本发明的各实施方式涉及无线通信系统，并且更具体地，涉及一种MMSE的信道估计方法和装置。
背景技术：
在LTE的通信系统中，信道估计是很关键的模块，会对整个系统的性能产生比较大的影响。
信道估计算法从输入数据的类型来分，可以划分为时域和频域两大类方法。频域方法主要针对多载波系统；时域方法适用于所有单载波和多载波系统，其借助于参考信号或发送数据的统计特性，估计衰落信道中各多径分量的衰落系数。从信道估计算法先验信息的角度，则可分为以下三类：
(1)基于参考信号的估计，该类算法按一定估计准则确定待估参数，或者按某些准则进行逐步跟踪和调整待估参数的估计值。其特点是需要借助参考信号，即导频或训练序列；(2)盲估计，利用调制信号本身固有的、与具体承载信息比特无关的一些特征，或是采用判决反馈的方法来进行信道估计的方法；(3)半盲估计，结合盲估计与基于训练序列估计这两种方法优点的信道估计方法。
一般来讲，通过参考信号来进行信道估计的方法比较常用。而盲估计和半盲估计算法无需或者需要较短的训练序列，频谱效率高，因此获得了广泛的研究。但是一般盲估计和半盲估计方法的计算复杂度较高，且可能出现相位模糊(基于子空间的方法)、误差传播(如判决反馈类方法)、收敛慢或陷入局部极小等问题，需要较长的观察数据，这在一定程度上限制了它们的实用性。
在基于参考信号的估计方面，最小均方误差(MMSE)的信道估计得到了广泛应用。众所周知，时域的信道估计比频域的信道估计更好，但当前MMSE的信道估计研究主要集中于频域方面，这是由于现有的MMSE的时域信道估计方法存在着难以接受的复杂度。例如，在多径衰弱信道下，MMSE的时域信道估计可能涉及尺寸为L×L的矩阵求逆，如果多径的最大时延为100，即意味着涉及100×100尺寸的矩阵求逆，这样的计算复杂度在现有的计算能力之下是难以接受的。
因此，现在需要一种能够降低矩阵求逆复杂度的MMSE的时域信道估计方法和装置。
技术实现要素：
本发明的一个目的至少在于提供一种基于MMSE的时域信道估计方法和装置。该基于MMSE的时域信道估计方法和装置至少降低了矩阵求逆的复杂度，使得在时域中的MMSE的信道估计成为可能。
根据本发明的第一方面，提供了一种MMSE的信道估计方法，其特征在于：
利用公式执行时域的MMSE的信道估计，其中，通过选择多径中的非零路径L’来实现矩阵的计算；
其中，是参考信号RS的LS信道估计结果；F是傅里叶变换矩阵；L是最大信道长度；FPL是通过选择对应于所述参考信号RS的行和所述傅里叶变换矩阵的第前L列而获得的P×L矩阵：FCL是通过选择傅里叶变换矩阵的第前L列而获得的C×L矩阵；σ2是噪声功率；Rhh是时域信道的相关矩阵。
根据本发明优选的实施例，确定多径中的路径能量的阈值，并且基于所述阈值找到大于所述阈值的非零路径L’。
根据本发明优选的实施例，通过仅保存的第一列元素并且根据对应于所述非零路径位置的行和列来构造得到矩阵中的其中Rh'h'是对应于非零路径的时域信道的相关矩阵。
根据本发明优选的实施例，通过来计算路径偏移对信道估计的影响，其中W是关于所述路径偏移的矩阵，Rh'h'是对应于非零路径的时域信道的相关矩阵。
根据本发明优选的实施例，对获得的所述结果执行时域的维纳滤波，再执行从时域到频域的傅里叶变换FCL。
根据本发明的第二方面，提供了一种MMSE的信道估计方法，其特征在于：
获取参考信号RS的频域的LS信道估计结果
将傅里叶反变换成粗略的时域的信道估计其中，FPL是通过选择对应于所述参考信号RS的行和所述傅里叶变换矩阵F的第前L列而获得的P×L矩阵；
从多径的所有路径L中选择非零路径L’；
计算非零路径L’下的矩阵其中σ2是噪声功率；Rh'h'是对应于非零路径的时域信道的相关矩阵；
计算时域的信道估计
在非零路径下计算路径偏移对信道估计的影响；以及
将已经计算过路径偏移影响的时域的信道估计傅里叶变换成频域的信道估计。
根据本发明优选的实施例，其中所述从多径的所有路径L中选择非零路径L’的步骤，包括：
确定多径中的路径能量的阈值，并基于所述阈值找到大于所述阈值的所述非零路径L’。
根据本发明优选的实施例，其中通过仅保存的第一列元素并且根据对应于非零路径位置的行和列来构造得到所述矩阵中的
根据本发明优选的实施例，通过来计算所述路径偏移对信道估计的影响，其中W是关于所述路径偏移的矩阵。
根据本发明优选的实施例，在所述傅里叶变换成频域的信道估计之前执行时域的维纳滤波。
根据本发明的第三方面，提供了一种MMSE的信道估计器，其特征在于：
所述MMSE的信道估计器被配置为利用公式执行时域的MMSE的信道估计，其中，通过选择多径中的非零路径L’来实现矩阵的计算；
其中，是参考信号RS的LS信道估计结果；F是傅里叶变换矩阵；L是最大信道长度；FPL是通过选择对应于所述参考信号RS的行和所述傅里叶变换矩阵的第前L列而获得的P×L矩阵：FCL是通过选择傅里叶变换矩阵的第前L列而获得的C×L矩阵；σ2是噪声功率；Rhh是时域信道的相关矩阵。
根据本发明优选的实施例，所述MMSE的信道估计器确定路径能量的阈值，并基于所述阈值找到大于所述阈值的非零路径L’。
根据本发明优选的实施例，所述MMSE的信道估计器通过仅保存的第一列元素并且根据对应于所述非零路径位置的行和列来构造得到所述矩阵中的其中Rh'h'是对应于非零路径的时域信道的相关矩阵。
根据本发明优选的实施例，所述MMSE的信道估计器通过来计算路径偏移对信道估计的影响，其中W是关于所述路径偏移的矩阵，其中Rh'h'是对应于非零路径的时域信道的相关矩阵。
根据本发明优选的实施例，所述MMSE的信道估计器对获得的所述结果执行时域的维纳滤波，再执行从时域到频域的傅里叶变换FCL。
根据本发明的第四方面，提供了一种MMSE的信道估计器，包括：
LS信道估计模块，配置为获取参考信号RS的频域的LS信道估计结果
傅里叶反变换模块，配置为将傅里叶反变换成粗略的时域的信道估计其中，FPL是通过选择对应于所述参考信号RS的行和所述傅里叶变换矩阵F的第前L列而获得的P×L矩阵；
路径选择模块，配置为从多径的所有路径L中选择非零路径L’；
矩阵生成模块，配置为计算非零路径L’下的矩阵其中σ2是噪声功率；Rh'h'是对应于非零路径的时域信道的相关矩阵；
MMSE模块，配置为计算时域的信道估计
路径偏移模块，配置为在非零路径下计算路径偏移对信道估计的影响；以及
傅里叶变换模块，配置为将已经计算过路径偏移影响的时域的信道估计傅里叶变换成频域的信道估计。
根据本发明优选的实施例，其中所述路径选择模块还被配置用于确定多径中的路径能量的阈值，并基于所述阈值找到大于所述阈值的非零路径L’。
根据本发明优选的实施例，所述矩阵生成模块通过仅保存的第一列元素并且根据对应于非零路径位置的行和列来构造得到所述矩阵中的
根据本发明优选的实施例，所述路径偏移模块通过来计算所述路径偏移对信道估计的影响，其中W是关于路径偏移的矩阵。
根据本发明优选的实施例，所述傅里叶变换模块还被配置用于在所述傅里叶变换成频域的信道估计之前执行时域的维纳滤波。
附图说明
当结合附图阅读下文对示范性实施方式的详细描述时，这些以及其他目的、特征和优点将变得显而易见，在附图中：
图1是根据本发明的示例实施例的下行链路参考信号的映射(正常循环前缀)；
图2是根据本发明的示例实施例的下行链路参考信号的映射(扩展循环前缀)；
图3是根据本发明的示例实施例的MMSE信道估计的框图；以及
图4是根据本发明的示例实施例的MMSE信道估计的方法的流程图。
具体实施方式
附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，所述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
现在将仅通过示例性方式来详细地描述本发明的各种实施方式。
如前所述，本申请提出了基于参考信号(RS)的MMSE信道估计方法。图1和图2示出了在LTE中小区专用的RS图案。
图1是根据本发明的示例实施例的下行链路参考信号的映射(正常循环前缀)。
图2是根据本发明的示例实施例的下行链路参考信号的映射(扩展循环前缀)。
如图中所示，图中的小方块表示已知信号，本申请即要在该已知信号所估计的信道的基础上，将其他未插入参考信号的位置的信道全部估计出来。具体地，本申请提出了一种新颖的基于MMSE的时域信道估计方法和装置。
例如，在多径衰弱信道下，MMSE的时域信道估计可以写成：
其中，是参考信号RS的LS信道估计结果；F是傅里叶变换矩阵；L是最大信道长度；FPL是通过选择对应于所述参考信号RS的行和所述傅里叶变换矩阵的第前L列而获得的P×L矩阵：FCL是通过选择傅里叶变换矩阵的第前L列而获得的C×L矩阵；σ2是噪声功率；Rhh是时域信道的相关矩阵。该Rhh与多径无关，因此Rhh是对角矩阵并且对角线上的元素是多径的功率，即有
Rhh＝E(h*h)L*L (2)
参见公式(1)，矩阵的尺寸为L×L。在不对该矩阵进行任何简化处理的情况下，该矩阵直接计算的复杂度是难以接受的，这也是现有技术中基于MMSE的信道估计主要集中于频域的原因。众所周知，时域的信道估计比频域的信道估计更好，为了实现在时域的MMSE信道估计，本申请提出：在多径衰弱信道下，删除没有任何路径能量的位置，即选择多径中的非零路径L’，从而可以实现的简化。也即公式(1)可以改写为
其中，L’是所有路径中的非零路径，Rh'h'是对应于非零路径的时域信道的相关矩阵。公式(3)的意义在于此时将的尺寸从L×L缩减为L’×L’，从而极大地减少了求逆的计算量，而这样的L’×L’矩阵求逆计算是现有的计算能力可接受的。
图3示出了根据本发明的示例实施例的MMSE信道估计的框图。MMSE信道估计器300可以包括LS信道估计模块310、傅里叶反变换模块320、路径选择模块330、矩阵生成模块340、MMSE模块350、路径偏移模块360、时域维纳滤波器370以及傅里叶变换模块380。
其中，LS(也称最小二乘法)信道估计模块310，被配置用于接收参考信号RS的数据，获取参考信号RS的频域的LS信道估计结果
傅里叶反变换模块320，配置为将傅里叶反变换成粗略的时域的信道估计其中，FPL是通过选择对应于所述参考信号RS的行和所述傅里叶变换矩阵F的第前L列而获得的P×L矩阵；根据本发明的实施例，该傅里叶反变换优选为快速傅里叶反变换IFFT。
路径选择模块330，配置为从多径的所有路径L中选择非零路径L’；
矩阵生成模块340，配置为计算非零路径L’下的矩阵其中σ2是噪声功率；Rh'h'是对应于非零路径的时域信道的相关矩阵；
MMSE模块350，配置为按照公式(4)进行时域的信道估计，
路径偏移模块360，配置为在非零路径下计算路径偏移对信道估计的影响；以及
傅里叶变换模块380，配置为将时域的信道估计傅里叶变换成频域的信道估计。
根据本发明的各实施例，MMSE信道估计器还优选包括时域维纳滤波器370，其被配置用于对获得的结果执行时域的维纳滤波，其中W是关于所述路径偏移的矩阵。然后，再由傅里叶变换模块380执行时域到频域的傅里叶变换。该傅里叶变换优选为快速傅里叶变换(FFT)。该时域的维纳滤波器实现了更准确的信道估计。
如上所述，本领域技术人员容易理解上面模块所实现的功能。为了让本申请的实现方式更加清楚，本申请将进一步重点介绍几个关键点的计算。
第1点：时域相关矩阵Rh'h'的计算
在通过IFFT计算之后，可以通过粗略的时域信道估计得到时域相关矩阵Rhh。
然后使用Rhh的最大元素以计算多径阈值，该阈值可以由公式(6)表示：
阈值＝阈值因子×Max(Rhh) (2)
基于该阈值找到大于阈值的非零路径L’，并且由此获得非零路径下的时域相关矩阵Rh'h'，该矩阵Rh'h'的对角项由这些多个非零路径的功率构成，且由于独立于多径，该Rh'h'的非对角项全部为0。
第2点：相关矩阵的计算
考虑到直接计算相关矩阵的复杂度仍然非常巨大，本申请提供了更简单的方式来计算考虑到的结构为如下所示：
观察上述矩阵(7)，可以发现矩阵中的每个元素均可以由第一列的元素构造得到，因此本申请优选为仅保存第一列元素，其他列的元素则通过第一列元素获得。这大大地节省了存储空间。
进一步地，本申请优选通过选择对应于非零路径位置的行和列来构造得到矩阵中的各个元素。
第3点：路径偏移
相关矩阵与RS的偏移有关。在LTE系统中，由于存在6种不同的RS偏移(例如，偏移＝0,1，…，5)，因此需要计算在不同RS偏移情况下的矩阵但发明人发现在MMSE模块计算之后再执行路径偏移的计算也是可行的，而且，这样做的有利之处在于进一步地简化了矩阵的运算过程，降低了运行矩阵运算的复杂度。下面是可以在MMSE模块运算之后再执行路径偏移计算的证明。
假设参考信号RS的偏移为0的矩阵为FPL且RS的偏移为k的矩阵为则有：
其中
则公式(1)可以重写为：
公式(10)意味着可以使用相同的方法进行MMSE的信道估计，而不论何种RS偏移正被使用。因此可以在MMSE估计之后执行路径偏移以获取真实信道的估计结果。
第4点：时域维纳滤波器
在LTE系统中，在一个子帧中存在包含参考信号的若干OS(OFDM symbol)。为了得到更加精确的信道估计，一种适当的方法是一起使用不同OS的信道估计结果进行加权平均。
其中，是公式(4)在一个OS中的结果，wi是维纳滤波器因子，i取决于系统带宽。
结合参照图3可知，公式(11)在傅里叶变换FFT之前执行。但本领域技术人员可以理解，该维纳滤波器还可以FFT之后进行，即通过下式计算：
其中但是在公式(11)中，仅包含L’个元素，而包含N个元素，N是LTE系统中子载波的数目，这远大于L’。因此使用公式(11)可以减少计算复杂度。
图4示出了根据本发明的优选实施例的MMSE信道估计的方法的流程图。该方法400开始于步骤S401。
步骤S410，获取参考信号RS的频域的LS信道估计结果
步骤S420，将傅里叶反变换成粗略的时域的信道估计其中，FPL是通过选择对应于所述参考信号RS的行和所述傅里叶变换矩阵F的第前L列而获得的P×L矩阵；
步骤S430，从多径的所有路径L中选择非零路径L’。该步骤实现了矩阵尺寸从L×L缩减为L’×L’，从而极大地减少了求逆的计算量。根据本发明的实施例，该步骤优选地包括：确定多径中的路径能量的阈值，并基于所述阈值找到大于所述阈值的非零路径L’。该阈值例如可以通过上面的公式(5)-(6)来计算得到。
步骤S440，计算非零路径L’下的矩阵其中σ2是噪声功率；Rh'h'是对应于非零路径的时域信道的相关矩阵。对于其中的矩阵本发明优选地通过仅保存的第一列元素并且根据对应于非零路径位置的行和列来构造得到。这减小了矩阵的存储空间。
步骤S450，计算时域的信道估计经过上述步骤S420-S440的优化处理，本申请可以快速地实现步骤S450的时域信道估计。
步骤S460，在非零路径下计算路径偏移对信道估计的影响。该步骤用于考虑路径偏移对MMSE信道估计的影响。如前所述，本申请通过证明证实不论何种RS偏移，均可以使用相同的方法执行MMSE的时域信道估计，然后执行路径偏移。
步骤S480，将已经计算过路径偏移影响的时域的信道估计傅里叶变换成频域的信道估计。
尽管可以直接进行步骤S480，但如前所述，本发明还可以优选地先执行步骤S470，即先执行时域的维纳滤波，然后再执行步骤S480，将时域的信道估计傅里叶变换成频域的信道估计。执行步骤S470的意义在于可以更加精确地获得信道估计。
步骤S490，结束。
已经出于示出和描述的目的给出了本发明的说明书，但是其并不意在是穷举的或者限制于所公开形式的发明。本领域技术人员可以想到很多修改和变体。本领域技术人员应当理解，本发明实施方式中的方法和装置可以以软件、硬件、固件或其组合实现。
因此，实施方式是为了更好地说明本发明的原理、实际应用以及使本领域技术人员中的其他人员能够理解以下内容而选择和描述的，即，在不脱离本发明精神的前提下，做出的所有修改和替换都将落入所附权利要求定义的本发明保护范围内。