方法与装置

技术领域

本发明涉及到宽带无线通信系统， 更具体地， 本发明是针对第三代移 动通信长期演进（FDD-LTE ) 上行系统中一种适用于室内场景上行信道估 计及载波同步的方法与装置。 背景技术

随着第三代移动通信系统在全球范围内， 尤其是在中国的部署和运营， 用户对移动通信系统的需求与曰倶增。 在这种背景下， 第三代移动通信系 统的演进技术—— LTE已经逐渐成为移动通信业界关注的焦点。

由于宽带无线通信系统中的无线信道具有频域 选择性和时变性， 接收 机在对信号进行解调之前， 对无线信道进行估计是非常有必要的。 LTE 上 行釆用 SC-FDMA (单载波频分复用)技术， 它是一种 OFDMA的改进技术。 在实现 SC-FDMA中， 3GPP釆用 DFT-S-OFDM方式， 也就是在 OFDM的 IFFT模块前做 DFT变换，可以实现分布式 FDMA和集中式 FDMA的传输， LTE上行发射机流程图。

信道估计是接收端处理非常重要的一个环节， 只有对信号进行准确的 信道估计， 接收机才能较准确的完成接收。 在 LTE通信系统中， 为了保证 系统的性能不受信道多径和衰落效应的影响， 就需要釆用信道估计的方法 来跟踪信道响应的变化， 通常是用已知训练序列来进行信道估计， LTE 上 行通常釆用 SIMO, 不考虑天线相关性的前提下， 每根天线接收到的数据是 不相同的， 每根天线都需要进行信道估计。

图 1为上行接收天线参考信号分布图， LTE系统釆用 10ms无线帧格式， 每帧包含 10个子帧， 每个子帧两个时隙， 每个时隙中 SC-FDMA符号数取 决于高层配置的循环前缀类型， 常规 CP下 SC-FDMA符号数为 7个， 扩展 CP下 SC-FDMA符号数为 6个。导频放置在第 3和第 10个 OFDM符号上。 天线接收到的数据， 每个子帧都先去除循环前缀， 再经过傅里叶变换， 然 后进行信道估计， 再对估计的信道矩阵做后续处理。

目前常用 LTE上行信道估计的非盲估计算法流程，参见图 2具体描述, 步骤如下：

( 1 ) 天线接收端到数据首先去除循环前缀；

( 2 ) 对数据进行定 7.5khz频偏补偿；

( 3 ) 对补偿频偏的数据进行离散傅里叶变换， 变换到频域；

( 4 ) 本地产生的导频信号与收到的导频信号进行信 道估计， 得到导频 信道系数， 常用的方法为最小二乘法算法；

( 5 ) 对导频信道系数进行频域滤波；

( 6 ) 通过时域插值来获得所有资源块上的信道估计 值， 时域插值方法 包括最小均方误差滤波插值算法、 线性插值算法；

( 7 ) 将数据符号与估计得到的数据符号信道系数共 同送入均衡器， 得 到均衡之后的数据用于后续解调处理。

LTE系统也由 OFDM的特点， 同时也有 OFDM的缺点， 空间信道造成 的时偏和频偏会对接收机性能造成严重的损害 ， 信道受时偏频偏影响， 进 行信道估计也显得尤为重要。

LTE 系统中基于导频的信道估计思路是： 利用经过频偏补偿之后的

DMRS恢复出当前 ΤΉ的导频信道系数，对导频信道系数进行时� �偏估计、 噪声估计等处理， 然后对处理之后的导频信道系数利用类似插值 等手段处 理得到当前 TTI所有符号的信道系数， 再用所有数据符号的信道系数与数 据信息进行均衡， 均衡出来的数据再进行后续处理。 从导频信道估计到在 进入均衡器之前这段时间， 数据信息需要等待时间 T 1\为对当前 ΤΉ的 导频信道系数进行频偏补偿、 信道估计、 频域滤噪的处理时间。 因此整个 处理过程就有一个长度为 的等待时间， 当然， 对于信道信息变化较快的 室外场景， 这个等待时间是为了获得更为精确的信道信息 而付出的代价。

然而， 对于室内场景， UE移动缓慢， 相邻 ΤΉ间信道变化并不明显， 仍然釆用上述思路的话， 这个等待时间 ^就会显得有些多佘， 如果能节约 这个等待时间， 接收机在不明显降低性能的情况下， 还能有效提高处理速 度。 发明内容

本发明的目的提供一种适用于 FDD-LTE 室内场景上行信道估计及载 波同步的方法与装置， 本发明根据室内场景用户移动缓慢， 相邻子帧间信 道变化并不明显的特点， 进行信道估计之前先进行频偏补偿进行载波同 步 和均衡处理， 频偏补偿从基站内的第一缓存器中读取上一子 帧的频偏值， 而不用等待当前估计值进行补偿， 减少处理时间， 均衡所用的信道系数为 基站内的第二缓存器中读取上一子帧的信道系 数， 无需等待当前子帧信道 估计系数， 在做导频信道估计及相关处理的同时可以做数 据均衡及数据解 码， 从而形成流水线操作， 降低数据处理时间， 提高接收机运算效率。

一种适用于 FDD-LTE室内场景上行信道估计及载波同步的方� �，具体 流程参见图 3 , 其特征在于包括以下步骤：

(1)基站每根天线上收到的数据， 前端处理模块 Ml 按每一个子帧为单 位依次进行去循环前缀、 7.5kHZ定频偏补偿和离散傅里叶变换转换到频域 ， 再经过资源块解映射得到处理对象数据；

(2)在 ΤΉ(η)内， 经过解映射之后得到的导频参考符号 DMRS(n)和数据 符号 DATA(n), 获取缓存数据模块 M2从基站内的第一缓存器 BUF1 中读 取 ΤΉ(η-Ι)时刻估计到的频偏值， 进行数据符号频偏补偿；

(3)获取缓存数据模块 Μ2从基站内的第二缓存器 BUF2中读取已存储 的 TTI(n-l)时刻的数据符号信道估计值 H(n-l),经过频偏补偿模块 M3的频 偏补偿的数据 DATA(n)和信道估计值 H(n-l) 进入均衡模块 M4进行均衡处 理后进行后续处理；

(4)在步骤 (3)进行的同时，信道估计模块 M5将步骤 (2)之后的 DMRS(n) 进行导频信道估计， 得到导频信道系数 H— DMRS(n);

(5) 频域滤波模块 M6再对 H— DMRS(n)进行频域滤噪， 得到更为精确 的导频信道系数 H— DMRSl(n);

(6) 频偏估计模块 M7对步骤 (5)的导频信道系数 H— DMRS 1 (n)进行频偏 估计， 频偏估计值存储于基站内的第一缓存器 BUF1 ;

(7) 时域插值模块 M8利用步骤 (5)的导频信道系数 H— DMRSl(n)进行时 域插值， 通过时域插值得到该处理对象的数据信号的 OFDM符号信道估计 值 H(n),并存储在基站内的第二缓存器 BUF2中。

根据本发明的室内场景的信道估计及载波同步 方法实例， 在步骤 (2)和 步骤 (3)利用两个缓存器分别存储频偏估计值和信道 系数值， 用于下一个子 根据本发明的室内场景的信道估计及载波同步 方法实例中， 在步骤 (4) 进行信道估计方法最小二乘法或 DFT信道估计方法， 步骤 (7)中频域插值方 法为线性插值算法。

本发明另外揭示了一种适用于 FDD-LTE室内场景上行信道估计及载波 同步的装置， 包括： 前端处理模块 Ml、 获取缓存数据模块 M2、 频偏补偿 模块 M3、 均衡模块 M4、 信道估计模块 M5、 频域滤波模块 M6、 频偏估计 模块 M7、 时域插值模块 M8, 所述的前端处理模块 Ml包括去循环前缀模 块、 7.5kHZ频偏补偿模块和傅里叶变换模块， 经过这三个模块处理及得到 处理对象的频域信号； 去循环前缀模块、 7.5kHZ频偏补偿模块和傅里叶变 换模块依次连接，获取缓存数据模块 M2分别与前端处理模块 Ml的傅里叶 变换模块和获取缓存数据模块 M2相连，获取缓存数据模块 M2分别与频偏 补偿模块 M3和信道估计模块 M5相连， 频偏补偿模块 M3与均衡模块 M4 相连， 信道估计模块 M5依次与频域滤波模块 M6、 频偏估计模块 M7、 时 域插值模块 M8相连；

前端处理模块 Ml , 将接收到的子帧数据进行去循环前缀、 7.5kHZ定 频偏补偿和对数据按符号进行傅里叶变换处理 ， 再经过资源块解映射得到 处理对象数据；

获取缓存数据模块 M2,获取基站内的两个缓存器存储的上一子帧频 偏 值和上一子帧的经过频域插值的信道系数矩阵 ；

频偏补偿模块 M3 , 对接收的导频和数据进行频偏补偿， 这个频偏补偿 值为基站内的第二缓存器中读取频偏值， 这个频偏值为当前子帧和上一子 帧的频率偏移变化量；

均衡模块 M4,利用频偏补偿模块的数据和缓存数据模块的 信道系数进 行均衡处理， 均衡之后的数据就可以进行下一步处理了；

信道估计模块 M5, 对该处理对象的所有参考信号进行信道估计； 频域滤波模块 M6, 对该处理对象进行滤波操作；

频偏估计模块 M7, 对该处理对象进行频偏估计， 存于基站内的第一缓 存器中用于下子帧调用；

时域插值模块 M8,通过时域插值得到当前子帧的所有资源单元 的信道 估计， 存于基站内的第二缓存器中用于下一子帧调用 。

根据本发明的室内场景信道估计及载波同步装 置实例， 前端处理模块

Ml与频偏补偿模块 M3连接获取缓存数据模块 M2, 频偏补偿值从获取缓 存数据模块 M2读取。

根据本发明的室内场景信道估计及载波同步装 置实例， 均衡模块 M4 与频偏补偿模块 M3建立连接，并通过频偏补偿模块 M3从获取缓存数据模 块 M2获取上一子帧信道系数矩阵。

根据本发明的室内场景信道估计及载波同步装 置实例， 信道估计模块 M5釆用最小二乘法和 DFT信道估计方法。

根据本发明的室内场景信道估计及载波同步装 置实例， 频域滤波模块 M6釆用 3阶滤波器对信道系数进行滤波， 时域插值模块 M8釆用时域平铺 方法。

根据本发明的室内场景信道估计及载波同步装 置实例， 频偏估计模块 M7釆用频域相同子载波不同时间相位差计算。

本发明的好处： 本发明没有釆用以前技术常用的通过估计当前 子帧数 据信道系数， 再进行均衡和后续处理方式， 而是根据室内场景用户移动缓 慢， 相邻子帧间信道变化并不明显的特点， 釆用上一子帧的信道响应矩阵， RS的信道估计和均衡， 时域插值釆用现有技术的方法， 因此， 均衡器就不 需要等待当前子帧信道估计响应， 在做导频信道估计及相关处理的同时可 以做数据均衡， 从而形成流水线操作， 降低数据处理时间， 提高接收机运 算效率。 附图说明

图 1为现有装置中的上行接收天线参考信号分布� �意图。

图 2为传统 LTE上行信道估计流程图。

图 3为本发明的室内场景上行信道估计及载波同� �方法流程图。

图 4为本发明的室内场景上行信道估计及载波同� �参考信号时域插值 示意图。

图 5为本发明的室内场景上行信道估计及载波同� �装置框图。 具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明做进一步描述。 FDD-LTE室内场景上行信道估计及载波同步方法� �例

图 5给出了本发明的室内场景上行信道估计及载� �同步方法实例流程， 下面是对本实例的信道估计方法各个步骤的详 细描述， 在本实例的步骤 S1-S7中均以当前子帧收到的数据来处理，每一� ��子帧的处理方式与当前子 帧处理方式相同。

步骤 S1: 前端处理，基站对每根天线上收到的子帧数据 ， 前端处理模块 Ml 按每一个子帧为单位进行依次进行去循环前缀 、 7.5kHZ定频偏补偿和 离散傅里叶变换转换到频域操作， 再经过资源块解映射得到处理对象频域 数据符号信息和导频符号信息。

本发明将传统信道估计方法中的前三个模块， 去循环前缀模块， 7.5kHZ 定频偏补偿模块和离散傅里叶变换模块通称为 前端处理模块， 经过前端处 理之后， 再对频域信号进行处理。

步骤 S2:获取缓存数据模块 M2从基站内的两个缓存器读取处理对象的 上一子帧的频偏值和上一子帧的经过时域插值 的信道系数矩阵。

步骤 S3: 频偏补偿模块 M3对步骤 S1处理对象进行频偏补偿， 频偏值 在步骤 S2中得到。

空间信道会导致子载波频偏，根据室内场景信 道的时变特性在一个短时 间内基本不变的原则， 本发明根据上一个子帧的频偏估计值来进行频 偏补 偿， 首先要做符号间的补偿， 再做符号内的 ICI消除， 及在频域乘以时域补 偿因子的傅立叶变换。

步骤 S4: 均衡模块 M4对频偏补偿的数据进行均衡处理。

这一步骤和现有技术不同， 参见图 4与图 3 , 现有技术路线是在信道估 计和插值后再做均衡处理， 所用信道系数为当前 ΤΉ估计值， 本发明所用 信道系数为上一 ΤΉ估计值。

步骤 S5: 信道估计模块 M5对参考信号进行信道估计，得到当前子帧的 信道系数， 信道估计的方法釆用最小二乘法和 DFT信道估计法。 步骤 S6: 频域滤波模块 M6对导频信道系数进行频域滤波，滤波器釆用 二阶滤波^^。

步骤 S7: 频偏估计模块 M7对滤波后的导频信道系数进行频偏估计，估 计值存于基站内的第一缓存器， 用于下一子帧频偏补偿。

步骤 S8: 时域插值模块 M8通过时域插值得到当前子帧的所有资源单元 的信道估计， 信道估计值存于基站内的第二缓存器， 供下一子帧用， 插值 算法包括线性插值算法， 最小均方误差算法。

本发明与传统的信道估计方法有较大区别，在 进行信道估计之前先进行 频偏补偿进行载波同步和均衡处理， 频偏补偿利用室内场景信道变化缓慢 的特点， 从基站内的第一缓存器中读取上一子帧的频偏 值， 而不用等待当 前频偏估计值进行补偿， 减少处理时间， 均衡所用的信道系数为基站内的 第二缓存器中读取上一子帧的信道系数， 无需等待当前子帧进行信道估计 后的信道系数， 大幅度较少解数据处理时间。

FDD-LTE室内场景上行信道估计及载波同步装置� �例

图 6 给出了本发明的室内场景上行信道估计及载波 同步装置实例原理 和流程， 参见图 6, 本实例的信道估计及载波同步装置包括以下模 块： 前端 处理模块 Ml、 获取缓存数据模块 M2、 频偏补偿模块 M3、 均衡模块 M4、 信道估计模块 M5、 频域滤波模块 M6、 频偏估计模块 M7、 时域插值模块 M8 , 所述的前端处理模块 Ml包括去循环前缀模块、 7.5kHZ频偏补偿模块 和傅里叶变换模块， 经过这三个模块处理及得到处理对象的频域信 号； 去 循环前缀模块、 7.5kHZ频偏补偿模块和傅里叶变换模块依次连接 ， 获取缓 存数据模块 M2分别与前端处理模块 Ml的傅里叶变换模块和获取缓存数据 模块 M2相连，获取缓存数据模块 M2分别与频偏补偿模块 M3和信道估计 模块 M5相连， 频偏补偿模块 M3与均衡模块 M4相连， 信道估计模块 M5 依次与频域滤波模块 M6、 频偏估计模块 M7、 时域插值模块 M8相连。 前端处理模块 Ml包括三个模块，及去循环前缀模块、 7.5kHZ频偏补偿 模块和傅里叶变换模块， 经过这三个模块处理及得到处理对象的频域信 号。

其中去循环前缀模块是发射添加了循环前缀， 7.5kHZ 频偏补偿模块是 补偿发射时为了防止 DC处噪声影响而添加了半载波频偏及 7.5K z频偏， 傅里叶变换将时域信号转化到频域。

获取缓存数据模块 M2用于从基站内的两个缓存器中读取上一子帧� ��频 偏值和上一子帧的经过频域插值的信道系数矩 阵。

频偏补偿模块 M3中， 补偿的是上一子帧的频偏值， 而非当前子帧频偏 值， 利用相邻子帧间信道变化并不明显的特点， 减少处理时间， 实现载波 同步。

均衡模块 M4用于实现频域均衡， 釆用的算法为最大比合并方法， 均衡 模块 M4与传统均衡算法在流程上相比，在做信道估� ��前进行均衡处理，可 以节省硬件处理时间， 无需较长的等待时间。

信道估计模块 M5用于实现对所有参考信号的信道估计， 对频偏补偿模 块 M3后的导频进行信道估计， 信道估计算法为最小二乘法。

频域滤波模块 M6中， 釆用三阶滤波器平滑滤波， 滤波后的信道响应值 为最终导频信道响应。

频偏估计模块 M7针对频域滤波模块 M6后的导频信道响应进行频偏估 计， 频偏估计值利用相同子载波不同时间点的相位 差来确定。

时域插值模块 M8针对频域滤波模块 M6后的导频信道系数进行时域插 值， 参考信号时域插值结果参见图 4, 时域插值算法为线性插值算法。

本发明针对室内场景信道响应变化较缓慢特点 ， 改变传统信道估计流 程， 保证性能的前提下减少了硬件处理时间， 对 LTE-FDD系统， 由于上行 各个子帧数据在传递过程中是连续的， 信道响应变化缓慢的前提下， 上一 子帧的信道系数可以用于当前子帧， 本发明在进行信道估计前通过频偏补 偿进行载波同步， 在信道估计后进行频偏估计累计统计频偏值， 用于下一 子帧频域同步。 对于 LTE-FDD上行帧， 每个子帧都是相同的时频结构， 本 发明在室内场景有着明显优势。 本发明不太适合室外信道快速变化场景， 在室外信道快速变化场景不能釆用本发明方法 ， 慢速移动场景可釆用本方 法。

上述实例是提供给本领域普通技术人员来实现 和使用本发明的， 本领 域普通技术人员可在不脱离本发明的发明思想 前提下对实例进行修改和变 化， 因此本发明的保护范围并不局限该实例， 而是符合权利要求书的创新 特征的最大范围。