CN114938319B - 多天线系统的导频信号生成和信道估计方法、系统、介质及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多天线系统的导频信号生成和信道估计方法、系统、介质及设备，通过发射端生成经过非正交预编码的导频信号，来抑制发射天线之间的导频干扰，其中，导频信号的生成方法包括：根据公共导频序列的长度生成公共导频序列和由多个发射天线组成的非正交预编码序列集合；将公共导频序列与非正交预编码序列集合相乘，得到导频信号。本发明提出的导频信号生成方法/系统，以及信道估计方法/系统，可以有效解决传统多天线系统中，由于导频间正交设计而导致的导频开销倍增的问题；而与此同时，系统性能与采用传统正交设计的多天线系统相比，没有明显下降。
Description
技术领域
本发明涉及OFDM系统的发送及接收技术领域，具体地，涉及一种多天线系统的导频信号生成和信道估计方法、系统、介质及设备。
背景技术
在频域OFDM符号的资源映射过程中，资源元素是其最小的资源分配单元。一个资源元素可以携带一个星座调制后的复数符号，它在时间上占据一个OFDM符号，在频率上占据一个子载波。为了保证接收机的接收性能，OFDM系统通常不会将所有的资源元素都用于传输数据，而是利用其中一部分的资源元素，传输接收机已知的导频信号。接收机利用导频，可以实现对无线传输信道的精准估计，并以此来恢复出由于经过信道传输而产生畸变的发送数据。频域OFDM符号的结构及其导频信号的示意，如图1所示。
在实际的无线传输系统当中，往往可以将OFDM技术与多天线技术结合使用，以实现传输效率和鲁棒性的进一步提高。
然而，多天线技术的应用，需要依赖于接收机对于每一对发射接收天线对之间的信道做出精准的信道估计。图2展示了在LTE系统中，采用单天线发射和多天线发射时的导频分布情况。为了保证这一多天线技术实现的基础，OFDM系统在采用多天线技术之时，需要对不同的发射天线端口分配不同的导频位置，且当某一个资源元素被分配给当前发射天线端口的导频之后，其他发射天线也不能在这个资源元素位置上传输数据。于此同时，为了维持系统原有的信道衰落抵抗能力，每个发射天线的导频密度都不能降低。这就导致多天线OFDM系统的导频开销，会随着发射天线数量的增多，而成倍的增长。大幅度的导频开销增加，会严重降低MISO方案原有的传输效率，也会严重限制MIMO方案传输速率的增幅。而OFDM系统中多天线技术的导频开销问题，本质上是由于接收机的信道估计需求所致。
如何改善多天线OFDM系统中导频开销增加，目前学术界和工业界都进行了一些积极的探索，大部分的研究，都是基于增强接收机处不同发射天线导频信号之间的正交性，这一思想的。
例如，文献“多天线系统中的导频设计与信道估计(电子科技大学硕士学位论文，杨杰)”对多天线OFDM系统中的导频设计做了一定的概括，其中提到了一种利用同一ZC序列的不同循环移位而得到的正交序列来区分不同发射天线的导频的预处理方法。该方法将原有导频可以分辨的信道多径长度，按照发射天线个数进行拆分，每个发射天线导频所对应的时域信道冲击响应，必须位于其所对应的拆分子长度内。该方法虽然解决了多天线OFDM系统的导频开销增加问题，但是却大幅降低了系统对于信道多径长度的分辨能力，从而大幅降低了系统在频率选择性衰落信道下的性能(信道频率选择性衰落与信道多径长度成正相关)。
专利文献CN100563124C(申请号：CN200610126864.3)公开了一种多天线多载波系统的导频序列发送方法。该方法中不同发射天线的导频信号，占据了相同的时频资源位置，这使得多天线OFDM系统的导频开销问题得到了缓解。但是不同天线的导频仅仅通过在发送时的相位正交来加以区分，无法保证导频信号在接收机侧的正交性。而由于信道对信号相位所产生的影响，不同发射天线的导频信号在接收机处还是会产生严重的互干扰，从而降低接收机信道估计的准确度，降低多天线系统性能。
综上所述，就目前的研究现状来看，对于多天线OFDM系统中的导频开销增加的问题仍然没有有效的解决方法。现有的研究和尝试，在试图解决多天线OFDM系统导频开销问题的同时，都引入了明显的缺陷。
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多天线系统的导频信号生成和信道估计方法、系统、介质及设备。
根据本发明提供的多天线系统的导频信号生成方法，所述多天线系统包括多个天线对，每个天线对包括发射天线和接收天线，通过发射端生成经过非正交预编码的导频信号，来抑制发射天线之间的导频干扰，其中，导频信号的生成包括：
根据公共导频序列的长度生成公共导频序列和由多个发射天线组成的非正交预编码序列集合；
将所述公共导频序列与所述非正交预编码序列集合相乘，得到所述导频信号。
优选的，生成每个发射天线的非正交预编码序列需满足如下条件：
预编码序列值恒模；以及
预编码序列经过IFFT变换后的互相关功率值小于预设的门限阈值。
根据本发明提供的多天线系统的信道估计方法，所述多天线系统包括多个天线对，每个天线对包括发射天线和接收天线，每个天线对的信道估计包括：
将非正交预编码序列集合和获取的公共导频序列相乘，得到本地的导频信号；
根据本地的导频信号和接收天线接收到的信号，得到天线对的初始信道估计结果；
根据所述初始信道估计结果进行DFT降噪，得到所述天线对降噪后的信道估计结果；
根据所述天线对的降噪后的信道估计结果受到的其他天线对的信道估计干扰值进行干扰消除，得到所述天线对的最终信道估计结果。
优选的，所述信道估计干扰值的计算包括：
保留其他天线对DFT降噪后的信道估计结果的导频位置数值，置零非导频位置数值，得到提取导频信息后的信道估计结果；
根据所述发射天线所对应的非正交预编码序列和所述其他天线对的提取导频信息后的信道估计结果，计算出其他天线对对所述天线对的初始干扰值；
将所述初始干扰值进行IFFT变换，并对其进行有效径开窗，得到有效径开窗之后的信道估计干扰值。
优选的，所述天线对的初始信道估计结果的生成包括：
利用所述本地的导频信号与所有接收天线接收到的信号，进行最小二乘和/或时域插值操作，得到所述天线对的初始信道估计结果。
优选的，所述非正交预编码序列集合满足：
预编码序列值恒模；以及
预编码序列经过IFFT变换后的相关功率值小于预设的门限阈值。
优选的，所述干扰消除包括并行干扰消除，包括：
获取所述信道估计干扰值；
利用天线对DFT降噪后的信道估计结果减去所述信道估计干扰值，得到天线对的最终信道估计结果。
优选的，所述干扰消除包括串行干扰消除，包括：
获取步骤：用于获取所述天线对的信道估计干扰值；
差值步骤：利用天线对DFT降噪后的信道估计结果减去所述天线对的信道估计干扰值，得到所述天线对的最终信道估计结果；
更新步骤：将所述天线对DFT降噪后的信道估计结果赋值为所述天线对的最终信道估计结果；
判断步骤：判断所述接收天线上，是否所有发射天线对应的天线对均完成干扰消除，若否，则返回所述获取步骤继续执行，若是，则结束干扰消除。
根据本发明提供的多天线系统的导频信号生成系统，所述多天线系统包括多个天线对，每个天线对包括发射天线和接收天线，包括：
导频信号生成模块：用于通过发射端生成经过非正交预编码的导频信号，来抑制发射天线之间的导频干扰，其中，导频信号的生成包括：
根据公共导频序列的长度生成公共导频序列和由多个发射天线组成的非正交预编码序列集合；
将所述公共导频序列与所述非正交预编码序列集合相乘，得到所述导频信号。
优选的，生成每个发射天线的非正交预编码序列需满足如下条件：
预编码序列值恒模；以及
预编码序列经过IFFT变换后的互相关功率值小于预设的门限阈值。
根据本发明提供的多天线系统的信道估计系统，所述多天线系统包括多个天线对，每个天线对包括发射天线和接收天线，包括：
获取模块：用于将非正交预编码序列集合和获取的公共导频序列相乘，得到本地的导频信号；
估计模块：用于根据所述本地的导频信号和接收天线接收到的信号，得到天线对的初始信道估计结果；
降噪模块：用于根据所述初始信道估计结果进行DFT降噪，得到所述天线对降噪后的信道估计结果；
干扰消除模块：用于根据所述天线对的降噪后的信道估计结果受到的其他天线对的信道估计干扰值进行干扰消除，得到所述天线对的最终信道估计结果。
优选的，所述信道估计干扰值的计算包括：
保留其他天线对DFT降噪后的信道估计结果的导频位置数值，置零非导频位置数值，得到提取导频信息后的信道估计结果；
根据所述发射天线所对应的非正交预编码序列和所述其他天线对的提取导频信息后的信道估计结果，计算出其他天线对对所述天线对的初始干扰值；
将所述初始干扰值进行IFFT变换，并对其进行有效径开窗，得到有效径开窗之后的信道估计干扰值。
优选的，所述天线对的初始信道估计结果的计算包括：
利用所述本地的导频信号与所有接收天线接收到的信号，进行最小二乘和/或时域插值操作，得到所述天线对的初始信道估计结果。
优选的，所述非正交预编码序列集合满足：
预编码序列值恒模；以及
预编码序列经过IFFT变换后的相关功率值小于预设的门限阈值。
优选的，所述干扰消除模块包括并行干扰消除模块，包括：
第一获取单元，用于获取所述信道估计干扰值；
第一处理单元，用于利用天线对DFT降噪后的信道估计结果减去所述信道估计干扰值，得到天线对的最终信道估计结果。
优选的，所述干扰消除模块包括串行干扰消除模块，包括：
第二获取单元，用于获取所述信道估计干扰值；
第二处理单元，用于利用所述天线对DFT降噪后的信道估计结果减去所述天线对的信道估计干扰值，得到所述天线对的最终信道估计结果；
更新单元，用于将天线对DFT降噪后的信道估计结果赋值为所述天线对的最终信道估计结果；
判断单元，用于判断所述接收天线上，是否所有发射天线对应的天线对均完成干扰消除，若否，则返回所述第二获取单元继续执行，若是，则结束干扰消除。
根据本发明提供的计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的多天线系统的导频信号生成方法和/或信道估计方法。
根据本发明提供的计算机设备，所述计算机设备包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现所述的多天线系统的导频信号生成方法和/或信道估计方法。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明提出的导频信号生成方法/系统，以及信道估计方法/系统，可以有效解决传统多天线系统中，由于导频间正交设计而导致的导频开销倍增的问题；而与此同时，系统性能与采用传统正交设计的多天线系统相比，没有明显下降。
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为频域OFDM符号结构及导频信号示意图；
图2为LTE系统中单天线和多天线发射的导频位置示意图；
图3为OFDM信号生成过程的示意图；
图4为发射机导频信号生成示意图；
图5为发射机导频信号生成流程示意图；
图6为非正交预编码序列相关特性示意图；
图7为接收机的信道估计流程示意图；
图8为DFT开窗降噪示意图；
图9为并行干扰消除的流程示意图；
图10为串行干扰消除的流程示意图；
图11为干扰消除的频域效果示意图；
图12为干扰消除的时域效果示意图。
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。
实施例：
OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)技术，是目前主流的空口传输技术。作为多载波调制的一种，OFDM技术将原始数据符号，拆分到若干个正交的子载波当中，并利用频分复用的方式，对其进行并行传输。凭借着良好的抗多径干扰能力，灵活的资源分配方式，以及高效的频谱利用率，OFDM技术被广泛应用于例如LTE(Long TermEvolution)、5G、DVB(Digital Video Broadcast)，ATSC 3.0(Advanced TelevisionSystems Committee，3.0)，以及卫星通信等诸多无线传输系统当中。
OFDM系统的信号生成过程可以简述如下：首先，对待传输的比特流进行编码等比特级处理，得到比特级处理后的比特流；然后，将比特级处理后的比特流映射到星座图上，得到星座调制后的复数符号；之后，将星座调制后的复数符号映射到OFDM系统的物理资源当中，从而生成频域的OFDM符号；最后，对频域OFDM符号进行IFFT和保护间隔添加处理，以得到时域OFDM符号。最终，时域OFDM符号会被调制到发射频点上，并通过天线发出。图3是上述OFDM信号生成过程的示意图。
OFDM系统中的多天线应用，可以分为MISO(Multiple Input Single Output)、MIMO(Multiple Input Single Output)等多种形式。其中，MISO方案采用多天线发射，单天线接收的传输结构，不同发射天线发送的是相同的数据，发送天线之间可以实现分集效应，从而提高系统的传输鲁棒性。较为典型的MISO应用，如LTE系统中的SFBC(Space FrequencyBlock Code)方案，以及DVB-T2中基于Alamouti编码的分布式MISO方案等。而MIMO方案采用了多天线发射，多天线接收的传输结构，不同发射天线发送不同的数据，从而实现多路数据的同时传输，大大提高了系统的传输速率，例如LTE系统中的V-BLAST方案等。
OFDM系统中多天线技术的导频开销问题，本质上是由于接收机的信道估计需求所致。对于多天线OFDM系统，接收机需要准确地估计出每个发射接收天线对之间的信道传输参数，以实现MISO或者MIMO的解调。为了满足接收机的信道估计需求，发射机在每个发射端口所发射的导频，都不能受到其他发射端口信号的干扰。所以，才会出现不同发射天线端口的导频需要满足正交特性的需求。例如，不同天线端口的导频，其时频位置不同(以避免不同发射天线端口导频信号之间的干扰)，同时用于传输导频的资源元素位置，不能用于其他天线端口的数据传输(以避免其他发射天线数据信号对本天线导频信号的干扰)。而正交化的多天线导频设计，会大大增加多天线OFDM系统中的导频开销。
因此，针对多天线OFDM系统中，导频资源开销增加的问题，本发明提出了一种应用于多天线系统的导频预处理方法和信道估计方法。该方法中，不同发射天线的导频，仍然映射到相同的时、频位置的资源元素，可参见图4。
下面结合附图和具体实施例分别从发射机和接收机来阐述，本发明实施例提供的一种多天线系统的导频信号的生成方法和系统，以及信道估计的方法和系统。
本发明的实施例提供一种多天线系统的信道估计方法和系统。多天线系统包括发射机和接收机，接收机需要对每一个天线对的信道进行信道估计，天线对包括发射天线和接收天线。需要说明的是，本发明中的发射机，并不限定于发射机，还可以为发射端，发射装置，发射部等；接收机并不限定于为接收机，还可以为接收端，接收装置，接收部件，接收部等等。本发明中所描述的多天线系统，不止局限于一个发射机上存在多个发射天线的系统，也包含如地面数字电视广播等系统中，单频网结构所构成的分布式多天线系统。
发射机：
针对多天线OFDM系统中，导频资源开销增加的问题。本发明提出了一种应用于多天线OFDM系统的导频信号生成方法。该方法中，不同发射天线的导频，仍然映射到相同的时、频位置的资源元素。
一种多天线系统的导频信号生成方法，该多天线系统包括多个天线对，每个天线对包括发射天线和接收天线，通过发射机生成经过非正交预编码的导频信号，来抑制发射天线之间的导频干扰，其中，导频信号的生成方法包括：根据公共导频序列的长度生成公共导频序列和由多个发射天线组成的非正交预编码序列集合；将公共导频序列与非正交预编码序列集合相乘，得到导频信号。
在该实施例中，首先根据OFDM符号的子载波个数K，导频频域间隔Dx，得到公共导频序列长度M。例如，若OFDM符号的导频服从等间隔分布，则公共导频序列的长度M＝K/Dx。根据该公共导频序列的长度生成一组公共导频序列{x0,x1,...xM-1}，以及其所对应的资源元素位置，并且根据该公共导频序列的长度生成每个发射天线的非正交预编码序列。设系统发射天线个数为NTX，则生成由NTX个长度为M的序列组成的非正交预编码序列集合：然后，发射机根据发射天线的个数NTX，选取上述非正交预编码序列集合中NTX个预编码序列，并将上述公共导频序列与NTX个非正交预编码序列(即非正交预编码序列集合)相乘，得到NTX组经过非正交预编码的导频信号，并映射到公共导频所对应的资源元素位置上。以上过程，如图4所示。其生成流程，如图5所示。在该实施例中，通过非正交预编码来降低不同发射天线导频信号之间的时域相关性，白化不同发射天线导频信号之间的时域干扰，使得接收机在对某一个发射天线进行信道估计时，其他发射天线导频信号在时域上单个采样点的干扰功率，远小于信道有效多径的功率，从而进一步满足接收机的信道估计需求，在保持系统的原有性能的同时，有效解决多天线OFDM系统导频资源开销的问题。
在一实施例中，不同发射天线所对应的导频，需要利用频域上恒模，而时域上非正交，但相关性较好的不同序列(如不同根值的ZC序列)，来进行预编码操作。
为实现上述要求，集合内的非正交预编码序列需满足如下条件：1、序列值恒模，即|ai,i|2＝1或|ai,i|2≈1；2、预编码序列非正交，但经过IFFT变换到时域后的互相关功率值，小于预设的门限阈值δth，如图6所示。通常，δth的选取，与具体接收机对于无线信道环境中多径的识别精度有关。例如，一般而言，为了满足性能需求，接收机需要识别-26dB以上的有效径，则门限δth可设置为-26dB左右，即0.0025。典型的预编码序列集合由NTX个根值不同的ZC序列组成，但本实施例中的预编码序列不限定于ZC序列。
集合内的非正交预编码序列满足序列值恒模，是为了保持导频的原有功率不变，从而不影响系统每根发射天线自身的信道估计性能。集合内的非正交预编码序列满足互相关功率小于特定门限值，是为了使接收机在处理多发射天线信道估计时，其他发射天线导频信号的干扰被白化，且单个采样点上的干扰功率远小于信道有效多径的功率，从而使接收机可以通过有效径识别的方法，消除多发射天线间的导频干扰。
综上，本发明的实施例提出的导频信号生成方法并不追求接收机侧不同发射天线导频信号的完美正交，所以其预编码也不需要接收机反馈相关的信道信息，可以应用于广播等单向传输系统。其次，本方法利用的是不同序列之间的互相关特性，不需要利用到统一根植ZC序列循环移位的正交特性，故也不会降低系统的信道分辨长度。然后，本发明提出的一种导频信号的预编码方法，不改变原有单天线系统中的导频位置和导频序列，无需重新设计导频，方便在现有系统中进行升级。
接收机：
本发明的实施例提出一种多天线系统的信道估计方法，如图7所示，其中，该多天线系统包括多个天线对，每个天线对包括发射天线和接收天线，每个天线对的信道估计方法包括：
将非正交预编码序列集合和获取的公共导频序列相乘，得到本地的导频信号；
根据本地的导频信号和接收天线接收到的信号，得到天线对的初始信道估计结果；
根据初始信道估计结果进行DFT降噪，得到天线对降噪后的信道估计结果；
根据天线对的降噪后的信道估计结果受到的其他天线对的信道估计干扰值进行干扰消除，得到天线对的最终信道估计结果。
本发明提出的信道估计方法，利用DFT方法消除有效径之外的，经过白化之后的导频干扰值，并利用已消除掉有效径之外导频干扰的信道估计结果，重构有效径之内的残留干扰，从而进一步消除导频互干扰，使得接收机获得与传统多天线正交导频设计(例如时、频资源位置分离)，几乎一致的信道估计准确度。
下面对上述实施例进行具体说明：
对于非正交预编码序列集合，其可以直接从发射端获取，或者由获取的公共导频序列长度和发射天线个数等参数生成，例如：
接收机首先需要获取系统中发送天线的个数NTX，公共导频序列、公共导频信号位置，以及NTX个发送天线所对应的非正交预编码序列集合。其中，对获取这些参数的方式不做限定，可以是提前与发射机约定好，也可以是发射机通过信令传输等方式告知接收机。
或者该非正交预编码序列集合还可以如发射机那样，通过从发射机处获取的公共导频序列的长度生成一组公共导频序列{x0,x1,...xM-1}，以及其所对应的资源元素位置，并且根据该公共导频序列的长度和发射天线个数等参数，生成非正交预编码序列，从而组合成NTX个非正交预编码序列组成的集合。
在一实施例中，该非正交预编码集合需要满足如下条件：1、序列值恒模，即|ai,i|2＝1或|ai,i|2≈1；2、预编码序列非正交，但经过IFFT变换到时域后的互相关功率值小于预设的门限阈值δth。通常δth的选取，与具体接收机对于无线信道环境中多径的识别精度有关。
然后，接收机将非正交预编码序列集合和获取的公共导频序列相乘，得到本地的导频信号。具体地，接收机利用非正交预编码序列集合(或者为NTX个非正交预编码序列)和公共导频序列，生成NTX个发射天线所对应的本地的导频信号，即
接下来，根据本地的导频信号和接收天线接收到的信号，得到天线对的初始信道估计结果。具体地，接收机利用NTX个发射天线所对应的本地导频信号，以及NRX个接收天线所接收到的信号，进行NTX×NRX次初始信道估计的操作，从而得到NTX×NRX个初始信道估计结果其中/>代表天线对(t,k)(发射天线t，接收天线k上)所对应的初始信道估计结果。本发明的一种实施例，初始信道估计可采用最小二乘法估计，并结合时域插值的方法得到。
然后，根据初始信道估计结果进行DFT降噪，得到天线对(t,k)降噪后的信道估计结果以及对应的有效径开窗位置/>通过DFT降噪，能够消除有效径开窗范围外的其他发射天线的导频干扰。
在上述实施例中，说明DFT降噪方法，具体为：
1、将通过IFFT变换到时域，得到/>
2、求得的功率值/>并根据/>得到有效径开窗位置；
3、保留中有效径窗内的值，并将有效径窗外值置零，得到有效径开窗之后的
4、对做FFT，得到DFT降噪之后的信道估计结果/>
DFT开窗降噪过程，如图8所示。
最后，根据天线对的降噪后的信道估计结果受到的其他天线对的信道估计干扰值进行干扰消除，得到天线对的最终信道估计结果。
其中，本发明的一实施例介绍了计算出上述信道估计干扰值的方法，该方法包括：
保留其他天线对DFT降噪后的信道估计结果的导频位置数值，置零非导频位置数值，得到提取导频信息后的信道估计结果；
根据发射天线所对应的非正交预编码序列和所述其他天线对的提取导频信息后的信道估计结果，计算出其他天线对对该天线对的初始干扰值；
将初始干扰值进行IFFT变换，并对其进行有效径开窗，得到有效径开窗之后的所述信道估计干扰值。
接收天线k上，发射天线t所对应的信道估计干扰值受到的其他发射天线信道估计干扰值的计算过程，具体为：
1、保留其他发射天线上(以t′为例)，DFT降噪后的信道估计结果中的导频位置数值，置零其他位置数值，得到/>
2、利用非正交预编码序列集合，通过公式计算子载波m上其他发射天线对发射天线t上的初始干扰值；
3、对此初始干扰值进行系数加权，Xt,k,m＝Xt,k,mβ，其中系数β与导频的分布有关，若导频服从均匀分布，则β＝Dx；
4、利用IFFT将变换到时域，并利用/>对其进行有效径开窗，保留窗内干扰值，置零窗外干扰值，得到/>
5、然后对其进行FFT，变换为频域，得到最终的信道估计干扰值。
以均匀分布且Dx＝3的离散导频结构，4天线发射，单天线接收的传输结构为例，计算接收天线0上，发射天线0所对应的信道估计值受到的其他发射天线信道估计干扰值的计算过程，具体为：
1、保留发射天线1、2、3的DFT降噪后信道估计结果中的导频位置数值，置零其他导频位置数值；
2、利用公式：
计算发射天线0上，未置零的子载波m上，发射天线1，2，3对其的初始干扰值；
3、对此初始干扰值进行加权X0,0,m＝3·X0,0,m；
4、利用IFFT将干扰值序列变换到时域，并利用/>对其进行开窗，保留窗内干扰值，置零窗外干扰值；
5、然后对其进行FFT，变换回频域，得到最终的信道估计干扰值
在前述介绍的天线对的信道估计方法中，在每根接收天线上，可利用干扰消除方法，对所有发射天线的信道估计干扰值进行干扰消除操作，以得到最终的信道估计结果。
本发明的一实施例，对发射天线的信道估计干扰值采用并行干扰消除操作，主要方法包括：
获取信道估计干扰值；
利用天线对DFT降噪后的信道估计结果减去信道估计干扰值，得到天线对的最终信道估计结果。
下面根据图9列举一实施例加以说明：
1、获取信道估计值干扰值其中，该信道估计干扰值/>的计算方法已经在前述的实施例中介绍过；
2、利用计算得到天线对(t,k)上最终信道估计结果。以4天线发射，单天线接收为例，在并行干扰消除的操作中，首先依次获取发射天线1、2、3对发射天线0的信道估计干扰值/>发射天线0、2、3对发射天线1的干信道估计扰值/>发射天线0、1、3对发射天线2的信道估计干扰值/>以及发射天线0、1、2对发射天线3的信道估计干扰值/>然后，利用/>依次计算发射天线0、1、2、3的干扰消除后的信道估计结果/>
本发明的一实施例，对所有发射天线的信道估计干扰值采用串行干扰消除操作，该串行干扰消除方法包括：
获取的步骤，用于获取天线对的信道估计干扰值；
差值的步骤，利用天线对DFT降噪后的信道估计结果减去天线对的信道估计干扰值，得到天线对的最终信道估计结果；
更新的步骤，将天线对DFT降噪后的信道估计结果赋值为天线对的最终信道估计结果；
判断的步骤，判断接收天线上，是否所有发射天线对应的天线对均完成干扰消除，若否，则返回获取的步骤继续执行，若是，则结束干扰消除。
下面结合图10具体说明串行干扰消除的方法：
1、获取信道估计干扰值其中，该信道估计干扰值/>的计算方法已经在前述的实施例中介绍过；
2、利用计算得到天线对(t,k)上最终信道估计结果；
3、利用更新天线对(t,k)上DFT降噪后的信道估计结果；
4、判断接收天线k上，是否所有发射天线均完成干扰消除，若否，则返回第1步，若是，则退出。在具体应用中，以4天线发射，单天线接收为例：首先，获取或计算发射天线1、2、3对发射天线0的信道估计干扰值利用/>计算发射天线0经过干扰消除后的最终信道估计结果，并更新/>判断出发射天线1、2、3并未完成干扰消除，继续执行干扰消除操作。然后，获取或计算发射天线0、2、3对发射天线1的信道估计干扰值/>利用/>计算发射天线1经过干扰消除后的信道估计结果，并更新/>判断出发射天线2、3并未完成干扰消除，继续执行干扰消除操作。之后，计算发射天线0、1、3对发射天线2的信道估计干扰值/>利用/>计算发射天线2经过干扰消除后的信道估计结果，并更新/>判断出发射天线3并未完成干扰消除，继续执行干扰消除操作。最后，获取或计算发射天线0、1、2对发射天线3的信道估计干扰值/>利用/>计算发射天线3经过干扰消除后的信道估计结果，并更新/>判断出所有发射天线均完成干扰消除，退出。
需要说明的是，以上干扰消除过程也可以在时域上进行，然后再将干扰消除后的信道估计结果利用FFT变换回频域。即：
接收机利用初始信道估计和DFT降噪方法得到天线对(t，k)的利用上述信道估计干扰值实施例的计算过程中的步骤1到4，计算得到时域上的信道估计干扰值/>然后利用串行或并行干扰消除方法，得到/>最后，对/>其进行FFT操作，得到最终的信道估计结果/>
相比于并行干扰消除，串行干扰消除会在每次干扰消除的时候，利用到之前干扰消除所获得的增益，性能相比并行干扰消除有了进一步的提高。但与此同时，串行干扰消除无法实现并行化操作，处理时间上会长于并行干扰消除。
接下来通过图11、图12来解释说明实施例中的干扰消除在频域、时域上所产生的效果。此例为2天线发送，单天线接收的传输结构，2根发射天线的信号经历延迟不同的AWGN信道，接收机处信号信噪比为40dB。图11中最上面的一幅图为发射天线0经过DFT降噪之后的频域上的信道估计结果。此时，由于残存了发射天线1在发射天线0有效径范围内的干扰，所以结果并未呈现出理想的正弦波形式(AWGN信道在频域上的表现为理想正弦波)。而当此结果减去中间图示的频域上的信道估计干扰值之后，可以得到最下面图中所示的干扰消除后的频域上的最终信道估计结果，可以看到，此结果更加接近于理想的正弦波形式。图12中，最上面一幅图为发射天线0经过DFT降噪之后的时域上的信道估计结果。可以看出，在有效径及其附近，残存了发射天线1对发射天线0的干扰。而当此结果减去中间图示的时域上的信道估计干扰值之后，可以得到最下面图中所示的干扰消除后的时域上的最终信道估计结果，可以看到，此结果更加接近于理想的AWGN时域信道响应形式。
上述实验结果表明，采用本发明所提出的导频预处理和信道估计方法，可以使接收机获得与传统正交化多天线导频分布(如时、频资源位置分离)方法，几乎一致的信道估计准确度。该方法在保持系统的原有性能的同时，有效地解决了多天线OFDM系统导频资源开销问题。
本发明还提出一种多天线系统的导频信号生成系统，该多天线系统包括多个天线对，每个天线对包括发射天线和接收天线，包括：
导频信号生成模块，用于通过发射端生成经过非正交预编码的导频信号，来抑制发射天线之间的导频干扰，其中，导频信号的生成方法包括：
根据公共导频序列的长度生成公共导频序列和由多个发射天线组成的非正交预编码序列集合；
将公共导频序列与非正交预编码序列集合相乘，得到导频信号。
在该导频信号生成系统的实施例中，预编码的目的是为了降低不同发射天线导频信号之间的时域相关性，白化不同发射天线的导频信号之间的时域干扰，使得接收机在对某一个发射天线进行信道估计时，其他发射天线导频信号的干扰功率，远小于信道有效多径的功率，从而进一步满足接收机的信道估计需求，在保持系统的原有性能的同时，有效解决多天线OFDM系统导频资源开销的问题。
在一导频信号生成系统的实施例中，生成每个发射天线的非正交预编码序列需满足如下条件：
预编码序列值恒模；以及
预编码序列经过IFFT变换后的互相关功率值小于预设的门限阈值。
集合内序列满足序列值恒模，是为了保持导频的原有功率，从而不影响系统每根发射天线自身的信道估计性能；集合内序列满足互相关功率值小于预设的门限阈值，是为了使接收机在处理多发射天线信道估计时，其他发射天线导频信号在单个采样点上的干扰功率，远小于信道有效多径的功率，从而使接收机可以通过有效径识别的方法，消除多发射天线间的导频干扰。
本发明还又提出一种多天线系统的信道估计系统，多天线系统包括多个天线对，每个天线对包括发射天线和接收天线，包括：
获取模块，用于将非正交预编码序列集合和获取的公共导频序列相乘，得到本地的导频信号；
估计模块，用于根据本地的导频信号和接收天线接收到的信号，得到天线对的初始信道估计结果；
降噪模块，用于根据初始信道估计结果进行DFT降噪，得到天线对降噪后的信道估计结果；
干扰消除模块，用于根据天线对的降噪后的信道估计结果受到的其他天线对的信道估计干扰值进行干扰消除，得到天线对的最终信道估计结果。
由于不同天线的非正交预编码序列在接收机处已知，接收机可以利用上述已消除掉有效径之外导频干扰的信道估计结果，重构有效径之内的残留干扰，从而进一步消除导频互干扰。实验表明，采用本发明所提出的信道估计系统，可以使接收机获得与传统正交化多天线导频分布(如时、频资源位置分离)方法，几乎一致的信道估计准确度。该方法在保持系统的原有性能的同时，有效地解决了多天线OFDM系统导频资源开销问题。
在一关于信道估计系统的实施例中，计算出信道估计干扰值的方法包括：
保留其他天线对DFT降噪后的信道估计结果的导频位置数值，置零非导频位置数值，得到提取导频信息后的信道估计结果；
根据发射天线所对应的非正交预编码序列和其他天线对的提取导频信息后的信道估计结果，计算出其他天线对对天线对的初始干扰值；
将初始干扰值进行IFFT变换，并对其进行有效径开窗，得到有效径开窗之后的信道估计干扰值。
在一实施例中，计算出天线对的初始信道估计结果的方法包括：
利用本地的导频信号与所有接收天线接收到的信号，进行最小二乘和/或时域插值操作，得到天线对的初始信道估计结果。
在一实施例中，非正交预编码序列集合满足：
预编码序列值恒模；以及
预编码序列经过IFFT变换后的相关功率值小于预设的门限阈值。
在该实施例中，非正交预编码序列集合可以直接从发射端获取，或者由获取的公共导频序列长度、发射天线个数等参数生成。
在一实施例中，干扰消除模块包括并行干扰消除模块，包括：
第一获取单元，用于获取信道估计干扰值；
第一处理单元，用于利用天线对DFT降噪后的信道估计结果减去信道估计干扰值，得到天线对的最终信道估计结果。
在一实施例中，干扰消除模块包括串行干扰消除模块，包括：
第二获取单元，用于获取信道估计干扰值；
第二处理单元，用于利用天线对DFT降噪后的信道估计结果减去天线对的信道估计干扰值，得到天线对的最终信道估计结果；
更新单元，用于将天线对DFT降噪后的信道估计结果赋值为天线对的最终信道估计结果；
判断单元，用于判断接收天线上，是否所有发射天线对应的天线对均完成干扰消除，若否，则返回第二获取单元继续执行，若是，则结束干扰消除。
相比于并行干扰消除模块，串行干扰消除模块会在每次干扰消除的时候，利用到之前干扰消除所获得的增益，性能相比并行干扰消除有了进一步的提高。但与此同时，串行干扰消除模块无法实现并行化操作，处理时间上会长于并行干扰消除模块。
本发明还又提出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前述任一项的多天线系统的导频信号生成方法和/或信道估计方法。
本发明再提出一种计算机设备，计算机设备包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序；
当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现如前述的多天线系统的导频信号生成方法和/或信道估计方法。
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、装置及其各个模块以外，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、装置及其各个模块以逻辑门、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程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块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程序的模块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模块视为既可以是实现方法的软件程序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 (14)
1.一种多天线系统的信道估计方法，所述多天线系统包括多个天线对，每个天线对包括发射天线和接收天线，其特征在于，采用所述的多天线系统的导频信号生成方法，
所述多天线系统包括多个天线对，每个天线对包括发射天线和接收天线，通过发射端生成经过非正交预编码的导频信号，来抑制发射天线之间的导频干扰，其中，导频信号的生成包括：
根据公共导频序列的长度生成公共导频序列和由多个发射天线组成的非正交预编码序列集合；
将所述公共导频序列与所述非正交预编码序列集合相乘，得到所述导频信号；
每个天线对的信道估计包括：
将非正交预编码序列集合和获取的公共导频序列相乘，得到本地的导频信号；
根据本地的导频信号和接收天线接收到的信号，得到天线对的初始信道估计结果；
根据所述初始信道估计结果进行DFT降噪，得到所述天线对降噪后的信道估计结果；
根据所述天线对的降噪后的信道估计结果受到的其他天线对的信道估计干扰值进行干扰消除，得到所述天线对的最终信道估计结果；
所述信道估计干扰值的计算包括：
保留其他天线对DFT降噪后的信道估计结果的导频位置数值，置零非导频位置数值，得到提取导频信息后的信道估计结果；
根据所述发射天线所对应的非正交预编码序列和所述其他天线对的提取导频信息后的信道估计结果，计算出其他天线对对所述天线对的初始干扰值；
将所述初始干扰值进行IFFT变换，并对其进行有效径开窗，得到有效径开窗之后的信道估计干扰值。
2.根据权利要求1所述的多天线系统的信道估计方法，其特征在于，所述天线对的初始信道估计结果的生成包括：
利用所述本地的导频信号与所有接收天线接收到的信号，进行最小二乘和/或时域插值操作，得到所述天线对的初始信道估计结果。
3.根据权利要求1所述的多天线系统的信道估计方法，其特征在于，所述非正交预编码序列集合满足：
预编码序列值恒模；以及
预编码序列经过IFFT变换后的相关功率值小于预设的门限阈值。
4.根据权利要求1所述的多天线系统的信道估计方法，其特征在于，所述干扰消除包括并行干扰消除，包括：
获取所述信道估计干扰值；
利用天线对DFT降噪后的信道估计结果减去所述信道估计干扰值，得到天线对的最终信道估计结果。
5.根据权利要求1所述的多天线系统的信道估计方法，其特征在于，所述干扰消除包括串行干扰消除，包括：
获取步骤：用于获取所述天线对的信道估计干扰值；
差值步骤：利用天线对DFT降噪后的信道估计结果减去所述天线对的信道估计干扰值，得到所述天线对的最终信道估计结果；
更新步骤：将所述天线对DFT降噪后的信道估计结果赋值为所述天线对的最终信道估计结果；
判断步骤：判断所述接收天线上，是否所有发射天线对应的天线对均完成干扰消除，若否，则返回所述获取步骤继续执行，若是，则结束干扰消除。
6.根据权利要求1所述的多天线系统的信道估计方法，其特征在于，生成每个发射天线的非正交预编码序列需满足如下条件：
预编码序列值恒模；以及
预编码序列经过IFFT变换后的互相关功率值小于预设的门限阈值。
7.一种多天线系统的信道估计系统，所述多天线系统包括多个天线对，每个天线对包括发射天线和接收天线，其特征在于，采用所述的多天线系统的导频信号生成系统，
所述多天线系统包括多个天线对，每个天线对包括发射天线和接收天线，包括：
导频信号生成模块：用于通过发射端生成经过非正交预编码的导频信号，来抑制发射天线之间的导频干扰，其中，导频信号的生成包括：
根据公共导频序列的长度生成公共导频序列和由多个发射天线组成的非正交预编码序列集合；
将所述公共导频序列与所述非正交预编码序列集合相乘，得到所述导频信号；
多天线系统的信道估计系统包括：
获取模块：用于将非正交预编码序列集合和获取的公共导频序列相乘，得到本地的导频信号；
估计模块：用于根据所述本地的导频信号和接收天线接收到的信号，得到天线对的初始信道估计结果；
降噪模块：用于根据所述初始信道估计结果进行DFT降噪，得到所述天线对降噪后的信道估计结果；
干扰消除模块：用于根据所述天线对的降噪后的信道估计结果受到的其他天线对的信道估计干扰值进行干扰消除，得到所述天线对的最终信道估计结果；
所述信道估计干扰值的计算包括：
保留其他天线对DFT降噪后的信道估计结果的导频位置数值，置零非导频位置数值，得到提取导频信息后的信道估计结果；
根据所述发射天线所对应的非正交预编码序列和所述其他天线对的提取导频信息后的信道估计结果，计算出其他天线对对所述天线对的初始干扰值；
将所述初始干扰值进行IFFT变换，并对其进行有效径开窗，得到有效径开窗之后的信道估计干扰值。
8.根据权利要求7所述的多天线系统的信道估计系统，其特征在于，所述天线对的初始信道估计结果的计算包括：
利用所述本地的导频信号与所有接收天线接收到的信号，进行最小二乘和/或时域插值操作，得到所述天线对的初始信道估计结果。
9.根据权利要求7所述的多天线系统的信道估计系统，其特征在于，所述非正交预编码序列集合满足：
预编码序列值恒模；以及
预编码序列经过IFFT变换后的相关功率值小于预设的门限阈值。
10.根据权利要求7所述的多天线系统的信道估计系统，其特征在于，所述干扰消除模块包括并行干扰消除模块，包括：
第一获取单元，用于获取所述信道估计干扰值；
第一处理单元，用于利用天线对DFT降噪后的信道估计结果减去所述信道估计干扰值，得到天线对的最终信道估计结果。
11.根据权利要求7所述的多天线系统的信道估计系统，其特征在于，所述干扰消除模块包括串行干扰消除模块，包括：
第二获取单元，用于获取所述信道估计干扰值；
第二处理单元，用于利用所述天线对DFT降噪后的信道估计结果减去所述天线对的信道估计干扰值，得到所述天线对的最终信道估计结果；
更新单元，用于将天线对DFT降噪后的信道估计结果赋值为所述天线对的最终信道估计结果；
判断单元，用于判断所述接收天线上，是否所有发射天线对应的天线对均完成干扰消除，若否，则返回所述第二获取单元继续执行，若是，则结束干扰消除。
12.根据权利要求7所述的多天线系统的信道估计系统，其特征在于，
生成每个发射天线的非正交预编码序列需满足如下条件：
预编码序列值恒模；以及
预编码序列经过IFFT变换后的互相关功率值小于预设的门限阈值。
13.一种计算机可读存储介质，其特征在于，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6中任一项所述的多天线系统的导频信号生成方法和/或信道估计方法。
14.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1至6中任一项所述的多天线系统的导频信号生成方法和/或信道估计方法。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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