CN1780277A

CN1780277A - 正交频分复用通信***的信道估计方法与装置

Info

Publication number: CN1780277A
Application number: CN 200410065535
Authority: CN
Inventors: 夏树强; 吕永霞; 林佳仕
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2004-11-18
Filing date: 2004-11-18
Publication date: 2006-05-31

Abstract

本发明提供了一种正交频分复用通信***的信道估计方法，***接收机对时域导频信号经过傅立叶变换得到频域导频信号；进行LS估计获得导频载波的信道估计；对于导频载波的信道估计结果进行时－频滤波，得到导频载波的新的信道估计结果；对上一步获得导频信道估计结果进行插值，获得数据载波的信道估计。还提供了实现上述方法的装置。本发明既考虑了信道在频域的相关性，又考虑了信道在时域的相关性，从而可以显著的提高信道估计的准确性。同时，本发明不需要额外输入信道的自相关矩阵，不涉及复杂的矩阵求逆和FFT运算等，具有计算量小，实现容易等特点。

Description

正交频分复用通信***的信道估计方法与装置

技术领域

本发明涉及无线移动通信***中的信道估计，具体地涉及到正交频分复用通信***中的信道估计。

背景技术

作为一种多载波传输模式，正交频分复用(OFDM)通过将一高速传输的数据流转换为一组低速并行传输的数据流，使***对多径衰落信道频率选择性的敏感度大大降低，而循环前缀的引入，又进一步增强了***抗符号间干扰(ISI)的能力。除此之外的带宽利用率高、实现简单等特点使OFDM在无线通信流域的应用越来越广，而信道估计作为OFDM***的关键技术也成为通信领域研究的热点，受到越来越多的关注。

信道估计的一个简单实现为：利用LS(最小二乘)原则在获得导频载波的信道估计后，通过线性插值获得数据载波的信道估计。这种方法实现简单，但是对噪声特别敏感，其性能一般无法满足当代无线通信***的要求。

中国专利CN1437338，“正交频分复用***中的信道估计方法”，提出根据LMMSE原则首先获得导频载波的信道估计，然后用一个插值滤波器获得所有数据载波的信道估计。但是为了保证算法的实施，该方法需要预先获得无线信道的自相关矩阵，而通常无线信道是时变的，其准确的自相关矩阵难以获得。这就使该方法的应用受到了一定限制。另外，该方法只考虑了信道在频域的相关性，没有考虑信道在时域的相关性，这也影响了信道估计性能的进一步提高。

美国专利20020150037，“Iterative maxmium likehood channel estimation andsignal detection for OFDM systems”.该专利提出一种从时域对OFDM***进行信道估计的方法。其思路是首先利用导频求得信道的冲激响应，然后利用FFT(快速傅立叶变换)获得所有载波的频域响应，这个过程可以递推进行。但是该方法对计算能力与存储空间要求都比较高，每一次递推中，都需要两次点数为N(载波总数目)的IFFT(逆快速傅立叶变换)，两次点数为L(L是循环前缀的样点数目)的DFT(傅立叶变换)，一次点数为L的IDFT(逆傅立叶变换)，在递推过程中，该方法还要求对解调的数据进行硬判决。由于该方法过于复杂，在实际中也比较难以应用。

发明内容

本发明的要解决的技术问题是克服现有的实现复杂度、估计检测准确度的矛盾，提出用一种新的性能优良、实现简单的信道估计方法。

本发明还提供实现上述方法的装置。

本发明提出的方法为：

由***发射机产生信道估计所用的导频信号，包括导频***方式以及导频值选取两部分内容；产生的导频信号经过逆傅立叶变换变成时域导频信号；在无线多径衰落信道上发射该时域导频信号；由***接收机对时域导频信号经过傅立叶变换得到频域导频信号；其特征在于，

1.1进行LS估计获得导频载波的信道估计；

1.2对于导频载波的信道估计结果进行时-频滤波，得到导频载波的新的信道估计结果；

1.3对上一步获得导频信道估计结果进行插值，获得数据载波的信道估计。

本发明中的装置，可以是下列两种方案之一：

方案之一：信道估计器，包括：

用于对导频载波信道响应进行LS估计的LS估计器；

用于对导频载波信道响应进行时域滤波的时域滤波器，对同一载波，不同时间的信道估计结果进行加权平均；

用于对导频载波信道响应进行频域滤波的频域滤波器，对同一时间，不同载波的信道估计结果进行加权平均；

用于确定时域滤波器和频域滤波器系数的时域频域滤波器系数计算器；

用于对导频载波信道响应进行插值的插值器。

LS估计器对导频信号载波的信道响应进行LS估计，输出信号到时域频域滤波器系数计算器计算时域滤波器系数和频域滤波器系数分别供时域滤波器和频域滤波器使用；时域滤波器对LS估计器的输出数据进行时域滤波后，输出信号给频域滤波器进行频域滤波；最后将结果输出给插值器；插值器获得最终的信道估计结果，并把信道估计结果输出给信道补偿模块。

方案之二：信道估计器，其特征在于，包括：

用于对导频载波信道响应进行LS估计的LS估计器；

用于确定时域滤波器系数的时域滤波器系数计算器；

用于确定频域滤波器系数的频域滤波器系数计算器；

用于对导频载波信道响应进行插值的插值器。

LS估计器对导频信号载波的信道响应进行LS估计，分别输出信号到时域滤波器系数计算器和频域滤波器系数计算器，它们分别计算时域滤波器系数和频域滤波器系数供时域滤波器和频域滤波器使用；时域滤波器对LS估计器的输出数据进行时域滤波后，输出信号给频域滤波器进行频域滤波；频域滤波器最后将结果输出给插值器；插值器获得最终的信道估计结果，并把信道估计结果输出给信道补偿模块。

本发明既考虑了信道在频域的相关性，又考虑了信道在时域的相关性，从而可以显著的提高信道估计的准确性。同时，本发明不需要额外输入信道的自相关矩阵，不涉及复杂的矩阵求逆和FFT运算等，具有计算量小，实现容易等特点。

附图说明

图1是包含本发明的接收机结构示意图；

图2是本发明中的信道估计器的一个实施例结构图；

图3是本发明中的信道估计器的另一个实施例结构图；

图4是本发明中的信道估计方法的流程图；

图5是本发明信道估计方法中的计算时域频域滤波器系数的流程图。

具体实施方式

图1是包含本发明信道估计器的接收机结构示意图。前端处理模块101通过接收天线接收射频信号，然后对接收信号进行下变频、模数转换、去循环前缀等处理。最后，数据被输出到FFT模块102。FFT模块102对输入的数据进行快速傅立叶变换，这样数据由时域变换到了频域。FFT模块102把来自数据载波的数据输出到信道补偿模块104，来自导频载波的数据输出到信道估计模块103。信道补偿模块104接收FFT模块102输出的用户数据和信道估计模块103输出的数据载波信道估计，并利用数据载波的信道估计对用户数据进行幅度和相位上的补偿。最后，数据被输出到解调解码模块105进行后续处理。

图2是本发明中的信道估计器的一个实施例结构图。LS估计模块201利用接收的导频信号和本地参考信号对导频载波的信道响应进行LS估计，获得导频载波信道响应的一个初步估计结果。时域频域滤波器系数计算器202根据201的结果确定时域和频域滤波器的系数供时域滤波器和频域滤波器使用。时域频域滤波器系数计算器202计算滤波器系数时依据的数据可以是LS估计模块201的最近输出，或者是LS估计模块201的历史输出，甚至可以固定滤波器系数而不依赖LS估计模块201的输出。时域滤波器模块203对LS估计模块201的输出结果进行时域滤波，该滤波器的功能是对同一载波，不同时间的信道估计结果进行加权平均。频域滤波模块204对时域滤波模块203的输出结果进行频域滤波，该滤波器的功能是对同一时间，不同载波的信道估计结果进行加权平均。插值模块205则对频域滤波模块204的输出结果进行插值，获得数据载波的信道估计结果。需要指出的是，在本装置中时域滤波和频域滤波没有严格的顺序，比如也可以先进行频域滤波，然后进行时域滤波；或者，把时域滤波和频域滤波综合在一起等，这都在本发明的包含范围之内。

图3是本发明中的信道估计器的另一个实施例结构图。LS估计模块301利用接收的导频信号和本地参考信号对导频载波的信道响应进行LS估计，获得导频载波信道响应的一个初步估计结果。时域滤波器计算器302根据301的结果确定时域滤波器的系数供时域滤波器304使用。频域滤波器计算器303根据LS估计模块301的结果确定频域滤波器的系数供频域滤波器305使用。时域滤波器304、频域滤波器305和插值模块306的功能同图2描述，此处不再赘述。需要指出的是在本装置中，可以把时域滤波器系数计算器302嵌入到时域滤波器304中，频域滤波器系数计算器303嵌入到频域滤波器305中，时域滤波器和频域滤波器也没有严格的顺序，比如也可以先进行频域滤波，然后进行时域滤波；或者，把时域滤波和频域滤波综合在一起等等。这些变形也都在本发明的包含范围之内。

OFDMA***反向链路载波分配的基本单位是子信道，每个子信道由6个Tile(片)组成。每个Tile中导频和数据载波分配如下表。从下表中可以看出，每个Tile由频域4个载波、时域3个符号组成。为了下面描述的方便，定义(m，n)表示一个Tile中第m个载波，n个符号。定义Tile中导频载波集合P：

P＝{(0，0)，(3，0)，(0，2)，(3，2)} (1)

当(m，n)P，定义相应导频载波的LS信道估计为Y_m，n。

	符号0	符号1	符号2
	符号0	符号1	符号2	载波0载波1载波2载波3	×○○×	○○○○	×○○×

× 导频载波

○ 数据载波

图4是本发明提出的信道估计算法的流程图。步骤401用于计算导频载波的LS估计。设Z_m，n表示在一个Tile内第m载波，第n符号上的接收数据；X_m，n表示对应的本地参考数据，则当(m，n)P，导频载波的LS信道估计Y_m，n为：

Y_m，n＝Z_m，n/X_m，n (2)

步骤402根据导频载波信道估计Y_m，n输出时域滤波器系数α和时域滤波器系数β。

步骤403对Y_m，n进行时域滤波，Y_m，n对应的时域滤波输出为

步骤404对

进行频域滤波，对应的频域滤波输出为

步骤405对步骤404的结果进行插值，获得数据载波的信道估计。

图5是本发明实例中计算时域频域滤波器系数的流程图。步骤501对信道响应的平均功率进行估计，在一个Tile内，平均功率估计Power为：

Power = Σ_{(m, n) &Subset; p}^{n} {| Y_{m, n} |}^{2} - - - (5)

步骤502估计时域相关系数，设Y_m，n＝x_m，n+jy_m，n，时域相关系数T_c：

步骤503估计频域相关系数，频域相关系数F_c：

步骤504计算时域滤波器系数，时域滤波器系数α是时域相关系数T_c的一个规一化结果，

α = \frac{T_{c}}{Power} - - - (8)

步骤505计算频域滤波器系数，频域滤波器系数β是频域相关系数F_c的一个规一化结果，

β = \frac{F_{c}}{Power} - - - (9)

上面是对本发明的一个实施例的描述，熟悉本技术领域的人员应理解，对本发明的实施例的各种修正和变化都落在本发明的构思和所附权利要求限定范围内。比如，通常，一个用户会被分配多个Tile，我们可以对利用式(8)和式(9)获得的结果求平均，从而获得更佳的α和β。又比如，频域相关系数和时域相关系数的变化是非常缓慢的，在达到一定准确度的情况下，我们并不需要每个符号都计算α和β等等。

Claims

1、一种正交频分复用通信***的信道估计方法，由***接收机接收时域导频信号并经过傅立叶变换得到频域导频信号；然后：

1.1进行LS估计获得导频载波的信道估计；

2、权利要求1所述的正交频分复用通信***的信道估计方法，其特征在于，所述对于导频信道估计结果进行时-频滤波进一步包括：

2.1根据***特点和导频分布计算每个导频的时域和频域滤波器系数；

2.2根据上面得到的系数对导频进行时频域滤波。

3、权利要求2所述的正交频分复用通信***的信道估计方法，其特征在于，所述每个导频的时域和频域滤波器系数，是通过统计得出的固定系数或根据每次***特征得出的自适应系数。

4、权利要求2所述的正交频分复用通信***的信道估计方法，其特征在于，计算每个导频的时域和频域滤波器系数的方法为：

4.1计算信道响应的平均功率；

4.2估计时域相关系数；

4.3估计频域相关系数；

4.4计算时域滤波器系数；

4.5计算频域滤波器相关系数。

5、一种信道估计器，其特征在于，包括：

用于对导频载波信道响应进行LS估计的LS估计器；用于对导频载波信道响应进行时域滤波的时域滤波器，对同一载波，不同时间的信道估计结果进行加权平均；用于对导频载波信道响应进行频域滤波的频域滤波器，对同一时间，不同载波的信道估计结果进行加权平均；用于确定时域滤波器和频域滤波器系数的时域频域滤波器系数计算器；用于对导频载波信道响应进行插值的插值器；

6、一种信道估计器，其特征在于，包括：

LS估计器对导频信号载波的信道响应进行LS估计，输出信号到时域频域滤波器系数计算器计算时域滤波器系数和频域滤波器系数分别供时域滤波器和频域滤波器使用；频域滤波器对LS估计器的输出数据进行频域滤波后，输出信号给时域滤波器进行时域滤波；最后将结果输出给插值器；插值器获得最终的信道估计结果，并把信道估计结果输出给信道补偿模块。

7、一种信道估计器，其特征在于，包括：

用于对导频载波信道响应进行LS估计的LS估计器；用于对导频载波信道响应进行时域滤波和频域滤波的时域频域滤波器；用于确定时域滤波器和频域滤波器系数的时域频域滤波器系数计算器；用于对导频载波信道响应进行插值的插值器；

LS估计器对导频信号载波的信道响应进行LS估计，输出信号到时域频域滤波器系数计算器计算时域滤波器系数和频域滤波器系数供时域频域滤波器使用；时域频域滤波器对LS估计器的输出数据进行时域频域滤波后，将结果输出给插值器；插值器获得最终的信道估计结果，并把信道估计结果输出给信道补偿模块。

8、一种信道估计器，其特征在于，包括：

用于对导频载波信道响应进行LS估计的LS估计器；用于对导频载波信道响应进行时域滤波的时域滤波器，对同一载波，不同时间的信道估计结果进行加权平均；用于对导频载波信道响应进行频域滤波的频域滤波器，对同一时间，不同载波的信道估计结果进行加权平均；用于确定时域滤波器系数的时域滤波器系数计算器；用于确定频域滤波器系数的频域滤波器系数计算器；用于对导频载波信道响应进行插值的插值器；

9、一种信道估计器，其特征在于，包括：

LS估计器对导频信号载波的信道响应进行LS估计，分别输出信号到时域滤波器系数计算器和频域滤波器系数计算器，它们分别计算时域滤波器系数和频域滤波器系数供时域滤波器和频域滤波器使用；频域滤波器对LS估计器的输出数据进行频域滤波后，输出信号给时域滤波器进行时域滤波；时域滤波器最后将结果输出给插值器；插值器获得最终的信道估计结果，并把信道估计结果输出给信道补偿模块。

10、一种信道估计器，其特征在于，包括：

用于对导频载波信道响应进行LS估计的LS估计器；用于对导频载波信道响应进行时域滤波和频域滤波的时域频域滤波器；用于确定时域滤波器系数的时域滤波器系数计算器；用于确定频域滤波器系数的频域滤波器系数计算器；用于对导频载波信道响应进行插值的插值器；

LS估计器对导频信号载波的信道响应进行LS估计，分别输出信号到时域滤波器系数计算器和频域滤波器系数计算器，它们分别计算时域滤波器系数和频域滤波器系数后输入给时域频域滤波器使用；时域频域滤波器对LS估计器的输出数据进行时域频域滤波后，将结果输出给插值器；插值器获得最终的信道估计结果，并把信道估计结果输出给信道补偿模块。