CN1968030A - 一种频域接收机的信道估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种频域接收机的信道估计方法，其对变换到频域的接收信号进行信道估计。在本发明中，将接收信号转换到频域上得到频域接收信号；通过迭代方法，重复多次对信道频域接收信号进行去除扩频因子影响、去除信道影响、等增益合并处理，来获得信道估计。利用本发明，通过迭代平滑可以大大提高频域接收机中信道估计的准确度。

Description

一种频域接收机的信道估计方法

技术领域

本发明涉及移动通信领域，尤其涉及DS-CDMA(Direct Sequence CodeDivision Multiple Access直接序列码分多址)信号频域接收机的信道估计方法。

背景技术

在第二代无线蜂窝通信系统IS-95以及目前正在发展的第三代无线蜂窝通信系统CDMA2000、WCDMA等系统中均采用了直接序列码分多址DS-CDMA的方式。在DS-CDMA系统中，每个用户的低速信号与一个与用户相关的、称之为扩频信号的高速信号进行相乘作为该用户的发送信号；而系统中的所有用户都使用同样的带宽和频率，并且可以同时发射。每个用户都有自己的扩频信号，与其它用户的扩频信号保持正交。在接收机中，对特定用户的发射信号进行相关运算，并估计出当前无线信道，然后对相关后的结果进行校正，恢复出该用户的信息。

通常，在DS-CDMA接收机中，信道的估计往往是通过在发射信号中在时间上插入已知的导频信号进行的，相应地，信道估计在时域上进行。如果无线信道的时延扩展比较大，而扩频信号经过无线多径传播后正交特性将受到一定的损害，这将导致额外干扰的出现，影响信道估计的准确性。

一般地，在一个符号(Symbol)内，发射信号的时域表达式为：

$s=\left[\begin{array}{c}{s}_1\\ ...\\ s_N\end{array}\right]=\sqrt{E_s}\left[\begin{array}{c}{c}_1^d\\ ...\\ c_N^d\end{array}\right]b+\sqrt{E_p}\left[\begin{array}{c}{c}_1^p\\ ...\\ c_N^p\end{array}\right]---\left(1\right)$

其中，E_s为用户数据能量，E_p为导频能量， 为专用信道的用户扩频码，

为导频扩频码；b为发送符号，N表示扩频码长，P表示导频，d表示专用信道。

发射信号经过M点的FFT变换，其中M＞＝N，相应的频域FFT表示为：

$S=\left[\begin{array}{c}{S}_1\\ ...\\ S_M\end{array}\right]=\sqrt{E_s}\left[\begin{array}{c}{C}_1^d\\ ...\\ C_M^d\end{array}\right]b+\sqrt{E_p}\left[\begin{array}{c}{C}_1^p\\ ...\\ C_M^P\end{array}\right]---\left(2\right)$

其中， 为用户扩频码的FFT变换，

为导频扩频码的FFT变换。

那么，接收信号的FFT可以表示为：

$R=\left[\begin{array}{c}{R}_1\\ ...\\ R_M\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{H}_1(\sqrt{E_s}{C}_1^{d}b+\sqrt{E_p}{C}_1^p)\\ ...\\ H_M(\sqrt{E_s}{C}_M^{d}b+\sqrt{E_p}{C}_M^P)\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{O}_1\\ ...\\ O_M\end{array}\right]---\left(3\right)$

其中，H₁…H_M表示信道冲击响应经过FFT后的值，即信道频谱，O₁…O_M是指噪声经过FFT后的值，即噪声谱。如果M＞N，此时可以对输入信号采用过采样、常见的补零或者插值等方法，使得进行FFT变换所需的输入信号点数从N增加为M。

以下为对接收信号R的解调过程：

a.去除扩频因子影响：

$R1=\left[\begin{array}{c}{R}_1{C}_1^{d^{*}}\\ ...\\ R_N{C}_N^{d^{*}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}(H_1(\sqrt{E_s}{C}_1^{d}b+\sqrt{E_p}{C}_1^p)+O_1)C_1^{d^{*}}\\ ...\\ (H_N(\sqrt{E_s}{C}_N^{d}b+\sqrt{E_p}{C}_N^p)+O_N)C_N^{d^{*}}\end{array}\right]---\left(4\right)$

b.去除信道影响：

$Y=\left[\begin{array}{c}{Y}_1\\ ...\\ Y_N\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{R}_1{C}_1^{d^{*}}{H}_1^{*}\\ ...\\ R_N{C}_N^{d^{*}}{H}_N^{*}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}(H_1(\sqrt{E_s}{C}_1^{d}b+\sqrt{E_p}{C}_1^p)+O_1)C_1^{d^{*}}{H}_1^{*}\\ ...\\ (H_N(\sqrt{E_S}{C}_N^{d}b+\sqrt{E_p}{C}_N^p)+O_N)H_N^{*}\end{array}\right]$

$=\left[\begin{array}{c}\sqrt{E_s}{\left|H_1\right|}^2{\left|C_1^d\right|}^{2}b+{\left|H_1\right|}^2\sqrt{E_p}{C}_1^p{C}_1^{d^{*}}+O_1{C}_1^{d^{*}}{H}_1^{*}\\ ...\\ \sqrt{E_s}{\left|H_N\right|}^2{\left|C_N^d\right|}^{2}b+{\left|H_N\right|}^2\sqrt{E_p}{C}_N^p{C}_N^{d^{*}}+O_N{C}_N^{d^{*}}{H}_N^{*}\end{array}\right]---\left(5\right)$

c.列求和得到判决变量(等增益合并)：

$Z=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}\sqrt{E_s}{\left|H_i\right|}^2{\left|C_i^d\right|}^{2}b+{\left|H_i\right|}^2\sqrt{E_p}{C}_i^p{C}_i^{d^{*}}+O_i{C}_i^{d^{*}}{H}_i^{*}$

$=\left(\sqrt{E_s}\mathrm{\Σ}{\left|H_i{C}_i^d\right|}^2\right)b+\left(\sqrt{E_p}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\left|H_i\right|}^2{C}_i^p{C}_i^{d^{*}}\right)+\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{O}_i{C}_i^{d^{*}}{H}_i^{*}---\left(6\right)$

上述公式(6)中第一项代表信号功率，第三项与噪声有关，而第二项为导频引起的干扰，导频扩频码和用户数据扩频码虽然在时域中正交，并且经过FFT变换后在频域中也正交，但是由于存在信道的加权，上述第二项不为0，因此，需要进行干扰抵消。现有技术中公开了一种DS-CDMA的频域接收机，其中，在下行链路情况下，在解扩之前进行了导频干扰抵消，该方法采用简单的平均的方法获得信道的估计值。然而，采用该方法进行信道估计，由于存在非正交项，估计的准确度较低，使得信道估计变得很困难，完全不能象在时域中那样采用时间平均的方法就可以进行简单的信道估计，因此需要寻求一种更有效的信道估计方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以提高频域接收机中信道估计的准确度的信道估计方法。

为实现上述目的，本发明提供一种频域接收机的信道估计方法，其对频域接收机的接收信号进行信道估计，将接收信号转换到频域上得到频域接收信号；通过迭代方法，重复多次对信道频域接收信号进行去除扩频因子影响、去除信道影响、等增益合并处理，来获得信道估计。

在本发明的上述方法中，在第t个符号内进行如下操作，其中t≥1：

1)对信道进行初始估计，获得初始的信道估计；

2)利用当前的信道估计，对步骤1)中的频域接收信号依次进行去除扩频因子影响、去除信道影响、等增益合并，获得初始判决；

3)根据得到的判决，更新信道估计；

4)利用更新的信道估计，对频域接收信号去除扩频因子影响、去除信道影响、进行等增益合并，然后进行判决，得到该符号的新判决；

5)重复上述步骤3)、4)，进行多次迭代，得到最终的信道估计。

在本发明的上述方法中，在第t个符号内，在进行步骤1)之前，还进行如下步骤：

1A)对接收信号进行FFT运算，得到频域上的频域接收信号；

1B)对频域接收信号中的用户数据功率与导频功率比值 $Q=\frac{\sqrt{E_s}}{\sqrt{E_p}}$ 在时域中进行估计；

在所述步骤3)中，根据得到的判决及Q参数，更新信道估计。

在本发明的上述方法中，在所述步骤1)，根据频域接收信号，以及本地用户扩频码的M点FFT变换值，对信道作初始估计，其中M为整个频谱的子段数；在所述步骤3)，根据本地用户扩频码的M点FFT变化值、本地导频扩频码的M点FFT变化值、在步骤1B)中所得到的Q参数、当前得到的判决、以及步骤1A)中获得的频域接收信号，更新信道估计。

在本发明的上述方法中，在所述步骤1B)中，所述Q参数用专用信道与公共信道的信干比SIR之比来估计。

在本发明的上述方法中，还包括步骤6)：对上述迭代的结果在时间上采用移动平均的方法，进行平滑处理，得到当前最终用于用户数据解调的信道估计。

利用本发明，通过迭代平滑可以大大提高频域接收机中信道估计的准确度，本发明可以用于DS-CDMA系统或MC-CDMA(multicarrier code divisionmultiple access)系统中。

附图说明

图1给出了本发明的频域接收机的信道估计方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式。但需要说明的是，所给出的附图及具体实施方式仅用于说明本发明，本发明并不限于此。

本发明的频域接收机的信道估计方法，用于对频域接收机的接收信号进行信道估计，将接收信号转换到频域上得到频域接收信号；通过迭代方法，重复多次对信道频域接收信号进行去除扩频因子影响、去除信道影响、等增益合并处理，来获得信道估计。

具体地，在本发明的上述方法中，在第t个符号内进行如下操作，其中t≥1：

1)对信道进行初始估计，获得初始的信道估计；

2)利用当前的信道估计，对步骤1)中的频域接收信号依次进行去除扩频因子影响、去除信道影响、等增益合并，获得初始判决；

3)根据得到的判决，更新信道估计；

4)利用更新的信道估计，对频域接收信号去除扩频因子影响、去除信道影响、进行等增益合并，然后进行判决，得到该符号的新判决；

5)重复上述步骤3)、4)，进行多次迭代，得到最终的信道估计。

其中，在第t个符号内，在进行步骤1)之前，还可以进行如下步骤：

1A)对接收信号进行FFT运算，得到频域上的频域接收信号；

1B)对频域接收信号中的用户数据功率与导频功率比值 $Q=\frac{\sqrt{E_s}}{\sqrt{E_p}}$ 在时域中进行估计，其中这里的Q参数可以用专用信道与公共信道的信干比SIR之比来估计。

在所述步骤3)中，根据得到的判决及Q参数，更新信道估计。

另外，在本发明的上述方法中，还可以包括步骤6)：对上述迭代的结果在时间上采用移动平均的方法，进行平滑处理，得到当前最终用于用户数据解调的信道估计。

更为具体地，在上述方法中，在所述步骤1)，根据频域接收信号，以及本地用户扩频码的M点FFT变换值，对信道作初始估计，其中M为整个频谱的子段数；在所述步骤3)，根据本地用户扩频码的M点FFT变化值、本地导频扩频码的M点FFT变化值、在步骤1B)中所得到的Q参数、当前得到的判决、以及步骤1A)中获得的频域接收信号，更新信道估计。

下面，为方便描述起见，不失一般性，作如下假设：

●导频与用户数据扩频码长度相同，均为N，下述描述和推导同样适用于扩频码长度不相等的情况，只不过需要修正相应的记号；

●不加扰码，在收发信号同步情况下可以比较完美解扰；

●导频符号全1，因为导频符号为已知，假设为全1，不失一般性，同时可以使得公式简洁一些；

●其他用户干扰等效为噪声，或者单用户情况。

图1给出了在上述假设条件下，采用DS-CDMA扩频的通信系统频域接收机的信道估计方法。

根据公式(3)，第k个子频段的接收信号经过M点的FFT变换(M＞＝N)，可以表示为：-

$R_k=H_k(\sqrt{E_S}{C}_k^{d}b+\sqrt{E_p}{C}_k^p)+O_k$

$=\sqrt{E_p}{H}_k(\frac{\sqrt{E_s}}{\sqrt{E_p}}{C}_k^{d}b+C_k^p)+O_k---\left(7\right)$

其中，C_k ^d为本地用户扩频码的M点FFT变换，C_k ^p为本地导频扩频码的M点FFT变换，H_M表示信道冲击响应经过M点FFT后的值，即信道频谱，O_M是指噪声经过M点FFT后的值，即噪声谱，k＝1，...，M，表示这些频谱子段的序号，M为FFT长度，表示整个频谱被分成了M个子段。因导频发射功率不随时间变化，因此，可以把

作为被估计量 Hk表示第k个子频段频谱的频域响应，表示信道的频谱特性。

本发明基于上述公式(7)而进行信道估计，所采用的信道估计算法如下：

1)根据公式(4)，对接收信号R_k去除扩频因子影响，即，使R_k乘以本地用户扩频码的FFT变换C_k ^d的共轭C_k ^d*，得到R1。

2)在时域中进行用户数据功率与导频功率比值 $Q=\frac{\sqrt{E_s}}{\sqrt{E_p}}$ 的估计。例如，可以用专用信道与公共信道的SIR之比来估计。

3)在第t个符号(Symbol)内进行如下操作：

a.按照如下公式进行信道初始估计：

${\hat{H}}_k^{\left(0\right)}=\frac{1}{C_k^p}{R}_k$

该公式是由公式(7)在忽略b和O_k时得到的，其中 表示第k个子频段的频域响应的初始估计，k＝1，...，M。

b.按照公式(5)对接收信号R_k去除信道影响，即，使上述步骤1)中得到的R1乘以

c.按照公式(6)进行第一次等增益合并，得到Z⁽⁰⁾，其中信道H_i用步骤a中的估计值

代替，进行判决，得到第t个符号Symbol的第一次判决b_t ⁽⁰⁾；

d.根据下式进行第二次信道估计：

${\hat{H}}_k^{\left(1\right)}=\frac{1}{\hat{Q}{C}_k^d{b}_t^{\left(0\right)}+C_k^p}{R}_k$

e.根据公式(5)进行第二次去除信道影响，其中信道频谱响应H_i用步骤d中的估计值H_k ⁽¹⁾代替；

f.按照公式(6)进行第二次等增益合并，其中信道频谱响应H_i用步骤d中的估计值H_k ⁽¹⁾代替，进行判决，得到第t个符号Symbol的第二次判决b_t ⁽¹⁾：

$Z^{\left(1\right)}=\mathrm{\Σ}\sqrt{E_s}{\left|{\hat{H}}_k^{\left(1\right)}\right|}^2{\left|C_i^d\right|}^{2}b+{\left|{\hat{H}}_k^{\left(1\right)}\right|}^2\sqrt{E_p}{C}_i^p{C}_i^{d^{*}}+O_i{C}_i^{d^{*}}{\hat{H}}_k^{{\left(1\right)}^{*}}$

$=\left(\sqrt{E_s}\mathrm{\Σ}{\left|{\hat{H}}_k^{\left(1\right)}{C}_i^d\right|}^2\right)b+\left(\sqrt{E_p}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{{|\hat{H}}_k^{\left(1\right)}|}^2{C}_i^p{C}_i^{d^{*}}\right)+\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{O}_i{C}_i^{d^{*}}{\hat{H}}_k^{{\left(1\right)}^{*}}$

g.重复步骤b至f，进行W次叠代，得到信道的第W次估计

${\hat{H}}_k^{\left(W\right)}=\frac{1}{\hat{Q}{C}_k^d{b}_t^{(W-1)}+C_k^p}{R}_k$

(3)对上述迭代的结果在时间上采用移动平均的方法，进行平滑处理，得到当前最终用于用户数据解调的信道估计值。

上述方法不仅适用于单载波DS-CDMA信号的频域接收，而且也适用于MC-CDMA接收机中。

以上具体的实施例说明了本发明，但是这些实施例是示例性的，本发明不限于具体的实施例。本领域的普通技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行修改、变化或替代。

Claims (7)

1.一种频域接收机的信道估计方法，其对频域接收机的接收信号进行信道估计，其特征在于，

将接收信号转换到频域上得到频域接收信号；通过迭代方法，重复多次对信道频域接收信号进行去除扩频因子影响、去除信道影响、等增益合并处理，来获得信道估计。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

在第t个符号内进行如下操作，其中t≥1：

1)对信道进行初始估计，获得初始的信道估计；

2)利用当前的信道估计，对步骤1)中的频域接收信号依次进行去除扩频因子影响、去除信道影响、等增益合并，获得初始判决；

3)根据得到的判决，更新信道估计；

4)利用更新的信道估计，对频域接收信号去除扩频因子影响、去除信道影响、进行等增益合并，然后进行判决，得到该符号的新判决；

5)重复上述步骤3)、4)，进行多次迭代，得到最终的信道估计。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

在第t个符号内，在进行步骤1)之前，还进行如下步骤：

1A)对接收信号进行FFT运算，得到频域上的频域接收信号；

1B)对频域接收信号中的用户数据功率与导频功率比值 $Q=\frac{\sqrt{E_s}}{\sqrt{E_p}}$ 在时域中进行估计；

在所述步骤3)中，根据得到的判决及Q参数，更新信道估计。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

在所述步骤1)，根据频域接收信号，以及本地用户扩频码的M点FFT变换值，对信道作初始估计，其中M为整个频谱的子段数；

在所述步骤3)，根据本地用户扩频码的M点FFT变化值、本地导频扩频码的M点FFT变化值、在步骤1B)中所得到的Q参数、当前得到的判决、以及步骤1A)中获得的频域接收信号，更新信道估计。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

在所述步骤1B)中，所述Q参数用专用信道与公共信道的信干比SIR之比来估计。

6.根据权利要求2-5中之一所述的方法，其特征在于，

还包括步骤6)：对上述迭代的结果在时间上采用移动平均的方法，进行平滑处理，得到当前最终用于用户数据解调的信道估计值。

7.根据权利要求2-5中之一所述的方法，其特征在于，用于DS-CDMA系统或MC-CDMA系统。

Images