CN1984109A - 通信系统中的信道估计器及其信道估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通信系统中的信道估计器，包括：信道自相关矩阵计算单元，用于根据第一次信道估计参数计算信道自相关矩阵；信道估计单元，用于根据最小二乘(LS)信道估计结果以及由第一次信道估计参数所计算得到的信道自相关矩阵进行第一次信道估计，信道自相关矩阵计算单元进一步利用第一次信道估计值重新计算信道自相关矩阵，信道估计单元进一步用于根据重新计算的信道自相关矩阵和LS信道估计结果进行信道估计。本发明还公开了一种通信系统中的信道估计方法。应用本发明以后，能够极大地提高信道估计的准确度。

Description

通信系统中的信道估计器及其信道估计方法

技术领域

本发明涉及信道估计技术领域，更具体地说，本发明涉及通信系统中的信道估计器及其信道估计方法。

背景技术

目前的通信系统主要分为无线通信系统和有线通信系统。无论是无线通信系统还是有线通信系统，都需要对信道进行估计。

二代移动通信以时分多址(TDMA)和窄带码分多址(CDMA)为主要的接入技术，例如全球移动通信(GSM)系统和CDMA IS-95移动通信系统。三代移动通信以宽带CDMA为主要的接入技术，例如通用移动通信系统(UMTS)和宽带码分多址(WCDMA)移动通信系统。在CDMA技术中，一个用户的数据符号将占用所有的载频宽度，不同的用户或用户数据通过扩频码来进行区分。由于多径信道破坏了扩频码之间的正交性，使得CDMA技术成为一个自干扰的系统，因此，系统容量和频谱效率无法满足宽带无线通信的要求。

下一代移动通信技术需要支持语音、数据、音频、视频、图像等广泛的业务类型。为了支持多种业务类型，要求下一代移动通信系统支持更高的数据速率、更高的频谱效率、完善的服务质量(QoS)保障机制，提供更好的移动性支持和无线网络覆盖，实现为用户随时随地提供通信服务的目标。

20世纪90年代以来，多载波技术成为宽带无线通信的热点技术，其基本思想是将一个宽带载波划分为多个子载波，并在多个子载波上同时传输数据，在多数的系统应用当中，子载波的宽度小于信道的相干宽度，这样在频率选择性信道上，每个子载波上的衰落为平坦衰落，这样就减少了符号间的干扰，并且不需要复杂的信道均衡，适合高速数据的传输。多载波技术有多种形式，如正交频分复用(OFDM)、多载波CDMA(MC-CDMA)、多载波直接扩展CDMA(MC-DS-CDMA)、多音调CDMA(MT-CDMA)、多载波TDMA(MC-TDMA)、时频域二维扩展、以及在以上基础上的多种扩展技术。

OFDM技术是多载波技术中比较有代表性的一种技术。在OFDM技术中，在频域内将给定信道分成许多正交子信道，并且允许子载波频谱部分重叠，只要满足子载波间相互正交，就可从混叠的子载波上分离出数据信号。OFDM技术具有对抗ISI的能力，同时可以提供很高的频谱效率，因此被视为下一代无线移动通信系统最有可能采用的传输技术之一。OFDM技术已经在数字用户环路、数字音频/视频广播、无线局域网和无线城域网等诸多领域得到了广泛应用。

为了保证通信系统在无线移动信道环境中具有良好的性能，必需对时变的多径无线衰落信道进行尽可能准确的估计，而这在高速移动情况下尤为困难。在OFDM系统中，为了提高传输速率和质量，一般使用相干解调的方式，这就需要进行有效的信道估计。信道估计模块的性能直接影响到整个OFDM系统的误码率性能。可以认为，信道估计的质量对OFDM系统的性能起着关键作用。目前具有实用价值的信道估计方法一般都要借助已知的导频(pilot)信息。在OFDM系统中，通常采用载频辅助调制的信道估计方法，即在发射数据流中插入导频信号，在接收端提取导频，通过计算得到导频位置上的信道响应，再利用插值的方法估计其它没有导频位置上的信道响应。

如图1所示，是一个典型的基于导频的OFDM系统基带模型。信源发出的二进制信息根据星座图的规模成组的映射成QAM信号，插入导频之后，频域数据X(k)经过FFT变换成为时域数据x(n)，然后插入循环前缀，得到：

$x_g\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}x(N+n),& n=-N_g,-N_g+1,...,-1\\ x\left(n\right),& n=\mathrm{0,1},...,N-1\end{array}\right.---\left(1\right)$

式(1)中N是子载波数目，N_g是循环前缀所含的采样点数。发送信号通过频率选择性多径衰落信道后，接收信号的表达式为：

y_g(n)＝x_g(n)h(n)+w(n)                   (2)

式(2)中，h(n)式信道的时域冲击响应，w(n)式加性高斯白噪声。无线移动信道通常采用广义静态非相关散射信道模型，所以信道冲击响应可表示成：

$h\left(n\right)=\underset{i=1}{\overset{r}{\mathrm{\Σ}}}{h}_i\·e^{j2\mathrm{\π}{f}_{D_i}T\frac{n}{N}\mathrm{\δ}(\mathrm{\λ}-{\mathrm{\τ}}_i)},0\≤n\≤N-1---\left(3\right)$

式(3)中，r表示传播路径总的数目，h_i是第i径上的复冲击响应，f_Di是第i径上的多普勒频移，τ_i是第i径上的归一化时延。

从y_g(n)上去掉保护间隔得到序列y(n)，再经过FFT变换，得到频域序列Y(k)。假设不存在ISI干扰，则有：

Y(k)＝X(k)H(k)+W(k)，k＝0，1，...，N-1    (4)

式(4)中，W(k)是w(n)的傅立叶变换。

然后就可以从{Y(k)}中提取导频信号{Y_p(k)}，从而得到导频子载波上的信道响应{H_p(k)}，再经过插值得到完整的信道响应。

一般认为噪声W(k)相对信号来说是很小的，可以忽略其对接收信号的影响，则得到信道估计的公式：

$H_P\left(k\right)=\frac{Y_P\left(k\right)}{X_P\left(k\right)}---\left(5\right)$

得到导频位置信道响应后，再通过插值的得到所有位置的信道估计值。一般称这样的估计方法为最小二乘(LS)信道估计方法，由于没有考虑W(k)对信号的影响，这种估计方法并不是最优的，但很多其它方法需要用到它的结果。

以上描述了现有技术中的LS信道估计方法，下面描述现有技术中的LMMSE信道估计技术方案。

在LMMSE信道估计中，一般认为公式(4)中的W(k)是满足零均值高斯分布的，所以根据公式(4)有：

$E\{Y-X\·H\}=0$

$\⇒E\left\{Y\right\}=E\{X\·H\}$

$\⇒E\{Y\·Y^H\}=E\{X\·H\·Y^H\}$

$\⇒E\{Y\·Y^H\}=X\·E\{H\·Y^H\}$

$\⇒R_{\mathrm{YY}}=X\·R_{\mathrm{HY}}$

$\⇒X=R_{\mathrm{YY}}\·R_{\mathrm{HY}}^{-1},---\left(6\right)$

其中

$R_{\mathrm{YY}}=E\{Y\·Y^H\}$

$=E\left\{(X\·H+W){(X\·H+W)}^H\right\}$

$=X\·E\{H\·H^H\}{X}^H+E\{W\·W^H\}$

$=X\·R_{\mathrm{HH}}\·X^H+{\mathrm{\σ}}_w^2\·I$

$=X\·[R_{\mathrm{HH}}+{\mathrm{\σ}}_w^2{(X^H\·X)}^{-1}]\·X^H;---\left(7\right)$

R_HY＝E{H·Y^H}

       ＝E{H·(X·H+W)^H}

       ＝E{H·H^H}·X^H

       ＝R_HHX^H；                            (8)

则有：

${\hat{H}}_{\mathrm{LMMSE}}=R_{\mathrm{HY}}\·R_{\mathrm{YY}}^{-1}\·Y$

$=R_{\mathrm{HH}}\·X^H\·X^{-H}\·{[R_{\mathrm{HH}}+{\mathrm{\σ}}_W^2\·{(X^H\·X)}^{-1}]}^{-1}\·X^{-1}\·Y$

${=R}_{\mathrm{HH}}{[R_{\mathrm{HH}}+{\mathrm{\σ}}_W^2{(X^H\·X)}^{-1}]}^{-1}\·{\hat{H}}_{\mathrm{LS}}---\left(9\right)$

其中：

${\hat{H}}_{\mathrm{LS}}=X^{-1}\·Y={(\frac{Y_0}{X_0},\frac{Y_1}{X_1},...,\frac{Y_{N-1}}{X_{N-1}})}^T;$

对发送数据进行平均：

E{(X^H·X)^-1}

＝diag(E{1/|X₀|²}，...，E{1/|X_N-1|²})

＝E{1/|X_k|²}·I                      (10)

不失一般性，假设信道响应已归一化，即：E{|H_k|²}＝1，则可如下定义平均信噪比：

$\mathrm{SNR}=\frac{E\left\{{|H_k\·X_k|}^2\right\}}{{\mathrm{\σ}}_W^2}$ $=\frac{E\left\{{\left|H_k\right|}^2\right\}E\left\{{\left|X_k\right|}^2\right\}}{{\mathrm{\σ}}_W^2}=$ $\frac{E\left\{{\left|X_k\right|}^2\right\}}{{\mathrm{\σ}}_W^2}$ $---\left(11\right)$

所以有：

${\hat{H}}_{\mathrm{LMMSE}}=R_{\mathrm{HH}}\·{[R_{\mathrm{HH}}+\frac{E\left\{{\left|X_k\right|}^2\right\}\·E\{1/{\left|X_k\right|}^2\}}{\mathrm{SNR}}I]}^{-1}\·{\hat{H}}_{\mathrm{LS}}$

$=R_{\mathrm{hh}}\·{[R_{\mathrm{hh}}+\frac{\mathrm{\β}}{\mathrm{SNR}}I]}^{-1}\·{\hat{H}}_{\mathrm{LS}}---\left(12\right)$

这里β＝E{|X_k|²}E{1/|X_k|²}，是一个与调制星座图有关的常数，对于归一化星座图有：β＝E{1/|X_k|²}。

在LMMSE中，关键问题就是如果得到信道的自相关矩阵。

其中一种方式就是利用预先建立的信道模型来计算自相关矩阵。通常考虑滤波器的时延参数τ_filter为信道的最大时延扩展τ_max，做滤波器设计时若考虑延时功率谱为平均分布的功率密度，即：

${\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{filter}}\left(\mathrm{\&tau;}\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{1}{{\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{filter}}}& \left|\mathrm{\&tau;}\right|<\frac{{\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{filter}}}{2}\\ 0& \mathrm{others}\end{array}\right.---\left(13\right)$

则其对应的频域互相关函数应该表示为时延分别的傅立叶变换：

$R_{n-n\text{'}\text{'}}=\frac{\sin \left({\mathrm{\&pi;\&tau;}}_{\mathrm{filter}}(n-n\text{'}\text{'})F_S\right)}{{\mathrm{\&pi;\&tau;}}_{\mathrm{filter}(n-n\text{'}\text{'})}F}---\left(14\right)$

如果考虑另外一种相关函数模型，即时延扩展的功率值服从负指数分布，则频域内的相关函数可以表示为：

$R_{n\text{'}-n\text{'}\text{'}}=\frac{1}{1+j2\mathrm{\&pi;}(n\text{'}-n\text{'}\text{'}){\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{filter}}/T}---\left(15\right)$

其中1/T表示子载波之间的间隔，也就是FFT间隔长度T的倒数。

在这种LMMSE信道估计方法中，由于要使用预先设置的固定的信道模型来计算信道自相关矩阵，而在实际通信系统中信道特征往往是时变的，当信道特征与预设模型比较符合时，则估计比较准确；而当信道特征变化得与预设模型差异比较大时，则该方法的估计并不准确，效果会比较差，这就导致该方法的鲁棒性比较差。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的是提出一种通信系统中的信道估计器，以提高信道估计的准确度。

本发明的另一目的是提出一种通信系统中的信道估计方法，以提高信道估计的准确度。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种通信系统中的信道估计器，该信道估计器包括：

信道自相关矩阵计算单元，用于根据第一次信道估计参数计算信道自相关矩阵；

信道估计单元，用于根据最小二乘LS信道估计结果以及由第一次信道估计参数所计算得到的信道自相关矩阵进行第一次信道估计，以得到第一次信道估计值；

所述信道自相关矩阵计算单元进一步用于利用所述第一次信道估计值重新计算信道自相关矩阵，所述信道估计单元进一步用于根据所述重新计算的信道自相关矩阵和所述LS信道估计结果进行信道估计，以得到更新后的信道估计值。

所述信道自相关矩阵计算单元，进一步用于利用所述更新后的信道估计值再次计算信道自相关矩阵；

所述信道估计单元，进一步用于根据所述再次计算得到的信道自相关矩阵和所述LS信道估计结果再次进行信道估计，以得到再次更新后的信道估计值。

所述信道估计器进一步包括信道补偿单元，

所述信道补偿单元用于根据所述接收信号以及更新后的信道估计值或再次更新后的信道估计值进行信道补偿，所述信道补偿单元与所述信道估计单元连接。

所述信道估计器进一步包括译码单元，

所述译码单元用于对经过信道补偿的接收信号进行译码。

所述信道估计器进一步包括：

第一放大器，用于将更新后的信道估计值H′_n乘以系数α，并输出到加法器；

加法器，用于对第一放大器以及第二放大器的输出进行相加，得到结果H_n，其中H_n＝α×H′_n+(1-α)×H_n-1；

第二放大器，用于将符号延迟单元的输出H_n-1乘以系数(1-α)，并输出到加法器；

符号延迟单元，用于将加法器的输出H_n延迟一个符号得到H_n-1，并输出到信道自相关矩阵计算单元；

所述信道自相关矩阵计算单元，进一步用于根据所述符号延迟单元的输出H_n-1计算信道自相关矩阵；所述信道估计单元进一步用于根据由所述符号延迟单元的输出H_n-1所计算的信道自相关矩阵以及LS信道估计结果进行信道估计；

其中所述第一放大器的输入端与信道估计单元连接，所述第一放大器的输出端与加法器的第一输入端连接；所述加法器的第二输入端与第二放大器的输出端连接；第二放大器的输入端与符号延迟单元的输出端连接；符号延迟单元的输入端与加法器的输出端连接。

所述信道估计器进一步包括：

第一放大器，用于将第一符号延迟单元的输出R_n-1乘以系数α，并输出到加法器；

加法器，用于将第一放大器的输出以及第二放大器的输出进行相加，得到结果R_α＝α×R_n-1+(1-α)×R_n-2；

第二放大器，用于将第二符号延迟单元的输出R_n-2乘以系数(1-α)，并输出到加法器；

第一符号延迟单元，用于将信道自相关矩阵计算单元的输出R_n延迟一个符号，得到R_n-1，并输出到第一放大器；

第二符号延迟单元，用于将第一符号延迟单元的输出R_n-1延迟一个符号，得到R_n-2，并输出到第二放大器；

信道估计单元进一步用于根据R_α和所述LS信道估计结果进行信道估计，其中第二符号延迟单元的输入端与第一符号延迟单元的输出端连接，第二符号延迟单元的输出端与第二放大器的输入端连接，第二放大器的输出端与加法器的第一输入端连接，加法器的第二输入端与第一放大器的输出端连接，第一放大器的输入端与第一符号延迟单元的输出端连接，第一符号延迟单元的输入端与信道自相关矩阵计算单元连接。

所述第一次信道估计参数为预先设定的信道模型统计参数、或所述LS信道估计结果。

所述通信系统为多载波无线通信系统。

所述信道估计单元为线性最小均方误差LMMSE信道估计单元。

所述多载波无线通信系统为OFDM系统、或MC-CDMA系统、或MC-DS-CDMA系统、或MT-CDMA系统、或TDMAMC-TDMA系统、或时频域二维扩展系统。

一种通信系统中的信道估计方法，该方法包括：

A、根据第一次信道估计参数计算信道自相关矩阵，并根据LS信道估计结果以及由第一次信道估计参数所计算得到的信道自相关矩阵进行第一次信道估计，以得到第一次信道估计值；

B、利用所述第一次信道估计值重新计算信道自相关矩阵，并根据所述重新计算的信道自相关矩阵和所述LS信道估计结果进行信道估计，以得到更新后的信道估计值。

该方法还包括预先设定至少为1的迭代次数N，步骤B中进一步将所述更新后的信道估计值赋予变量M；

该方法在步骤B后进一步包括：

C1、利用M重新计算信道自相关矩阵，并将N的值减1；

D1、判断N的值是否为零，如果为零，则退出本流程，如果不为零，则根据所述重新计算的信道自相关矩阵和所述LS信道估计结果再次进行信道估计，得到信道估计值，并将该信道估计值赋予变量M，返回步骤C1。

该方法还包括预先设定信道估计值差异门限值，在步骤B后还包括：

C2、根据所述更新后的信道估计值计算信道自相关矩阵，并根据LS信道估计结果以及由更新后的信道估计值所计算得到的信道自相关矩阵进行信道估计，以得到再次更新信道估计值；

D2、判断所述再次更新信道估计值与更新后的信道估计值之间的差异是否小于所述信道估计值差异门限值，如果是，则退出本流程，如果不是，则以所述再次更新信道估计值代替所述更新后的信道估计值，以迭代执行步骤C2。

该通信系统为OFDM系统，并且该方法进一步包括：

从第二个OFDM符号开始，第一次信道估计所需要的信道自相关矩阵不再根据第一次信道估计参数计算，而是利用前一个OFDM符号的信道估计值来获得信道自相关矩阵。

该通信系统为OFDM系统，并且该方法进一步包括：

对每个OFDM符号进行迭代LMMSE信道估计后，将得到的信道估计值与前面至少一个OFDM符号进行α滤波，其中α为加权系数。

该通信系统为OFDM系统，并且该方法进一步包括：

从第三个OFDM符号开始，第一次迭代所需要的信道自相关矩阵不再利用第一次信道估计参数获得，而是利用前两个OFDM符号的信道估计值所得到的信道自相关矩阵R_n-1和R_n-2进行α滤波以得到信道自相关矩阵R_α，其中R_α＝α×R_n-1+(1-α)×R_n-2，并根据信道自相关矩阵R_α进行信道估计，其中α为加权系数。

所述第一次信道估计参数为预先设定的信道模型统计参数、或所述LS信道估计结果。

所述进行信道估计为进行LMMSE信道估计。

从上述技术方案中可以看出，在本发明所提出的信道估计器中，包括：信道自相关矩阵计算单元，用于根据第一次信道估计参数计算信道自相关矩阵；信道估计单元，用于根据最小二乘LS信道估计结果以及由第一次信道估计参数所计算得到的信道自相关矩阵进行第一次信道估计，以得到第一次信道估计值；所述信道自相关矩阵计算单元进一步用于利用所述第一次信道估计值重新计算信道自相关矩阵，所述信道估计单元进一步用于根据所述重新计算的信道自相关矩阵和所述LS信道估计结果进行信道估计，以得到更新后的信道估计值。由此可见，本发明利用对信道自相关矩阵的更新，可以实现对信道估计的迭代，使得计算得到的信道自相关矩阵能够跟踪时变信道的变化，从而估计结果能够有效收敛，而不仅依赖于预设信道模型，所以极大地提高了信道估计的鲁棒性，并且使得信道估计的准确度得到了极大地提高。通过多次仿真测试发现，通过多次迭代，本发明使得信道估计值收敛到与实际信道响应值非常接近。

附图说明

图1为现有技术中典型的基于导频OFDM系统基带模式示意图；

图2为根据本发明的通信系统中的信道估计器的示范性结构示意图；

图3为根据本发明第一实施例的通信系统中的信道估计器的结构示意图；

图4为根据本发明第二实施例的通信系统中的信道估计器的结构示意图；

图5为根据本发明示范性实施例的通信系统中的信道估计方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点表达得更加清楚明白，下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

本发明的主要思想是：提出一种利用迭代思想的信道估计方案，通过多次迭代使得信道估计值收敛到与实际信道向应值非常接近，使得计算得到的信道自相关矩阵，能够跟踪时变信道的变化，同时有比较高的准确度，有效提高了信道估计的性能。

图2为根据本发明的通信系统中的信道估计器的示范性结构示意图。如图2所示，

一种通信系统中的信道估计器，该信道估计器包括：

信道自相关矩阵计算单元201，用于根据第一次信道估计参数计算信道自相关矩阵；

信道估计单元202，用于根据最小二乘LS信道估计结果以及由第一次信道估计参数所计算得到的信道自相关矩阵进行第一次信道估计，以得到第一次信道估计值；

所述信道自相关矩阵计算单元201进一步用于利用所述第一次信道估计值重新计算信道自相关矩阵，所述信道估计单元202进一步用于根据所述重新计算的信道自相关矩阵和所述LS信道估计结果进行信道估计，以得到更新后的信道估计值；

其中所述信道自相关矩阵计算单元201与信道估计单元202连接。

在第一次信道估计时，信道自相关矩阵计算单元201的输入信号为第一次信道估计参数。可选地，信道自相关矩阵计算单元201可以利用预先设置的信道模型计算信道自相关矩阵；也可以利用LS信道估计结果计算信道自相关矩阵；信道自相关矩阵计算单元201还可以利用其它所有可能方法来计算信道自相关矩阵，对于信道自相关矩阵计算单元201计算信道自相关矩阵的方法本发明并无限定。

完成第一次信道估计后，可以根据第一次信道估计的结果进行迭代信道估计。具体而言，信道自相关矩阵计算单元201首先计算出信道自相关矩阵，然后信道估计单元202计算出第一次信道估计值，但该第一次信道估计值并不马上用来进行信道补偿，而是信道自相关矩阵计算单元201通过该第一次信道估计值重新计算信道自相关矩阵，对信道自相关矩阵进行更新，信道估计单元202再根据更新后的信道自相关矩阵进行信道估计。

比如，当迭代两次时，具体为：信道自相关矩阵计算单元201，进一步用于利用所述更新后的信道估计值再次计算信道自相关矩阵；

所述信道估计单元202，进一步用于根据所述再次计算得到的信道自相关矩阵和所述LS信道估计结果再次进行信道估计，以得到再次更新后的信道估计值。

以上虽然以迭代两次为例，对本发明进行了示范性说明，但是本领域普通技术人员可以意识到，本发明对迭代次数并无限定。

当迭代到需要的次数后，可以停止迭代。由于更新后的信道自相关矩阵是从实际信道估计值得到的，所以能够很好的跟踪时变信道的变化。同时又通过不断的迭代，使得信道估计值能够收敛到与实际信道响应比较吻合的值，提高了估计精度。

优选地，信道估计器进一步包括信道补偿单元，所述信道补偿单元用于根据所述接收信号以及更新后的信道估计值或再次更新后的信道估计值进行信道补偿，所述信道补偿单元与所述信道估计单元连接。优选地，信道估计器进一步包括译码单元，译码单元用于对经过信道补偿的接收信号进行译码。

优选地，信道估计单元为执行LMMSE算法的LMMSE信道估计单元。不过，本领域普通技术人员可以意识到，信道估计单元可以为任意需要计算信道自相关矩阵的算法单元。

另外，第一次信道估计参数既可以为预先设定的信道模型统计参数，也可以为LS信道估计结果本身。

优选可以将本发明所提出的信道估计器应用于无线多载波通信系统中。比如，OFDM系统、MC-CDMA系统、MC-DS-CDMA系统、MT-CDMA系统、TDMAMC-TDMA系统、时频域二维扩展系统等等。显然，还可以将本发明应用于各种有线通信系统中。

下面以OFDM系统为例，对本发明的第一实施例进行说明。然而可以意识到，下面描述仅为示范性的，并不用于对本发明的适用范围进行限定。

在OFDM系统中，在接收多个OFDM符号时，每个OFDM符号第一次计算信道自相关矩阵时还可以使用前面一个OFDM符号得到的信道估计结果。同时还可以进行α滤波，以进一步降低噪声对信道估计的影响。

基于图2，图3为根据本发明第一实施例的通信系统中的信道估计器的结构示意图。此处以OFDM为和LMMSE信道估计单元为例进行说明，所述信道估计器进一步包括：

第一放大器，用于将更新后的信道估计值H′_n乘以系数α，并输出到加法器；

加法器，用于对第一放大器以及第二放大器的输出进行相加，得到结果H_n，其中H_n＝α×H′_n+(1-α)×H_n-1；

第二放大器，用于将符号延迟单元的输出H_n-1乘以系数(1-α)，并输出到加法器；

符号延迟单元，用于将加法器的输出H_n延迟一个符号得到H_n-1，并输出到信道自相关矩阵计算单元；所述信道自相关矩阵计算单元，进一步用于根据所述符号延迟单元的输出H_n-1计算信道自相关矩阵；所述信道估计单元进一步用于根据由所述符号延迟单元的输出H_n-1所计算的信道自相关矩阵以及LS信道估计结果进行信道估计；

其中所述第一放大器的输入端与信道估计单元连接，所述第一放大器的输出端与加法器的第一输入端连接；所述加法器的第二输入端与第二放大器的输出端连接；第二放大器的输入端与符号延迟单元的输出端连接；符号延迟单元的输入端与加法器的输出端连接。

图3已经详细示出了进行α滤波的迭代LMMSE信道估计方案的示意框图。其具体步骤如下：首先第一个OFDM符号根据前面描述的迭代LMMSE信道估计算法得到信道估计值；从第二个OFDM符号开始，第一次迭代所需要的信道自相关矩阵不再根据预设的信道模型参数计算，而是利用前一个符号的信道估计值来获得信道自相关矩阵；在一次迭代完成后，后面的迭代过程与前面描述的得到LMMSE信道估计过程一致；当完成需要的迭代次数得到信道估计值H′_n后，并不直接根据H′_n对接收数据进行信道补偿，再经过一次α滤波，即H_n＝α×H′_n+(1-α)×H_n-1；利用得到的H_n对接收信号进行信道补偿后，送入译码模块；得到的H_n延迟一个符号后参与下一个符号的信道估计。

另外，不但可以对信道响应的估计值进行α滤波，还可以对信道自相关矩阵进行α滤波。

图4为根据本发明第二实施例的通信系统中的信道估计器的结构示意图。图4以OFDM为和LMMSE信道估计单元为例进行说明。与图2相比，所述信道估计器进一步包括：

第一放大器，用于将第一符号延迟单元的输出R_n-1乘以系数α，并输出到加法器；

加法器，用于将第一放大器的输出以及第二放大器的输出进行相加，得到结果R_α＝α×R_n-1+(1-α)×R_n-2；

第二放大器，用于将第二符号延迟单元的输出R_n-2乘以系数(1-α)，并输出到加法器；

第一符号延迟单元，用于将信道自相关矩阵计算单元的输出R_n延迟一个符号，得到R_n-1，并输出到第一放大器；

第二符号延迟单元，用于将第一符号延迟单元的输出R_n-1延迟一个符号，得到R_n-2，并输出到第二放大器；

信道估计单元进一步用于根据R_α和所述LS信道估计结果进行信道估计，其中第二符号延迟单元的输入端与第一符号延迟单元的输出端连接，第二符号延迟单元的输出端与第二放大器的输入端连接，第二放大器的输出端与加法器的第一输入端连接，加法器的第二输入端与第一放大器的输出端连接，第一放大器的输入端与第一符号延迟单元的输出端连接，第一符号延迟单元的输入端与信道自相关矩阵计算单元连接。

其中，具体而言，图4是对信道自相关矩阵进行α滤波的迭代LMMSE信道估计方案说明框图。其具体步骤如下·首先第一个OFDM符号和第二个OFDM符号根据迭代LMMSE信道估计算法，利用预设信道模型确定的自相关矩阵，得到信道估计值；从第三个OFDM符号开始，第一次迭代所需要的信道自相关矩阵不再利用预设的信道模型参数获得，而是利用前两个OFDM符号的信道估计值得到的信道自相关矩阵R_n-1和R_n-2进行α滤波得到R_α；在一次迭代完成后，后面的迭代过程与前面描述的得到LMMSE信道估计过程一致；当完成需要的迭代次数后，得到信道估计值H_n后，根据H_n对接收数据进行信道补偿，同时计算H_n对应的信道自相关矩阵R_n，以提供给下一个OFDM符号使用；最后将进行信道补偿后的接收信号，送入译码模块。

值得注意的是，此处不一定是前两个OFDM符号的信道估计自相关矩阵进行α(滤波，可以使用前若干个OFDM符号的信道估计自相关矩阵进行α滤波。

本发明还提出了一种通信系统中的信道估计方法流程图。图5为根据本发明示范性实施例的通信系统中的信道估计方法流程图。如图5所示，该方法包括：

步骤501：根据第一次信道估计参数计算信道自相关矩阵，并根据LS信道估计结果以及由第一次信道估计参数所计算得到的信道自相关矩阵进行第一次信道估计，以得到第一次信道估计值；

步骤502：利用所述第一次信道估计值重新计算信道自相关矩阵，并根据所述重新计算的信道自相关矩阵和所述LS信道估计结果进行信道估计，以得到更新后的信道估计值。

基于以上示范性流程，本发明优选可以进行具体实施多次迭代，以使得计算得到的信道自相关矩阵能够跟踪时变信道的变化，从而使得估计结果能够有效收敛。

比如，该方法还可以包括预先设定至少为1的迭代次数N，步骤502中进一步将所述更新后的信道估计值赋予变量M；该方法在步骤502后进一步包括：

步骤503：利用M重新计算信道自相关矩阵，并将N的值减1；

步骤504：判断N的值是否为零，如果为零，则退出本流程，如果不为零，则根据所述重新计算的信道自相关矩阵和所述LS信道估计结果再次进行信道估计，得到信道估计值，并将该信道估计值赋予变量M，返回步骤503。

以上描述了一种具体的迭代方式，不过本发明的迭代方式并不局限与此，还可以有多种实现方式。

例如：还可以不对达代次数进行预先设定，而在迭代过程中根据一定的准则判断是否结束该迭代过程，比如比较前后两次得到的信道估计值M_n-1和M_n以及Δ＝M_n-1-M_n，其中减号并不是简单的算术减法，而是表示前后两个值的差异程度，有相应计算公式来计算。当Δ小于某一门限值，则认为迭代过程已经收敛，可以结束该迭代过程。此时：可以具体为：

首先预先设定信道估计值差异门限值(即为Δ)，并根据更新后的信道估计值计算信道自相关矩阵，根据LS信道估计结果以及由更新后的信道估计值所计算得到的信道自相关矩阵进行信道估计，以得到再次更新信道估计值；然后，判断再次更新信道估计值与更新后的信道估计值之间的差异是否小于信道估计值差异门限值，如果是，则退出本方法流程，如果不是，则以所述再次更新信道估计值代替所述更新后的信道估计值，以重复执行迭代。

以上过程中，当将本方法使用于OFDM系统时，当接收多个OFDM符号，每个OFDM符号第一次计算信道自相关矩阵时还可以使用前面一个OFDM符号得到的信道估计结果。同时还可以进行α滤波，以进一步降低噪声对信道估计的影响。此时，从第二个OFDM符号开始，第一次信道估计所需要的信道自相关矩阵不再根据第一次信道估计参数计算，而是利用前一个OFDM符号的信道估计值来获得信道自相关矩阵。而且，还可以对每个OFDM符号进行迭代LMMSE信道估计后，将得到的信道估计值与前面至少一个OFDM符号进行α滤波，其中α为加权系数。并且从第三个OFDM符号开始，第一次迭代所需要的信道自相关矩阵不再利用第一次信道估计参数获得，而是利用前两个OFDM符号的信道估计值所得到的信道自相关矩阵R_n-1和R_n-2进行α滤波以得到信道自相关矩阵R_α，其中R_α＝α×R_n-1+(1-α)×R_n-2，并根据信道自相关矩阵R_α进行信道估计。

其中，不一定是对前面OFDM符号得到的信道估计值进行前面OFDM符号，还可以对前面OFDM符号得到的信道自相关矩阵进行α滤波，同样并不限于只与前面一个OFDM符号进行α滤波，可以与前面若干个OFDM符号进行α滤波。

以上过程中，通过改变加权系数α的大小，可以方便地调整环路对信道变化的跟踪能力。

同样，虽然上述实施例的描述主要是围绕无线通信系统进行阐述的，但是本领域技术人员可以意识到，本发明还可以应用到有线通信系统中。因此，以无线通信系统为例进行阐述仅为示范性的，而并不用于限定本发明的保护范围。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (18)

1、一种通信系统中的信道估计器，其特征在于，该信道估计器包括：

信道自相关矩阵计算单元，用于根据第一次信道估计参数计算信道自相关矩阵；

信道估计单元，用于根据最小二乘LS信道估计结果以及由第一次信道估计参数所计算得到的信道自相关矩阵进行第一次信道估计，以得到第一次信道估计值；

所述信道自相关矩阵计算单元进一步用于利用所述第一次信道估计值重新计算信道自相关矩阵，所述信道估计单元进一步用于根据所述重新计算的信道自相关矩阵和所述LS信道估计结果进行信道估计，以得到更新后的信道估计值。

2、根据权利要求1所述的信道估计器，其特征在于，

所述信道自相关矩阵计算单元，进一步用于利用所述更新后的信道估计值再次计算信道自相关矩阵；

所述信道估计单元，进一步用于根据所述再次计算得到的信道自相关矩阵和所述LS信道估计结果再次进行信道估计，以得到再次更新后的信道估计值。

3、根据权利要求1或2所述的信道估计器，其特征在于，所述信道估计器进一步包括信道补偿单元，

所述信道补偿单元用于根据所述接收信号以及更新后的信道估计值或再次更新后的信道估计值进行信道补偿，所述信道补偿单元与所述信道估计单元连接。

4、根据权利要求3所述的信道估计器，其特征在于，所述信道估计器进一步包括译码单元，

所述译码单元用于对经过信道补偿的接收信号进行译码。

5、根据权利要求1所述的信道估计器，其特征在于，所述信道估计器进一步包括：

第一放大器，用于将更新后的信道估计值H′_n乘以系数α，并输出到加法器；

加法器，用于对第一放大器以及第二放大器的输出进行相加，得到结果H_n，其中H_n＝α×H′_n+(1-α)×H_n-1；

第二放大器，用于将符号延迟单元的输出H_n-1乘以系数(1-α)，并输出到加法器；

符号延迟单元，用于将加法器的输出H_n延迟一个符号得到H_n-1，并输出到信道自相关矩阵计算单元；

所述信道自相关矩阵计算单元，进一步用于根据所述符号延迟单元的输出H_n-1计算信道自相关矩阵；所述信道估计单元进一步用于根据由所述符号延迟单元的输出H_n-1所计算的信道自相关矩阵以及LS信道估计结果进行信道估计；

其中所述第一放大器的输入端与信道估计单元连接，所述第一放大器的输出端与加法器的第一输入端连接；所述加法器的第二输入端与第二放大器的输出端连接；第二放大器的输入端与符号延迟单元的输出端连接；符号延迟单元的输入端与加法器的输出端连接。

6、根据权利要求1所述的信道估计器，其特征在于，所述信道估计器进一步包括：

第一放大器，用于将第一符号延迟单元的输出R_n-1乘以系数α，并输出到加法器；

加法器，用于将第一放大器的输出以及第二放大器的输出进行相加，得到结果R_α＝α×R_n-1+(1-α)×R_n-2；

第二放大器，用于将第二符号延迟单元的输出R_n-2乘以系数(1-α)，并输出到加法器；

第一符号延迟单元，用于将信道自相关矩阵计算单元的输出R_n延迟一个符号，得到R_n-1，并输出到第一放大器；

第二符号延迟单元，用于将第一符号延迟单元的输出R_n-1延迟一个符号，得到R_n-2，并输出到第二放大器；

信道估计单元进一步用于根据R_α和所述LS信道估计结果进行信道估计，其中第二符号延迟单元的输入端与第一符号延迟单元的输出端连接，第二符号延迟单元的输出端与第二放大器的输入端连接，第二放大器的输出端与加法器的第一输入端连接，加法器的第二输入端与第一放大器的输出端连接，第一放大器的输入端与第一符号延迟单元的输出端连接，第一符号延迟单元的输入端与信道自相关矩阵计算单元连接。

7、根据权利要求1、2、5、6中任一项所述的信道估计器，其特征在于，所述第一次信道估计参数为预先设定的信道模型统计参数、或所述LS信道估计结果。

8、根据权利要求1、2、5、6中任一项所述的信道估计器，其特征在于，所述通信系统为多载波无线通信系统。

9、根据权利要求1、2、5、6中任一项所述的信道估计器，其特征在于，所述信道估计单元为线性最小均方误差LMMSE信道估计单元。

10、根据权利要求8所述的信道估计器，其特征在于，所述多载波无线通信系统为正交频分复用OFDM系统、或多载波码分多址MC-CDMA系统、或多载波直接扩展码分多址MC-DS-CDMA系统、或多音调码分多址MT-CDMA系统、或多载波时分多址TDMAMC-TDMA系统、或时频域二维扩展系统。

11、一种通信系统中的信道估计方法，其特征在于，该方法包括：

A、根据第一次信道估计参数计算信道自相关矩阵，并根据LS信道估计结果以及由第一次信道估计参数所计算得到的信道自相关矩阵进行第一次信道估计，以得到第一次信道估计值；

B、利用所述第一次信道估计值重新计算信道自相关矩阵，并根据所述重新计算的信道自相关矩阵和所述LS信道估计结果进行信道估计，以得到更新后的信道估计值。

12、根据权利要求11所述的信道估计方法，其特征在于，该方法还包括预先设定至少为1的迭代次数N，步骤B中进一步将所述更新后的信道估计值赋予变量M；

该方法在步骤B后进一步包括：

C1、利用M重新计算信道自相关矩阵，并将N的值减1；

D1、判断N的值是否为零，如果为零，则退出本流程，如果不为零，则根据所述重新计算的信道自相关矩阵和所述LS信道估计结果再次进行信道估计，得到信道估计值，并将该信道估计值赋予变量M，返回步骤C1。

13、根据权利要求11所述的信道估计方法，其特征在于，该方法还包括预先设定信道估计值差异门限值，在步骤B后还包括：

C2、根据所述更新后的信道估计值计算信道自相关矩阵，并根据LS信道估计结果以及由更新后的信道估计值所计算得到的信道自相关矩阵进行信道估计，以得到再次更新信道估计值；

D2、判断所述再次更新信道估计值与更新后的信道估计值之间的差异是否小于所述信道估计值差异门限值，如果是，则退出本流程，如果不是，则以所述再次更新信道估计值代替所述更新后的信道估计值，以迭代执行步骤C2。

14、根据权利要求12或13所述的信道估计方法，其特征在于，该通信系统为OFDM系统，并且该方法进一步包括：

从第二个OFDM符号开始，第一次信道估计所需要的信道自相关矩阵不再根据第一次信道估计参数计算，而是利用前一个OFDM符号的信道估计值来获得信道自相关矩阵。

15、根据权利要求12或13所述的信道估计方法，其特征在于，该通信系统为OFDM系统，并且该方法进一步包括：

对每个OFDM符号进行迭代LMMSE信道估计后，将得到的信道估计值与前面至少一个OFDM符号进行α滤波，其中α为加权系数。

16、根据权利要求12或13所述的信道估计方法，其特征在于，该通信系统为OFDM系统，并且该方法进一步包括：

从第三个OFDM符号开始，第一次迭代所需要的信道自相关矩阵不再利用第一次信道估计参数获得，而是利用前两个OFDM符号的信道估计值所得到的信道自相关矩阵R_n-1和R_n-2进行α滤波以得到信道自相关矩阵R_α，其中R_α＝α×R_n-1+(1-α)×R_n-2，并根据信道自相关矩阵R_α进行信道估计，其中α为加权系数。

17、根据权利要求11-13中任一项所述的信道估计方法，其特征在于，所述第一次信道估计参数为预先设定的信道模型统计参数、或所述LS信道估计结果。

18、根据权利要求11-13中任一项所述的信道估计方法，其特征在于，所述进行信道估计为进行LMMSE信道估计。

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