專利名稱：一種陣列天線的信道估計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信道估計方法，尤其是一種陣列天線的信道估計方法。
背景技術(shù)：
由于無線移動通信中信道的復雜性和時變性，在相干接收方案中，需要在接收端對信道進行估計和測量，進而利用得到的信道響應(yīng)對信號進行相干檢測。除了在信號檢測中的應(yīng)用之外，信道估計還在物理層測量、智能天線、快速控制及無線資源管理等相關(guān)子系統(tǒng)中起到重要的基礎(chǔ)性的作用。陣列天線是一組由發(fā)射或接收單元(陣元)組成的天線系統(tǒng)。
下面以時分復用-同步碼分多址(TD-SCDMA)系統(tǒng)中的信道估計為例，介紹現(xiàn)有移動通信系統(tǒng)中陣列天線的信道估計方法。
圖1為TD-SCDMA業(yè)務(wù)時隙的突發(fā)信號結(jié)構(gòu)，突發(fā)信號中部的中間碼(midamble)用作進行信道估計，亦可稱為信道估計碼，兩邊的數(shù)據(jù)塊用來傳送業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。對于同一個小區(qū)的同一個時隙，確定一個基本的中間碼作為基本碼，不同的用戶采用這個基本碼的不同的循環(huán)移位版本作為各自的信道估計碼，構(gòu)成中間碼碼集，簡稱碼集。
現(xiàn)有TD-SCDMA系統(tǒng)中，采用廣義Steiner估計器進行陣列天線的信道估計(詳細內(nèi)容參見文獻B.Steiner，and P W Baier，“Low Cost Channel Estimation inthe Uplink Receiver of CDMA Mobile Radio Systems，”FREQUENZE，47(1993)11-12)，得到的估計結(jié)果稱為原始信道響應(yīng)，即小區(qū)總的信道響應(yīng)矢量h″＝G-1emid；其中，emid表示接收信號中對應(yīng)于訓練序列的部分，G表示由該小區(qū)的基本碼組成的循環(huán)矩陣。與理想信道響應(yīng)相比，原始信道響應(yīng)中包含鄰小區(qū)干擾和接收端噪聲的影響，因此，在獲得原始信道響應(yīng)后要進一步抑制或降低所述鄰小區(qū)干擾和噪聲產(chǎn)生的影響，該過程稱作信道估計后處理，得到的信道響應(yīng)被稱作后處理信道響應(yīng)。
目前所使用的信道估計算法通常是針對同一個基本碼的一個碼集內(nèi)的多用戶中間碼作信道估計，即單碼集(小區(qū))信道估計方法。該方法首先通過廣義Steiner估計器得到陣列天線所有陣元的原始信道響應(yīng)；進而在信道估計后處理過程中，計算每個抽頭的平均功率，并將這個平均功率與預(yù)定的門限進行比較，保留大于預(yù)置門限的抽頭的陣列響應(yīng)。即h′‾j=h′′‾j||h′′‾j||2≥Γ0else]]>j＝1ΛP；其中，P表示原始信道響應(yīng)的抽頭數(shù)，Γ表示后處理門限，h″j表示原始信道響應(yīng)的第j個抽頭，h′j表示后處理信道響應(yīng)的第j個抽頭。
中國專利申請?zhí)柕?3100670.1中公開了一種TD-SCDMA系統(tǒng)的多碼集(小區(qū))信道估計方法。該方法首先通過廣義Steiner估計器得到陣列天線所有陣元的原始信道響應(yīng)。進而在信道估計后處理過程中降低鄰小區(qū)干擾，即利用迭代的方法，恢復并抵消各個抽頭的鄰小區(qū)干擾；并且，降低接收端噪聲，該方法同上面所述的單小區(qū)信道估計方法。
上述的單(多)小區(qū)的信道估計方法的信道估計后處理過程中，計算抽頭的平均功率以及進行抽頭干擾抵消的過程都是利用陣列天線中所有陣元的響應(yīng)來進行，這個過程在系統(tǒng)中具有很大的計算量，因而降低了信道估計的處理效率。另一方面，考慮到系統(tǒng)的實際處理能力，復雜的信道估計過程限制了實際能夠參與信道估計和多用戶檢測的陣元數(shù)，即只有陣列天線中部分陣元可參與進行信道估計和多用戶檢測處理，然而，參與處理的陣元數(shù)的減少將使信道估計和多用戶檢測的性能下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是提供一種陣列天線的信道估計方法，該方法能夠提高系統(tǒng)的信道估計處理效率。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的對接收機信號進行信道估計處理，獲得陣列天線的原始信道響應(yīng)；對陣列天線中部分陣元的原始信道響應(yīng)進行信道估計后處理，獲得該部分陣元的后處理信道響應(yīng)；對于所述部分陣元的后處理信道響應(yīng)值不為零的抽頭，保留陣列天線中其余陣元的原始信道響應(yīng)在該抽頭的值，作為所述其余陣元的后處理信道響應(yīng)。
對于單小區(qū)的信道估計，上述方法中所述的信道估計后處理包括對部分陣元的原始信道估計響應(yīng)進行判決處理，以保留滿足一定條件的原始信道響應(yīng)信號的抽頭，以降低接收端噪聲。
所述判決處理的一種實現(xiàn)方法為設(shè)定信道估計性能參數(shù)門限，判斷原始信道響應(yīng)中抽頭上的性能參數(shù)是否不小于所述性能參數(shù)門限，若是則保留該抽頭，否則將該抽頭置零。
所述判決處理的另一種實現(xiàn)方法為設(shè)定抽頭數(shù)門限，將原始信道響應(yīng)中抽頭上的值的功率/幅度排序，保留功率/幅度值相對較大的抽頭，且使被保留的抽頭數(shù)等于所述抽頭數(shù)門限。
對于多小區(qū)的信道估計，上述信道估計后處理中，除了降低接收端噪聲外，還包括對原始信道響應(yīng)進行降低鄰小區(qū)干擾的處理。其實現(xiàn)方法為由所述原始信道響應(yīng)的抽頭恢復各小區(qū)原始信道響應(yīng)，進而從接收機信號中抵消各個抽頭上所包含的相鄰小區(qū)原始信道響應(yīng)。
本發(fā)明所述的方法中，利用廣義Steiner估計器對接收機獲取的信號進行信道估計處理，以獲取原始信道響應(yīng)。
以上技術(shù)方案可以看出，由于在本發(fā)明所提供的信道估計方法中，利用部分陣元響應(yīng)來進行信道估計后處理過程，得到部分陣元的后處理信道響應(yīng)，進而根據(jù)所述部分陣元的后處理信道響應(yīng)確定陣列天線中其余陣元的后處理信道響應(yīng)，因而，本發(fā)明降低了信道估計算法的計算量，使得系統(tǒng)有更多的余量資源支持更多天線進行多用戶檢測。本發(fā)明提供的信道估計方法實現(xiàn)簡單，適用于單小區(qū)(碼集)或多小區(qū)的信道估計，并且，該方法雖然會導致信道響應(yīng)精度的損失，但與多用戶檢測帶來的性能提升相比，多用戶檢測性能的提升更加顯著。


圖1為TD-SCDMA業(yè)務(wù)時隙突發(fā)信號結(jié)構(gòu)；圖2為本發(fā)明實施方式流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的核心思想為對接收機信號進行信道估計，獲得陣列天線的原始信道響應(yīng)；對陣列天線中部分陣元的原始信道響應(yīng)進行信道估計后處理，獲得該部分陣元的后處理信道響應(yīng)；對于所述部分陣元的后處理信道響應(yīng)值不為零的抽頭，保留陣列天線中其余陣元的原始信道響應(yīng)在該抽頭的值，作為所述其余陣元的后處理信道響應(yīng)。
依據(jù)上述核心思想，參照圖2，以TD-SCDMA系統(tǒng)為例，介紹本發(fā)明的步驟21陣列天線接收機接收信號。
步驟22接收機利用廣義Steiner估計器對接收信號進行信道估計，得到小區(qū)陣列天線的原始信道響應(yīng)，所述信道估計包括單小區(qū)信道估計或多小區(qū)信道估計，所述廣義Steiner估計器用公式表達為h′′‾n(ka)=(G‾n)-1e‾mid(ka)ka=1ΛKa;n=1ΛN]]>其中，N表示小區(qū)數(shù)，單小區(qū)信道估計時，N取值為1；Ka表示接收端陣列中的天線數(shù)，若8根天線構(gòu)成天線陣列，則Ka取值為8；emid(ka)表示第ka根天線的接收信號中對應(yīng)于訓練序列的部分，Gn表示由第n個小區(qū)的基本碼(midamble)組成的循環(huán)矩陣，h″n(ka)表示對應(yīng)于第n個小區(qū)的第ka根天線的原始信道響應(yīng)。
步驟23在上述陣列天線的原始信道響應(yīng)中，對部分陣元的原始信道響應(yīng)進行信道估計后處理，得到該部分陣元的后處理信道響應(yīng)h′n，j(ka)。
在單小區(qū)信道估計中，信道估計后處理僅進行降低接收端噪聲的處理，其過程用公式表示為h′‾n,j(ka)=h′′‾n,j(ka)1LΣka=1L|h′′‾n,j(ka)|2≥Γn0else]]>j＝1ΛP；ka＝1ΛL(L＜Ka)；n＝1ΛN其中，P表示原始信道響應(yīng)的抽頭數(shù)；L表示參與信道估計后處理過程的天線數(shù)，且L取值小于Ka，即參與信道估計后處理的天線數(shù)小于陣列的天線數(shù)；Γn表示第n個小區(qū)的后處理門限；h″n，j(ka)表示第n個小區(qū)的第ka根天線的原始信道響應(yīng)中的第j個抽頭，單小區(qū)信道估計時，n取值為1，h′n，j(ka)表示第n個小區(qū)的第ka根天線的后處理信道響應(yīng)中的第j個抽頭。
在多小區(qū)的信道估計中，信道估計后處理過程包括進行降低鄰小區(qū)干擾的處理，即通過多次迭代過程，逐步消除各抽頭上所包含的鄰小區(qū)的信道響應(yīng)；進行降低接收端噪聲的處理，其過程與單小區(qū)信道估計中信道估計后處理方法相同。多小區(qū)信道估計方法可參見中國專利申請?zhí)?3100670.1的專利文件中公開的技術(shù)方案。
步驟24將L陣元的信道估計后處理結(jié)果推廣到M(L＜M≤8)陣元的信道估計后處理，得到M陣元的后處理信道響應(yīng)。公式表示為h′‾n,j(ka′)=h′′‾n,j(ka′)h′‾n,j(ka)≠00h′‾n,j(ka)=0]]>j＝1ΛP；ka′＝L+1ΛM(L＜M≤Ka)；ka＝1ΛL(L＜Ka)；n＝1ΛN其中，P表示原始信道響應(yīng)的抽頭數(shù)；Ka表示接收端陣列中的天線數(shù)；M表示天線陣列中參與后續(xù)多用戶檢測處理的陣元數(shù)(L＜M≤Ka)；ka對應(yīng)于L陣元，ka′對應(yīng)于M陣元中未進行后處理的剩余陣元。由該公式可得對于L陣元的后處理信道響應(yīng)值不為零的抽頭，保留陣列天線中參與后續(xù)多用戶檢測處理的M陣元中的原始信道響應(yīng)在該抽頭的值，作為M陣元的后處理信道響應(yīng)。
步驟25輸出M陣元的后處理信道響應(yīng)。進而，利用該M陣元的后處理信道響應(yīng)進行上行單小區(qū)或多小區(qū)的單用戶檢測或多用戶檢測；或，利用該M陣元的后處理信道響應(yīng)進行下行發(fā)送用戶的波束賦形。
上述為本發(fā)明的較佳實施例，步驟23進行部分陣元的信道估計后處理中，包括降低接收端噪聲的處理，該處理主要對原始信道響應(yīng)抽頭值進行判決。該判決處理的方法可以通過設(shè)定信道估計性能參數(shù)門限，進而判斷原始信道響應(yīng)中抽頭上的性能參數(shù)是否不小于所述性能參數(shù)門限，并保留大于所述性能參數(shù)門限的抽頭，其具體實現(xiàn)方法包括信噪比門限的方法設(shè)定信噪比門限，將原始信道估計結(jié)果中信噪比大于門限Γn的抽頭上的值保留，而將其余的抽頭置零；功率或幅度門限的方法設(shè)定功率或幅度門限，所述功率/幅度的門限可為該抽頭上各陣元功率的平均值，將原始信道估計結(jié)果中功率或幅度大于門限Γn的抽頭上的值保留，而將其余的抽頭置零。
除上述方法外，所述對原始信道響應(yīng)抽頭值進行判決處理的方法還可為設(shè)定抽頭數(shù)門限，將原始信道響應(yīng)中抽頭上的值的功率/幅度排序，保留功率/幅度值相對較大的抽頭，且使被保留的抽頭數(shù)等于所述抽頭數(shù)門限。
下面具體以兩個小區(qū)，每小區(qū)8個天線構(gòu)成的陣列的接收信號為例說明本發(fā)明的信道估計方法。
設(shè)在兩個小區(qū)交接處接收機接收到的多小區(qū)信號中，屬于兩個小區(qū)的信號響應(yīng)最強，這兩個小區(qū)的基本碼組成的循環(huán)矩陣分別為G1、G2，信道響應(yīng)矢量分別為h1和h2，此時接收機信號為emid=Σn=12Gnhn+n0]]>
上式中n0表示除去多小區(qū)信號以外的其他所有噪聲。對于任意一個Gn(n＝1，2)，接收機總的信號又可表示為emid＝Gnhn+nnnn與n0之間的關(guān)系為n1＝G2h2+n0＝I2+n0n2＝G1h1+n0＝I1+n0其中，In表示由第n個小區(qū)的信道響應(yīng)引起的干擾。進而，參照中國專利申請?zhí)柕?3100670.1，本實施例具體為步驟1接收機獲取響應(yīng)信號，由于無法分離單小區(qū)接收信號和多小區(qū)接收信號，因而各信道估計器的輸入為總的各小區(qū)的接收信號emid，n＝emid，n＝1，2。
步驟2利用單小區(qū)信道估計方法，針對不同的小區(qū)分別進行單個小區(qū)的信道估計，獲得各小區(qū)原始信道響應(yīng)hn′′=Gn-1emid,n,n=1,2]]>得到各小區(qū)所有陣元的原始信道響應(yīng)后，針對某一小區(qū)，僅先對小區(qū)的天線陣列中部分陣元進行迭代過程以逐步消除該陣元信道響應(yīng)各個抽頭上所包含的鄰小區(qū)信道響應(yīng)，其具體實施方式
如步驟3至步驟6步驟3有限時間判決處理。對原始信道響應(yīng)進行處理，采用按信噪比的方法，設(shè)定信噪比門限為ε＞0，利用測量得到的噪聲功率σn2，得到有限時間判決處理后的信道估計hn′，如果原始信道估計結(jié)果的范數(shù)平方值大于或等于信噪比門限與噪聲功率的乘積，則保留單小區(qū)估計器的原始信道響應(yīng)hn″，并作為有限時間判決處理后的估計值hn′，否則置零。
在此步驟，針對某一小區(qū)，僅對小區(qū)的天線陣列中部分陣元進行有限時間判決，公式表示為h′‾n,j(ka)=h′′‾n,j(ka)1LΣka=1L|h′′‾n,j(ka)|2≥ϵσn20else]]>j＝1ΛP；ka＝1Λ4；n＝1，2P表示原始信道響應(yīng)的抽頭數(shù)；本實施例中，在8陣元構(gòu)成的陣列中，選取其中4個陣元進行判決處理，ka＝1Λ4，即第一小區(qū)和第二小區(qū)分別選取4個陣元參與進行有限時間判決處理，ka對于參與判決處理的陣元；h″n，j(ka)表示第n個小區(qū)(n＝1，2)的第ka根天線的原始信道響應(yīng)中的第j個抽頭，h′n，j(ka)表示第n個小區(qū)的第ka根天線的判決處理后信道響應(yīng)的第j個抽頭。
上述信噪比門限可采用動態(tài)值，例如，第一次迭代時信噪比門限為ε＝5，第二次迭代時信噪比門限為ε＝3。
步驟4恢復干擾利用有限時間判決處理后的部分陣元的信道估計h′n，j(ka)恢復各個碼集信號響應(yīng)引起的干擾分量In′，公式表示為In′(ka)=Gnhn′(ka)]]>步驟5干擾抵消對于步驟3判決處理的陣元，從其總的原始信道響應(yīng)中減去恢復的另一小區(qū)信號的響應(yīng)引起的干擾分量，得到小區(qū)基本碼矩陣Gn的較干凈的信號emid，n(ka)。即，對于參與步驟3判決處理的8個陣元(第一小區(qū)和第二小區(qū)分別選取4個陣元參與判決處理)，從第一小區(qū)的4個陣元的總的接收信號中減去第二小區(qū)所述4個陣元信號響應(yīng)引起的干擾分量I2′(ka)(ka＝1Λ4)，獲取較為干凈的第一小區(qū)所述4陣元的接收信號emid，1(ka)，同理，獲得第二小區(qū)較為干凈的接收信號emid，2(ka)。
emid,n(ka)=emid(ka)-Σi=1Ni≠nIi′(ka)=emid(ka)-Σi=1Ni≠nGihi′(ka)]]>步驟6得到emid，n(ka)后，判斷所述迭代處理是否達到預(yù)置的迭代次數(shù)，如果沒有，則根據(jù)hn′′(ka)=Gn-1emid,n(ka)]]>獲取兩小區(qū)中所述個4個參與進行迭代處理的陣元的原始信道估計，并進行步驟3，否則進行步驟7。
步驟7獲取參與有限時間判決的兩個小區(qū)各4個陣元的信道估計后處理信道響應(yīng)。即根據(jù)所獲得的emid，n(ka)得到該部分陣元的后處理信道響應(yīng)h′n，j(ka)。
步驟8任意一個小區(qū)中，對于上述4個陣元，在處理信道響應(yīng)值不為零的抽頭，保留陣列天線中其余4個陣元(8陣元陣列)的原始信道響應(yīng)在該抽頭的值，作為其余這4個陣元的后處理信道響應(yīng)。公式表示為h′‾n,j(ka′)=h′′‾n,j(ka′)h′‾n,j(ka)≠00h′‾n,j(ka)=0]]>j＝1ΛP；ka′＝5Λ8；ka＝1Λ4；n＝1，2最終獲得小區(qū)中陣列的后處理信道響應(yīng)。
以上通過具體實施例說明本發(fā)明在2小區(qū)信道估計中的實現(xiàn)方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員同樣可將上述實施例的方法應(yīng)用于單小區(qū)或多小區(qū)的信道估計中；同時，在進行信道估計中，同樣可在各步驟結(jié)合其他本領(lǐng)域常用的技術(shù)手段實現(xiàn)本發(fā)明，如在干擾抵消處理中采用完全干擾抵消或部分干擾抵消，或在上述實施例的步驟3中使用其他方法或參數(shù)實現(xiàn)有限時間判決。
以上對本發(fā)明所提供的一種陣列天線的信道估計方法進行了詳細介紹，本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式
及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種陣列天線的信道估計方法，其特征在于1)對接收機信號進行信道估計，獲得陣列天線的原始信道響應(yīng)；2)對陣列天線中部分陣元的原始信道響應(yīng)進行信道估計后處理，獲得該部分陣元的后處理信道響應(yīng)；3)對于所述部分陣元的后處理信道響應(yīng)值不為零的抽頭，保留陣列天線中其余陣元的原始信道響應(yīng)在該抽頭的值，作為所述其余陣元的后處理信道響應(yīng)。
2.如權(quán)利要求1所述的陣列天線的信道估計方法，其特征在于，步驟2)中所述進行信道估計后處理包括對部分陣元的原始信道估計響應(yīng)進行判決處理，以保留滿足一定條件的原始信道響應(yīng)信號的抽頭。
3.如權(quán)利要求2所述的陣列天線的信道估計方法，其特征在于，所述判決處理按照以下方式進行設(shè)定信道估計性能參數(shù)門限，判斷原始信道響應(yīng)中抽頭上的性能參數(shù)是否不小于所述性能參數(shù)門限，若是則保留該抽頭，否則將該抽頭置零。
4.如權(quán)利要求2所述的陣列天線的信道估計方法，其特征在于，所述判決處理按照以下方式進行設(shè)定抽頭數(shù)門限，將原始信道響應(yīng)中抽頭上的值的功率/幅度排序，保留功率/幅度值相對較大的抽頭，且使被保留的抽頭數(shù)等于所述抽頭數(shù)門限。
5.如權(quán)利要求2所述的陣列天線的信道估計方法，其特征在于，步驟2)中所述進行信道估計后處理還包括對原始信道響應(yīng)進行降低鄰小區(qū)干擾的處理。
6.如權(quán)利要求5所述的陣列天線的信道估計方法，其特征在于，所述降低鄰小區(qū)干擾的處理具體為由所述原始信道響應(yīng)的抽頭恢復各小區(qū)原始信道響應(yīng)，進而從接收機信號中抵消各個抽頭上所包含的相鄰小區(qū)原始信道響應(yīng)。
7.如權(quán)利要求1所述的陣列天線的信道估計方法，其特征在于步驟1)中利用廣義Steiner估計器對接收機獲取的信號進行信道估計。
8.一種陣列天線的信道估計方法，每小區(qū)陣列由8陣元組成，其特征在于1)對接收機信號進行信道估計，獲得8陣元陣列的原始信道響應(yīng)；2)選取所述陣列中4個陣元的原始信道響應(yīng)進行信道估計后處理，獲得該4陣元的后處理信道響應(yīng)；3)在所述4陣元的后處理信道響應(yīng)值不為零的抽頭，保留該陣列中其余4陣元的原始信道響應(yīng)在該抽頭的值，作為所述其余4陣元的后處理信道響應(yīng)。
9.如權(quán)利要求8所述的陣列天線的信道估計方法，其特征在于，步驟2)中所述進行信道估計后處理包括對選取的4陣元的原始信道估計響應(yīng)進行判決處理，以保留滿足一定條件的原始信道響應(yīng)信號的抽頭。
10.如權(quán)利要求9所述的陣列天線的信道估計方法，其特征在于，步驟2)中還包括對所選取的4陣元的原始信道響應(yīng)進行降低鄰小區(qū)干擾的處理。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種陣列天線信道估計方法，該方法首先對接收機信號進行信道估計，在獲得陣列天線的原始信道響應(yīng)后；對陣列天線中部分陣元的原始信道響應(yīng)進行信道估計后處理，獲得該部分陣元的后處理信道響應(yīng)；最后，對于所述部分陣元的后處理信道響應(yīng)值不為零的抽頭，保留陣列天線中其余陣元的原始信道響應(yīng)在該抽頭的值，作為所述其余陣元的后處理信道響應(yīng)。本發(fā)明降低了信道估計算法的計算量，使得系統(tǒng)有更多的余量資源支持更多天線進行多用戶檢測，進而使多用戶檢測性能得到提升。
文檔編號H04J13/02GK1870610SQ20051007196
公開日2006年11月29日 申請日期2005年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月25日
發(fā)明者康紹莉, 楊貴亮, 孫長果 申請人:上海原動力通信科技有限公司