正交频分复用系统及其信道估计方法
【专利摘要】本发明涉及无线通信领域，公开了一种正交频分复用系统及其信道估计方法。本发明中：从N个子带内接收到的子载波中，挑选出各导频子载波并解扰；计算解扰后的各导频子载波的相位，计算子带之间的相位差；对各子带内各导频子载波的相位进行调整以消除子带之间的相位差，并记录对应每个导频子载波的相位调整量；对各子带内经调整后的各导频子载波进行平滑处理；对于经平滑处理后的各导频子载波，分别根据对应该导频子载波的相位调整量进行相位的反向调整，以得到信道估计结果。既克服了其信道在不同的子带内的不连续性，又可以在整个带内通过平滑克服噪声。
【专利说明】正交频分复用系统及其信道估计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线通信领域，特别涉及正交频分复用系统中信道估计技术。
【背景技术】
[0002]传统的频分复用技术是数据只在一个载波信号上传输，正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,简称“OFDM”)是一种多载波调制(Μult1-Carrier Modulation,简称“MCM”),它采用多个载波,而将要传送的数据流分解成多个低速的比特流，用这些低速的数据流分别去调制多个载波。如果这些载波是用跳频方式选用的，那么即便是频谱相互混叠也能保持是相互正交的波形。这样就避免了信号波形之间的干扰，同时还提高了频谱利用率。长期演进(Long Term Evolution，简称“LTE”)网络是新一代移动通信系统，O FDM技术在LTE中得到了很好的应用。
[0003]在现在的LTE系统中，在传输模式7或者8的时候，其基站通过波束赋形来给终端发射数据，在波束赋形后，其在频域中，常常会出现子带之间其信道不是连续的，而现在OFDM系统中的通用的信道估计方法，一般是认为信道是连续的，在频域中对挑出的解扰后的导频进行平滑后，得出其信道估计结果。
[0004]但是由于其信道的不连续性，平滑处理会导致其信道估计结果误差非常大，影响其性能。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种正交频分复用系统及其信道估计方法，即克服了其信道在不同的子带内的不连续性，又可以在整个带内通过平滑克服噪声。
[0006]为解决上述技术问题，本发明的实施方式公开了一种正交频分复用系统中信道估计方法，包括以下步骤:
[0007]从N个子带内接收到的子载波中，挑选出各导频子载波并解扰，N>1 ；
[0008]计算解扰后的各导频子载波的相位；
[0009]根据解扰后的各导频子载波的相位，计算子带之间的相位差；
[0010]根据子带之间的相位差，对各子带内各导频子载波的相位进行调整以消除子带之间的相位差，并记录对应每个导频子载波的相位调整量；
[0011]对各子带内经调整后的各导频子载波进行平滑处理；
[0012]对于经平滑处理后的各导频子载波，分别根据对应该导频子载波的相位调整量进行相位的反向调整，以得到信道估计结果。
[0013]本发明的实施方式还公开了一种正交频分复用系统，包括:
[0014]解扰单元，用于从N个子带内接收到的子载波中，挑选出各导频子载波并解扰，N>1 ；
[0015]相位计算单元，用于计算解扰单元解扰后的各导频子载波的相位；
[0016]相位差计算单元，用于根据相位计算单元计算出的解扰后的各导频子载波的相位，计算子带之间的相位差；
[0017]相位调整单元，用于根据相位差计算单元计算出的子带之间的相位差，对各子带内各导频子载波的相位进行调整以消除子带之间的相位差，并记录对应每个导频子载波的相位调整量；
[0018]平滑单元，用于对各子带内经相位调整单元调整后的各导频子载波进行平滑处理；
[0019]相位反向调整单元，用于对于经平滑单元平滑处理后的各导频子载波，分别根据对应该导频子载波的相位调整量进行相位的反向调整，以得到信道估计结果。
[0020]本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于:
[0021]先计算子带间的相位差，对各导频子载波的相位进行调整以消除子带间的相位差，进行平滑后再对各导频子载波的相位进行反向调整，既克服了其信道在不同的子带内的不连续性，又可以在整个带内通过平滑克服噪声。
[0022]进一步地，先计算子带间的相位差和幅度差，对各导频子载波的相位和幅度分别进行调整以消除子带间的相位差和幅度差，进行平滑后再对各导频子载波的相位和幅度进行反向调整，既克服了其信道在不同的子带内的不连续性，又可以在整个带内通过平滑克服噪声。
[0023]进一步地，通过把不连续的信道调整到连续的信道，并且使用通用的信道估计方法平滑出整个带内子载波上的信道估计结果，用平滑后的信道估计结果修正前面调整的幅度和相位，可以得到更加精确的信道估计结果。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是本发明第一实施方式中一种正交频分复用系统中信道估计方法的流程示意图；
[0025]图2是本发明第二实施方式中一种正交频分复用系统中信道估计方法的流程示意图；
[0026]图3是本发明第二实施方式中一种导频O FDM符号上的频域示意图；
[0027]图4是本发明第三实施方式中一种正交频分复用系统的结构示意图；
[0028]图5是本发明第四实施方式中一种正交频分复用系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0029]在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。
[0030]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
[0031]本发明第一实施方式涉及一种正交频分复用系统中信道估计方法。图1是该正交频分复用系统中信道估计方法的流程示意图。
[0032]具体地说，如图1所示，该正交频分复用系统中信道估计方法包括以下步骤:
[0033]在步骤101中，从N个子带内接收到的子载波中，挑选出各导频子载波并解扰，N>1。
[0034]子带内指子带的频率范围之内。
[0035]子带是OFDM无线通信系统所使用的一定带宽的连续频带，一个子带通常被划分为多个子载波，一个OFDM无线通信系统可以使用一个或多个子带。
[0036]在本申请中，N个子带间信道不连续。
[0037]此外，可以理解，N个子带间信道不连续可以是所有的相邻子带之间信道都不连续，也可以只是其中部分相邻子带之间信道不连续。
[0038]正交频分复用系统中的基站通过波束赋形来给终端发射数据。
[0039]此外，可以理解，在本发明的其它某些实例中，即使不使用波束赋形技术，相邻子带之间的信道也可以是不连续的。
[0040]正交频分复用系统是长期演进系统，并且处于传输模式7或者8的状态下。
[0041]长期演进(Long Term Evolution,简称“LTE”)系统是新一代移动通信系统，OFDM技术在LTE中得到了很好的应用。
[0042]此后进入步骤102，计算解扰后的各导频子载波的相位。
[0043]此后进入步骤103，根据解扰后的各导频子载波的相位，计算子带之间的相位差。
[0044]计算子带之间的相位差可以有多种方法，在一个优选例中，从第X个子带的第J个导频子载波与第Y个子带的第J个导频子载波的相位差为Fj，子载波数距离为Zj，则Fj-Zj* AF就是这两个子带的相位差，其中，AF是相邻子载波间的平均相位差。AF本身也可以以多种方法求得，例如选择一个子带作为基准子带，将该子带内相邻子载波间的平均相位差作为AF，又如，先求各子带内相邻子载波间的平均相位差，再将这些平均相位差再作平均得到AF，再如，可以在两个子带中各选择一个导频子载波，将这两个导频子载波的相位差除以子载波数距离得到AF。其中X和Y为不同的自然数。
[0045]在另一个优选例中，选择两个相邻子带，设前一个子带的最后的导频子载波与后一个子带的第一个导频子载波的相位差为F1，子载波数距离为Zl，Fj-Zj * AF即可得到这两个子带的相位差，其中AF是相邻子载波间的平均相位差。
[0046]此后进入步骤104，根据子带之间的相位差，对各子带内各导频子载波的相位进行调整以消除子带之间的相位差，并记录对应每个导频子载波的相位调整量。
[0047]此后进入步骤105，对各子带内经调整后的各导频子载波进行平滑处理。
[0048]在一个优选例中，对N个子带内经调整后的各导频子载波进行平滑处理可以是将N个子带作为一个整体一起进行平滑。
[0049]平滑处理是一个现有技术，可以使用Wiener滤波，或时频域转换方法等等。
[0050]此外，可以理解，在本发明的其它某些实施例中，也可以使用其它方式进行信道估计，如使用线性插值的方法。
[0051]此后进入步骤106，对于经平滑处理后的各导频子载波，分别根据对应该导频子载波的相位调整量进行相位的反向调整，以得到信道估计结果。
[0052]在对各子带内各导频子载波的相位进行调整时，对于每一个子带，先根据子带间的相位差确定相位调整的差值，再对该子带内各导频子载波的相位统一加上这个差值，在反向调整时，将该子带内平滑后的各导频子载波的相位都减去这个差值。在一个优选例中，第X个子带和第Y个子带之间的相位差为FX，将第X个子带内的各导频子载波的相位都加上Fx以完成第X个子带的相位调整。在对第X个子带进行相位的反向调整时，将第X个子带内的各导频子载波的相位都减去Fx即可，其中X和Y为不同的自然数。
[0053]此后结束本流程。
[0054]先计算子带间的相位差，对各导频子载波的相位进行调整以消除子带间的相位差，进行平滑后再对各导频子载波的相位进行反向调整，既克服了其信道在不同的子带内的不连续性，又可以在整个带内通过平滑克服噪声。
[0055]通过把不连续的信道调整到连续的信道，并且使用通用的信道估计方法平滑出整个带内子载波上的信道估计结果，用平滑后的信道估计结果修正前面调整的幅度和相位，可以得到更加精确的信道估计结果。
[0056]本发明第二实施方式涉及一种正交频分复用系统中信道估计方法。图2是该正交频分复用系统中信道估计方法的流程示意图。
[0057]第二实施方式在第一实施方式的基础上进行了改进，主要改进之处在于:
[0058]在平滑处理的步骤之前，还包括以下步骤:
[0059]根据解扰后的各导频子载波的幅度，计算子带之间的幅度差。
[0060]此外，可以理解，计算子带之间的幅度差的方法有多种:在一个优选例中，计算每个子带内各导频子载波的平均幅度，两个子带内平均幅度之差就是子带之间的幅度差。在另一个例子中，将子带内对应的两个导频子载波的幅度差作为子带之间的幅度差，例如将两个子带中第M个导频子载波的幅度差作为子带之间的幅度差，M可以是I或2或3等。
[0061]根据子带之间的幅度差，对各子带内各导频子载波的幅度进行调整以消除子带之间的幅度差，并记录对应每个导频子载波的幅度调整量。
[0062]在对各子带内各导频子载波的幅度进行调整时，对于每一个子带，先根据子带间的幅度差确定幅度调整的比例，再对该子带内各导频子载波的幅度统一乘上这个比例，在反向调整时，将该子带内平滑后的各导频子载波的幅度都除以这个比例。在一个优选例中，在对第X个子带进行幅度调整时，以第Y个子带为基准，将第Y个子带内的平均幅度除以第X个子带内的平均幅度，得到比例K，将第X个子带内的各导频子载波的幅度都乘以K以完成第X个子带的幅度调整。在对第X个子带进行幅度的反向调整时，将第X个子带内的各导频子载波的幅度都除以K即可，其中X和Y为不同的自然数。
[0063]在平滑处理的步骤之后，还包括以下步骤:
[0064]对于经平滑处理后的各导频子载波，分别根据对应该导频子载波的幅度调整量进行幅度的反向调整，以得到信道估计结果。
[0065]具体地说，如图2所示，该正交频分复用系统中信道估计方法主要包括以下步骤:
[0066]在步骤201中，从N个子带内接收到的子载波中，挑选出各导频子载波并解扰，N>1。
[0067]子带内指子带的频率范围之内。
[0068]子带是OFDM无线通信系统所使用的一定带宽的连续频带，一个子带通常被划分为多个子载波，一个OFDM无线通信系统可以使用一个或多个子带。
[0069]在本申请中，N个子带间信道不连续。
[0070]此外，可以理解，N个子带间信道不连续可以是所有的相邻子带之间信道都不连续，也可以只是其中部分相邻子带之间信道不连续。[0071]正交频分复用系统中的基站通过波束赋形来给终端发射数据。
[0072]此外，可以理解，在本发明的其它某些实例中，即使不使用波束赋形技术，相邻子带之间的信道也可以是不连续的。
[0073]正交频分复用系统是长期演进系统，并且处于传输模式7或者8的状态下。
[0074]长期演进(Long Term Evolution,简称“LTE”)系统是新一代移动通信系统，OFDM技术在LTE中得到了很好的应用。
[0075]此后进入步骤202，计算解扰后的各导频子载波的相位和幅度。
[0076]此后进入步骤203，根据解扰后的各导频子载波的相位和幅度，计算子带之间的相位差和幅度差。
[0077]此后进入步骤204，根据子带之间的相位差和幅度差，对各子带内各导频子载波的相位和幅度进行调整以消除子带之间的相位差和幅度差，并记录对应每个导频子载波的相位调整量。
[0078]此后进入步骤205，对各子带内经调整后的各导频子载波进行平滑处理。
[0079]在一个优选例中，对N个子带内经调整后的各导频子载波进行平滑处理可以是将N个子带作为一个整体一起进行平滑。
[0080]平滑处理使用Wiener滤波，或时频域转换方法。
[0081]此外，可以理解，在本发明的其它某些实施例中，也可以使用其它方式进行信道估计，如使用线性插值的方法。
[0082]此后进入步骤206，对于经平滑处理后的各导频子载波，分别根据对应该导频子载波的相位调整量和幅度调整量进行相位和幅度的反向调整，以得到信道估计结果。
[0083]此后结束本流程。
[0084]先计算子带间的相位差和幅度差，对各导频子载波的相位和幅度分别进行调整以消除子带间的相位差和幅度差，进行平滑后再对各导频子载波的相位和幅度进行反向调整，既克服了其信道在不同的子带内的不连续性，又可以在整个带内通过平滑克服噪声。
[0085]图3是导频O FDM符号上的频域示意图。
[0086]在图3中，其一个O FDM符号的频域上，以RB (子带)为单位，资源分配给某个终端，终端需要通过其RB内的导频进行信道估计，由于波束赋形的原因，其RB之间也许信道是不连续的。导致传统的按照频域中连续信道的信道估计结果误差会非常大；
[0087]在本专利申请中，先计算每个RB内解扰后导频的幅度和相位子载波之间的相位之差，再计算其RB之间的相位差和幅度差；
[0088]对RB进行相位和幅度调整，如以RB_0为基础，计算RB_1各个导频上解扰后数据需要调整的相位和幅度，调整后RB_1内的导频后，再调整RB_2内的相位幅度，这样使得其信道在整个带内是连续的，并且保存各个RB上的调整的相位和幅度信息。
[0089]再使用传统的信道估计方法，如Wiener或时频域转换等方法对导频进行平滑，平滑出带内所有子载波的数据；
[0090]在对带内所有子载波，按照RB为单位，修正回原来调整的相位和幅度
[0091]第一实施方式是与本实施方式相对应的方法实施方式，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。
[0092]本发明的各方法实施方式均可以以软件、硬件、固件等方式实现。不管本发明是以软件、硬件、还是固件方式实现，指令代码都可以存储在任何类型的计算机可访问的存储器中(例如永久的或者可修改的，易失性的或者非易失性的，固态的或者非固态的，固定的或者可更换的介质等等)。同样，存储器可以例如是可编程阵列逻辑(Programmable ArrayLogic，简称“PAL”)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称“RAM”)、可编程只读存储器(Programmable Read Only Memory,简称“PROM”)、只读存储器(Read-Only Memory,简称“ROM”)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable ROM,简称“EEPROM”)、磁盘、光盘、数字通用光盘(Digital Versatile Disc，简称“DVD”)等等。
[0093]本发明第三实施方式涉及一种正交频分复用系统。图4是该正交频分复用系统的结构示意图。
[0094]该正交频分复用系统是长期演进系统，并且处于传输模式7或8的状态下。
[0095]该正交频分复用系统中的基站通过波束赋形来给终端发射数据。
[0096]具体地说,如图4所示,该正交频分复用系统包括:
[0097]解扰单元，用于从N个子带内接收到的子载波中，挑选出各导频子载波并解扰，N>1。
[0098]其中，N个子带间信道不连续。
[0099]相位计算单元，用于计算解扰单元解扰后的各导频子载波的相位。
[0100]相位差计算单元，用于根据相位计算单元计算出的解扰后的各导频子载波的相位，计算子带之间的相位差。
[0101]相位调整单元，用于根据相位差计算单元计算出的子带之间的相位差，对各子带内各导频子载波的相位进行调整以消除子带之间的相位差，并记录对应每个导频子载波的相位调整量。
[0102]平滑单元，用于对各子带内经相位调整单元调整后的各导频子载波进行平滑处理。
[0103]优选地，平滑单元使用Wiener滤波，或时频域转换方法进行平滑处理。
[0104]此外，可以理解，在本发明的其它某些实施例中，也可以使用其它方式进行信道估计，如使用线性插值的方法。
[0105]相位反向调整单元，用于对于经平滑单元平滑处理后的各导频子载波，分别根据对应该导频子载波的相位调整量进行相位的反向调整，以得到信道估计结果。
[0106]第一实施方式是与本实施方式相对应的方法实施方式，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。
[0107]本发明第四实施方式涉及一种正交频分复用系统。图5是该正交频分复用系统的结构示意图。
[0108]第四实施方式在第三实施方式的基础上进行了改进，主要改进之处在于:
[0109]还包括:
[0110]幅度差计算单元，用于根据解扰单元解扰后的各导频子载波的幅度，计算子带之间的幅度差。
[0111]幅度调整单元，用于根据幅度差计算单元计算出的子带之间的幅度差，对各子带内各导频子载波的幅度进行调整以消除子带之间的幅度差，并记录对应每个导频子载波的幅度调整量。
[0112]幅度反向调整单元，用于对于经平滑单元处理后的各导频子载波，分别根据对应该导频子载波的幅度调整量进行幅度的反向调整，以得到信道估计结果。
[0113]第二实施方式是与本实施方式相对应的方法实施方式，本实施方式可与第二实施方式互相配合实施。第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第二实施方式中。
[0114]需要说明的是，本发明各系统实施方式中提到的各单元都是逻辑单元，在物理上，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现，这些逻辑单元本身的物理实现方式并不是最重要的，这些逻辑单元所实现的功能的组合才是解决本发明所提出的技术问题的关键。此外，为了突出本发明的创新部分，本发明上述各系统实施方式并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，这并不表明上述系统实施方式并不存在其它的单元。
[0115]需要说明的是，在本专利的权利要求和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0116]虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。
【权利要求】
1.一种正交频分复用系统中信道估计方法，其特征在于，包括以下步骤: 从N个子带内接收到的子载波中，挑选出各导频子载波并解扰，N>1 ； 计算解扰后的各导频子载波的相位； 根据所述解扰后的各导频子载波的相位，计算子带之间的相位差； 根据所述子带之间的相位差，对各子带内各导频子载波的相位进行调整以消除所述子带之间的相位差，并记录对应每个导频子载波的相位调整量； 对各子带内经调整后的各导频子载波进行平滑处理； 对于经平滑处理后的各导频子载波，分别根据对应该导频子载波的所述相位调整量进行相位的反向调整，以得到信道估计结果。
2.根据权利要求1所述的正交频分复用系统中信道估计方法，其特征在于，在所述平滑处理的步骤之前，还包括以下步骤: 计算解扰后的各导频子载波的幅度； 根据所述解扰后的各导频子载波的幅度，计算子带之间的幅度差； 根据所述子带之间的幅度差，对各子带内各导频子载波的幅度进行调整以消除所述子带之间的幅度差，并记录对应每个导频子载波的幅度调整量； 在所述平滑处理的步骤之后，还包括以下步骤: 对于经平滑处理后的各导频子载波，分别根据对应该导频子载波的所述幅度调整量进行幅度的反向调整，以得到信道估计结果。
3.根据权利要求2所述的正交频分复用系统中信道估计方法，其特征在于，所述N个子带间信道不连续。
4.根据权利要求2所述的正交频分复用系统中信道估计方法，其特征在于，所述正交频分复用系统中的基站通过波束赋形来给终端发射数据。
5.根据权利要求4所述的正交频分复用系统中信道估计方法，其特征在于，所述正交频分复用系统是长期演进系统，并且处于传输模式7或者8的状态下。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的正交频分复用系统中信道估计方法，其特征在于，所述平滑处理使用Wiener滤波，或时频域转换方法。
7.一种正交频分复用系统，其特征在于，包括: 解扰单元，用于从N个子带内接收到的子载波中，挑选出各导频子载波并解扰，N>1 ； 相位计算单元，用于计算所述解扰单元解扰后的各导频子载波的相位； 相位差计算单元，用于根据所述相位计算单元计算出的解扰后的各导频子载波的相位，计算子带之间的相位差； 相位调整单元，用于根据所述相位差计算单元计算出的子带之间的相位差，对各子带内各导频子载波的相位进行调整以消除所述子带之间的相位差，并记录对应每个导频子载波的相位调整量； 平滑单元，用于对各子带内经所述相位调整单元调整后的各导频子载波进行平滑处理； 相位反向调整单元，用于对于经所述平滑单元平滑处理后的各导频子载波，分别根据对应该导频子载波的所述相位调整量进行相位的反向调整，以得到信道估计结果。
8.根据权利要求7所述的正交频分复用系统，其特征在于，还包括:幅度差计算单元，用于根据所述解扰单元解扰后的各导频子载波的幅度，计算子带之间的幅度差； 幅度调整单元，用于根据所述幅度差计算单元计算出的子带之间的幅度差，对各子带内各导频子载波的幅度进行调整以消除所述子带之间的幅度差，并记录对应每个导频子载波的幅度调整量； 幅度反向调整单元，用于对于经所述平滑单元处理后的各导频子载波，分别根据对应该导频子载波的所述幅度调整量进行幅度的反向调整，以得到信道估计结果。
9.根据权利要求8所述的正交频分复用系统，其特征在于，该正交频分复用系统是长期演进系统，并且处于传输模式7或8的状态下； 该正交频分复用系统中的基站通过波束赋形来给终端发射数据； 所述N个子带间信道不连续。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的正交频分复用系统，其特征在于，所述平滑单元使用Wiener滤波，或时频域转换方法进行平滑处理。
【文档编号】H04L27/26GK103944846SQ201310018251
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2013年1月17日 优先权日:2013年1月17日
【发明者】沈旭强, 曹强, 董霄剑 申请人:展讯通信（上海）有限公司