专利名称：信道估计中训练序列的生成方法
技术领域：
本发明涉及无线通信系统中用户的训练序列的生成技术及其分配方法，具体地说涉及到无线通信系统中尤其是TD-CDMA(时分-码分多址)或TD-SCDMA的训练序列的生成技术。
不同于单纯的TDMA和CDMA系统，TD-CDMA系统在每个时隙内包含有若干个码道，用于区分相同时隙内的不同用户。采用TDMA与CDMA混合的多址方式与单纯采用TDMA或CDMA的系统相比具有性能上的优势。在TD-CDMA系统的接收机中既需要分离每帧中的时隙，也需要分离同一时隙中的不同码道(可以采用相关的处理方法)。利用这些方法，在接收端就可以将不同的信道区分开。在系统发送端发出的信号经过传输后，空间的时变信道会对传输信号加入相应的干扰，而且移动信道的多径干扰和信道还会引起码间干扰(ISI)和多址干扰(MAI)。因此为了在接收端恢复出正确的发射信号，必须正确得到信道的冲激响应，然后利用接收到的信号和所得到的信道冲激响应正确估计出所发射的信号。信道估计质量对于系统性能具有举足轻重的影响。
在现代无线通信系统中，数据信号经过无线信道后，由于多径衰落和时延扩展的影响，接收到的信号发生频率选择性衰落、时间选择性衰落，信号波形发生变形，信噪比较低，难以正确恢复发射的信号。在许多系统中，采用训练序列(根据位置不同，称作Preamble码或Midamble码)来实现信道估计，因此训练序列的生成方法的确定至关重要。
在参考文献[1]，即，Bernd Steiner and Peter Jung＂Uplink ChannelEstimation in Sychronous CDMA Mobile Radio Systems With JointDetection＂，PIMRC′93中，公开了一种最大似然的无偏信道估计方法和匹配滤波器的有偏的信道估计方法，同时给出了训练序列的生成方法，即认为同一个时隙中不同用户的训练序列码是基于同一个基本码或周期基本码产生的，相互间具有不同的时间移位，参考文献[1]假定各用户的信道冲击响应具有相同的长度，则各用户的训练序列码的相对时间移位是等间隔的。
图1和图2表示了作为现有技术的参考文献[1]，利用对基本码进行逐次移位获得不同用户训练序列的示意图，其中从基本码中生成训练序列时的偏移量对应于估计窗长。这种情况下不论实际工作用户数是否达到最大用户数，各用户的估计窗长都选择为W，即对应于同时工作用户数达到最大的情况。
图1的基本码是非周期的，其中估计窗长W满足W＝P/K，K为最大同时工作用户数，P为基本码长。图2的基本码是周期的，其中估计窗长W满足W＝P/K，K为最大同时工作用户数，P为基本码的周期。基本码选为周期性的，能进一步简化接收端进行信道估计时处理的复杂度。两种基本码的情况在原理上没有区别，并不影响本发明所述的方法。
以上从基本码中生成训练序列的方法，都是假定各用户的信道冲击响应具有相同的长度，并且认为各用户的训练序列码的相对时间移位是等间隔的。这种生成方法不能充分发挥信道估计的性能，因此也不可避免地影响整个通信系统的性能。
本发明的目的在于提出一种训练序列的生成方法，按照本发明方法生成的训练序列，可以使得信道估计的误差明显减小。
本发明的目的是这样实现的根据系统在特定时间突发中的实际工作状态，动态地确定从基本码或周期基本码中选取训练序列时的偏移量，由此生成训练序列并分配给该特定时间突发中的各个用户。
较佳地，在所述动态选取训练序列的同时，使所述偏移量尽量长。
较佳地，所述的系统实际工作状态是指，在该特定时间突发中的实际用户数和/或在该特定时间突发以前的各个用户的信道估计状态。
本发明提出的一种根据系统工作状态，动态选取训练序列的生成方法，由基站根据系统中用户所处环境和信道状况，动态的选取序列并分配给各个用户，使得信道估计的窗长尽量长，达到充分利用资源，作出更精确的信道估计，同时使得系统容量尽量大的目的。
虽然本发明的技术方案主要针对码分多址的无线通信系统，但是也同样适用于采用类似传输结构的频分多址和时分多址的系统，任何具有信号处理、通信等知识背景的工程师，都可以根据本发明设计不同用户的训练序列。
为使本发明的目的、方案和优点更加清楚明白，以下举实施例，并结合附图，对本发明进一步详细说明。其中图1示出了现有技术中从非周期性基本码中生成训练序列的示意图；图2示出了现有技术中从周期性基本码中生成训练序列的示意图；图3a示出了作为本发明的一个较佳实施例的，一个时间突发在发送端的突发结构；图3b示出了作为本发明的一个较佳实施例的，一个时间突发在接收端的突发结构；图4示出了在本发明的一个较佳实施例中，由同一周期基本码生成不同用户训练序列的方法。
图3a给出了TD-CDMA系统的一种发送的突发结构。通常情况下所说的一条链路包括发射的突发信号经过发射滤波器的处理后，经过无线信道传输到达接收机。取传播信道的固定长度为W，每个突发结构中至少包含一个数据块和一个预先定义的训练序列块。通常情况下，利用训练序列进行的信道估计可以通过求解由已知的训练序列和接收的信号向量组成的方程组来完成。本发明的主要目的就是提出一种生成和分配训练序列的方法。
在图3a中给出了发射的TD-CDMA的突发结构，其中包含有两个数据块和一个训练序列块，第一和第二部分数据块由中间的训练序列块隔开。假定选取固定信道的延时扩展为W个码片宽度，因此在接收端接收到的突发结构如图3b中所示。其中数据块1的部分接收信号(W-1个码片长度)移到了训练序列对应的接收信号部分，而训练序列的部分接收信号也移到了数据块2的接收信号中。
为了说明方便，下面以Midamble码为例说明训练序列的选取，实际上，本发明并不仅限于Midamble码的选取，其可适用于任何基于训练序列的信道估计中对训练序列的选取。并且适用于从周期性基本码或者非周期性基本码中生成训练序列。
假定系统中有K个无线用户，则所讨论的系统模型中即包括K个无线信道，假定其复值的脉冲响应为h(k)＝(h1(k)，h2(k)…hW(k))T，k＝1...K(1)其长度为W。将K个用户的信道响应写为向量形式h＝(h(1)T，h(2)T...h(K)T)T(2)未知信道系数的总共数目为U＝KW (3)第k个用户的训练序列为m(k)＝(m1(k)，m2(k)...mL＋W－1(k))T，k＝1...K(4)由于假定信道冲激响应的长度为W，因此信道码间干扰起源于数据块中的数据符号的最后的W-1个元素，接收信号中的最初的W-1个抽样受训练序列的延时信号的影响，即存在码间干扰(ISI)，不做为信道估计的一部分。因此，每个训练序列的最初的W-1个元素的能量并不完全用于信道估计。由训练序列本身唯一确定的接收信号仅仅有L个元素。设实际的接收信号为
e＝(e1，e2...eL)T(5)根据(4)中的训练序列m(k)，L×W的矩阵为G(k)＝(Gij(k))，k＝1...K(6a)Gij(k)＝mW＋i－j(k),i＝1...L；j＝1...W(6b)而L×U矩阵G为G＝(G(1)，G(2)...G(K)) (7)其零均值的可加平稳噪声为n＝(n1，n2...nL)T(8)从而接收信号表示为e＝Gh＋n (9)因而信道估计的问题实际上就相当于已知式(9)中的G、e来求出h的过程，其中的矩阵G是由各个用户的训练序列组成的矩阵，向量e是对应于训练序列部分的接收信号。
参考文献[1]中为了尽量的减少系统的资源的耗费，选择特殊的训练序列生成方式，即，同一个时隙中不同用户的midamble码是基于同一个基本码或者周期基本码产生的，相互间具有不同的时间移位，令m＝(m1，m2，…，mLm＋(K－1)W)T，mi∈{1，-1}；i＝1，…，(Lm＋(K－1)W)表示一个用户的基本码，其中，mi＝mi－P，i＝(P＋1)，…，(Lm＋(K－1)W)，Lm是midamble码的长度，P＝KW为基本码的周期，W表示信道估计窗(即信道脉冲响应长度)的大小。那么K个不同用户的midamble的产生基于公式mi(K)＝mi＋(K－k)W，i＝1，…，Lm；k＝1，…，K。这样(7)式中的矩阵G的各列是由一个训练序列mi的不同平移得到，即矩阵G是循环矩阵。
这样构成的midamble码可以通过做一次相关运算实现多个用户的信道估计。其中，选取用户的midamble时的偏移量W值，是一个比较重要的参数，而且在确定的物理层工作过程下，该值应该是确定的。实际中W值的选取需要考虑下面几个因素帧格式中Midamble码的长度Lm；选取的周期基本码的周期P的大小；一个时隙中同时工作的最大用户数K；移动信道的延迟扩展量W′；移位前同时使用Midamble码的数量。
如果假设同一个时隙内同时工作的最大用户数是K，信道冲激响应长度W的选取过程应为1.为了快速实现信道估计，根据最大似然的信道估计方法(参考文献[1])，应使构造的估计矩阵是循环矩阵，所以应首先使等式W＝「P/K」成立， 表示向下取整数操作。
2.估计矩阵的列数L(即接收端收到的用于信道估计的chip数)和midamble码的长度Lm的关系应该满足L＋W－1＝Lm。
3.为了使估计有解，应该满足L≥KW。
4.确定W值是否满足应用要求。
其中，用户数决定了W可能取的长度值。一方面，根据ITU-RM.1225所给出的几种典型的移动通信系统的信道模型，在实际系统工作过程中，信道的延迟扩展量可能很大，另一方面由于信道是时变的，并且考虑到传输效率及保证信息速率等方面因素，数据帧格式中midamble码的长度是有限的，这样在同时工作的最大用户数大于一定数目后，W的取值就会小于实际信道的延迟扩展量W′，若某个用户信道的W′＞W，那么一方面由于丢失部分信息使得估计值不准，另一方面对取相邻移位midamble码的用户的信道估计造成干扰。
因此，在选取用户的midamble码的偏移量的过程中，W的取值应该是自适应变化的，根据用户数的不同和(/或)具体的信道条件，相应地调整各用户W的取值以及相对位置，使得尽可能多的用户的信道估计窗的长度(即各偏移量值)保持最长。
因此，各用户在选取midamble码时，W值和midamble码偏移序号的选取策略可以概括为在已有的用户数目一定的情况下使其midamble码的距离尽量远；并且对新增加的用户，根据已有用户所选的训练序列和已有用户各信道的延时扩展量，选最合适的midamble码偏移序号。
下面，以一个时隙中有一个基本码为例，具体说明作为较佳实施例的三种训练序列的生成方法，其中K表示最大工作用户数，k表示具体偏移序号，选取的周期基本码的周期为P，Midamble码的长度Lm(1)当同时工作用户数为M≤K时，初始时，W的长度取为 k＝1，…，M。工作过程中，网络端根据各用户信道延迟扩展量的不同，可以重新调整偏移量W(k)，k＝1，…，M，使得信道延迟扩展量小的用户占用小的偏移量，使得信道延迟扩展量大的用户占用大的偏移量。如果有用户退出，则随后新增加的用户取代原用户的位置，这是完全自适应的情况。
(2)当同时工作用户数为M≤K时，各用户的W的长度是相同的，取为 M≤K，随着用户数的变化，取值相应变化。每个时隙中所配置的用户数可以通过系统中的公共信道广播或采用其他方式通知各用户。
(3)为了实现的方便，可以设置若干个等级，每种等级对应一种用户数情况，相应分配固定的估计窗长度。例如对于以K/2个用户为界的两个等级，当用户数大于K/2时，W值取为 当用户数小于K/2时，W值取为 图4给出最大用户数为16，但是当前实际用户数为4情况下的一种自适应训练序列的生成方法，其中基本码mi表示确定的序列，可以采用伪随机序列或者通过计算机按一定要求搜索产生。这时各用户的信道估计窗的长度自适应地选为4W，而不是在16个用户情况下的W，估计窗长度的加大，对应于信道估计精确性的提高。
根据上面的介绍，我们可以确定当训练序列的长度固定后，就可以根据时隙中同时工作的用户数来确定信道冲激响应的长度，同时得到各个用户相应的训练序列。如如果系统中每个突发中训练序列的长度为144个数据比特或码片(扩频系统中)，其中周期基本码的长度为128个数据比特或码片，同时如果每个时隙中可同时工作的最大用户数为16，即最多可以有16个用户同时工作在相同的时隙中，那么根据KW＝P，W的值为8，即用户K的训练序列和用户K-1的训练序列之间的移位为8。当然如果每个时隙中同时工作的用户数减半，则可以根据KW＝P的关系，不同用户之间训练序列的移位可以加倍。如此类推，用户可以在性能和复杂度之间做一个折衷，真正应用到实际系统中。
在实际系统中，也可以采用不同的训练序列的生成策略，也就是说在基站生成训练序列时满足(1)在已有的用户数目一定的情况下使其midamble码的距离尽量远。(2)对新增加的用户，根据已有用户的延时。选最合适的midamble码值赋予。例如根据用户数的增加小于8时，新增加的用户，依次取，1，3，5，7，9，11，13，15号midamble码；其中若有用户退出，则新增加的用户取原退出的用户的midamble码；当用户超过8时，新增加的用户取的midamble码的序号取在已有用户中实际信道冲激响应长度w′最短的用户的序号+1的midamble码(假设序号的增加跟移位的方向一致，实际的信道冲激响应长度w′可以由信道估计值直接得到)，直到16个用户配置完为止。另外一种方式是开始随用户增加的用户取值依次为1，9，5，1 3，3，7，11，15等，这些都是训练序列生成方式的例子。
该方法给出了适用于无线通信系统中的训练序列的生成方法，尤其是适用于目前第三代移动通信系统中的WCDMA-TDD(宽带码分多址-时分双工)、TD-SCDMA(时分双工-同步码分多址)、和TD-CDMA(时分双工-码分多址)系统中的一种不同用户的训练序列的生成方法及选取方法。采用本发明的方法后，可以做到最大限度地利用可利用的资源，使得系统的性能和复杂度达到最佳的折衷方式。
虽然本发明的技术方案主要针对码分多址的无线通信系统，但是也同样适用于采用类似传输结构的通信系统，任何具有信号处理、通信等知识背景的工程师，都可以根据本发明设计不同用户的训练序列。
本发明适用于通信环境较恶劣的移动通信系统中，如车载移动台环境下，使用于第三代移动通信系统中，可以减小误码率，提高系统接收信号的性能，从而改善通信质量。
本发明并不仅限于Midamble码的选取，其可适用于任何基于训练序列的信道估计中对训练序列的选取，包括preamble码的选取。并且适用于周期性基本码或者非周期性基本码。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。
权利要求
1.信道估计中训练序列的生成方法，其特征在于根据系统在特定时间突发中的实际工作状态，动态地确定从基本码中选取训练序列时的偏移量，由此生成训练序列并分配给该特定时间突发中的各个用户，或者直接该偏移量。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于在所述动态选取训练序列的同时，使所述偏移量尽量长。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的系统实际工作状态是指，在该特定时间突发中的实际用户数和/或在该特定时间突发以前的各个用户的信道估计状态。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的基本码是非周期基本码，或者周期基本码。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于当同时工作用户数M≤最大同时工作用户数K时，各用户偏移量取为「P/M」，并且随着用户数的变化，取值相应变化。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，设置若干个用户数等级，每种等级对应一种用户数情况，相应分配固定的偏移量，对应用户数少的等级，其相应分配的偏移量较长。
7.如权利要求1、2、3、4、5、或6所述的方法，其特征在于，工作过程中，网络端根据各用户信道延迟扩展量的不同，重新调整各个用户的偏移量，使得信道延迟扩展量小的用户占用小的偏移量，使得信道延迟扩展量大的用户占用大的偏移量；在有用户退出的情况下，随后新增加的用户取代原用户的位置。
全文摘要
一种信道估计中训练序列的生成方法,根据系统在特定时间突发中的实际工作状态,动态地确定从基本码中选取训练序列时的偏移量,由此生成训练序列并分配给该特定时间突发中的各个用户。在所述动态选取训练序列的同时,使所述偏移量尽量长。所述的系统实际工作状态可以是,在该特定时间突发中的实际用户数和/或在该特定时间突发以前的各个用户的信道估计状。本发明可以达到更好的信道估计效果,从而减小误码率,提高系统接收信号的性能,从而改善通信质量。
文档编号H04J3/00GK1327312SQ0010800
公开日2001年12月19日 申请日期2000年6月7日 优先权日2000年6月7日
发明者唐巍, 蔡朝晖, 李泽宪 申请人:华为技术有限公司