CN112702290A - 一种信道估计方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本说明书提供一种信道估计方法和设备，该方法包括：接收频域信号，并获取所述频域信号的第一DMRS导频数据，根据所述第一DMRS导频数据，以及本地DMRS导频数据获取对应导频位置的所有子载波的第一信道估计值，确定DMRS端口，通过对第一信道估计值的正交解扩获得第二信道估计值，根据所述第二信道估计值进行时偏估计，得到时偏值，利用该时偏值对第一信道估计值进行时偏补偿，并对时偏补偿后的信道估计值再次进行正交解扩，并得到第三信道估计值，利用第三信道估计值对频域其余子载波进行信道估计。通过该方法，可以对5G多流码分DMRS***进行精准的信道估计。

Description

一种信道估计方法和设备
技术领域
本公开涉及无线通信领域，尤其涉及一种信道估计方法和设备。
背景技术
3GPP(3rd Generation Partnership Project,第三代合作伙伴计划)规定的NR（New Radio，新空口）***中采用PUSCH（Physical Uplink Shared Channel，物理上行共享信道）来承载上行业务数据的传输。PUSCH承载的参考信号DMRS（Demodulation ReferenceSignal，解调参考信号），主要用于上行信道估计和基站端的解调。
5G***对终端用户和基站在进行上下行通信时需要较好的时间同步，但通常都达不到完全对齐，一方面终端用户可能是在一个动态移动的过程中，另一方面由于无线信道传播特性的影响因素，导致终端用户的上行发送时间与基站不能够完全对齐，从而导致时偏的存在，可能会导致接收端在信号解调时的高误码率。这些制约因素要求接收机对接收信号完成精确的同步，以便进行精确的信号估计和均衡。
5G PUSCH信道的多流码分和多流频分是一个较为重要的特性，多流的解调性能对于信道估计的精度要求极高。特别地，对于多流码分***，还需要考虑码道之间的正交性，时偏会破坏码道之间的正交性，从而影响信道估计精度和解调性能。
发明内容
本公开提供了一种信道估计方法和设备，通过该方法可以对5G多流码分DMRS***进行精准的信道估计。
本公开实施例提供了一种信道估计方法，该方法包括：
接收频域信号，并获取所述频域信号的第一DMRS导频数据；
根据所述第一DMRS导频数据，以及本地DMRS导频数据获取对应导频位置的所有子载波的第一信道估计值；
确定DMRS端口，通过对第一信道估计值的正交解扩获得第二信道估计值；
根据所述第二信道估计值进行时偏估计，得到时偏值，利用该时偏值对第一信道估计值进行时偏补偿，并对时偏补偿后的信道估计值再次进行正交解扩，并得到第三信道估计值；
利用第三信道估计值对频域其余子载波进行信道估计；
其中，所述第二信道估计值为各DMRS端口的信道估计值。
具体的，所述接收频域信号，并获取所述频域信号的第一DMRS导频数据，包括：
接收发送端发送的频域信号，通过约定的时频域位置获取该频域信号的第一DMRS导频数据。
具体的，所述本地DMRS导频数据为在本地配置且未经过信道传输的导频数据。
可选的，所述根据所述第一DMRS导频数据，以及本地DMRS导频数据获取对应导频位置的所有子载波的第一信道估计值，包括：
通过将第一DMRS导频数据与本地DMRS导频数据进行共轭相乘，获得对应导频位置的所有子载波的第一信道估计值；
其中，所述导频位置指的管理层给用户分配的时频域位置。
可选的，所述确定DMRS端口，通过对第一信道估计值的正交解扩获得第二信道估计值，包括：
获取DMRS端口的端口号；
根据该端口号对第一信道估计值进行正交解扩，获得第二信道估计值。
可选的，所述根据所述第二信道估计值进行时偏估计，包括：
将第二信道估计值进行IFFT变换到时域，根据最大峰值位置的值确定时偏估计值；或者，
将第二信道估计值中的相邻信道估计值进行共轭相乘，并对共轭相乘值进行累加，根据累加后的值确定时偏估计值。
可选的，根据所述第二信道估计值进行时偏估计，得到时偏值，利用该时偏值对第一信道估计值进行时偏补偿，包括：
根据所述第二信道估计值进行时偏估计，得到时偏值；
根据所述时偏值以及第一信道估计值对每个子载波的实际位置进行时偏补偿。
通过上述方法，对频域初始信道估计的预处理，避免IFFT变换带来的频谱泄露，提升信道估计的精度。
本公开实施例还提供了一种设备，该设备包括：
接收单元，用于接收频域信号，并获取所述频域信号的第一DMRS导频数据；
第一处理单元，用于根据所述第一DMRS导频数据，以及本地DMRS导频数据获取对应导频位置的所有子载波的第一信道估计值；
第二处理单元，用于确定DMRS端口，通过对第一信道估计值的正交解扩获得第二信道估计值；
第三处理单元，用于根据所述第二信道估计值进行时偏估计，得到时偏值，利用该时偏值对第一信道估计值进行时偏补偿，并对时偏补偿后的信道估计值再次进行正交解扩，并得到第三信道估计值；
第四处理单元，用于利用第三信道估计值对频域其余子载波进行信道估计；
其中，所述第二信道估计值为各DMRS端口的信道估计值。
可选的，所述接收单元，具体用于接收发送端发送的频域信号，通过约定的时频域位置获取该频域信号的第一DMRS导频数据。
可选的，所述本地DMRS导频数据为在本地配置且未经过信道传输的导频数据。
可选的，所述第三处理单元，具体用于将第二信道估计值进行IFFT变换到时域，根据最大峰值位置的值确定时偏估计值；或者，
将第二信道估计值中的相邻信道估计值进行共轭相乘，并对共轭相乘值进行累加，根据累加后的值确定时偏估计值。
可选的，所述第三处理单元，具体用于根据所述第二信道估计值进行时偏估计，得到时偏值；
根据所述时偏值以及第一信道估计值对每个子载波的实际位置进行时偏补偿。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本说明书的实施例，并与说明书一起用于解释本说明书的原理。
图1为本公开实施例提供的一种信道估计方法的流程示意图；
图2为本公开实施例提供的一种信道估计的流程示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本说明书相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本说明书的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本说明书使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本说明书。在本说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本说明书可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本说明书范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
目前，终端用户和基站存在时偏时，可先将接收的参考信号DMRS，与预设标准DMRS进行相除运算，获得各个有效子载波的初始信道估计信息；将各个有效子载波中相邻的两个子载波的初始信道估计信息进行共轭运算，确定时偏补偿信息，根据时偏补偿信息对初始信道估计进行补偿，获得上行信道中各个有效子载波的目标信道估计信息，并对目标信道估计信息采用插值法确定上行信道的全部子载波的信道估计信息。
但是，上述方法只通过简单的在频域获得的初始信道估计信息，很难满足5G上行双流的解调性能，信道估计准确性有待提高；另一方面在5G多流码分DMRS存在时偏场景，该方案已经不适用，时偏已经破坏了码分的正交性，很难将两流码分进行分离。
在另一种实施例中，基于DMRS的上行信道估计，在频域上进行LS最小二乘法信道估计，得到各个有效子载波初步的信道估计结果，再进行MMSE最小均方误差信道估计，提升信道估计得准确性，然后对频域信道估计结果进行IFFT逆变换，利用信道冲击响应的时间有限性，对信道持续时间外的信道进行截断，强制置零，降低噪声的能量，最后进行FFT变换回到频域，得到最终各个有效子载波的目标信道估计信息。
但是，上述方法在存在时偏时，对频域信道估计结果进行IFFT变换会带来频谱泄露，只有当采样点除以时偏是IFFT变换点数的整数倍时才不会出现频谱泄露，否则每个多径的能量分散到所有采样点上，RB（Resource Blocks，资源块）数目越少泄露越明显，再对信道持续时间外的信道进行截断，最后进行FFT变换回到频域，会使得信道估计精度变差，从而很难满足最终的解调性能；另一方面该方案不适用在5G多流码分DMRS场景。
为了解决上述技术问题，本公开实施例提供了一种信道估计方法，如图1所示，该方法包括：
S101接收频域信号，并获取所述频域信号的第一DMRS导频数据；
S102根据所述第一DMRS导频数据，以及本地DMRS导频数据获取对应导频位置的所有子载波的第一信道估计值；
S103确定DMRS端口，通过对第一信道估计值的正交解扩获得第二信道估计值；
S104根据所述第二信道估计值进行时偏估计，得到时偏值，利用该时偏值对第一信道估计值进行时偏补偿，并对时偏补偿后的信道估计值再次进行正交解扩，得到第三信道估计值；
S105利用第三信道估计值对频域其余子载波进行信道估计。
其中，所述第二信道估计值为各DMRS端口的信道估计值。
在步骤S101中，接收发送端发送的频域信号，通过该频域信号的指定时频域位置获取该频域信号的第一DMRS导频数据。具体的，根据协议38.211高层给用户分配的时频域位置，在对应放置导频数据的位置可提取对应的DMRS导频数据。也就是说，该第一DMRS导频数据携带在该频域信号中的指定位置，此处获取的第一DMRS导频数据（后续简称第一DMRS）为经过信道传输后的导频数据。
在步骤S102中，利用从频域信号获取的第一DMRS与本地DMRS导频数据（后续简称本地DMRS）按照最小二乘准则进行信道估计，即将第一DMRS与本地DMRS进行共轭相乘，从而得到导频位置的所有子载波的信道估计（即第一信道估计值），此处将第一信道估计值表示为
Figure 82635DEST_PATH_IMAGE001
。
其中，本地DMRS为协议38.211规定的，且未经过信道传输的导频数据。
在步骤S103中，确定DMRS端口，具体为，根据3GPP协议38.211，采用DMRS端口的发射天线。
所述通过对第一信道估计值的正交解扩获得第二信道估计值，包括，根据DMRS端口的端口号，形成码分组，并根据端口号对第一信道估计值进行正交解扩，获得第二信道估计值。
例如，假设两发射天线采用DMRS端口为[0 1]，即为码分组，通过解正交算法将两个码分组进行解扩得到各自的信道估计值，具体如下：
以DMRS Type1为例，相邻DMRS子载波接收信号为：
Figure 497436DEST_PATH_IMAGE002
Figure 439984DEST_PATH_IMAGE003
式中，
Figure 192433DEST_PATH_IMAGE004
表示子载波0和2，
Figure 613050DEST_PATH_IMAGE005
表示符号，
Figure 147937DEST_PATH_IMAGE006
表示接收天线，
Figure 995807DEST_PATH_IMAGE007
和
Figure 734087DEST_PATH_IMAGE008
表示DMRS端口号，
Figure 958395DEST_PATH_IMAGE009
表示噪声，
Figure 347788DEST_PATH_IMAGE010
表示DMRS本地序列，
Figure 632139DEST_PATH_IMAGE011
表示接收到的DMRS信号。
假设同一天线端口的相邻导频信道估计值相等：
Figure 356250DEST_PATH_IMAGE012
Figure 118670DEST_PATH_IMAGE013
忽略噪声
Figure 362569DEST_PATH_IMAGE009
，信道估计结果如下：
Figure 817821DEST_PATH_IMAGE014
Figure 530694DEST_PATH_IMAGE015
由此得到每个端口各自的信道估计值。
在步骤S104中，时偏估计可以在时域或者频域进行，因此，在根据所述第二信道估计值进行时偏估计时，可通过下述方式实现。
方式1：在时域进行时偏估计时，将第二信道估计值进行IFFT变换到时域，根据最大峰值位置的值确定时偏估计值；或者，
方式2：在频域进行时偏估计时，将第二信道估计值中的相邻信道估计值进行共轭相乘，并对共轭相乘值进行累加，根据累加后的值确定时偏估计值，其中，根据累加后的值确定时偏估计值，具体为：累加得到相位偏移，然后对相位偏移求角度转换为时偏。
通过上述时偏估计后，得到相应的时偏值，并根据所述时偏值以及第一信道估计值对每个子载波的实际位置进行时偏补偿。
即根据时偏值对第一信道估计值进行时偏补偿，以弥补时偏带来的影响，恢复码分的正交性，确保解正交的性能。本实施例提供一种时偏补偿公式，具体如下：
Figure 96804DEST_PATH_IMAGE016
式中，
Figure 195210DEST_PATH_IMAGE017
表示子载波，
Figure 821364DEST_PATH_IMAGE005
表示符号，
Figure 517137DEST_PATH_IMAGE006
表示接收天线，
Figure 621360DEST_PATH_IMAGE018
为时偏估计值，根据每个子载波的实际位置进行时偏补偿。
Figure 839851DEST_PATH_IMAGE019
为第一信道进行时偏补偿后的信道估计值；
Figure 636906DEST_PATH_IMAGE020
为第一信道的信道估计值；
Figure 58791DEST_PATH_IMAGE021
中
Figure 232284DEST_PATH_IMAGE022
为FFT的点数。
上述实施例为对第一信道估计值解正交和时偏补偿（称为解正交1）的流程，由于在对解正交1进行再次解正交（称为解正交2）的流程与上述相同，因此不再赘述。
在执行步骤S105时，为了得到更好的信道估计，完成解正交2后进行去噪处理，去掉噪声的影响，得到更为精确的信道估计值，在这里采用变换域的信道估计方案。
首先将解正交2的得到的信道估计值进行IFFT变换，由于在上述过程中已经完成了时偏补偿，因此做IFFT变换时不会带来频谱泄露。
然后在变换域进行加窗去噪，窗的长度会根据不同的调制方式，不同的调制阶数，以及不同的子载波个数进行变化，为了实现的简单，可以通过仿真得到窗长后保存在接收端，根据不同的配置取出相对应的窗长，加窗的方式也可以采用多种方式，可以加矩形窗或者汉明窗等。简单去噪方案可以采用窗内的信号保留，窗外的信号全部置为零，也可以采用优化的方案，窗内小于门限的信号也置零来去除窗内噪声。最后将加窗去噪后的信号进行FFT变换，得到频域的信道估计值。
在得到DMRS所在子载波的信道估计值，需要在频域进行插值，得到其余子载波的信道估计值，其中，其余子载波为非DMRS位置的子载波，所述对频域其余子载波进行信道估计为获取非DMRS位置的子载波的信道估计值。频域插值方案有多种，可以采用直接复制的方案得到其余子载波的信道估计值，也可以通过线性插值或者高斯插值的方式得到其余子载波的信道估计值。
在得到的DMRS所在符号的信道估计值在时域进行插值，得到其余符号的信道估计值。时域插值方案有多种，可以采用符号就近原则进行直接复制得到所有符号的信道估计值，也可以通过线性插值的方式，比如此时有两个DMRS符号
Figure 305282DEST_PATH_IMAGE023
，可以求出数据符号
Figure 273238DEST_PATH_IMAGE024
的插值系数
Figure 680954DEST_PATH_IMAGE025
比如此时有三个DMRS符号
Figure 126979DEST_PATH_IMAGE026
，可以求出数据符号
Figure 320063DEST_PATH_IMAGE024
的插值系数
Figure 458920DEST_PATH_IMAGE027
由此就可以得到完整的所有符号所有子载波的信道估计值。
为了便于理解，在本实施例中还提供了对应上述流程的流程图，如图2所示。
由图2可以看出，LS估计获得第一信道估计值，通过对第一信道估计值进行解正交1获得解扩后的第二信道估计值，通过步骤S104获得时偏估计并进行时偏补偿，并对进行时偏补偿后的信道估计值再次进行解正交（即解正交2，因解正交2的过程与解正交1的过程相同，不再赘述）
在获得解正交2后，通过频域插值等方法获得其余符号的信道估计值，从而获得所有符号所有子载波的信道估计值。
通过上述实施例可以看出，本公开方案通过对频域初始信道估计的预处理，避免IFFT变换带来的频谱泄露，提升信道估计的精度，与目前方案相比，时偏越大收益越大，能获得大于1~2dB的解调性能收益。同时，本公开方案适用于多流码分场景中，能够准确的将码分进行分离，得到精确的信道估计信息。
本公开实施例提供了一种设备，该设备可为基站设备，或者与基站设备联通的管理设备，该设备包括：
接收单元，用于接收频域信号，并获取所述频域信号的第一DMRS导频数据；
第一处理单元，用于根据所述第一DMRS导频数据，以及本地DMRS导频数据获取对应导频位置的所有子载波的第一信道估计值；
第二处理单元，用于确定DMRS端口，通过对第一信道估计值的正交解扩获得第二信道估计值；
第三处理单元，用于根据所述第二信道估计值进行时偏估计，得到时偏值，利用该时偏值对第一信道估计值进行时偏补偿，并对时偏补偿后的信道估计值再次进行正交解扩，并得到第三信道估计值；
第四处理单元，用于利用第三信道估计值对频域其余子载波进行信道估计；
其中，所述第二信道估计值为各DMRS端口的信道估计值。
可选的，所述接收单元，具体用于接收发送端发送的频域信号，通过约定的时频域位置获取该频域信号的第一DMRS导频数据。
可选的，所述本地DMRS导频数据为在本地配置且未经过信道传输的导频数据。
可选的，所述第三处理单元，具体用于将第二信道估计值进行IFFT变换到时域，根据最大峰值位置的值确定时偏估计值；或者，
将第二信道估计值中的相邻信道估计值进行共轭相乘，并对共轭相乘值进行累加，根据累加后的值确定时偏估计值。
可选的，所述第三处理单元，具体用于根据所述第二信道估计值进行时偏估计，得到时偏值；
根据所述时偏值以及第一信道估计值对每个子载波的实际位置进行时偏补偿。
上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里申请的发明后，将容易想到本说明书的其它实施方案。本说明书旨在涵盖本说明书的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本说明书的一般性原理并包括本说明书未申请的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本说明书的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本说明书并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本说明书的范围仅由所附的权利要求来限制。
以上所述仅为本说明书的较佳实施例而已，并不用以限制本说明书，凡在本说明书的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书保护的范围之内。

Claims (12)

1.一种信道估计方法，其特征在于，所述方法包括：
接收频域信号，并获取所述频域信号的第一DMRS导频数据；
根据所述第一DMRS导频数据，以及本地DMRS导频数据获取对应导频位置的所有子载波的第一信道估计值；
确定DMRS端口，通过对第一信道估计值的正交解扩获得第二信道估计值；
根据所述第二信道估计值进行时偏估计，得到时偏值，利用该时偏值对第一信道估计值进行时偏补偿，并对时偏补偿后的信道估计值再次进行正交解扩，并得到第三信道估计值；
利用第三信道估计值对频域其余子载波进行信道估计；
其中，所述第二信道估计值为各DMRS端口的信道估计值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收频域信号，并获取所述频域信号的第一DMRS导频数据，包括：
接收发送端发送的频域信号，通过约定的时频域位置获取该频域信号的第一DMRS导频数据。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述本地DMRS导频数据为在本地配置且未经过信道传输的导频数据。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一DMRS导频数据，以及本地DMRS导频数据获取对应导频位置的所有子载波的第一信道估计值，包括：
通过将第一DMRS导频数据与本地DMRS导频数据进行共轭相乘，获得对应导频位置的所有子载波的第一信道估计值；
其中，所述导频位置指的管理层给用户分配的时频域位置。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定DMRS端口，通过对第一信道估计值的正交解扩获得第二信道估计值，包括：
获取DMRS端口的端口号；
根据该端口号对第一信道估计值进行正交解扩，获得第二信道估计值。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二信道估计值进行时偏估计，包括：
将第二信道估计值进行IFFT变换到时域，根据最大峰值位置的值确定时偏估计值；或者，
将第二信道估计值中的相邻信道估计值进行共轭相乘，并对共轭相乘值进行累加，根据累加后的值确定时偏估计值。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述第二信道估计值进行时偏估计，得到时偏值，利用该时偏值对第一信道估计值进行时偏补偿，包括：
根据所述第二信道估计值进行时偏估计，得到时偏值；
根据所述时偏值以及第一信道估计值对每个子载波的实际位置进行时偏补偿。
8.一种设备，其特征在于，所述设备包括：
接收单元，用于接收频域信号，并获取所述频域信号的第一DMRS导频数据；
第一处理单元，用于根据所述第一DMRS导频数据，以及本地DMRS导频数据获取对应导频位置的所有子载波的第一信道估计值；
第二处理单元，用于确定DMRS端口，通过对第一信道估计值的正交解扩获得第二信道估计值；
第三处理单元，用于根据所述第二信道估计值进行时偏估计，得到时偏值，利用该时偏值对第一信道估计值进行时偏补偿，并对时偏补偿后的信道估计值再次进行正交解扩，并得到第三信道估计值；
第四处理单元，用于利用第三信道估计值对频域其余子载波进行信道估计；
其中，所述第二信道估计值为各DMRS端口的信道估计值。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，
所述接收单元，具体用于接收发送端发送的频域信号，通过约定的时频域位置获取该频域信号的第一DMRS导频数据。
10.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述本地DMRS导频数据为在本地配置且未经过信道传输的导频数据。
11.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，
所述第三处理单元，具体用于将第二信道估计值进行IFFT变换到时域，根据最大峰值位置的值确定时偏估计值；或者，
将第二信道估计值中的相邻信道估计值进行共轭相乘，并对共轭相乘值进行累加，根据累加后的值确定时偏估计值。
12.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，
所述第三处理单元，具体用于根据所述第二信道估计值进行时偏估计，得到时偏值；
根据所述时偏值以及第一信道估计值对每个子载波的实际位置进行时偏补偿。
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