一种LTE系统下的信道估计方法与流程

技术特征：

1.一种lte系统下的信道估计方法，其特征在于：在接收机侧，首先在频域上进行ls最小二乘法信道估计，得到初步的信道估计结果，再进行mmse最小均方误差信道估计，提升信道估计的准确性，然后对频域信道估计结果进行ifft逆变换，利用信道冲激响应的时间有限性，对信道持续时间之外的信号进行截断，强制置零，降低噪声的能量，最后进行fft变换回到频域，从而实现对信道估计的精度提升。

2.根据权利要求1所述的lte系统下的信道估计方法，其特征在于：所述信道估计方法包括以下步骤：

s1、频域均衡；

s2、ls最小二乘法信道估计；

s3、mmse最小均方误差信道估计；

s4、噪声估计；

s5、时域截断。

3.根据权利要求2所述的lte系统下的信道估计方法，其特征在于：在步骤s1中，信道估计的系统方程，用离散卷积的形式表达成：

其中，为输入信号，信道冲激响应，为观测信号，为输入信号的长度；

以矩阵形式表达如下：

其中，为

是信道的冲激响应；

是观测信号；

是复高斯噪声；

根据离散傅里叶变换的性质，时域圆卷积对应着频域相乘；

为了应用频域相乘，首先把上述表达式的关系转换成圆卷积的形式，方法如下，把切成长度为的段，然后累加起来：

观测信号和噪声也做同样的处理：

这样处理后的信号之间是圆卷积的关系：

用矩阵表达则为：

和是由和排列而成的列矢量，

在矩阵论里面，用大写黑体表示矩阵，小写黑体表示矢量，为了遵从这个规则，本文表达中用、表示频域信号，以免混淆，如果把排列成矢量，把排列成矢量，则离散傅里叶变换可用矩阵来表示：

逆变换为：

其中为n点的离散傅里叶变换矩阵；

记，

对方程两边做dft变换：

由此得到，频域内的方程表达成：

其中，

根据卷积定理，时域圆卷积对应频域乘积，必须是一个对角矩阵：

。

4.根据权利要求3所述的lte系统下的信道估计方法，其特征在于：在步骤s2中，

ls最小二乘法信道估计不考虑噪声影响，因此频域内的方程变成：

构造误差向量：

；

其中，e是误差向量，是所接收的频域信号，是所发送的频域信号，

是频域ls最小二乘法信道估计，表示对信号向量的估计；

要使信号估计的均方误差最小，则需要满足条件：

；

对上式进行变换：

；

上式j对矩阵求偏导，并令偏导为零，则：

；

即：

所以有：

由此得到频域ls最小二乘法信道估计。

5.根据权利要求4所述的lte系统下的信道估计方法，其特征在于：在步骤s3中，

mmse最小均方误差信道估计充分考虑了噪声的影响，在ls最小二乘法完成对信道的初步估计基础上，进一步进行最小均方误差信道估计，

采用mmse最小均方误差信道估计时，令，对频域内的方程构造误差向量：

；

其中，e是误差向量，是信道频域特性，是信道频域mmse最小均方误差估计；

要使信号估计的均方误差最小，则需要满足条件：

；

对上式进行变换：

；

上式j对矩阵求偏导，并令偏导为零，则：

；

即：

所以有：

令，表示噪声功率，则

所以，有

其中，为简化计算，考虑实际工程实现，在对的计算中，以近似替代，由此得到频域mmse最小均方误差信道估计。

6.根据权利要求5所述的lte系统下的信道估计方法，其特征在于：在步骤s4中，

上式中还有一个噪声项需要估计，为了估计系统噪声，进行以下计算：

假设在第个ofdm符号上的第个子载波上收到信号表示为：

其中，，为子载波数，表示第m个ofdm符号上的第个子载波上的信道频率响应，表示第m个ofdm符号上的第个子载波上发射的符号，表示第m个ofdm符号上的第个子载波上的加性高斯平稳噪声，均值为0，方差为；

由于以下步骤针对每一个子载波k都做处理，为方便描述，以下式子省略了下标k，且以导频符号位置记为3和10为例，即上行lte导频符号位置：

1)通过ls信道估计，计算信道频率响应、；

2)计算信道频域响应差;

3)计算状态补偿量：;

4)计算，其中；

5)由，计算；

6)计算；

7)计算，从而得到噪声方差估计。

7.根据权利要求6所述的lte系统下的信道估计方法，其特征在于：在步骤s5中，

采用频域mmse最小均方误差信道估计法获得后，通过时域截断处理的方法得到更加准确的信道估计；

在一个无线传播环境当中，信道的时延扩展，也就是相干带宽基本上是不变的，可以认为是一个已知量，通过已经得到的ls信道估计来进一步获得：

1)依据ls信道估计进行频域信道响应的自相关函数计算；

2)确定自相关函数的3db带宽；

3)计算频域相关带宽；

4)确定均方根时延扩展；

5)根据高斯正态概率分布，最大时延扩展大概率小于，取；

假设已经通过信道估计获得信道的最大时延扩展，根据傅里叶逆变换，对频域mmse最小均方误差信道估计值进行傅里叶逆变换：

其中，

为频域mmse最小均方误差信道估计；

为傅里叶逆变换，

为mmse最小均方误差信道估计时域表达式，时域上为一个n点离散序列，记作：，

利用信道的时延扩展长度的先验信息，将超过长度之外的信息响应置为零，进行时域截断，由此得到时域截断后的时域信道估计:

,0,0,,0

对时域截断后的时域信道估计进行傅里叶变换，由此可得更高精度的信道估计：

其中

就是通过频域均衡、ls最小二乘法信道估计、mmse最小均方误差信道估计、傅里叶逆变换、时域截断、傅里叶变换，最终获得的高精度的信道估计。

技术总结
本发明提供了一种LTE系统下的信道估计方法，在接收机侧，首先在频域上进行LS最小二乘法信道估计，得到初步的信道估计结果，再进行MMSE最小均方误差信道估计，提升信道估计的准确性，然后对频域信道估计结果进行IFFT逆变换，利用信道冲激响应的时间有限性，对信道持续时间之外的信号进行截断，强制置零，降低噪声的能量，最后进行FFT变换回到频域，从而实现对信道估计的精度提升。本发明的有益效果是：大大降低了信道估计的均方误差，提升了信道估计的精度，取得了良好的效果。

技术研发人员：李圣春;陈璇;张世龙;刘炼
受保护的技术使用者：深圳市海派通讯科技有限公司
技术研发日：2019.08.30
技术公布日：2019.12.20