专利名称：一种信道估计的方法、装置及接收机的制作方法
技术领域：
本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种信道估计的方法、装置及接收机。
背景技术：
目前，在实际的无线通信系统中，接收机通常依赖于准确的信道估计(Channel Estimation, CE)进行相干解调及干扰消除。现有的信道估计方法主要包括导频协助信道 估计(Pilot-Aided Channel Estimation, PACE)、判决导向信道估计(Decision-Directed Channel, DDCE)及盲信道估计(Blind Channel Estimation, BCE) 文献[Y. Li，N. Seshadri，S. Ariyavisitakul,“Channel Estimation for OFDM Systems With Transmitter Diversity in Mobile Wireless Channels",IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 17,no. 3,pp. 461-471,March 1999]中介绍了导 频协助信道估计(PACE)方法，该方法由嵌入到信号中的已知信号(即导频)来完成对导频 区域的信道探测，而相邻导频之间区域的信道则可以由插值算法估计出来。导频协助信道 估计(PACE)由于运算简单、便于实现，非常适用于估计无线通信系统中的时变信道，其缺 点在于需要额外的导频开销。文献[M. Munster, L. Hanzo，“Parallel-interference-canc elIation-assisted decision-directed channel estimation for OFDM systems using multiple transmit antennas，，，IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 4，no. 5，pp. 2148-2162，September 2005]中介绍了另一类常用的信道估计方法，即判 决导向法(DDCE)。这种方法将判决检测出来的部分数据信号经过重新调制，作为伪导频 (Pseudo-Pilots)协助进行信道估计。然而，该方法由于依赖于先行检测出来的数据信号， 而该信号必然存在检测差错，因此判决导向法(DDCE)将不可避免地引入错误传播，尤其是 在低信噪比(Signal-to-Noise Ratio, SNR)的情况下。此外，对数据信号进行重新调制， 也将引入额外的时延开销。文献[H. Liu, G. Xu, "Smart Antennas in Wireless Systems Uplink Multiuser Blind Channel and Sequence Detection，，，IEEE Transactions on Communications, vol. 45，no. 2，pp. 187-199，February 1997]中介绍了第三类信道估计方 法，即盲信道估计法(BCE)。该信道估计法由于不需要嵌入导频，可有效提高频谱效率。但 是，大多数盲信道估计法(BCE)算法都或多或少地引入了与随机搜索相关的机制，因而存 在收敛速度慢的问题，不适合对实时性要求较高的系统。在前面所述的信道估计算法中，导频协助信道估计法(PACE)由于其简单、高效的 特性而被广泛运用于现有的无线通信系统中，而且被接收为下一代宽带无线通信标准(如 3GPP LTE 及 WiMAX)的应用方案，这在[E. Dah Iman，S. Parkvall, J. Skold, P. Beming, 3G Evolution :HSPA and LTE for Mobile Broadband,2nd ed.Oxford, UK Academic Press, 2008，ISBN978-0-12-374538-5] 一书可得到证实。线性插值(Linear Interpolation)算 法由于其实现简单的特性而被大量导频协助信道估计方法(PACE)所采用，然而其局限性 在于线性插值的误差并不能靠提高信噪比(Signal-to-Noise Ratio, SNR)而降低。与之相 比，另一种插值算法，即极化线性插值(Polar-Linear Interpolation, PLI)可利用信道频域响应信号的幅度及相位信息完成信道估计(CE)过程，实现也较为简单，因而在导频协助 信道估计法(PACE)方法中具有很大的应用潜力。然而，传统的极化线性插值(PLI)算法却 受限于极化旋转路径(Polar Rotation Route, PRR)选择的问题，而无法发挥出其最佳性 能。除上述插值算法外，还有Spline插值、二维维纳滤波插值以及其他更为复杂的插值方 法。这些方法通常可获得更好的信道估计性能，但却普遍存在着计算复杂度偏高的缺点，故 在实际系统中的应用受到限制
发明内容
本发明实施例的目的在于针对现有各种信道估计方法中存在的需要额外时延开 销，或信号存在检测差错，或收敛速度慢，或性能差，或计算复杂度偏高等问题，提出一种实 现简单、性能良好的基于导频的信道估计方法。本发明实施例是这样实现的，一种信道估计的方法，该方法包括下述步骤通过最小二乘估计算法计算接收的导频信号所在子载波的信道频域响应初始估 计值；对每两个相邻导频子载波之间的数据子载波进行频域插值，计算插值后数据子载 波的信道频域响应插值估计值；将所述信道频域响应初始估计值及插值估计值进行滤波处理；输出所述经滤波处理后的导频子载波的信道频域响应初始估计值及数据子载波 的信道频域响应插值估计值。本发明实施例的另一目的在于提供一种信道估计的装置，该装置包括信道初始估计值计算单元，用于计算接收的导频信号所在子载波的信道频域响应 初始估计值；信道插值估计值计算单元，用于计算两个相邻导频子载波之间的数据子载波插值 后的信道频域响应插值估计值；信道初始估计值及插值估计值滤波单元，用于对信道初始估计值计算单元、信道 插值估计值计算单元计算的信道频域响应初始估计值及插值估计值进行滤波处理；信道初始估计值及插值估计值输出单元，用于将经滤波处理的信道初始估计值计 算单元、信道插值估计值计算单元计算的导频子载波的信道频域响应初始估计值及数据子 载波的信道频域响应插值估计值输出。本发明实施例的另一目的在于提供一种包含上述装置的接收机。本发明实施例通过由最小二乘法计算导频信号所在子载波的信道频域响应的初 始估计值，对每两个相邻导频子载波之间的数据子载波进行插值，采用原点位移、自适应象 限相位校正、极化旋转路径选择处理等新型技术，实现了对无线通信中时变信道的准实时 跟踪，实现简单、高效、准确的信道估计，得到良好的信道估计性能，同时仍维持与线性插值 法相近的算法复杂度。
图1是本发明实施例提供的信道估计的方法的实现流程图；图2是本发明实施例提供的对数据子载波进行插值计算的实现流程图3是本发明实施例提供的最佳极化旋转路径选择处理的方法流程图；图4是本发明实施例提供的信道估计的装置的结构示意图；图5是本发明实施例提供的信道插值估计值计算单元的结构示意图；图6是本发明实施例提供的极化旋转路径选择处理模块的结构示意图；图7是本发明实施例提供的信道估计方法的具体实现流程示意图；图8是本发明实施例提供的原点位移滑动窗口方法示意图；图9是本发明实施例提供的原点位移(OS)技术与现有技术的插值效果对比示意图；图10是本发明实施例提供的自适应象限相位校正(QPA)及极化旋转路径选择 (PRRS)技术与现有技术的插值效果对比示意图；图11是WINNER系统的导频插入图样示意图；图12是3GPP LTE下行系统单个子帧内的导频插入图样示意图；图13是本发明在WINNER Bl城域信道模型下的原点位移滑动窗口大小优化示意 图；图14是本发明与现有技术在WINNER Bl信道模型下的MSE性能仿真对比分析示 意图；图15是本发明与现有技术在3GPP LTE信道模型下的MSE性能仿真对比分析示意 图；图16是本发明与现有技术的频域信道传输函数估计的二维仿真对比分析示意 图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加明晰，以下结合附图及实施例，对本发 明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于 限定本发明。本发明实施例通过由最小二乘法计算导频信号所在子载波的信道频域响应的初 始估计值，对每两个相邻子载波之间的数据子载波进行插值，采用原点位移、自适应象限相 位校正、极化旋转路径选择处理等新型技术，计算数据子载波插值后的信道频域响应插值 估计值，并将计算的信道频域响应初始估计值及插值估计值滤波后输出。图1示出了本发明实施例提供的信道估计方法的实现流程，详述如下在步骤SlOl中，通过最小二乘估计算法计算接收的导频信号所在子载波的信道 频域响应初始估计值；在步骤S102中，对每两个相邻子载波之间的数据子载波进行插值，计算数据子载 波的信道频域响应插值估计值；在步骤S103中，将信道频域响应初始估计值及插值估计值进行滤波处理；在步骤S104中，输出经滤波处理后的导频子载波的信道频域响应初始估计值及 数据子载波的信道频域响应插值估计值。本发明实施例中，通过最小二乘估计算法计算出导频信号所在的子载波的信道频 域响应初始估计值后，需要对每两个相邻子载波之间的数据子载波进行插值，计算出插值后数据子载波的信道频域响应的插值估计值，其实现方法流程如图2所示，详述如下在步骤S201中，计算导频子载波的信道频率响应初始估计值更新原点位移后在新原点坐标系中的原点偏移量；在步骤S202中，将导频子载波的信道频率响应初始估计值的坐标原点移动到新的等效坐标原点上；在步骤S203中，根据坐标原点位移处理计算导频子载波的信道频域响应在新原点坐标系中的估计值；在步骤S204中，判断导频子载波在新原点坐标系中的信道频域响应估计值所在 的象限；在步骤S205中，根据象限计算导频子载波在新原点坐标系中的信道频率响应估 计值的相位偏移量；在步骤S206中，根据所述相位偏移量计算导频子载波在新原点坐标系中的的信 道频率响应估计值的等效相位；在步骤S207中，根据所述等效相位计算导频子载波在新坐标系下的信道频域响 应估计值的等效值；在步骤S208中，根据数据导频子载波信道频域响应估计值的等效值，通过极化线 性插值算法计算相邻导频之间数据子载波的信道频域响应插值估计值；在步骤S209中，将数据子载波的信道频率响应插值估计值的等效坐标原点移回 到原坐标原点。在本发明实施例中，在步骤S208中计算出对数据子载波插值后的信道频域响应 插值估计值后，在进行步骤S209前，需判断是否需要最佳极化旋转路径处理。其实现流程 如图3所示在步骤S301中，判断是否需要最佳极化旋转路径处理，是则进入步骤S302，否则 进入步骤S304 ；在步骤S302中，计算并选择最佳极化旋转路径；在步骤S303中，输出最佳极化旋转路径处理后的信道频域响应插值估计值；在步骤S304中，将数据子载波的信道频率响应插值估计值的等效坐标原点移回 到原坐标原点。图4示出了本发明实施例提供的信道估计的装置的结构，为了便于说明，仅示出 了与本发明相关的部分。信道初始估计值计算单元41，用于计算接收的导频信号所在子载波的信道频域响 应初始估计值；信道插值估计值计算单元42，用于计算两个相邻子载波之间的数据子载波插值后 的信道频域响应插值估计值；信道初始估计值插值估计值滤波单元43，用于对信道初始估计值计算单元、信道 插值估计值计算单元计算的导频子载波的信道频域响应初始估计值及数据子载波的插值 估计值进行滤波处理；信道初始估计值插值估计值输出单元44，用于将经滤波处理的信道初始估计值计 算单元、信道插值估计值计算单元计算的导频子载波的信道频域响应初始估计值及数据子载波的插值估计值输出 本发明实施例中，如图5所示，信道插值估计值计算单元42包括原点偏移量计算模块420，用于计算将导频子载波的信道频域响应初始估计值的 坐标原点移动到一个新的等效坐标原点后的原点偏移量；坐标原点位移模块421，用于根据原点偏移量计算模块420计算的原点偏移量将 每两个相邻导频子载波的信道频域响应初始估计值的坐标原点移动到一个新的等效坐标 原点上；原点更新后估计值计算模块422，用于根据坐标原点位移模块421将导频子载波 的信道频域响应初始估计值的坐标原点移动到一个新的等效坐标原点上以后计算导频子 载波在新原点坐标系中的信道频域响应估计值；象限检测模块423，用于判断原点更新后估计值计算模块422计算的导频子载波 在新原点坐标系中的信道频域响应估计值所在的象限；相位偏移量计算模块424，用于根据象限检测模块423检测的象限计算导频子载 波在新原点坐标系中的信道频域响应估计值的相位偏移量；等效相位计算模块425，用于根据相位偏移量计算模块424计算的相位偏移量计 算导频子载波在新原点坐标系中的信道频域响应估计值的等效相位；等效值计算模块426，用于根据等效相位计算模块425计算导频子载波在新原点 坐标系下的信道频域响应估计值的等效值；极化线性插值模块427，用于根据等效值计算模块426计算出的信道频域响应估 计值的等效值，计算数据子载波的信道频域响应插值估计值；极化旋转路径选择处理模块428，用于计算并选择处理极化线性插值模块427计 算的信道频域响应插值估计值的最佳极化旋转路径；原点复位模块429，用于在极化线性插值模块427计算数据子载波的信道频域响 应插值估计值或极化旋转路径选择处理模块428计算并选择处理极化线性插值模块427计 算的信道频域响应插值估计值的最佳极化旋转路径后，将所述数据子载波的信道频域响应 插值估计值从等效坐标原点移回到原坐标原点；作为本发明的一实施例，如图6所示，所述极化旋转路径选择处理模块428还包 括极化旋转路径选择判断单元4280，用于判断选择对由极化线性插值模块427计算 的信道频域响应插值估计值进行最佳极化旋转路径处理所需的最佳极化旋转路径；极化旋转路径选择处理单元4281，用于根据极化旋转路径选择判断单元4280的 判断选择，对由极化线性插值模块427计算的信道频域响应插值估计值进行最佳极化旋转 路径处理。本发明实施例适用于所有采用导频协助信道估计(PACE)的系统，包括现有的基 于码分复用(CDMA)技术的3G移动通信系统以及基于正交频分复用(OFDM)的第四代移动 通信系统等。本发明实施例的另一目的在于提供一种包含上述信道估计的装置的接收机。以下以正交频分复用(OFDM)的第四代移动通信系统为例，结合图7所示的流程， 对本发明实施例进行具体说明如下。
在初始阶段，先通过最小二乘(LS)估计算法计算出导频符号所在的P个导频子载 波信道的初始估计值(P为导频符号的数目)。假设嵌有导频信号的子载波k上接收到的信号为x[k]，由公式(0. 1)计算子载波 k的LS估计值
权利要求
一种信道估计的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤通过最小二乘估计算法计算接收的导频信号所在子载波的信道频域响应初始估计值；对每两个相邻导频子载波之间的数据子载波进行频域插值，计算插值后数据子载波的信道频域响应插值估计值；将所述信道频域响应初始估计值及插值估计值进行滤波处理；输出所述经滤波处理后的导频子载波的信道频域响应初始估计值及数据子载波的信道频域响应插值估计值。
2.如权利要求1所述信道估计的方法，其特征在于，所述对每两个相邻导频子载波之 间的数据子载波进行频域插值，计算插值后数据子载波的信道频域响应插值估计值，包括 以下步骤计算每两个相邻导频子载波的信道频率响应估计值在一个新的等效原点坐标系中的 原点偏移量；将所述导频子载波的信道频率响应估计值的坐标原点移动到一个等效坐标原点上； 根据所述原点偏移量计算所述导频子载波在新原点坐标系中的信道频域响应估计值；判断所述导频子载波在新原点坐标系中的信道频域响应估计值所在的象限； 根据所述象限计算所述导频子载波在新原点坐标系中的信道频域响应估计值所在的 相位偏移量；根据所述相位偏移量计算所述导频子载波在新原点坐标系中的等效相位； 根据所述等效相位计算所述导频子载波在新原点坐标系下的信道频域响应估计值的 等效值；根据所述导频子载波的信道频域响应估计值的等效值，通过极化线性插值算法计算所 述在新原点坐标系下相邻导频子载波之间的数据子载波的信道频域响应插值估计值； 将所述数据子载波的信道频域响应插值估计值从等效坐标原点移回到原坐标原点。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在计算插值后数据子载波的信道频域响应 插值估计值后，将所述数据子载波的信道频域响应插值估计值从等效坐标原点移回到原坐 标原点前，所述方法还包括以下步骤判断是否需要进行最佳极化旋转路径处理；是则计算并选择最佳极化旋转路径；输出最佳极化旋转路径处理后的信道频域响应插值估计值。
4.一种信道估计的装置，其特征在于，所述装置包括信道初始估计值计算单元，用于计算接收的导频信号所在子载波的信道频域响应初始 估计值；信道插值估计值计算单元，用于计算两个相邻导频子载波之间的数据子载波插值后的 信道频域响应插值估计值；信道初始估计值及插值估计值滤波单元，用于对信道初始估计值计算单元、信道插值 估计值计算单元计算的信道频域响应初始估计值及插值估计值进行滤波处理；信道初始估计值及插值估计值输出单元，用于将经滤波处理的信道初始估计值计算单元、信道插值估计值计算单元计算的导频子载波的信道频域响应初始估计值及数据子载波 的信道频域响应插值估计值输出。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述信道插值估计值计算单元还包括原点偏移量计算模块，用于计算将导频子载波的信道频域响应初始估计值的坐标原点 移动到一个新的等效坐标原点后的原点偏移量；坐标原点位移模块，用于根据原点偏移量将每两个相邻导频子载波的信道频域响应初 始估计值的坐标原点移动到等效坐标原点上；原点更新估计值计算模块，用于根据坐标原点位移处理计算导频子载波在新原点坐标 系中的信道频域响应估计值；象限检测模块，用于判断检测导频子载波在新原点坐标系中的信道频域响应估计值所 在的象限；相位偏移量计算模块，用于根据象限检测模块检测的象限计算导频子载波在新原点坐 标系中的相位偏移量；等效相位计算模块，用于根据相位偏移量计算模块计算的相位偏移量计算导频子载波 在新原点坐标系中的等效相位，等效值计算模块，用于根据等效相位计算模块计算导频子载波在新原点坐标系下信道 频域响应估计值的等效值；极化线性插值模块，用于根据等效值计算模块计算出的信道频域响应估计值的等效 值，计算每两个相邻导频信号之间信道的信道频域响应插值估计值；极化旋转路径选择处理模块，用于计算并选择处理极化线性插值模块计算的信道频域 响应的插值估计值的最佳极化旋转路径；原点复位模块，用于在极化线性插值模块计算出每两个相邻导频信号之间信道的信道 频域响应插值估计值或极化旋转路径选择处理模块计算并选择处理极化线性插值模块计 算的信道频域响应插值估计值的最佳极化旋转路径后，将所述数据子载波的信道频域响应 插值估计值从等效坐标原点移回到原坐标原点。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述极化旋转路径选择处理模块还包括 极化旋转路径选择判断单元，用于判断对由极化线性插值模块计算的信道频域响应插值估计值进行最佳极化旋转路径处理；极化旋转路径处理单元，用于计算并选择处理极化线性插值模块计算的信道频域响应 插值估计值的最佳极化旋转路径。
7.一种接收机，其特征在于，所述接收机包含有权利要求4所述信道估计的装置。
全文摘要
本发明适用于无线通信技术领域，提供了一种信道估计的方法、装置及接收机，所述方法包括通过最小二乘估计算法计算接收的导频信号所在子载波信道频域响应初始估计值；对每两个相邻所述子载波间的数据子载波进行插值，计算所述数据子载波插值后信道频域响应插值估计值；将所述信道频域响应初始估计值及插值估计值进行滤波；输出经滤波处理的所述信道频域响应初始估计值及插值估计值。本发明在计算数据子载波插值后信道频域响应插值估计值时，通过采用原点位移、自适应象限相位校正、极化旋转路径选择等技术，实现对无线通信时变信道的准实时跟踪及简单、高效、准确的信道估计，得到良好信道估计性能，同时仍维持与线性插值法相近的算法复杂度。
文档编号H04L25/03GK101958854SQ20101050315
公开日2011年1月26日 申请日期2010年9月27日 优先权日2010年5月31日
发明者江明, 温文坤, 黄思技 申请人:新邮通信设备有限公司