一種基於mimo-ofdm系統的信道估計方法及裝置製造方法

2023-06-06 23:57:31

一種基於mimo-ofdm系統的信道估計方法及裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於MIMO-OFDM系統的信道估計方法，該方法包括以下步驟：利用最小二乘(LS)信道估計算法計算得到MIMO-OFDM系統中每一條數據流的導頻數據的LS信道衝激響應估計值HLS，其中，所述導頻數據相互正交；利用導頻數據之間的正交性，對於所述LS信道衝激響應估計值中進行初步幹擾消除，得到消除幹擾後的信道衝激響應估計值HLS_IC；利用頻域MMSE信道估計算法對所述步驟2得到的信道衝激響應估計值HLS_IC進行進一步的幹擾和噪聲消除，得到每一數據流的最終的信道衝激響應估計值。本發明能夠在現有MMSE算法的基礎之上，性能提升1dB左右，並且對於高階調製有著更好的性能。
【專利說明】-種基於MIMO-OFDM系統的信道估計方法及裝置

【技術領域】
[OOOU 本發明設及通信【技術領域】，尤其設及一種基於MIMO-OFDM系統的信道估計方法及 裝置。

【背景技術】
[0002] MIMO-OFDM系統是在OFDM系統存在香農容量限制該個不可突破瓶頸的基礎之上， 通過在收發兩端都採用多根天線配置，即在空間中產生獨立的並行信道同時傳輸多路數據 流據，從而在不增加系統帶寬的情況下增加頻譜效率，有效地提高了系統的傳輸效率。但也 由於多衰落信道下多路數據的傳輸，造成了數據間的相互幹擾，該就對信道估計性能的要 求更為苛刻。
[0003] 信道估計技術是對移動信道的多徑衰落瞬時特性進行估計的技術，是影響OFDM 系統和MIMO-OFDM系統性能的關鍵因素。MIMO-OFDM系統與傳統單天線情況下的OFDM系統 相比對於信道的估計更加困難，原因在於多天線的使用使得在任一子載波上接收到的信號 都是多個崎變信號的疊加。當對其中一個接收天線進行估計時，其他發送天線的發送信號 就成為了幹擾。
[0004] 通常對信道估計技術的評價有=個方面：對數據傳輸速率的影響、計算的複雜度 W及估計的準確程度。對信道估計的期望是儘量在小的額外的系統開銷W及計算複雜度較 小的情況下，提高估計精度。
[0005] 一般信道估計技術有非盲信道估計技術、盲信道估計技術W及在此基礎上發展起 來的半盲信道估計。盲信道估計不藉助導頻符號，不佔用額外的頻譜資源。它主要利用接 收信號的高階統計量進行信號處理，就可W得到信道的估計值，但是它的缺點是需要很大 的樣本數、計算量大、收斂速度慢，因此它不利於實時通信。非盲信道估計需要在發送端發 送接收端已知的導頻信號，因此，也稱為基於導頻的信道估計技術。雖然佔用了額外的頻譜 資源，減小了數據傳輸率，但對於接收端來說，導頻信號是已知的，其算法相對簡單，並且可 W通過對導頻位置的設置，更好的跟蹤信道的變化，便於實時得到信道狀態。因此，在目前 的許多通信系統中都得到了廣泛的應用，也成為目前學術界研究的熱點。
[0006] 基於導頻的f目道估計方法有很多，比如最小^乘算法（Least Squares,L巧和最小 均方誤差算法（Minimum Mean Square化ro;r，MMSE) W及相應的演變算法。LS算法不需要 知道信道的統計特性，實現起來相對簡單，但其估計值受子載波幹擾和白噪聲影響很多，估 計性能很差；MMSE算法對子載波幹擾和白噪聲有很好的抑制作用，其利用了信道的統計特 性包括信道自相關矩陣和噪聲方差。然而典型的MMSE算法存在計算複雜度高、信道統計特 性（噪聲方差和多徑時延）不容易求得等問題，需對其進行算法簡化，才可在實際系統中應 用。
[0007] 導頻序列的設計與信道估計算法的性能密切相關，特別是對於採用塊狀導頻序列 的系統來說，好的導頻分布與取值將極大提高估計算法的性能。LTE-Advanced系統上行鏈 路採用塊狀導頻方案來存放DMRS解調參考信號，塊狀導頻信號的分布示意圖如圖1所示， 其中每個導頻符號上的所有子載波都用做導頻，圖1中，黑色方框表示參考信號所在的位 置，白色方框表示數據信號所在的位置，1表示OFDM符號序號。本發明提出的方法即為針 對塊狀導頻設計的一種信道估計方法，並在此基礎上實現一種應用於該方法的裝置。


【發明內容】

[0008] 本發明提出了一種基於MIM0-0FDM系統的信道估計方法及裝置，使用的前提是導 頻信號具有正交性，且不同數據流的導頻信號由基本正交序列通過不同的循環移位方法實 現。
[0009] 根據本發明的一方面，提出一種基於MIM0-0抑M系統的信道估計方法，該方法包 括W下步驟：
[0010] 步驟1，利用最小二乘（L巧信道估計算法計算得到MIM0-0FDM系統中每一條數據 流中導頻數據位置處的LS信道衝激響應估計值町5,其中，所述導頻數據相互正交；
[0011] 步驟2,利用導頻數據之間的正交性，對於所述LS信道衝激響應估計值中進行初 步幹擾消除，得到消除幹擾後的信道衝激響應估計值Huje;
[0012] 步驟3,利用頻域MMSE信道估計算法對所述步驟2得到的信道衝激響應估計值 le進行進一步的幹擾和噪聲消除，得到每一數據流的最終的信道衝激響應估計值。
[001引根據本發明的另一方面，還提出一種基於MIM0-0抑M系統的信道估計裝置，該裝 置包括；LS信道估計器、幹擾消除裝置和MMSE信道估計器，其中：
[0014] 所述LS信道估計器用於對於每一條數據流的導頻數據進行LS信道估計，得到頻 域上的每一條數據流中導頻數據位置處對應的LS信道衝激響應估計值，並將得到的LS信 道衝激響應估計值發送到幹擾消除裝置；
[0015] 所述幹擾消除裝置用於對於LS信道估計器得到的LS信道衝激響應估計值中進行 初步幹擾消除，並將消除幹擾後的信道衝激響應估計值發送到MMSE信道估計器中；
[0016] 所述匪SE信道估計器用於將消除幹擾後的信道衝激響應估計值進行頻域匪SE信 道估計，進一步消除幹擾和噪聲，最終得到每一數據流的信道衝激響應估計值。本發明能夠 在現有MMSE算法的基礎之上，性能提升1地左右，並且對於高階調製具有更好的性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1為塊狀導頻信號的分布示意圖；
[0018] 圖2為本發明信道估計方法的流程圖；
[0019] 圖3為一實例中2*2MIM0信道結構示意圖；
[0020] 圖4為根據本發明一實施例的採用64QAM調製方法在EPA (都卜勒頻移為甜Z)信 道下的BLER性能圖；
[002U 圖5為根據本發明一實施例的採用64QAM調製方法在EVA(都卜勒頻移為70化） 信道下的BLER性能圖；
[002引圖6為根據本發明一實施例的採用QPSK調製方法在ETU(都卜勒頻移為300Hz) 信道下的BLER性能圖；
[0023] 圖7為本發明信道估計裝置的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0024] 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，W下結合具體實施例，並參照 附圖，對本發明進一步詳細說明。
[0025] 為了便於說明，在本發明的下述實施例中，將WLTE上行系統為例，對本發明提出 的一種基於導頻信號的信道估計方法進行解釋。
[0026] 圖2為本發明信道估計方法的流程圖，如圖2所示，所述信道估計方法包括W下步 驟：
[0027] 步驟1，利用最小二乘（Least Squares, L巧信道估計算法計算得到MIMO-OFDM系 統中每一條數據流中導頻數據位置處的LS信道衝激響應估計值町5,其中，所述導頻數據相 互正交；
[002引步驟2,利用導頻信號的正交性原理，通過鄰近導頻信號之間的相關運算，消除所 述LS信道衝激響應估計值中其他數據流對本數據流的幹擾影響，得到消除幹擾後的信道 衝激響應估計值町SK;
[0029] 所述步驟2進一步包括：
[0030] 首先判斷數據流的個數M，然後根據M值的不同進行不同的操作；若M= 1，則直接 輸出所述步驟1得到的LS信道衝激響應估計值；若M〉l，則採用相鄰M個數據流的LS信道 衝激響應估計值進行相加求平均的方法，來消除其他數據流所帶來的幹擾，最終得到消除 幹擾後的信道衝激響應估計值町SK。
[003U 所述步驟2幹擾消除的原理為；在MIMO系統、多數據流傳輸的情況下，同一數據 流鄰近信號處的信道衝激響應可假設是相同的，並且不同數據流的導頻信號是由基本正交 序列通過不同的循環移位得到的，而時域的循環移位等價於在頻域上的相位旋轉，在採用 等間距的相位旋轉的情況下，其他數據流和本數據流對應位置處的導頻信號相除後的結果 在相鄰信號位置處通過相加操作是可W相互抵消的，只剩下本數據流對應的信道衝激相應 值，即消除其他數據流對本數據流的幹擾影響。
[0032] 具體來說，LS信道估計算法的公式為：
[0033]

【權利要求】
1. 一種基於MIMO-OFDM系統的信道估計方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟： 步驟1，利用最小二乘（LS)信道估計算法計算得到MM0-0FDM系統中每一條數據流中 導頻數據位置處的LS信道衝激響應估計值，其中，所述導頻數據相互正交； 步驟2,利用導頻數據之間的正交性，對於所述LS信道衝激響應估計值中進行初步幹 擾消除，得到消除幹擾後的信道衝激響應估計值rc; 步驟3,利用頻域麗SE信道估計算法對所述步驟2得到的信道衝激響應估計值氏^進 行進一步的幹擾和噪聲消除，得到每一條數據流的最終的信道衝激響應估計值。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟2進一步包括： 首先判斷數據流的個數M，若M = 1，則直接輸出所述步驟1得到的LS信道衝激響應估 計值；若M>1，則採用相鄰M個數據流的LS信道衝激響應估計值進行相加求平均的方法，來 消除其他數據流所帶來的幹擾，最終得到消除幹擾後的信道衝激響應估計值Hu K。
3. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟3進一步包括以下步驟： 步驟31，根據最大時延擴展值獲得信道自相關矩陣Rhh; 步驟32,根據所述步驟31得到的信道自相關矩陣Rhh，計算MMSE濾波器的係數； 步驟33,根據鄰近信號的相關性特點，對於所述麗SE濾波器係數的長度進行縮減處 理； 步驟34,利用降低濾波器係數長度的MMSE濾波器係數進行MMSE信道估計，得到最終的 信道衝激響應估計值。
4. 根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述最大時延擴展值和噪聲方差均為一 固定值。
5. 根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述步驟32中，利用下式計算MMSE濾波 器的係數： ff = Rhh(Rhh+〇2I), 其中，〇2表示加性高斯白噪聲的方差，I表示單位矩陣。
6. 根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述步驟34中，利用下式進行麗SE信道 估計： Hmmse - WH LS-IC - R HH (RhH+ 0 I) HLS-1C。
7. -種基於MIMO-OFDM系統的信道估計裝置，其特徵在於，該裝置包括：LS信道估計 器、幹擾消除裝置和麗SE信道估計器，其中： 所述LS信道估計器用於對於每一條數據流的導頻數據進行LS信道估計，得到頻域上 的每一條數據流的導頻數據對應的LS信道衝激響應估計值，並將得到的LS信道衝激響應 估計值發送到幹擾消除裝置； 所述幹擾消除裝置用於對於LS信道估計器得到的LS信道衝激響應估計值中進行初步 幹擾消除，並將消除幹擾後的信道衝激響應估計值發送到MMSE信道估計器中； 所述MMSE信道估計器用於將消除幹擾後的信道衝激響應估計值進行頻域MMSE信道估 計，進一步消除幹擾和噪聲，最終得到每一數據流的信道衝激響應估計值。
8. 根據權利要求7所述的裝置，其特徵在於，所述MMSE信道估計器進一步包括計算單 元和數據緩存單元，其中： 所述計算單元用於進行MMSE信道估計； 所述數據緩存單元用於存儲信道估計過程中產生的緩存數據。
【文檔編號】H04L27/26GK104486266SQ201410768695
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月12日 優先權日:2014年12月12日
【發明者】郭曉龍, 王曉琴, 郭晨, 郭璟 申請人:中國科學院自動化研究所