专利名称：信道估计中时隙结构的动态调节方法
技术领域：
本发明涉及移动通信中的信道估计方法，特别涉及信道估计中时隙结构的动态调节方法，自适应地调节时隙中的导频符号。
移动通信发射信号是经过编码、交织、扩频、调制后发送出去的，在接收方由于陆地接收环境的复杂性，造成了信号传播的多径特性，接收台对于搜索到的每一径信号进行解调、解扩后估计出每个发送符号，再经过Rake合并，提供给反交织和译码模块。信号在信道传播过程中将受到信道的“随机调试”r(t)=Σl=1Lal(t)e-j2πfc(t-l1(t))s(t-τ1(t))]]>其中τlt、ant分别表示第n径的延迟和衰落因子，都是随机的。
因此，估计出每个数据符号处的信道参数τlt、αnl是接收方反解出发送数据的必要前提条件。在时分信道结构之下，通过导频符号处的导频值估计出数据部分的信道参数是移动通信中的关键技术。
一般来说，陆地移动信道是一种多径信道，接收方由于各径信号到达的延迟不同，接收信号的矢量累加造成了接收信号强度的不同程度的衰落。当移动台以某一速度相对基站运动时，接收信号存在一定的衰落率；另一方面也造成了所谓的多普勒效应，多普勒效应对发送信号造成多普勒频移，引起接收信号的相位变化，在基于相位调制的通信系统中造成接收方和发射方数据的不一致，因此采用一定的信道估计算法来补偿出这些相位差，才能正确恢复发送数据。但是在目前的时分导频结构下，如
图1所示，虽然导频符号在时隙结构中的位置不同或者是放在一个时隙的开始，或者是放在中间的某个位置。但是导频符号的个数是固定的或者2个或者4个。在这种固定的时隙结构下，当移动台速度达到某个速度时，会产生多普勒频移和瑞利衰落，使信道估计面临不可逾越的困难。下面以QPSK调制为例具体分析。
QPSK即四相键控调制，是把发送信号调制到π/4、3π/4、5π/4、7π/4上，接收方通过信道估计方法恢复出发送信号的相位即可恢复出发送的数据。在时分导频结构下，是通过确定每个时隙中数据符号相对该时隙导频符号的相位差，来对接收数据进行解调的。在这种情况下，一般只能保证在低速下才能精确恢复发送信息。假设导频符号间的时间间隔(即，时隙中数据符号所持续的时间)为T。下面我们从两个角度给出分析1、移动速度引起的多普勒效应带来的影响在基于相位调制的通信系统中，由于信道随机调制造成接收方和发射方数据的不一致，因此采用一定的信道估计算法来补偿出这些相位差，才能正确恢复发送数据。显然在T内，信道相位的变化θ不能超过π(因为此时θ存在二意性θ和2*π-θ,一般我们取θ∈[O,π])，设沿发射方向的频移为ωd，则ωd*T＜π于是ωd＜π/T例如如果每个时隙持续时间为0.01/15秒，共有40符号，其中有4个符号为导频符号，则T=0.01/15*36/40=0.0006秒，假设发射载频为2GHz(波长为λ=c2*109=3/20]]>,c为光速300,000,000m/s)，则要求ωd＜π/5.925926*104即移动台的速度不超过Vmax=ωd*λ(2*π)=3/(40*5.925926)*104=126.5625m/s=455.625km/h2、移动速度对衰落率的影响移动信道的平均衰落率可以用下面的的公式给出A=νλ/2]]>其中ν表示移动台移动速度(m/s),λ表示发射信号载波波长(m)。
如果在T内发生一次衰落，将给信道估计带来极大的困难，另一方面也给功率控制带来极为不利的影响。由此可见T应满足T＜λ/(2*ν)即ν＜λ/(2*T)(1)在前述例子中T=0.6毫秒，则要求移动台的速度不超过125米/秒，即450公里/小时。
从上述两个角度分析出当移动台速度超过450公里/小时时，精确的信道估计是不可能的。当然所有这一切都是没有考虑噪声影响的情况下的估计，计算机仿真表明在信噪比为5dB时，在无编码和交织条件下误码率＜15％时速度仅能达到150km/h左右，参见图2。另外，采用相邻几个时隙的导频信息对一个时隙的数据部分进行信道估计，可以在一定程度上提高移动台速度，但一般来说不能超过400km/h。
本发明的目的是为了采用简单的信道估计方法有效地克服移动台在高速移动条件下的多普勒频移和瑞利衰落所引起的信道估计中的问题，改善无线接收的精确程度，能够在移动台相当高的速度下仍然能够给出精确的信道估计。
本发明可以在时分导频结构下，最大限度地提高信道的利用率，同时最大限度地提高最大允许移动速度。一个时隙中导频信息密度动态的变化可以自适应地保证移动台在不同陆地移动速度下的良好通信。
本发明是通过以下方案来实现的，本发明的信道估计中时隙结构的动态调节方法，自适应地调节时隙中的导频符号，包括以下步骤(a)测量移动台的移动速度；(b)根据测量出的移动台的移动速度，调节各时隙中导频符号的数量和分布位置。
在上述步骤(b)中，对各时隙中导频符号数量的调节过程为当测量出的移动台的移动速度增大时，增加各时隙中导频符号的数量；而当测量出的移动台的移动速度减小时，减少各时隙中导频符号的数量。
在上述步骤(b)中，对各时隙中的导频符号分布的调节，是在每个时隙中，将多个导频符号构成的多组导频符号相隔一定数据符号而分布。
当测量出的移动台的移动速度增大时，使上述多组导频符号间的数据符号减少；当测量出的移动台的移动速度减少时，使上述多组导频符号间的数据符号增加。
上述导频符号的数量的增加和减少是一个连续的值。
当测量的移动台的速度低于450公里小时时，一个时隙中导频符号的数量是所有符号的10％。
当测量的移动台的速度高于450公里小时而低于1000公里/小时时，一个时隙中导频符号的数量是所有符号的20％。
以下通过实施例并结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是现有的时分导频结构；图2是在不同的移动台的速度时的误码率；图3是导频符号的含量为10％时的时隙图的一个例子；图4是导频符号的含量为20％时的时隙图的一个例子从上述公式(1)可以发现
1、通过增加载频波长可以提高速度Vmax，但是由于载频不能无限增加，并且资源有限，因此一般说来载频是固定的。
2．在载频不变的前提下，通过降低导频符号间隔时间T，可以提高速度。Vmax例如当取T=T’/k时，可以得到Vmax’=K*Vmax。因而，在载频不变的条件下，有两种途径可以达到降低通导频符号间隔时间T的目的(1)提高码片速率。提高码片速率可以减少发送一个时隙的时间，从而降低了导频间隔时间T。但是由于硬件等方面的原因，码片速率不能无限增加，并且随着码片速率的增加会引起码间串扰的增加。
(2)提高导频符号码率即通过在一个时隙内增加导频符号个数、从而降低导频符号间隔时间的方法。在具体实现时，可以采用使导频符号均匀分布在一个时隙中，或者为了去噪采用导频符号分块均匀插入时隙的方法。
本发明的基本思想是根据信道的状态，具体来说就是通过检测出移动台相对基站的大致速度(其中速度的检测不必太精确，由于移动台的速度变化是连续的，因此可以定期、间断地检测)，自适应地调整导频符号的码率，同时也就相应地调整了业务数据码率，因为我们假设总的码片速率是固定的(即一个时隙所持续的时间、每个时隙包含的符号数都是固定的)。当检测到的移动台速度较高时，就相应地增加导频符号码率，同时也降低了传输的业务码率(也就是在时隙中增加导频符号数、降低业务数据符号数)；增加了信道信息密度有利于接收方的信道估计，提高了接收精度。反之，当检测到的移动台速度较低时，可以适当地降低导频符号速率(即降低时隙中导频符号数、增加业务符号数)，提高业务速率，从而增加了信道的利用率。总之，通过动态的调整导频符号和业务数据的传输速率，可以最大限度的提高最大允许速度Vmax，同时使得无线频段的利用率达到最大。
例如当接收机检测到因移动台的移动速度过高而引起的误码率太大，此时考虑一个极端的情形，采取一个时隙中导频符号等于数据符号(即每一个数据符号前都有一个导频符号)，在上面的例子中有T=0.01/(15*20)秒可以使得移动台的最大移动速度达到2250米/秒，即8100公里/小时，因此可以从根本上解决由于移动台陆地移动带来的信道估计方面的困难。
在实现时，根据检测到的移动速度自适应地调整导频符号率，在适当的位置，比如在每帧的帧头信息部分给出发射的时隙结构类型(可以是连续的、也可以是离散变化的)，在接收方，根据接收到的时隙结构状态进行数据解调。
以下分别给出具体的实施例(1)离散变化时隙结构类型可以首先给出若干种时隙结构类型，通过检测到的移动台移动速度确定采用哪一种时隙结构类型。
(a)当时隙导频符号的含量为10％时，如图3所示，以每时隙40个符号为例，假设在每一时隙中，最开始的2个符号和最后的2个符号为导频符号，中间的36个符号是数据符号，即导频符号的含量为10％。根据上式(1)，当一个时隙的持续时间Ts=0.01/15(秒)，导频符号间的时间间隔T=36/40*Ts,ωdmax=π/T的情况下，Vmax=ωdmax*3/20*1/2π=3/20*1/2T=3/(40*T)=125米/秒=450公里/小时因而，当速度＜450公里/小时时，取10％的导频符号类型。
(b)当时隙导频符号的含量为20％时，如图4所示，对于每时隙的40个符号，假设在每一时隙中，最开始的4个符号和中间的4个符号为导频符号，2组导频符号间的16个符号是数据符号，即导频符号的含量为20％。此时，时隙的周期T=16/40*Ts=16/40*0.01/15，fdmax=π/T。根据上式(1)Vmax=fdmax*3/20*1/2π=281.25米/秒=1012.5公里/小时因此，当移动台的速度低于1000公里/小时时，可采用导频符号的含量为20％的导频符号的结构。
在上述(a)、(b)的情况中，为了去噪，采取每块四个符号，各块均匀分布于时隙中。
(2)连续变化时隙结构类型根据检测到的移动台的移动速度，“连续”地改变导频符号的含量，导频符号数可以是从1到(总符号数-1)之间的任意数字，根据导频符号个数的多少，采用导频符号分块(块的大小可以是一个符号)均匀插入整个时隙的方法组建时隙结构。
移动台移动速度的检测移动台移动的速度可以通过多径搜索、跟踪模块给出的各径延迟的变化速度大致估计出来，本发明不要求对移动速度的给出精确估计。并且当过高估计了移动台的速度时不会引起接收误码率的提高，因此可以给出一个移动台的最大移动速度估计即可。
需要说明的是，对时隙结构状态变化的指示可以根据接收到信号的信噪比或译码模块给出的误码率来发出。因为在信噪比较大时，增加导频符号量，可以增大导频符号处信道参数的估计精度。而译码模块给出的误码率则表明了信道的恶劣程度，增加导频符号量可以改善信道估计的精确程度，从而改善接收效果。
当然，在接收方也可以根据需要通过上层协议向发送方提出请求，要求发送方发送一定类型时隙结构的帧，但所有帧的帧头信息部分都要表示该帧的时隙结构类型，以便接收方的正确解调。
权利要求
1．一种信道估计中时隙结构的动态调节方法，自适应的调节时隙中的导频符号，其特征在于，包括以下步骤(a)测量移动台的移动速度(b)根据测量出的移动台的移动速度，调节各时隙中导频符号的数量和分布位置。
2．根据权利要求1所述的信道估计中时隙结构的动态调节方法，其特征在于，在上述步骤(b)中，对各时隙中导频符号数量的调节过程为当测量出的移动台的移动速度增大时，增加各时隙中导频符号的数量；而当测量出的移动台的移动速度减小时，减少各时隙中导频符号的数量。
3．根据权利要求1所述的信道估计中时隙结构的动态调节方法，其特征在于，在上述步骤(b)中，对各时隙中的导频符号分布的调节，是在每个时隙中，将多个导频符号构成的多组导频符号相隔一定数据符号而分布。
4．根据权利要求3所述的信道估计中时隙结构的动态调节方法，其特征在于，当测量出的移动台的移动速度增大时，使上述多组导频符号间的数据符号减少；当测量出的移动台的移动速度减少时，使上述多组导频符号间的数据符号增加。
5．根据权利要求2所述的信道估计中时隙结构的动态调节方法，其特征在于，上述导频符号的数量的增加和减少是一个连续的值。
6．根据权利要求1所述的信道估计中时隙结构的动态调节方法，其特征在于，当测量的移动台的速度低于450公里小时时，一个时隙中导频符号的数量是所有符号的10％。
7．根据权利要求1所述的信道估计中时隙结构的动态调节方法，其特征在于，当测量的移动台的速度高于450公里小时而低于1000公里/小时时，一个时隙中导频符号的数量是所有符号的20％。
全文摘要
本发明提供一种移动通信中的信道估计的时隙结构的动态调节方法,自适应地调节时隙中的导频符号,根据测量出的移动台的移动速度,调节各时隙中导频符号的数量。当测量出的移动台的移动速度增大时,增加各时隙中导频符号的数量;而当测量出的移动台的移动速度减小时,减少各时隙中导频符号的数量。本发明能够最大限度地提高信道的利用率,同时最大限度地提高最大允许移动速度。
文档编号H04W72/08GK1307431SQ00100700
公开日2001年8月8日 申请日期2000年1月28日 优先权日2000年1月28日
发明者王守章, 周小波 申请人:华为技术有限公司