一種應用在多天線系統的時域信道估計方法
【專利摘要】本發明公開了一種應用在多天線系統的時域信道估計方法。本方法為：1)發送端生成頻域符號和多組導頻序列；每一發射天線對應一組不同的導頻序列；2)檢測頻域符號與導頻信號存在干擾的子載波位置，將該位置的符號周期擴展一倍，將頻域符號在擴展的符號周期內進行正交重疊；3)生成時域OFDM符號，與導頻序列疊加；4)發送端將基帶信號上變頻并饋送至發射天線端口；不同發射天線發射的導頻序列相互正交；5)接收機接收空口數據并下變頻處理后，補齊信號過信道后的波形，對相鄰兩OFDM符號長度內的數據疊加并作算術平均；6)線性相關器進行信道估計，得到時域信道沖擊響應。本發明大大提高了頻譜資源利用率，降低了系統時頻資源開銷。
【專利說明】一種應用在多天線系統的時域信道估計方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及數字通信【技術領域】，特別是涉及一種應用在多天線0FDM系統中的時 間域信道估計方法。
【背景技術】
[0002] 通常，頻域信道估計在多天線0FDM系統里的應用更廣泛。通過在頻域子信道上插 入導頻，在接收端可以估計出單抽頭的信道頻率響應。常用的頻域方法中，最小二乘（LS) 估計器的估計精度很差，但計算簡單；線性最小均方誤差（LMMSE)估計器（即維納濾波）能 實現最優估計，但計算復雜度很高，在估計過程中需要額外的信息，如子載波與信噪比的協 方差矩陣等，以及大量的矩陣求逆運算。
[0003] LMMSE估計對一個子載波的信道響應，需要0(Ns3)量級的計算復雜度，Ns表示頻 域符號的長度。用于實際通信系統的算法，大多是對LMMSE算法的簡化，其簡化算法至少需 要〇(L h3)量級的計算量，Lh表示信道響應長度，即碼片中的多徑長度。在不采用維納濾波 時，一般使用的是低通插值技術，如：線性插值，高斯插值，高階多項式插值，時頻二維插值 等。這些方法比維納濾波復雜度低，但都存在著一定的計算復雜度，且有性能損失。
[0004] 隨著對更大系統帶寬的需求，0FDM系統的子載波數增加，LMMSE估計方法及其簡 化算法的復雜度進一步增加。除了上述信道估計復雜度問題，如何控制多天線系統的導頻 開銷也是系統設計中的一個難題。
[0005] 單天線系統中，不同信道上發射相互正交的導頻，來保證導頻間無干擾。然而，當 引入多天線技術，0FDM系統的導頻設計面臨較大挑戰，因為不同天線的信號一般使用相同 的時頻資源，其導頻需要一定的正交化設計，才能保證相互間無干擾。以時分方式的正交化 設計為例，為保證無干擾，一般地，在某一天線發射導頻信號時，其他天線不能發射業務信 號，導頻開銷隨天線數量成倍增長。
[0006] 實際的多天線系統中，采取特殊的設計能夠降低導頻開銷，但是不可避免的要犧 牲信道估計精度或復雜度。另一方面，小區之間干擾問題影響了系統的信道估計性能，以 LTE系統為例，將相鄰小區的梳狀導頻在頻域錯開，同時結合導頻功率增強來提高估計性 能，這種方法能夠規避導頻之間的干擾，但相鄰小區的業務信號與本小區導頻之間的干擾 不可避免。
【發明內容】
[0007] 為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種新型的時域信道估計方法。本 發明所采用的技術方案，其特征在于：頻域干擾抵消預處理；在待發送時域0FDM符號中疊 加參考信號/導頻序列；上變頻后饋送到天線端口；接收機接收空口數據（即發射機發送 的信號，包含業務信號和導頻信號；業務信號即時域0FDM符號）并下變頻處理；基帶信號 送入干擾抵消模塊處理；采用線性相關器估計信道抽頭，即得到時域CIR ;將時域響應轉換 成頻域響應，用于數據解調。具體來說包括：
[0008] (1)業務信號與導頻序列之間的干擾，可通過在發送端對存在干擾的子載波位置， 不承載業務信號的方法來避開干擾，比如將導頻與業務信號放在不同的時頻位置上，二者 在時頻上分離開，LTE中采用該方法；或者將導頻與業務信號在時間上分離，一段放導頻， 一段放業務信號，比如3G中采用該方法。但是這些方法不可避免的會造成頻譜效率的損 失。本發明提出的方案，時間域上業務信號與導頻序列是相互獨立的，二者的頻域干擾主要 通過干擾抵消規避，通過在相鄰兩個0FDM符號周期內（即0FDM符號周期長度擴展一倍）， 對存在干擾的子載波上進行0FDM符號的正交重疊傳輸，相鄰的兩個符號長度上，0FDM符號 按位取反發送，并在接收端干擾抵消，可節約前述方法50%的譜效率損失。
[0009] (2)多天線場景下，可根據天線數量，靈活設計相互正交的導頻序列，導頻序列的 個數由天線個數決定，二者數值相等。導頻信號與業務信號間相互獨立，多個天線上的導頻 信號相互正交，多個天線的導頻信號能夠與業務信號同時發射，從而降低系統時頻資源開 銷。對于支持N個天線發射的下行鏈路，依據所述方法，只需構造 N組導頻序列即可滿足要 求。多組導頻序列的產生，可通過對一組基本的互補碼組，經過克羅尼克積計算得到。互補 碼包含分量碼C碼和分量碼S碼，C碼和S碼的構成類似，以長度為N的C碼為例，構成過 程如式（1)所不。
[0010] 采用上述互補碼設計導頻序列，其自相關特性（ACF)和互相關特性（CCF)，在一定 約束下是理想的，其CCF在所有時間移位處均為零，ACF除了原點外其余時間移位均為零。 導頻序列和時域業務信號疊加在一起傳輸，接收機利用導頻序列的相關特性，對接收基帶 信號進行線性相關運算，來獲得CIR的時域抽頭，其復雜度與LS算法的計算復雜度處于同 一量級。通過對信道響應長度信息的利用，其估計性能具有漸近最優性。
【權利要求】
1. 一種應用在多天線系統的時域信道估計方法，其步驟為： 1) 信號發送端生成頻域符號和多組導頻序列；其中，多天線系統中的每一根發射天線 對應一組不同的導頻序列； 2) 對頻域符號進行頻域干擾抵消預處理；即檢測頻域符號與導頻信號存在干擾的子 載波位置，將該位置的符號周期擴展一倍，將頻域符號在擴展的符號周期內進行正交重 置； 3) 對步驟2)處理后的數據，送入OFDM調制器，將輸出的時域OFDM符號與步驟1)所述 的導頻序列置加在一起； 4) 信號發送端將步驟3)處理后的基帶信號上變頻并饋送至發射天線端口進行發送； 其中，不同發射天線發射的導頻序列相互正交； 5) 接收機接收空口數據并下變頻處理后，補齊信號過信道后的波形，然后送入干擾抵 消模塊；干擾抵消模塊對相鄰兩OFDM符號長度內的數據疊加并作算術平均； 6) 線性相關器對步驟4)處理后的信號進行信道估計，得到時域信道沖擊響應
2. 如權利要求1所述的方法，其特征在于所述導頻序列與OFDM符號具有相同的時域寬 度、循環前綴長度及傳輸結構。
3. 如權利要求1或2所述的方法，其特征在于所述正交重疊的方法為：依次將相鄰兩 個符號周期合并作為一個擴展后的符號周期，其中在該相鄰兩符號周期上，頻域符號按位 取反。
4. 如權利要求2所述的方法，其特征在于所述導頻序列由二元互補碼構成，其包含兩 個長度相同的分量碼C碼和S碼。
5. 如權利要求4所述的方法，其特征在于所述存在干擾的子載波的集合為{fk.J，其 中，
表示向下取整，Nc表示子載波個數，Lm表示互補碼分量碼C碼或 S碼的重復次數。
6. 如權利要求5所述的方法，其特征在于所述導頻序列采用周期重復的結構，導頻序 列的分量碼周期重復的次數為Lm=Nc/Lp，Nc表示子載波數目，Lp表示導頻序列的長度。
7. 如權利要求4所述的方法，其特征在于所述導頻序列的長度等于偶數個OFDM符號長 度。
8. 如權利要求4所述的方法，其特征在于構造長度為N的CHCn的公式為：
構造長度為N的S碼Sn的公式為： I 〇
9. 如權利要求1所述的方法，其特征在于補齊信號過信道后的波形的方法為：在接收 的OFDM符號的尾部需添加L個樣值，這些樣值取自接收到的OFDM符號的首部，且滿足：L>Lh，Lh為信道響應長度
其中，Td是衰落信道的最大時延擴展，Tc是采樣間 隔，表示向上取整。
10. 如權利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟3)中，時域OFDM符號與導頻序列 疊加在一起傳輸，占用相同的時頻資源。
【文檔編號】H04L25/02GK104243370SQ201410440808
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月1日 優先權日:2014年9月1日
【發明者】王穎, 汪永明, 周衛華, 李曉娜, 王中方, 張新科 申請人:中國科學院信息工程研究所