专利名称：信号解调中的时分信道估计方法
技术领域：
本发明涉及一种移动通信系统中信号解调的方法，特别涉及一种用于移动通信系统的信号解调的时分信道估计方法。
在第三代数字移动通信WCDMA标准中，发射信号经过编码、交织、扩频、调制后发送后，由接收系统接收信号。由于信号传播的多径特性，接收系统对于搜索到的每一径信号都要进行解调、解扩，并估计出每个发送符号。
图1以RAKE接收机为例，说明信号的解调过程。在图1中，接收的信号进入RAKE合并机后，首先由多径搜索模块1搜索到一条径，再由信道估计模块2根据相邻的若干个时隙的导频信息估计计算出该时隙每个数据符号处的信道参数，并由解调模块3根据该计算出信道参数，解调出发送值的估计值，将多径信息经过合并4后送到译码判决模块5。因此，在信号的解调过程中，正确和迅速地估计出信道参数，是一个重要的课题。
信号在信道传播过程中要受到信道的“随即调试”，用s(t)表示发送信号，r(t)表示接收信号，发送信号s(t)由于信道随机调制和多径接收等原因在接收系统将变成r(t)，即r(t)=Σl-1Lal(t)e-j2πfc(t-ll(t))s(l-ll(t))]]>其中ll(t)、al(t)分别表示第1的延迟和衰落因子，都是随机的。
因此，接收系统要进行信号的解调的过程就是根据接收信号r(t)，估计出发送信号s(t)。从上式可以看出，要对信号进行解调，其前提是估计出每个数据符号处的信道参数ll(t)、al(t)。而根据一组已知的发送和接收的信号，对已知的发送和接收的信号进行比较，就能估计出信道参数。
在时分信道结构中，如图2所示，每一帧中包括多个时隙，例如15个时隙，每一时隙又由数据部分和数据后面的少量导频符号组成。由于发送的导频符号是可以知道的，因此，通过对周期性出现的导频符号进行分析，即可得到该时隙的导频信道参数。并可以根据导频符号估计出导频符号之间的数据符号部分的信道参数。在RAKE接收机等接收系统中，通过对导频符号进行分析，估计出导频符号之间的数据符号部分的信道参数，进而估计出发送信号是一项关键的技术。
目前已有的信道估计方法有1．MLSE[1]方法(即Maximum-Likelihood Sequence Estimation)，采用维特比(Viterbi)译码算法对编码接收信号解码，修正其中的错误信道估计值，进而达到精确信道估计的目的，该技术由于存在数据反馈、延迟因而需要改变接收机的结构，并且增加了计算量，在实际中难以实现。2．Wiener滤波方法，它是理论上的最优方法，但需要已知接收信号的二阶统计量，在实际中由于通信信号的随机性，不可能已知这些信息，因而难以具体实现。3．Kalman滤波方法，这是一种跟踪预测信道估计算法，需要数据反馈，要求改变接收机的结构，并且一旦出现错误，这种错误估计将持续到下一个导频符号处，因而在仿真中效果并不理想。4．高斯插值方法是一种非线性插值算法，仿真结果表明该算法在高速情况下难以精确估计[3]。5．WMSA(即Weighted Multi-slot Averageing)[3]是目前较好的方法之一，该算法对多个时隙的导频值，采用对称加权的方法，给出导频符号间的信道值估计。该算法在实现上也较容易，但同样当移动台速度达到一定速度时，很难做出正确的估计。
为了解决上述存在的问题，本发明的目的是提供一种用于信号解调的多时隙非线性插值算法技术(PIA)，能够提高信道估计的精确程度，计算量小，且当移动台以相当高的速度移动时仍能够给出精确的信道估计。
以下说明本发明的实施方案。本发明的信号解调的时分信道估计方法，包括以下步骤(A)按时隙顺序依次读取时分信道的K个时隙xi及其相应的导频值yi；(B)设置n个系数，使xi及yi及所述系数a0、a1、a2、…an构成K个多项式的等式yi=a0+a1xi+a2xi2+…+anxin；(C)根据上述步骤(A)中所读取的K个时隙xi及其相应的导频值yi计算n个系数a0、a1、a2、…an的值；(D)利用上述多项式y=a0+a1x+a2x2+…+anxn计算导频值yi间任意位置x的信道估计值；(E)去除所述K个时隙xi及其相应的导频值yi中第1个读取的时隙x1及其相应的导频值y1，读取K个时隙之后的下一个时隙及其导频值，利用新的K个时隙、其导频值及新设置的n个系数构成新的K个所述多项式等式，再重复步骤(D)、(E)。
在上述方法中，将所述导频值分别设定为移动通信接收系统中载频的同相和正交分量I路和D路，分别计算I、Q路的系数Ia0、Ia1、Ia2、…Ian和Qan、Qa1、Qa2、…Qan，及I、Q路的导频值间任意时隙的信道估计值。
在所述步骤(A)中接收的导频值的个数K≥n。
所述的移动通信接收系统为RAKE接收机。
所述方法可用于复数域的信道估计。
本发明的多项式插值时分信道估计方法计算量小，能够提高信道估计的精确程度。
本发明在信噪比为5dB条件下、移动台速度超过400km/h误码率可达15％以下(参见图3)，通过适当的编码与交织可以使误码率达到百万分之一以下。在移动台速度为250km/h时，PIA和WMSA随不同信噪比的误码率对比见图4，从图中可以发现，在相同条件下，WMSA方法在不到200km/h时，误码率就超过了15％，而采用PIA在速度达到400km/h时，误码率远小于15％。
以下通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明。
图1是移动通信系统中RAKE接收机的结构图。
图2是第三代数字移动通信移动通信系统中发送信号的时隙结构。
图3是本发明的3次多项式插值算法的流程图。
图4表示在不同的移动台速度下，本发明的方法和WMSA方法随不同信噪比的误码率的对比。
由于信道参数随环境、移动速度变化异常复杂，是非线性的。基于这种考虑，本发明的基本思想是假设信道变化是时间的非线性、连续的、几乎处处光滑的函数，这样理论上就可以采用多项式无限逼近该信道参数。
在时分导频信道结构中(见图2)，导频符号处的信道参数值是已知的，利用K个已知的时隙的导频值yi(xi)(时隙个数K＞=n)，设置一个多项式的等式y=a0+a1x+a2x2+…+anxn其中，a0、a1、a2、…an是待定系数，将K个上述多项式的等式组合在一起，就构成一个线性方程组Y=Xα(1)其中Y为已知的K个导频值y组成的列矩阵，α为待定系数a0、a1、a2、…an组成的列矩阵，而由已知的时隙位置x构成-K×(n+1)矩阵。
1 x1x21… xn1X= 1 x3x23… xn3当K≥n时就可以由上式(1)确定多项式y=a0+a1x+a2x2+…+anxn中的系数a其中，当K=n时，a=X-1Y；当K＞n时a=(XTX)-1XT这样，通过一组已知的时隙或位置x及其相应的导频值y，即可确定一组系数a，从而就确定了多项式函数。
从上述算法描述可以看出，多项式的系数是由多项式的次数所决定的，且与导频处的信道值有关。因此当计算出a的值后，只要在导频符号间进行插值，即计算导频符号间每一个数据符号的位置x的幂，然后和多项式系数加权相加即可计算出该位置的信道值。因此PIA方法的计算量只稍大于WMSA方法，实现也较简单。
在无线通信系统中，发送信号被调制到I、Q两路上，I路和D路分别是载频的同相正交分量。在RAKE接收机中，I、Q两路一般分别进行处理。因此，在上述多项式的等式中，分别对I路和Q路计算系数Ia0、Ia1、Ia2、…Ian和Qa0、Qa1、Qa2、…Qan，再根据计算出的I、Q路的系数计算I、Q路的任意时隙的信道估计值。
图3表示3次多项式插值算法的实现框图。在图3中，读取的时隙个数为3个，因此多项式为3次。
通过该多项式函数可以给出所有导频符号间数据符号x处的信道值y(x)的估计值。由于信道变化的非线性性质，通过选取适当阶数的多项式函数在多个时隙的导频值上进行拟合、插值，可以得到导频符号间每个数据符号部分的信道估计值。采用该技术可以得到较前述方法好的多的效果。仿真结果表明，采用该方法效果明显优于基于局部插值思想的WMSA方法(参见图4)，从理论上分析可以看出，同WMSA方法的本质区别在于WMSA仅仅是对几个时隙导频信道参数的线性加权平均、是线性的，是和信道非线性变化相违背的，因而误差较大，PIA方法采用多项式逼近非线性函数的思想取得了较好的结果是必然的。
在移动通信接收系统中，RAKE接收机中的信道估计模块通过采用本发明的信号解调的时分信道估计方法，即使在移动台高速移动的情况下，仍能准确地估计出信道参数，并由解调模块计算出正确的发送信号。在现有的硬件条件下，不影响运算的速度，能减少误码率，提高信号解调的精确程度，避免当移动台高速移动时由于高的误码率导致的误帧和信号中断的现象，使RAKE接收机能在移动台高速移动时有效地工作。
在以上多项式插值的说明中，所述的计算都是在实数域内进行。但本发明不限定于此，所述计算也可在复数域内进行。
以上通过实施例对本发明进行了说明，但这些实施例并非用来限定本发明。凡在不违背本发明的精神和内容的范围内所作的发明，均应视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1．一种用于移动通信接收系统的信号解调的时分信道估计方法，其特征在于，包括以下步骤(A)按时隙顺序依次读取时分信道的K个时隙xi及其相应的导频值yi；(B)设置n个系数，使xi及yi及所述系数a0、a1、a2、…an构成K个多项式的等式yi=a0+a1xi+a2xi2+…anxin；(C)根据上述步骤(A)中所读取的K个时隙xi及其相应的导频值yi计算n个系数a0、a1、a2、…an的值；(D)利用上述多项式y=a0+a1x+a2x2+…+anxn计算导频值yi间任意位置x的信道估计值；(E)去除所述K个时隙xi及其相应的导频值yi中第1个读取的时隙x1及其相应的导频值y1，读取K个时隙之后的下一个时隙及其导频值，利用新的K个时隙、其导频值及新设置的n个系数构成新的K个所述多项式等式，再重复步骤(D)、(E)。
2．根据权利要求1所述的信号解调的时分信道估计方法，其特征在于，将所述导频值分别设定为移动通信接收系统中载频的同相和正交分量I路和D路，分别计算I、Q路的系数Ia0、Ia1、Ia2、…Ian和Qa0、Qa1、Qa2、…Qan，及I、Q路的导频值间任意时隙的信道估计值。
3．根据权利要求1所述的信道解调的时分信道估计方法，其特征在于，在所述步骤(A)中接收的导频值的个数K≥n。
4．根据权利要求1所述的信道解调的时分信道估计方法，其特征在于，所述的移动通信接收系统为RAKE接收机。
5．根据权利要求1所述的信道解调的时分信道估计方法，其特征在于，所述方法可用于复数域的信道估计。
全文摘要
本发明提供一种移动通信系统时分信道估计有效算法。在RAKE接收机等接收系统中,通过多项式插值的方法,由导频符号处的信道参数估计出导频符号间数据符号处的信道参数。本发明的多项式插值方法计算量小,能够提高信道估计的精确程度。
文档编号H04B1/707GK1299219SQ9912549
公开日2001年6月13日 申请日期1999年12月9日 优先权日1999年12月9日
发明者周小波, 王守章 申请人:华为技术有限公司