CN103782520A - 用于cdma***的信道估计方法、信道估计装置及通信设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种TD-SCDMA***的信道估计方法。该信道估计方法包括如下步骤：采用单小区信道估计算法获取一同频小区集合中每个小区的信道粗估计结果；对所述信道粗估计结果进行干扰消除以得到信道估计结果；根据所述信道估计结果来确定信道环境；以及根据所述信道环境，确定所述干扰消除的停止策略，并根据所述停止策略对所述干扰消除过程进行控制。本发明实施例还公开了一种TD-SCDMA***的信道估计装置、通信设备以及用于执行该信道估计方法的计算机程序。

Description

用于CDMA***的信道估计方法、信道估计装置及通信设备

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，特别涉及一种信道估计方法、信道估计装置及通信设备。

背景技术

尽管本发明实施例在这里涉及TD-SCDMA（时分同步码分多址）***，但是应当注意的是本发明实施例还可以应用于其他场景。因此，本发明并不局限于TD-SCDMA。

无线通信***中信道具有复杂性和时变性。在相干接收方案中，需要在接收端对信道进行估计和测量，然后利用得到的信道估计结果（简称“CHE”）对接收信号进行相干检测。除了在信号检测中的应用之外，信道估计还在物理层测量、智能天线以及无线资源管理等相关子***中起到重要的基础性的作用。

图1为TD-SCDMA***的业务时隙的突发信号的结构示意图。如图1所示，在TD-SCDMA***中，突发信号中部的Midamble码是用来进行信道估计的，又称为训练序列。Midamble码两端的数据块用来传送业务数据。所述训练序列和所述业务数据采用时分复用的方式传送，而且不同小区之间也是时隙同步的。

在TD-SCDMA***中，对于同频组网（FRF=1）的情形，现有信道估计方法的主要流程为：首先根据接收到的Midamble码和各小区的基本Midamble码，采用单小区信道估计算法，获取各小区的信道粗估计结果；随后对信道粗估计结果采用迭代的方式进行干扰消除；最后再对经干扰消除后的信道估计结果进行噪声消除处理。

在上述信道估计方法中，干扰消除的迭代次数是固定的。由于用户终端（UE）所处的信道环境随时可能发生变化，为了适应不同的信道环境，所述迭代次数一般会设置的比较大。这样，对于某些信道环境，干扰消除的次数过多会造成“过消除”，即存在利用噪声径来对信号径进行干扰消除的情形，从而使得信道估计结果的准确性不高。

因此，现有的信道估计方法存在缺陷，需要进一步改进和完善。

发明内容

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种信道估计方法，所述信道估计方法能够提高信道估计结果的准确性。

在一些实施例中，所述方法用于TD-SCDMA***。

所述信道估计方法包括如下步骤：首先，采用单小区信道估计算法获取同频小区集合中每个小区的信道粗估计结果；然后，对所述信道粗估计结果进行干扰消除以获得信道估计结果；根据所述信道估计结果来确定信道环境；以及根据所述信道环境来确定所述干扰消除的停止策略，并根据所述停止策略对所述干扰消除过程进行控制。

在一些实施例中，采用迭代的方式进行干扰消除。所述进行干扰消除的步骤可包括首先执行干扰消除的第一迭代。然后确定信道环境和停止策略，并且相应的控制干扰消除。干扰消除的控制可包括是否需要（和/或多少次）执行干扰消除的多次迭代。可选的或额外的，干扰消除的控制可在后续的信道估计中来控制干扰消除的迭代次数。

在一些实施例中，所述停止策略包括：当所述信道环境为静态传播信道时，停止所述干扰消除过程；以及当所述信道环境为多径衰落信道时，继续进行所述干扰消除过程，直到所述干扰消除进行的次数达到预设的第一门限时停止。

在一些实施例中，当所述信道环境为多径衰落信道时，基于衰落信道的衰落水平（例如，检测到的径的数目、延迟扩展等）来设定要执行的迭代的剩余（或总的）次数。

在一些实施例中，所述信道估计方法还包括对干扰消除得到的信道估计结果进行噪声消除处理的步骤。

在一些实施例中，在干扰消除过程中，对每次迭代所使用的功率最大径进行标记，确定信道窗中信号径的分布情况，并根据信号径的分布情况来确定信道环境。

在一些实施例中，当所述信道环境为静态传播信道时，通过将所有被标记的径视作为信号径以及将所有未被标记的径作为噪声径的方式，来进行噪声消除处理。

在一些实施例中，当所述信道环境为多径衰落信道时，根据噪声径的功率及分布来设置噪声功率门限。在一些实施例中，当所述信道环境为多径衰落信道时，将未被标记的径全部作为噪声径。

根据本发明实施例的第二方面，提供了一种实现根据本发明实施例的第一方面的信道估计方法的信道估计装置。

所述信道估计装置包括：信道粗估计单元，被设置成采用单小区信道估计算法获取同频小区集合中每个小区的信道粗估计结果；干扰消除单元，被设置成对所述信道粗估计结果进行干扰消除以获得信道估计结果；信道环境确定单元，被设置成根据所述信道估计结果来确定信道环境；以及控制单元，被设置成根据所述信道环境来确定所述干扰消除过程的停止策略，根据所述停止策略对所述干扰消除过程进行控制。

在一些实施例中，所述停止策略包括：当所述信道环境为静态传播信道时，停止所述干扰消除过程；以及当所述信道环境为多径衰落信道时，继续进行所述干扰消除过程，直到所述干扰消除进行的次数达到预设的第一门限时停止。

在一些实施例中，所述信道估计装置还包括后处理单元，被设置成对进行最后一次干扰消除得到的信道估计结果进行噪声消除处理。

在一些实施例中，所述后处理单元被设置成采用如下方式来确定当前的信道环境：在干扰消除过程中，对每次迭代所使用的功率最大径进行标记，根据标记的结果确定信道窗中信号径的分布情况，并根据信号径的分布情况来确定信道环境。

在一些实施例中，当所述信道环境为静态传播信道时，所述后处理单元被设置成通过将所有被标记的径作为信号径以及将所有未被标记的径作为噪声径的方式，来进行噪声消除处理。

在一些实施例中，当所述信道环境为多径衰落信道时，所述后处理单元被设置成使用噪声功率门限来对信道估计结果执行噪声消除处理。在一些实施例中，使用所有未被标记的径作为噪声径，并根据噪声径的功率及分布来设置噪声功率门限。

根据本发明实施例的第三方面，提供了一种包括根据本发明实施例的第二方面的信道估计装置的通信设备。

根据本发明实施例的第四方面，提供了一种包括指令的计算机程序，当被处理器执行时所述指令被设置成使得所述处理器执行根据本发明实施例的第一方面的信道估计方法。

本发明实施例的第二、第三和第四方面的优点类似于关于本发明实施例的第一方面所说明的优点。

附图说明

图1为TD-SCDMA***的业务时隙的突发信号的结构示意图；

图2为根据本发明实施例的TD-SCDMA***的信道估计方法的流程图；

图3为根据本发明实施例的TD-SCDMA***的信道估计装置的结构示意图；以及

图4a～4d为根据本发明实施例的信道估计方法与现有技术的信道估计方法的对比示意图。

具体实施方式

根据本发明实施例的信道估计方法及装置，在对信道粗估计结果进行干扰消除的过程中，实时获取信道环境，根据不同的信道环境自适应地对干扰消除过程进行控制，使得干扰消除的迭代次数与当前的信道环境相“匹配（即对应）”，从而避免“过消除”，能够在一定程度上提高信道估计结果的准确性。

图2为根据本发明实施例的TD-SCDMA***的信道估计方法的流程图。如图2所示，所述信道估计方法主要包括如下步骤：

步骤S21，采用单小区信道估计算法获取同频小区集合中每个小区的信道粗估计结果；

步骤S22，对所述信道粗估计结果进行干扰消除以获得信道估计结果；

步骤S23，根据在步骤S22中得到的信道估计结果，确定信道环境；

步骤S24，根据所述信道环境，确定所述干扰消除的停止策略，并根据所述停止策略来控制如何执行所述干扰消除过程；以及

步骤S25，对最后一次干扰消除得到的信道估计结果进行噪声消除处理，以得到最后的信道估计结果。

具体的，在步骤S21中，假设通信***中含有cell_num＝N₀+1（N₀为大于或等于1的整数）个同频小区，其包括本小区和与该本小区相邻的多个相邻小区。本小区的序号为0，本小区的相邻小区的序号分别为1,2,…,N₀，这些小区对应的基本Midamble序列分别为

第i个小区发送的基本Midamble序列为：

M_i＝(m_i,1,m_i,2…,m_i,128)i＝0,1,…,N₀。

Midamble序列作为训练序列随数据信息经过无线信道一起发送。在每个接收端接收到的结果为：

RM＝(Rm₁,Rm₂…,Rm₁₂₈)。

利用快速傅里叶变换（FFT）和快速傅里叶逆变换（IFFT）进行信道粗估计，得到第i个小区的信道粗估计结果为：

${\hat{h}}_i=\mathrm{IFFT}(\mathrm{FFT}\left({\mathrm{RM}}_i\right)./\mathrm{FFT}\left(M_i\right))$ 其中，i＝0,1,…,N₀。

在上式中，./表示对位相除。

在步骤S22中，干扰消除为迭代过程。在初始化时，假设：

$h\_{\mathrm{initial}}_i={\hat{h}}_i,i=\mathrm{0,1},...,N_0;$

h_temp_i＝h_initial_i，i＝0,1,…,N₀；

IC_num＝0，

其中，h_initial_i记录每一次迭代过程得到的信道估计结果，h_temp_i为干扰消除中用到的临时变量，而IC_num记录已迭代的次数。

干扰消除的过程包括如下步骤：

首先，获取所有小区上次干扰消除得到的信道估计结果h_temp_i中的功率最大径（m,n），即第m个小区的第n条径。

然后，执行以下运算，以通过功率最大径（m,n）来消除掉该径对其他小区的径的同频干扰：

h_initial_i＝h_initial_i-I_i，其中i≠m；

h_temp_i＝h_temp_i-I_i，其中i≠m。

在上式中，I_i表示该功率最大径（m,n）对第i个小区的干扰向量，并且该干扰向量可以按照如下公式进行计算得到：

CR^(i,j)＝IFFT(FFT(M_j)./FFT(M_i))，其中i,j＝0,1,…,N₀；

(I_i)_j＝h_m,n×(CR^(i,m))_{(j-n+128)mod128}，其中i≠m,j＝0,1,…,127。

在上式中，CR^(i,j)表示小区j对小区i的干扰向量，(I_i)_j为向量I_i的第j个元素，表示第m个小区的第n条径对第i个小区的第j条径的同频干扰，而h_m,n表示第m个小区的第n条径的信道冲激响应值。

另外，每进行一次干扰消除，还进行如下更新：

(h_temp_m)_n＝0

IC_num＝IC_num+1。

在完成上述更新之后，还可以判断IC_num是否达到预设的迭代次数门限。若是，不进行后续步骤，直接输出经干扰消除后的信道估计结果；当IC_num没有达到所述迭代次数门限时，进入后续的步骤S23。其中，所述迭代次数门限可以设置为40～60。

在步骤S23中，可以根据步骤S22进行干扰消除后的信道估计结果确定是否适合于进行信道环境的确定，具体如下：

在每完成一次干扰消除时，在所有小区的本次信道估计结果h_temp_i中找到功率最大径，并将该径的位置标记为（m,n），即第m个小区的第n条径；

求出所述第m个小区的第n条径的功率值P_Max；

求出本小区的本次信道估计结果h_initial₀中功率最大径的功率值P_Scell；

如果P_Max/P_Scell＜thrsh_pow，则确定需要进行信道环境的判定;否则，返回步骤S22，进行下一次的干扰消除过程。其中，thrsh_pow为预设的功率比值门限，例如，可以将其设置为8～12。

在确定需要进行信道环境的判定时，可以按照如下方式进行信道环境的判定：

获取包括至少一个被标记的径的信道窗的数目Win_total；

从Win_total个信道窗中获取信道窗数目Win_case，其中在Win_case个信道窗中的每个信道窗中被标记的径的数目大于x，而x可以为1或者2；

如果Win_case/Win_total>thrsh_num，则确定信道环境为多径衰落信道，否则确定信道环境为静态传播信道。其中，可以设置thrsh_num的取值范围为0.4～0.6。

在步骤S24中，确定的干扰消除的停止策略为：当所述信道环境为静态传播信道时，立即停止所述干扰消除过程；以及当所述信道环境为多径衰落信道时，继续进行所述干扰消除过程，直到所述干扰消除的次数达到预设的迭代次数门限时停止。

步骤S25为可选步骤。即在根据所述停止策略停止所述干扰消除后，可以根据具体需求，选择不执行所述步骤S25，或者选择执行步骤S25。

在步骤S25中，可以先对信道估计结果进行噪声功率估计，根据噪声功率估计结果设置噪声功率门限。然后，将所述最后一次干扰消除得到的信道估计结果中，功率值小于所述噪声功率门限的径的信道冲激响应值置零，由此得到消除噪声处理后的信道估计结果。

在一些实施例中，可以按照如下方式进行噪声功率的估计以及噪声门限的设置：对于每个小区，将其对应的最后一次干扰消除得到的信道估计结果中，未被标记的径作为噪声径，根据所述噪声径的功率获取每个小区的噪声功率；以及对所有小区的噪声功率求平均，得到噪声功率门限。

在步骤S25中，还可以根据不同的信道环境，采用不同的噪声消除方式。

例如，当所述信道环境为静态传播信道时，可以采用如下所述的简化的噪声消除处理：将所述最后一次干扰消除得到的信道估计结果中，被标记的径全部看作是信号径，未被标记的径看作是噪声径，将未被标记的径的信道冲激响应值置零，这样就完成了信道估计的噪声消除处理。按照该种噪声消除处理方式，对于信号径，因为已经确定信道为近似单径信道，从而在每个信号窗内最多保留了x条功率最高的信号径。

当所述信道环境为多径衰落信道时，可以采用如下的方式进行噪声消除处理：

将在最后一次干扰消除中标记的径全部看作是信号径，而将未标记的径认为是噪声径；

假设在第i个小区中，信号径的个数是signal_path_i，则噪声径的个数是noise_path_i＝128-signal_path_i；

首先，求出第i个小区中noise_path_i条噪声径的功率之和Pow_noise_path_i，然后将其扩展到128点上，就可以求出第i个小区的噪声功率，则第i个小区的噪声功率为：

σ_ISCPi＝Pow_noise_path_i/nosie_path_i×128

然后，对求出的cell_num个小区的噪声功率求平均，就得到了噪声功率，即

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{ISCP}}=\frac{1}{\mathrm{cell}\_\mathrm{num}}\underset{i=0}{\overset{\mathrm{cell}\_\mathrm{mum}-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{ISCPi};}$ 以及

最后，将所述最后一次干扰消除得到的信道估计结果中，功率值小于σ_ISCP的径的信道冲激响应值置零，由此得到消除噪声处理后的信道估计结果。

对应地，本发明实施例还提供一种实现上述信道估计方法的信道估计装置。

图3为根据本发明实施例的TD-SCDMA***的信道估计装置的结构示意图。如图3所示，所述信道估计装置主要包括：信道粗估计单元1、干扰消除单元2、信道环境确定单元3、控制单元4和后处理单元5。

其中，所述信道粗估计单元1被设置成执行上述的步骤S21；所述干扰消除单元2被设置成执行上述的步骤S22；所述信道环境确定单元3被被设置成执行上述的步骤S23；所述控制单元4被设置成执行上述的步骤S24；所述后处理单元5被设置成执行上述的步骤S25。

其中，所述后处理单元5为可选的单元，可以根据具体需求确定是否设置所述后处理单元5。

根据本发明实施例的上述信道估计方法及装置，可粗略地估计出当前信道环境，从而自适应地采取不同的干扰消除的迭代停止策略以及采取不同的噪声消除处理方法。由此能够有效提升信道估计结果的准确度，并可以在平均意义下，降低信道估计的算法复杂度。

另外，根据本发明实施例的上述信道估计方法及装置，在***实际同频干扰小区数少于配置的同频干扰小区数的情况下，还可以在一定程度上纠正小区误检，从而提高接收机性能。

以下用TD-SCDMA***的仿真结果，验证本发明实施例提出的信道估计装置及方法的优越性。具体的仿真参数请参见3GPP25.102，现将若干重要仿真参数列举如下表1所示：

表1

通信***	TD-SCDMA
		小区数	3

Midamble码	{19,58,85}
		调制方式	QPSK
发送天线个数	1
		接收天线个数	1
扩频因子	16
		Kcell	8
时隙数	1
		有用信号码道号	1,2,3,4,5,6,7,8
干扰小区1的信号码道号	1,2,3,4,5,6
		干扰小区2的信号码道号	1,2,3,4,5,6
干扰小区1的单码道功率与噪声功率比	10dB
		干扰小区2的单码道功率与噪声功率比	4dB
噪声功率	-90dBm
		信道环境	AWGN,Case3

在表1中，Kcell表示一个小区包括的信道窗的数目。在上述的仿真配置和信道环境下，仿真结果如图4所示。从图4可以看出，基于本发明实施例的信道估计算法在该AWGN信道下，可以获得2dB的增益，同时使得干扰迭代消除次数从40次降低为12次左右；在该仿真衰落Case3信道下，可以获得与现有算法一样的性能和干扰消除的迭代次数。

以下将本发明实施例的信道估计算法的复杂度与现有信道估计算法的复杂度进行比较，如下表2所示。在表2中，假设现有的信道估计算法中，同频干扰消除的次数为40次，而采用本发明实施例的信道估计算法的同频干扰消除的次数为K(K≤40)次。

表2

从表2可以看出，本发明实施例的自适应信道估计算法相比于现有信道估计算法，计算复杂度得到了较大程度的降低。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，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范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (15)

1.一种信道估计方法，包括如下步骤：

采用单小区信道估计算法获取同频小区集合中每个小区的信道粗估计结果；

对所述信道粗估计结果进行干扰消除以获得信道估计结果；

根据所述信道估计结果来确定信道环境；以及

根据所述信道环境来确定所述干扰消除的停止策略，并根据所述停止策略对所述干扰消除过程进行控制。

2.如权利要求1所述的信道估计方法，其中，所述停止策略包括：

当所述信道环境为静态传播信道时，停止所述干扰消除过程；以及

当所述信道环境为多径衰落信道时，继续进行所述干扰消除过程，直到所述干扰消除进行的次数达到预设的第一门限时停止。

3.如权利要求2所述的信道估计方法，其中，还包括如下步骤：

对最后一次干扰消除得到的信道估计结果进行噪声消除处理。

4.如权利要求3所述的信道估计方法，其中，所述根据所述信道估计结果来确定信道环境的步骤，具体包括如下步骤：

每完成一次干扰消除，根据该次干扰消除得到的信道估计结果，获取所述同频小区集合的第一功率最大径以及本小区的第二功率最大径，并对第一功率最大径进行标记；

当所述第一功率最大径的第一功率值与所述第二功率最大径的第二功率值的比值小于预设的第二门限时，获取第一总数和第二总数，其中所述第一总数为包括至少一个被标记的第一功率最大径的信道窗的第一数目，并且所述第二总数为包括被标记的第一功率最大径的数目大于预设的第三门限的信道窗的第二数目；以及

当所述第二总数与所述第一总数的比值大于预设的第四门限时，确定所述信道环境为多径衰落信道，否则，确定所述信道环境为静态传播信道。

5.如权利要求4所述的信道估计方法，其中，当所述信道环境为静态传播信道时，所述对最后一次干扰消除得到的信道估计结果进行噪声消除处理的步骤，具体包括如下步骤：

将所述最后一次干扰消除得到的信道估计结果中，未被标记的径的信道冲激响应值置零。

6.如权利要求4所述的信道估计方法，其中，当所述信道环境为多径衰落信道时，所述对最后一次干扰消除得到的信道估计结果进行噪声消除处理的步骤，具体包括如下步骤：

对于每个小区，将最后一次干扰消除得到的信道估计结果中，未被标记的径作为噪声径，并根据所述噪声径的功率获取每个小区的噪声功率；

对所有小区的噪声功率求平均，得到噪声功率门限；以及

将所述最后一次干扰消除得到的信道估计结果中，功率值小于所述噪声功率门限的径的信道冲激响应值置零。

7.一种信道估计装置，包括：

信道粗估计单元，被设置成采用单小区信道估计算法获取同频小区集合中每个小区的信道粗估计结果；

干扰消除单元，被设置成对所述信道粗估计结果进行干扰消除以获得信道估计结果；

信道环境确定单元，被设置成根据所述信道估计结果来确定信道环境；以及

控制单元，被设置成根据所述信道环境来确定所述干扰消除过程的停止策略，根据所述停止策略对所述干扰消除过程进行控制。

8.如权利要求7所述的信道估计装置，其中，所述停止策略为：

当所述信道环境为静态传播信道时，停止所述干扰消除过程；以及

当所述信道环境为多径衰落信道时，继续进行所述干扰消除过程，直到所述干扰消除进行的次数达到预设的第一门限时停止。

9.如权利要求8所述的信道估计装置，其中，还包括：

后处理单元，被设置成对进行最后一次干扰消除得到的信道估计结果进行噪声消除处理。

10.如权利要求8所述的信道估计装置，其中，所述信道环境确定单元被设置成通过执行如下操作来确定信道环境：

每完成一次干扰消除，根据该次干扰消除得到的信道估计结果，获取所述同频小区集合的第一功率最大径以及本小区的第二功率最大径，并对第一功率最大径进行标记；

当所述第一功率最大径的第一功率值与所述第二功率最大径的第二功率值的比值小于预设的第二门限时，获取第一总数和第二总数，其中所述第一总数为包括至少一个被标记的第一功率最大径的信道窗的第一数目，并且所述第二总数为包括被标记的第一功率最大径的数目大于预设的第三门限的信道窗的第二数目；以及

当所述第二总数与所述第一总数的比值大于预设的第四门限时，确定所述信道环境为多径衰落信道，否则，确定所述信道环境为静态传播信道。

11.如权利要求10所述的信道估计装置，其中，当所述信道环境为静态传播信道时，所述后处理单元被设置成通过执行如下操作来完成对所述最后一次干扰消除得到的信道估计结果的噪声消除处理：

将所述最后一次干扰消除得到的信道估计结果中，未被标记的径的信道冲激响应值置零。

12.如权利要求10所述的信道估计装置，其中，当所述信道环境为多径衰落信道时，所述后处理单元被设置成通过执行如下操作来完成对所述最后一次干扰消除得到的信道估计结果的噪声消除处理：

对于每个小区，将最后一次干扰消除得到的信道估计结果中，未被标记的径作为噪声径，并根据所述噪声径的功率获取每个小区的噪声功率；

对所有小区的噪声功率求平均，得到噪声功率门限；以及

将所述最后一次干扰消除得到的信道估计结果中，功率值小于所述噪声功率门限的径的信道冲激响应值置零。

13.一种包括如权利要求7至12中任一项所述的信道估计装置的通信设备。

14.一种包括指令的计算机程序，当被处理器执行时所述指令被设置成使得所述处理器执行如权利要求1至6中任一项所述的信道估计方法。

15.一种存储介质，在所述存储介质中存储有如权利要求14所述的计算机程序。

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