專(zhuān)利名稱(chēng)：基于酉空時(shí)碼的td－scdma系統(tǒng)信道估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線通信領(lǐng)域，尤其涉及TD-SCDMA系統(tǒng)中的信道估計(jì)技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)中要求核心網(wǎng)能夠?yàn)橛脩艚K端在快速移動(dòng)狀態(tài)下提供各種業(yè)務(wù)(移動(dòng)終端速率可為120km/hr)，這使得移動(dòng)終端與基站之間的信道衰落變化很快，并且由于頻譜有限與用戶不斷增加之間的矛盾，提出MIMO天線系統(tǒng)來(lái)增加系統(tǒng)的容量，這使得系統(tǒng)將對(duì)更多的信道進(jìn)行估計(jì)，所以在收發(fā)射天線數(shù)目過(guò)多或收發(fā)天線之間衰落系數(shù)變化很快的情況下，系統(tǒng)對(duì)信道估計(jì)將會(huì)十分困難，甚至可能出現(xiàn)無(wú)法進(jìn)行信道估計(jì)的情況。傳統(tǒng)的TD-SCDMA系統(tǒng)也是用其時(shí)隙突發(fā)(burst)結(jié)構(gòu)中有128個(gè)碼片的Midamble碼來(lái)進(jìn)行信道估計(jì)，如在傳輸中Midamble碼出現(xiàn)錯(cuò)誤，則信道估計(jì)也將出現(xiàn)錯(cuò)誤，使信息不能可靠、準(zhǔn)確地傳輸，系統(tǒng)在為用戶提供高速數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)出現(xiàn)對(duì)信道估計(jì)困難的情況，接收端將不能解調(diào)出傳輸信息。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中TD-SCDMA系統(tǒng)采用Midamble碼來(lái)進(jìn)行信道估計(jì)帶來(lái)的上述缺陷，本發(fā)明在TD-SCDMA系統(tǒng)中運(yùn)用酉空時(shí)碼進(jìn)行信道估計(jì)。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是在發(fā)送端，我們將酉空時(shí)碼編碼器嵌入TD-SCDMA鏈路中物理信道映射后和擴(kuò)頻前，信號(hào)經(jīng)物理信道映射后，輸出的一組串聯(lián)數(shù)據(jù)經(jīng)酉空時(shí)編碼器(USTC編碼)調(diào)制為一個(gè)T×N的酉矩陣，酉矩陣的每一列經(jīng)擴(kuò)頻、加擾后由對(duì)應(yīng)的天線發(fā)射出去；在接收端，對(duì)每個(gè)接收天線的信號(hào)解擴(kuò)頻和解擾后，接收到的信號(hào)組成一個(gè)T×N矩陣，然后通過(guò)酉空時(shí)譯碼器(USTC解碼)采用最大似然譯碼，譯出酉空時(shí)調(diào)制前的信號(hào)。
酉空時(shí)調(diào)制器通過(guò)式Φl＝Θl-1Φl將輸入信號(hào)映射為一個(gè)T×N的酉矩陣；酉矩陣的行數(shù)T取決于酉空時(shí)碼的編碼周期，就是信道不變的持續(xù)衰落符號(hào)時(shí)間，酉矩陣的列數(shù)N取決于發(fā)射天線數(shù)，經(jīng)酉空時(shí)調(diào)制后的所有矩陣Φl之間的互相關(guān)系數(shù)達(dá)到最小。
由于酉空時(shí)碼自身有一定的糾錯(cuò)能力，所以把他運(yùn)用在TD-SCDMA系統(tǒng)中，等效于把它與TD-SCDMA系統(tǒng)中的卷積碼和Turbo碼級(jí)聯(lián)使用，進(jìn)一步降低了系統(tǒng)的誤比特率。本發(fā)明將酉空時(shí)碼運(yùn)用到TD-SCDMA系統(tǒng)中，不需過(guò)多設(shè)置收發(fā)射天線數(shù)目，在收發(fā)天線之間衰落系數(shù)變化很快的情況下，也能對(duì)系統(tǒng)信道進(jìn)行快速準(zhǔn)確的估計(jì)，誤碼率能保持在一個(gè)很低的水平，移動(dòng)終端能進(jìn)行可靠的信息傳輸。


圖1在TD-SCDMA系統(tǒng)中采用酉空時(shí)碼的發(fā)送端示意圖；圖2在TD-SCDMA系統(tǒng)中采用酉空時(shí)碼的接收端示意圖；圖3 64Kbps case1仿真鏈路圖；圖4時(shí)隙結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
酉空時(shí)碼結(jié)構(gòu)假設(shè)系統(tǒng)中有N個(gè)發(fā)射天線，M個(gè)接收天線，每個(gè)發(fā)射天線與接收天線對(duì)之間的衰落系數(shù)是相互獨(dú)立的，并且其衰落系數(shù)持續(xù)不變時(shí)間為T(mén)個(gè)符號(hào)周期，對(duì)于發(fā)射天線和接收天線而言，衰落系數(shù)都是不可知的，其收發(fā)信號(hào)可用下式表示xtm=ρ/NΣn=1Nhnmstn+Wtm--t=1······T,m=1······M]]>式中{stn，t＝1……T，n＝1……N}表示在T個(gè)符號(hào)周期內(nèi)，第n個(gè)發(fā)射天線所發(fā)射的信號(hào)，{xtm，t＝1……T，m＝1……M}為在T個(gè)符號(hào)周期內(nèi)，第m個(gè)接收天線所接收到的信號(hào)，hnm表示第n個(gè)發(fā)射天線與第m個(gè)接收天線之間的復(fù)值衰落系數(shù)，在第m個(gè)接收天線和第t時(shí)刻接收到的噪聲用Wtm表示，在T個(gè)符號(hào)周期內(nèi)，hnm之間是相互獨(dú)立的。式中ρ表示發(fā)射天線上總的發(fā)送功率，它對(duì)傳輸天線M是獨(dú)立的。我們用矩陣形式來(lái)表示上式X=ρMSH+W]]>S是T×N發(fā)射信號(hào)矩陣，X為T(mén)×M接收信號(hào)矩陣，H表示N×M的衰落系數(shù)矩陣，W為T(mén)×M的噪聲矩陣。
其中Sl可表示為Sl=TΦl(l=1······L),]]>L＝2RT，R為信道轉(zhuǎn)輸速率，T為信道衰落系數(shù)不變持續(xù)時(shí)間，Φl為T(mén)×N的酉矩陣，它滿足ΦlHΦl＝……ΦLHΦL＝I，(H表示取矩陣Φl的復(fù)共軛轉(zhuǎn)置)。我們可借鑒離散傅立葉變換(DFT)矩陣來(lái)構(gòu)造Φl(M＝1，R＝1)WL=1L[Wlk]=1LW01LW01LW0···1LW01LW01LW11LW2···1LWL-11LW01LW21LW4···1LW2(L-1)···············1LW01LWL-11LW2(L-1)···1LW(L-1)(L-1)]]>如信道的持續(xù)時(shí)間為T(mén)，發(fā)送天線數(shù)為N，則我們可以從WL中選任意T行N列來(lái)構(gòu)成酉距陣Φl，從酉矩陣的特性可知(1)在酉矩陣Φl左邊乘一特定的T×T的酉矩陣Ψ，Φ1→ΨLΦl，l＝1…L；(2)在其右邊乘一特定M×M酉矩陣，Φl＝Φlγl，l＝1…L，都不會(huì)改變酉矩陣的密度。根據(jù)酉矩陣的特性我們把Φl改寫(xiě)成Φl＝Θl-1Φl，Θ為T(mén)×T的酉對(duì)角陣，對(duì)角陣上的元素為在WL中所選的T行元素，Φl為包括WL中第一列元素在內(nèi)的T×N距陣。
在接收端我們通過(guò)最大似然解調(diào)來(lái)獲得發(fā)射端的酉矩陣Φl，若取L個(gè)酉空時(shí)信號(hào)S0…SL組成酉空時(shí)信號(hào)集。
Φn1=argmaxp(X|Φl)Φl∈{Φ1,······,ΦL}]]>在信道傳輸矩陣不知時(shí)其概率密度為P(X|Φl)=exp(-tr{Λ-1XX+})πTMdetMΛ]]>其中Λ＝IT+(ρ/N)SS+，IT為T(mén)×T的單位矩陣，tr表示矩陣的跡。
=argmaxΦl∈{Φ1,······,ΦL}exp(-tr{[IT+(pT/N)ΦlΦl+]-1XX+})πTMdetM[IT+(ρT/N)ΦlΦl+]---(1)]]>根據(jù)矩陣的的特性det(I+AB)＝det(I+BA)(A+BCD)-1＝A-1+A-1B(C-1+DA-1B)-1DA-1其公式(1)可表示為=argmaxΦl∈{Φ1,·······,ΦL}exp(-tr{[IT-11+N/ρTΦlΦl+]XX+})πTM(1+ρT/N)NM]]>則公式(1)可寫(xiě)為=argmaxtr{X+ΦlΦl+X}Φl∈{Φ1,······,ΦL}---(2)]]>式中X表示為接收端所收到的信號(hào)，+表示矩陣共軛，trA是求矩陣A的跡。
在TD-SCDMA系統(tǒng)中，我們用最大似然譯碼對(duì)酉空時(shí)碼進(jìn)行解調(diào)，其發(fā)送為S，接收為X的錯(cuò)誤概率為p(X|S,H)=1πTMexp(-tr{(X-ρ/NSH)(X-ρ/NSH)H})]]>最大似然譯碼為Φn1=argmintrΦl∈{Φ1······ΦL}{(X-ρ/NΦlH)(X-ρ/NΦlH)+}---(3)]]>通過(guò)比較式(2)和(3)可得出在接收端和發(fā)射端都對(duì)信道不可知時(shí)，接收端對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行最大似然譯碼時(shí)，可通過(guò)接收信號(hào)X和發(fā)送矩陣Φl來(lái)估計(jì)信道，如下式所示H^=(ρN)-12Φl+X]]>TD-SCDMA系統(tǒng)的每個(gè)子幀由7個(gè)主時(shí)隙和3個(gè)特殊時(shí)隙——下行導(dǎo)頻時(shí)隙(DwPTS)，上行導(dǎo)頻時(shí)隙(UpPTS)和保護(hù)時(shí)隙(GP)構(gòu)成，如下所示而每個(gè)時(shí)隙又有其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)。
因TD-SCDMA系統(tǒng)中信道沖激響應(yīng)在一個(gè)子幀內(nèi)有較大的變化，但在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)變化不大，我們可以認(rèn)為信道沖激響應(yīng)在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)是不變的，而酉空時(shí)碼的編碼周期就是信道不變的持續(xù)衰落符號(hào)時(shí)間T，現(xiàn)有的TD-SCDMA系統(tǒng)可支持12.2kbps、64kbps、144kbps和384kbps數(shù)據(jù)速率，在一子幀內(nèi)其占用的碼道數(shù)和時(shí)隙數(shù)分別為2、8、8、10、和1、1、2、4，因?yàn)樵赥D-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)每個(gè)碼道所傳輸?shù)姆?hào)數(shù)為44，也就是864個(gè)碼片，所以我們可采用T＝8的酉空時(shí)編碼，選擇發(fā)送天線數(shù)設(shè)置為2，接收天線數(shù)設(shè)置為1的系統(tǒng)。
圖1、2為酉空時(shí)碼在TD-SCDMA系統(tǒng)中的發(fā)送端和接收端示意圖，現(xiàn)參照?qǐng)D1和圖2對(duì)在TD-SCDMA系統(tǒng)鏈路中加入酉空時(shí)編碼和譯碼的信號(hào)處理過(guò)程描述如下數(shù)據(jù)信息經(jīng)加入CRC碼檢驗(yàn)后，通過(guò)傳輸塊的級(jí)聯(lián)和碼塊分割，如果在一個(gè)傳輸時(shí)間間隔中傳輸數(shù)據(jù)的比特?cái)?shù)大于碼塊的最大尺寸，那么，傳輸塊級(jí)聯(lián)后將進(jìn)行碼塊分段，碼塊的最大尺寸將取決于TrCH復(fù)用采用的編碼方式。其具體尺寸為卷積碼——z＝504；Turbo碼——z＝5114；Woven Turbo碼——z＝5114；無(wú)編碼——unlimited，信道編碼主要包括卷積編碼和Turbo碼方式，鏈路中的兩次交織都是為了克服突發(fā)性錯(cuò)誤，在酉空時(shí)調(diào)制之前還要通過(guò)物理信道映射，其主要作用為將傳輸信道的比特映射到相應(yīng)的物理信道上，物理信道映射的單位為每一無(wú)線子幀的傳輸數(shù)據(jù)塊尺寸。
酉空時(shí)調(diào)制是把輸入的信號(hào)通過(guò)式Φl＝Θl-1Φl映射為一個(gè)T×N矩陣，在TD-SCDMA系統(tǒng)中，一個(gè)時(shí)隙內(nèi)的信道衰落系數(shù)基本保持不變，在這里我們假設(shè)信道的持續(xù)衰落時(shí)間為8個(gè)符號(hào)時(shí)間，發(fā)射天線數(shù)為2，因此映射后的矩陣行數(shù)T＝8，矩陣的列數(shù)N＝2。我們通過(guò)計(jì)算機(jī)搜索式中的Θ和Φl，其搜索準(zhǔn)則為使經(jīng)酉空時(shí)調(diào)制后的所有矩陣Φl之間的互相關(guān)系數(shù)盡可能的小，以至于達(dá)到最小，根據(jù)TD-SCDMA系統(tǒng)中一個(gè)時(shí)隙內(nèi)所含的碼片數(shù)和前面我們采用的發(fā)射天線數(shù)，Θ為8×8的酉對(duì)角陣，對(duì)角線上的元素為ei2πLU1·······ei2πLUT,]]>其中U＝[1 5 16 36 57105 151 253]的向量，Φl是取8×8的DFT變換矩陣中的1，3列組成一個(gè)8×2矩陣，系數(shù)為 并且第1列的元素全為1，第2列的元素為 Θ和Φl為Θ=ei*π*2/2560···00ei*π*2*5/256···0············00···ei*π*2*253/256]]>Φ1=18111···11ei2π82ei2π84···ei2π814T]]>Θ指數(shù)l-1中l(wèi)的值對(duì)應(yīng)不同QPSK調(diào)制信號(hào)其對(duì)應(yīng)關(guān)系為[+j+1-1-j][1 65→129 256]，由于Midamble碼是一組二進(jìn)制序列，所以在對(duì)Midamble進(jìn)行酉空時(shí)調(diào)制時(shí)是直接把Midamble分為長(zhǎng)度為8的數(shù)組，對(duì)數(shù)組求模得到l。進(jìn)行酉空時(shí)調(diào)制后，我們分別把第1列和第2列的元素經(jīng)過(guò)擴(kuò)頻、加擾和加入midamble碼后分別送到第1根天線和第2根天線上發(fā)送。
在接收端，將接收到的信號(hào)進(jìn)行分離，然后從每路信號(hào)中分別取8個(gè)數(shù)據(jù)構(gòu)成一個(gè)8×2的矩陣，從第1根天線收到的數(shù)據(jù)放在第一列，從第2根天線上收到的數(shù)據(jù)放在矩陣的第2列，然后將所得到的矩陣送入U(xiǎn)STC解碼器，進(jìn)行最大似然譯碼解調(diào)出與發(fā)射端對(duì)應(yīng)的矩陣，然后通過(guò)Φl＝Θl-1Φl的反變換得到l的值，在信道映射部分利用l與QPSK的映射關(guān)系，我們可得到發(fā)射的QPSK信號(hào)，然后通過(guò)與發(fā)射端相反的處理方式，將接收到的信號(hào)進(jìn)行二次解交織，物理信道解分割，碼塊合并，解速率匹配等處理后還原發(fā)送端的信息。
從附圖3所示的系統(tǒng)仿真圖可看出，當(dāng)系統(tǒng)傳輸速率為64Kbps，采用酉空時(shí)編碼時(shí)，其性能好于沒(méi)采用酉空時(shí)編碼的性能，在采用酉空時(shí)編碼時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)能夠估計(jì)出信道信息時(shí)其性能要優(yōu)于系統(tǒng)不能估計(jì)出信道信息時(shí)的性能。
通過(guò)在TD-SCDMA系統(tǒng)中引入酉空時(shí)碼調(diào)制、解調(diào)，當(dāng)系統(tǒng)用midamble碼不能進(jìn)行信道估計(jì)時(shí)，還能保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸，并且由于酉空時(shí)碼自身的糾錯(cuò)能力，這使得系統(tǒng)的誤比特率降低，增強(qiáng)了信道估計(jì)能力，進(jìn)一步保證了信息傳輸?shù)目煽啃浴?br> 權(quán)利要求
1.一種TD-SCDMA系統(tǒng)的信道估計(jì)方法，其特征在于在發(fā)送端，將酉空時(shí)碼調(diào)制器嵌入TD-SCDMA鏈路中物理信道映射后和擴(kuò)頻前，物理信道映射后輸出的一組串聯(lián)數(shù)據(jù)經(jīng)酉空時(shí)編碼器調(diào)制為一個(gè)T×N的酉矩陣，矩陣的每一列經(jīng)擴(kuò)頻、加擾后由對(duì)應(yīng)的天線發(fā)射出去；在接收端，對(duì)每個(gè)接收天線的信號(hào)解擴(kuò)頻和解擾后，接收到的信號(hào)組成一個(gè)T×N矩陣，然后通過(guò)酉空時(shí)碼解調(diào)器進(jìn)行譯碼。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信道估計(jì)方法，其特征在于在發(fā)送端，酉空時(shí)調(diào)制器通過(guò)式Φl＝Θl-1Φ1將輸入信號(hào)映射為一個(gè)T×N的酉矩陣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信道估計(jì)方法，其特征在于酉矩陣的行數(shù)T取決于酉空時(shí)碼的編碼周期，即信道不變的持續(xù)衰落符號(hào)時(shí)間，酉矩陣的列數(shù)N取決于發(fā)射天線數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信道估計(jì)方法，其特征在于所述酉空時(shí)碼解調(diào)器采用最大似然譯碼，由下式Φnl=argmintrΦl∈{Φ1······ΦL}{(X-ρ/NΦlH)(X-ρ/NΦlH)+}]]>確定。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的信道估計(jì)方法，其特征在于經(jīng)酉空時(shí)調(diào)制后，所有酉矩陣Φl之間的互相關(guān)系數(shù)達(dá)到最小。
全文摘要
本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)一種基于酉空時(shí)碼的TD－SCDMA系統(tǒng)信道估計(jì)方法，在發(fā)送端，將酉空時(shí)碼編碼器嵌入TD－SCDMA鏈路中物理信道映射后和擴(kuò)頻前，信號(hào)經(jīng)物理信道映射后，輸出的一組串聯(lián)數(shù)據(jù)經(jīng)酉空時(shí)編碼器調(diào)制為一個(gè)T×N的矩陣，矩陣的每一列經(jīng)擴(kuò)頻、加擾后由相應(yīng)的天線發(fā)射出去；在接收端，對(duì)每個(gè)接收天線的信號(hào)解擴(kuò)頻和解擾后，組成一個(gè)T×N矩陣，然后通過(guò)酉空時(shí)譯碼器采用最大似然譯碼，譯出酉空時(shí)調(diào)制前的信號(hào)。由于酉空時(shí)碼自身有一定的糾錯(cuò)能力，所以把他運(yùn)用在TD－SCDMA系統(tǒng)中，進(jìn)一步降低了系統(tǒng)的誤比特率，移動(dòng)終端能進(jìn)行可靠的信息傳輸。
文檔編號(hào)H04L25/02GK1753350SQ20051005717
公開(kāi)日2006年3月29日 申請(qǐng)日期2005年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月18日
發(fā)明者謝顯中, 劉毓 申請(qǐng)人:重慶郵電學(xué)院