XU BAICHENG (CN)
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权利 要 求 书 1. 一种时域信道估计滤波器的系数计算方法, 应用于 LTE系统中, 其特 征在于, 包括: 获取 X1 X2…^所对应的携带 RS 信息的符号的位置信息和权重信息, ,^···^为与当前输入符号最接近的 P个频域信道估计值, P为大于 0的整 数; 获取 所涉及的携带 RS 信息的符号的位置信息和权重信息, Λ,··· 为与当前进行信道估计的符号最接近的 β个时域信道估计值, β为大 于 0的整数; 根据所述位置信息和权重信息, 计算向量 I的自相关矩阵, 其中, ΐ艮 ¾所 位 ί信 J、和权重信息, 计算向量 0与向量 I之间的互相关矩阵, 其中, 0= ], 1为当前进行信道估计的符号的时域信道的理想值; 计算所述互相关矩阵与所述自相关矩阵的逆矩阵之积, 得到当前进行信 道估计的符号对应的系数向量。 2. 如权利要求 1所述的系数计算方法,其特征在于,所述获取 ,Χ ···^ 所对应的携带 RS信息的符号的位置信息和权重信息, 包括: 初始化时, 将 X,对应的位置信息 ) )和权重信息 W 均设置为 0, i=l,---P; 每输入一个新的符号时, 判断该符号是否为携带 RS信息的符号, 若是, 从 = jP开始,将 更新为 m,将 W 更新为 W "),直到 =1时,将 更 新为^ 将 更新为 1, 为该符号的序号; 否则, 不对所述位置信息和权 重信息进行更新。 3. 如权利要求 1所述的系数计算方法,其特征在于,所述获取 ,Χ ···^ 所对应的携带 RS信息的符号的位置信息和权重信息, 包括: 初始化时, 将 X,对应的位置信息 ) )和权重信息 W 均设置为 0, i=l,---P; 每输入一个新的符号时, 从 =Ρ开始, 将 ) )更新为 )( ), 将 w^)更新 为 w^"), 直到 =1时, 判断该符号是否为携带 RS信息的符号, 若是, 将 )(w 更新为《, 将 更新为 1, 为该符号的序号; 否则, 不对 和 进行 更新。 4. 如权利要求 1所述的系数计算方法, 其特征在于, 按照如下公式计; 向 E[xkX: = (E[x;Xm ) =W(X^(W ),k,m = l,---P length(D(¾)) length(Di½)) E YKY: = (E YkX = X X W( )(W ( )) ),k,m = l,---Q ngth(Dl *') E[YKX* = E[Y*X ) = ^ W(¥k)(i)(w<x"')) R(i \k =!,■■■ Q,m = \,---P 其中, E[.]为求数学期望运算, ) 为 XM对应的位置信息, 为 ^对 应的权重信息, Μ = ··Ρ, D 为 对应的位置信息, 为 对应的权重信 息, = 1,···β, W C)为 W )的第 个元素, D ( 为 的第 个元素, length (-) 为求向量的元素个数, R( )为根据信道信息和系统信息确定的相关函数, 为第 i个符号与第 j个符号之间的时间距离。 5. 如权利要求 1所述的系数计算方法, 其特征在于, 按照如下公式计算 0与向量 I之间的互相关矩阵 R。T : γ,χ: ROI = E[OIH] = E E [Y0XP' ] = (W(X^ ) R(Tn L p) ),ρ=1,···Ρ 其中, E[.]为求数学期望运算, ) )为 对应的位置信息, W 为 对 应的权重信息, p = U, 为 1对应的位置信息, W 为 1对应的权重信 息, q = l 'Q, W ')为 W 的第 个元素, 0 )为0^的第 个元素, length^ 为求向量的元素个数, R( )为根据信道信息和系统信息确定的相关函数, 为第 i个符号与第 j个符号之间的时间距离, n— L为当前进行信道估计的符号 的序号, M为当前输入符号的序号, L表示滤波器的输入与输出之间有多少个 符号的时延。 6. 如权利要求 4或 5所述的系数计算方法, 其特征在于, 所述相关函数 为: = /0(2 其中, /。(·)表示第一类 0 阶贝塞尔函数, /max为最大多普勒频移, = ym \i - j\ Tym为一个符号的时间长度。 7. 如权利要求 1所述的系数计算方法, 其特征在于, 当所述自相关矩阵 不满秩时, 所述系数计算方法还包括: 通过缩维的方式将所述自相关矩阵更新为满秩矩阵, 并对所述互相关矩 阵进行相应更新; 此时, 所述计算所述互相关矩阵与所述自相关矩阵的逆矩阵之积为, 计 算更新后的互相关矩阵与更新后的自相关矩阵的逆矩阵之积。 8. 如权利要求 7所述的系数计算方法, 其特征在于, 还包括: 对所述系数向量进行归一化处理。 9. 如权利要求 1所述的系数计算方法, 其特征在于: 所述获取 所涉及的携带 RS 信息的符号的位置信息和权重信息 为: 获取当前进行信道估计的符号对应的 所涉及的携带 RS信息的符 号的位置信息和权重信息, 所述位置信息和权重信息为对上一个符号进行系 数计算后更新得到, 并且, 初始化时, 所述位置信息和权重信息为空集; 在得到当前进行信道估计的符号对应的系数向量之后, 还包括: 对 所涉及的携带 RS信息的符号位置信息和权重信息进行更新, 以供下 一个符号的系数计算使用。 10. 如权利要求 9所述的系数计算方法,其特征在于,所述对! ,…^所 涉及 RS信息的符号的位置信息和权重信息进行更新, 包括: = 2开始, 对 W(fe 进行如下的更新, 直到 ^ = β : W <temp> (1 length(W ) )) = W <temp> (1 length(W + a?W¾ ) = 1开始, 对 W(fe 和 D(fe 进行如下的更新, 直到 如果 ) 属于 ),则 W (temp) (ί) = W (temp) (Ϊ) + b , i为 D(fe 中与 ) ( 相 等的元素的序号; 如果 ) 不属于 ), D D 从 ^ = β开始, 将 W 更新为 W^, 将 更新为 D(W, 直到 g = l时, 将 W(¾)更新为 fp、, 将 D 更新为 Ό(' ; 其中, ) )为 对应的位置信息, Ρ = 1 · ·Ρ, 为 1对应的位置信息, W 为 1对应的权重信息, q = l,-Q, [ ··· ,βι,… 为当前进行信道估计的 符号对应的系数向量, leng 为求向量的元素个数。 11. 如权利要求 1所述的系数计算方法, 其特征在于, 还包括: 计算 I中有效元素所对应的符号与当前进行信道估计的符号之间的距离 向量; 根据所述距离向量确定当前进行信道估计的符号所属的场景; 系数计算进入稳定状态后, 将计算得到的系数向量记录为相应场景的滤 波器系数。 12. 一种时域信道估计滤波器的系数计算装置, 应用于 LTE系统中, 其 特征在于, 包括: 第一获取模块, 用于获取 , ^ Χρ所对应的携带 RS信息的符号的位置 信息和权重信息, ,^···^为与当前输入符号最接近的 ^个频域信道估计 值, Ρ为大于 0的整数; 第二获取模块, 用于获取 所涉及的携带 RS信息的符号的位置信 息和权重信息, 为与当前进行信道估计的符号最接近的 β个时域信道 估计值, β为大于 0的整数; 自相关计算模块,用于根据所述位置信息和权重信息,计算向量 I的自相 关矩阵, 其中, Κ , Χν^,ι , ; 互相关计算模块, 用于根据所述位置信息和权重信息, 计算向量 0与向 量 I之间的互相关矩阵, 其中, o = ], y。为当前进行信道估计的符号的时域 信道的理想值; 滤波系数计算模块, 用于计算所述互相关矩阵与所述自相关矩阵的逆矩 阵之积, 得到当前进行信道估计的符号对应的系数向量。 13. 如权利要求 12所述的系数计算装置, 其特征在于, 所述第一获取模 块进一歩用于: 初始化时, 将 X,对应的位置信息 ) )和权重信息 W 均设置为 0, 每输入一个新的符号时, 判断该符号是否为携带 RS信息的符号, 若是, 从 = jP开始,将 更新为 m,将 W 更新为 W "),直到 =1时,将 更 新为^ 将 更新为 1, 为该符号的序号; 否则, 不对所述位置信息和权 重信息进行更新。 14. 如权利要求 12所述的系数计算装置, 其特征在于, 所述第一获取模 块进一歩用于: 初始化时, 将 X,对应的位置信息 ) )和权重信息 W 均设置为 0, 每输入一个新的符号时, 从 =Ρ开始, 将 )更新为 ( ), 将 w^)更新 为 w^"), 直到 =1时, 判断该符号是否为携带 RS信息的符号, 若是, 将 )(w 更新为《, 将 更新为 1, 为该符号的序号; 否则, 不对 和 进行 更新。 15. 如权利要求 12所述的系数计算装置, 其特征在于, 所述自相关计算 模 一歩用于, 按照如下公式计算向量 I的自相关矩阵 R„: E[YkX:] = (E[Y;X J = £ W¾)()(w¾))iR( t)([)D(Xm))^=l,-e,m = l,-P 其中, E[.]为求数学期望运算, ) 为 Xm对应的位置信息, 为 ^对 应的权重信息, Μ = ··Ρ, D 为 对应的位置信息, 为 对应的权重信 息, = 1,···β, W C)为 W )的第 个元素, D ( 为 的第 个元素, length (-) 为求向量的元素个数, R( )为根据信道信息和系统信息确定的相关函数, 为第 i个符号与第 j个符号之间的时间距离。 16. 如权利要求 12所述的系数计算装置, 其特征在于, 所述互相关计算 E [Y0X; ] = (W(X^ ) R(Tn L D(Xp) ),p=l,-P 其中, E[.]为求数学期望运算, ) )为 对应的位置信息, W 为 对 应的权重信息, p = U, 为 1对应的位置信息, W 为 1对应的权重信 息, q = l 'Q, W ')为 W 的第 个元素, 0 )为0^的第 个元素, length^ 为求向量的元素个数, R( )为根据信道信息和系统信息确定的相关函数, 为第 i个符号与第 j个符号之间的时间距离, n— L为当前进行信道估计的符号 的序号, M为当前输入符号的序号, L表示滤波器的输入与输出之间有多少水 符号的时延。 17. 如权利要求 15或 16所述的系数计算装置, 其特征在于, 所述相关 函数为: =/0(2 其中, /。(·)表 第一类 0 阶贝塞尔函数, /max为最大多普勒频移 τ· =T \ Ii- j\ I , T 为- -个符号的时间长度。 18. 如权利要求 12所述的系数计算装置, 其特征在于, 所述第二获取模 块进一歩用于: 获取当前进行信道估计的符号对应的 所涉及的携带 RS信息的符 号的位置信息和权重信息, 所述位置信息和权重信息为对上一个符号进行系 数计算后更新得到, 并且, 初始化时, 所述位置信息和权重信息为空集; 在得到当前进行信道估计的符号对应的系数向量之后, 对 所涉 及的携带 RS信息的符号位置信息和权重信息进行更新, 以供下一个符号的系 数计算使用。 19. 如权利要求 18所述的系数计算装置, 其特征在于, 所述第二获取模 块进一歩用于, 按照如下方式对 所涉及的携带 RS信息的符号的位置 信息和权重信息进行更新: 从 g = 2开始, 对 W(fe 进行如下的更新, 直到 ^ = β: W (,emp> (1: length(W ) )) = W (,emp> (1: length(W + a?W¾ ) 从 p=l开始, 对 W(fe 禾 D(fe 进行如下的更新, 直到 ρ = Ρ: 如果 )( 属于 ),则令 W(fe () = W(fe () + , 为 )中与 ) ( 相 等的元素的序号; P 如果 )( 不属于 D(fe ,则令 W(fe =[W(fe bp~] , D 、( Y D 从 ^ = β开始, 将 W 更新为 W^, 将 更新为 D(W, 直到 ^ = 1时, 将 W(¾)更新为 fp、, 将 D 更新为 Ό(' ; 其中, ) )为 对应的位置信息, Ρ = 1 ··Ρ, 为 1对应的位置信息, W 为 1对应的权重信息, q = l,-Q, [ …^^,…^]为当前进行信道估计的 符号对应的系数向量, leng 为求向量的元素个数。 20. 如权利要求 12所述的系数计算装置, 其特征在于, 还包括滤波系数 选择模块, 用于: 计算 I中有效元素所对应的符号与当前进行信道估计的符号之间的距离 向量; 根据所述距离向量确定当前进行信道估计的符号所属的场景; 系数计算进入稳定状态后, 将计算得到的系数向量记录为相应场景的滤 波器系数。 |
本发明属于无线通信技术领域, 特别涉及一种应用于长期演进 (LTE) 系统中的时域信道估计滤波器的系数计算方法 和装置。 背景技术
在 LTE无线通信系统中, 正交频分复用 (OFDM) 是其核心的物理层技 术。 它把数据流调制在多个正交的子载波上, 正交子载波之间频谱可重叠, 这样就大大提高了频谱利用率。
参照图 1, 在正交频分复用系统中, 传输的信息可以通过资源栅格来描 述, 资源栅格将整个时域和频域的资源以资源元素 (RE, Resource Element) 的形式表示出来, 即图 1 中的一个最小方格, 它对应于频域上的一个子载波 和时域上的一个符号 (symbol) 的时间长度, 所有需要传输的信息都是通过 资源元素来承载。 多个资源元素构成一个资源块, 具体来说, 在正常循环前 缀 (CP) 的情况下, 12 (子载波数) X 7 (符号数) 构成一个资源块; 扩展 循环前缀的情况下, 12 (子载波数) X 6 (符号数) 构成一个资源块。
为了正确解调数据, 需要知道每个 RE位置上的信道情况。 在 LTE系统 中, 每个 RE位置上的信道估计是通过如下方式得到的: 在每个资源块的特 定的资源元素位置插入已知的参考信号(RS, Reference Signal) 以计算该 RE 位置上的信道估计, 然后利用插值的方法来得到其它所有资源元素 位置上的 信道估计。
信道估计算法通常分两歩来进行: 先在频域方向上进行频域信道估计, 即先对图 1中具有 RS的一列符号在频域上对 RS信息的初始信道估计进行滤 波插值, 得到这一列每个符号的频域信道估计, 然后利用该结果在时域方向 上进行滤波插值来完成时域信道估计, 即最终的信道估计。 为使后文描述简 单, 用 H 表示携带 RS信息的符号的频域信道估计, 包括通过频域插值得 到的信道估计。
LTE系统分为 TDD和 FDD 两种模式。 对于 FDD模式来说, UE可以接 收到连续的下行子帧; 对于 TDD来说, 其接收到的下行子帧不是连续的, 即 RS的分布不是连续的, 如图 2所示, 图中, 用 D表示下行子帧, 用 U表示 上行子帧。
实际上, 即使是 FDD模式可以接收到连续的下行子帧, 但是在正常 CP 模式下, 其在一个子帧中 RS分布是不均匀的, 携带 RS信息的符号间隔有 3 和 4两种, 如图 3所示。
频域滤波插值和时域滤波插值的关键是选择合 适的滤波器结构和滤波器 系数。 而 LTE系统中 RS分布的不连续和不均匀的特性, 给时域信道估计滤 波器的选择和系数设计带来了挑战。 发明内容
本发明的目的是提供一种时域信道估计滤波器 的系数计算方法和装置, 以克服 LTE中 RS分布的不连续性和不均匀性带来的问题。
为实现上述目的, 本发明提供技术方案如下:
一种时域信道估计滤波器的系数计算方法, 应用于 LTE系统中, 包括: 获取 , ^ · · · ^所对应的携带 RS 信息的符号的位置信息和权重信息, , Χ 2 · · · ^为与当前输入符号最接近的 P个频域信道估计值, Ρ为大于 0的整 数;
获取 所涉及的携带 RS 信息的符号的位置信息和权重信息, Λ,··· 为与当前进行信道估计的符号最接近的 β个时域信道估计值, β为大 于 0的整数;
根据所述位置信息和权重信息, 计算向量 I的自相关矩阵, 其中, ΐ艮 ¾所 位 S信 J、和权重信息, 计算向量 0与向量 I之间的互相关矩阵, 其中, 0 = ], 1为当前进行信道估计的符号的时域信道的理 值;
计算所述互相关矩阵与所述自相关矩阵的逆矩 阵之积, 得到当前进行信 道估计的符号对应的系数向量。
一种时域信道估计滤波器的系数计算装置, 应用于 LTE系统中, 包括: 第一获取模块, 用于获取 , ^ Χρ所对应的携带 RS信息的符号的位置 信息和权重信息, , ^ ··· ^为与当前输入符号最接近的 ^个频域信道估计 值, P为大于 0的整数;
第二获取模块, 用于获取 所涉及的携带 RS信息的符号的位置信 息和权重信息, 为与当前进行信道估计的符号最接近的 β个时域信道 估计值, β为大于 0的整数;
自相关计算模块,用于根据所述位置信息和权 重信息,计算向量 I的自相 关矩阵, 其中, Κ , Χν ^,ι , ;
互相关计算模块, 用于根据所述位置信息和权重信息, 计算向量 0与向 量 I之间的互相关矩阵, 其中, o = ], y。为当前进行信道估计的符号的时域 信道的理想值;
滤波系数计算模块, 用于计算所述互相关矩阵与所述自相关矩阵的 逆矩 阵之积, 得到当前进行信道估计的符号对应的系数向量 。
与现有技术相比, 本发明实施例利用迭代运算的方式, 记录当前可用资 源 , X 2 … X P 和 1 , ,… 中所包含的 的位置信息及权重信息, 根据位置信 息、 权重信息、 信道信息、 系统信息计算可用资源之间的相关性以及可用 资 源与当前符号的相关性, 进而计算出较优的滤波器系数。 如此, 能够有效克 服 LTE中 RS分布的不连续性和不均匀性带来的问题,适 于 LTE系统中任何 帧结构、 任何天线端口的时域信道估计滤波器的系数设 计。 附图说明
图 1为正常循环前缀且单天线发送情况下, 参考信号在资源块中的分布 情况示意图;
图 2为 TDD模式, 正常 CP模式, 上下行转换配置为 1 #的子帧分布示 意图;
图 3为 FDD模式, 正常 CP模式, 携带 RS信息的符号在子帧中的分布 示意图;
图 4为本发明实施例中采用的时域信道估计滤波 的结构示意图; 图 5为本发明实施例的时域信道估计滤波器的系 计算方法流程图; 图 6为本发明实施例的时域信道估计滤波器的系 计算装置结构图; 图 7为本发明实施例中 LTE TDD帧结构的时域滤波场景划分示意图; 图 8为利用图 6所示的装置进行滤波器系数计算的一个详细 程图。 具体实施方式
为使本发明的目的、 技术方案和优点更加清楚, 下面将结合附图及具体 实施例对本发明进行详细描述。
图 4为本发明实施例中采用的时域信道估计滤波 的结构示意图, 本发 明是针对图 4所示的时域信道估计滤波器结构, 根据可用的资源、 信道信息 和系统信息来设计时域信道估计滤波器的系数 。
参照图 4,该插值滤波器使用 ^个寄存器保存与当前输入符号(序号为《) 最接近的^个携带 RS信息的符号的频域信道估计值 ~ X P (包括通过频域插 值得到的信道估计值), 并使用 β个寄存器保存与当前进行信道估计的符号 (序号为 最接近的 β个时域信道估计的历史值 } -L-l) ~} -L-0(即 利用该滤波器进行插值滤波得到的 β个时域信道估计值, 后文也可以用 ΐ ,}^·· 表示, }即为 } -L-l), 即为 y(«-L-2) ), 根据保存的值对当前 进行信道估计的符号进行时域信道估计的插值 滤波。这一过程用公式表示为:
Y n- ) = b v v (n) + j a q Y n-L-q)
p=l q=l
当2≠0时, 这是一个无限冲激响应 (IIR) 滤波器结构; 当 β = 0时, 这 是一个有限冲激响应 (FIR) 滤波器结构。 这里的 L表示滤波器的输入和输出 之间有多少个符号的时延, 通常, 时延越多, 可用于时域信道估计的频域信 道估计越多, 越有利于时域信道估计, 但在另一方面它又增加了系统时延, 这是不利的一面, 实际应用中可以根据具体需求来对这两方面进 行折中。
与一般滤波器结构不同的是, 这里的滤波器结构有一个 H s )更新模块。 这是由于这里滤波器的输入是携带 RS信息的符号的频域信道估计 H s) ,然而 不是每个符号都携带 RS信息的。 参照图 1, 以正常 CP模式并且单天线端口 来说, 一个子帧中的 14个符号中只有 4个符号是携带 RS信息的, 也即只有 符号序号为 1、 5、 8和 12的 4个输入是有效的(序号计数从 1开始)。 H 更 新模块可有多种实现方式, 这里介绍模式 1和模式 2两种方式。
对于模式 1, H^)更新模块就是把与当前输入符号最接近的携 带 RS信号 的符号的频域信道估计值更新到尸个寄存器当 中。 用 L ff 表示包含 RS 信息的 符号的序号, 其操作过程可用伪码表示如下:
If neL RS
y ― y
Else
X = X
End
其中, 表示当前输入符号的频域信道估计值。
可见, 按照模式 1 的更新为: 每输入一个新的符号时, 判断该符号是否 为携带 RS 信息的符号, 若是, 从 尸开始, 将 更新为 直到 =1时, 将 更新为 否则, 不进行更新, §Ρ, ~ 中的每一个都保持不变。
这样, 与当前输入符号最接近的尸个携带 RS信息的符号 (可以包括当前 输入符号) 的频域信道估计就被存放在 ~ 中了。
对于模式 2, 其操作过程可用伪码表示如下: y ― y
If neL RS
Else End
其中, 表示当前输入符号的频域信道估计值。
可见, 按照模式 2的更新为: 每输入一个新的符号时,从 尸开始,将 更新为 — 直到 = 1时, 判断该符号是否为携带 RS 信息的符号, 若是, 将 将 更新为 否则, 不对 进行更新。
这样, 与当前输入符号最接近的尸个携带 RS信息的符号 (可以包括当前 输入符号) 的频域信道估计就被存放在 ~ 中了, 这里 ~ 的频域信道 估计信息可能是有重复的 ( 与^可能存储的是同一个值)。
当然, 也可以用到其他方式进行 H s )的更新操作, 这里不再赘述。
针对上述时域信道估计滤波器结构, 本发明实施例提供如下的滤波器系 数计算方法。
参照图 5, 本发明实施例的时域信道估计滤波器的系数计 算方法, 应用 于 LTE系统中, 主要包括如下歩骤:
歩骤 501 : 获取 , Χ 2 ··· Χ Ρ 所对应的携带 RS信息的符号的位置信息和权 重信息, ,^…^^为与当前输入符号最接近的尸个频域信 道估计值, Ρ为大 于 0的整数;
歩骤 502: 获取 所涉及的携带 RS信息的符号的位置信息和权重 信息, ! ,…^为与当前进行信道估计的符号最接近的 β个时域信道估计值, β为大于 0的整数;
歩骤 503: 根据所述位置信息和权重信息, 计算向量 I的自相关矩阵, 其 中, Κ , ···^,} ,;^,…;^;
歩骤 504: 根据所述位置信息和权重信息, 计算向量 0与向量 I之间的互 相关矩阵,其中, 0 = ], Γ。为当前进行信道估计的符号的时域信道的 想值; 歩骤 505: 计算所述互相关矩阵与所述自相关矩阵的逆矩 阵之积, 得到 当前进行信道估计的符号对应的系数向量。
本发明实施例对歩骤 503和歩骤 504的执行顺序不做限制, gp, 可以先 执行歩骤 504, 再执行歩骤 503, 另外, 两者还可以并行执行。
上述方法各歩骤的具体实现可参见后文对本发 明实施例的时域信道估计 滤波器的系数计算装置的描述。 图 6为本发明实施例的时域信道估计滤波器的系 计算装置结构图, 参 照图 6, 所述系数计算装置主要包括: 第一获取模块 10、 第二获取模块 20、 自相关计算模块 30、 互相关计算模块 40、 滤波系数计算模块 50和滤波系数 选择模块 60。 以下对上述各模块的工作原理进行详细说明。
弟一获取模块 10
一获取模块 10是根据时域信道估计滤波器所采用的更新模 ,来记录
X、 ~ 所对应的携带 RS信息的符号的位置信息和权重信息。 如前所述, ,^ Χρ为与当前输入符号 (序号为 η ) 最接近的尸个频域信道估计值 (这 里,所谓最接近,可以包括当前输入符号自身 ), 尸为大于 0的整数。将 ~ 对应的位置信息和权重信息分别表示为 和 ~W ),位置信息和 权重信息需要被初始化为无效值, §Ρ, D w ~D (X ^=0, w w ~W (X ^=0 O
对于 ~ , 如果按照模式 1更新, 则 ~ ) 和 的更新过 程可用伪码表示如下:
If neL RS w (Xp ~ 2
£)( 2 ) = D l W 2 =W 1
D (Xi =n,W (X ° =1
se
D Xp = D (Xp W (Xp) - W (Xp)
= (Xl W (Xl - W {Xl)
End
可见, 按照模式 1 的更新为: 每输入一个新的符号时, 判断该符号是否 为携带 RS信息的符号, 若是, 从 尸开始, 将 更新为 将 更新 w (X - 直到 =1时, 将 ) 更新为^ 将 更新为 1, 为该符号的序号; 否则, 不对所述位置信息和权重信息进行更新, §Ρ, )™~ ^^B ) ~w 中的每一个都保持不变。
对于 ~ , 如果按照模式 2更新, 则 ^^ )^和 的更新过 程可用伪码表示如下:
If n L RS
D (Xi =n,W (X ° =1
Else
= (Xl W (Xl - W {Xl)
End
可见,按照模式 2的更新为:每输入一个新的符号时,从 尸开始,将 ) ( 更新为 ( ), 将 W^)更新为 W^), 直到 =1时, 判断该符号是否为携带 RS 信息的符号, 若是, 将 更新为^ 将 W ™更新为 1, w 为该符号的序号; 否则, 不对 和 进行更新。 这里 ~ 对应的位置信息和权重信息有 可能是重复的, 例如, 与^ 2 可能对应相同的位置信息和权重信息。
自相关计算模块 30
自相关计算模块 30是计算所有输入变量之间的相关性,并用矩 的形式 表示出来。 输入变量可用向量 Ι^ ,Χ^·· ^,! , 表示, 如前所述, ! ,…^为与当前进行信道估计的符号最接近的 β个时域信道估计值, §Ρ,利 用所述时域信道估计滤波器进行插值滤波得到 的 β个历史值, β为大于 0 的 具体地, 自相关计算模块 30是根据 ,Χ^Χρ所对应的携带 RS信息的符 号的位置信息和权重信息, 以及, Λ,··· 所涉及的携带 RS信息的符号的位 置信 , 按照如下公式来计算向量 I的自相关矩阵 R„:
R„中各元素的计算过程可用如下公式表;
对于 E x A C]和 E [ ¾], W (Xm) ),k,m = i,"'P
对于 E[¾:]和 E[ ],
length(D (¾) ) length(D (ym) )
对于 :]和£^],
length(D (¾) )
E[Y k X:] = (E[Y X m ]f = ∑ W ¾) ( (w ¾) )^( t)(i)D(Xm) )^ = l,-e,m = l,-P 当;^ , = ··β,对应的 1) )为空时,对应于; ^的 E[Y k X~], E[Y 和 ¾]均为0。
其中, E[.]为求数学期望运算, 为 X m 对应的位置信息, W 为 ^对 应的权重信息, 《7 = ·^, D )为 对应的位置信息, W )为 对应的权重信 息, = 1,···β, \¥ ) )为\¥ )的第 个元素, ( 为 D )的第 个元素, lengthi-) 为求向量的元素个数, 为根据信道信息和系统信息确定的相关函数, r 为第 i个符号与第 j个符号之间的时间距离。
相关函数 的计算除了需要 和 1^)以外, 还需要信道信息和系统 信息。 信道信息包括多普勒频移、 信噪比、 所使用的信道衰落模型等, 系统 信息包括 CP模式和符号长度等。例如, 滤波器的系数设计所使用的信道信息
那么, 所述相关函数可表示为,
?(r,,) = / 0 (2^/ max r,,)
/。(·)表示第一类 0阶贝塞尔函数, ^. =7 ^'- Z m 为一个符号的时间长 度。
针对其他信道信息和系统信息, 本领域技术人员可以相应地选用其他类 型的相关函数。
需要说明的是, 在自相关矩阵的计算过程中, 所使用的 i,y 2 , 所涉及 的携带 RS信息的符号的位置信息和权重信息为:当前 行信道估计的符号对 应的 所涉及的携带 RS信息的符号的位置信息和权重信息, 所述位置 信息和权重信息为对上一个符号进行系数后更 新得到, 并且, 初始化时, 所 述位置信息和权重信息为空集。
在得到当前进行信道估计的符号对应的系数向 量之后, 本发明实施例还 对 所涉及的携带 RS信息的符号位置信息和权重信息进行更新, 以供 下一个符号的系数计算使用, 具体请参见后文对第二获取模块 20的描述。
也就是说, 本发明实施例对滤波系数的计算是一个迭代过 程, 本次使用 的 所涉及的携带 RS信息的符号的位置信息和权重信息, 是上一次系 数计算后更新的结果。
另外, 本次使用的 ^…^所对应的携带 RS信息的符号的位置信息和 权重信息, 是在本次系数计算之前, 根据输入的新的符号 (即当前符号 进行更新得到。
互相关计算模块 40
互相关计算模块 40是计算所有输入变量和输出变量 y。(当前进行信道估 计的符号的时域信道的理想值) 之间的相关性, 并用矩阵的形式表示出来。 输入变量可用向量 ι^ ,χ^Χρ, }, 表示, 如前所述, i,y 2 ,…;^为与当 前进行信道估计的符号最接近的 β个时域信道估计值, §Ρ, 利用所述时域信 道估计滤波器进行插值滤波得到的 β个历史值, β为大于 0的整数。
具体地,互相关计算模块 40是根据 ,Χ ··· ^所对应的携带 RS信息的符 号的位置信息和权重信息, 以及, Λ,··· 所涉及的携带 RS信息的符号的位 置信息和权重信息, 按照如下公式来计算向量 0与向量 I之间的互相关矩阵 R QI , 其中, 0= ]:
R OI =E[OI H ] = E
互相关矩阵 R QI 中共有 2类元素: E 。 ],p
对于 E[V^],
E [Y 0 x; ] = (W (X ^ R(T n L D(Xp) ), p = 1 - P 对于 [}¾*]^=1,···β,
当 ΐ , = 1,···β, 对应的 D 为空时, 对应于 1 的 E[y。i ]均为 0。
其中, E[.]为求数学期望运算, ^)为 对应的位置信息, ^)为 对 应的权重信息, p = U, D^)为 1对应的位置信息, W )为 1对应的权重信 息, = 1,···β, \¥ )()为\¥ )的第 个元素, 0 )(0为0 )的第 个元素, lengt ') 为求向量的元素个数, 为根据信道信息和系统信息确定的相关函数, T 为第 i个符号与第 j个符号之间的时间距离 , n-L为当前进行信道估计的符号 的序号, M为当前输入符号的序号, L表示滤波器的输入与输出之间有多少个 符号的时延。
这里, 相关函数 ?( )的选择请参见前文。
需要说明的是, 在互相关矩阵的计算过程中, 所使用的 所涉及 的携带 RS信息的符号的位置信息和权重信息为:当前 行信道估计的符号对 应的 所涉及的携带 RS信息的符号的位置信息和权重信息, 所述位置 信息和权重信息为对上一个符号进行系数计算 后更新得到, 并且, 初始化时, 所述位置信息和权重信息为空集。
另外, 本次使用的 ^…^所对应的携带 RS信息的符号的位置信息和 权重信息, 是在本次系数计算之前, 根据输入的新的符号 (即当前符号 进行更新得到。
还需要说明的是, 这里的 代表当前进行信道估计的符号的时域信道的 理想值, §Ρ, Y(n-L) , 其实, 在互相关矩阵的计算中, 是不需要知道 y( W -L) 的实际值的, 使用的只是其对应的位置信息, §Ρ, 当前进行信道估计的符号 的序号: n-L。
滤波系数计算模块 50
滤波系数计算模块 50是根据预定准则, 利用自相关矩阵 R„和互相关矩 阵 R 来为当前进行信道估计的符号(第 个符号)的时域信道估计计算出 一个较优的系数, 原理为: 计算所述互相关矩阵与所述自相关矩阵的逆矩 阵 之积, 得到当前进行信道估计的符号对应的系数向量 。 作为实施例, 这里给出的滤波系数计算方案包括矩阵预处理 、 系数计算 和系数补偿。
由于矩阵 R„在某些情况下不满秩, 需要删除特定的行和列, 即通过缩维 的方式来确保矩阵满秩。
矩阵预处理根据 , X 2 … X P 和 1 , ,… 中包含的 RS信息来判断 R„是否满 秩, 如果不满秩, 需要删除特定的行和列, 即通过缩维的方式来确保矩阵满 秩。 用 表示更新后的矩阵, 用 和 表示被删掉的行和 列所对应的变量, 即被删除的行和列为 x 4 ,X e , 'X eK ,和 所对应的行和 列, 那么^ … 和! …^在!^中所对应的元素也应被删除, 得到新 的矩阵 R^。
例如, ,X 2 … ^和 ΐ ,}^·· 共包含 M个 RS的信息:
当 Μ<Ρ + β时,这时需要删除 R„的 Ρ + β-Μ行和列以保证矩阵满秩, R QI 中所对应的元素也应被删除, 优先删除位置和权重均为 0的 所对应的行和 列, 以及位置和权重均为空的 1> 被删除变量所对应的系数被置为 0;
当 Μ≥Ρ + β时, 如果 ,^··· ^中存在多个变量对应同一个 RS信息符号 的情况时(例如, 第一获取模块 10使用模式 2更新), 同一个 RS信息符号所 对应的多个变量中,只保留一个变量,其他变 量所对应的行和列在 R„中删除, R OI 中所对应的元素也应被删除,被删除变量 所对应的系数被置为 0。同样地, 如果 中存在多个变量包含相同 RS信息的情况时(位置向量和权重向 量都完全相同),只保留一个变量,其他变量 所对应的行和列在 R„中删除, R OI 中所对应的元素也应被删除, 被删除变量所对应的系数被置为 0。
系数计算是根据最小均方误差 (匪 SE) 准则, 通过 R; BR ^计算时域信 道估计滤波器的系数。
用 ^,^… ^^〈…〈 和! ,! …! ,^^^…^表示矩阵预处理过程 中没有被删除的变量, 那么系数计算可用如下公式表示:
系数补偿是对所计算的系数乘以一个因子 ^, 使其归一化。 例如 使用幅度归一化, 可按如下公式计算:
, sum(C)表示计算向量 C中所有元素之禾口。
第二获取模块 20
第二获取模块 20用于获取 ΐΛ,··· 所涉及的携带 RS信息的符号的位置 信息和权重信息, 为与当前进行信道估计的符号最接近的 β个时域信 道估计值, β为大于 0的整数。
所述获取 所涉及的携带 RS 信息的符号的位置信息和权重信息 为: 获取当前进行信道估计的符号对应的 所涉及的携带 RS信息的符 号的位置信息和权重信息, 所述位置信息和权重信息为对上一个符号进行 系 数计算后更新得到, 并且, 初始化时, 所述位置信息和权重信息为空集。 在 得到当前进行信道估计的符号对应的系数向量 之后, 第二获取模块 20 还用 于: 对 所涉及的携带 RS信息的符号位置信息和权重信息进行更新, 以供下一个符号的系数计算使用。
第二获取模块 20是根据当前进行信道估计的符号(第 W -L个符号)的滤 波系数 [ … ^,…^], ^…^和! ,…^中所包含的 H "的位置信息、权 重信息, 更新当前} - -1)~} - -0中所包含的 H 的位置信息的位置信 息和权重信息。由于 y(«-L-g),i≤g≤2可以表示成所有序号小于或等 的 Y(n- L-q) = ^ ah f {i),q = 1, 2. 表示第 个符号的频域方向上的信道估计。 第二获取模块 20就是记 录位置信息 { L RS )以及权重信息 {«; I i <n-q,i e L ss }。
} -L-l)~} -L-0所对应的位置信息和权重信息分别存放在 量 D ( W ~D )和 W ~ W )中, 存放位置信息和权重信息的向量需要被初始化 为 空集。
第二获取模块 20对 所涉及的携带 RS信息的符号的位置信息和 权重信息进行更新, 可由如下 5歩完成:
歩骤 1: 定义临时变量 D(' emp) 和 W (fe
歩骤 2: W (temp> = ai W (¥l> ,O (temp> = D (¾)
歩骤 3:
For q = 2:Q
W (,emp> (1: length(W ) )) = W (,emp> (1: length(W + a ? W ¾ )
End
歩骤 4:
For
End
End
函数 find(D( fe == ) )表示0 )中与 )( 相等的元素序号。
歩骤 5:
For q = Q: -1:2
W ¾) D ¾) =D ( i) End 上述过程用文字描述如下: 从 g = 2开始, 对 W( fe 进行如下的更新, 直到 ^ = β:
W (,emp> (1: length(W ) )) = W (,emp> (1: length(W + a ? W ¾ )
从 p=l开始, 对 W( fe 和 D( fe 进行如下的更新, 直到 ρ = Ρ:
如果 )( 属于 ),则令 W( fe () = W( fe () + , 为 )中与 ) ( 相 等的元素的序号; P
如果 )( Xp )不属于 D( fe ™ p ),贝 lj令 W( fe ™ p ) =[W( fe ™ p ) b ] , Y) <temp) = D (temp) D (Xp) ; 从 ^ = β开始, 将 W 更新为 W^, 将 更新为 D(W, 直到 ^ = 1时, 将 W (¾) 更新为 f p 、, 将 D 更新为 Ό(' 。
其中, ) )为 对应的位置信息, Ρ = 1 ··Ρ, 为 1对应的位置信息, W 为 1对应的权重信息, q = i,-Q, [ ··· , βι ,… 为当前进行信道估计的 符号对应的系数向量, leng 为求向量的元素个数。
滤波系数选择模块 60 (可选模块)
LTE中 RS的分布存在不连续和不均匀的特性, 如果将同一组系数应用于 所有的符号将不能达到较好的插值效果, 因此, 如果对属于不同场景的符号 使用不同的系数则能达到较好的插值效果。采 用滤波系数选择模块 60后, 本 发明实施例中的时域信道估计滤波器就不等同 于常规意义上的只有同一组系 数的时域信道估计滤波器。
对于一个给定的帧结构、天线端口和 CP模式, 时域信道估计滤波器会对 应特定的一系列滤波场景。 这里所谓的滤波场景与时间距离向量一一对应 , 时间距离向量是指: 用于当前符号信道估计的 ,^… ^和! ,…^中有效元 素 (非空非零元素) 所对应的符号与当前进行信道估计的符号之间 的距离向 量丁 = [7,7〜7 ,7 +1 ,〜7 +2 ,],0≤/ 5 '≤/ 5 ,0≤2'≤2, 对于每一个可能的向量 T称为 一个场景。 滤波系数选择模块 60就是根据需要选择特定场景的滤波器系数。
这里的场景主要分为两类, 起始场景和稳定场景。 起始场景是指在滤波 器的初始阶段, ,^···^和 ιΛ,··· 中有效元素从 0变化到 ^或2的一系列 场景。 稳定场景是指当 M大于一定值的时候, 系数计算过程进入到一个稳定 状态, 这时有一部分滤波场景会周期性地往复出现, 与此相对应的滤波器的 系数在时域上呈现出一定的周期往复特性, 将这一部分场景成为稳定场景。 初始场景的滤波系数需要在滤波器最开始的时 候在滤波系数选择模块 60 中 被记录; 稳定场景的滤波系数需要在滤波器达到稳定状 态的时候在滤波系数 选择模块 60中被记录。
以 TDD帧结构, 正常 CP模式, 上下行子帧配置为 1#, 特殊子帧配置为 0# (DwPTS有 3个符号) 为例, 那么可用图 7所示的 6组场景覆盖所有的情 况: 场景 1: 起始时隙; 场景 2: 特殊时隙的前一个时隙; 场景 3: 特殊子帧 中的 DwPTS; 场景 4: 紧邻上行子帧的时隙; 场景 5: 连续时隙; 场景 6: 结 束时隙。 图中未标注数字的为上行时隙、 特殊子帧中的 UpPTS或者特殊子帧 中的保护间隔。
对于第三组场景, 需要存 3(P+Q)个系数, 3为 DwPTS中的符号数; 对于 其他场景组需要存储 7 (P+Q)个系数, 7为一个下行时隙的符号数。
实际上, 滤波器从初始场景到稳定场景的过程中, 还存在一个过渡阶段, 这一阶段的符号所对应的时间距离向量均包含 在稳定场景所对应的时间距离 向量之中, 但是对于给定的时间距离向量, 它所对应的系数却与稳定场景对 应的滤波系数存在一定差别,这一部分系数可 以根据需要选择存储或不存储。
图 8为利用图 6所示的装置进行滤波器系数计算的一个详细 程图, 包 括如下歩骤:
歩骤 801: 初始化处理;
令 n = l, D w ~D <x "> =0, W <x ° -W^ =0, D ¾) ~D (¾) =[], W«) ~ W( ¾ ) = [],并 设置迭代次数 N。
这里 N值的设定应当满足两个条件: 首先应当保证所有的滤波场景都能 遍历到, 该项决定于所应用的帧结构; 其次是系数计算能够进入到稳定状态, 该项决定于所设定的多普勒频移。
歩骤 802: 新的符号 (序号为《) 到达时, 由第一获取模块 10 更新 D( x ~ ) nw w ) ~W (Xp> ;
歩骤 803: 判断 W -L是否为期望的时域信道估计位置, 若是, 进入歩骤 804, 否则, 进入歩骤 810;
当符号 W -L不是一个期望的时域信道估计位置时, 例如当前位置是 TDD 模式的上行子帧, 自相关计算模块 30、 互相关计算模块 40、 滤波系数计算模 块 50和第二获取模块 20将被跳过而不进行任何计算。
歩骤 804: 由自相关计算模块 30计算向量 I的自相关矩阵 R„;
歩骤 805: 由互相关计算模块 40计算向量 0与向量 I之间的互相关矩阵
R OI;
本发明实施例对歩骤 804和歩骤 805的执行顺序不做限制, §Ρ, 可以先 执行歩骤 805, 再执行歩骤 804, 另外, 两者还可以并行执行。
歩骤 806: 由滤波系数计算模块 50计算滤波系数 ~b p 、 αι ~α β 歩骤 807: 判断是否启用滤波系数选择模块 60, 若是, 进入歩骤 808, 否则, 进入歩骤 810;
歩骤 808: 由滤波系数选择模块 60判断当前符号所属的场景, 并将滤波 系数与该场景进行对应;
歩骤 809: 由第二获取模块 20更新 D«) ~D )和 W ~ W );
歩骤 810: 令 w = w+l;
歩骤 811: 判断《是否大于 N, 若是, 结束, 否则, 返回歩骤 802。
综上所述, 本发明实施例利用迭代运算的方式, 记录当前可用资源 X 1 X 2 …^和 i ,y 2 ,— 中所包含的 H 的位置信息及权重信息, 根据位置信 息、 权重信息、 信道信息、 系统信息计算可用资源之间的相关性以及可用 资 源与当前符号的相关性, 进而计算出较优的滤波器系数。 如此, 能够有效克 服 LTE中 RS分布的不连续性和不均匀性带来的问题,适 于 LTE系统中任何 帧结构、 任何天线端口的时域信道估计滤波器的系数设 计。
最后应当说明的是, 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非 限制, 本领域的普通技术人员应当理解, 可以对本发明的技术方案进行修改或者等 同替换, 而不脱离本发明技术方案的精神范围, 其均应涵盖在本发明的权利 要求范围当中。
Next Patent: ELECTRONIC DEVICE AND METHOD FOR PROCESSING OBJECTS THEREOF