專利名稱：一種用于時分同步碼分多址系統的信道估計方法
技術領域：
本發明涉及一種用于時分同步碼分多址(TD-SCDMA)系統的信道估計方法。
背景技術：
時分同步碼分多址(TD-SCDMA)系統是基于時分雙工(TDD)方式的第三代移動通信系統，它運用了上行同步、智能天線、聯合檢測等一系列關鍵技術，而這些技術的實現都依賴于對無線信道響應的快速而準確的估計。TD-SCDMA系統在突發(Burst)結構中設置了用來進行信道估計的導頻序列部分，根據接收到的信號和已知的導頻序列，可以估算出信道沖激響應。目前TD-SCDMA系統采用的信道估計方案假設信道在一個時隙內是恒定不變的。然而隨著移動臺速度的不斷增大，一個時隙內信道衰落的包絡相關性下降，TDD時隙用于信道估計的導頻序列，無法準確反映這種信道變化，將此信道估計值用于整個時隙，則無疑帶來系統性能的極大下降。
發明內容
針對現有TD-SCDMA系統中對快速變化信道難以準確估計的缺點，本發明在不改變現有TD-SCDMA系統幀結構和導頻數據的前提下，提出了一種用于TD-SCDMA系統的信道估計方法，以應對目前TDD系統中終端高速運動所帶來的技術問題。
根據本發明，提供了一種適用于時分同步碼分多址系統的信道估計方法，包括步驟(1)將一個時隙等分為多個時間段，其中信道特性在每個時間段中保持不變；
(2)將導頻部分劃分為具有相同長度的多個段，構造出如下的中間碼矩陣 Amn為第n個用戶發送的第m段導頻構成的中間碼矩陣 n＝1，2；m＝1，...，M其中p是導頻序列的長度，M是導頻分段的最大數量，W為信道徑數，Q為每一段導頻數據的長度，其中Q＝P/M；(3)根據上述中間碼矩陣估計各個時間段內的信道特性，得到導頻部分的信道估計；(4)根據所述得到的導頻部分的信道估計，計算出非導頻部分的信道特性，從而得到整個發送數據期間內的信道估計。
本發明的基本構思在于，改變傳統信道估計算法對在傳送整個導頻期間信道不變的假設，提出將一個時隙等分為若干個時間段，假設信道特性在每個時間段內是恒定不變的，將整個導頻序列也相應的劃分為具有相同長度的若干段，改變中間碼(midamble)矩陣的排列方式，新的矩陣由分割后得到的導頻序列小段構成，利用迫零算法或者最小均方誤差算法，可以得到各個時間段內的信道沖激響應估計值。對多個連續時隙內導頻部分的信道估計值進行擬合計算出非導頻部分的信道特性，從而得到整個發送數據期間內的信道精確信息。
本發明基于現有TD-SCDMA系統，以最小的復雜度代價換取信道估計精確度的極大提高，從而改善了系統在快速變化信道條件下的性能。
下面參照附圖并結合實例來進一步描述本發明，其中圖1示出目前采用的TD-SCDMA系統的模型圖；圖2比較了在150km/h車速下，根據本發明的信道估計方法和現有的信道估計方法對連續四個時隙的信道特性進行估計得到的結果；圖3示出多天線系統的模型圖；圖4分別示出了采用本發明的信道估計方法的上行MIMO(多天線)-JD(聯合檢測)鏈路和下行MIMO-JT(聯合發送)鏈路在不同信噪比條件下系統誤比特率的性能曲線。為了便于比較，圖中還同時示出了采用現有信道估計方法的MIMO-JD/JT性能。仿真中假設在TD-SCDMA常規時隙中，除TS0用于廣播信息以外，TS1、TS2、TS3配置為上行業務時隙，TS4、TS5、TS6配置為下行業務時隙。3個上行時隙的信道特性根據本發明的信道估計方法得到，3個下行時隙的信道特性則利用上行時隙的信道估計結果預測得出。
具體實施例方式
本發明采用現有TD-SCDMA系統導頻序列。為了提高信道估計的精度，修改傳統估計器整個時隙信道不變的假設，將一個時隙等分為多個時間段，假設信道特性在每個時間段內保持不變的，設信道徑數為W。首先，將整個導頻序列劃分為M個小段，利用各小段重構中間碼矩陣，根據迫零或者最小均方誤差方法估計導頻部分各個時間段內的信道沖激響應。然后，利用相鄰多個時隙導頻部分的信道估計值進行LSM擬合計算出數據部分的信道特性，從而得到整個信道的響應特性。
根據實際及性能要求，導頻分段可以采用不同的大小。信道變化很慢時可采用較小的M；信道快速變化時采用比較大的M。
下面舉例說明在TD-SCDMA系統中的應用。
不失一般性，下面的分析中以兩個用戶為例，即圖1中Mt＝2。信道最大徑數設為W＝8；導頻分的段數為M＝8。每一段中間碼碼中數據的長度為Q＝P/M，P＝128為導頻序列的長度。
用戶端1發送的導頻序列為M(1)＝[p(1，0)，p(1，1)，...p(1，P-1)]T，用戶端2發送的導頻序列為M(2)＝[p(2，0)，p(2，1)，...p(2，P-1)]T，其中p(n，k)是第n個用戶的第k個導頻符號，總的導頻符號數為P＝128。
接收方接收的信號可以表示為R＝AH+n其中R＝[r1，r2...，rP+W-1]T，rk代表接收方所接收的第k個符號。
信道矩陣為H=[h1,11h2,11···hW,11···h1,M1h2,M1···hW,M1,h1,12h2,12···hW,12···h1,M2h2,M2···hW,M2]]]>hw，mn表示第n個用戶第m段導頻序列第w條徑的信道響應值。例如代表第一個用戶在導頻序列的第一段的信道沖擊響應，假設在傳送該段導頻序列時信道在各個徑上的值保持不變，h1，11h2，11...hW，11分別是第一徑，第二徑一直到第W徑。
考慮到多徑信道，接收到的每一段導頻序列都會疊加到下一段導頻序列中。
發送的中間碼矩陣可以寫成A＝[A1A2]其中A1、A2分別代表用戶1、2的中間碼矩陣
Amn為第n個用戶發送的第m段導頻構成的中間碼矩陣 n＝1，2；m＝1，...，MQ＝P/M，為每一段導頻數據的長度。矩陣Amn中，每一列非零數據相等，都是該段中間碼導頻數據。
根據迫零原則可以得到信道估計為H＝A+R其中A+表示A的偽逆。
根據MMSE原則可得信道估計為H＝AT(AAT+σ2I)R其中AT表示A的共軛轉置，σ2為噪聲方差，I為單位對角陣。
應用該算法，可以得到多個連續上行時隙發送導頻序列時間段的信道估計值，根據不同的原則對這些估計值進行擬合，得到發送導頻序列之間數據時間段上的信道估計。
圖2是對連續4個時隙進行信道估計的。
信道估計的均方誤差值可由下式計算E[|e(τ)|2]=E[|c(τ)-c^(τ)|2]]]>其中c(τ)表示實際信道值， 表示信道估計值。經仿真計算可得，傳統方法的均方估計誤差為E_org＝0.0035，而新的信道估計方法的均方誤差為E_est1＝3.1038e-004。可見，采用新的估計方法可使信道估計的準確性顯著提高。
以上方法說明均針對兩發一收系統，如圖1所示。
實際上該算法也可應用于MIMO系統，此時只需將基站單天線擴展為基站多天線，以兩發兩收系統(參見圖3)為例圖中的兩發兩收系統可看作由兩個兩發一收系統構成，系統1和系統2分別如圖中實線和虛線所示。兩個系統分別按照上文說明進行信道估計，則可分別估得兩個發射天線與第一個接收天線之間的信道響應H(1)＝[H(1，1)，H(2，1)]和兩個發射天線與第二個接收天線之間的信道響應H(2)＝[H(1，2)，H(2，2)]。
在利用信道估計結果進行聯合檢測時，信道矩陣H可表示為H=H(1,1)H(2,1)···H(Mt,1)H(1,2)H(2,2)···H(Mt,2)············H(1,Mr)H(2,Mr)···H(Mt,Mr)]]>其中 Hn(mt,mr)=[H1,n(mt,mr),H2,n(mt,mr)...,HK,n(mt,mr)]]]>為其中的第n個單元，n＝1，...，N，mt＝1，...，Mt，mr＝1，...，Mr。N為每個時隙的符號個數，Mt與Mr分別表示發射天線數和接收天線數，K為每個用戶的碼道數，S為擴頻因子。為若采用傳統算法估得的結果，則有Hk,n(mt,mr)=ck*hk(mt,mr),]]>其中ck為第k個碼道的擴頻序列，hk(m1，mr)為第k個碼道第mt個發射天線與第mr個接收天線之間的信道沖激響應hk(mt,mr)=[hk,1(mt,mr),hk,2(mt,mr)...,hk,W(mt,mr)]T;]]>而如果用新的信道估計算法，則有Hk,n(mr,mt)=ck*hk,n(mr,mt),]]>hk，n(mr，mt)為第k個碼道第mt個發射天線與第mr個接收天線之間第n個數據符號位置上的信道沖激響應hk,n(mr,mt)=[hk,1,n(mr,mt),hk,2,n(mr,mt)...,hk,W,n(mr,mt)]T,]]>這里n表示數據符號的位置，N為每個用戶每個時隙傳送的數據符號數。由此可見，傳統算法假定信道沖激響應在一個時隙內不變，而在新算法中，一個時隙內各個數據符號位置上的信道沖激響應是不同的，故采用新算法得到的信道估計結果進行聯合檢測將更為精確；但是檢測算法中的信道矩陣H的維數并沒有改變，因此新的信道估計算法不會增加聯合檢測算法的復雜度。
本發明已結合具體實例作了說明。然而對于熟悉本領域的人員來說，顯而易見可以在不偏離本發明的教導的情況下，將本發明的構思應用到不同的具體實例中去。這里的描述只是說明性的，而完全不應認為是限制性的。本發明的專利保護范圍由所附權利要求書限定，而不是前面的說明。因此所有落在權利要求范圍內的各種變型和等效形式都應屬于本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種用于時分同步碼分多址系統的信道估計方法，包括步驟(1)將一個時隙等分為多個時間段，其中信道特性在每個時間段中保持不變；(2)將導頻部分劃分為具有相同長度的多個段，構造出如下的中間碼矩陣 Amn為第n個用戶發送的第m段導頻構成的中間碼矩陣 n＝1，2；m＝1，...，M其中p是導頻序列的長度，M是導頻分段的最大數量，Q＝P/M，為每一段導頻數據的長度；(3)根據上述中間碼矩陣估計各個時間段內的信道特性，得到導頻部分的信道估計；(4)根據所述得到的導頻部分的信道估計，計算出非導頻部分的信道特性，從而得到整個發送數據期間內的信道估計。
2.根據權利要求1所述的方法，其中步驟(3)還包括步驟根據上述中間碼矩陣估計各個時間段內的信道特性，利用迫零原則得到導頻部分的信道沖激響應。
3.根據權利要求1所述的方法，其中步驟(3)還包括步驟根據上述中間碼矩陣估計各個時間段內的信道特性，利用最小均方誤差原則得到導頻部分的信道沖激響應。
4.根據權利要求1所述的方法，其中步驟(4)還包括步驟利用多個連續時隙內的導頻部分的信道估計，進行多時隙擬合而得到出非導頻部分的信道特性。
5.根據權利要求1所述的方法，其中根據信道特性以及系統要求設定導頻段的數量。
全文摘要
本發明公開了一種用于時分同步碼分多址系統的信道估計方法。根據本發明，將一個時隙等分為若干個時間段，假設信道特性在每個時間段內是恒定不變的，將整個導頻序列也相應的劃分為具有相同長度的若干段，改變中間碼矩陣的排列方式，新的矩陣由分割后得到的導頻序列小段構成，利用迫零算法或者最小均方誤差算法，可以得到各個時間段內的信道沖激響應估計值。對多個連續時隙內導頻部分的信道估計值進行擬合計算出非導頻部分的信道特性，從而得到整個發送數據期間內的信道精確信息。本發明基于現有TD－SCDMA系統，以最小的復雜度代價換取信道估計精確度的極大提高，從而改善了系統在快速變化信道條件下的性能。
文檔編號H04J13/00GK1829206SQ200510137750
公開日2006年9月6日 申請日期2005年12月19日 優先權日2005年12月19日
發明者李立華, 楊曉輝, 陶小峰, 張平, 王毅, 何丹丹 申請人:北京郵電大學, Lg電子株式會社