一种3gpplte下行系统中基于导频信号的信道估计方法

专利名称：一种3gpp lte下行系统中基于导频信号的信道估计方法
技术领域：
本发明属于通信系统中的信道估计技术领域，更为具体地讲，涉及一种3GPP LTE 下行系统中基于导频信号的信道估计方法。
背景技术：
LTE(Long Term Evolution)是第三代合作伙伴计划(3rd GenerationPartnership Project, 3GPP)在“移动通信宽带化”趋势下，为了对抗全球微波
(World interoperability for Microwave Access, WiMAX) 云力胃胃_入 技术的市场挑战，在十几年超3G (Beyond 3rd Generation, B3G)研究的技术储备基础上研 发出的“准4G”技术。LTE在空中接口方面用频分多址(Frequency Division Multiple Access, FDMA)替代了 3GPP 长期使用的码分多址(Code Division Multiple Access，CDMA) 作为多址技术，并大量采用了多输入多输出(multiple-input multiple-output, ΜΙΜΟ)技 术和自适应技术提高数据速率和系统性能，使空中接口传输能力达到100Mbit/S以上。3GPP LTE受到了世界上绝大多数运营商的青睐，已经被公认为是能在2010 2020年支持世界电 信产业的移动通信系统。(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) ^ 术具有很高的数据传输率和频谱效率，同时它可以有效地对抗多径时延扩展等优点，3GPP LTE下行系统的物理层采用了 OFDM技术。由于宽带移动通信系统中的无线信道具有频域选 择性和时变性，因此接收机在对高速的OFDM信号进行相干解调之前，对多径衰落信道进行 动态估计和跟踪是非常必要的。在OFDM技术中，信道估计最常用的是基于导频辅助的信道 估计方法。在基于导频辅助的信道估计算法中，发送端在固定的位置插入发送端和接收端 都已知的导频信号，然后接收端通过处理这些位置的接收信号估计出每个OFDM符号的 信道响应。3GPP LTE下行系统中基于导频信号的信道估计方法大致可以分为最小二乘 (Least-Squares,LS)和最小均方误差(Minimum Mean-Square Error,MMSE)两类方法。这两 类方法都是在频域上对各个子载波进行信道估计，其中，LS信道估计方法不需要信道信息， 实现最为简单；MMSE信道估计方法利用了子载波间的相关性和信噪比等信道统计信息，估 计性能较好，被广泛应用于OFDM的信道估计。

发明内容
本发明目的在于克服现有信道估计方法的不足，提供一种误码率低、运算复杂度 不高的3GPP LTE下行系统中基于导频信号的信道估计方法。为实现上述发明目的，本发明3GPP LTE下行系统中基于导频信号的信道估计方 法，其特征在于，包括以下步骤(1)、频域的维纳迭代滤波首先获得同一 OFDM符号上参考信号位置处的信道频域响应估计值
权利要求
一种3GPP LTE下行系统中基于导频信号的信道估计方法，其特征在于，包括以下步骤(1)、频域的维纳迭代滤波首先获得同一OFDM符号上参考信号位置处的信道频域响应估计值 <mrow><msubsup> <mover><mi>H</mi><mo>^</mo> </mover> <mrow><mi>P</mi><mo>,</mo><mi>LMMSE</mi> </mrow> <mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mo>=</mo><msub> <mi>R</mi> <mrow><msub> <mi>H</mi> <mi>P</mi></msub><msub> <mi>H</mi> <mi>P</mi></msub> </mrow></msub><msup> <mrow><mo>(</mo><msub> <mi>R</mi> <mrow><msub> <mi>H</mi> <mi>P</mi></msub><msub> <mi>H</mi> <mi>P</mi></msub> </mrow></msub><mo>+</mo><mfrac> <mi>&beta;</mi> <mi>SNR</mi></mfrac><msub> <mi>I</mi> <mi>P</mi></msub><mo>)</mo> </mrow> <mrow><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></msup><msub> <mover><mi>H</mi><mo>^</mo> </mover> <mrow><mi>P</mi><mo>,</mo><mi>LS</mi> </mrow></msub><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>式(1)中，表示同一OFDM符号内参考信号处子载波的自相关矩阵，β是由信号星座图决定的常量，SNR为平均信噪比，IP为单位阵；为参考信号位置处的信道频域响应HP的LS估计值，下标(·)P表示传输参考信号的位置。然后对进行基于LMMSE算法的维纳迭代滤波来减少噪声和干扰对参考信号位置上的信道频率响应估计值的影响，提高误码率性能，维纳迭代滤波后的参考信号位置上的信道频率响应估计值 <mrow><msubsup> <mover><mi>H</mi><mo>^</mo> </mover> <mrow><mi>P</mi><mo>,</mo><mi>LMMSE</mi> </mrow> <mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mo>=</mo><msub> <mi>R</mi> <mrow><msub> <mi>H</mi> <mi>P</mi></msub><msub> <mi>H</mi> <mi>P</mi></msub> </mrow></msub><msup> <mrow><mo>(</mo><msub> <mi>R</mi> <mrow><msub> <mi>H</mi> <mi>P</mi></msub><msub> <mi>H</mi> <mi>P</mi></msub> </mrow></msub><mo>+</mo><mfrac> <mi>&beta;</mi> <mi>SNR</mi></mfrac><msub> <mi>I</mi> <mi>P</mi></msub><mo>)</mo> </mrow> <mrow><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></msup><msubsup> <mover><mi>H</mi><mo>^</mo> </mover> <mrow><mi>P</mi><mo>,</mo><mi>LMMSE</mi> </mrow> <mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>最后利用经过维纳迭代滤波后的参考信号位置处的信道频域响应估计值估计出同一OFDM符号上所有子载波处的信道频域响应值 <mrow><msub> <mover><mi>H</mi><mo>^</mo> </mover> <mrow><mi>F</mi><mo>,</mo><mi>LMMSE</mi> </mrow></msub><mo>=</mo><msub> <mi>R</mi> <msub><mi>HH</mi><mi>P</mi> </msub></msub><msup> <mrow><mo>(</mo><msub> <mi>R</mi> <mrow><msub> <mi>H</mi> <mi>P</mi></msub><msub> <mi>H</mi> <mi>P</mi></msub> </mrow></msub><mo>+</mo><mfrac> <mi>&beta;</mi> <mi>SNR</mi></mfrac><msub> <mi>I</mi> <mi>P</mi></msub><mo>)</mo> </mrow> <mrow><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></msup><msubsup> <mover><mi>H</mi><mo>^</mo> </mover> <mrow><mi>P</mi><mo>,</mo><mi>LMMSE</mi> </mrow> <mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>式(3)中，表示同一OFDM符号内所有的子载波和参考信号处的子载波的互相关矩阵；(2)、时域的维纳迭代滤波对第n个子载波上的信道频域响应估计值进行基于LMMSE算法的维纳迭代滤波，以减少相关的残余噪声和提高误码率性能 <mrow><msubsup> <mover><mi>H</mi><mo>~</mo> </mover> <mrow><mi>F</mi><mo>,</mo><mi>LMMSE</mi> </mrow> <mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mo>=</mo><msubsup> <mi>R</mi> <mrow><msub> <mi>H</mi> <mi>P</mi></msub><msub> <mi>H</mi> <mi>P</mi></msub> </mrow> <mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo> </mrow></msubsup><msup> <mrow><mo>(</mo><msubsup> <mi>R</mi> <mrow><msub> <mi>H</mi> <mi>P</mi></msub><msub> <mi>H</mi> <mi>P</mi></msub> </mrow> <mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mo>+</mo><mfrac> <mi>&beta;</mi> <mi>SNR</mi></mfrac><msub> <mi>I</mi> <mi>L</mi></msub><mo>)</mo> </mrow> <mrow><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></msup><msubsup> <mover><mi>H</mi><mo>^</mo> </mover> <mrow><mi>F</mi><mo>,</mo><mi>LMMSE</mi> </mrow> <mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>式(4)中，是一个子帧中第n个子载波上所有包含参考信号的OFDM符号之间的自相关矩阵，IL是单位矩阵，L表示每一子帧中包含参考信号的OFDM符号数目；利用维纳迭代滤波之后的信道频率响应估计值估计出每一子帧中所有OFDM符号第n个子载波处的信道频率响应值 <mrow><msubsup> <mover><mi>H</mi><mo>^</mo> </mover> <mrow><mi>T</mi><mo>,</mo><mi>LMMSE</mi> </mrow> <mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mo>=</mo><msubsup> <mi>R</mi> <msub><mi>HH</mi><mi>P</mi> </msub> <mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo> </mrow></msubsup><msup> <mrow><mo>(</mo><msubsup> <mi>R</mi> <mrow><msub> <mi>H</mi> <mi>P</mi></msub><msub> <mi>H</mi> <mi>P</mi></msub> </mrow> <mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mo>+</mo><mfrac> <mi>&beta;</mi> <mi>SNR</mi></mfrac><msub> <mi>I</mi> <mi>L</mi></msub><mo>)</mo> </mrow> <mrow><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></msup><msubsup> <mover><mi>H</mi><mo>~</mo> </mover> <mrow><mi>F</mi><mo>,</mo><mi>LMMSE</mi> </mrow> <mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>5</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>其中，是第n个子载波上所有OFDM符号和包含参考信号的OFDM符号之间的互相关矩阵；对所有子载波上的信道频域响应估计值进行上述计算，最终经过频域和时域的维纳迭代滤波得到了所有资源粒子处的信道传输函数值。FSA00000256539900012.tif,FSA00000256539900013.tif,FSA00000256539900014.tif,FSA00000256539900015.tif,FSA00000256539900017.tif,FSA00000256539900018.tif,FSA000002565399000110.tif,FSA000002565399000111.tif,FSA000002565399000113.tif,FSA00000256539900021.tif,FSA00000256539900022.tif,FSA00000256539900024.tif,FSA00000256539900025.tif
2.根据权利要求1所述的3GPP LTE下行系统中基于导频信号的信道估计方法，其特 征在于，首先对步骤(1)和(2)中的自相关矩阵^^…进行奇异值分解，然后再计算逆矩阵f
全文摘要
本发明针对3GPP LTE下行系统，提出了一种3GPP LTE下行系统中基于导频信号的信道估计方法，采用时频二维联合维纳迭代滤波的信道估计方法，该方法基于线性最小均方误差(Linear Minimum Mean-Square Error，LMMSE)算法。在本发明中，首先在频域进行基于LMMSE算法的维纳迭代滤波，然后再利用频域估计出来的值在时域进行一次维纳迭代滤波。经过实验测试表明，该信道估计方法能够有效地提高误比特率(Bit Error Rate，BER)性能，与传统的方法相比更加接近于理想信道估计。此外，本发明通过对LMMSE算法进行奇异值分解(Singular Value Decomposition，SVD)来降低算法的运算复杂度，因此本发明提出的信道估计方法不会增加太多的运算复杂度。
文档编号H04L25/02GK101945060SQ201010272328
公开日2011年1月12日 申请日期2010年9月3日 优先权日2010年9月3日
发明者侯锦峰, 刘健, 隆克平 申请人:电子科技大学