專利名稱：一種時域和頻域聯(lián)合信道估計的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通訊技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及兼容正交頻分復用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技術(shù)的TD-SCDMA系統(tǒng)中時域和頻域聯(lián)合信道估計的方法。
背景技術(shù)：
TD-SCDMA標準建議被ITU采納為第三代移動通信四個標準之一，是中國在移動通信領(lǐng)域的一個重大突破。TDD類的標準建議容易融合進各種各樣的先進技術(shù)，如智能天線技術(shù)、同步CDMA技術(shù)以及軟件無線電技術(shù)等，因此TD-SCDMA技術(shù)相對于其它第三代移動通信的標準有較多的優(yōu)勢。
兼容OFDM技術(shù)的TD-SCDMA系統(tǒng)在傳輸過程中采用OFDM技術(shù)。OFDM(正交頻分復用)技術(shù)是多載波傳輸技術(shù)的一種，它將信息分割到多個正交載波上并行傳送，由于頻域子載波之間的正交性，OFDM信號可以在這些交疊的正交子載波上并行傳送而不互相干擾。如果在子載波分配的時候，保證每個子載波的寬度小于頻率選擇的帶寬大小，就可以認為在該子載波上是平坦的，從而可以采用較簡單的均衡技術(shù)。但是信道估計是不可缺少的，而且是十分重要的，它直接影響到后級系統(tǒng)的解調(diào)性能。
在移動無線環(huán)境中，信道的時域與頻域響應(yīng)是時變的；多徑引起的頻域選擇性衰落在不同的子載波上表現(xiàn)出衰落的不一致性，使OFDM符號各個數(shù)據(jù)子載波上出現(xiàn)畸變的不均勻性。信道估計的目的就是估計出信道的響應(yīng)，對接收到的數(shù)據(jù)進行校正與恢復。信道的最大多徑時延、用戶的移動速度、接收機的噪聲和導頻的密度都是影響信道估計算法性能的因素。
移動通信系統(tǒng)利用信號處理技術(shù)來改進惡劣的無線電傳播環(huán)境中的鏈路性能。由于多徑衰落和多普勒頻移的影響，移動無線信道極其易變。這些影響對于任何調(diào)制技術(shù)來說都會產(chǎn)生很強的負面效應(yīng)。另外，與加性高斯噪聲(AWGN)信道相比，移動無線信道在失真和衰落方面對信道造成的損害更大，更明顯。為了消除信道對整個通信系統(tǒng)的影響，就必須使用信道估計技術(shù)來跟蹤無線信道的情況，從而在接收端消除信道對傳輸數(shù)據(jù)的影響，提高系統(tǒng)對抗信道干擾的能力，降低誤碼的發(fā)生，接收端便能夠準確地恢復出所需要的數(shù)據(jù)。
OFDM因其對頻譜資源的利用率相當高而成為高速率移動通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。為了達到高速率的數(shù)據(jù)傳輸，就需要在OFDM系統(tǒng)中使用多幅度、多相位的調(diào)制方式，同時，為了保證系統(tǒng)的性能不受通信信道多徑和衰落效應(yīng)的影響，還要采用信道估計的方法來跟蹤信道響應(yīng)的變化，并消除信道衰落對系統(tǒng)性能的影響。由此可見，在OFDM系統(tǒng)中信道估計技術(shù)是關(guān)系到系統(tǒng)能否正常工作并影響系統(tǒng)性能的決定性因素之一。
對于OFDM移動通信系統(tǒng)來說，系統(tǒng)所傳送的數(shù)據(jù)都要受到信道多徑衰落效應(yīng)的影響，從而影響系統(tǒng)在接收端判決數(shù)據(jù)的正確性。如果能很好地跟蹤時域信道的特性，那么在接收端就可以消除信道對數(shù)據(jù)的影響。信道脈沖響應(yīng)可以更好地顯示時域信道的多徑衰落等效應(yīng)，并且可以用于OFDM系統(tǒng)的同步等算法以提高系統(tǒng)的整體性能。所以在采用OFDM技術(shù)的移動通信系統(tǒng)中，可以利用時域估計信道的脈沖響應(yīng)比較好地消除多徑信道對數(shù)據(jù)的影響。同時，在OFDM系統(tǒng)中，由于發(fā)送端和接收端的數(shù)據(jù)都是頻域數(shù)據(jù)，所以信道的頻率特性將對數(shù)據(jù)產(chǎn)生更加直接的影響。信道的頻率響應(yīng)可以很好地反映信道的衰落以及頻率選擇性等特點，所以在頻域估計信道響應(yīng)可以消除信道頻域特性對數(shù)據(jù)的直接影響。
因此，一般來說，表征移動通信信道可以用信道的脈沖響應(yīng)，也可以用信道的頻率響應(yīng)。在時域估計信道的脈沖響應(yīng)以及在頻域估計信道的頻率響應(yīng)有各自的特點。估計信道脈沖響應(yīng)可以更好地反映多徑效應(yīng)的影響，而估計頻率響應(yīng)可以更加直接地應(yīng)用到利用OFDM技術(shù)的系統(tǒng)。如果將時域信道估計和頻域信道估計相結(jié)合，那么不僅可以反映信道的多徑等效應(yīng)，而且能夠消除頻域信道對數(shù)據(jù)的直接影響。
在將OFDM技術(shù)應(yīng)用到TD-SCDMA系統(tǒng)中，如何有效的利用TD-SCDMA系統(tǒng)的信息和OFDM技術(shù)的特點來設(shè)計信道估計的方法，提高信道估計的可靠性，是需要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種移動通信系統(tǒng)中信道估計的方法，以提高兼容OFDM技術(shù)的TD-SCDMA系統(tǒng)中信道可靠性，消除信道對整個通信系統(tǒng)的影響。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的根據(jù)兼容OFDM技術(shù)的TD-SCDMA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點，將TD-SCDMA系統(tǒng)的一些信息特征運用到OFDM信道估計當中，利用時域和頻域的兩部分信息來聯(lián)合實現(xiàn)信道估計，即采用時頻聯(lián)合信道估計方法，其包括以下步驟在OFDM符號之間加入一定數(shù)量的導頻，具體的導頻數(shù)量與信道的變化特性有關(guān)；即信道變化快時，導頻加的比較多，而信道變化比較慢時，導頻加的比較少。導頻可以選擇正交性比較好的序列；同時，利用TD-SCDMA系統(tǒng)中每個常規(guī)時隙有一個訓練長為144chip，這部分信息是已知的，因此，可以利用它作為頻域的導頻插入到相應(yīng)的子載波上，并采用一維插入的方式。
在接收端首先分別通過時域插入的導頻和頻頻插入的頻域?qū)ьl得到所需的在每個符號時刻每個子載波上的信道響應(yīng)；再將時域和頻域估計的結(jié)果通過一個加權(quán)平均得出最終所需的在每個符號時刻每個子載波上的信道響應(yīng)。
相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點通過時域的導頻可以獲得時域信道的特性；通過頻域的導頻可以獲得頻域信道的特性；利用時頻域相結(jié)合的信道估計方法能夠更好地結(jié)合利用時域信道和頻域信道對頻域數(shù)據(jù)所產(chǎn)生的影響，從而有利于提高兼容OFDM技術(shù)的TD-SCDMA系統(tǒng)的性能；可以充分利用TD-SCDMA系統(tǒng)中常規(guī)時隙中的訓練序列信息；通過時域和頻域相結(jié)合的信道估計能有效抑制加性高斯白噪聲；可以通過加循環(huán)前綴(Cyclic Prefix，CP)，時域和頻域相結(jié)合的信道估計方法還可以有效消減碼間干擾(ISI)；在惡劣的多徑瑞利衰落移動信道下，時頻域相結(jié)合的信道估計方法仍能保持良好的估計性能；時域和頻域相結(jié)合的信道估計能為譯碼模塊提供一定的增益。

圖1是本發(fā)明TD-SCDMA系統(tǒng)中的常規(guī)時隙結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是一維導頻信號分布圖。
圖3是本發(fā)明信道估計過程示意圖。
具體實施方式本發(fā)明提出的兼容OFDM技術(shù)的TD-SCDMA系統(tǒng)中信道估計方法是根據(jù)OFDM技術(shù)及TD-SCDMA系統(tǒng)的特點，結(jié)合了時域估計和頻域估計的優(yōu)點，采用時頻域聯(lián)合信道估計的發(fā)法非常適合兼容OFDM技術(shù)的TD-SCDMA系統(tǒng)可以大大提高系統(tǒng)的可靠性。
本發(fā)明提出的信道估計方法的流程框圖如圖1所示。
在OFDM符號之間加入一定數(shù)量的導頻，具體的導頻數(shù)量與信道的變化特性有關(guān)；即信道變化快時，導頻加的比較多，而信道變化比較慢時，導頻加的比較少。導頻可以選擇正交性比較好的序列。由于采用OFDM傳輸，可以承載比TD-SCDMA傳輸更多的速率，因此，為了保證相同的速率，對于OFDM傳輸來說就有一定的時間冗余，這部分就用來添加導頻。時域?qū)ьl插入需要滿足fDmax·Ts·Nk≤1/2...(1)]]>其中fDmax為最大多普勒頻移，Ts為符號長度，Nk為導頻信號在時間上的間隔。
通過對時域信道的估計可以得到第n個符號所對應(yīng)的時域信道響應(yīng)，hn=Σl=1Lα(l)h[l-d(l)](n=-∞,+∞)...(2)]]>其中α(l)為第l根多徑的幅度，d(l)為第l根多徑的延時，L為多徑的數(shù)量。
接著對于通過時域估計得到的時域信道響應(yīng)經(jīng)過傅立葉變換可以得到頻域的信道響應(yīng)Hn(k)=Σl=1Nhne-j2πlkN]]>=Σl=1NΣl=1Lα(l)h[l-d(l)]e-j2πlkN,(k=1,L,N)...(3)]]>其中Hn(k)，k＝1，L，N，為第n個時刻不同子載波的頻域響應(yīng)。
如圖2和圖3所示，圖2中，在TD-SCDMA系統(tǒng)中每個常規(guī)時隙有一個訓練長為144chip，這部分信息是TD-SCDMA系統(tǒng)用來作信道估計的，這部分信息是已知的，而現(xiàn)在它被加到OFDM傳輸?shù)拿總€子載波上，因此，可以利用作為頻域的導頻插入到相應(yīng)的子載波上，插入的方法可以按照圖2所示，采用一維插入的方式，同時要滿足τmax·ΔF·NL≤1/2(4)其中τmax為最大時延，ΔF為載波間隔，NL為導頻信號頻率上的間隔。
對于插入的導頻信號，可以采用等間隔的也可以采用動態(tài)間隔地插入在所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流中，這樣就可以利用接收到的信號和導頻信號估計出導頻位置處信道的響應(yīng)，具體的響應(yīng)值可以用下面的式子計算得到H^k,l=Yk,lXk,l...(5)]]>式(5)中 為第l個符號的第k個子載波的信道響應(yīng)，Yk，l為接收到的第l個符號的第k個子載波收到的值，Xk，l為發(fā)送的第l個符號的第k個子載波的導頻值。
對于整個子載波的信道響應(yīng)的估計可以利用那些由導頻而估計出來的信道響應(yīng) 來得到，估計的方法可以采用內(nèi)插或濾波平滑等。其中內(nèi)插方法可以選擇線性內(nèi)插、高斯內(nèi)插、Cubic內(nèi)插等等。如果信道是慢變的而且變化足夠慢，也可以不作內(nèi)插，認為一個數(shù)據(jù)幀的信道響應(yīng)是不變的，這樣就可以將幀頭部的信道響應(yīng)來作為整個幀的響應(yīng)。
由上面分析知道，在接收端先在時域上檢測信道的時域脈沖響應(yīng)，然后經(jīng)過FFT變換到頻域中進行濾波處理，最終得到所需的在每個符號時刻每個子載波上的信道響應(yīng)；同時，在頻頻上利用插入的頻域?qū)ьl估計也可以估計出對應(yīng)子載波上的信道響應(yīng)，通過插值也可以得到所需的在每個符號時刻每個子載波上的信道響應(yīng)。
對于不同的信道估計得到的信道響應(yīng)，乘以不同的權(quán)值后求和，得到新的頻域響應(yīng)值如下
式(6)中α為加權(quán)因子， 為第l個符號的第k個子載波的信道響應(yīng)， 對應(yīng)為利用時域?qū)ьl估計的得到的第l個符號的第k個子載波的信道響應(yīng)， 為頻域?qū)ьl估計得到的第l個符號的第k個子載波的信道響應(yīng)。
上述式(6)中，加權(quán)因子α可以根據(jù)表1的情況變動，以便獲得最好的選擇。
表1加權(quán)因子修正α 通過提出的方案，很明顯可以充分提高信道估計的可靠性。而且，利用在不同的信道情況下對加權(quán)因子α修正，可以跟蹤信道的變換。
如上所述，本發(fā)明充分利用TD-SCDMA系統(tǒng)中常規(guī)時隙中的一個訓練長為144chip，這部分信息為這部分信息是已知的，因此，可以利用它作為頻域的導頻插入到相應(yīng)的子載波上。通過時域的導頻可以獲得時域信道的特性，通過頻域的導頻可以獲得頻域信道的特性。采用時頻域相結(jié)合的信道估計方法能夠更好地結(jié)合利用時域信道和頻域信道對頻域數(shù)據(jù)所產(chǎn)生的影響，有效抑制加性高斯白噪聲，通過加循環(huán)前綴(CyclicPrefix，CP)還可以有效消減碼間干擾(ISI)，能為譯碼模塊提供一定的增益，此外在惡劣的多徑瑞利衰落移動信道下，時頻域相結(jié)合的信道估計方法仍能保持良好的估計性能，從而有利于提高兼容OFDM技術(shù)的TD-SCDMA系統(tǒng)的性能。
綜上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍。即凡依本發(fā)明申請專利范圍的內(nèi)容所作的等效變化與修飾，都應(yīng)為本發(fā)明的技術(shù)范疇。
權(quán)利要求
1.一種時域和頻域聯(lián)合信道估計的方法，應(yīng)用于兼容OFDM技術(shù)的TD-SCDMA系統(tǒng)中，，其特征于包括以下步驟在OFDM符號之間加入一定數(shù)量的導頻；在接收端，在時域上，檢測信道的時域脈沖響應(yīng)，并經(jīng)過傅立葉變換到頻域中進行濾波處理，以得到所需的在每個符號時刻每個子載波上的信道響應(yīng)；在頻域上，根據(jù)接收到的信號和插入的導頻信號算出每個符號的每個子載波上的信道響應(yīng)；對上述時域和頻域的信道估計結(jié)果進行加權(quán)處理，得到最終所需的在每個符號時刻每個子載波上的信道響應(yīng)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時域和頻域聯(lián)合信道估計的方法，其特征在于所述在OFDM符號之間加入一定數(shù)量的導頻步驟中，加入的導頻數(shù)量與信道的變化特性有關(guān)，在信道變化快時，加入的導頻數(shù)量較多，而信道變化慢時，加入的導頻數(shù)量較少。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的時域和頻域聯(lián)合信道估計的方法，其特征在于所述導頻選擇正交性比較好的序列。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時域和頻域聯(lián)合信道估計的方法，其特征在于時域?qū)ьl插入時需滿足fDmax·Ts·Nk≤1/2,]]>fDmax為最大多普勒頻移，Ts為符號長度，Nk為導頻信號在時間上的間隔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時域和頻域聯(lián)合信道估計的方法，其特征在于利用TD-SCDMA系統(tǒng)中常規(guī)時隙中訓練序列的信息作為頻域的導頻信號插入到相應(yīng)的子載波上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的時域和頻域聯(lián)合信道估計的方法，其特征在于在頻域上，導頻信號插入的方法采用一維插入方式，并滿足τmax·ΔF·NL≤1/2，其中τmax為最大時延，ΔF為載波間隔，NL為導頻信號頻率上的間隔。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的時域和頻域聯(lián)合信道估計的方法，其特征在于所述插入的導頻信號以等間隔的方式插入在所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流中。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的時域和頻域聯(lián)合信道估計的方法，其特征在于所述插入的導頻信號以動態(tài)間隔的方式插入在所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流中。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的時域和頻域聯(lián)合信道估計的方法，其特征在于利用那些由導頻而估計出來的信道響應(yīng)通過內(nèi)插方法估計出整個子載波的信道響應(yīng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的時域和頻域聯(lián)合信道估計的方法，其特征在于所述內(nèi)插方法包括線性內(nèi)插法，高斯內(nèi)插法，Cubic內(nèi)插法。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的時域和頻域聯(lián)合信道估計的方法，其特征在于利用那些由導頻而估計出來的信道響應(yīng)通過濾波平滑方法估計出整個子載波的信道響應(yīng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的時域和頻域聯(lián)合信道估計的方法，其特征在于如果信道是慢變的而且變化足夠慢，幀頭部的信道響應(yīng)來作為整個幀的響應(yīng)，從而得出整個子載波的信道響應(yīng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時域和頻域聯(lián)合信道估計的方法，其特征在于所述加權(quán)處理步驟中，對不同的信道估計得到的信道響應(yīng)，乘以不同的權(quán)值后求和，得到新的頻域的響應(yīng)值為 α≤1，其中，α為加權(quán)因子， 為第l個符號的第k個子載波的信道響應(yīng)， 對應(yīng)為利用時域?qū)ьl估計的得到的第l個符號的第k個子載波的信道響應(yīng)， 為頻域?qū)ьl估計得到的第l個符號的第k個子載波的信道響應(yīng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的時域和頻域聯(lián)合信道估計的方法，其特征在于所述加權(quán)因子可以根據(jù)多普勒頻移和多徑長度的變化，通過H^k,l=Yk,l/Xk,l]]>α來對加權(quán)因子進行修正，其中 為第l個符號的第k個子載波的信道響應(yīng)，Yk，l為接收到的第l個符號的第k個子載波收到的值，Xk，l為發(fā)送的第l個符號的第k個子載波的導頻值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種時域和頻域聯(lián)合信道估計的方法，其包括以下步驟在OFDM符號之間加入一定數(shù)量的導頻，具體的導頻數(shù)量與信道的變化特性有關(guān)；同時，利用TD－SCDMA系統(tǒng)中每個常規(guī)時隙有一個訓練長為144chip，這部分信息是已知的，因此，可以利用它作為頻域的導頻插入到相應(yīng)的子載波上，并采用一維插入的方式。在接收端首先分別通過時域插入的導頻和頻頻插入的頻域?qū)ьl得到所需的在每個符號時刻每個子載波上的信道響應(yīng)；再將時域和頻域估計的結(jié)果通過一個加權(quán)平均得出最終所需的在每個符號時刻每個子載波上的信道響應(yīng)。本發(fā)明提供的時頻域聯(lián)合信道估計的方法可以有效提高兼容OFDM技術(shù)的TD－SCDMA系統(tǒng)中信道可靠性。
文檔編號H04L27/26GK1791077SQ20051011224
公開日2006年6月21日 申請日期2005年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月29日
發(fā)明者蔡凌云 申請人:上海貝豪通訊電子有限公司