用于LTE系统中基于统计特性的信道估计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于LTE系统中基于统计特性的信道估计方法，本发明专利技术首先接收当前子帧和下一子帧的第一个OFDM符号数据，由导频处发射信号和导频处接收信号进行信道初步估计，得到导频处信道频率响应值；基于该信道频率响应值采用内插估计法进行一维频域插值估计处理；最后采用基于统计特性的信道估计法进行一维时域插值估计处理，从而得到最终的信道估计。本发明专利技术可有效估计系统的频域响应值，且估计非导频模式下的信道值，估计性能优于传统的线性内插和三阶样条算法。

A channel estimation method based on statistical characteristics in LTE systems

The invention discloses a method for channel estimation method based on the statistical properties of the LTE system, the first OFDM symbol data the invention first receives the current sub frame and a sub frame, a pilot emission signal and the pilot signal at the receiving channel estimate, get the pilot response value at the channel frequency; the channel frequency response value using interpolation estimation method for one-dimensional interpolation in frequency domain estimation based on the statistical characteristics; channel estimation method based on one-dimensional time interpolation estimation processing, to get the channel estimation. The invention can effectively estimate the frequency response value of the system, and estimate the channel value under the non pilot mode, and the estimation performance is better than the traditional linear interpolation and the three order spline algorithm.

【技术实现步骤摘要】
用于LTE系统中基于统计特性的信道估计方法
本专利技术属于无线通信领域，具体涉及应用于长期演进(LTE：LongTermEvolution)系统中基于统计特性的信道估计技术。
技术介绍
当前的移动通信业务中，无线传输的系统业务容量急剧增加，从而对系统传输技术在速率和性能方面提出了极高要求。第三代合作伙伴项目(3GPP)推出的长期演进技术(以下称LTE:LongTermEvolution)能够很好应对无线通信所需的高容量的语音和数据，以迎接日益增长的流量带来的挑战。正交频分复用(OFDM:OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)技术作为一种在无线环境下高速传输技术，主要是将一定频谱宽度信道分为多个正交子信道，将频率选择性信道改良为平坦衰落。OFDM因其优良特性被应用于LTE中，但多普勒效应分别会导致无线信道时间选择性衰落特性，对采用相干解调的接收机会产生恶劣的影响，使系统性能下降。因而，需要有高性能的信道估计方法来准确地获取信道信息，并通过信道均衡消除多径信道的影响。当前LTE信道估计主要基于导频信息来进行，可以分成两个主要步骤：第一步是LS(最小二乘算法)估计，目的是估计出导频位上的频率响应，第二步是内插，在时域和频域上执行，以估计剩下的数据处的频率响应。这种在时域和频域上进行内插的信道估计方法被称为时频二维信道估计。传统的二维信道估计算法包括在频域上的MMSE插值估计和Kaiser窗插值估计和在时间方向的线性内插和样条内插估计。对于MMSE算法而言，其性能很好，但是复杂度较高高，涉及矩阵的求逆等，Kaiser内插器虽然性能略差于MMSE算法，但其不需要系统的统计特性，是常用的内插算法。导频处信道估计采用的LS算法，其复杂度较低，但其在复杂传输环境下性能不能满足要求，需要设计更加优良算法提升导频处信道估计精度。同样，在LTE系统中，由于时间方向导频结构是非均匀的，且最后两个符号需要外插，传统的线性插值方法不能满足恶劣环境下的信道估计性能。信道估计是LTE最重要的部分之一，OFDM信号接收器的准确的信道估计对于在接收器上恢复传输信息数据来说至关重要，因此，针对以上情况，急需一种高精度的信道估计方法估计信道，以应付恶劣条件无线信道下信息传输。而关于内插的性能，足够高质量是非常重要的。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于：针对上述存在的问题，提供一种估时域方向上基于统计特性的信道估计技术，以提高信道估计性能。本发现的用于LTE系统基于统计特性的信道估计方法，包括下列步骤：步骤1：基于发射端导频信号和接收端导频信号进行导频处的信道频域响应估计，得到导频处的信道估计值。例如，用X(mp,kp)表示发射端导频信号，Y(mp,kp)表示接收端导频信号，其中(mp,kp)表示时-频格点上时域方向和频域方向导频位置，则采用LS可得到导频处的信道估计值步骤2：基于导频处的信道估计值，进行频域方向数据处的信道估计；步骤3：基于已获得的信道估计值，进行时域方向数据处的信道估计：对每个子载波的OFDM符号进行分组：每两个相邻的导频所在的OFDM符号位置及其之间的OFDM符号为一组；对第一组和最后一组，基于各组已知的信道估计值，采用线性内插信道估计得到待估计OFDM符号的信道估计值；即第2，3和4个OFDM符号的信道估计值基于已知的第1和第5个OFDM符号的信道估计值采用线性内插信道估计得到；第13和14个OFDM符号的信道估计值基于已知的第12和第15个OFDM符号的信道估计值采用线性内插信道估计得到，例如，用表示第k个子载波中第mp个OFDM符号处(导频所在的OFDM符号位置)的信道值，其中mp表示导频所在的OFDM位置，则第一组和最后一组中的待估计OFDM符号i处的信道估计值为：其中k为子载波区分符，mp-1和mp表示相邻的两个导频所在的OFDM符号位置，i＝2,3,4,13,14。对于其他组，则采用基于统计特性的信道估计法得到各组中待估计OFDM符号i(i＝5,6,…,11)处的信道估计值：首先，获取各组的参考OFDM符号位置：当前组的两个导频所在的OFDM符号位置、以及距当前组最近的两个导频所在的OFDM符号位置。用表示各组的参考OFDM符号位置，其中j为同组的参考OFDM符号位置的区分符。例如，对当前子载波的第5～8个OFDM符号构成的分组，其对应的参考OFDM符号位置为：1、5、8和12；第8～12个OFDM符号构成的分组的参考OFDM符号位置为：5、8、12和15。然后，基于各组的处的信道估计值，计算各组中的待估计OFDM符号i处的信道估计值其中表示第k个子载波中参考OFDM符号位置处的信道值，即步骤1、2后已获得的信道估计值；表示对应第i个OFDM符号的的插值系数；分别对各组采用最小均方误差准则，获取最优插值系数：定义滤波器的估计误差为：其中H(i,k)和分别表示第k个子载波第i个OFDM符号理想信道值(预设值)和估计值。因此，估计误差的平均功率J(ω)＝E{|e(i)|2}＝E{e(i)e*(i)}，其中符号(·)*表示共轭转置。根据维纳霍夫方程可得到最优的内插系数方程为Rω＝p，则最优的内插系数为ω＝R-1p，其中R为已知CFR(导频处的信道频域响应)的自相关值，p为当前CFR和已知CFR的互相关值。是由插值系数构成的矩阵。令则p＝E{HH[i,k]H}，其中符号(·)H表示共轭。自相关矩阵R的元素为：其中m、n表示各组的四个参考OFDM符号位置，且函数r(x)＝J0(2π|x|fDTs)，其中J0表示0阶贝塞尔函数，fD表示多普勒频移，Ts表示符号周期；互相关矩阵p的元素为：其中i-m的值表示各组的四个参考OFDM符号位置，i为各组中待估计的OFDM符号位置，且函数p(x)＝J0(2π|x|fDTs)。基于ω＝R-1p得到的最优插值系数，从而得到的值，完成信道估计。即由和得到第k个子载波的信道估计结果。为了进一步提升LS算法的估计精度，可以对其估计结果进行去噪处理后再进行后续的处理。其中去燥处理具体为：首先对导频处信道频率响应做快速傅里叶逆变换得到时域信道冲激响应(CIR:ChannelImpulseResponse)：其中(mp,kp)表示第kp个子载波和第mp个OFDM符号处的CFR位置；Npilot为一个OFDM符号导频的个数。上式得到的CIR长度和导频处CFR长度相同，可记为向量的形式但是实际中，CIR的长度小于循环前缀的长度，为了降低噪声的干扰，去除最大时延(或最大循环前缀)长度之后的值，即：其中为去除最大值时延或最大循环前缀长度之后的值。把去除噪声之后的CIR值补零，使其长度为导频的长度，即：最后将其变换到频域，可以得到去噪之后的导频处的CFR值：去噪之后的导频处信道值可记为矩阵的形式LTE系统加入去噪算法，使得导频处的信道值估计精度提高。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1)提出了一种时间方向基于统计特性的信道估计算法，可有效估计系统的频域响应值；2)本专利技术可估计非均匀导频模式下的信道值；3)本专利技术提出的基于统计特性的信道估计算法，性能优于传统的线性内插和三阶样条算法。附图说明图1为本专利技术的系统框图。图2为本专利技术信道估计流程图本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于LTE系统中基于统计特性的信道估计方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤1：基于发射端导频信号和接收端导频信号进行导频处的信道频域响应估计，得到导频处的信道估计值；步骤2：基于导频处的信道估计值，进行频域方向数据处的信道估计；步骤3：基于已获得的信道估计值，进行时域方向数据处的信道估计：对每个子载波的OFDM符号进行分组：每两个相邻的导频所在的OFDM符号位置及其之间的OFDM符号为一组；对第一组和最后一组，基于各组已获得的信道估计值，采用线性内插信道估计得到待估计OFDM符号的信道估计值；对于其他组，则采用基于统计特性的信道估计法得到各组中待估计OFDM符号处的信道估计值；其中基于统计特性的信道估计法具体为：获取各组的参考OFDM符号位置：当前组的两个导频所在的OFDM符号位置、以及距当前组最近的两个导频所在的OFDM符号位置；计算各组的自相关矩阵R和互相关矩阵p：自相关矩阵R的元素为r(n‑m)，其中m、n表示当前组的四个参考OFDM符号位置，函数r(x)＝J0(2π|x|fDTs)，其中J0表示0阶贝塞尔函数，fD表示多普勒频移，Ts表示符号周期；互相关矩阵p的元素为p(‑m)，其中i‑m的值为当前组的四个参考OFDM符号位置，i为当前组中待估计的OFDM符号位置，函数p(x)＝J0(2π|x|fDTs)；根据维纳霍夫方程可得到当前组的最优的内插系数方程为Rω＝p，则当前组的最优内插系数矩阵为ω＝R‑...

【技术特征摘要】
1.用于LTE系统中基于统计特性的信道估计方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤1：基于发射端导频信号和接收端导频信号进行导频处的信道频域响应估计，得到导频处的信道估计值；步骤2：基于导频处的信道估计值，进行频域方向数据处的信道估计；步骤3：基于已获得的信道估计值，进行时域方向数据处的信道估计：对每个子载波的OFDM符号进行分组：每两个相邻的导频所在的OFDM符号位置及其之间的OFDM符号为一组；对第一组和最后一组，基于各组已获得的信道估计值，采用线性内插信道估计得到待估计OFDM符号的信道估计值；对于其他组，则采用基于统计特性的信道估计法得到各组中待估计OFDM符号处的信道估计值；其中基于统计特性的信道估计法具体为：获取各组的参考OFDM符号位置：当前组的两个导频所在的OFDM符号位置、以及距当前组最近的两个导频所在的OFDM符号位置；计算各组的自相关矩阵R和互相关矩阵p：自相关矩阵R的元素为r(n-m)，其中m、n表示当前组的四个参考OFDM符号位置，函数r(x)＝J0(2π|x|fDTs)，其中J0表示0阶贝塞尔函数，fD表示多普勒频移，Ts表示符号周期；互相关矩阵p的元素为p(-m)，其中i-m的值为当前组的四个参考OFDM符号位置，i为当前组中待估计的OFDM符...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘光辉，易超，王艳艳，杨一峰，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51