专利名称：Td-lte数字中继下行信道估计方法
技术领域：
本发明的技术方案涉及适用于无线通信网络的业务或设施，具体地说是TD-LTE数字中继下行信道估计方法。
背景技术：
随着现在无线通信技术的不断发展，频谱资源已经变得格外紧张。为此，第三代合作伙伴计划(简称3GPP)为长期演进(简称LTE)制定了高速无线宽带接入的设计目标，这个目标是根据现有的频谱分配方案，在较高频段获得大宽带频谱，但是该频段路损和穿透损都较大，很难实现好的覆盖。如果所有的基站和核心网之间都采用传统的有线连接方式，会给运营商带来较大的部署难度和部署成本。因此3GPP组织在LTE-Advanced启动了中继 技术的研究来解决上述问题，中继技术最终在RlO中被引入到3GPP家族。为了获得高的频谱效率，LTE采用了需要相干解调的调制方式，这类调制方式多为多电平非恒幅调制方式，例如16QAM。而相干解调需要估计和跟踪衰落信道的信道特性。因此，信道参数的准确性对于整个LTE系统的性能起着至关重要的作用。为了减小中继接收端信道估计的复杂性和获得尽可能精确的信道特性，有必要对LTE下行信道所采用的信道估计技术进行研究。对LTE下行信道所采用的信道估计技术进行研究的现有技术状况是[I]张继东等在其《基于导频的OFDM信道估计及其研究进展》(参见《通信学报》2003年11月)一文中，分析比较了几种导频点信道估计算法(LS，LMMSE, SVD)和数据点插值算法(线性内插，高斯内插，cubic内插)的优缺点。仿真证明奇异值分解算法优于线性内插算法和LS算法。但是文章提及的信道估计算法的效果相对较差，而在实际应用时应根据具体情况采用不同的方法，很不方便。[2]王新征等在其《一种基于导频的OFDM系统信道估计方法》(参见《系统仿真学报》2006年11月)一文中，提出一种基于变换域的使用矩形导频图案的OFDM系统信道估计方法，但是该方法在LTE中下行采用的菱形导频无法均匀分布到每个分块中。[3]吴晓光等在其《0FDM系统中一种高精度信道估计算法》(参见《北京邮电大学学报》2007年6月)一文中，提出了一种基于梳状导频的LS信道估计算法，这种算法的缺点是LMMSE算法需要信道矩阵的自相关函数，LTE下行信道估计实现的时候需要存储大量的信道相关系数，这是比较复杂的。[4]徐鹏超，俞晖，徐友云等在其《LTE下行信道估计算法研究》(参见《通信技术》2010年第5期)一文中，提出在IOM下行发射带宽，常规CP模式，多普勒频移50HZ的配置下仿真了采用LS算法进行导频点信道估计和频域LMMSE内插的方法，但该LTE下行信道估计算法的实现的复杂性高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出TD-LTE数字中继下行信道估计方法，是一种低复杂度适合于TD-LTE数字中继系统下行信道的信道估计方法，首先在中继接收端利用最小二乘算法对同步后的正交频分复用符号进行导频点信道估计，然后在频域进行线性插值，得到频域信道特性，最后在时域进行线性插值，得到全部数据点信道特性。该方法克服了现有LTE下行信道估计算法的高复杂度的缺点。本发明解决该技术问题所采用的技术方案是TD-LTE数字中继下行信道估计方法，是一种低复杂度适合于TD-LTE数字中继系统下行信道的信道估计方法，其步骤是第一步，确定下行导频资源格形式在LTE下行参考信号中选用小区专用参考信号，根据3GPP R8协议中TS36. 211对物理层参考信号的规定，确认离散导频的插入方式为频域导频每隔6个子载波插入I个，时域导频每隔7个OFDM符号插入I个；
第二步，信号的接收和对接收到的信号数据进行处理2. I在LTE数字中继下行信道估计操作系统中采用双天线接收信号数据，该操作系统的中继接收端的两天线接收的信号数据是经过信道传输的数据，分别是天线O接收的两路信号数据和天线I接收的两路信号数据；2. 2根据同步信号所确定的OFDM符号起始位置和常规CP模式及扩展CP模式，分别对天线O接收到的两路信号和天线I接收到的两路信号用LS算法进行导频点信道估计，将提取出的导频信号分别跟本地导频信号相除得到导频点信道特性；2. 3根据上述LS算法估计到的导频点的信道特性进行频域内插，即采用频域数据点处的线性插值算法和边缘近似线性内插算法，得到频域含有导频的OFDM符号信道特性；2. 4根据上述内插得到的频域含导频OFDM符号信道特性，内插时域所有不含导频的OFDM符号，即采用时域数据点线性插值算法，边缘OFDM符号采用近似的线性插值，得到所有数据点信道特性，最后根据两个天线分别延时接收的数据，经多输入和多输出检测估计出发送的数据。上述OFDM的全称是OrthogonalFrequency Division Multiplexing,译为同步后的正交频分复用，LS的全称是Least-Squares,即最小二乘算法。上述TD-LTE数字中继下行信道估计方法，所述LTE数字中继下行信道估计操作系统是根据3GPP R8协议TS36. 211中对双天线配置下LTE下行链路导频图案的规定提取导频，现在对发射天线O和发射天线I进行导频提取，具体步骤是，接收天线已同步信号Ytl经过发射天线O导频提取得到导频Y_，经过发射天线I导频提取得到导频Yptll,经延时接收得到数据\，接下来采用LS算法分别对提取到的两路导频信号Ypcitl和Yptll进行导频点信道估计，对发射天线0，得到发射天线O的导频点信道特性，对发射天线I，得到对发射天线I的导频点信道特性H (1，再进行级联时频二维线性内插，分别得到发射天线O的全部数据点信道特性身w和发射天线I的全部数据点信道特性I;接收天线已同步信号Y1经过发射天线O导频提取得到导频Ypltl,经过发射天线I导频提取得到导频Yp，经延时接收得到数据Y1,接下来采用LS算法分别对提取到的两路导频信号Ypltl和Ypll进行导频点信道估计，对发射天线0，得到发射天线O的导频点信道特性W 对发射天线1，得到对发射天线I的导频点信道特性^ ，再进行级联时频二维线性内插，分别得到发射天线O的全部数据点信道特性F11和发射天线I的全部数据点信道特性或1;最后通过MIMO检测对延时接收的两路天线数据YpY1和各天线内插得到的全部数据信道特性身M、和开处理，得到基站发送的数据尤和尤。上述TD-LTE数字中继下行信道估计方法，所述LTE数字中继下行信道估计操作系统中采用LS算法分别对接收到的两路已同步信号\、Y1进行导频点信道估计，所使用的MATLAB软件仿真流程如下中继接收端双天线接收两路经过IFFT解调和同步信号校正的数据一天线O接收的两路信号分别采用LS算法进行导频点信道估计一天线O用LS算法估计完的导频点信道特性进行级联的时频二维线性内插一天线O内插完毕？ 一N，返回天线OLS算法估计完的导频点信道特性进行级联的时频二维线性内插；Y，天线I接收的两路信号分别采用LS算法进行导频点信道估计一天线I用LS算法估计完的导频点信道特性进行级联的时频二维线性内插一天线I内插完毕？ 一N，返回天线ILS算法估计完的导频点信道特性进行级联的时频二维线性内插；Υ，对估计完的两路天线信号最大似然解码一估计出的发送数据。 上述IFFT为快速傅里叶反变换的英文缩写。上述TD-LTE数字中继下行信道估计方法，所述第二步2. 2中的用LS算法进行导频点信道估计的具体方法是对接收天线0，估计出发射天线O导频点信道特性，发射天线I导频点信道特性，对接收天线1，估计出发射天线O导频点信道特性H，发射天线I导频点信道特性Hpll; LS算法进行如下导频点信道估计由LS算法原理，频域接收端信号可以表示为Rm’’ n, = Hm’’ n, Sm,，n’+Nm’’n’经过简单推导可以得到Hm n 金
m 'n其中，Sm, ,n，为发射端的导频数据，Hm^n.为导频点的信号频率响应，Rni^为接收到的导频信息，Nffl^n,为导频点噪声项，其统计特性服从高斯白噪声分布。上述TD-LTE数字中继下行信道估计方法，所述第二步2. 3中的采用频域数据点处的线性插值算法和边缘近似线性内插算法的具体方法是LS算法估计到的相邻导频点之间进行频域线性插值，对接收天线0，插值得到发射天线O的信道特性戍 和发射天线I的信道特性/7对接收天线1，插值得到发射天线O的信道特性和发射天线I的信道特性尽在用天线O导频点进行信道估计的时候，天线I导频点数据设置为0，用天线I导频点进行估计的时候，天线O导频点数据设置为0，根据线性插值公式H{k) = H(mL + /) = (I — —)Hp(m) +—Hp(m +1) O ^ I ^ L可以得到LTE下行频域线性插值公式Hmn=axxR , +βχχΚ ,Α
'-Jm=n 1 mji · 1 m.n +AwΔη = 6 antennaO，I
权利要求
1.TD-LTE数字中继下行信道估计方法，其特征在于是一种低复杂度适合于TD-LTE数字中继系统下行信道的信道估计方法，其步骤是 第一步，确定下行导频资源格形式 在LTE下行参考信号中选用小区专用参考信号，根据3GPP R8协议中TS36. 211对物理层参考信号的规定，确认离散导频的插入方式为频域导频每隔6个子载波插入I个，时域导频每隔7个OFDM符号插入I个； 第二步，信号的接收和对接收到的信号数据进行处理 2.I在LTE数字中继下行信道估计操作系统中采用双天线接收信号数据，该操作系统的中继接收端的两天线接收的信号数据是经过信道传输的数据，分别是天线0接收的两路信号数据和天线I接收的两路信号数据； 2.2根据同步信号所确定的OFDM符号起始位置和常规CP模式及扩展CP模式，分别对天线0接收到的两路信号和天线I接收到的两路信号用LS算法进行导频点信道估计，将提取出的导频信号分别跟本地导频信号相除得到导频点信道特性； 2.3根据上述LS算法估计到的导频点的信道特性进行频域内插，即采用频域数据点处的线性插值算法和边缘近似线性内插算法，得到频域含有导频的OFDM符号信道特性； 2.4根据上述内插得到的频域含导频OFDM符号信道特性，内插时域所有不含导频的OFDM符号，即采用时域数据点线性插值算法，边缘OFDM符号采用近似的线性插值，得到所有数据点信道特性，最后根据两个天线分别延时接收的数据，经多输入和多输出检测估计出发送的数据。
2.按照权利要求I所说TD-LTE数字中继下行信道估计方法，其特征在于所述LTE数字中继下行信道估计操作系统是根据3GPP R8协议TS36. 211中对双天线配置下LTE下行链路导频图案的规定提取导频，现在对发射天线0和发射天线I进行导频提取，具体步骤是，接收天线已同步信号Ytl经过发射天线0导频提取得到导频Y_，经过发射天线I导频提取得到导频Yptll，经延时接收得到数据\，接下来采用LS算法分别对提取到的两路导频信号Yp00和Yptll进行导频点信道估计，对发射天线0，得到发射天线0的导频点信道特性，对发射天线1，得到对发射天线I的导频点信道特性&M，再进行级联时频二维线性内插，分别得到发射天线0的全部数据点信道特性汉^和发射天线I的全部数据点信道特性#^;接收天线已同步信号Y1经过发射天线0导颅提取得到导频Ypltl,经过发射天线I导频提取得到导频Ypll，经延时接收得到数据Y1,接下来采用LS算法分别对提取到的两路导频信号Yplo和Ypll进行导频点信道估计，对发射天线0，得到发射天线0的导频点信道特性，对发射天线1，得到对发射天线I的导频点信道特性&，再进行级联时频二维线性内插，分别得到发射天线0的全部数据点信道特性和发射天线I的全部数据点信道特性;最后通过MIMO检测对延时接收的两路天线数据\、Y1和各天线内插得到的全部数据信道特性A00' Hm,戍^和戍,处理，得到基站发送的数据尤和尤。
3.按照权利要求2所说TD-LTE数字中继下行信道估计方法，其特征在于所述LTE数字中继下行信道估计操作系统中采用LS算法分别对接收到的两路已同步信号U1进行导频点信道估计，所使用的MATLAB软件仿真流程如下中继接收端双天线接收两路经过IFFT解调和同步信号校正的数据一天线O接收的两路信号分别采用LS算法进行导频点信道估计一天线O用LS算法估计完的导频点信道特性进行级联的时频二维线性内插一天线O内插完毕？ 一N，返回天线OLS算法估计完的导频点信道特性进行级联的时频二维线性内插；Y，天线I接收的两路信号分别采用LS算法进行导频点信道估计一天线I用LS算法估计完的导频点信道特性进行级联的时频二维线性内插—天线I内插完毕？ 一N，返回天线ILS算法估计完的导频点信道特性进行级联的时频二维线性内插；Y，对估计完的两路天线信号最大似然解码一估计出的发送数据。
4.按照权利要求I所说TD-LTE数字中继下行信道估计方法，其特征在于所述第二步-2.2中的用LS算法进行导频点信道估计的具体方法是 对接收天线0，估计出发射天线0导频点信道特性&_，发射天线I导频点信道特性Hh ,对接收天线1，估计出发射天线0导频点信道特性，发射天线I导频点信道特性Hpll; LS算法进行如下导频点信道估计 由LS算法原理，频域接收端信号可以表示为
5.按照权利要求I所说TD-LTE数字中继下行信道估计方法，其特征在于所述第二步-2.3中的采用频域数据点处的线性插值算法和边缘近似线性内插算法的具体方法是 LS算法估计到的相邻导频点之间进行频域线性插值，对接收天线0，插值得到发射天线0的信道特性^00和发射天线I的信道特性戍i;对接收天线1，插值得到发射天线0的信道特性和发射天线I的信道特性或t，在用天线0导频点进行信道估计的时候，天线I导频点数据设置为0，用天线I导频点进行估计的时候，天线0导频点数据设置为0，根据线性插值公式
6.按照权利要求I所说TD-LTE数字中继下行信道估计方法，其特征在于所述第二步、2.4中的时域数据点线性插值算法是利用频域估计到的含导频OFDM符号的信道特性去插值时域不含导频的OFDM符号，下行时域线性插值公式可以表示为
全文摘要
本发明TD-LTE数字中继下行信道估计方法，涉及适用于无线通信网络的业务或设施，是一种低复杂度适合于TD-LTE数字中继系统下行信道的信道估计方法，步骤是，首先在LTE下行参考信号中选用小区专用参考信号，根据3GPPR8协议中TS36.211对物理层参考信号的规定，确认离散导频的插入方式；然后在中继接收端利用最小二乘算法对同步后的正交频分复用符号进行导频点信道估计，再在频域进行线性插值,得到频域信道特性，最后在时域进行线性插值，得到全部数据点信道特性。本发明方法的显著优点是算法相对简单，具有一定的跟踪信道时频特性能力，克服了现有LTE下行信道估计算法的高复杂度的缺点。
文档编号H04L27/26GK102761504SQ201210237560
公开日2012年10月31日 申请日期2012年7月10日 优先权日2012年7月10日
发明者冯杰, 刘剑飞, 曾祥烨, 杨建坡, 王蒙军 申请人:奥维通信股份有限公司, 河北工业大学