一種基于mimo-ofdm系統(tǒng)的信道估計(jì)方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于MIMO-OFDM系統(tǒng)的信道估計(jì)方法，該方法包括以下步驟：利用最小二乘(LS)信道估計(jì)算法計(jì)算得到MIMO-OFDM系統(tǒng)中每一條數(shù)據(jù)流的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)的LS信道沖激響應(yīng)估計(jì)值HLS，其中，所述導(dǎo)頻數(shù)據(jù)相互正交；利用導(dǎo)頻數(shù)據(jù)之間的正交性，對(duì)于所述LS信道沖激響應(yīng)估計(jì)值中進(jìn)行初步干擾消除，得到消除干擾后的信道沖激響應(yīng)估計(jì)值HLS_IC；利用頻域MMSE信道估計(jì)算法對(duì)所述步驟2得到的信道沖激響應(yīng)估計(jì)值HLS_IC進(jìn)行進(jìn)一步的干擾和噪聲消除，得到每一數(shù)據(jù)流的最終的信道沖激響應(yīng)估計(jì)值。本發(fā)明能夠在現(xiàn)有MMSE算法的基礎(chǔ)之上，性能提升1dB左右，并且對(duì)于高階調(diào)制有著更好的性能。
【專利說明】-種基于MIMO-OFDM系統(tǒng)的信道估計(jì)方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[OOOU 本發(fā)明設(shè)及通信【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其設(shè)及一種基于MIMO-OFDM系統(tǒng)的信道估計(jì)方法及 裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] MIMO-OFDM系統(tǒng)是在OFDM系統(tǒng)存在香農(nóng)容量限制該個(gè)不可突破瓶頸的基礎(chǔ)之上， 通過在收發(fā)兩端都采用多根天線配置，即在空間中產(chǎn)生獨(dú)立的并行信道同時(shí)傳輸多路數(shù)據(jù) 流據(jù)，從而在不增加系統(tǒng)帶寬的情況下增加頻譜效率，有效地提高了系統(tǒng)的傳輸效率。但也 由于多衰落信道下多路數(shù)據(jù)的傳輸，造成了數(shù)據(jù)間的相互干擾，該就對(duì)信道估計(jì)性能的要 求更為苛刻。
[0003] 信道估計(jì)技術(shù)是對(duì)移動(dòng)信道的多徑衰落瞬時(shí)特性進(jìn)行估計(jì)的技術(shù)，是影響OFDM 系統(tǒng)和MIMO-OFDM系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素。MIMO-OFDM系統(tǒng)與傳統(tǒng)單天線情況下的OFDM系統(tǒng) 相比對(duì)于信道的估計(jì)更加困難，原因在于多天線的使用使得在任一子載波上接收到的信號(hào) 都是多個(gè)崎變信號(hào)的疊加。當(dāng)對(duì)其中一個(gè)接收天線進(jìn)行估計(jì)時(shí)，其他發(fā)送天線的發(fā)送信號(hào) 就成為了干擾。
[0004] 通常對(duì)信道估計(jì)技術(shù)的評(píng)價(jià)有=個(gè)方面：對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率的影響、計(jì)算的復(fù)雜度 W及估計(jì)的準(zhǔn)確程度。對(duì)信道估計(jì)的期望是盡量在小的額外的系統(tǒng)開銷W及計(jì)算復(fù)雜度較 小的情況下，提高估計(jì)精度。
[0005] 一般信道估計(jì)技術(shù)有非盲信道估計(jì)技術(shù)、盲信道估計(jì)技術(shù)W及在此基礎(chǔ)上發(fā)展起 來的半盲信道估計(jì)。盲信道估計(jì)不借助導(dǎo)頻符號(hào)，不占用額外的頻譜資源。它主要利用接 收信號(hào)的高階統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行信號(hào)處理，就可W得到信道的估計(jì)值，但是它的缺點(diǎn)是需要很大 的樣本數(shù)、計(jì)算量大、收斂速度慢，因此它不利于實(shí)時(shí)通信。非盲信道估計(jì)需要在發(fā)送端發(fā) 送接收端已知的導(dǎo)頻信號(hào)，因此，也稱為基于導(dǎo)頻的信道估計(jì)技術(shù)。雖然占用了額外的頻譜 資源，減小了數(shù)據(jù)傳輸率，但對(duì)于接收端來說，導(dǎo)頻信號(hào)是已知的，其算法相對(duì)簡(jiǎn)單，并且可 W通過對(duì)導(dǎo)頻位置的設(shè)置，更好的跟蹤信道的變化，便于實(shí)時(shí)得到信道狀態(tài)。因此，在目前 的許多通信系統(tǒng)中都得到了廣泛的應(yīng)用，也成為目前學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)。
[0006] 基于導(dǎo)頻的f目道估計(jì)方法有很多，比如最小^乘算法（Least Squares,L巧和最小 均方誤差算法（Minimum Mean Square化ro;r，MMSE) W及相應(yīng)的演變算法。LS算法不需要 知道信道的統(tǒng)計(jì)特性，實(shí)現(xiàn)起來相對(duì)簡(jiǎn)單，但其估計(jì)值受子載波干擾和白噪聲影響很多，估 計(jì)性能很差；MMSE算法對(duì)子載波干擾和白噪聲有很好的抑制作用，其利用了信道的統(tǒng)計(jì)特 性包括信道自相關(guān)矩陣和噪聲方差。然而典型的MMSE算法存在計(jì)算復(fù)雜度高、信道統(tǒng)計(jì)特 性（噪聲方差和多徑時(shí)延）不容易求得等問題，需對(duì)其進(jìn)行算法簡(jiǎn)化，才可在實(shí)際系統(tǒng)中應(yīng) 用。
[0007] 導(dǎo)頻序列的設(shè)計(jì)與信道估計(jì)算法的性能密切相關(guān)，特別是對(duì)于采用塊狀導(dǎo)頻序列 的系統(tǒng)來說，好的導(dǎo)頻分布與取值將極大提高估計(jì)算法的性能。LTE-Advanced系統(tǒng)上行鏈 路采用塊狀導(dǎo)頻方案來存放DMRS解調(diào)參考信號(hào)，塊狀導(dǎo)頻信號(hào)的分布示意圖如圖1所示， 其中每個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)上的所有子載波都用做導(dǎo)頻，圖1中，黑色方框表示參考信號(hào)所在的位 置，白色方框表示數(shù)據(jù)信號(hào)所在的位置，1表示OFDM符號(hào)序號(hào)。本發(fā)明提出的方法即為針 對(duì)塊狀導(dǎo)頻設(shè)計(jì)的一種信道估計(jì)方法，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)一種應(yīng)用于該方法的裝置。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明提出了一種基于MIM0-0FDM系統(tǒng)的信道估計(jì)方法及裝置，使用的前提是導(dǎo) 頻信號(hào)具有正交性，且不同數(shù)據(jù)流的導(dǎo)頻信號(hào)由基本正交序列通過不同的循環(huán)移位方法實(shí) 現(xiàn)。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的一方面，提出一種基于MIM0-0抑M系統(tǒng)的信道估計(jì)方法，該方法包 括W下步驟：
[0010] 步驟1，利用最小二乘（L巧信道估計(jì)算法計(jì)算得到MIM0-0FDM系統(tǒng)中每一條數(shù)據(jù) 流中導(dǎo)頻數(shù)據(jù)位置處的LS信道沖激響應(yīng)估計(jì)值町5,其中，所述導(dǎo)頻數(shù)據(jù)相互正交；
[0011] 步驟2,利用導(dǎo)頻數(shù)據(jù)之間的正交性，對(duì)于所述LS信道沖激響應(yīng)估計(jì)值中進(jìn)行初 步干擾消除，得到消除干擾后的信道沖激響應(yīng)估計(jì)值Huje;
[0012] 步驟3,利用頻域MMSE信道估計(jì)算法對(duì)所述步驟2得到的信道沖激響應(yīng)估計(jì)值 le進(jìn)行進(jìn)一步的干擾和噪聲消除，得到每一數(shù)據(jù)流的最終的信道沖激響應(yīng)估計(jì)值。
[001引根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提出一種基于MIM0-0抑M系統(tǒng)的信道估計(jì)裝置，該裝 置包括；LS信道估計(jì)器、干擾消除裝置和MMSE信道估計(jì)器，其中：
[0014] 所述LS信道估計(jì)器用于對(duì)于每一條數(shù)據(jù)流的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)進(jìn)行LS信道估計(jì)，得到頻 域上的每一條數(shù)據(jù)流中導(dǎo)頻數(shù)據(jù)位置處對(duì)應(yīng)的LS信道沖激響應(yīng)估計(jì)值，并將得到的LS信 道沖激響應(yīng)估計(jì)值發(fā)送到干擾消除裝置；
[0015] 所述干擾消除裝置用于對(duì)于LS信道估計(jì)器得到的LS信道沖激響應(yīng)估計(jì)值中進(jìn)行 初步干擾消除，并將消除干擾后的信道沖激響應(yīng)估計(jì)值發(fā)送到MMSE信道估計(jì)器中；
[0016] 所述匪SE信道估計(jì)器用于將消除干擾后的信道沖激響應(yīng)估計(jì)值進(jìn)行頻域匪SE信 道估計(jì)，進(jìn)一步消除干擾和噪聲，最終得到每一數(shù)據(jù)流的信道沖激響應(yīng)估計(jì)值。本發(fā)明能夠 在現(xiàn)有MMSE算法的基礎(chǔ)之上，性能提升1地左右，并且對(duì)于高階調(diào)制具有更好的性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1為塊狀導(dǎo)頻信號(hào)的分布示意圖；
[0018] 圖2為本發(fā)明信道估計(jì)方法的流程圖；
[0019] 圖3為一實(shí)例中2*2MIM0信道結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖4為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的采用64QAM調(diào)制方法在EPA (多普勒頻移為甜Z)信 道下的BLER性能圖；
[002U 圖5為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的采用64QAM調(diào)制方法在EVA(多普勒頻移為70化） 信道下的BLER性能圖；
[002引圖6為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的采用QPSK調(diào)制方法在ETU(多普勒頻移為300Hz) 信道下的BLER性能圖；
[0023] 圖7為本發(fā)明信道估計(jì)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0025] 為了便于說明，在本發(fā)明的下述實(shí)施例中，將WLTE上行系統(tǒng)為例，對(duì)本發(fā)明提出 的一種基于導(dǎo)頻信號(hào)的信道估計(jì)方法進(jìn)行解釋。
[0026] 圖2為本發(fā)明信道估計(jì)方法的流程圖，如圖2所示，所述信道估計(jì)方法包括W下步 驟：
[0027] 步驟1，利用最小二乘（Least Squares, L巧信道估計(jì)算法計(jì)算得到MIMO-OFDM系 統(tǒng)中每一條數(shù)據(jù)流中導(dǎo)頻數(shù)據(jù)位置處的LS信道沖激響應(yīng)估計(jì)值町5,其中，所述導(dǎo)頻數(shù)據(jù)相 互正交；
[002引步驟2,利用導(dǎo)頻信號(hào)的正交性原理，通過鄰近導(dǎo)頻信號(hào)之間的相關(guān)運(yùn)算，消除所 述LS信道沖激響應(yīng)估計(jì)值中其他數(shù)據(jù)流對(duì)本數(shù)據(jù)流的干擾影響，得到消除干擾后的信道 沖激響應(yīng)估計(jì)值町SK;
[0029] 所述步驟2進(jìn)一步包括：
[0030] 首先判斷數(shù)據(jù)流的個(gè)數(shù)M，然后根據(jù)M值的不同進(jìn)行不同的操作；若M= 1，則直接 輸出所述步驟1得到的LS信道沖激響應(yīng)估計(jì)值；若M〉l，則采用相鄰M個(gè)數(shù)據(jù)流的LS信道 沖激響應(yīng)估計(jì)值進(jìn)行相加求平均的方法，來消除其他數(shù)據(jù)流所帶來的干擾，最終得到消除 干擾后的信道沖激響應(yīng)估計(jì)值町SK。
[003U 所述步驟2干擾消除的原理為；在MIMO系統(tǒng)、多數(shù)據(jù)流傳輸?shù)那闆r下，同一數(shù)據(jù) 流鄰近信號(hào)處的信道沖激響應(yīng)可假設(shè)是相同的，并且不同數(shù)據(jù)流的導(dǎo)頻信號(hào)是由基本正交 序列通過不同的循環(huán)移位得到的，而時(shí)域的循環(huán)移位等價(jià)于在頻域上的相位旋轉(zhuǎn)，在采用 等間距的相位旋轉(zhuǎn)的情況下，其他數(shù)據(jù)流和本數(shù)據(jù)流對(duì)應(yīng)位置處的導(dǎo)頻信號(hào)相除后的結(jié)果 在相鄰信號(hào)位置處通過相加操作是可W相互抵消的，只剩下本數(shù)據(jù)流對(duì)應(yīng)的信道沖激相應(yīng) 值，即消除其他數(shù)據(jù)流對(duì)本數(shù)據(jù)流的干擾影響。
[0032] 具體來說，LS信道估計(jì)算法的公式為：
[0033]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于MIMO-OFDM系統(tǒng)的信道估計(jì)方法，其特征在于，該方法包括以下步驟： 步驟1，利用最小二乘（LS)信道估計(jì)算法計(jì)算得到MM0-0FDM系統(tǒng)中每一條數(shù)據(jù)流中 導(dǎo)頻數(shù)據(jù)位置處的LS信道沖激響應(yīng)估計(jì)值，其中，所述導(dǎo)頻數(shù)據(jù)相互正交； 步驟2,利用導(dǎo)頻數(shù)據(jù)之間的正交性，對(duì)于所述LS信道沖激響應(yīng)估計(jì)值中進(jìn)行初步干 擾消除，得到消除干擾后的信道沖激響應(yīng)估計(jì)值rc; 步驟3,利用頻域麗SE信道估計(jì)算法對(duì)所述步驟2得到的信道沖激響應(yīng)估計(jì)值氏^進(jìn) 行進(jìn)一步的干擾和噪聲消除，得到每一條數(shù)據(jù)流的最終的信道沖激響應(yīng)估計(jì)值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2進(jìn)一步包括： 首先判斷數(shù)據(jù)流的個(gè)數(shù)M，若M = 1，則直接輸出所述步驟1得到的LS信道沖激響應(yīng)估 計(jì)值；若M>1，則采用相鄰M個(gè)數(shù)據(jù)流的LS信道沖激響應(yīng)估計(jì)值進(jìn)行相加求平均的方法，來 消除其他數(shù)據(jù)流所帶來的干擾，最終得到消除干擾后的信道沖激響應(yīng)估計(jì)值Hu K。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3進(jìn)一步包括以下步驟： 步驟31，根據(jù)最大時(shí)延擴(kuò)展值獲得信道自相關(guān)矩陣Rhh; 步驟32,根據(jù)所述步驟31得到的信道自相關(guān)矩陣Rhh，計(jì)算MMSE濾波器的系數(shù)； 步驟33,根據(jù)鄰近信號(hào)的相關(guān)性特點(diǎn)，對(duì)于所述麗SE濾波器系數(shù)的長(zhǎng)度進(jìn)行縮減處 理； 步驟34,利用降低濾波器系數(shù)長(zhǎng)度的MMSE濾波器系數(shù)進(jìn)行MMSE信道估計(jì)，得到最終的 信道沖激響應(yīng)估計(jì)值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述最大時(shí)延擴(kuò)展值和噪聲方差均為一 固定值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟32中，利用下式計(jì)算MMSE濾波 器的系數(shù)： ff = Rhh(Rhh+〇2I), 其中，〇2表示加性高斯白噪聲的方差，I表示單位矩陣。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟34中，利用下式進(jìn)行麗SE信道 估計(jì)： Hmmse - WH LS-IC - R HH (RhH+ 0 I) HLS-1C。
7. -種基于MIMO-OFDM系統(tǒng)的信道估計(jì)裝置，其特征在于，該裝置包括：LS信道估計(jì) 器、干擾消除裝置和麗SE信道估計(jì)器，其中： 所述LS信道估計(jì)器用于對(duì)于每一條數(shù)據(jù)流的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)進(jìn)行LS信道估計(jì)，得到頻域上 的每一條數(shù)據(jù)流的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的LS信道沖激響應(yīng)估計(jì)值，并將得到的LS信道沖激響應(yīng) 估計(jì)值發(fā)送到干擾消除裝置； 所述干擾消除裝置用于對(duì)于LS信道估計(jì)器得到的LS信道沖激響應(yīng)估計(jì)值中進(jìn)行初步 干擾消除，并將消除干擾后的信道沖激響應(yīng)估計(jì)值發(fā)送到MMSE信道估計(jì)器中； 所述MMSE信道估計(jì)器用于將消除干擾后的信道沖激響應(yīng)估計(jì)值進(jìn)行頻域MMSE信道估 計(jì)，進(jìn)一步消除干擾和噪聲，最終得到每一數(shù)據(jù)流的信道沖激響應(yīng)估計(jì)值。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述MMSE信道估計(jì)器進(jìn)一步包括計(jì)算單 元和數(shù)據(jù)緩存單元，其中： 所述計(jì)算單元用于進(jìn)行MMSE信道估計(jì)； 所述數(shù)據(jù)緩存單元用于存儲(chǔ)信道估計(jì)過程中產(chǎn)生的緩存數(shù)據(jù)。
【文檔編號(hào)】H04L27/26GK104486266SQ201410768695
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月12日
【發(fā)明者】郭曉龍, 王曉琴, 郭晨, 郭璟 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所