专利名称：一种正交频分复用系统中信道估计的方法
技术领域：
本发明涉及无线移动通信系统，具体涉及一种正交频分复用系统中信道 估计的方法。
背景技术：
随着通过互联网所进行的視频、语音和数据通信流量的显著增长，以及 移动电话的快速普及，用户更加迫切希望移动通信系统可以提供移动多々某体 业务的接入。因此世界各国也都把目光投向多址接入移动通信系统，其中正交频分多路复用/正交频分多址(OFDM/OFDMA)就是一种引人注目的候选方 案之一。在OFDM系统的接收端，为了提高系统的性能，通常采用相千解调，相 干解调需要信道参数信息，它可以通过信道估计来获得。信道估计的性能直 接影响系统性能，是接收机的关键技术之一。基于导频的信道估计方法得到 了广泛的影响。在多径衰落并且快变信道情况下，例如高数据率OFDM移动 系统中，为克服信道的不利影响， 一般采用梳状导频信号估计来获得实时信 道响应。梳状导频信道估计由导频子载波信道估计算法和差值算法构成。因为在 数据子载波的信道响应值是通过对导频载波的信道响应值进行插值得到的， 所以系统性能在很大程度上依赖于对导频子载波信道响应估计的准确性。基 于导频的信道估计有比较简单的LS(Least Square,最小二乘)估计(摘自《信 号的统计检测与估计理论》，李道本编著)，复杂一些的MMSE(Minimum Mean Square Error,最小均方误差)估计(摘自《信号的统计检测与估计理论》，李 道本编著)等方法。传统的最小二乘LS算法主要有(-)频率拟合和(r)时频域联合拟合两种方法。(-)频域拟合算法主要是根据已知导频进行导频载波的信道估计，利用导 频载波的信道估计值进行频域一维线形拟合得到数据载波位置的信道响应值。主要步骤包括1 )将接收到的连续M个符号的数据分成若干个时频二维数据块，每个数 据块在时域占用附个符号，频域上占用"个载波，故每个数据块包含附x"个数 据；2)利用每个数据块中的导频得到导频子载波位置的信道估计值^p;3 )对每个数据块中导频载波位置的信道响应值Wp利用频域拟合算法得 到整个数据块所有载波位置的信道响应值^W;其中频域拟合算法主要包括"W是子载波^处的信道频率响应，户是一个数据块中导频子载波的位置 索引集。^W由如下模型估计 ) = c, + c2 =C、 = W其中 Cff=[Cl,c2]确定C的原则是 。U, ,J4)根据整个数据块所有载波位置的信道响应值得到每个符号的数据载波 位置的信道响应值；即，假设"'是数据块中第i个符号的数据子载波的位置索引，则第z'个符 号的数据子载波的信道响应值为》《AeA);由以上推导可看出，频率拟合没有考虑信道的时间相关性，认为每个数 据块中所有符号相同载波位置的信道响应值皆相同，故在低速运动的信道条 件下有很好的性能，这是因为低速运动的信道下，信道之间的相关系数较大， 估计的信道与实际信道误差很小，由于计算简单，很适合应用于实际信道中， 但是在高速运动的信道下，信道之间的时间相关性较差，信道的时间相关性 对信道估计的影响很大，所以在高速运动下传统的LS频率拟合算法性能比较仁)时频域联合拟合算法主要是根据已知导频进行导频载波的信道估计， 利用导频载波的信道估计值进行时域和频域二维线形拟合得到每个符号数据载波位置的信道响应值。主要步骤包括将接收到的连续M个符号的数据分成若千个时频二维数据块，每个数据块在时域占用附个符号，频域上占用"个载波，故每个数据块包含附x"个数据；利用每个数据块中的导频得到导频子载波位置的信道估计值》(P力；对每个数据块中导频载波位置的信道响应值A&o利用频域拟合算法得到整个数据块所有符号数据载波位置的信道响应值》(、")； 其中频域拟合算法主要包括"(、")是第"个符号子载波^处的信道频率响应，P是一个数据块中导频 子载波的位置索引集。由々口下才莫型4古i十》(*,") = 6^+(;2" + ￡;3 =Cff& =《C*确定C的原则是 e Up1 ''J由以上可看出，时频域联合拟合算法虽然同时考虑了信道的时间相关性 和频率相关性，但是由于时频域拟合算法利用有限的导频拟合一个平面得到 数据载波的信道响应值，因此拟合的性能和每个符号的导频数量有很大关系， 导频数量足够多，拟合的性能就好，但是大大降低了频带利用率，导频数量 少，拟合的性能甚至比频率拟合的性能差，所以时频域联合拟合一般应用在 导频数量较多的载波分配方式中。另外，MMSE算法需要事先知道信道的相关性，信道的相关信息属于信 道状态的二阶统计特性，统计特性在实际中都是通过时间平均来处理的，这 种时间上的平均来代替统计上的平均只有在信道属于平稳随才几过程时才是无 偏的，而信道一般都不是平稳随机过程，这种处理引入了误差，另外MMSE其中:C"'1]算法还必须估算出信噪比，整个估计过程复杂度很高，不适合实际系统。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是如何提供一种正交频分复用系统中信道估 计的方法，在较高的频带利用率的前提下，能以较低的复杂性更准确地得到 整个信道的信道响应。
本发明的上述技术问题这样解决，提供一种正交频分复用系统中信道估
计的方法，包括以下步骤
1.1) 将接收到的连续数据分成若千时频二维数据块，即每个时频二 维数据块占用相同的时长频宽；
1.2) 利用导频得到导频位置的信道估计值并进一步得到所述二维数据 块所有载波频率位置的信道估计值；
1.3) 根据导频位置的信道估计值与该导频所在载波的载波频率位置的 信道估计值的差值获取时域修正值；
1.4) 根据所述步骤1.2)中所有载波频率位置的信道估计值加上所述步 骤1.3)中时域修正值获取所述数据块中所有数据的信道估计值。
按照本发明提供的信道估计的方法，具体如下
2.1) 将接收到的连续M个符号的数据分成若干个时频二维数据块，每 个数据块在时域占用w个符号，频域上占用w个载波，包含/wx"个 数据，其中m， n为自然数；
2.2) 利用每个数据块中的导频得到导频位置的信道估计值^(;t');
2.3) 以所述导频位置的信道估计值^(it')为基础获取所述数据块所有 载波频率位置的信道估计值左(it);
2.4) 根据导频位置的信道估计值^(A:')与该导频所在载波的载波频率 位置的信道估计值》(Q的差值获取各符号时域修正值^ ;
2.5) 根据所述所有栽波频率位置的信道估计值々^)加上各符号时域修 正值w,.获取所述数据块中所有数据的信道估计值戌(W 。
按照本发明提供的信道估计的方法，所述步骤2.2)以最小二乘估计法进 行所述导频位置的信道估计。按照本发明提供的信道估计的方法，所迷导频位置的信道估计值^()t')根 据公式&("=》，其中S，是发送的导频序列，&*是接收的导频序列，
p是数据块中导频对应频域序号的集合，k，是导频集合中导频的排列序号。
按照本发明提供的信道估计的方法，所述步骤2.3)以最小二乘估计法进 行所述所有载波频率位置的信道估计。
按照本发明提供的信道估计的方法，所述载波频率位置的信道估计值 ^("是根据以下模型获取，k是数据块各符号对应频域序号
》(A:) = ClA: + C2=C、=W
其中. &=1^'1J
C"=[Cl,c2]
确定C的原则是 ， " "i/(yt)-C t|2
按照本发明提供的信道估计的方法，所述数据块中每个时隙对应符号时
域修正值A取所述步骤1.4)中差值的均值。
按照本发明提供的信道估计的方法，所述步骤1.4)中所有数据的信道估 计值戌(A:)根据公式戌(Ar卜A(A:) + M获取，其中i是数据块各数据对应时域序 号，k是数据块各数据对应频域序号。
按照本发明提供的信道估计的方法，该方法还包括利用所有数据的信道 响应值A(A:)对接收数据块进行信道均衡，进而对均衡后的数据进行相千解 调。
按照本发明提供的信道估计的方法，所述正交频分复用系统是基于 正EE802.16a/802.16d/802.16e/LTE标准的正交频分复用系统。
本发明提供的一种正交频分复用系统中信道估计的方法，在获取的载波 位置的信道估计》^)的基础上再根据导频位置的信道估计对,Ot')获^f又时域修 正值w,进一步得到整个信道的信道响应，这样充分利用了无线信道的频率相 关性和时间相关性，更准确的估计出信道的冲击响应^,询，并且复杂度低， 导频个数少也影响不大。
下面结合附图和具体实施例进一步对本发明进行详细说明。
图1为本发明第一实施例使用的数据块的结构示意图； 图2为本发明实现的流程图3为本发明第一实施例与传统LS算法的信道估计性能的比较图； 图4为本发明第二实施例使用的数据块的结构示意图。
具体实施例方式
首先，简要说明本发明主要步骤，具体包括
① 将接收到的连续M个符号的数据分成若千个时频二维数据块，每个数 据块在时域占用附个符号，频域上占用"个载波，故每个数据块包含附x"个数 据；
② 利用每个数据块中的导频得到导频位置的信道估计值；
③ 利用每个数据块中导频位置的信道响应值得到数据块中所有载波位置 的4言道响应《直；
④ 将每个数据块中的载波位置的信道响应值减去步骤③中同一频率上的 导频位置的信道响应值，并求取差值的均值，得到此符号信道响应值的时域 修正值；
⑤ 将步骤③中得到载波位置的信道响应值加上步骤④中得到的每个符号 信道响应值的时域修正值，得到每个数据块中所有数据的信道响应值；
另夕卜，还包括利用每个符号的信道响应值对接收到的数据进行信道均衡， 进而对均衡后的数据进行相干解调；
所述的正交频分复用系统的信道估计方法，其中，所述步骤①中，数据 块的划分准则取决于实际系统使用的载波分配方式，对于802.16e上行的连续 子载波分配方式，每个数据块时域上占用3个符号，频域上占用18个载波， 而对于上行的部分子载波分配方式，每个数据块时域上占用3个符号，频域 上占用4个载波。
所述的正交频分复用系统的信道估计方法，其中，所述步骤②中，以最小二乘估计法进行所述导频子载波位置的信道估计。
所述的正交频分复用系统的信道估计方法，其中，所述步骤③中，以最 小二乘估计法进行所述每个数据块的所有子载波位置的信道估计。
所述的正交频分复用系统的信道估计方法，其中，所述正交频分复用系
统为基于正EE802.16a/802.16d/802.16e/LTE标准的正交频分复用系统。 下面，结合附图和本发明具体应用进行进一步详细说明
如图1所示，本发明第一实施例使用的数据块在时域上占用3个符号时 间，在频域上占用18个载波间隔。每个数据块的每个符号中有2个导频子载 波和16个数据子载波。第一个符号的第2个和第11个载波位置为导频子载 波，并标记为^a^(0和7^^(2、第二个符号的第5个和第14个栽波位置为 导频子载波，并标记为^^6(3)和^^(4);第三个符号的第8个和第17个载 波位置为导频子载波，并标记为^c^(S)和^c^(6)。从频率上看，导频子载 波占用很少的带宽，故带宽利用率很高。
如图2所示，为本发明信道估计方法的流程图，,i设系统理想同步，该 实施例信道估计的具体步骤如下
202)将接收到的数据(包括导频和数据)划分成数据块，每个数据块在 时域上占用3个符号时间，在频域上占用18个载波间隔。导频子载波和数据 子载波的分配方式如图1所示；
204)对每个数据块的导频子载波利用LS算法估计导频子载波位置的信 道响应值，即
a 尸
广
尸』'A咖(2),尸』'K4) , ， S咖(6)
其中，A。w为发送的导频序列，为基站和移动台都已知的序列。
206 )对已估计得到的导频子载波位置的信道响应值^利用LS算法得到 整个数据块所有载波位置的信道响应值。
"W是子栽波t处的信道频率响应，l""8，令^^[2'5'8,11,14,17]，尸是 一个数据块中导频子载波的位置索引集。由如下模型估计麵)、"^C、"C'
其中
确定C的原则是:
巧"化l顯—c、
，IA (1)—C 212 + & (2) — C、! 〔 +1 & (3) - C 5 f +1 & (4) - C 14
+ |^(5) —C、|2 +木(6)-C%7 2}
p卩 J 最终计算得
^ (" " {j^[—5A (1) — 3^ (3) — & (5) + ^ (2) + 3A, (4) + 5^ (6):、
+
,105
20^ (3) +18& (5) +1(2) +16々p (4) +《(6)
208)利用步骤204 )中得到的导频子载波位置的信道响应值和步骤206 ) 中得到的每个符号导频子载波位置的信道响应值，得到每个符号的信道响应 《直的^^正^直w。
〔^(1)- 2)
W，=—
2 2
(a(3)— ):
其中A =全[d (5) - A (8)) + (A (6) - A (17)): 步骤210)对每个数据块的每个符号的所有数据载波的信道响应值进行
修正，得到所有载波的信道响应值。
对于第l个符号，其信道响应值为A^H^W+W'
对于第2个符号，其信道响应值为式(*)=》("+^
对于第3个符号，其信道响应值为AW:AW + ^步骤212 )对接收的数据进行信道均衡，均衡后的数据为
x 、 p — Dfgcgjvej —"^receive" CO "receive,i (2) "^Mcdve" C^O
一；H^r'"^r，……^^r,
其中，z为数据块中得符号索引 1，2，3，.'为接收到的第/个符号的iV
个数据子载波。
步骤214)对信道均衡后的接收数据进行相干解调。
本发明实施例的仿真场景是载频为2.5GHz，带宽为IOM，子载波数为 1024,循环前缀长度为128个釆样点，子载波分配方式为连续子载波分配， 子信道数为48，每帧有15个符号，接收和发射天线数均为1根，系统理想 同步，调制方式为QPSK调制，编码方式为CTC编码，码率为1/2。信道环 境为ITU VA 120Km/h。
如图3，它是本发明第一实施例与传统LS算法的信道估计性能的比较图， 从图中可以看出本发明方法(实线)与传统LS算法(虚线)的误码率性能比 较情况，在误码率为1.0e-4时，本发明所需要的信噪比要比LS估计器的低 4dB。
如图4所示，本发明第二实施例使用的数据块在时域上占用7个符号时 间，在频域上占用12个载波间隔。每个数据块中有4个导频子载波和80个 数据子载波。第一个符号的第6个和第12个载波位置为导频子载波，并标记 为^^(1)和^*(2);第五个符号的第3个和第9个载波位置为导频子载波， 并标记为尸卿'卿(3)和(4)。
根据本发明信道估计方法的流程图，假设系统理想同步，信道估计的具 体步骤如下
202)将接收到的数据(包括导频和数据)划分成数据块。其中，每个数 据块在时域上占用7个符号时间，在频域上占用12个载波间隔。导频子载波 和数据子载波的分配方式如图4所示；
204)对每个数据块的导频子载波利用LS算法估计导频子载波位置的信 道响应《直，即尸
P fl)户 f2、 P P f4)
Ul) ' K2) ' U3)'尸』(4)
其中，S，为发送的导频序列，为基站和移动台都已知的序列。
206)对已估计得到的导频子载波位置的信道响应值^利用LS算法得到 整个数据块所有载波位置的信道响应值。
^")是子载波6处的信道频率响应，"6^2,令P-[3，6'9，12]， p是一
个数据块中导频子载波的位置索引集。^W由如下模型估计
《
其中: 确
定
的 原
则
C、 +》p(2)-C 12 +&(3)-C、 +&(4)-C 9
是
最终计算得 一 1
= M ^[2《(1) +18 & (2) + 27 & (3) + 21 & (4)] I
1
+
630
-90^(l) +《(2)-180A(3).
208)利用步骤204 )中得到的导频子载波位置的信道响应值和步骤206 ) 中得到的每个符号导频子载波位置的信道响应值，得到每个符号的信道响应 值的修正值w 。
即
W2 W3^4W5W6 W7<formula>formula see original document page 14</formula>
(a(i)-a(6))+(a(2)— )):
(a(3)—》(3)) + (^"4)—》(9))
3 1 2 4 ' 4 5
1 1
2 1 2 1 3
4 4 1 4 5 1 5 4 1 4 5 1 3 其中 2 1 2 5
210 )对每个数据块的每个符号的所有数据载波的信道响应值进行修正， 得到所有载波的信道响应值。
对于第l个符号，其信道响应值为AW^々W + "
对于第2个符号，其信道响应值为床^h》W+^ 对于第3个符号，其信道响应值为式("=^(*)+^
对于第7个符号，其信道响应值为》#) = ^"+^ 212 )对接收的数据进行信道均衡，均衡后的数据为
receive ，i
(1)化—(2)
圪(l)'戌(2) '
"w，'为接收到的第z-个符
其中，^为数据块中得符号索引"1，2，3……' 号的w个数据子载波。
214)对信道均衡后的接收数据进行相干解调。
虽然已参照以特定顺序实施的特定步骤来iJL明及显示本文中所揭示的方 法，^f旦应了解，可对这些步骤加以组合、细分或重新排序来形成一种等效方 法，此并不背离本-发明的教示内^，因此，在不背离本发明:精神及其实质的
但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1、一种正交频分复用系统中信道估计的方法，其特征在于，包括以下步骤1.1)将接收到的连续数据分成若干时频二维数据块；1.2)利用导频得到导频位置的信道估计值并进一步得到所述二维数据块所有载波频率位置的信道估计值；1.3)根据导频位置的信道估计值与该导频所在载波的载波频率位置的信道估计值的差值获取时域修正值；1.4)根据所述所有载波频率位置的信道估计值加上所述时域修正值获取所述数据块中所有数据的信道估计值。
2、 根据权利要求1所述信道估计的方法，其特征在于，每个所述时 频二维数据块在时域占用附个符号，频域上占用"个载波，包含附x"个数据， 其中m, n为自然数。
3 、 根据权利要求1所述信道估计的方法，其特征在于，所述步骤1.2) 中以最小二乘估计法进行所述导频位置的信道估计。
4、 根据权利要求3所述信道估计的方法，其特征在于，所述导频位<formula>formula see original document page 2</formula>置的信道估计值^^W)根据公式P P<，获得，其中^自是发送的导频 序列，Cw是接收的导频序列，p是导频对应时域序号，k，是导频对应频域 序号。
5、 根据权利要求3所述信道估计的方法，其特征在于，所述步骤1.2) 中进一步采用最小二乘估计法进行所述所有载波频率位置的信道估计。
6、 根据权利要求5所述信道估计的方法，其特征在于，所述载波频率位置的信道估计值A(W是根据以下模型获取，k是数据块各数据对应频域 序号.<formula>formula see original document page 2</formula>兵甲. d确定C的原则是 M" - C k
7、 根据权利要求1所述信道估计的方法，其特征在于，所述数据块 的任一时隙的载波上都有一个或一个以上导频，具有一个以上导频的时隙对应时域修正值^取所述差值的均值。
8、 根据权利要求1所述信道估计的方法，其特征在于，所述所有数据的信道估计值^'询根据公式戌(*) = #("+>"'获取，其中i是数据块各数据 对应时域序号，k是数据块各数据对应频域序号。
9、 根据权利要求1所述信道估计的方法，其特征在于，该方法还包括利用所有数据的信道响应值Aot)对接收数据块进行信道均衡，进而对均衡后的数据进行相干解调。
10、 根据权利要求1所述信道估计的方法，其特征在于，所述正交频 分复用系统是基于正EE802.16a/802.16d/802.16e/LTE标准的正交频分复用系 统。
全文摘要
本发明涉及一种正交频分复用系统中信道估计的方法，包括将接收到的连续数据分成若干个时频二维数据块；利用导频得到导频位置的信道估计值和所述二维数据块所有载波频率位置的信道估计值；根据导频位置的信道估计值与该导频所在载波的载波频率位置的信道估计值的差值获取时域修正值；根据所述所有载波频率位置的信道估计值加上时域修正值获取所述数据块中所有数据的信道估计值。这种方法充分利用了无线信道的频率相关性和时间相关性，能更准确的估计出信道的冲击响应，同时复杂度低，导频个数少也影响不大。
文档编号H04L25/03GK101616105SQ20081012615
公开日2009年12月30日 申请日期2008年6月27日 优先权日2008年6月27日
发明者许晓杰 申请人:中兴通讯股份有限公司