基于时域参数提取的信道估计方法技术

本发明专利技术涉及一种通过提取时域参数进行信道估计的方法，其中，无线信道可以通过连续时域上具有有限数目参数的多径模型来描述；在离散时域上，多径模型产生出的信道脉冲响应中的、具有不可忽略的能量水平的信道抽头的数目非常有限。提取时域参数并重构信道所得的信道估计精度更高，与现有方法相比，时域参数提取的计算复杂度也更低。

【技术实现步骤摘要】
基于时域参数提取的信道估计方法
本专利技术涉及电讯系统以及无线通讯系统领域，特别涉及无线通讯网络中信道估计
，具体是指一种基于时域参数提取的信道估计方法。
技术介绍
信道估计在现代通讯系统中至关重要。接收器需要利用信道的信息来恢复通过信道所传输的数据，因此信道估计乃是接收器中的关键组成部分。信道估计的质量直接影响着接收器在误码率以及块误码率方面的性能。高频谱效率的传输方案，例如高阶调制和多输入输出(MIMO)，已为最新的无线移动网络系统所采用。这些传输方案对于信道估计的精度有着更高的要求。一般说来，信道估计是通过对接收信号和一已知导频信号进行相关运算而获得。相关运算方法的精度受限于相关长度和信道的信噪比。对于迅变信道和位于小区边缘的移动用户来说，相关长度和信噪比都会很低。以长期演变系统(LTE)所采用的正交频率复用(OFDM)网络为例，导频信号由频域上的若干子载波承载。每个导频子载波处的信道可以被独立地估计。当移动用户处于服务小区边缘时，来自邻近小区的干扰可以强过导频子载波，从而信道估计的质量会很低。信道估计的质量可以通过基于各种准则的最优方案得到改进。这些最优方案包括最小二乘(LS)以及最小均方误差(MMSE)。然而，在包括LTE系统等实际应用中，这些方法需要处理维数多达数百的大型矩阵，从而导致远远超出移动装置处理能力的庞大的运算量。据此，无线移动网络对有效而准确的信道估计的方法、装置以及系统有着强烈的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述现有技术中的缺点，提供一种能够有效提高信道估计精度、显著计算复杂度的基于时域参数提取的信道估计方法。下面的描述给出了关于本专利技术的若干方面的概要，以提供对这些方面的基本理解。本概要的目的是简要地介绍关于本专利技术若干方面的有关概念。这些介绍可以认为是后续详细描述的提要。本专利技术提供了通过从信道观测数据中提取信道的时域参数而改进信道估计的方法。时域参数可以认为是信道估计的时域表示。相比现有技术将信道观测数据作为信道估计而言，由所提取的时域参数而重构的信道更加精确。在本专利技术的某些方面，时域参数由连续时域上的多径模型所确定。连续时域上的时域参数包括多径数目、多径延迟、以及多径复幅度，简称多径幅度。时域参数通过对时域上或频域上的匹配误差的最小化而获得。然后，通过连续时域模型所重构的信道即为所希望的信道估计。在本专利技术的另外一些方面，时域参数通过对匹配误差的递归式最小化而获得。递归式最小化的计算效率更高，并可以很便利地确定多径数目。递归式最小化所得到的时域参数可以进一步地细化改进。采用递归式最小化得到的时域参数作为初始值，将匹配误差实行最小化，可以获得细化改进的时域参数。另一获得细化改进的时域参数的方法是在递归式最小化得到的多径延迟处，对匹配误差实行最小化。本专利技术还有一些方面涉及离散时域上的时域参数提取。离散时域上的时域参数包括信道抽头的数目、序号、以及复幅度，简称幅度。信道抽头由时域上信道观测数据的强度来确定。然后信道估计由离散时域参数重构出来。与信道观测数据相比，这样得到的信道估计更加精确。本专利技术其它一些方面涉及在给定信道抽头的序号处对匹配误差实行最小化，从而得到信道抽头的幅度，并进一步地改进了信道估计的精度。对角线加载可以用来保持数值稳定性。另外，信道抽头的幅度也可以通过最小化贝叶斯(Bayes)风险而确定。在本专利技术的某些进一步的方面，如果信道观测数据在频域上只包含有效频段的一部分，频谱整形可以用来消除信号带宽外的信道能量。综上所述，本专利技术的优点在于提供了有效而准确的信道估计方法。更多的优点和新颖独到的特征可以通过对下面关于本专利技术的详细描述和附图的研究而变得更加显而易见。附图说明图1描述了通过时域参数提取而得到信道估计的一个示范性框图。图2描述了通过时域参数提取而得到信道估计的一个示范性框图，时域参数提取通过对匹配误差实行递归式最小化而实现。图3描述了通过递归式最小化以及时域参数细化改进的时域参数提取而得到信道估计的一个示范性框图。图4描述了信号带宽外的信道能量现象和频谱整形的应用。图5描述了一个OFDM系统中信道估计的示例。具体实施方式为了能够更清楚地理解本专利技术的
技术实现思路
，特举以下实施例详细说明。借助附图，下文更充分地描述了本专利技术中所公开的专利技术主旨。附图描述了本专利技术的一些(但不是全部)方面或一些具体实现。描述中所引用的数字标记对应于附图中相应的元素。本专利技术的种种方面可以通过许多不同的方式实现，因此不应被认为受限于本专利技术中所描述的范例性实现。下文中描述了若干用于解释目的的具体细节，以期达到对专利技术主旨的详尽理解。然而在许多情况下，将专利技术主旨付诸实践可能并不一定需要这些具体细节。在另外一些场合，为了突出对专利技术主旨的描述，众所周知的方法、步骤、以及组成部分的细节则不再详述。在通讯系统中，传输信号中的一部分被用来承载导频信号。接收器将接收到的信号与已知的导频信号作相关运算以估计信道。在现有技术中，相关运算的结果通常被认为是信道估计。为了区分现有技术中的信道估计和本专利技术诸方面所阐述的改进的信道估计，相关运算的结果在下文中被称为信道观测数据。精度得到改进的信道估计则可以采用下文中描述的本专利技术的各种体现，而从信道观测数据中得到。在不同的通讯系统中，导频信号可以具有不同的形式。比如，在码分复用(CDMA)系统中，若干码道被用来承载导频信号，导频信号与其它码道的数据同时传输。在OFDM系统中，信号带宽内若干指定频率处的子载波被用来承载导频信号。导频信号和有用数据也可以以时分复用的方式传输。取决于导频信号的形式和相关算法，信道观测数据可以在时域也可以在频域上获得。值得指出的是，时域上的信道观测数据可以转换成频域上的信道观测数据，反之亦然。无线基带信道可以通过如下时域模型表示：其中L为多径数目，αl和τl分别为路径l的复幅度和延迟，s(t)为基带发送器和接收器的合成响应，包括发送端的成形滤波器以及接收端的匹配滤波器。在下文中，在不致混淆的情况下，“复幅度”被简称为“幅度”。相应的频域信道为其中S(ω)为基带响应s(t)的傅里叶变换。在频域上，频率ωk处的信道观测数据由yk表示。在时域上，时间tn处的信道观测数据由hn表示。式(1)或式(2)中的信道模型被称为连续时域多径模型。连续时域多径模型中的时域参数为多径数目L、多径幅度αl、以及多径延迟τl，l＝0,1,...,L-1。新一代的无线移动网络具有宽频带和高采样率，从而导致很大的信道观测数据量。例如，在LTE网络中，频域上的信道观测数据多达400个。与之形成对照的是，由于多径的稀疏性，时域参数的数目通常很小。理论上多径数目可以无穷多，然而在实际的无线传播环境里，多径一般地聚集成若干稀疏分布的多径簇，每一多径簇中的多径的延迟差别很小，因此一多径簇中的所有多径可以通过一个等效多径表示。在下文中，在不致混淆的情况下，等效多径被简称为多径。多径的稀疏性使得时域参数的数目很少。无线信道中多径的稀疏性已被成功运营多年的移动网络所验证。比如，作为三代无线移动网络的核心装置的耙式接收器的基础就是多径的稀疏性。时域参数通过求解下面的最小化问题从频域上的K个信道观测数据中提取：其中JF(L,α0,…,αL-1,τ0,…,τL-1)为频域匹配误差，p&本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种信道估计方法，其特征在于，该方法包括：（a）通过接收信号中的导频信号生成一信道观测数据集，（b）采用连续时域多径模型，对接收信号所经过的信道进行建模，所产生的信道模型由一时域参数集描述，该时域参数集包括：（i）多径数目，（ii）多径延迟，以及（iii）多径幅度，（c）通过对所述的信道观测数据集和上述连续时域多径模型之间的匹配误差进行最小化，提取所述的时域参数，以及（d）通过所述的时域参数重构上述信道，据此，重构出的信道提供了较上述信道观测数据更为准确的信道估计。

【技术特征摘要】
2012.10.09 US 13/648,2541.一种信道估计方法，其特征在于，该方法包括：(a)通过接收信号中的导频信号生成一信道观测数据集，(b)采用连续时域多径模型，对接收信号所经过的信道进行建模，所产生的信道模型由一时域参数集描述，该时域参数集包括：(i)多径数目，(ii)多径延迟，以及(iii)多径幅度，(c)通过对所述的信道观测数据集和所述的连续时域多径模型之间的匹配误差进行递归式最小化，提取所述的时域参数，所述的递归式最小化中的多径延迟通过以下公式所确定：其中，αl为多径幅度，τl为多径延迟，ωk为频域上的取样点，S(ω)为基带频域合成响应，εl-1,k为前一次递归的在ωk处的频域失配，多径幅度通过以下公式所确定:(d)通过在所述的递归式最小化给出的多径延迟处，对所述的匹配误差进行最小化，从而进一步改进所述的多径幅度，以及(e)通过所述的时域参数重构上述信道，据此，重构出的信道提供了较上述信道观测数据更为准确的信道估计。2.根据权利要求1所述的信道估计方法，其特征在于，进一步包括：将所述的递归式最小化提取出的时域参数作为初始猜测，实施完整最小化；据此，所述的时域参数在完整最小化结束后得到了进一步的改进。3.根据权利要求1所述的信道估计方法，其特征在于，如果当前递归与上一次递归的匹配误差的差别小于预先确定的范围，所述的递归式最小化的递归过程即停止。4.根据权利要求1所述的信道估计方法，其特征在于，所述的多径数目为所述的递归式最小化中的递归次数所确定。5.一种信道估计方法，其特征在于，该方法包括：(a)通过接收信号中的导频信号在频域生成...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓安，
申请(专利权)人：王晓安，
类型：发明
国别省市：美国;US