WO2006102792A1

WO2006102792A1 - A method of channel estimate in tdd-cdma system

Info

Publication number: WO2006102792A1
Application number: PCT/CN2005/000404
Authority: WO
Inventors: Junfeng Guo; Zhaohua Zeng; Hu Liu
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2005-03-29
Filing date: 2005-03-29
Publication date: 2006-10-05
Anticipated expiration: 2007-09-29
Also published as: CN101129007A; CN101129007B

Description

TDD-CDMA系统的信道估计方法技术领域

本发明涉及一种 TDD-CDMA ( Time Division Duplex-Code Division Multiple Access, 时分双工-码分多址）系统的信道估计方法，尤其涉及一种采用训练序列进行信道估计的 TDD- CDMA 系统的信道估计方法，适用于 TDMA/CDMA中采用训练序列进行信道估计的所有系统，尤其适用第三代移动通信系统中的 TD-SCDMA和 WCDMA TDD系统。背景技术

以 TD-SCDMA ( Time Division ― Synchronous Code Division Multiple Access) 系统为例，作为一种蜂窝移动通信系统， TD-SCDMA系统中存在以下几种干扰和噪声： 1、由于同一个时隙中可能同时存在多个码分信道传输，在移动信道条件下，码分信道之间的正交性被部分破坏，在接收端码分信道之间会形成多址干扰，即 MAI (Multiple Access Interference); 2、由于信号的多径传播，在接收端会形成符号间干扰，即 ISI( Inter-Symbol Interference); 3、接收机的热噪声； 4、来自其它小区的千扰； 5、其它干扰。

TD-SCDMA系统的解调性能一般由满足一定的 QOS (Quality of Service, 服务质量）时接收机所需要的 SIR (Signal to Interference Ratio, 信干比）或 SNR( Signal to Noise Ratio,信噪比）表示.，由于蜂窝 CDMA ( Code Division Multiple Access, 码分多址）系统中，干扰具有类似白噪声的统计特性，因此一般不严格区分干扰和噪声。为了获得良好的解调性能，就要求解调算法具有很好的干扰抑制能力。对干扰的抑制能力越强，系统性能越好，所能提供的频谱的利用效率就越高。因此，干扰抑制技术成为提高 TD- SCDMA性能的关键因素。

TD-SCDMA系统的码设计、帧结构、码片速率等为干扰抑制技术提供了可行性。联合检测技术是 TD- SCDMA的关键技术之一，在 TD- SCDMA系统中应用联合检测技术，可以有效抑制 MAI和 ISI , 联合检测技术是建立在信道估计的基础上的，信道估计的效果对联合检测性能有着极为重要的影响，良好的信道估计技术成为决定联合检测的必要条件。通常，无线移动环境被建模为有限长度沖激响应模型，信道估计的任务就是估计出各个时延抽头的幅度和相位。无线移动环境下信号的多径传播对信道估计的要求非常高，如何在复杂的信道传播条件下获得准确的信道估计成为 TD-SCDMA技术的关键。

现有的 TD-SCDMA系统的估计方法主要有以下几种：

1、斯坦纳（Steiner )估计方法

在现有的 TD-SCDMA 系统中，同一个小区的所有用户的训练序列都是通过一个基本的、周期为 P的训练序列 midamble, 通过循环移位的方式产生的，而对应的信道冲激估计方法一般都是运用 Steiner估计方法。采用这种方法的信道估计方法一般被称为 Steiner 估计器，其估计原理是采用最小二乘法通过解线性方程组一次计算所有用户的信道冲激响应。由于 TD-SCDMA系统的训练序列具有循环移位特性，因此在计算各个用户的信道沖激响应时可以使用一个相关器，具体实现时可以使用高效、快速的实现方法如 FFT ( Fas t Fourier Transfer,快速傅里叶变换）和 IFFT ( Inverse Fas t Four ier Transfer，快速傅里叶逆变换），将复杂的线性卷积转化为简单的循环卷积，可以降低信道估计的算法复杂度和成本。但是， Steiner 估计器的性能受接收端加性噪声的影响，其得到的信道沖激响应和理想信道冲激响应相比，包含噪声分量，这也就是信道估计误差产生的原因；同时会扩大噪声功率，导致输出端信噪比相对输入端有一定量的损失，使得信道沖激响应估计性能下降。 Ste iner 估计器计算的是一个时隙的用户信道沖激响应估计值。受传输开销的限制，一个时隙内的训练序列不能太长，其性能受接收端加性噪声的影响而导致信道估计精度损失，如果不做任何处理直接使用其估计结果必然会导致系统性能的下降。

2、过门限判决的降噪的处理方法

参见文献《Impact of Channel Est imat ion on the 3GPP- TD - CDMA》， Ol iver Prator等著， GLOBECOM 'Ol IEEE: 3365-3369 vol. 6和《TD-SCDMA 系统中低代价信道估计方法的改进》康绍莉，袭正定等著，《通信学报》， 2002 , 23 (10)： 125-130。其基本思想是先用 Steiner 估计方法估计出原始信道沖激响应，然后用一个门限，滤除估计得到的信道冲激响应抽头中没有信号而完全是噪声成分的抽头。用这种方法只增加了很小的计算量，能使信道估计性能获得一定的改善。

这种方法在 Ste iner 估计器基础上通过设置的门限滤除 Steiner估计器得到的信道沖激响应抽头中没有信号而完全是噪声成分的抽头。 Steiner估计器得到的信道沖激响应的各个抽头对应的是信号通过移动无线信道传播后到达接收机时的各个多径成份，如果抽头中不含信号而只有噪声，则这个抽头就应该被滤除而不参加多径的合并，否则被合并的是噪声，对有用信号的检测将产生干扰。但是这种方法仍然没有克服现有方法 1只使用了一个时隙的瞬时估计的缺陷，因此存在两个缺点：第一，信道冲激响应中含有信号的抽头中的噪声没有得到抑制，叠加在信号上的噪声引起信号检测性能的恶化；第二，噪声抽头的滤除方法过于简单，对瞬时的强噪声无效，未被滤除的强噪声会被误判为信号，从而干扰信号检测，引起性能恶化。

3、零相关窗码法

本方法提出的方法采用零相关窗码取代现行 TD- SCDMA标准规定的 midamble码作为训练序列，根据系统中用户的数目多少使用不同零相关长度的码组，可以对用户时隙中的导频进行少量的移位操作，若使用智能天线，还可以根据用户的位置，信号的到达角配置，使到达角相邻用户的配置互相关具有较宽零相关窗的码序列，减少系统内在的信道估计的干扰。

由于本方法采用了不同于现行 TD-SCDMA标准的零相关窗码作为训练序列，降低用户训练序列之间存在的互相关特性对信道估计造成的影响，从而达到提高信道估计性能的目的。但是这种方法有两个缺点'. 第一，需要复杂的训练序列分配算法、多个并行的相关器，成本很高，并且无法使用高效、快速的算法实现；第二，这种技术方案与现有的 TD- SCDMA标准不兼容。发明内容

本发明的目的是提供一种 TDD- CDMA系统的信道估计方法，可以降低 TDD - CDMA系统中噪声对信号的干扰，能够有效抑制瞬时强噪声的干扰，能够高效、快速和低成本的实现 TDD-CDMA高性能的信道估计器，并且增强 TDD- CDMA 系统的抑制频偏能力，而且与现行标准兼容，无需对现有标准修改。

为实现上述目的，本发明提供了一种 TDD-SCDMA 系统的信道估计方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤 1、利用 Ste iner估计器完成各个用户的一个时隙的信道沖激响应的同时估计，得到所有用户的原始的时域离散信道冲激响应 H ，H ] , k - \, 2,〜, K , "是时隙编号，是用户编号，是用户数，是信道沖激响应长度；

步骤 2、对每一个用户计算时隙 n 的各个抽头判决量度 = - +(¹-«)| f， k=\,2,...,K , 所有抽头得到 t_nk^,. _{nt W} . 步骤 3、对每一个用户 k的时隙 n的各个抽头进行变长度多时隙滑动平均，得到平均值

k = l,2,-,K. 步骤 4、对每一个用户的时隙 n进行滤除噪声抽头处理，得到/ 步骤 5、输出一个用户 k在时隙信 n道估计值 h'". ; 步骤 6、重复步骤 1 -5, 直到得到所有用户的信道估计值。

所述步骤 3中

, J是进行加权滑动平均的时隙个数，

J的取值在 1 - 16之间，。〈 ^。当静止或者步行通信时，取值为 0.2~ 0.5; 高速移动通信时，取值为 0.5 0.9。

所述步骤 4具体为：

步骤 4.1、计算噪声门限 Γ; 步骤 4.2、对每一用户的时隙进行滤除噪声抽头处理，如果一个抽头的信道估计取模求平方后低于噪声门限则该抽头被置为 0, 否则保留该抽头 nⁱ _A噪功是

波尔兹曼常数，是绝对温度， S是信号带宽，是接收机噪声系数。

因此，本发明具有以下优点： 1、降 ^了噪声对信号的干扰，能够有效抑制瞬时强噪声的干扰。

2、能够使用高效、快速、低成本的方法实现高性能的信道估计器。

3、抑制频偏能力强。

4、兼容现行标准，无需对现有标准修改。

下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。附图说明

图 1为本发明 TDD-SCDMA系统的信道估计方法的方法流程图。

图 2为本发明 TDD-SCDMA系统的信道估计方法的用户在时隙 "的原始信道沖激响应各个抽头计算判决度量处理示意图。

图 3为本发明 TDD- SCDMA系统的信道估计方法的用户 *在时隙 "的原始瞬时信道估计进行变长度多时隙平均处理的示意图。

图 4为本发明 TDD-SCDMA系统的信道估计方法的计算用户在时隙 "的信道沖激响应流程图。具体实施方式

本发明的发明思想是提供一种新型的 TDD-CDMA信道估计方法，从接收的来自多个移动台或者基站的叠加有多个用户信号和噪声以及干扰的数字扩频信号中提取出训练序列符号，利用基站接收机或者移动台接收机本地产生的各个用户的训练序列符号，估计出每个用户在一个时隙的信道冲激响应，然后对同一个用户多个时隙的信道沖激响应进行处理，以降低噪声的影响，提高信道沖激响应估计的精度。

如图 1所示，为本发明的方法流程图，本发明所述信道沖激响应估计的方法如下: 步骤 1、使用 S t e i ne r估计器完成各个用户的一个时隙的信道冲激响应的同时估计，得到 Κ个用户的原始的时域离散信道冲激响应：

式（1)中， "是时隙编号，是用户编号，是用户数，是信道沖激响应长度，取决于移动无线信道的多径时延扩展，例如 TD- SCDMA系统， W的典型取值范围是 4 ~ 32码片。

步骤 2、对每一个用户计算时隙"的各个抽头判决度量：

t„,* 2" ",^] , k = l,2,...,K (2) 式 (2)中，

,,=<^"— +G— i=\,2,...,W _? k=\,2,...,K (3)

(4)

式（3)中， "是遗忘因子， 0<"<1, —般取值为 0.1 ~ 0.95。由于本步骤采用了非相干累加的处理方法，能够提高信道估计抗频偏的能力。

参见图 2所示，为本发明系统的信道估计方法的用户 *在时隙 "的原始信道冲激响应各个抽头计算判决度量处理示意图。包括：个取模并求平方运算器 202-1 ~ 202- W; 个乘法器 203- 1 ~ 203- W; 个乘法器 204-1 ~ 204-W; 个加法器 205- 1 205-W; 个延时器 206-1 ~ 206- W，延时器的输出是比输入延时一个时隙。输入 201-1 ~ 201- W ^Α"."，^Α""，··Α,^是由 Steiner估计器得到的用户 *的在时隙 "的原始信道沖激响应。本图中含有个相同的处理过程，以第一个处理过程为例描述其处理过程，其它的过程与之完全相同。取模并求平方运算器 202-1对时隙 "的原始信道估计的第一个抽头进行取模并求平方运算得到 l wl² , 乘法器 203-1 对乘一个系数得到 α) .*，ι|，另一方面，延时器 206-1输出的前一个时隙的乘法器 204-1 对 _w乘一个系数"得到，加法器 205-1将乘法器 203-1的输出与乘法器 204-1 的输出相加得到用户 *的在时隙"的第一个抽头判决度量

^·^1=α^·' ^{+ (1}"^α) ·*·¹Ι ,最后，上述个相同的处理过程输出用户在时隙 "的信道沖激响应的个抽头判决度量 ^=[ί"，"，^.²，·· ^^]。

步骤 3、对每一个用户 *的时隙 η的各个抽头进行变长度多时隙滑动平均： (5)

hn-j,k,i = ⁰^ "~j^≤0 , i = \,2,...,W _? k = \,2,...,K (₆)

L_;*

， k = \,2,...,K (7) 式（5)中，滑动平均长度是进行加权滑动平均的时隙个数，是加杈系教。滑动平均长度 J包含了两种可能的情况：单时隙业务和多时隙业务。对于单时隙业务， ■ 就等于参与滑动平均子帧个数，对于多时隙业务， J与滑动平均子帧个数和多时隙业务在一个子帧内所分配的时隙数有关。 J的取值根据信道变化的快慢而定，对于低速移动的用户，例如静止或者步行时通信，取值较大可以获得良好的抑制噪声能力；对于高速移动的用户，例如行驶的车辆中的通信， J取值较小可以在获得满意的抑制噪声能力的同时适应信道的快速变化。 · 的取值范围可以不受限制，但是通常情况下其取值为 1~ 16。的取值也与信道变化的快^曼有关，例如一种可能的取值如下：

式（8)中， O ^, 对于低速移动的用户，例如静止或者步行时通信， P 取值为 0. 2 ~ 0. 5; 对于高速移动的用户，例如高速行 ¾^车辆中的通信，取值为 0. 5 ~ 0. 9。

参见图 3所示，为本发明用户 *在时隙 "的原始瞬时信道估计进行变长度多时隙平均处理的示意图。对用户在时隙 "的原始瞬时信道估计进行变长度多时隙平均处理，包括：个乘法器 302-0 ~ 302-J; J个延时器 303-1 ~ 303-J , 延时器的输出是比输入延时一个时隙； 1 个加法器 304。输入 101 = [^ ，^2，···^是由 ste iner估计器得到的各个用户的在一个时隙 "的原始信道冲激响应，对时隙 "的原始信道估计 ^h".*的所有抽头 ^^， ""，… ，乘法器 302-0 ~ 302- J把每一个抽头 ζ· ( ^{= 1}'²'-'^ )的信道估计 .'以及个延时器 303-1 ~ 303-J 输出的抽头的前 J个时隙的原始信道估计 A-_W，"A-w与相应的加权系数相乘，得到 Cj - j , 7' = 1，2，"'，J，然后加法器 304把

， i = U 2,..., W ^ 最终得用户 *在时隙 "的多时隙平均后的信道估计 305 h„,k

k = l, 2, ..., K。

步骤 4、对每一个用户的时隙 n进行滤除噪声抽头处理

式（9)中，： Γ是噪声滤除门限，根据实际的工作环境设置，例如一种可的取值方法如下：

T = \0log_l0(P_noise) + offset 式（10)中， "。-·是底噪功率，通过测量接收机在不接收信号时测量得到，也可以根据下述公式（11)计算得到。 ^Ρ——经确定一般不需要调整。 ^是相对于底噪功率的偏移量，其取值范围不受限制，通常可以通过计算机仿真或者实验得到最优值。

P_noise = KTB ₊ NF _{(1 1})

式（11)中，是波尔兹曼常数，

， Γ是绝对温度，是信号带宽，是接收机噪声系数。的单位是焦 /开（ J/K ), ： Γ的单位是开（Κ )，的单位是赫兹（Hz ), 的单位是分贝（dB )。

步骤 5、输出用户在时隙 "信道估计值 ^h'".* :

h'",t =[ w'A,* 〗（12)

参见图 4所示，为本发明计算用户在时隙"的信道冲激响应流程图。根据式（8)计算噪声过滤门限，从抽头 = 1起，判断用户在时隙 "的信道沖激响应的各抽头! '是否满足 ^1QlDgl。(U^{> :r}，如果判断成立，则保留该抽头的信道估计，即 = ，否则将抽头置为 0，一个抽头处理完毕后抽头计数器递增，直到所有个抽头处理完毕，最后输出用户在时隙 "信道估计值步骤 6、以上步骤是对一个用户的操作，重复次得到所有用户的信道估计。

本发明是一种适用 TDD-SCDMA标准的高效、快速、低成本的联合信道估计方法，在 Steiner估计器基础上，釆用了一种多时隙处理与非相干累加相结合的处理方法，克服了现有技术的缺陷，降低了噪声对信号的干扰，能够有效抑制瞬时强噪声的干扰，同时还具有良好的抗频偏性能。本发明的信道估计方法在 S teiner估计器基础上增加了很小的计算量，能够使用高效、快速、低成本的方法实现高性能的信道估计器。

因此本方法有如下优点：第一，降低了噪声对信号的干扰而且能够有效抑制瞬时强噪声的干扰；第二，具有良好的抗频偏性能；第三，能够使用高效、快速、低成本的方法实现高性能的信道估计器。第四，兼容现行标准，无需对现有标准修改。

本发明也适用于 TDMA/CDMA 中采用训练序列进行信道估计的所有系统，尤其是适用于第三代移动通信系统中的 TD-SCDMA和 WCDMA TDD系统，虽然本发明的技术方案主要针对 TDD-SCDMA 的无线通信系统，但是也同样适用于采用类似传输结构的 CDMA、 TDMA系统，既适用于基站接收机，也适用于移动台接收机。结合接收机的相关测量过程，本方面可以自适应地才艮据工作环境动态调整参数。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

权利要求

1、一种 TDD-SCDMA系统的信道估计方法，其特征在于包括以下步骤：步骤 1、利用 Steiner估计器完成各个用户的一个时隙的信道冲激响应的同时估计，得到所有用户的原始的时域离散信道冲激响应 ,k

l,2,〜,K , "是时隙编号， A:是用户编号，是用户数，是信道沖激响应长度；

步骤 2、对每一个用户计算时隙 n 的各个抽头判决量度 t_n, _i

， k = \,2,...,K，所有抽头得到 t_n,_k *,₂,...υ ; 步骤 3、对每一个用户 k的时隙 η的各个抽头进行变长度多时隙滑动平均，得到平均值 Ι ,, =^ Α- w , = 1,2，..., ，所有抽头得到！^^ ， ^，… ^],

7=0 ' , k = \,2,...,K\

步骤 4、对每一个用户的时隙 n进行滤除噪声抽头处理，得到 ₄；步骤 5、输出一个用户 k在时隙信 n道估计值 h'„,_t;

步骤 6、重复步骤 1 -5, 直到得到所有用户的信道估计值。

2、根据权利要求 1所述的 TDD-SCDMA系统的信道估计方法，其特征在于所述步骤 3中 _C/ = ,...,J , J是进行加权滑动平均的时隙个数,

的取值在 1 - 16之间， ^0<^^<1o

3、根据权利要求 2所述的 TDD-SCDMA系统的信道估计方法，其特征在于：当静止或者步行通信时，取值为 0.2 ~ 0.5;高速移动通信时，取值为 0.5 - 0.9。

4、根据权利要求 1所述的 TDD-SCDMA系统的信道估计方法，其特征在于所述步骤 4具体为：

步骤 4. 1、计算噪声门限 Γ ;

步骤 4. 2、对每一用户的时隙进行滤除噪声抽头处理，如果一个抽头的信道估计取模求平方后低于噪声门限则该抽头被置为 0，否则保留该抽头

5、根据权利要求 4所述的 TDD-SCDMA系统的信道估计方法，其特征在于：所述噪声门限？^^^^ ^^ + ^^"， P„。,._re是底噪功率， o 是相对于底噪功率的偏移量。

6、根据权利要求 5所述的 TD-SCDMA系统的信道估计方法，其特征在于：所迷的噪功率 P„。_ise = KTB + NF，是波尔兹曼常数，： Γ是绝对温度，是信号带宽， NF是接收机噪声系数。