CN103873414A - 一种接收机的信号处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种接收机的信号处理方法及装置，用以提高接收机的信号处理精度。本发明提供的一种接收机的信号处理方法包括：将导频位置的频域信号和本地导频相除，得到导频位置的频域信道估计值；将频域信道估计值进行快速傅里叶逆变换，得到时域信道估计值；寻找所述时域信道估计值的最大径，利用所述最大径的信道估计数据，得到最终的频域信道估计值。

Description

一种接收机的信号处理方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种接收机的信号处理方法及装置。

背景技术

高速铁路近年来在我国快速发展，经过多次提速后，现在的快速列车的车速可达300km/h以上，但高速移动下的移动通信是一个需要研究和解决的问题。对于正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplex，OFDM）技术而言，高速移动产生的多普勒频散会破坏OFDM子载波间正交性，产生子载波间干扰。载波间干扰将严重影响信道估计的准确性进而导致OFDM***性能急剧下降。

高速场景信道和普通的信道有所不同，具体体现在：

基站和终端之间多径数很少，多径之间的时延扩散相对较小，多为直射径；

高铁车厢的穿透损耗较大，需要高增益的天线覆盖；

用户设备（User Equipment，UE）的移动速度较高，在UE移动过程中，多普勒频移随着UE位置的变化而变化。

现有的实现方案是采用线性插值的信道估计方案，采用的时隙间线性插值算法原理参见图1，具体为：利用就近两个导频位置的信道估计值进行线性的信道估计，基本的原则为：设已知的两个导频位置x1，x2，对应的信道估计值为y1，y2，设需要估计的资源单元（Resource Element，RE）位置为x0，待估计值为y0，则根据斜率相等的原则可以得到：

$\frac{y_0-y_1}{x_0-x_1}=\frac{y_2-y_1}{x_2-x_1}$

则可得到待估计RE的信道估计值为：

$y_0=\frac{y_2-y_1}{x_2-x_1}\×(x_0-x_1)+y_1$

综上所述，现有的线性插值的信道估计方案在高铁场景下性能不好，原因在于高铁信道影响性能的主要因素为频偏，而频偏导致的时域不同位置的信道间的关系为非线性的，采用线性插值方式估计的信道与实际信道差异较大。同时，高铁场景大多为单径或者直射信号(Line of Sight，LoS)信道，会有一条能量很强的主径，占据总能量的90%以上，现有方案并未有效利用这一特征提升信道估计精度。

发明内容

本发明实施例提供了一种接收机的信号处理方法及装置，用以提高接收机的信号处理精度。

本发明实施例提供的一种接收机的信号处理方法包括：

将导频位置的频域信号和本地导频相除，得到导频位置的频域信道估计值；

将频域信道估计值进行快速傅里叶逆变换，得到时域信道估计值；

寻找所述时域信道估计值的最大径，利用所述最大径的信道估计数据，得到最终的频域信道估计值。

该方法针对高铁信道的特点，通过采用时域取最大径的信道估计，能够有效的消除噪声，优化性能，提高接收机的信号处理精度。

较佳地，将频域信道估计值进行快速傅里叶逆变换，得到时域信道估计值之前，该方法还包括：

对接收信号进行定时偏差估计，得到定时偏差；

当所述定时偏差不为零时，利用公式

对频域信道估计值进行定时偏差补偿，其中，H_i,k表示频域信道估计值，Δn_f表示定时偏差，k表示子载波，

表示定时偏差补偿后的频域信道估计值。

通过对频域信道估计值的定时偏差补偿，进一步可以提高信道估计的准确性。

较佳地，利用所述最大径的信道估计数据，得到最终的频域信道估计值，包括：

仅保留最大径的信道估计数据，或者仅保留最大径和最大径两边预设个数的样点的信道估计数据，其它径位置置零，然后再变换至频域，得到最终的频域信道估计值，其中，每个时隙数据位置的信道估计和本时隙导频位置的信道估计值相同。

较佳地，得到最终的频域信道估计值之后，该方法还包括：

利用最终得到的频域信道估计值，对接收到的频域信号进行检测，然后进行离散傅里叶逆变换，得到时域信号。

较佳地，得到时域信号后，在对时域信号进行解调前，该方法还包括：

进行频偏估计，并利用频偏估计的结果，按样点对时域信号进行频偏补偿。

较佳地，所述利用频偏估计的结果，按样点对时域信号进行频偏补偿，包括：

按照公式

计算每一个正交频分复用OFDM符号需要补偿的相位值，其中l′＝l-4.5，为一个时隙的符号数，且l≠4；

按照公式

计算每一个OFDM符号内部每个样点需要补偿的相位值，其中M_sc表示总子载波的样点个数，k表示子载波；

利用公式

补偿时域信号的频偏，其中s_k,l表示所述时域信号，s'_k,l表示对该时域信号进行频偏补偿后的时域信号。

通过将频偏补偿放至解调前处理，能够有效降低复杂度，频偏会造成星座点的偏移，影响解调性能，所以在解调前完成该频偏补偿过程，可以进一步提高接收机信号处理的准确性。

本发明实施例提供的一种接收机的信号处理装置，包括：

频域信道估计单元，用于将导频位置的频域信号和本地导频相除，得到导频位置的频域信道估计值；

IFFT单元，用于将频域信道估计值进行快速傅里叶逆变换，得到时域信道估计值；

查找最大径单元，用于查找所述时域信道估计值的最大径，利用所述最大径的信道估计数据，得到最终的频域信道估计值。

该装置针对高铁信道的特点，通过采用时域取最大径的信道估计，能够有效的消除噪声，优化性能，提高接收机的信号处理精度。

较佳地，该装置还包括：

定时偏差处理单元，用于在IFFT单元将频域信道估计值进行快速傅里叶逆变换，得到时域信道估计值之前，对接收信号进行定时偏差估计，得到定时偏差；当所述定时偏差不为零时，利用公式

对频域信道估计值进行定时偏差补偿，其中，H_i,k表示频域信道估计值，Δn_f表示定时偏差，k表示子载波，

表示定时偏差补偿后的频域信道估计值。

通过对频域信道估计值的定时偏差补偿，进一步可以提高信道估计的准确性。

较佳地，所述查找最大径单元利用所述最大径的信道估计数据，得到最终的频域信道估计值时，具体用于：

仅保留最大径的信道估计数据，或者仅保留最大径和最大径两边预设个数的样点的信道估计数据，其它径位置置零，然后再变换至频域，得到最终的频域信道估计值，其中，每个时隙数据位置的信道估计和本时隙导频位置的信道估计值相同。

较佳地，该装置还包括：

信号检测单元，用于利用最终得到的频域信道估计值，对接收到的频域信号进行检测，然后进行离散傅里叶逆变换，得到时域信号。

较佳地，该装置还包括：

频偏估计及补偿单元，用于在得到时域信号后，在对时域信号进行解调前，进行频偏估计，并利用频偏估计的结果，按样点对时域信号进行频偏补偿。

较佳地，所述频偏估计及补偿单元具体用于：

按照公式

计算每一个正交频分复用OFDM符号需要补偿的相位值，其中l′＝l-4.5，

为一个时隙的符号数，且l≠4；

按照公式

计算每一个OFDM符号内部每个样点需要补偿的相位值，其中M_sc表示总子载波的样点个数，k表示子载波；

利用公式补偿时域信号的频偏，其中s_k,l表示所述时域信号，s'_k,l表示对该时域信号进行频偏补偿后的时域信号。

通过将频偏补偿放至解调前处理，能够有效降低复杂度，频偏会造成星座点的偏移，影响解调性能，所以在解调前完成该频偏补偿过程，可以进一步提高接收机信号处理的准确性。

附图说明

图1为现有线性插值的原理示意图；

图2为本发明实施例提供的一种接收机的信号处理方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的一种接收机的信号处理装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种接收机的信号处理方法及装置，用以提高接收机的信号处理精度。

本发明实施例提出的技术方案，是一种LTE/LTE-A***高速铁路场景下接收机的信号处理方案，该方案复杂度低，能够有效提升高铁场景下的***性能。

参见图2，本发明实施例提供的一种接收机的信号处理方法，具体包括：

步骤1、对接收信号进行定时偏差估计，估计出定时偏差Δn_f，则接收信号可表示为：

$R_k=\underset{m=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{r}_m{e}^{-j\frac{2\mathrm{\π}}{N}(m+\mathrm{\Δ}{n}_f)\·k}=e^{-j\frac{2\mathrm{\π}}{N}\mathrm{\Δ}{n}_{f}k}\underset{m=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{r}_m{e}^{-j\frac{2\mathrm{\π}}{N}\mathrm{mk}}$

其中，k为子载波的下脚标，表示不同的子载波。

其中，m代表着时域的样点下标，N代表时域样点总数。

步骤2、利用接收导频位置频域信号和本地导频相除，得到导频位置的频域信道估计值H_i,k,其中i表示不同时域位置的导频。

步骤3、判断Δn_f是否为零，若Δn_f＝0，则

进行步骤4；若Δn_f≠0，则利用公式

补偿各子载波间频偏带来的相位影响，即对频域信道估计值进行定时偏差补偿，然后，进入步骤4。

步骤4、将频域信道估计值

进行快速傅里叶逆变换(Inverse Fast FourierTransform，IFFT)变换至时域，寻找最大径，仅保留最大径的信道估计数据，或者仅保留最大径和其左右Δn个样点的信道估计数据，Δn可根据实际应用预先设定，其它径位置置零，然后变换至频域得到H′_i,k，每个时隙数据位置的信道估计和本时隙导频位置的信道估计值相同。

步骤5、利用上一步骤得到的频域信道估计，对接收到的频域信号进行检测，然后进行离散傅里叶逆变换（Inverse Discrete Fourier Transform，IDFT）变换至时域。

步骤6、进行频偏估计（此处不限频偏估计算法，可采用公知的时域CP相关求频偏等频偏估计算法进行频偏求取），并利用频偏估计的结果f，在解调前按样点对IDFT变换至时域的信号进行频偏补偿，具体补偿方法包括：

按照公式

计算每一个OFDM符号需要补偿的相位值，其中l′＝l-4.5，

为一个时隙的符号数，其中当l＝4时，是导频符号的序号，不需要进行补偿。

按照公式

计算每一个OFDM符号内部每个样点需要补偿的相位值，其中M_sc代表总子载波样点个数，k表示子载波。

利用公式

补偿时域信号的频偏，其中s_k,l为IDFT变换后的时域信号，s'_k,l表示对该时域信号进行频偏补偿后的时域信号。

然后，可以进行后续的解调、解扰、译码等操作。

需要说明的是频偏估计不限于在第六步进行，具体顺序可以参照频偏估计的具体算法，在第一步之前进行也可以。

由此可见，接收机的信号处理包括一系列的过程，信号接收机的处理过程依次是：定时估计、频偏估计和补偿、信道估计、信号检测、解调、解扰、译码。本发明优化这个过程中的信道估计和频偏补偿部分，针对高铁信道的特点，采用时域取最大径或者取最大径加小窗的信道估计方法，能够有效的消除噪声，优化性能；将频偏补偿放至解调前处理，能够有效降低复杂度，频偏会造成星座点的偏移，影响解调性能，所以需要在解调前完成该过程。

与上述方法相对应地，参见图3，本发明实施例提供的一种接收机的信号处理装置，包括：

频域信道估计单元11，用于将导频位置的频域信号和本地导频相除，得到导频位置的频域信道估计值；

IFFT单元13，用于将频域信道估计值进行快速傅里叶逆变换，得到时域信道估计值；

查找最大径单元14，用于查找所述时域信道估计值的最大径，利用所述最大径的信道估计数据，得到最终的频域信道估计值。

该装置针对高铁信道的特点，通过采用时域取最大径的信道估计，能够有效的消除噪声，优化性能，提高接收机的信号处理精度。

较佳地，该装置还包括：

定时偏差处理单元12，用于在IFFT单元13将频域信道估计值进行快速傅里叶逆变换，得到时域信道估计值之前，对接收信号进行定时偏差估计，得到定时偏差；当所述定时偏差不为零时，利用公式

对频域信道估计值进行定时偏差补偿，其中，H_i,k表示频域信道估计值，Δn_f表示定时偏差，k表示子载波，

表示定时偏差补偿后的频域信道估计值。

通过对频域信道估计值的定时偏差补偿，进一步可以提高信道估计的准确性。

较佳地，所述查找最大径单元14利用所述最大径的信道估计数据，得到最终的频域信道估计值时，具体用于：

仅保留最大径的信道估计数据，或者仅保留最大径和最大径两边预设个数的样点的信道估计数据，其它径位置置零，然后再变换至频域，得到最终的频域信道估计值，其中，每个时隙数据位置的信道估计和本时隙导频位置的信道估计值相同。

较佳地，该装置还包括：

信号检测单元15，用于利用最终得到的频域信道估计值，对接收到的频域信号进行检测，然后进行离散傅里叶逆变换，得到时域信号。

较佳地，该装置还包括：

频偏估计及补偿单元16，用于在得到时域信号后，在对时域信号进行解调前，进行频偏估计，并利用频偏估计的结果，按样点对时域信号进行频偏补偿。

较佳地，所述频偏估计及补偿单元16具体用于：

按照公式

计算每一个正交频分复用OFDM符号需要补偿的相位值，其中l′＝l-4.5，

为一个时隙的符号数，且l≠4；

按照公式

计算每一个OFDM符号内部每个样点需要补偿的相位值，其中M_sc表示总子载波的样点个数，k表示子载波；

利用公式

补偿时域信号的频偏，其中s_k,l表示所述时域信号，s'_k,l表示对该时域信号进行频偏补偿后的时域信号。

通过将频偏补偿放至解调前处理，能够有效降低复杂度，频偏会造成星座点的偏移，影响解调性能，所以在解调前完成该频偏补偿过程，可以进一步提高接收机信号处理的准确性。

综上所述，本发明针对高铁信道的特点，采用时域取最大径或者取最大径加小窗的信道估计方法，能够有效的消除噪声，优化性能。高铁信道下若存在定时偏差，会先在频域补偿定时偏差带来的子载波相位差异，避免时域信道估计泄露，保证取最大径或者取最大径加小窗的信道估计算法的精度。在解调前对IDFT变换后的时域数据补偿等效频偏，保证性能的同时，有效降低了频偏补偿的复杂度。总之，本发明针对高铁信道场景，提出一种适用于高铁场景的接收机的信号处理方案，能够有效的提升信道估计精度，并且通过在解调前直接补偿等效频偏，有效降低了频偏补偿的复杂度。通过优化的信道估计和频偏补偿算法，能够有效的提升***的性能，并且方案的复杂度较低，实用性较强。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（***）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种接收机的信号处理方法，其特征在于，该方法包括：

将导频位置的频域信号和本地导频相除，得到导频位置的频域信道估计值；

将频域信道估计值进行快速傅里叶逆变换，得到时域信道估计值；

寻找所述时域信道估计值的最大径，利用所述最大径的信道估计数据，得到最终的频域信道估计值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将频域信道估计值进行快速傅里叶逆变换，得到时域信道估计值之前，该方法还包括：

对接收信号进行定时偏差估计，得到定时偏差；

当所述定时偏差不为零时，利用公式对频域信道估计值进行定时偏差补偿，其中，H_i,k表示频域信道估计值，Δn_f表示定时偏差，k表示子载波，

表示定时偏差补偿后的频域信道估计值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用所述最大径的信道估计数据，得到最终的频域信道估计值，包括：

仅保留最大径的信道估计数据，或者仅保留最大径和最大径两边预设个数的样点的信道估计数据，其它径位置置零，然后再变换至频域，得到最终的频域信道估计值，其中，每个时隙数据位置的信道估计和本时隙导频位置的信道估计值相同。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，得到最终的频域信道估计值之后，该方法还包括：

利用最终得到的频域信道估计值，对接收到的频域信号进行检测，然后进行离散傅里叶逆变换，得到时域信号。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，得到时域信号后，在对时域信号进行解调前，该方法还包括：

进行频偏估计，并利用频偏估计的结果，按样点对时域信号进行频偏补偿。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述利用频偏估计的结果，按样点对时域信号进行频偏补偿，包括：

按照公式

计算每一个正交频分复用OFDM符号需要补偿的相位值，其中l′＝l-4.5，为一个时隙的符号数，且l≠4；

按照公式

计算每一个OFDM符号内部每个样点需要补偿的相位值，其中M_sc表示总子载波的样点个数，k表示子载波；

利用公式补偿时域信号的频偏，其中s_k,l表示所述时域信号，s'_k,l表示对该时域信号进行频偏补偿后的时域信号。

7.一种接收机的信号处理装置，其特征在于，该装置包括：

频域信道估计单元，用于将导频位置的频域信号和本地导频相除，得到导频位置的频域信道估计值；

IFFT单元，用于将频域信道估计值进行快速傅里叶逆变换，得到时域信道估计值；

查找最大径单元，用于查找所述时域信道估计值的最大径，利用所述最大径的信道估计数据，得到最终的频域信道估计值。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，该装置还包括：

定时偏差处理单元，用于在IFFT单元将频域信道估计值进行快速傅里叶逆变换，得到时域信道估计值之前，对接收信号进行定时偏差估计，得到定时偏差；当所述定时偏差不为零时，利用公式

对频域信道估计值进行定时偏差补偿，其中，H_i,k表示频域信道估计值，Δn_f表示定时偏差，k表示子载波，

表示定时偏差补偿后的频域信道估计值。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述查找最大径单元利用所述最大径的信道估计数据，得到最终的频域信道估计值时，具体用于：

仅保留最大径的信道估计数据，或者仅保留最大径和最大径两边预设个数的样点的信道估计数据，其它径位置置零，然后再变换至频域，得到最终的频域信道估计值，其中，每个时隙数据位置的信道估计和本时隙导频位置的信道估计值相同。

10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，该装置还包括：

信号检测单元，用于利用最终得到的频域信道估计值，对接收到的频域信号进行检测，然后进行离散傅里叶逆变换，得到时域信号。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，该装置还包括：

频偏估计及补偿单元，用于在得到时域信号后，在对时域信号进行解调前，进行频偏估计，并利用频偏估计的结果，按样点对时域信号进行频偏补偿。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述频偏估计及补偿单元具体用于：

按照公式

计算每一个正交频分复用OFDM符号需要补偿的相位值，其中l′＝l-4.5，

为一个时隙的符号数，且l≠4；

按照公式

计算每一个OFDM符号内部每个样点需要补偿的相位值，其中M_sc表示总子载波的样点个数，k表示子载波；

利用公式

补偿时域信号的频偏，其中s_k,l表示所述时域信号，s'_k,l表示对该时域信号进行频偏补偿后的时域信号。

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