发明内容
有鉴于上述背景,本发明提供了一种信道估计方法及装置,能够有效降低接收机复杂度和处理时延。
为了解决上述技术问题,本发明采用了如下技术方案:
一种信道估计方法,包括如下步骤:
A、抽取倍数判断模块预设至少两级抽取倍数,动态根据链路质量确定当前抽取倍数;
B、导频抽取模块根据所述的当前抽取倍数,对接收频域解调参考符号和本地频域解调参考符号进行抽取;
C、信道估计模块由经过抽取的接收频域解调参考符号和本地频域解调参考符号计算得到当前的频域信道估计值。
上述的信道估计方法,抽取倍数判断模块动态根据链路质量确定抽取倍数按如下方式进行:
A1、判断用户占用的频域资源是否小于预设资源块数;如是,确定当前抽取倍数为最低级抽取倍数;否则,进行下一步;
A2、判断当前链路质量是否达标,如不是,确定当前抽取倍数为最低级抽取倍数;否则,逐级调高当前抽取倍数。
上述的信道估计方法,所述步骤A2,进一步按如下方式进行:
判断链路质量是否在最近时间段持续达标,如不是,确定当前抽取倍数为最低级抽取倍数;否则,进行下一步;
判断历史抽取倍数是否在最近时间段相同,如是,确定当前抽取倍数为历史抽取倍数的高一级抽取倍数,否则,确定当前抽取倍数为前次抽取倍数。
上述的信道估计方法,所述步骤C中,信道估计模块由经过抽取的接收频域解调参考符号和本地频域解调参考符号计算得到当前的频域信道估计值按如下方式进行:
C1、由经过抽取的接收频域解调参考符号和本地频域解调参考符号计算得到抽取到的导频点的频域信道估计值;
C2、由抽取到的导频点的频域信道估计值得到未被抽取到的导频点的频域信道估计值;
C3、由导频点的频域信道估计值得到非导频点的信道估计值。
上述的信道估计方法,所述抽取到的导频点的频域估计值包括如下处理:对其进行时域内的干扰和噪声消除。
上述的信道估计方法,所述步骤C3中,由导频点的频域信道估计值得到非导频点的信道估计值采用滤波方式。
上述的信道估计方法,所述步骤A2中,判断当前链路质量是否达标按如下方式进行:
预设链路质量达标值,确定链路质量衡量指标是否大于预设的链路质量达标值,如是,确定链路质量达标;否则,链路质量不达标;其中,所述链路质量衡量指标包括接收数据的信噪比、误块率、或信噪比和误块率的组合。
本发明还公开了一种信道估计装置,包括:
抽取倍数判断模块:用于预设至少两级抽取倍数,动态根据链路质量确定当前抽取倍数;
导频抽取模块:用于根据所述的当前抽取倍数,对接收频域解调参考符号和本地频域解调参考符号进行抽取;
信道估计模块:用于由经过抽取的接收频域解调参考符号和本地频域解调参考符号计算得到当前的频域信道估计值。
上述的信道估计装置,所述抽取倍数判断模块包括频域资源判断单元和链路质量达标判断单元,其中:
频域资源判断单元:用于判断用户占用的频域资源是否小于预设资源块数;如是,确定当前抽取倍数为最低级抽取倍数;交由链路质量达标判断单元继续判断;
链路质量达标判断单元:用于判断当前链路质量是否达标,如不是,确定当前抽取倍数为最低级抽取倍数;否则,逐级调高当前抽取倍数。
上述的信道估计装置,链路质量达标判断单元包括链路质量持续达标判断单元和历史抽取倍数判断单元,其中:
链路质量持续达标判断单元:用于判断链路质量是否在最近时间段持续达标,如不是,确定当前抽取倍数为最低级抽取倍数;否则,交由历史抽取倍数判断单元继续判断;
历史抽取倍数判断单元:用于判断历史抽取倍数是否在最近时间段相同,如是,确定当前抽取倍数为历史抽取倍数的高一级抽取倍数,否则,确定当前抽取倍数为前次抽取倍数。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
通过预设不同级别的抽取倍数,根据链路质量来选择使用高级别或低级别的抽取倍数,并根据选取的抽取倍数完成对解调参考符号的抽取,并最终实现信道估计。可以理解,对于信道估计,抽样点越多,则信道估计越准确,而显然,更多的抽样点将带来更大的运算量,从而导致接收机的复杂度和处理时延的增加。而本发明可以根据链路质量对抽取倍数进行调整,在链路质量较好的时候,使用更高级别的抽取倍数,从而减少了抽样点,因此可使接收机复杂度和处理时延降低,并且不丧失信道估计的准确性。
具体实施方式
下面对照附图并结合具体实施方式对本发明做详细说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
请参阅图1,其示例性的描述了本发明的信道估计装置的系统结构。在该例中,该信道估计装置被设置在接收机端,包括抽取倍数模块101、导频抽取模块102、信道估计模块103、链路质量判断及更新模块104。其中:
抽取倍数判断模块101:用于预设至少两级抽取倍数,动态根据链路质量确定当前抽取倍数;
导频抽取模块102:用于根据所述的当前抽取倍数,对接收频域解调参考符号和本地频域解调参考符号进行抽取;
信道估计模块103:用于由经过抽取的接收频域解调参考符号和本地频域解调参考符号计算得到当前的频域信道估计值。从图示可以看到,在本例中,信道估计模块103包括导频位信道估计模块1031和非导频位信道估计模块1032。这两个模块将在后文详述。
链路质量判断及更新模块104,用于根据当前的链路质量衡量指标来维护、更新链路质量状态(当前),以供下次使用。
抽取倍数判断模块101主要用于根据链路质量确定用户的当前抽取倍数,即用户本次应该使用的抽取倍数。在本文中,“动态”一词被使用来表明信道估计将可能发生多次,对应的,抽取倍数也被多次确定。因此,我们以“当前”一词来表示“本次”,“前次”表示“本次”的前一次,“历史”表示“本次”的前若干次。
在一个实施例中,抽取倍数判断模块101将可以包含:
频域资源判断单元:用于判断用户占用的频域资源是否小于预设资源块数;如是,确定当前抽取倍数为最低级抽取倍数;否则,交由链路质量达标判断单元继续判断;
链路质量达标判断单元:用于判断当前链路质量是否达标,如不是,确定当前抽取倍数为最低级抽取倍数;否则,逐级调高当前抽取倍数。
在另一个实施例中,链路质量达标判断单元将可以包含:
链路质量持续达标判断单元:用于判断链路质量是否在最近时间段持续达标,如不是,确定当前抽取倍数为最低级抽取倍数;否则,交由历史抽取倍数判断单元继续判断;
历史抽取倍数判断单元:用于判断历史抽取倍数是否在最近时间段相同,如是,确定当前抽取倍数为历史抽取倍数的高一级抽取倍数,否则,确定当前抽取倍数为前次抽取倍数。
上述的频域资源判断单元、链路质量达标判断单元、链路质量持续达标判断单元、历史抽取倍数判断单元,均未在图中标示出。显然,本领域技术人员可以在了解其功能的基础上,采用软件、硬件等各种方式去实现这些单元。
我们首先说明抽取倍数判断模块101的工作方式,以上述包含链路质量持续达标判断单元和历史抽取倍数判断单元的实施例为例,下面假设一个用户,并预设至少两个级别的抽取倍数。此外,还定义了两个寄存器,即链路质量状态寄存器R和抽取倍数等级状态寄存器T。
链路质量状态寄存器R,其位长设定为L,即R=[r1 r2…rL],R的每个比特位表示一次接收的链路质量状态,并以0表示未达标,1表示达标。判断链路质量状态是否达标采用的方式是:预设链路质量达标值,确定链路质量衡量指标是否大于预设的链路质量达标值,如是,确定链路质量达标;否则,链路质量不达标;其中,链路质量衡量指标包括接收数据的信噪比、误块率、或信噪比和误块率的组合,当然,也可以采取其他的链路质量衡量指标。R初始化为全0,可以对其采用左出右入(在本例中,以r1记录较远时刻的链路质量状态,r1记录较近时刻的链路质量状态)的滑动方式更新维护,去掉时间最远的标识位r1原先记录的链路质量状态,而代之以标识位r2原先记录的链路质量状态,依次类推,直至由标识位rL-1记录标识位rL中原先记录的链路质量状态,而在标识位rL中记录本次链路质量状态。可见,链路质量状态寄存器中记录了链路质量的历史值,抽取倍数判断模块101可以根据这些链路质量历史值来进行抽取倍数的确定。链路质量状态寄存器中的链路质量状态可由前述的链路质量判断及更新模块104进行不断滑动更新。
抽取倍数等级状态寄存器T,其位长同样设定为L,T=[t1 t2…tL],T的每个比特位表示一次信道估计的解调参考信号的抽取倍数,T初始化为全NULL(无效),可以对其采用左出右入(原理与链路质量状态寄存器R类似,不再赘述)的滑动方式更新维护。
可以理解,r1可以表示本次信道估计(当前)的第前L次信道估计时的链路质量,在本文中,将r1次信道估计的时刻到rL次信道估计的时刻的这段持续时间定义为最近时间段。在该段持续时间内,当链路质量状态寄存器R的状态位全为1时,可以判定为,在最近时间段内,链路质量持续达标。
抽取倍数等级状态寄存器T则反映出前L次信道估计所选取的抽取倍数,从整体上,称这些抽取倍数为历史抽取倍数,特别的,将本次信道估计前一次信道估计所选取的抽取倍数称为前次抽取倍数,显然,前次抽取倍数是历史抽取倍数中的一个数据。
抽取倍数确定的过程是:
(1)判断用户m占用的频域资源NRB,m是否小于预设的资源块数,如果是,则令Si=S(1);如果不是,则执行(2);
其中,S为解调参考信号抽取倍数等级,在本例中,抽取倍数等级被分为Cmax级,S(1)<S(2)<…<S(Cmax),i为用户m上行信道时间顺序的编号,即Si标示出用户m在i时刻的抽取倍数,如上所述,可以称Si为当前抽取倍数,Si-1为前次抽取倍数;S(1)是最低级抽取倍数。其中,S的下标表示时刻,S后括号内的数表示抽取等级。
(2)判断链路质量状态寄存器R中的状态位是否有0,若是,则令Si=S(1);若否(即链路质量在最近时间段内持续达标),则执行(3);
(3)判断抽取倍数等级状态寄存器T,如果寄存器T中的抽样等级有不相同的(历史抽取倍数不相同),则令Si=Si-1,如果寄存器T中的等级全相同(历史抽取倍数相同),则令Si为Si-1的等级提高一级的抽取倍数,并更新抽取倍数等级状态寄存器;
根据上述设置,可以理解,在链路质量达标时,当前抽取倍数的选取是逐级调高的。我们假设一种链路质量持续达标的情况,初始状态下,抽取倍数等级状态寄存器T内的抽样等级并不相同,但随着每次信道估计时,都选取前次抽取倍数作为当前抽取倍数并不断更新抽取倍数等级状态寄存器T,会达到抽取倍数等级状态寄存器T中的抽样等级全相同的情况,这时,抽取倍数将会提高一个等级,而后,在新的等级持续一段时间后,抽取倍数将会继续提高直至达到最高级抽取倍数。显然的,本例的抽取倍数确定方案,在链路质量持续达标时,将会呈现稳定提高的趋势。这将提高抽取倍数调整的稳定性。
此外,在链路质量一开始就达标的情况下,抽取倍数的选取可以是任意的,例如,可以同样设置在最低级,以保证稳定性。
导频抽取模块102用于对导频进行抽取,具体的,其过程包括:
首先,在接收的频域数据中提取目标用户m相应子载波位置的频域数据Dm;
然后,提取接收到的目标用户m对应的频域连续的M个导频子载波,得到长度为M的频域解调参考符号Ym(k),k=1,…,M,即接收频域解调参考符号;
对Y
m(k)进行S
i倍抽取,得到长度为M/S
i的接收频域解调参考符号
k=1,…,M/S
i;
然后,在本地按照发射端的方式生成频域导频解调参考符号X
m(k),即本地频域解调参考符号,并对其进行S
i倍抽取,得到长度为M/S
i的本地频域解调参考符号
k=1,…,M/S
i;
信道估计模块103用来进行信道估计,具体的,其包括导频位信道估计模块1031和非导频位信道估计模块1032。
导频位信道估计模块1031是用来对导频位进行信道估计的,包括:计算抽取的解调参考符号的频域信道估计值
k=1,…,M/S
i;
l
CP表示循环前缀(CP)的长度;
将被抽取的导频位置的M/Si个点频域信道估计用插值的方式实现其他(M-M/Si)个未被抽取到的导频点信道估计,得到导频位置的M点频域信道估计值。
非导频位信道估计模块1032是对非导频位进行信道估计的,将导频位置的频域信道估计用滤波的方式实现非导频位置的信道估计。
图2示例性的描述了本发明的信道估计方法的流程,其包括:
步骤S201:判断用户m占用的频域资源NRB,m是否小于预设的资源块数,如果是,则令Si=S(1),执行步骤S204;如果不是,则执行步骤S202。
步骤S202:判断链路质量状态寄存器R中的状态位是否有0,若是,则令Si=S(1),执行步骤S204;若否,则执行步骤S203;
步骤S203:判断抽取倍数等级状态寄存器T,如果寄存器T中的抽样等级有不相同的,则令Si=Si-1,如果寄存器T中的等级全相同,则令Si为Si-1的等级提高一级的抽取倍数,并更新抽取倍数等级状态寄存器;
S204:在接收的频域数据中提取目标用户m相应子载波位置的频域数据Dm;由接收到的目标用户对应的频域连续的M个导频子载波,得到长度为M的接收频域解调参考符号Ym(k),k=1,…,M;
S205:对Y
m(k),k=1,…,M进行S
i倍抽取,得到长度为M/S
i的接收频域解调参考符号
k=1,…,M/S
i;
S206:在本地按照发射端的方式生成导频解调参考符号,并变换到频域X
m(k),并对X
m(k)进行S
i倍抽取,得到长度为M/S
i的本地频域解调参考符号
k=1,…,M/S
i;
在步骤S207至S208:计算导频位信道估计值,将导频位置的频域信道估计值用滤波方式实现非导频位置的信道估计。
在步骤S209至S210:对链路质量进行判断及滑动更新。
参见图3,对于步骤S207至S208所示的信道估计,其具体的步骤包括:
步骤S301至S302:计算抽取的解调参考符号的频域信道估计值
k=1,…,M/S
i;
l
CP表示循环前缀(CP)的长度;
步骤S306:将被抽取的导频位置的M/Si个点频域信道估计用插值的方式实现其他(M-M/Si)个未被抽取到的导频点信道估计,得到导频位置的M点频域信道估计;将导频位置的频域信道估计用滤波的方式实现非导频位置的信道估计。
参见图4,图4示出了SC-FDMA系统PUSCH信道解调参考信号的导频位置示意图,下面以PUSCH信道为例对信道估计和信道后处理的方法进行详细说明。
以下技术方案描述针对用户m,所有用户自适应信道估计方案相同。设Cmax=3,S(1)<S(2)<S(3),令S(1)=1,S(2)=2,S(3)=3。
判断用户m占用的频率资源,如果小于预设的资源块数,就做抽取倍数为1的信道估计,当抽取倍数为1时,等于未对上行接收解调参考符号做抽取,直接进行常规的信道估计;
如果大于预设的资源块数,再根据该用户前L次上行链路质量来判断对本次接收解调参考符号抽取的倍数,链路质量状态寄存器R中的状态位有0,那么解调参考信号的抽取倍数等级为S(1),抽取倍数是1,即不做抽取;如果链路质量状态寄存器R中的状态位全1,再看抽取倍数等级状态寄存器T的状态,如果各标识位是不同的等级,那么保持最近的一个抽样等级不变,如果都是同一个有效等级,就将本次的抽样等级提高一个级别,当达到最高级后抽样级别保持不变。
默认的预设资源块数和调制方式及信道特性有关,可通过仿真获得,实施例中给出默认值:
|
AWGN |
EPA |
EVA |
QPSK |
5 |
15 |
25 |
16QAM |
5 |
20 |
30 |
64QAM |
5 |
25 |
50 |
在接收的频域数据中提取目标用户m相应子载波位置的频域数据Dm,Dm占M个子载波。
然后提取接收到的目标用户对应的物理位置上频域连续的M个导频子载波,得到长度为M的频域解调参考符号Ym(k),k=1,…,M。
对Y
m(k),k=1,…,M进行3倍(设R中的状态位均为1,T中的标识位均为S
2,本次抽取倍数升级为S
3)抽取,得到长度为M/3的接收频域解调参考符号
k=1,…,M/3;
在本地按照发射端的方式生成导频解调参考符号,并变换到频域X
m(k),并对X
m(k)进行3倍抽取,得到
计算频域信道估计值
将
变换到时域
n=1,…,M/3,
k=1,…,M/3;
计算目标用户的有效信道冲击响应窗长
(以正常CP长度为例计算);
滤除信道估计窗外噪声,
将被抽取的导频位置的M/3个点频域信道估计用插值的方式实现其他2M/3个未被抽取到的导频点信道估计,得到导频位置的M点频域信道估计Hm(k),k=1,…,M;
将导频位置的频域信道估计Hm,slot0(k)、Hm,slot1(k)(下标slot0、slot1分别表示时隙0和时隙1的导频位),k=1,…,M,用滤波的方式实现非导频位置的信道估计。
计算本次接收数据的信噪比,或计算数据误块率,或其组合形成特定的指标作为链路质量衡量指标,如用接收数据的信噪比,根据本次执行的用户数据信噪比,滑动更新链路质量状态寄存器R,
如果信噪比优于设定值,则Rm,i=[r2 r3…rL 1];
如果信噪比不优于设定值,则Rm,i=[r2 r3…rL 0],其中,下标m标识用户m,i表示为第i次信道估计(当前信道估计)。
本发明的主要目的是提供一种能够根据用户占用的频域资源大小和该用户链路质量,来自适应降低复杂度的信道估计装置。该装置的实现是在SC-FDMA系统中,通过根据用户占用频域资源大小和实时的链路质量,来决定对解调参考信号序列进行抽取的密度,并对解调参考信号进行抽取,利用抽取后的解调参考信号在频域对接收信号做导频位置的信道估计,将导频位置的频域信道估计用滤波的方式实现非导频位置的信道估计,从而完成SC-FDMA系统信道特性估计,并将本次的链路质量输出给下一次该用户的信道估计,用该链路质量来决定对解调参考信号序列进行抽取的密度,从而实现自适应的降低信道估计复杂度过程。采用本发明这种自适应降低复杂度的信道估计装置和方法,信道估计计算量约降为原来的1/S,减小处理延时,降低系统负荷,并降低硬件成本,提高系统运行效率。
本发明适用于SC-FDMA系统和OFDM系统,任何具有信号处理,通信等知识背景的工程师,都可以根据本发明设计相应的装置,所作的任何修改、等同替换、改进等,其均应包含在本发明的思想和范围内。