CN1454412A

CN1454412A - 一种信道估计的方法及实现该方法的接收系统

Info

Publication number: CN1454412A
Application number: CN00819807.1A
Authority: CN
Inventors: 张宇; 李道本
Original assignee: Linkair Communications Inc
Current assignee: Linkair Communications Inc
Priority date: 2000-09-06
Filing date: 2000-09-06
Publication date: 2003-11-05
Also published as: AU2000268172A1; WO2002021711A1

Abstract

本发明公开了一种应用于扩频通信技术中的信道估计方法及系统，该方法包括将移动台或基站发送的高频调制信号，经接收端解调解扩后，通过判决反馈信道估计环路实现对衰落信道特性的信道估计。采用本发明方法，可以使通信系统节约基站或移动台的发射功率，实现简单，有效克服深衰落对信号幅度和相位的影响，满足高数据速率传输和高速移动环境下的应用，可以不须任何改动分别应用到前向(基站到移动台)和反向(移动台到基站)信道中。

Description

一种信道估计的方法及实现该方法的接收系统

技术领域

本发明涉及无线扩频通信及数字移动通信技术领域，特别涉及一种可以不须任何改动即可分别应用到前向和反向信道中，同时满足高数据速率传输和高速移动环境下应用的信道估计的方法及实现该方法的信号接收系统。发明背景

在现代高速移动通信中，出于对高数据速率的要求，使得对高维状态相移键控 PSK ( Phase Shift Keying )调制体制的研究逐渐成为无线通信中的核心内容之一。但多径与较大的多谱勒频移一直是限制多电平、多相位的调制方式在高速移动环境下应用的主要瓶颈。在高速移动环境中，影响 PSK系统性能的主要因素是快衰落对 PSK系统幅度和相位的影响。尤其是在深衰落环境中，幅度深衰落将严重的恶化系统的性能。为克服衰落信道的这些影响，必须进行有效的信道估计。特别是在第三代移动通信系统中，要求移动台适应高数据速率传输的要求，并要承受大约 500Hz多谱勒频移的深衰落环境。对此，现有技术中已经存在若干种解决方案。例如，美国高通公司（Qualcomm )在第三代移动通信标准 IS-2000 中提出的主要解决方案是采用连续的导频信道估计，即采用公用的导频信道（对下行信道）或专用的导频信道（对上行信道），接收端通过解调该导频信道获得信道信息。欧洲的 Nokia、 Errisson 在 WCDMA 中提出的则是采用连续导频信道和专用的导频信道的联合估计，其算法与 IS-2000的导频信道估计相比，又附加了一个间隔插入在业务信道中的导频符号，由此导频符号估计的信道信息与导频信道估计出的信道信息加权得到最终的信道估计值。

连续导频只用于 CDMA通信系统由基站向移动台的下行通信中。此时发射端用专门的一个信道来传导频信号，并和其它信道的信号一起发射。在接收端其它信道的信号和此导频信号相关，以消除在信道传输过程中带来的相位偏移，从而使各信道解调出原始信息。连续导频可以在一定程度上消除高速移动带来的深衰落的影响，但要求导频信道和其它所有信道的信号一起发射，且要占用一个专用的信道，因而要增加发射机的发射功率，所以连续导频只用于同步 CDMA 系统的下行通信（由基站向移动台）中。专用导频是在发射端的每个信道中，每隔一定的间隔传输一个导频符号，利用导频符号估计出的信道的参数对此导频符号之后的数据符号进行信道补偿，以消除信道对传输信号的影响。从专用导频的原理中很容易看出，在高速移动环境中，由于相邻符号之间的相关性减小，所以利用导频符号的信道估计值对其后的数据符号进行的补偿显然是不准确的，所以，这种解决方案不能有效地克服深衰落对信号幅度和相位的影响，不能保证在高速移动环境下应用更高维的调制方式。同时，对业务信号的干扰大，实现复杂，且不适应今后自适应天线的发展潮流。发明内容

本发明的目的在于提供一种可以不须任何改动即可分别应用到前向和反向信道中，同时满足高数据速率传输和高速移动环境下应用的信道估计的方法及实现该方法的信号接收系统，以克服上述现有技术解决方案中所存在的技术问题和缺陷。

本发明一种应用于扩频通信技术中的信道估计方法，至少包括以下步骤：通过业务信道辅助导频符号得到初始信道估计，对导频符号后的业务数据通过判决反馈方法逐符号给出新的信道估计值。

根据上述技术方案，所述的判决反馈方法至少包括以下步骤：对发送端传送的高频调制信号，在接收端首先对当前数据符号进行解扩解调，再利用前一符号反馈的信道估计信息进行相位补偿，完成当前符号信息的判决，估计出信道特性。同时，将此当前符号的信道估计信息，反馈给下一数据符号作相位补偿，完成下一符号的信道估计。

由第一个辅助导频符号提供初始的信道信息。并在业务数据信号中间隔插入的辅助导频符号，重新给出信道估计的参考值。该导频符号的发送间隔可以改变。

根据上述技术方案，所述的判决反馈方法进一步包括以下步驟：

( 1) 由解调解扩后的第一辅助导频符号得到初始信道估计，并通过一第一延时器输出；

( 2 ) 后一数据符号利用该信道估计信息进行相位补偿；

(3) 进行最大比值合并及判决；

(4) 进行信道估计；

(5) 将此信道估计值经第一延时器输出反馈；

(6) 与下一数据符号一起重复步骤（2) 至（5)。

对于后续的辅助导频符号省略步骤（2)、（3), 直接进行步骤（4)、 (5)、（6)，以重新给出信道估计的参考值。

本发明一种实现上述方法的信号接收系统，包括天线，中频、射频解调部分，解扩部分，信道估计及判决部分和译码及信源恢复部分，其特征在于：所述的信道估计及判决部分含有一判决反馈估计器，用于将由天线接收、经解调解扩后的信号通过一判决反馈信道估计环路来进行信道估计及判决。

所述的判决反馈信道估计环路包括相位补偿部分、最大比合并及判决部分、信道估计部分及一第一延时器，其中第一延时器反馈输出的前一符号的信道估计信息反馈输入到相位补偿部分，对解调解扩后的当前信号进行相位补偿，再送入最大比合并及判决部分进行最大比值合并和判决，该判决输出与上述解调解扩后的当前信号一并输入到信道估计部分进行信道估计，以输出当前的信道估计幅度和相位信息，该信道估计信息经所述第一延时器再反馈输出供下一符号进行相位补偿。

本发明所提出的这种用于高数据速率传输和移动环境的新型信道估计方法，其特征在于通过业务信道辅助导频符号得到初始信道估计，对导频符号后的业务数据通过判决反馈算法逐符号给出新的信道估计值。对移动台或基站发送的高频调制信号,在接收端首先对当前符号进行解调解扩，判决当前符号信息，估计出信道特性；信道估计的完成利用了当前判决符号信息，即在当前符号完成解调解扩之后，利用估计出的信道特性完成相位补偿；再进行最大比值合并和判决；继而利用此当前判决出的符号信息，完成下一符号的信道估计，以供下一符号作相位补偿，最大比值合并和判决。导频符号在其中的作用首先在于第一个导频符号提供初始的信道信息，其次还在于在业务信号中间隔插入的导频符号用于防止错误的判决造成错误信道估计，从而引起错误的传播。

根据本发明的方法，系统的性能受移动台的移动速度影响较小，即受多谱勒频移造成的快衰落的影响较小，因而能有效克服高数据传输和高速移动带来的深衰落对信号幅度和相位的影响。同时节约信号的发射功率，对业务信号的干扰小、时延小。而且不须任何改动即可分别应用到前向（基站到移动台）和反向（移动台到基站）信道中，实现筒单。并且今后的自适应天线发展并不影响此方法的应用，适用范围广阔。

本发明方法与现有技术的连续导频信道估计方法和专用导频信道估计方法相比，具有可以节约信号的发射功率，即占用基站或移动台的发送信号功率少，实现简单，对业务信号的干扰小、时延小等优点，能有效克服深衰落对信号幅度和相位的影响。而且可不须任何改动分别应用到前向（基站到移动台）和反向（移动台到基站）信道中。并且可较好适应今后的自适应天线发展，适用范围广阔。附图简要说明

图 1是一个筒单的 CDMA移动通信系统框图。

图 2是根据本发明的方法的一个总体的接收机框图。

图 3是根据本发明的方法的一个优选实施方式框图。

图 4是根据本发明的方法的一个优选实施方式框图。

图 5是根据本发明的方法的一个优选实施方式框图。

图 6是根据本发明的方法的一个优选实施方式框图。

图 7是系统帧结构示意图。实施本发明的方式

下面结合附图对本发明进行详细描述。附图 1是一简单 CDMA移动通信系统框图，信源发生器 101产生信号，经编码器 102编码，扩频器 103扩频，然后经中频、射频调制器 104 调制成高频调制符号，经发射天线 105发射。在接收端由接收天线 106 接收，经中频、射频解调器 107解调，解扩器 108解扩后，经 109进行信道估计及判决，然后由译码及信源恢复部分 110输出。

参考附图 2, 判决反馈信道估计环路通过业务信道辅助导频符号及判决反馈算法实现对衰落信道特性的估计。首先，由解调解扩后的导频符号可以直接得到信道的幅度和相位信息，经图 2中第一延时器 115提供给下一符号，下一符号利用此信道信息由 112完成相位补偿， 113完成最大比值合并，由 114判决出本符号。然后再将此新的信道信息反馈到 112，提供给后继符号使用。

导频符号处可以近似实现信道衰落特性的准确估计。此估计用于给出解调、判决电路的初始幅度及相位参考。导频符号之后的业务信道通过判决反馈算法逐符号给出新的信道估计值 , 时时调整对信道特性的补偿。为防止错误传播的发生，每隔一定的业务信号之后再插入导频符号，重新给出信道估计的幅度和相位参考值。图 7示出了导频符号的位置，即每一子帧的第一个符号为已知导频符号，导频符号后为业务符号，若干个子帧构成发送帧结构。该图显示了系统的导频不占用连续的公用物理信道，每个移动用户都有其特定的导频符号，导频的扩频码可以与该用户的扩频码一样，也可以不一样。在前向信道中还可在同一小区或扇区对导频符号使用相同的扩频码进行扩频。导频符号发送已知符号，其发送间隔是可以改变的，而且并不受移动台移动速度的影响。附图 3是本发明的第一优选实施例。参考附图 3, 接收机根据前一符号（可以是导频或业务）所得信道估计值完成当前符号的相位补偿，最大比值合并和判决，并得到本符号的判决信息。然后与经第二延时器 116输出的解调解扩后的数据一并输入到除法器 117,去除掉该数据中的符号信息，从而得到新的信道幅度和相位信息，然后再将此新的信道信息反馈到 112, 提供给后继符号使用。以上过程可用公式表示如下： (k) = (尋, (k) + n_d (k)) l d{k); ...… _{( 1} )

d{k + l) =∑(d(k +

其中 d ( k )为第 k个业务符号数据， W为第 k个业务符号所附加的均值为 0，方差为 σ²的加性白高斯噪声. 为第 k个符号经过第 /径衰落信道的乘性噪声，它代表了信号的幅度和相位畸变（A )为复数），为其估计值，为第 k个符号的判决结果. L为信道的可分离路径总数。附图 4是本发明的第二优选实施例。请参考附图 4, 接收机根据前面 N个符号的信道估计值的均值完成本符号的相位补偿，最大比值合并和判决，并得到本符号的信道估计值。或者将前面 N个符号的信道估计值通过 FIR (有限冲激响应滤波器）或 IIR (无限冲激响应滤波器），将通过滤波器的信道估计值用于本符号的相位补偿，最大比值合并和判决，并得到本符号的信道估计值。这样做的目的是为了减小噪声对信道估计值产生的影响。

本实施例是在实施例一基础上的改进，即通过累加器或 FIR或 IIR 低通滤波器 120抑制噪声和干扰造成的对信道估计的不良影响，其余部分同实施例一。这对于低速移动的移动台的信道估计有明显改善，从而也改善了其业务性能。例如，可以主要应用于低速（<50km/h )运动的情况。附图 5是本发明的第三优选实施例。请参考附图 5, 该方案主要应用于高速（>200km/h )运动的情况。即采用预测，接收机根据一定的算法（如前所述），根据前面 N个符号的信道估计值，预测出本符号的信道估计值，以此完成本符号的相位补偿，最大比值合并和判决，并得到本符号的实际信道估计值。

本实施例是在实施例一基础上的改进。即通过加入预测器 123, 实现对信道的同步估计，避免实施例 1和实施例 2所具有的滞后性。同时为了继续保持本发明的筒单性优点，采用筒单的预测算法。对一阶线性预测，其算法可以用公式表示如下：

h, (k) = (d(k)h, (k) + n_d (k))/d(k);

¾ (k + l) = h, (k) + (h, (k) -h^k-l)); …… ⁽²⁾

d{k+l)

其中 + 为第（k+1 )个符号得信道估计得预测值。对二阶预测，同样可以有类似的算法。附图 6是本发明的第四优选实施例。请参考附图 6，该方案主要应用于上行信道。此处采用卡尔曼滤波器，综合了第二实施例和笫三实施例的优点，但避免了它们的不足。因为第二实施例使所得到的信道估计值滞后于实际的信道值，因而不能应用于高速移动的情形，而第三实施例所得的信道估计值受噪声的影响将超过第一实施例。本实施例克服了这些缺点，但由于其算法已经较为复杂，因此更适合于上行信道，即接收机在基站一侧。

本实施例是在实施例三基础上的改进，即通过加入卡尔曼滤波器 126，改进实施例 3中的预测器 123，从而既保持了实施例 3中同步估计的优点，又能够通过滤波抑制噪声带来的不良影响。卡尔曼滤波器的设计算法已有艮成熟的理论，工程设计人员可以无须创造性劳动即可完成其设计。本领域的普通技术人员显然清楚，根据本发明公开的信道估计的方法，可以有许多方式修改所公开的发明，并且除了上述的具体给出的优选方式外，本发明还可以有其它许多实施例。因此，凡属依据本发明构思所能得到方法或改进，均属本发明权利要求保护的范围。

Claims

权利要求书

1、一种应用于扩频通信技术中的信道估计方法，其特征在于该方法至少包括以下步骤：

通过业务信道辅助导频符号得到初始信道估计，对导频符号后的业务数据通过判决反馈方法逐符号给出新的信道估计值。

2、根据权利要求 1 所述的方法，其特征在于所述的判决反馈方法至少包括以下步骤：

对发送端传送的高频调制信号，在接收端首先对当前数据符号进行解扩解调 , 再利用前一符号反馈的信道估计信息进行相位补偿，完成当前符号信息的判决，估计出信道特性；

同时，将此当前符号的信道估计信息，反馈给下一数据符号作相位补偿，完成下一符号的信道估计。

3、根据权利要求 1 所述的方法，其特征在于：由第一个辅助导频符号提供初始的信道信息。

4、根据权利要求 1 所述的方法，其特征在于：在业务数据信号中间隔插入的辅助导频符号，重新给出信道估计的参考值。

5、根据权利要求 4所述的方法，其特征在于：每一发送子帧的第一个符号为辅助导频符号，导频符号后为业务数据符号，由复数个的子帧构成发送帧结构。

6、根据权利要求 5所述的方法，其特征在于：每个移动用户具有其特定的导频符号，导频的扩频码可以与该用户的扩频码一样，也可以不一样。

7、根据权利要求 5所述的方法，其特征在于：在前向信道中同一小区或扇区对导频符号使用相同的扩频码进行扩频。 8、根据权利要求 4或 5所述的方法，其特征在于：所述导频符号的发送间隔可以改变。

9、根据权利要求 1或 2所述的方法，其特征在于所述的判决反馈方法进一步包括以下步骤：

(1) 由解调解扩后的第一辅助导频符号得到初始信道估计，并通过一第一延时器输出；

( 2 ) 后一数据符号利用该信道估计信息进行相位补偿；

(3) 进行最大比值合并及判决；

(4) 进行信道估计；

(5) 将此信道估计值经第一延时器输出反馈；

(6) 与下一数据符号一起重复步驟（ 2 ) 至（ 5 )。

10、根据权利要求 9所述的方法，其特征在于：对于后续的辅助导频符号省略步骤（2)、 (3), 直接进行步骤（4)、（5)、（6), 以重新给出信道估计的参考值。

11、根据权利要求 2或 9所述的方法，其特征在于所述的信道估计至少包括以下步骤：

将解调解扩后的接收数据经一第二延时器输出 , 与已知导频符号或本判决符号一并输入到一除法器，去除掉该数据中的符号信息，输出新的信道幅度和相位信息。

12、根据权利要求 11所述的方法，其特征在于：进一步将除法器输出的信号，经累加器或有限冲激响应滤波器或无限冲激响应滤波器输出。

13、根据权利要求 11所述的方法，其特征在于：进一步将除法器输出的信号，经一阶或二阶预测器输出。

14、根据权利要求 11所述的方法，其特征在于：进一步将除法器输出的信号，经卡尔曼滤波器输出。

15、一种实现权利要求 1 所述方法的信号接收系统，包括天线，中频、射频解调部分，解扩部分，信道估计及判决部分和译码及信源恢复部分，其特征在于：所述的信道估计及判决部分含有一判决反馈估计器，用于将由天线接收、经解调解扩后的信号通过一判决反馈信道估计环路来进行信道估计及判决。

16、根据权利要求 13所述的接收系统，其特征在于：所述的判决反馈信道估计环路包括相位补偿部分、最大比合并及判决部分、信道估计部分及一第一延时器，其中第一延时器反馈输出的前一符号的信道估计信息反馈输入到相位补偿部分，对解调解扩后的当前信号进行相位补偿，再送入最大比合并及判决部分进行最大比值合并和判决，该判决输出与上述解调解扩后的当前信号一并输入到信道估计部分进行信道估计，以输出当前的信道估计幅度和相位信息，该信道估计信息经所述第一延时器再反馈输出供下一符号进行相位补偿。

17、根据权利要求 16所述的接收系统，其特征在于：所述的信道估计部分包括一第二延时器、一除法器，解调解扩后的信号数据经该第二延时器输出，与已知导频符号或判决符号一并输入到该除法器，去除掉该数据中的符号信息，输出新的信道幅度和相位信息。

18、根据权利要求 17所述的接收系统，其特征在于：所述的除法器可进一步经一累加器或一无限冲激响应滤波器或一有限冲激响应滤波器或一一阶、二阶预测器或一卡尔曼滤波器后输出。