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CN101227254A | 2008-07-23 | |||
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权 利 要 求 书 一种多接收天线系统中信道估计方法, 包括- 利用最小二乘信道估计算法, 对接收的导引信号进行信道估计, 得到估计 值 ; 获取 N'维信道自相关矩阵;^、 以及发射天线 i至任意接收天线处的信道频 域自相关矩阵 ,计算去干扰和噪声后的权值矩阵 其中, i = \,2,..., NT, Ντ 为发射端天线数; 利用所述权值矩阵 对估计值 HiS进行修正, 得到修正后的估计值 H P-LMMSE 如权利要求 1所述的方法, 其中, 所述计算得到的去干扰和噪声后的权值矩阵 W = R H ∑ ?; + N0 ; 其中, 为自相关矩阵 的前 行与前 列元素构 成的子矩阵, 为用户所占子载波数目, N。是白噪声功率, /是单位矩阵。 如权利要求 2所述的方法, 其中, 所述获取的发射天线 至任意接收天线处的 信道频域自相关矩阵 ?, = ; 其中, Λ,.为对角矩阵, Af为对角矩阵八,.的 共轭转置矩阵, 矩阵 Λ,.的第 /个对角元素为 Λ,.[/,/] = εχρ ]2π^—^-{1 - \) 如权利要求 1至 3任一项所述的方法, 其中, 所述获取的 N'维信道自相关矩阵 R - FN,diag 1,...,1,0,...,0 其中, M为循环前缀长度, 为 N'点 FFT M 变换矩阵, F 为 FN,的共轭转置矩阵。 如权利要求 1所述的方法,其中,所述修正后的信道估计值为 H P-LMMSE yy i l LS 一种多接收天线系统中信道估计装置, 包括- 初始估计模块, 设置为利用最小二乘信道估计算法, 对接收的导引信号进 行信道估计, 得到估计值 HiS ; 权值计算模块, 获取 N'维信道自相关矩阵 、 以及发射天线 i至任意接收 天线处的信道频域自相关矩阵 , 计算去干扰和噪声后的权值矩阵 其中, i = \,2,..., NT , ^为发射端天线数; 估计修正模块, 设置为利用所述权值矩阵 对所述估计值 H„进行修正, 得到修正后的估计值 Hp—,^^。 如权利要求 6所述的 , 其 权值计算模块, 计算得到的去干扰和噪 声后的权值矩阵 = ;其中, 为自相关矩阵^的前 行与 前 列元素构成的子矩阵, 为用户所占子载波数目, 是白噪声功率, /是 单位矩阵。 如权利要求 7所述的装置, 其中, 所述权值计算模块, 获取的发射天线 至任 意接收天线处的信道频域自相关矩阵 ; 其中, Λ,.为对角矩阵, Af Λ,. 的共轭转置矩阵, 矩阵 Λ,. 的第 / 个对角元素为 如权利要求 6至 8任一项所述的装置, 其中, 所述权值计算模块, 获取的 N'维 N' 信道自相关矩阵 ^ = FN,diag 1,...,1,0,...,0 其中, M为循环前缀长度, M Fw为 N'点 FFT变换矩阵, 为 Fw的共轭转置矩阵 如权利要求 6所述的装置, 其中, 所述估计修正模块, 修正后的信道估计值为 1 1 P-LMMSE yy i l LS |
Xi (n) = Xl (n - (i - l) K/N T , 将 N r 个时域序列分别变换至频域, 并记为对角形 式得到 X^' = 1, 2, ... , N T , 且 Χ ΧΛ. , 其中, Λ,.为对角矩阵, 第 /个对角元素为: 且导引的时域与频域序列均为恒模,如 ZC序列。频域导引信号经补零后延长至 经 IFFT, 加 CP操作后送至天线射频进行 D/A及上变频等操作后发射。 对于接收端的任意一根天线, 经下变频, A/D采样得到数字接收信号, 再经过去 CP, N点 FFT, 解复用操作可得到频域接收导引信号为- Y = J X H, + N = J X^ H, + N 其中, H,为发射天线 至某一接收天线的信道增益,具有频域自相关 矩阵 R ff , ; N 为高斯白噪声, 具有频域自相关矩阵 N。I, 其中 N。是白噪声功率, /是单位矩阵。 首先, 对目前常见的 OFDM (同样适用于 SC-FDM)中三种基于导频的信道估计技 术加以介绍: 最小二乘 (LS)信道估计: LS信道估计是 OFDM系统中最基本、 最简单的信道估 计方法。 该方法将导引子载波位置的接收信号直接与导 频信号的逆相乘, 作为信道的 估计值, LS信道估计也是其余更复杂信道估计技术的基 步骤。 LS信道估计具有最 低的计算复杂度, 然而该方法完全未考虑噪声及天线间干扰对估 计性能造成的恶化, 若采用将严重影响系统性能。 基于离散傅里叶变换的 (DFT-Based)信道估计: DFT-Based信道估计利用时域信道 向量能量集中的特点进行除噪及干扰抑制。 首先进行频域 LS信道估计, 然后将信道 频域响应值经过 IDFT变换到时域, 对信道的冲击响应进行加窗以抑制噪声, 最后经 DFT变换到频域,得到最终的信道频域响应估计 值。 由于 DFT操作具有快速的计算机 执行方法, DFT-Based技术的复杂度较低, 其加窗操作能有效的抑制噪声及天线间干 扰, 然而, 时域信道能量的泄漏现象使得该技术不可避免 的遭受有用信息损失及残余 天线间干扰的影响。 线性最小均方误差 (LMMSE)信道估计: LMMSE算法利用信道统计信息得到最小 化均方误差的线性估计, 是线性最优的估计算法。 LMMSE算法的具有较高的计算复 杂度, 且需要信道的统计信息进行估计, 这在实际中是难以得到的。 本发明实施例提供一种实际的 LMMSE信道估计,即 PLMMSE(Practical LMMSE) 技术, 是一种实际可实现的信道估计算法, 可在发射机多天线采用频域码分复用的情 况下获取准确的信道估计。 发明内容 本发明实施例提供一种实际的 LMMSE信道估计算法, 能够提供更有效的信道估 计进行 MIMO检测, 同时需要较少的先验统计信息。 如上文所述, 接收导引信号在接收端经过去 CP, N点 FFT, 解复用操作后可表示
Y = J XH, +N = J X^H, + N 其中, H,为发射天线 至某一接收天线的信道增益,具有频域自相关 矩阵 R ff , ; N 为高斯白噪声, 具有频域自相关矩阵 N。I。 Λ,为对角矩阵, 第 /个对角元素为:
Λ.. exp 首先进行 LS信道估计: 其中, = 「 。 所述 PLMMSE技术以上述 LS估计为基础执行, 包括以下步骤: 步骤 1 获取 N维信道自相关矩阵 :
R = ¥ N diag 0, ·.·,()
其中, M为 CP长度; F W 为N点 FFT变换矩阵, 其第《行 列元素可记为: 步骤 2 获取天线 i 至任意接收天线处的信道频域自相关矩阵 A, ff Af , 其中
R„ =(R) , (R) 表示矩阵 R的前 行与前 列元素构成的子矩阵。
3 根据以上步骤得到的统计信息及接收端已知的 白噪声功率^。计算权值矩 步骤 4 利用权值矩阵 W与事先得到的 LS估值 得到最终的信道估计值: 由此得到的信道估计值可用于后续的 MIMO检测。 优点 本发明实施例适用于采用频域码分复用导引安 排场景下的多天线信道估计, 在未 知信道统计信息的情况下获得了尽可能接近 LMMSE技术的性能, 且实现步骤简单。 本发明实施例提供的 PLMMSE信道估计相对于 DFT-Based信道估计算法, 性能约提 升 1.5db。 附图说明 图 1为本发明实施例的典型的发射机结构示意; 图 2为本发明实施例的典型的接收机结构示意; 图 3为信道估计操作流程图; 图 4是根据本发明实施例提供的多接收天线系统 信道估计装置的结构示意图。 具体实施方式 下面以 2发射天线场景为例对本发明实施例进行进一 的详细说明。 图 1为本发明实施例的典型的发射机结构示意图 考虑基于 SC-FDMA的 2发 2 收 V-BLAST系统基带模型, 用户数据经模块 1 串并转换后分两路经模块 2调制, 然 后经模块 3DFT (可采用 600点 FFT变换) 变换至频域, 在频域进行用模块 5联合插 入导频。 频域符号与导引符号通过子载波映射实现与其 余用户的频分复用, 再经模块 6进行 IFFTC1024点 IFFT变化)变换到时域, 最后在模块 7添加 CP (常规 CP或非常 规 CP) 后经模块 8变频发射。 图 2 为本发明实施例的典型的接收机结构示意图, 在接收端, 先进行下变频操作 (由模块 18实现, 其中 18表示模块 8相对应的逆过程, 其余编号类同), 两接收天线 分别用模块 17进行去 CP, 经模块 16进行 FFT变换到频域, 在频域经模块 15解映射 操作得到经衰落信道及噪声影响的发射信号, 此时仍为分离的两路发射信号, 然后接 收机对数据符号运用模块 14进行信道估计然后用模块 13进行 MIMO检测操作,然后 对分离后信号分别进行 IDFT变换, 用模块 11解调操作得到每根天线的发射数据, 最 后经模块 10串并转换的到发射数据。 图 3是本发明实施例的信道估计操作流程图。 具体的操作如下所示: 接收的导引符号经下变频, A/D, 去 CP N点 FFT后解复用可得到频域向量 Y 进行 LS估计得到 H iS 该估计由模块 21和 22实现, 本发明实施例提出方案以 LS估计 为基础实施, 具体步骤如下: 步骤 1 获取 N维信道自相关矩阵
N
R - ¥ N diag !,· · · ,!, 0,· · · ,0
M 其中, Μ为 CP长度。 该矩阵代表信道的统计信息, 由模块 23得到。 步骤 2 获取天线 1 与天线 2 至任意接收天线处的信道频域自相关矩阵 ^与 Α Η Α Η , 其中 = (¾)^ ^, (¾)^ ^表示矩阵 R的前 行与前 列元素构成的子 矩阵。 步骤 3 根据以上步骤得到的统计信息及接收端已知的 白噪声功率 N。计算权值矩 W = K H (Κ Η + AR H A H + Ν 0 ΙΪ 1 , 该矩阵由模块 24表示。 步骤 4 利用权值矩阵 W与事先得到的 LS估值 H iS 得到最终的信道估计值 (模块 25表示):
I =R" ( + AR„A" + ΝΛ H LS 图 4是根据本发明实施例提供的多接收天线系统 信道估计装置的结构示意图, 如图 4所示, 初始估计模块 410, 设置为利用最小二乘信道估计算法, 对接收的导引 信号进行信道估计,得到估计值 H iS ;权值计算模块 420,获取 N'维信道自相关矩阵 、 以及发射天线 i至任意接收天线处的信道频域自相关矩阵 , 计算去干扰和噪声后的 权值矩阵 其中, i = H, N T , N 为发射端天线数; 估计修正模块 430, 设置为利 用所述权值矩阵 对所述估计值 进行修正, 得到修正后的估计值 H P — i 优选地, 所述权值计算模块 420, 计算得到的去干扰和噪声后的权值矩阵
W = R H ; 其中, 为自相关矩阵 的前 行与前 列元素构成的子
矩阵, 为用户所占子载波数目, 是白噪声功率, /是单位矩阵。 优选地, 所述权值计算模块 420, 获取的发射天线 至任意接收天线处的信道频域 自相关矩阵 = Λ ; : ^ ; 其中, Λ ; 为对角矩阵, Λ?为对角矩阵 Λ ; 的共轭转置矩阵, 矩阵 Λ ; 的第 /个对角元素为 Λ ; [/, /] = expl 优选地, 所述权值计算模块 420, 获取的 N' 维信道 自相关矩阵
R - F N ,diag\ 1,...,1,0,...,0 其中, M为循环前缀长度, 为 N'点 FFT变换矩
M
阵, 为 ^,的共轭转置矩阵。 优选地, 所述估计修正模块 430, 修正后的信道估计值为 H - WM
P-LMMSE rr 1 1 LS 这里已经通过具体的实施例子对本发明进行了 详细描述, 提供上述实施例的描述 为了使本领域的技术人员制造或适用本发明, 这些实施例的各种修改对于本领域的技 术人员来说是容易理解的。 本发明不限于只处理 LTE上行信道估计, 还可以处理下行 信道, 或更多发射天线的场景。 本发明并不限于这些例子, 或其中的某些方面。 上述说明示出并描述了本发明的一个优选实施 例, 但如前所述, 应当理解本发明 并非局限于本文所披露的形式, 不应看作是对其他实施例的排除, 而可用于各种其他 组合、 修改和环境, 并能够在本文所述发明构想范围内, 通过上述教导或相关领域的 技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的 改动和变化不脱离本发明的精神和范围, 则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。