致：W04＝W00，W03＝W01，W05＝W02；或者，如附图11所示，W04＝W00，W03＝0，W05＝0，也就是仅输出了主窗对应的子载波上的信道估计值；或者，如附图12所示，第二时延补偿后的信道估计值的子载波个数小于信道估计单元的窗长组合累加值，W04＝W00，[W03+W04+W05]<[W01+W00+W02]；或者，如附图13所示，第二时延补偿后的信道估计值的子载波个数大于信道估计单元的窗长组合累加值，W04＝W00，[W03+W04+W05]>[W01+W00+W02]；
S5:计算测量量：接收机基于信道估计值或接收信号，实施测量量的计算；接收机基于信道估计值或接收信号，实施测量量的计算；测量量包括SINR估计值、噪声估计值、接收信号功率估计值中的一种或多种。
S6:迭代判决：接收机通过迭代判断单元，判断是否实施信道估计的迭代处理，如果实施迭代处理，则更新窗长获取窗长参数集合P2，重新执行S3～S5，获取新的窗长组合，并再次进行频域信道估计；如果不实施迭代处理，则信道估计结束，输出最后的信道估计值。
其中，关于更新窗长获取窗长参数集合P2，更新的参数来自测量量计算单元计算出的测量量；
其中，关于迭代判断的方式，有两种情况：
情况1：来自更上层的指令或者产品规格要求，固定实施几次迭代处理；
情况2：自适应选择是否迭代，比如，
(1)当前对信号通信质量要求较高，需要满足较低的误码率，此时选择迭代的方式；
(2)当前通信需要满足较低的时延，或者基站处理能力有限，此时选择无迭代的方式。
优选的，一种自适应迭代判断方法如下，设threshold1为SINR判断的高门限值，threshold2为SINR判断的低门限值，根据SINR大小所处的区间，用于选择窗长组合的大小；为方便表述，假设第n-1次选定的主窗长W00，第n-1次选定的前辅窗长W01，第n-1次选定的后辅窗长W02，第n次选定的主窗长W10，第n次选定的前辅窗长W11，第n次选定的后辅窗长W12，每次迭代时窗长组合的累加值有以下特征：
如果SINR>threshold1时，新选择的窗长组合累加值，比第n-1次选定的窗长组合累加值小，则满足，(W10+W11+W12)<(W00+W01+W02)；
如果SINR<threshold2时，新选择的窗长组合累加值，比初设的窗长组合累加值大，则满足，(W10+W11+W12)>(W00+W01+W02)；
如果threshold2<＝SINR<＝threshold1时，不选择新的窗长组合，不再迭代，信道估计处理结束；
优选的，一种自适应迭代判断方法如下，如果定义了最大迭代次数Nmax，如果执行的迭代次数达到Nmax次，则停止迭代，最后的信道估计值为第Nmax次迭代处理后输出的信道估计值。
如附图14所示，本发明公开了一种基于导频的信道估计系统，包括：
信号接收单元，用于获得来自一个或者多个接收天线，以及一个或多个子载波上的第一接收信号集合；
信号提取单元，用于从第一接收信号集合中分离出用于信道估计的第二接收信号集合；
第一参数集合生成单元，用于生成参数集合P1；
第二参数集合生成单元，用于生成窗长参数集合P2；
导频序列生成单元，用于利用参数集合P1，生成导频序列集合；
导频序列补偿单元，用于补偿导频序列，得到补偿导频序列后的频域数据；
窗长集合判决单元，用于对窗长参数集合P2处理，获得窗长组合的集合，窗长组合的集合包括主窗长集合、前辅窗集合与后辅窗集合；
窗长选择单元，用于从窗长组合的集合中选择出一个或多个窗长组合，每个窗长组合包含了一个主窗长W00、一个前辅窗长W01、一个后辅窗长W02，选出的窗长组合被发送至处理单元；处理单元包括子载波计算单元、第二信号提取单元、第一时延补偿单元、平均信道估计单元与第二时延补偿单元；
子载波计算单元，用于计算信号联合处理时联合的子载波的个数；
第二信号提取单元，用于根据子载波的个数，从补偿导频序列后的频域数据中抽取数据，并送入第一时延补偿单元；
第一时延补偿单元，用于对第二信号提取单元抽取的数据实施时延补偿，补偿时延带来的相位偏移，使得第二信号提取单元抽取的数据中的每个元素具有相同的时延带来的相位偏移；
平均信道估计单元，用于对第一时延补偿单元输出的数据，按照子载波维度实施权值累加的处理，获得该处理单元的平均信道估计值，并发送至第二时延补偿单元；
第二时延补偿单元，用于还原时延在频域上的相位偏移，输出信道估计值；
信道估计值合并单元，用于多个信道估计单元之间的信道估计值合并；
信号接收单元通过信号提取单元与导频序列补偿单元相连；第一参数集合生成单元通过导频序列生成单元与导频序列补偿单元相连；导频序列补偿单元与窗长集合判决单元输入端相连；
第二参数集合生成单元与窗长集合判决单元输入端相连；
窗长集合判决单元、窗长选择单元、子载波计算单元、第二信号提取单元、第一时延补偿单元、平均信道估计单元、第二时延补偿单元、信道估计值合并单元依次相连。
优选的，如附图15所示，一种基于导频的信道估计系统，还包括迭代判断单元与测量量计算模块；迭代判断单元用于判断是否实施信道估计的迭代处理；如果实施迭代处理，则通过测量量计算模块计算出测量量，将测量量返回至第二参数集合生成单元，实施迭代处理，否则，如果不实施迭代处理，结束；信道估计值合并单元、迭代判断单元、测量量计算模块、第二参数集合单元依次相连。
本发明在最小二乘信道估计的基础上，通过频域上子载波信道合并的方式抑制噪声，提高信道估计的准确性，进而增加系统的吞吐性能；能够自适应的选择频域信道估计处理时联合的子载波的个数，从而适应了不同信道环境下的通信需求。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种基于导频的信道估计方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1:补偿导频序列：
接收机通过参数集合P1生成导频序列，将导频序列取共轭，并按子载波依次与接收的导频数据相乘，得到补偿导频序列后的频域数据；
S2:获取窗长参数集合P2；
S3:获取窗长组合：接收机根据窗长参数集合P2，计算信道估计单元的个数N，然后计算出每个信道估计单元的窗长组合；
S4:频域信道估计：根据获得的窗长组合、补偿导频序列后的频域数据，接收机在每一个信道估计单元上，实施频域信道估计，频域信道估计包括如下步骤：
S41:确定信道估计单元用于信道估计的子载波个数Ncomb；
S42:提取对应信道估计单元的补偿导频序列后的频域接收数据；
S43:对提取出的频域接收数据的每个元素实施第一时延补偿，用于补偿时延带来的相位偏移，使得第一时延补偿后的各子载波都含有相同的时延带来的相位偏移；
S44:获得平均后的信道估计值：对于第一时延补偿后的数据，按照子载波维度实施权值累加的处理，获得该信道估计单元的平均信道估计值；
S45:第二时延补偿：对平均信道估计值，进行第二时延补偿，还原时延在频域上的相位偏移，输出该信道估计单元的信道估计值；
S46:多个信道估计单元之间的信道估计值合并：信道估计单元输出的信道估计值之间，如果存在子载波重叠，将重叠的信道估计值进行加权平均，然后输出最后的信道估计值；如果子载波没有重叠，每个信道估计单元输出的信道估计值就是最后的信道估计值。
2.根据权利要求1所述一种基于导频的信道估计方法，其特征在于，还包括步骤：
S5:计算测量量：接收机基于信道估计值或接收信号，实施测量量的计算；
S6:迭代判决：接收机通过迭代判断单元，判断是否实施信道估计的迭代处理，如果实施迭代处理，则更新窗长获取窗长参数集合P2，重新执行S3～S5，获取新的窗长组合，并再次进行频域信道估计；如果不实施迭代处理，则信道估计结束，输出最后的信道估计值。
3.根据权利要求1所述一种基于导频的信道估计方法，其特征在于，所述参数集合P1包含子帧号、port号、时隙号、OFDM符号位置中的一个或多个；窗长参数集合P2包含SINR估计值、接收信号功率估计值、MCS、调制方式、数据码率、layer数、历史SINR估计值、历史接收时刻在信道估计处理时使用的窗长组合中的一种或多种；
当上行信号传输和下行信号传输具有一定的信道互易性时，窗长参数集合P2包含从发射机获得能够反映信道质量的CQI、RI信息中的至少一种。
4.根据权利要求1所述一种基于导频的信道估计方法，其特征在于，所述信道估计单元为由一个主窗、一个前辅窗、一个后辅窗组成的连续子载波，作为实施频域信道估计的基本单位；
窗定义为一组频域上的一组子载波，窗长为窗内子载波的个数；
窗的表示方式包括：
通过窗的起始子载波索引m0，窗的结束子载波索引m1，则窗长大小W＝(m1-m0+1)；或者通过窗的起始子载波索引m0，窗长大小W，则窗中的子载波索引为m0～(m0+W-1)；
其中，窗长组合包含了一个主窗长W00、一个前辅窗长W01、一个后辅窗长W02；主窗长是大于0的整数，前辅窗长和后辅窗长是大于或等于0的整数。
5.根据权利要求4所述一种基于导频的信道估计方法，其特征在于，所述每个信道估计单元的窗长组合相同或者不同；假设i和j为信道估计单元的索引，第i个信道估计单元的窗长组合为主窗长W00(i)、前辅窗长W01(i)、后辅窗长W02(i)，第j个信道估计单元的窗长组合为主窗长W00(j)、前辅窗长W01(j)、后辅窗长W02(j)，W00(i)与W00(j)相等或者不相等，W01(i)与W01(j)相等或者不相等，W02(i)与W02(j)相等或者不相等。
6.根据权利要求4所述一种基于导频的信道估计方法，其特征在于，所述信道估计单元的个数N定义为总的子载波个数Nsc，按照主窗长依次进行主窗的分割，分割出的主窗个数就是信道估计单元的个数，Nsc和主窗长满足，Nsc＝W00(1)+W00(2)+……+W00(i)+……+W00(N)，i为信道估计单元索引，i＝1,2,…,N；W00(i)为第i个信道估计单元的主窗长大小。
7.根据权利要求6所述一种基于导频的信道估计方法，其特征在于，所述信道估计单元选择相同的主窗长时，主窗的分割包括：假设主窗长为W00，总的子载波个数Nsc能被W00整除时，N＝Nsc/W00；总的子载波个数Nsc不能被W00整除时，
表示向上取整，第N个信道估计单元的主窗长为[N-(N-1)*W00]；
其中，前辅窗位于主窗的前部，对应了一组位于主窗之前的连续子载波，前辅窗长W01为前辅窗内子载波的个数；后辅窗位于主窗的后部，对应了一组位于主窗之后的连续子载波，后辅窗长W02为后辅窗内子载波的个数。
8.根据权利要求1所述一种基于导频的信道估计方法，其特征在于，所述第一时延补偿值为归一化时延值，以当前的系统的采样时间间隔Ts为单位，Ts＝1/deltaF/Nfft，Nfft为当前系统的IDFT/DFT变换的点数，deltaF为子载波间隔；时延估计值的获取，包括以下几种获取方式：
a.接收机在信道估计执行前计算出了时延估计值；
b.如果接收机记录了历史时延值，该历史时延值能够用于当前时刻的时延补偿，或者将该历史时延值作为时延判断器的参数，由时延判决器判断出当前时刻补偿的时延估计值；
c.时延估计值设置为0；
第一时延补偿的基准相位由接收机选择任意子载波作为时延偏移补偿的基准，所述基准不影响最后的信道估计值；
第二时延补偿的基准相位和第一时延补偿的基准为同一个子载波；
第二时延补偿输出的信道估计值对应的子载波个数和信道估计单元包含的子载波个数相同或者不同；假设信道估计单元包含的子载波由前辅窗W01、主窗W00、后辅窗W02组成，窗长大小记作[W01+W00+W02]；信道估计单元在第二时延补偿后的信道估计值对应的子载波分成前辅窗W03、主窗W04、后辅窗W05三个窗来指示，窗长大小记作[W03+W04+W05]，则主窗W04和主窗W00窗长大小相同，并且对应了相同的子载波；[W01+W00+W02]与[W03+W04+W05]相等或者不相等。
9.根据权利要求2所述一种基于导频的信道估计方法，其特征在于，所述更新窗长获取窗长参数集合P2，更新窗长的参数来自测量量计算的测量量；
迭代判决的方式包括：固定实施迭代处理的次数与自适应选择是否迭代；
固定实施迭代处理的次数包括：定义最大迭代次数Nmax，如果执行的迭代次数达到Nmax次，则停止迭代，最后的信道估计值为第Nmax次迭代处理后输出的信道估计值。
自适应选择方法包括：设threshold1为SINR判断的高门限值，threshold2为SINR判断的低门限值，根据SINR大小所处的区间，用于选择窗长组合的大小；假设第n-1次选定的主窗长W00，上次选定的前辅窗长W01，第n-1次选定的后辅窗长W02，第n次选定的主窗长W10，第n次选定的前辅窗长W11，第n次选定的后辅窗长W12，每次迭代时窗长组合的累加值有以下特征：
如果SINR>threshold1时，新选择的窗长组合累加值，比第n-1次选定的窗长组合累加值小，则满足，(W10+W11+W12)<(W00+W01+W02)；
如果SINR<threshold2时，新选择的窗长组合累加值，比初设的窗长组合累加值大，则满足，(W10+W11+W12)>(W00+W01+W02)；
如果threshold2<＝SINR<＝threshold1时，不选择新的窗长组合，不再迭代，信道估计处理结束。
10.一种基于导频的信道估计系统，其特征在于，包括：
信号接收单元，用于获得来自一个或者多个接收天线，以及一个或多个子载波上的第一接收信号集合；
信号提取单元，用于从第一接收信号集合中分离出用于信道估计的第二接收信号集合；
第一参数集合生成单元，用于生成参数集合P1；
第二参数集合生成单元，用于生成窗长参数集合P2；
导频序列生成单元，用于利用参数集合P1，生成导频序列集合；
导频序列补偿单元，用于补偿导频序列，得到补偿导频序列后的频域数据；
窗长集合判决单元，用于对窗长参数集合P2处理，获得窗长组合的集合，窗长组合的集合包括主窗长集合、前辅窗集合与后辅窗集合；
窗长选择单元，用于从窗长组合的集合中选择出一个或多个窗长组合，每个窗长组合包含了一个主窗长W00、一个前辅窗长W01、一个后辅窗长W02，选出的窗长组合被发送至处理单元；处理单元包括子载波计算单元、第二信号提取单元、第一时延补偿单元、平均信道估计单元与第二时延补偿单元；
子载波计算单元，用于计算信号联合处理时联合的子载波的个数；
第二信号提取单元，用于根据子载波的个数，从补偿导频序列后的频域数据中抽取数据，并送入第一时延补偿单元；
第一时延补偿单元，用于对第二信号提取单元抽取的数据实施时延补偿，补偿时延带来的相位偏移，使得第二信号提取单元抽取的数据中的每个元素具有相同的时延带来的相位偏移；
平均信道估计单元，用于对第一时延补偿单元输出的数据，按照子载波维度实施权值累加的处理，获得该处理单元的平均信道估计值，并发送至第二时延补偿单元；
第二时延补偿单元，用于还原时延在频域上的相位偏移，输出信道估计值；
信道估计值合并单元，用于多个信道估计单元之间的信道估计值合并；
信号接收单元通过信号提取单元与导频序列补偿单元相连；第一参数集合生成单元通过导频序列生成单元与导频序列补偿单元相连；导频序列补偿单元与窗长集合判决单元输入端相连；
第二参数集合生成单元与窗长集合判决单元输入端相连；
窗长集合判决单元、窗长选择单元、子载波计算单元、第二信号提取单元、第一延时补偿单元、平均信道估计单元、第二时延补偿单元、信道估计值合并单元依次相连。
11.根据权利要求10所述一种基于导频的信道估计系统，其特征在于，还包括迭代判断单元与测量量计算模块；迭代判断单元用于判断是否实施信道估计的迭代处理；如果实施迭代处理，则通过测量量计算模块计算出测量量，将测量量返回至第二参数集合生成单元，实施迭代处理，否则，如果不实施迭代处理，结束；信道估计值合并单元、迭代判断单元、测量量计算模块、第二参数集合单元依次相连。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Han Yuanchao Inventor after: Tang Yifu Inventor after: Liu Songtao Inventor before: Han Yuanchao Inventor before: Tang Yifu Inventor before: Wei Bo Inventor before: Liu Songtao |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |