適用於fdd-lte室內場景上行信道估計及載波同步的方法與裝置的製作方法

2023-09-12 08:44:35

專利名稱：適用於fdd-lte室內場景上行信道估計及載波同步的方法與裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及到寬帶無線通信系統，更具體地，本發明是針對第三代移動通信長期演進(FDD-LTE)上行系統中一種適用於室內場景上行信道估計及載波同步的方法與裝置。
背景技術：
隨著第三代移動通信系統在全球範圍內，尤其是在中國的部署和運營，用戶對移動通信系統的需求與日俱增。在這種背景下，第三代移動通信系統的演進技術——LTE已經逐漸成為移動通信業界關注的焦點。由於寬帶無線通信系統中的無線信道具有頻域選擇性和時變性，接收機在對信號進行解調之前，對無線信道進行估計是非常有必要的。LTE上行採用SC-FDMA(單載波頻分復用)技術，它是一種OFDMA的改進技術。在實現SC-FDMA中，3GPP採用DFT-S-OFDM方式， 也就是在OFDM的IFFT模塊前做DFT變換，可以實現分布式FDMA和集中式FDMA的傳輸，LTE 上行發射機流程圖。信道估計是接收端處理非常重要的一個環節，只有對信號進行準確的信道估計， 接收機才能較準確的完成接收。在LTE通信系統中，為了保證系統的性能不受信道多徑和衰落效應的影響，就需要採用信道估計的方法來跟蹤信道響應的變化，通常是用已知訓練序列來進行信道估計，LTE上行通常採用SIM0，不考慮天線相關性的前提下，每根天線接收到的數據是不相同的，每根天線都需要進行信道估計。圖1為上行接收天線參考信號分布圖，LTE系統採用IOms無線幀格式，每幀包含 10個子幀，每個子幀兩個時隙，每個時隙中SC-FDMA符號數取決於高層配置的循環前綴類型，常規CP下SC-FDMA符號數為7個，擴展CP下SC-FDMA符號數為6個。導頻放置在第3 和第10個OFDM符號上。天線接收到的數據，每個子幀都先去除循環前綴，再經過傅立葉變換，然後進行信道估計，再對估計的信道矩陣做後續處理。目前常用LTE上行信道估計的非盲估計算法流程，參見圖2具體描述，步驟如下(1)天線接收端到數據首先去除循環前綴；(2)對數據進行定7. 5khz頻偏補償；(3)對補償頻偏的數據進行離散傅立葉變換，變換到頻域；(4)本地產生的導頻信號與收到的導頻信號進行信道估計，得到導頻信道係數，常用的方法為最小二乘法算法；(5)對導頻信道係數進行頻域濾波；(6)通過時域插值來獲得所有資源塊上的信道估計值，時域插值方法包括最小均方誤差濾波插值算法、線性插值算法；(7)將數據符號與估計得到的數據符號信道係數共同送入均衡器，得到均衡之後的數據用於後續解調處理。LTE系統也由OFDM的特點，同時也有OFDM的缺點，空間信道造成的時偏和頻偏會對接收機性能造成嚴重的損害，信道受時偏頻偏影響，進行信道估計也顯得尤為重要。LTE系統中基於導頻的信道估計思路是利用經過頻偏補償之後的DMRS恢復出當前TTI的導頻信道係數，對導頻信道係數進行時頻偏估計、噪聲估計等處理，然後對處理之後的導頻信道係數利用類似插值等手段處理得到當前TTI所有符號的信道係數，再用所有數據符號的信道係數與數據信息進行均衡，均衡出來的數據再進行後續處理。從導頻信道估計到在進入均衡器之前這段時間，數據信息需要等待時間TnT1為對當前TTI的導頻信道係數進行頻偏補償、信道估計、頻域濾噪的處理時間。因此整個處理過程就有一個長度為T1 的等待時間，當然，對於信道信息變化較快的室外場景，這個等待時間是為了獲得更為精確的信道信息而付出的代價。然而，對於室內場景，UE移動緩慢，相鄰TTI間信道變化並不明顯，仍然採用上述思路的話，這個等待時間T1就會顯得有些多餘，如果能節約這個等待時間，接收機在不明顯降低性能的情況下，還能有效提高處理速度。

發明內容
本發明的目的提供一種適用於FDD-LTE室內場景上行信道估計及載波同步的方法與裝置，本發明根據室內場景用戶移動緩慢，相鄰子幀間信道變化並不明顯的特點，進行信道估計之前先進行頻偏補償進行載波同步和均衡處理，頻偏補償從基站內的第一緩存器中讀取上一子幀的頻偏值，而不用等待當前估計值進行補償，減少處理時間，均衡所用的信道係數為基站內的第二緩存器中讀取上一子幀的信道係數，無需等待當前子幀信道估計係數，在做導頻信道估計及相關處理的同時可以做數據均衡及數據解碼，從而形成流水線操作，降低數據處理時間，提高接收機運算效率。一種適用於FDD-LTE室內場景上行信道估計及載波同步的方法，具體流程參見圖 3，其特徵在於包括以下步驟(1)基站每根天線上收到的數據，前端處理模塊Ml按每一個子幀為單位依次進行去循環前綴、7. 5kHZ定頻偏補償和離散傅立葉變換轉換到頻域，再經過資源塊解映射得到處理對象數據；(2)在TTI (η)內，經過解映射之後得到的導頻參考符號DMRS(n)和數據符號 DATA (η)，獲取緩存數據模塊M2從基站內的第一緩存器BUFl中讀取TTI(n-l)時刻估計到的頻偏值，進行數據符號頻偏補償；(3)獲取緩存數據模塊M2從基站內的第二緩存器BUF2中讀取已存儲的TTI (n_l) 時刻的數據符號信道估計值H(n-l)，經過頻偏補償模塊M3的頻偏補償的數據DATA (η)和信道估計值H(n-l)進入均衡模塊M4進行均衡處理後進行後續處理；(4)在步驟(3)進行的同時，信道估計模塊M5將步驟(2)之後的DMRS(n)進行導頻信道估計，得到導頻信道係數H_DMRS(n)；(5)頻域濾波模塊M6再對H_DMRS (η)進行頻域濾噪，得到更為精確的導頻信道系 f^H_DMRSl(n)；(6)頻偏估計模塊M7對步驟(5)的導頻信道係數H_DMRS1 (η)進行頻偏估計，頻偏估計值存儲於基站內的第一緩存器BUFl ；(7)時域插值模塊Μ8利用步驟(5)的導頻信道係數H_DMRS1 (η)進行時域插值，通過時域插值得到該處理對象的數據信號的OFDM符號信道估計值H (η)，並存儲在基站內的第二緩存器BUF2中。根據本發明的室內場景的信道估計及載波同步方法實例，在步驟( 和步驟(3) 利用兩個緩存器分別存儲頻偏估計值和信道係數值，用於下一個子幀用。根據本發明的室內場景的信道估計及載波同步方法實例中，在步驟(4)進行信道估計方法最小二乘法或DFT信道估計方法，步驟(7)中頻域插值方法為線性插值算法。本發明另外揭示了一種適用於FDD-LTE室內場景上行信道估計及載波同步的裝置，包括前端處理模塊Ml、獲取緩存數據模塊M2、頻偏補償模塊M3、均衡模塊M4、信道估計模塊M5、頻域濾波模塊M6、頻偏估計模塊M7、時域插值模塊M8，所述的前端處理模塊Ml 包括去循環前綴模塊、7. 5kHZ頻偏補償模塊和傅立葉變換模塊，經過這三個模塊處理及得到處理對象的頻域信號；去循環前綴模塊、7. 5kHZ頻偏補償模塊和傅立葉變換模塊依次連接，獲取緩存數據模塊M2分別與前端處理模塊Ml的傅立葉變換模塊和獲取緩存數據模塊 M2相連，獲取緩存數據模塊M2分別與頻偏補償模塊M3和信道估計模塊M5相連，頻偏補償模塊M3與均衡模塊M4相連，信道估計模塊M5依次與頻域濾波模塊M6、頻偏估計模塊M7、 時域插值模塊M8相連；前端處理模塊M1，將接收到的子幀數據進行去循環前綴、7. 5kHZ定頻偏補償和對數據按符號進行傅立葉變換處理，再經過資源塊解映射得到處理對象數據；獲取緩存數據模塊M2，獲取基站內的兩個緩存器存儲的上一子幀頻偏值和上一子幀的經過頻域插值的信道係數矩陣；頻偏補償模塊M3，對接收的導頻和數據進行頻偏補償，這個頻偏補償值為基站內的第二緩存器中讀取頻偏值，這個頻偏值為當前子幀和上一子幀的頻率偏移變化量；均衡模塊M4，利用頻偏補償模塊的數據和緩存數據模塊的信道係數進行均衡處理，均衡之後的數據就可以進行下一步處理了 ；信道估計模塊M5，對該處理對象的所有參考信號進行信道估計；頻域濾波模塊M6，對該處理對象進行濾波操作；頻偏估計模塊M7，對該處理對象進行頻偏估計，存於基站內的第一緩存器中用於下子幀調用；時域插值模塊M8，通過時域插值得到當前子幀的所有資源單元的信道估計，存於基站內的第二緩存器中用於下一子幀調用。根據本發明的室內場景信道估計及載波同步裝置實例，前端處理模塊Ml與頻偏補償模塊M3連接獲取緩存數據模塊M2，頻偏補償值從獲取緩存數據模塊M2讀取。根據本發明的室內場景信道估計及載波同步裝置實例，均衡模塊M4與頻偏補償模塊M3建立連接，並通過頻偏補償模塊M3從獲取緩存數據模塊M2獲取上一子幀信道係數矩陣。根據本發明的室內場景信道估計及載波同步裝置實例，信道估計模塊M5採用最小二乘法和DFT信道估計方法。根據本發明的室內場景信道估計及載波同步裝置實例，頻域濾波模塊M6採用3階濾波器對信道係數進行濾波，時域插值模塊M8採用時域平鋪方法。根據本發明的室內場景信道估計及載波同步裝置實例，頻偏估計模塊M7採用頻域相同子載波不同時間相位差計算。本發明的好處本發明沒有採用以前技術常用的通過估計當前子幀數據信道係數，再進行均衡和後續處理方式，而是根據室內場景用戶移動緩慢，相鄰子幀間信道變化並不明顯的特點，採用上一子幀的信道響應矩陣，RS的信道估計和均衡，時域插值採用現有技術的方法，因此，均衡器就不需要等待當前子幀信道估計響應，在做導頻信道估計及相關處理的同時可以做數據均衡，從而形成流水線操作，降低數據處理時間，提高接收機運算效率。


圖1為現有裝置中的上行接收天線參考信號分布示意圖。圖2為傳統LTE上行信道估計流程圖。圖3為本發明的室內場景上行信道估計及載波同步方法流程圖。圖4為本發明的室內場景上行信道估計及載波同步參考信號時域插值示意圖。圖5為本發明的室內場景上行信道估計及載波同步裝置框圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實例對本發明做進一步描述。FDD-LTE室內場景上行信道估計及載波同步方法實例圖5給出了本發明的室內場景上行信道估計及載波同步方法實例流程，下面是對本實例的信道估計方法各個步驟的詳細描述，在本實例的步驟S1-S7中均以當前子幀收到的數據來處理，每一個子幀的處理方式與當前子幀處理方式相同。步驟Sl 前端處理，基站對每根天線上收到的子幀數據，前端處理模塊Ml按每一個子幀為單位進行依次進行去循環前綴、7. 5kHZ定頻偏補償和離散傅立葉變換轉換到頻域操作，再經過資源塊解映射得到處理對象頻域數據符號信息和導頻符號信息。本發明將傳統信道估計方法中的前三個模塊，去循環前綴模塊，7. 5kHZ定頻偏補償模塊和離散傅立葉變換模塊通稱為前端處理模塊，經過前端處理之後，再對頻域信號進行處理。步驟S2 獲取緩存數據模塊M2從基站內的兩個緩存器讀取處理對象的上一子幀的頻偏值和上一子幀的經過時域插值的信道係數矩陣。步驟S3 頻偏補償模塊M3對步驟Sl處理對象進行頻偏補償，頻偏值在步驟S2中得到。空間信道會導致子載波頻偏，根據室內場景信道的時變特性在一個短時間內基本不變的原則，本發明根據上一個子幀的頻偏估計值來進行頻偏補償，首先要做符號間的補償，再做符號內的ICI消除，及在頻域乘以時域補償因子的傅立葉變換。步驟S4 均衡模塊M4對頻偏補償的數據進行均衡處理。這一步驟和現有技術不同，參見圖4與圖3，現有技術路線是在信道估計和插值後再做均衡處理，所用信道係數為當前TTI估計值，本發明所用信道係數為上一 TTI估計值。步驟S5 信道估計模塊M5對參考信號進行信道估計，得到當前子幀的信道係數， 信道估計的方法採用最小二乘法和DFT信道估計法。
步驟S6 頻域濾波模塊M6對導頻信道係數進行頻域濾波，濾波器採用三階濾波器
ο步驟S7 頻偏估計模塊M7對濾波後的導頻信道係數進行頻偏估計，估計值存於基站內的第一緩存器，用於下一子幀頻偏補償。步驟S8 時域插值模塊M8通過時域插值得到當前子幀的所有資源單元的信道估計，信道估計值存於基站內的第二緩存器，供下一子幀用，插值算法包括線性插值算法，最小均方誤差算法。本發明與傳統的信道估計方法有較大區別，在進行信道估計之前先進行頻偏補償進行載波同步和均衡處理，頻偏補償利用室內場景信道變化緩慢的特點，從基站內的第一緩存器中讀取上一子幀的頻偏值，而不用等待當前頻偏估計值進行補償，減少處理時間，均衡所用的信道係數為基站內的第二緩存器中讀取上一子幀的信道係數，無需等待當前子幀進行信道估計後的信道係數，大幅度較少解數據處理時間。FDD-LTE室內場景上行信道估計及載波同步裝置實例圖6給出了本發明的室內場景上行信道估計及載波同步裝置實例原理和流程，參見圖6，本實例的信道估計及載波同步裝置包括以下模塊前端處理模塊Ml、獲取緩存數據模塊M2、頻偏補償模塊M3、均衡模塊M4、信道估計模塊M5、頻域濾波模塊M6、頻偏估計模塊M7、時域插值模塊M8，所述的前端處理模塊Ml包括去循環前綴模塊、7. 5kHZ頻偏補償模塊和傅立葉變換模塊，經過這三個模塊處理及得到處理對象的頻域信號；去循環前綴模塊、 7. 5kHZ頻偏補償模塊和傅立葉變換模塊依次連接，獲取緩存數據模塊M2分別與前端處理模塊Ml的傅立葉變換模塊和獲取緩存數據模塊M2相連，獲取緩存數據模塊M2分別與頻偏補償模塊M3和信道估計模塊M5相連，頻偏補償模塊M3與均衡模塊M4相連，信道估計模塊 M5依次與頻域濾波模塊M6、頻偏估計模塊M7、時域插值模塊M8相連。前端處理模塊Ml包括三個模塊，及去循環前綴模塊、7. 5kHZ頻偏補償模塊和傅立葉變換模塊，經過這三個模塊處理及得到處理對象的頻域信號。其中去循環前綴模塊是發射添加了循環前綴，7. 5kHZ頻偏補償模塊是補償發射時為了防止DC處噪聲影響而添加了半載波頻偏及7. 5Khz頻偏，傅立葉變換將時域信號轉化到頻域。獲取緩存數據模塊M2用於從基站內的兩個緩存器中讀取上一子幀的頻偏值和上一子幀的經過頻域插值的信道係數矩陣。頻偏補償模塊M3中，補償的是上一子幀的頻偏值，而非當前子幀頻偏值，利用相鄰子幀間信道變化並不明顯的特點，減少處理時間，實現載波同步。均衡模塊M4用於實現頻域均衡，採用的算法為最大比合併方法，均衡模塊M4與傳統均衡算法在流程上相比，在做信道估計前進行均衡處理，可以節省硬體處理時間，無需較長的等待時間。信道估計模塊M5用於實現對所有參考信號的信道估計，對頻偏補償模塊M3後的導頻進行信道估計，信道估計算法為最小二乘法。頻域濾波模塊M6中，採用三階濾波器平滑濾波，濾波後的信道響應值為最終導頻信道響應。頻偏估計模塊M7針對頻域濾波模塊M6後的導頻信道響應進行頻偏估計，頻偏估
8計值利用相同子載波不同時間點的相位差來確定。時域插值模塊M8針對頻域濾波模塊M6後的導頻信道係數進行時域插值，參考信號時域插值結果參見圖4，時域插值算法為線性插值算法。本發明針對室內場景信道響應變化較緩慢特點，改變傳統信道估計流程，保證性能的前提下減少了硬體處理時間，對LTE-FDD系統，由於上行各個子幀數據在傳遞過程中是連續的，信道響應變化緩慢的前提下，上一子幀的信道係數可以用於當前子幀，本發明在進行信道估計前通過頻偏補償進行載波同步，在信道估計後進行頻偏估計累計統計頻偏值，用於下一子幀頻域同步。對於LTE-FDD上行幀，每個子幀都是相同的時頻結構，本發明在室內場景有著明顯優勢。本發明不太適合室外信道快速變化場景，在室外信道快速變化場景不能採用本發明方法，慢速移動場景可採用本方法。上述實例是提供給本領域普通技術人員來實現和使用本發明的，本領域普通技術人員可在不脫離本發明的發明思想前提下對實例進行修改和變化，因此本發明的保護範圍並不局限該實例，而是符合權利要求書的創新特徵的最大範圍。
權利要求
1.一種適用於FDD-LTE室內場景上行信道估計及載波同步的方法，其特徵在於包括以下步驟(1)基站每根天線上收到的數據，前端處理模塊Ml按每一個子幀為單位依次進行去循環前綴、7. 5kHZ定頻偏補償和離散傅立葉變換轉換到頻域，再經過資源塊解映射得到處理對象數據；(2)在TTI(η)內，經過解映射之後得到的導頻參考符號DMRS (η)和數據符號DATA (η)， 獲取緩存數據模塊Μ2從基站內的第一緩存器BUFl中讀取TTI(n-l)時刻估計到的頻偏值， 進行數據符號頻偏補償；(3)獲取緩存數據模塊M2從基站內的第二緩存器BUF2中讀取已存儲的TTI(n-1)時刻的數據符號信道估計值H(n-l)，經過頻偏補償模塊M3的頻偏補償的數據DATA (η)和信道估計值H (n-1)進入均衡模塊M4進行均衡處理後進行後續處理；(4)在步驟C3)進行的同時，信道估計模塊M5將步驟( 之後的DMRS(n)進行導頻信道估計，得到導頻信道係數H_DMRS(n)；(5)頻域濾波模塊M6再對H_DMRS(n)進行頻域濾噪，得到更為精確的導頻信道係數H_ DMRSl(η)；(6)頻偏估計模塊Μ7對步驟( 的導頻信道係數!1_01 1(11)進行頻偏估計，頻偏估計值存儲於基站內的第一緩存器BUFl ；(7)時域插值模塊M8利用步驟(5)的導頻信道係數!1_01 1(11)進行時域插值，通過時域插值得到該處理對象的數據信號的OFDM符號信道估計值H (η)，並存儲在基站內的第二緩存器BUF2中。
2.根據權利要求1所述的的方法，其特徵在於在步驟(4)進行信道估計方法為最小二乘法或DFT信道估計方法。
3.根據權利要求1所述的的方法，其特徵在於步驟(7)中頻域插值方法為線性插值算法。
4.適用於FDD-LTE室內場景上行信道估計及載波同步的裝置，包括前端處理模塊Ml、 獲取緩存數據模塊M2、頻偏補償模塊M3、均衡模塊M4、信道估計模塊M5、頻域濾波模塊M6、 頻偏估計模塊M7、時域插值模塊M8，所述的前端處理模塊Ml包括去循環前綴模塊、7. 5kHZ 頻偏補償模塊和傅立葉變換模塊，經過這三個模塊處理及得到處理對象的頻域信號；去循環前綴模塊、7. 5kHZ頻偏補償模塊和傅立葉變換模塊依次連接，獲取緩存數據模塊M2分別與前端處理模塊Ml的傅立葉變換模塊和獲取緩存數據模塊M2相連，獲取緩存數據模塊M2 分別與頻偏補償模塊M3和信道估計模塊M5相連，頻偏補償模塊M3與均衡模塊M4相連，信道估計模塊M5依次與頻域濾波模塊M6、頻偏估計模塊M7、時域插值模塊M8相連；前端處理模塊M1，將接收到的子幀數據進行去循環前綴、7. 5kHZ定頻偏補償和對數據按符號進行傅立葉變換處理，再經過資源塊解映射得到處理對象數據；獲取緩存數據模塊M2，獲取基站內的兩個緩存器存儲的上一子幀頻偏值和上一子幀的經過頻域插值的信道係數矩陣；頻偏補償模塊M3，對接收的導頻和數據進行頻偏補償，這個頻偏補償值為基站內的第二緩存器中讀取頻偏值，這個頻偏值為當前子幀和上一子幀的頻率偏移變化量；均衡模塊M4，利用頻偏補償模塊的數據和緩存數據模塊的信道係數進行均衡處理，均衡之後的數據就可以進行下一步處理了；信道估計模塊M5，對該處理對象的所有參考信號進行信道估計； 頻域濾波模塊M6，對該處理對象進行濾波操作；頻偏估計模塊M7，對該處理對象進行頻偏估計，存於基站內的第一緩存器中用於下子幀調用；時域插值模塊M8，通過時域插值得到當前子幀的所有資源單元的信道估計，存於基站內的第二緩存器中用於下一子幀調用。
全文摘要
本發明涉及一種適用於FDD-LTE室內場景上行信道估計及載波同步的方法與裝置，本發明的方法根據室內場景用戶移動緩慢，相鄰子幀間信道變化並不明顯的特點，進行信道估計之前先進行頻偏補償進行載波同步和均衡處理，頻偏補償從基站內的第一緩存器中讀取上一子幀的頻偏值，而不用等待當前估計值進行補償，減少處理時間，均衡所用的信道係數為基站內的第二緩存器中讀取上一子幀的信道係數，無需等待當前子幀信道估計係數，在做導頻信道估計及相關處理的同時可以做數據均衡及數據解碼，從而形成流水線操作，降低數據處理時間，提高接收機運算效率。
文檔編號H04L25/02GK102333063SQ20111032165
公開日2012年1月25日 申請日期2011年10月21日 優先權日2011年10月21日
發明者吳雪松, 李琳, 柯勇, 管鮑 申請人:武漢郵電科學研究院