一种多载波－码分多址接入系统的信道估计方法

专利名称：一种多载波－码分多址接入系统的信道估计方法
技术领域：
本发明涉及通信技术，特别是一种多载波-码分多址接入系统的信道估计方法，具体涉及一种在信道估计器中植入迭代方法，对多载波-码分多址接入系统进行信道估计的方法。
背景技术：
多载波-码分多址系统(MC-CDMA，Multi-Carrier Code Division Multiple Access)是将扩展频谱码分多址(CDMA，Code Division Multiple Access)技术和正交频分复用(OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术相融合的多址接入系统。在整个系统中，通过已知发送和接收数据求出信道参数e，估计信道，并进行信道补偿，尽可能地消除信道对传输正确性的影响。为了进行信道估计，把用户1的发送数据全部设为已知导频，利用扩频码将导频数据进行扩频调制后得到扩频后的导频数据。在某一段时间内的信道估计，可以按照多载波数据的帧进行。在接收端，在所有接收数据解扩前，每帧接收数据可以看成是分布在时域和频域内。在时间轴上，每帧接收数据将包含Ns个多载波符号，在频率轴上，对某个多载波符号将由Nc个子载波传送，因此，频率坐标为0Nc-1，时间坐标为0Ns-1。系统利用用户1中已知的发送和接收的导频数据，并通过在接收端对导频的加权处理，对信道进行估计，最后利用估计到的信道参数对用户1以外的其他用户数据进行信道补偿。在对多载波-码分多址接入系统进行实时信道估计的方法中，为了估计某个多载波符号的某个子载波信道上的信道参数，所传导频数据以及其周边N个时域导频和M个频域导频，总共将有(N+1)*(2M+1)个导频用于信道估计。
设x为发送导频数据，r为接收数据，e为信道参数，w为信道加性噪声，则接收数据r可以表示为r＝ex+w所谓估计信道，就是通过已知的发送和接收数据求出信道参数e，采用最小平方法LS(LeastSquare)可求方程的最优解e，表示为e＝r/x而信道补偿的主要任务是，尽可能消去信道对传输正确性的影响，恢复发送数据x，这里，将r/e作为x的估计值，记作x^=re]]>由于时域频域的相关性，接收数据r不再是单单一个点上的数据，而是(N+1)*(2M+1)个接收导频数据的加权平均，发送数据x也是(N+1)*(2M+1)个发送导频数据的加权平均，且信号间的相关性随着它们之间的距离增加而变小。因此，对导频的加权将根据距离而定。对第n个多载波符号在第m个子载波上那一点的信道估计为假设λt和λf分别为导频在时域和频域里的加权系数，也称为遗忘因子，0≤λt，λf≤1；ri，j是第一个用户在第j个子载波上接收到的第i个导频数据，i＝n-N，L，n，j＝m-M，L，m+M；其对应权值包含λt和λf，且随|n-i|、|m-j|增大而减小，取为λt|n-i|·λf|m-j|；p是已知的发送导频数据。在实时估计方法中，第n个多载波符号在第m个子载波上那一点的信道估计由以下公式求得en,m=Σi=n-NnΣj=m-Mm+Mri,j·λt|n-i|·λf|m-j|Σi=n-NnΣj=m-Mm+Mp·λt|n-i|·λf|m-j|]]>可见，它只需利用已经接收到的前N个接收端导频数据。
对第n个多载波符号在第m个子载波上这一点的信道补偿，由以下公式得出r^n,m=rn,m/en,m]]>rn，m是其他任一用户在第m个子载波上接收到的第n个数据， 是补偿后的接收数据。据此，2003年春季VTC会议(Vehicular Technology Conference)上，Atsushi Nagate公开了一种多载波-码分多址接入系统MC-CDMA的信道估计技术，方法步骤如下步骤1在发送端，将第一个用户的发送数据全部设为已知的导频数据；步骤2在接收端，接收第一个用户所有的发送导频和其他用户的数据；步骤3选择在时域和频域分别加权的导频结构，并利用第一个用户的接收数据和已知的发送导频数据，逐点对信道进行估计。
以上信道估计方法，需按公式精确计算出每一点的信道估计en，m，计算复杂度大，实际应用有困难。由此，为了简化实时估计信道方法，使实时估计信道方法可方便地应用于实际，本发明通过研究和改进，提出了一种简化的多载波-码分多址接入系统的实时信道估计方法。

发明内容
本发明的目的是，通过在多载波-码分多址接入系统中嵌入迭代方法的信道估计模块，实现迭代方法的信道估计，从而简化多载波-码分多址接入系统的信道估计方法。
本发明嵌入多载波-码分多址接入系统中，实现迭代信道估计算法的存储式信道估计器主要由控制器(含存储器)模块、控制初始化模块、计数器模块、EFGH计算器及存储器模块、A--I计算器及存储器模块、γ估计器模块、β计算器模块，e计算器模块等软件模块构成。
考虑接收导频数据与周围N个时域导频以及M个频域导频，对第n个多载波符号在第m个子载波上那一点的信道估计为假设λt和λf分别为导频在时域和频域里的加权系数，且0≤λt，λf≤1；ri，j是第一个用户在第j个子载波上接收到的第i个导频数据，i＝n-N，L，n+N，j＝m-M，L，m+M；其对应权值包含λt和λf，并随|n-i|、|m-j|增大而减小，这里取为λt|n-i|·λf|m-j|；p是已知的发送导频数据。嵌入存储式信道估计迭代算法模块的多载波-码分多址接入系统MC-CDMA信道估计方法计算流程如下在发送端，将第一个用户的发送数据全部设为已知的导频数据；在接收端，接收第一个用户所有的发送导频和其他用户的数据；选择时域和频域分别加权的导频结构，并利用第一个用户的已知发送导频和接收导频数据，采用迭代方法逐点对信道进行时域和频域估计；最后，除第一用户外，对其他用户的接收数据进行信道补偿。具体计算如下对第n个符号在第m个子载波上那一点的信道估计由公式(1)得出en,m=Σi=n-Nn+NΣj=m-Mm+Mri,j·λt|n-i|·λf|m-j|Σi=n-Nn+NΣj=m-Mm+Mp·λt|n-i|·λf|m-j|---(1)]]>定义接收导频数据的加权平均βn,m=Σi=n-Nn+NΣj=m-Mm+Mri,j·λt|n-i|·λf|m-j|,]]>发送导频数据的加权平均γn,m=Σi=n-Nn+NΣj=m-Mm+Mp·λt|n-i|·λf|m-j|,]]>则信道估计值en，m可写成en,m=βn,mγn,m---(2)]]>将存储式信道估计的加权导频的结构按坐标分为9个大导频块，A，B，C，D E，F，G，H，则βn，m可写成βn，m＝An，m+Bn，m+Cn，m+Dn，m+En，m+Fn，m+Gn，m+Hn，m+In，m(3)其中，定义An,m=Σi=n-Nn-1Σj=m-Mm-1ri,j·λtn-i·λfm-j]]>Bn,m=Σi=n+1n+NΣj=m+1m+Mri,j·λti-n·λfj-m]]>Cn,m=Σi=n-Nn-1Σj=m+1m+Mri,j·λtn-i·λfj-m]]>Dn,m=Σi=n+1n+NΣj=m-Mm-1ri,j·λti-n·λfm-j]]>En,m=Σj=m-Mm-1rn,j·λfm-j]]>Fn,m=Σj=m+1m+Mrn,j·λfj-m]]>Gn,m=Σi=n-Nn-1ri,m·λtn-i]]>Hn,m=Σi=n+1n+Nri,m·λti-n]]>
In，m＝rn，m利用A，B，...，H中，比如A(n+1，m)和A(n，m)，A(n，m+1)和A(n，m)之间的迭代关系可简化βn，m的计算复杂程度。并推导出以下公式An+1,m=λtAn,m-λtN+1En-N,m+λtEn,m---(4)]]>An,m+1=λfAn,m-λfM+1Gn,m-M+λfGn,m---(5)]]>Bn+1,m=1λtBn,m-Fn+1,m+λtNFn+N+1,m---(6)]]>Bn,m+1=1λfBn,m-Hn,m+1+λfMHn,m+M+1---(7)]]>Cn+1,m=λtCn,m-λtN+1Fn-N,m+λtFn,m---(8)]]>Cn,m+1=1λfCn,m-Gn,m+1+λfMGn,m+M+1---(9)]]>Dn+1,m=1λtDn,m-En+1,m+λtNEn+N+1,m---(10)]]>Dn,m+1=λfDn,m-λfM+1Hn,m-M+λfHn,m---(11)]]>En,m+1=λfEn,m-λfM+1rn,m-M+λfrn,m---(12)]]>Fn,m+1=1λfFn,m-rn,m+1+λfMrn,m+M+1---(13)]]>Gn+1,m=λtGn,m-λtN+1rn-N,m+λtrn,m---(14)]]>Hn+1,m=1λtHn,m-rn+1,m+λtNrn+N+1,m---(15)]]>根据以上推导，采用迭代算法，实现本发明多载波-码分多址接入系统MC-CDMA信道估计方法的步骤为步骤S1在发送端，将第一个用户的发送数据全部设为已知的导频数据；步骤S2在接收端，接收第一个用户所有的发送导频和其他用户的数据；步骤S3选择在时域和频域分别加权的存储式导频结构，并利用第一个用户的已知发送导频和接收导频数据，采用迭代方法逐点对信道进行时域和频域估计。
步骤S3-4根据得到的信道估计对相应的接收点进行信道补偿。
本发明嵌入多载波-码分多址接入系统中的，实现迭代信道估计方法的实时信道估计器主要由EFG计算器及存储器模块、ACEFG计算器及存储器模块、β计算器模块、γ估计器模块、e计算器模块等软件模块构成。实时信道估计时，考虑接收导频数据与周围N个时域导频以及M个频域导频，对第n个多载波符号在第m个子载波上那一点的信道估计为假设λt和λf分别为导频在时域和频域里的加权系数，且0≤λt，λf≤1；ri，j是第一个用户在第j个子载波上接收到的第i个导频数据，i＝n-N，L，n，j＝m-M，L，m+M；其对应权值包含λt和λf，并随|n-i|、|m-j|增大而减小，这里取为λt|n-i|·λf|m-j|；p是已知的发送导频数据。计算时，在发送端，将第一个用户的发送数据全部设为已知的导频数据；在接收端，接收第一个用户所有的发送导频和其他用户的数据；选择时域和频域分别加权的导频结构，并利用第一个用户的已知发送导频和接收导频数据，采用迭代方法逐点对信道进行时域和频域估计；最后，除第一用户外，对其他用户的接收数据进行信道补偿。信道估计计算流程如下对第n个符号在第m个子载波上那一点的信道估计由公式(1)得出en,m=Σi=n-NnΣj=m-Mm+Mri,j·λt|n-i|·λf|m-j|Σi=n-NnΣj=m-Mm+Mp·λt|n-i|·λf|m-j|---(1)]]>定义接收导频数据的加权平均βn,m=Σi=n-NnΣj=m-Mm+Mri,j·λt|n-i|·λf|m-j|,]]>发送导频数据的加权平均γn,m=Σi=n-NnΣj=m-Mm+Mp·λt|n-i|·λf|m-j|,]]>则信道估计值en，m可写成en,m=βn,mγn,m---(2)]]>将实时信道估计的加权导频结构按坐标分为6个部分，A，C，E，F，G，I，βn，m可写成βn，m＝An，m+Cn，m+En，m+Fn，m+Gn，m+In，m(3)其中，定义An,m=Σi=n-Nn-1Σj=m-Mm-1ri,j·λtn-i·λfm-j]]>Cn,m=Σi=n-Nn-1Σj=m+1m+Mri,j·λtn-i·λfj-m]]>En,m=Σj=m-Mm-1rn,j·λfm-j]]>
Fn,m=Σj=m+1m+Mrn,j·λfj-m]]>Gn,m=Σi=n-Nn-1ri,m·λtn-i]]>In，m＝rn，m利用A，C，E，F，G中，比如A(n+1，m)和A(n，m)，A(n，m+1)和A(n，m)之间的迭代关系可简化βn，m的计算复杂程度。并推导出以下公式An+1,m=λtAn,m-λtN+1En-N,m+λtEn,m---(4)]]>An,m+1=λfAn,m-λfM+1Gn,m-M+λfGn,m---(5)]]>Cn+1,m=λtCn,m-λtN+1Fn-N,m+λtFn,m---(6)]]>Cn,m+1=1λfCn,m-Gn,m+1+λfMGn,m+M+1---(7)]]>En,m+1=λfEn,m-λfM+1rn,m-M+λfrn,m---(8)]]>Fn,m+1=1λfFn,m-rn,m-1+λfMrn,m+M+1---(9)]]>Gn+1,m=λtGn,m-λtN+1rn-N,m+λtrn,m---(10)]]>根据以上推导，采用迭代方法，实现本发明多载波-码分多址接入系统MC-CDMA实时信道估计方法的步骤为步骤S1在发送端，将第一个用户的发送数据全部设为已知的导频数据；步骤S2在接收端，接收第一个用户所有的发送导频和其他用户的数据；步骤S3选择在时域和频域分别加权的实时导频结构，并利用第一个用户的已知发送导频和接收导频数据，采用迭代方法逐点对信道进行时域和频域估计。
步骤S4根据得到的信道估计对相应的接收点进行信道补偿。
本发明多载波-码分多址接入系统MC-CDMA实时信道估计方法的优点是，通过采用迭代方法，简化了多载波-码分多址接入系统的信道估计过程。从而大大简化计算复杂程度，节约计算时间，更方便实际应用。如果将本发明方法与公开方法进行信道估计相比较，同样计算βn+1，m和βn，m+1，本发明方法计算的复杂程度倘若为o(N+M)，已公开方法的计算复杂度则为o((N+M)2)。


图1是本发明迭代方法信道估计器嵌入多载波-码分多址接入系统的结构框图。其中，101-多载波-码分多址接入系统，102-植入迭代方法的信道估计器。
图2是本发明多载波-码分多址接入系统MC-CDMA迭代方法存储式信道估计的加权导频结构图。其中，201-每一个小方块代表的一个加权导频，202-正中间粗线条包围的方块正是要进行信道估计和信道补偿的点。
图3是本发明多载波-码分多址接入系统MC-CDMA迭代方法存储式信道估计方法程序框图。其中，301-将第-个用户的发送数据全部设为已知的导频数据，302-接收第一个用户所有的发送导频及其他用户数据，303-利用在时域和频域分别加权的导频结构和第一个用户的接收数据和已知发送导频，采用简化的方式对信道进行估计，304-根据得到的估计信道对相应的接收点进行信道补偿。
图4是本发明将存储式信道估计加权导频划分成9块的结构示意图。
图5是本发明多载波-码分多址接入系统MC-CDMA存储式信道估计迭代方法接收信号在时域-频域平面上的表征示意图。
图6是本发明多载波-码分多址接入系统MC-CDMA存储式信道估计迭代方法流程图。其中，601--确定第一个用户的接收信号在时域和频域的边界条件，602--确定各导频块A，B，C，D E，F，G，H的初始值A0，0，B0，0，C0，0，D0，0，E0，0，F0，0，G0，0和H0，0，603--接收到第n个多载波符号后，采用迭代的方法分别求出导频块E、F值En-N，0:En+N，0、Fn-N，0:Fn+N，0以及G，H的值Gn，-M:Gn，Nc-1+M，Hn，-M:Hn，Nc-1+M，并存储这些值，604--采用迭代的方法求得导频块A，B，C，D的值An，0:An，Nc-1，Bn，0:Bn，Nc-1，Cn，0:Cn，Nc-1，Dn，0:Dn，Nc-1，605--根据接收导频数据的加权平均βn，m的定义和所有已经求得的导频块A，B，C，D，E，F，G，H的值，采用迭代方法计算出所有β值βn，0:βn，Nc-1，606--采用与估计接收导频数据的加权平均βn，m类似的方法估计出所有的发送导频数据的加权平均γn，m，607根据en,m=βn,mγn,m,]]>计算出信道估计值en，0:en，Nc-1。
图7是本发明植入迭代方法的存储式信道估计器模块的构造框图。其中，701-控制器(含存储器)模块，702-控制初始化模块，703-计数器模块，704-EFGH计算器及存储器模块，705-A--I计算器及存储器模块，706-γ估计器模块，707-β计算器模块，708-e计算器模块。
图8是本发明多载波-码分多址接入系统MC-CDMA迭代方法实时信道估计的加权导频结构图。其中，201-每一个小方块代表的一个加权导频，202-右边界上粗线条包围的方块正是要进行信道估计和信道补偿的点。
图9是本发明迭代方法对多载波-码分多址接入系统MC-CDMA实时信道估计的方法程序框图。其中，301-将第一个用户的发送数据全部设为已知的导频数据，302-接收第一个用户所有的发送导频及其他用户数据，303-利用在时域和频域分别加权的导频结构和第一个用户的接收数据和已知发送导频，采用简化的方式对信道进行估计，304-根据得到的估计信道对相应的接收点进行信道补偿。
图10是本发明将实时信道估计加权导频划分成6块的结构示意图。
图11是本发明多载波-码分多址接入系统MC-CDMA实时信道估计迭代方法接收信号在时域-频域平面上的表征示意图。
图12本发明多载波-码分多址接入系统MC-CDMA实时信道估计迭代方法流程图。其中，601--确定第一个用户的接收信号在时域和频域的边界条件，602--确定各导频块A，C，E，F，G初始值A0，0，C0，0，E0，0，F0，0和G0，0，603--采用迭代的方法求出导频块E、F值En，0:En+N，0、Fn，0:Fn+N，0以及导频块G的值Gn，-M:GN，Nc-1+M，并存储这些值，604--采用迭代的方法求得导频块A，C的值An，0:An，Nc-1，Cn，0:Cn，Nc-1，605--根据接收导频数据加权平均βn，m的定义和所有已经求得的导频块A，C，E，F，G的值，采用迭代的方法计算出βn，0:βn，Nc-1，606--采用与估计接收导频数据加权平均βn，m类似的方法估计出所有的发送导频数据加权平均γn，m，求出γn，0:γn，Nc-1，607--根据en,m=βn,mγn,m,]]>计算出信道估计值en，0:en，Nc-1。
图13是本发明植入迭代方法的实时信道估计器模块的构造框图。其中，701-EFG计算器及存储器模块，702-ACEFG计算器及存储器模块，703-β计算器模块，704-γ估计器模块，705-e计算器模块。
具体实施例方式
以下结合附图1-7详细叙述本发明多载波-码分多址接入系统MC-CDMA存储式信道估计方法的实施方案。
本发明嵌入MC-CDMA多载波-码分多址接入系统101中的，采用迭代信道估计方法的存储式信道估计器102由控制器(含存储器)模块701，控制初始化模块702，计数器模块703，EFGH计算器及存储器模块704，A--I计算器及存储器模块705，γ估计器模块706，707-β计算器模块，e计算器模块708构成。应用植入迭代信道估计方法估计器102，存储式信道估计方法如下步骤S1-1确定第一个用户的接收信号在时域和频域的边界条件601。
如图5所示，第一个用户的接收信号在时域和频域上形成一个二维数据，要估计这个二维数据内任意一点的信道，需要知道以这一点为中心的(2N+1)*(2M+1)的方块中所有的发送和接收数据。为估计时间和频率边界点上的值，假设ri，j＝0，当-N≤i≤-1，Ns≤i≤Ns+N或者-M≤j≤-1，Nc≤j≤Nc+M时，即在图5中黑色粗框外的那些小方格上点的数据为0。这样，位于或者靠近边界点的信道估计的准确性会降低，但通常这部分数据比较少，并不影响中间其他各点信道估计的准确性。
步骤S1-2确定各导频块A，B，C，D E，F，G，H的初始值602。
假定位于时间-频率平面左上角第一点的坐标为(0，0)，则根据A，B，C，D E，F，G，H的定义计算出A0，0，B0，0，C0，0，D0，0，E0，0，F0，0，G0，0和H0，0。
步骤S1-3接收到第n个多载波符号后，根据公式(12)～公式(15)和初始值E0，0，F0，0，G0，0和H0，0，采用迭代的方法分别求出导频块E、F值En-N，0:En+N，0、Fn-N，0:Fn+N，0以及导频块G，H的值Gn，-M:Gn，Nc-1+M，Hn，-M:Hn，Nc-1+M，并存储这些值603。
步骤S1-4根据公式(4)～公式(11)和初始值A0，0，B0，0，C0，0，D0，0以及导频块E，F，G，H的所有值，采用迭代的方法求得导频块A，B，C，D的值An，0:An，Nc-1，Bn，0:Bn，Nc-1，Cn，0:Cn，Nc-1，Dn，0:Dn，Nc-1604。
步骤S1-5根据接收导频数据的加权平均βn，m的定义和所有已经求得的导频块A，B，C，D，E，F，G，H的值，采用迭代方法计算出所有β值βn，0:βn，Nc-1605。
步骤S1-6采用与估计接收导频数据的加权平均βn，m类似的方法估计出所有的发送导频数据的加权平均γn，m606；步骤S1-7根据en,m=βn,mγn,m,]]>计算出信道估计值en，0:en，Nc-1607。
植入迭代方法的信道估计器模块中，存储式信道估计过程如下信道估计器中，控制器(存储器)模块701包含两个输入部分，一个是接收第一个用户送出的多载波符号Rn，每个多载波符号用导频数据表示为Rn=rn,0,L,rn,Nc-1T;]]>另一个是控制信号Cn。两组输出端口，一组用来输出存储器内所有数据，另一组输出(Nc+2M)维向量。模块内部有一个包含(2N+1)*(Nc+2M)个存储单元的存储器(原始值为0)和一个输出控制器，模块将连续接收到的(2N+1)个Nc维多载波符号两头各添上M个0，扩展成(Nc+2M)维向量后，按列移存入存储器中，当Cn≤N+1时，模块只是存储接收到的第一个用户的导频数据；当Cn＝N+1时，模块第一输出端将存储器内所有数据输出到控制初始化模块702；当Cn＞N+1时，模块当前时刻的输入多载波符号Rn+N+1两端各添上M个0，扩展成(Nc+2M)维向量R′n+N+1后，输出给EFGH计算器及存储器704模块和β计算器模块707。
计数器模块703包含一个输入端，即多载波符号时钟，一个输出端，即计数值Cn，计数器初值为0，系统每接收一个多载波符号，计数器自动加1。
控制初始化模块702包含(2N+1)*(Nc+2M)个输入端口，接收来自控制器(存储器)模块701的数据，按照An，m:In，m的定义公式求出A0，0:I0，0，将其输出到A--I计算器及存储器模块705，作为其存储器单元的初始值，按照En，m:Hn，m定义公式求出E0，0:EN，0，F0，0:FN，0，Gn，-M:Gn，Nc-1+M，Hn，-M:Hn，Nc-1+M，将其输出到EFGH计算器及存储器模块704，作为其存储器部分存储单元的初始值。经计算得到A0，0＝C0，0＝D0，0＝E0，0＝G0，0＝0B0.0=Σi=1NΣj=1Mri,jλtiλfj]]>F0.0=ΣMj=1r0,jλfj]]>H0.0=ΣNi=1ri,0λti]]>I0，0＝r0，0En,m=Σj=m-Mm-1rn,jλfm-j]]>Fn,m=Σj=m+1m+Mrn,jλfj-m]]>Gn,m=Σi=n-Nn-1ri,m·λtn-i]]>Hn,m=Σi=n+1n+Nri,m·λti-n]]>EFGH计算器及存储器模块704包含两组输入端口，一组用来接收来自控制初始化模块702的初始化数据，一组用来接收控制器(存储器)模块701输出的当前多载波符号补零向量Rn+N+1′，一组输出端口，将计算得到的当前加权导频块202EFGH的值输出给A--I计算器及存储器模块705。该模块包含两个用来存储数据的，长为(2N+1)寄存器1、2和两个长为(Nc+2M)寄存器3、4，En-N，0:En+N1，0，Fn-N，0:Fn+N，0，Gn，-M:Gn，Nc-1+M，Hn，-M:Hn，Nc-1+M，原始值均赋为0。当Cn＝N+1时，EFGH计算器及存储器模块704将控制初始化模块702及时算得的输出E0，0:EN，0，F0，0:FN，0，G0，-M:G0，Nc-1+M，H0，-M:H0，Nc-1+M存入寄存器对应单元，并将其输出给A--I计算器及存储器模块705；当Cn＝N+2时，用输入端仅收到的来自控制器(存储器)模块701的当前多载波符号补零向量R′0+N+1，根据En，m、Fn，m定义公式求得EN+1，0及FN+1，0，并将其左移入寄存器1、2(此时n＝1，m＝0)，再利用公式(14)和公式(15)将寄存器3、4内数据更新为G1，-M:G1，Nc-1+M和H1，-M:H1，Nc-1+M，至此，可以将寄存器中所有数据输出给A--I计算器及存储器模块705。对任意Cn＞N+2时刻，EFGH计算器及存储器模块704先将寄存器1，2内数据顺序左移，然后将接收数据rn+N+1，-M:rn+N+1，Nc+M按照定义式计算出En+N+1，0及Fn+N+1，0后存入最右边单元，并利用公式(14)和公式(15)将寄存器3、4内数据更新为Gn+1，-M:Gn+1，Nc-1+M和Hn+1，-M:Hn+1，Nc-1+M，然后将寄存器中所有数据输出给A--I计算器及存储器模块705。
A--I计算器及存储器模块705包括两组输入端口，一组用来接收初始化数据，一组用来接收重要的EFGH迭代数据。一组输出端口，用来发送当前时刻对应Nc个子载波的所有加权导频块201的值，以便求出当前时刻对应每个子信道的β值。模块包含五个寄存器，其中，寄存器1用来存储An，0:In，0，寄存器2～5分别用来存储En-N，0:En+N，0，Fn-N，0:Fn+N，0，Gn，-M:Gn，Nc-1+M，Hn，-M:Hn，Nc-1+M。当Cn＝N+1时刻，模块接收来自控制初始化模块702的输出A0，0:I0，0将其存入寄存器1中；接收来自EFGH计算器及存储器模块704的E0-N，0:E0+N，0，F0-N，0:F0+N，0，G0，-M:G0，Nc-1+M，H0，-M:H0，Nc-1+M将其存入寄存器2～5。取G0，-M·G0，Nc-1+M，H0，-M:H0，Nc-1+M联合A0，0:I0，0，利用公式(5)、(7)、(9)、(11)以及In，m的定义式求出A0，1:A0，Nc-1，B0，1:B0，Nc-1，C0，1:C0，Nc-1，D0，1:D0，Nc-1，I0，1:I0，Nc-1；取E0，0，F0，0，利用公式(12)、(13)求出E0，1:E0，Nc-1，F0，1:F0，Nc-1，而G0，1:G0，Nc-1及H0，1:H0，Nc-1可从接收数据中提出，然后将这些数据包括A0，0:I0，0全部传给β计算器模块707；当Cn＝N+2时刻，模块只接收来自EFGH计算器及存储器模块704的数据E1-N，0:F1+N，0，F1-N，0:F1+N，0，G1，-M:G1，Nc-1+M，H1，-M:H1，Nc-1+M，并将其存入寄存器2～5，取现有寄存器1、2、3中数据(A0，0:I0，0，E1-N，0:E1+N，0，F1-N，0:F1+N，0)，利用公式(4)、(6)、(8)、(10)及In，m定义式求得A1，0:D1，0以及I1，0，再从接收数据中提出F1，0，F1，0，G1，0，H1，0，联合用来更新寄存器1，然后取寄存器4、5中数据G1，-M:G1，Nc-1+M，H1，-M:H1，Nc-1+M，联合A1，0:I1，0，利用公式(5)、(7)、(9)、(11)以及In，m的定义式，求出A1，1:A1，Nc-1，B1，1:B1，Nc-1，C1，1:C1，Nc-1，D1，1:D1，Nc-1，I1，1:I1，Nc-1，取寄存器2、3中数据E1，0，F1，0，利用公式(12)、(13)，求出E1，1:E1，Nc-1，F1，1:F1，Nc-1，而G1，1:G1，Nc-1及H1，1:H1，Nc-1可从寄存器4、5中直接提出，然后将这些数据包括A1，0:I1，0全部传给β计算器模块707。当Cn＞N+2的任意时刻，重复上述步骤先用输入的数据(En-N，0:En+N，0，Fn-N，0:Fn+N，0)以及寄存器1(An-1，0:In-1，0)中数据求得An，0:In，0更新寄存器1，然后用输入数据(Gn，-M:Gn，Nc-1+M，Hn，-M:Hn，Nc-1+M)联合An，0:In，0，求出An，1:An，Nc-1，Bn，1:Bn，Nc-1，Cn，1:Cn，Nc-1，Dn，1:Dn，Nc-1，用En，0，Fn，0求出En，1:En，Nc-1，Fn，1:Fn，Nc-1，再从接收数据中提出Gn，1:Gn，Nc-1及Hn，1:Hn，Nc-1，然后将这些数据包括An，0:In，0全部传给β计算器模块707。
β计算器模块707将输入数据An，m:In，m，m＝0，L，Nc-1代入以下公式βn，m＝An，m+Bn，m+Cn，m+Dn，m+En，m+Fn，m+Gn，m+Hn，m+In，m求得βn，0:βn，Nc-1。
γ估计器模块706是一个集成模块，采用与估计β类似的方法迭代计算，所不同的是输入信号为导频数据p，是已知量，可以实时计算出γn，0:γn，Nc-1。
e计算器模块708接收β计算器模块707的输出βn，0:βn，Nc-1以及γ估计器模块706的输出γn，0:γn，Nc-1，根据公式en,m=βn,mγn,m,]]>计算出信道估计en，m值，m＝0，1，……，Nc-1。
在对其他用户(除第一用户外)的接收数据进行信道补偿中，rn，m是其他任一用户在第m个子载波上接收到的第n个数据， 是补偿后的接收数据，对第n个多载波符号在第m个子载波上那一点202的信道补偿可由公式(3)r^n,m=rn,m/en,m]]>求得。
以上，采用本发明多载波-码分多址接入系统MC-CDMA迭代方法的信道估计方法步骤S1在发送端，将第一个用户的发送数据全部设为已知的导频数据301，步骤S2在接收端，接收第一个用户所有的发送导频和其他用户的数据302，步骤S3选择在时域和频域分别加权的存储式导频结构，并利用第一个用户的已知发送导频和接收导频数据，采用迭代方法逐点对信道进行时域和频域估计303，步骤S4根据得到的信道估计对相应的接收点进行信道补偿304，以下结合附图8-13详细叙述本发明多载波-码分多址接入系统MC-CDMA实时信道估计方法的实施方案。
本发明嵌入MC-CDMA多载波-码分多址接入系统101中的，采用迭代信道估计方法的实时信道估计器102由EFG计算器及存储器模块701，ACEFG计算器及存储器模块702，β计算器模703块，γ估计器模块704，e计算器模块705构成。对多载波-码分多址接入系统的实时信道估计方法如下步骤S1-1确定第一个用户的接收信号在时域和频域的边界条件601；如图11所示，第一个用户的接收信号在时域和频域上形成一个二维数据，要估计这个二维数据内任意一点的信道，需要知道以这一点为中心的(N+1)*(2M+1)的方块中所有的发送和接收数据。为估计时间和频率边界点上的值，我们假设ri，j＝0，当-N≤i≤-1或者-M≤j≤-1，Nc≤j≤Nc+M，即在图11中黑色粗框外的那些小方格上点的数据为0。这样，位于或者靠近边界点的信道估计的准确性将降低，但是通常这部分数据比较少，而且这并不影响中间其他各点信道估计的准确性。
步骤S1-2确定各导频块A，C，E，F，G初始值602；假定位于时间-频率平面左上角第一点的坐标为(0，0)，则根据A，C，E，F，G的定义计算出A0，0，C0，0，E0，0，F0，0和G0，0。
步骤S1-3根据公式(8)～公式(10)和初始值E0，0，F0，0，G0，0，采用迭代的方法求出导频块E、F值En，0:En+N，0、Fn，0:Fn+N，0以及导频块G的值Gn，-M:Gn，Nc-1+M，并存储这些值603；步骤S1-4根据公式(4)～公式(7)和初始值A0，0，C0，0，以及E，F，G的所有值，采用迭代的方法求得导频块A，C的值An，0:An，Nc-1，Cn，0:Cn，Nc-1604；步骤S1-5根据接收导频数据加权平均βn，m的定义和所有已经求得的导频块A，C，E，F，G的值，采用迭代的方法计算出βn，0:βn，Nc-1605；步骤S1-6采用与估计接收导频数据加权平均βn，m类似的方法估计出所有的发送导频数据加权平均γn，m，求出γn，0:γn，Nc-1606；步骤S1-7根据en,m=βn,mγn,m,]]>计算出信道估计值en，0:en，Nc-1607。
在植入迭代方法的信道估计器模块中，实时信道估计过程如下EFG计算器及存储器模块701的输入是第一个用户送出的多载波符号Rn，每个多载波符号用导频数据表示为Rn=rn,0,L,rn,Nc-1T,]]>输出是计算得到的一组加权导频块(见图10)E、F、G的值。该模块包含有三组寄存器，寄存器1、2长为(N+1)用来存储数据En-N0:En，0和Fn-N，0:Fn，0，寄存器3长为(Nc+2M)用来存储数据Gn，-M:Gn，Nc-1+M。EFG每一个小加权导频块的值按下式计算
E0，0＝G0，0＝0F0,0=Σj=1Mr0,jλfj]]>En,0=Σj=-M-1rn,jλf-j]]>F0,0=Σj=1Mr0,jλfj]]>Gn,m=Σi=n-Nn-1ri,m·λtn-i]]>边界按步骤S1-1定义。每输入一个多载波符号，该模块计算出当前时刻的En，0，Fn，0，分别左移入寄存器1，2，再计算出当前时刻的Gn，-M:Gn，Nc-1+M矢量存入寄存器3，然后将三个寄存器中所有值(可看成是三个矢量)En-N，0:En，0，Fn-N，0:Fn，0，Gn，-M:Gn，Nc，Nc-1+M输出给ACEFGI计算器及存储器模块702。
ACEFG计算器及存储器模块702接收EFG计算器及存储器模块701输出的重要的EFG迭代数据，处理后输出当前时刻对应NC个子载波的所有加权导频块的值(见图8)，以便求出当前时刻对应每个子载波信道的β值。该模块包含一个寄存器，用来存储An，0，Cn，0，En，0，Fn，0，Gn，0。整个过程可以描述成先利用输入的数据(En-N，0:En，0，Fn-N，0:Fn，0)以及寄存器1中数据(An-1，0，Cn-1，0，Fn-1，0，Fn-1，0，Gn-1，0)，根据公式(4)、(6)、(10)求得(An，0，Cn，0，En，0，Fn，0，Gn，0)更新寄存器1；然后用输入数据(Gn，-M:Gn，Nc-1+M)联合An，0，Cn，0，En，0，Fn，0，Gn，0，根据公式(5)、(7)求出An，1:An，Nc-1，Cn，1:Cn，Nc-1；再用En，0，Fn，0求出En，1:En，Nc-1，Fn，1:Fn，Nc-1；从接收数据中提出Gn，1:Gn，Nc-1，然后将这些数据包括(An，0，Cn，0，En，0，Fn，0，Gn，0)全部传给β计算器模块703。
β计算器模块703将输入数据之一Rn=rn,0,L,rn,Nc-1T]]>利用In，m定义式得到In，m，m＝0，1，L，NC-1，联合输入数据An，m，Cn，m，En，m，Fn，m，Gn，m，m＝0，L，Nc-1根据公式(3)求得βn，0:βn，Nc-1。
γ估计器模块704是一个集成模块，它采用与估计β类似的方法迭代计算，可以实时计算出γn，0:γn，Nc-1。
e计算器模块705接收β计算器模块703的输出βn，0:βn，Nc-1以及γ估计器模块704的输出γn，0:γn，Nc-1，根据公式(2)，计算出信道估计en，m值，m＝0，1，……，Nc-1。
在对其他用户(除第一用户外)的接收数据进行信道补偿中，rn，m是其他任一用户在第m个子载波上接收到的第n个数据， 是补偿后的接收数据，对第n个多载波符号在第m个子载波上那一点202的信道补偿可由公式r^n,m=rn,m/en,m]]>求得。
以上，采用本发明迭代方法估计器，对多载波-码分多址接入系统MC-CDMA进行信道估计的方法步骤S3-1在发送端，将第一个用户的发送数据全部设为已知的导频数据301，步骤S3-2在接收端，接收第一个用户所有的发送导频和其他用户的数据302，步骤S3-3选择在时域和频域分别加权的实时导频结构，并利用第一个用户的已知发送导频和接收导频数据，采用迭代方法逐点对信道进行时域和频域估计303，步骤S3-4根据得到的信道估计对相应的接收点进行信道补偿304。
综上所述，本发明的方法大大简化了计算复杂度，节约了计算时间。倘若采用本发明方法计算接收导频数据的加权平均βn+1，m和βn，m+1的计算复杂度为o(N+M)，已公开方法的计算复杂度则为o((N+M)2)，因此，本发明信道估计方法更为实用。
权利要求
1.一种多载波-码分多址接入系统的信道估计方法，其特征在于步骤如下步骤S1在发送端，将第一个用户的发送数据全部设为已知的导频数据；步骤S2在接收端，接收第一个用户所有的发送导频和其他用户的数据；步骤S3选择在时域和频域分别加权的导频结构，并利用第一个用户的已知发送导频和接收导频数据，采用迭代的方法逐点对信道进行时域和频域的估计。
2.根据权利要求1所述的多载波-码分多址接入系统信道估计方法，其特征在于该方法是存储式信道估计方法。
3.根据权利要求2所述的多载波-码分多址接入系统的信道估计方法，其特征在于采用以下步骤步骤S1-1确定第一个用户的接收信号在时域和频域的边界条件601。步骤S1-2确定各导频块A，B，C，D E，F，G，H的初始值A0，0，B0，0，C0，0，D0，0，E0，0，F0，0，G0，0和H0，0602。步骤S1-3接收到第n个多载波符号后，根据公式(12)～公式(15)和初始值E0，0，F0，0，G0，0和H0，0，采用迭代的方法分别求出导频块E、F值En-N，0:En+N，0、Fn-N，0:Fn+N，0以及导频块G，H的值Gn，-M:Gn，Nc-1+M，Hn，-M:Hn，Nc-1+M，并存储这些值603。步骤S1-4根据公式(4)～公式(11)和初始值A0，0，B0，0，C0，0，D0，0以及导频块E，F，G，H的所有值，采用迭代的方法求得导频块A，B，C，D的值An，0:An，Nc-1，Bn，0:Bn，Nc-1，Cn，0:Cn，Nc-1，Dn，0:Dn，Nc-1604。步骤S1-5根据接收导频数据的加权平均βn，m的定义和所有已经求得的导频块A，B，C，D，E，F，G，H的值，采用迭代方法计算出所有β值βn，0:βn，Nc-1605。步骤S1-6采用与估计接收导频数据的加权平均βn，m类似的方法估计出所有的发送导频数据的加权平均γn，m606；步骤S1-7根据en,m=βn,mγn,m,]]>计算出信道估计值en，0:en，Nc-1607。
4.一种实现权利要求1至4中任一所述的多载波-码分多址接入系统信道估计方法的装置，其特征在于该装置包括计数器模块，含存储器的控制器模块，控制初始化模块，EFGH计算器及存储器模块，A--I计算器及存储器模块，β计算器模块，γ估计器模块以及e计算器模块。
5.根据权利要求1所述的多载波-码分多址接入系统信道估计方法，其特征在于该方法是实时信道估计方法。
6.根据权利要求5所述的多载波-码分多址接入系统的信道估计方法，其特征在于采用以下步骤步骤S1-1确定第一个用户的接收信号在时域和频域的边界条件；步骤S1-2确定各导频块A，C，E，F，G初始值A0，0，C0，0，E0，0，F0，0和G0，0；步骤S1-3根据公式(8)～公式(10)和初始值E0，0，F0，0，G0，0，采用迭代的方法求出导频块E、F值En，0:En+N，0、Fn，0:Fn+N，0以及导频块G的值Gn，-M:Gn，Nc-1+M，并存储这些值；步骤S1-4根据公式(4)～公式(7)和初始值A0，0，C0，0以及E，F，G的所有值，采用迭代的方法求得导频块A，C的值An，0:An，Nc-1，Cn，0:Cn，Nc-1；步骤S1-5根据接收导频数据加权平均βn，m的定义和所有已经求得的导频块A，C，E，F，G的值，采用迭代的方法计算出βn，0:βn，Nc-1；步骤S1-6采用与估计接收导频数据加权平均βn，m类似的方法估计出所有的发送导频数据加权平均γn，m，求出γn，0:γn，Nc-1；步骤S1-7根据en,m=βn,mγn,m,]]>计算出信道估计值en，0:en，Nc-1。
7.一种实现权利要求5或6中所述的多载波-码分多址接入系统信道估计方法的装置，其特征在于该装置包括EFG计算器及存储器模块、ACEFG计算器及存储器模块、β计算器模块、γ估计器模块和e计算器模块。
全文摘要
本发明涉及一种多载波－码分多址接入系统的信道估计方法，通过应用迭代方法进行信道估计，简化了多载波－码分多址接入系统的信道估计，从而大大简化计算复杂程度。如果将本发明方法与公开算法进行信道估计相比较，同样计算接收导频数据的加权平均β
文档编号H04J13/00GK1816028SQ20051002386
公开日2006年8月9日 申请日期2005年2月4日 优先权日2005年2月4日
发明者唐琳, 张小东, 熊勇 申请人:上海无线通信研究中心