Td-scdma系統中的線性聯合信道估計方法

2023-05-22 16:38:26 3

專利名稱：Td-scdma系統中的線性聯合信道估計方法
技術領域：
本發明涉及一種無線通信系統中接收機的信道估計方法，特別是一種TD-SCDMA系統中的線性聯合信道估計方法。

背景技術：
TD-SCDMA系統上行鏈路數據在基站通過天線接收後，接下來要進行信道估計和聯合檢測。聯合檢測技術則指的是充分利用多址幹擾(MA I)，一步之內將所有用戶的信號都分離開來的一種信號分離技術。TD-SCDMA系統十分適合使用聯合檢測技術，因為該系統裡碼道數有限並局限於非常合適的數目上，而且同一時隙裡的所有用戶都是同步的。聯合檢測技術已成為第三代移動通信技術中的熱點。TD-SCDMA系統中採用的聯合檢測技術是在傳統檢測技術的基礎上，充分利用造成多址幹擾的所有用戶信號及其多徑的先驗信息，把用戶信號的分離當作一個統一的相互關聯的聯合檢測過程來完成，從而具有優良的抗幹擾性能，降低了系統對功率控制精度的要求，因此可以更加有效地利用上行鏈路頻譜資源，顯著地提高系統容量。
信道估計在聯合檢測過程中是一個至關重要的部分，它將在多個方面影響檢測過程性能。聯合檢測器輸出的檢測信息的準確性與信道估計的質量直接相關，如何高效地得到準確的每個用戶的信道衝激響應是後續基帶算法實現的關鍵。通常來說，信道估計越準確，就能獲得越好的系統性能。
在同頻組網情況下的TD-SCDMA系統中，接收機信道估計方法一般有兩大類，即單小區信道估計方法和多小區聯合信道估計方法。
單小區信道估計方法就是沿用過去的Steiner估計器，將來自其它小區的信號當作幹擾來處理，顯然其性能嚴重受限於幹擾，在同頻組網的TD-SCDMA系統中通常無法正常工作。


發明內容
本發明的目的是提供一種TD-SCDMA系統中的線性聯合信道估計方法，以改善信道估計的性能，使之適用於同頻組網的TD-SCDMA系統。
為解決上述技術問題，該多小區聯合信道估計方法將多用戶檢測技術應用到信道估計中來，將來自不同小區的信號當作不同的用戶，採用適當的多用戶檢測技術以部分消除不同小區之間的相互幹擾。本發明的技術方案是 一種TD-SCDMA系統中的線性聯合信道估計方法，其特點是該方法包括以下步驟 (1)從接收機中實時接收K個小區的信號； (2)數據分割裝置從一個時隙的接收信號r中分離出對應中間碼部分的P個碼片的接收信號x，做為信道估計器的實時輸入； (3)根據參與聯合信道估計的K個小區的基本中間碼構造一個P×KP階復矩陣


的列為第k個小區基本中間碼的循環移位； (4)計算參與聯合信道估計的K個小區的基本中間碼的傅立葉變換FFT{Mk(，1)}，其中Mk(，1)表示矩陣Mk的第一列，即基本中間碼本身，表示成矩陣形式是Λk＝[λk，1…λk，P]T＝FFT{Mk(，1)}，p＝1，…，P，存儲計算結果Λk做為信道估計器的固定輸入值； (5)令S＝MMH，計算S的特徵值Λ＝[λ1…λP]T，其中·H表示復共軛轉置，·T表示轉置，計算方法為λk，p為Mk的特徵值，存儲矢量Λ做為信道估計器的固定輸入值； (6)計算接收信號x的傅立葉變換FFT{x}； (7)計算各個小區的信道衝激響應的估計的最小平方解其中*表示乘法，IFFT{·}表示逆快速傅立葉變換，conj{·}表示復共軛，.*表示對應元素相乘，FFT{·}表示快速傅立葉變換，./表示對應元素相除； (8)基於上述信道估計的結果，選定抽頭用於再次估計； (9)選定的抽頭形成一個新的信道衝激響應矢量h′，從矩陣M中抽取對應的列形成一個新的矩陣M′，信道衝激響應估計的最小平方解是
其中

表示Moore-Penrose偽逆； (10)將信道估計的結果h與接收信號r的數據符號部分一起應用到聯合檢測，以得到對發送數據符號的估計。
所述步驟9中再次估計時的選定抽頭的準則是基於對多徑時延擴展的假設。
所述的用於再次估計的M′是一個列滿秩矩陣的條件是M′的列數小於或等於P。
所述的P＝128，設定根據參見3GPP TS 25.221物理信道和傳輸信道到物理信道的映射(TDD)5A.2.3節。
所述的接收信號x可以表示成 x＝Mh+n 其中


為第k個小區的信道衝激響應，

為噪聲； 最小化估計誤差的Euclidean範數

可以得到信道衝激響應的估計的最小平方解為 其中·-1表示求逆。
所述的用於再次估計的新矩陣M′是一個列滿秩矩陣，信道衝激響應估計的最小平方解是 所述的再次估計中採用簡化算法計算M′HM′時，通過快速傅立葉變換的方法計算MHM，然後從中抽取所要的元素；計算(M′HM′)-1時，先將矩陣分塊，然後進行Cholesky分解；計算M′Hx時，同樣通過快速傅立葉變換的方法計算MHx，然後從中抽取所要的元素。
與現有技術相比，本發明的有益效果如下 在本發明技術方案的信道估計結果中，任一小區對其它小區的幹擾能夠得到較好的抑止，小區中的用戶對應的信道估計窗，能夠比較準確地反映了該用戶經歷的多徑環境。因此，與單小區信道估計結果比較，本發明的信道估計的性能有較大的改善。



圖1是一個典型的TD-SCDMA時隙結構示意圖。
圖2是信道估計和聯合檢測示意圖。
圖3是單小區信道估計方法和多小區聯合信道估計方法的仿真結果圖。

具體實施例方式 下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明，但不應以此限制本發明的保護範圍。
如圖1所示，給出一個典型的TD-SCDMA時隙結構示意圖。一個時隙由兩段352個碼片的數據符號、144個碼片的中間碼和16個碼片的保護間隔組成，總共864個碼片。
一般來說不同的小區使用不同的基本中間碼，基本中間碼生成中間碼參見3GPP TS 25.221物理信道和傳輸信道到物理信道的映射(TDD)5A.2.3節。
考慮一個可以同時接收到K個小區發射信號的情況。從接收機中實時接收K個小區的信號。
圖2給出一個信道估計和聯合檢測示意圖，如圖2所示，一個時隙的接收信號r包括864個碼片，通過數據分割裝置，截取其中對應中間碼部分的接收信號x，即第369個碼片到第496個碼片一共P個碼片作為信道估計器的實時輸入，這裡取P＝128。
對應中間碼部分的接收信號x可以表示成 x＝Mh+n 其中

即M是一個P×KP階復矩陣，

的列為第k個小區基本中間碼(Basic Midamble Code)的循環移位。


為第k個小區的信道衝激響應，其中·T表示轉置。

為噪聲。
信道衝激響應的估計的最小平方(LS，Least Square)解為 其中·H表示復共軛轉置，·-1表示求逆。
令S＝MMH，那麼Mk和S都是循環矩陣(Circulant Matrices)。根據循環矩陣的性質，Mk的特徵值為λk，p，p＝1，…，P，表示成矩陣形式，即Λk＝[λk，1…λk，P]T＝FFT{Mk(，1)}，其中Mk(，1)表示矩陣Mk的第一列，即基本中間碼本身。同樣地，S的特徵值可以表示成Λ＝[λ1…λP]T，其中 存儲所述的計算結果Λk、Λ做為信道估計器的固定輸入值。計算接收信號x的傅立葉變換FFT{x}。
因此信道衝激響應的估計的最小平方解也可以根據 計算得到信道估計結果。
其中*表示乘法，IFFT{·}表示逆快速傅立葉變換，conj{·}表示復共軛，·*表示對應元素相乘，FFT{·}表示快速傅立葉變換，./表示對應元素相除。
基於上述信道估計結果，根據某種準則，例如基於對多徑時延擴展的假設，選擇某些可能存在多徑信號的抽頭進行再次估計。選定的抽頭可以形成一個新的信道衝激響應矢量h′，從矩陣M中抽取對應的列形成一個新的矩陣M′，那麼信道衝激響應估計的最小平方解可以寫成
其中

表示Moore-Penrose偽逆。
當上述的新矩陣M′的列數小於或等於P時，M′是一個列滿秩矩陣，那麼上式可以寫成 在上述再次估計的過程中，可以應用一些簡化算法。例如，在計算M′HM′的時候，可以通過快速傅立葉變換的方法計算MHM，然後從中抽取所要的元素；在計算(M′HM′)-1的時候，可以先將矩陣分塊，然後進行Cholesky分解；在計算M′Hx的時候，同樣可以通過快速傅立葉變換的方法計算MHx，然後從中抽取所要的元素。
如圖2所示，信道估計的結果將應用到聯合檢測，與接收信號的數據符號部分一起得到對發送數據符號的估計。
通過一個仿真來說明本技術方案的積極效果，仿真條件如表1和表2所示，設定根據參見3GPP TS 25.102用戶設備無線發射和接收(TDD)。
表1 仿真條件

表2多徑衰落環境傳播條件
基於上述仿真條件，圖3給出了單小區信道估計方法和多小區聯合信道估計方法的Matlab仿真結果圖，圖中橫坐標為抽頭，縱坐標為強度。左邊兩個圖為單小區信道估計的結果，上圖是小區1的單小區信道估計結果，下圖是小區2的單小區信道估計結果；右邊兩個圖為本發明技術方案的結果，上圖是小區1的多小區線性聯合信道估計結果，下圖是小區2的多小區聯合線性信道估計結果。
顯然，在單小區的信道估計結果中，小區2受到了來自小區1較強的幹擾，而在本發明技術方案的信道估計結果中，來自小區1的幹擾得到較好的抑止，可以比較清楚地看到小區2中的一個用戶對應的信道估計窗，比較準確地反映了該用戶經歷的多徑環境。因此，與單小區信道估計結果比較，本發明有較大的性能改善。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並非用來限定本發明的實施範圍。即凡依本發明申請專利範圍的內容所作的等效變化與修飾，都應為本發明的技術範疇。
權利要求
1. 一種TD-SCDMA系統中的線性聯合信道估計方法，其特徵在於該方法包括以下步驟
(1)從接收機中實時接收K個小區的信號；
(2)數據分割裝置從一個時隙的接收信號r中分離出對應中間碼部分的P個碼片的接收信號x，做為信道估計器的實時輸入；
(3)根據參與聯合信道估計的K個小區的基本中間碼構造一個P×KP階復矩陣
的列為第k個小區基本中間碼的循環移位；
(4)計算參與聯合信道估計的K個小區的基本中間碼的傅立葉變換FFT{Mk(，1)}，其中Mk(，1)表示矩陣Mk的第一列，即基本中間碼本身，表示成矩陣形式是Λk＝[λk，1…λk，P]T＝FFT{Mk(，1)}，p＝1，…，P，存儲計算結果Λk做為信道估計器的固定輸入值；
(5)令S＝MMH，計算S的特徵值Λ＝[λ1…λP]T，其中·H表示復共軛轉置，·T表示轉置，計算方法為λk，p為Mk的特徵值，存儲矢量Λ做為信道估計器的固定輸入值；
(6)計算接收信號x的傅立葉變換FFT{x}；
(7)計算各個小區的信道衝激響應的估計的最小平方解其中*表示乘法，IFFT{·}表示逆快速傅立葉變換，conj{·}表示復共軛，*表示對應元素相乘，FFT{·}表示快速傅立葉變換，./表示對應元素相除；
(8)基於上述信道估計的結果，選定抽頭用於再次估計；
(9)選定的抽頭形成一個新的信道衝激響應矢量h′，從矩陣M中抽取對應的列形成一個新的矩陣M′，信道衝激響應估計的最小平方解是
其中
表示Moore-Penrose偽逆；
(10)將信道估計的結果h與接收信號r的數據符號部分一起應用到聯合檢測，以得到對發送數據符號的估計。
2. 根據權利要求1所述的TD-SCDMA系統中的線性聯合信道估計方法，其特徵在於所述的再次估計時的選定抽頭的準則是基於對多徑時延擴展的假設。
3. 根據權利要求1所述的TD-SCDMA系統中的線性聯合信道估計方法，其特徵在於所述的用於再次估計的M′是一個列滿秩矩陣的條件是M′的列數小於或等於P。
4. 根據權利要求1或3所述的TD-SCDMA系統中的線性聯合信道估計方法，其特徵在於所述的P＝128。
5. 根據權利要求1所述的TD-SCDMA系統中的線性聯合信道估計方法，其特徵在於所述的接收信號x表示成
x＝Mh+n
其中
為第k個小區的信道衝激響應，
為噪聲；
信道衝激響應的估計的最小平方解為
其中·-1表示求逆。
6. 根據權利要求1或3所述的TD-SCDMA系統中的線性聯合信道估計方法，其特徵在於所述的用於再次估計的新矩陣M′是一個列滿秩矩陣，信道衝激響應估計的最小平方解是
7. 根據權利要求6所述的TD-SCDMA系統中的線性聯合信道估計方法，其特徵在於所述的再次估計中採用簡化算法計算M′HM′時，通過快速傅立葉變換的方法計算MHM，然後從中抽取所要的元素；計算(M′HM′)-1時，先將矩陣分塊，然後進行Cholesky分解；計算M′Hx時，同樣通過快速傅立葉變換的方法計算MHx，然後從中抽取所要的元素。
全文摘要
本發明公開了一種TD-SCDMA系統中的線性聯合信道估計方法。該方法包括從接收機中實時接收K個小區的信號，數據分割裝置從接收信號r中分離出P個碼片的接收信號x，作為信道估計器的實時輸入並計算其傅立葉變換，計算K個小區的基本中間碼的傅立葉變換等作為信道估計器的固定輸入值，計算各個小區的信道衝激響應的估計的最小平方解，將信道估計的結果h與接收信號r的數據符號部分一起應用到聯合檢測，以得到對發送數據符號的估計；選定抽頭再次估計。本發明的信道估計的性能有較大的改善。
文檔編號H04B1/707GK101257324SQ20071003772
公開日2008年9月3日 申請日期2007年2月28日 優先權日2007年2月28日
發明者陳志群 申請人:展訊通信(上海)有限公司