一种利用空间滤波器减少信道估计误差的方法

摘要

本发明涉及一种通信接收机中利用空间滤波器来减少信道响应估计误差的方法。在TD－SCDMA通信系统中，计算出每个用户主能量信号的波达角DOA，由此计算出所有用户每个天线阵元响应αk，从每个阵元的信道天线响应Hk＝diag(β)αk中减去天线响应αk，得到单纯的信道响应β，对K个天线的β求和，得到HO＝Kβ，再分别用αk点乘HO，得到K个天线的重新构造的每个天线阵元信道响应HOk＝diag(Kβ)αk。因此，利用空间滤波器进行滤波以后，与传统的单天线阵元信道估计比较，可以提高信道估计的精度K倍。

说明书

技术领域

本发明涉及一种通信接收机中利用空间滤波器来减少信道响应估计误差的方法，尤其涉及TD-SCDMA领域或者其他使用信道估计的通信系统中减少信道响应估计误差的一种的改进方法。

背景技术

在通信系统中，接收方往往要进行信道响应估计，TD-SCDMA系统是使用反卷积滤波器，计算训练序列的一倍码片速率的每个天线阵元信道响应H_k。因为目前协议中的有效训练序列较短只有128个码片，计算出的每个天线阵元信道响应H_k里包含了σ²/112的噪音分量，影响了每个天线阵元信道响应H_k的准确性。尤其在低信噪比的情况下，很难用简单的功率门限来区分每个天线阵元信道响应H_k样点和噪音样点(又叫抽头)。

另外，在基站一侧如果用户上行信号的码片峰点与信道估计单元基准时间精确对齐，单径对应的每个天线阵元信道响应H_k只出现一个样点，这是理想情况。如果没有对齐，除主峰外还会出现一系列边峰的样点。每个天线阵元信道响应H_k的主要能量集中在主峰分裂的两个样点上，这是一倍码片速率信道响应估计的特点。

由于噪音的存在，设置合适的门限比较困难：如果设置高了，低于门限的一部分每个天线阵元信道响应H_k样点有可能被删除，由此造成了H_k的失真；如果设置低了，噪音参加进H_k里；这些都是信道估计的误差，也是造成系统矩阵失真，使后序信号信号处理输出信噪比进一步恶化的主要原因。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用空间滤波器来减少信道响应估计误差的方法，该方法是一种更有效，更精确的，计算量小的，改进的每个天线阵元信道响应H_Ok的计算方法。可以减少信道估计的误差，提高系统矩阵的精度，改善后序信号处理的信噪比。另外精确的每个天线阵元信道响应，可以改善TD-SCDMA系统中信噪比测量、功率控制、同步控制的精度；还可以简化联合检测的算法，减少计算量，减少设备量，降低接收机成本。这样就从整体上提高了TD-SCDMA系统的性能。此技术既可以应用在系统一侧，也可以应用在移动台一侧。天线阵系统都要进行波达角DOA的计算，本发明是利用了DOA，生成了一个时空矩阵α，再利用α对每个天线阵元信道响应H_k进行空间滤波，计算量很小。

本发明的一种利用空间滤波器来减少信道响应估计误差的方法，包括如下四个步骤：

步骤1.计算出每个用户主能量信号的波达角DOA，由此计算出所有用户每个天线阵元响应α_k，其中α是天线响应的相位移，它是一个[m×K]复数矩阵，α_k是其中一个[m×1]复数列向量，m是训练序列的有效长度。

步骤2.从每个阵元的信道天线响应H_k＝diag(β)α_k中减去天线响应α_k，得到单纯的信道响应β。

步骤3.对K个天线的β求和，得到H_O＝Kβ。

步骤4.再分别用α_k点乘H_O，得到K个天线的重新构造的每个天线阵元信道响应H_Ok＝diag(Kβ)α_k。

所述步骤2中对H_k中的α和β进行分离，H_k·conj(α_k)＝diag(β)α_k·conj(α_k)

附图说明

图1是本发明的总体实现框图；

图2是空间滤波器110内部4个部件之间的功能关系图。

具体实施方式

首先描述本发明的原理。TD-SCDMA系统采用了多用户的联合信道估计方法，天线阵每个阵元的信道天线响应H_k＝diag(β)α_k(H₁＝diag(β)α₁，H₂＝diag(β)α₂，……H_K＝diag(β)α_K；k为天线阵元的序号；K为天线阵元的数量；diag表示取对角线矩阵)分别由两部分构成：①β是复数信道响应，它是信道天线响应总抽头数m确定的[m×1]复数向量；②α由用户主能量信号波达角DOA计算出的天线响应的相位移，它是一个[m×K]复数矩阵，α_k是其中一个[m×1]复数列向量，α相当一个时空矩阵。

训练矩阵M_[m×m]、每个天线阵元信道天线响应H_k＝diag(β_[m×1])α_k和天线阵元数据X_k[m×1](包含了天线热噪音KTB)存在以下卷积和反卷积关系：

MH_k＝X_k                  (1)

Mdiag(β)α_k＝X_k         (2)

H_k＝diag(β)α_k＝M^-1X_k   (3)

通过公式(3)求出每个天线阵元信道天线响应H_k，H_k中的误差为输入噪音的1/112，这是通常使用的方法，由X_k通过M^-1求出H_k，对α_k和β并不分别求出。

本发明利用了α_k容易求出，且误差小的特点，通过H求出α_k，再分别从H_k减去天线响应α_k，再对单纯的信道响应β求和，再恢复α_k，又得到新的信道天线响应H_Ok，证明如下：

$>>>H>O>>=>>\Sigma >>k>=>1>>K>>>H>k>>·>conj>>(>>\alpha >k>>)>>=>>\Sigma >>k>=>1>>K>>diag>>(>\beta >)>>>\alpha >k>>·>conj>>(>>\alpha >k>>)>>=>K\beta >->->->>(>4>)>>>s>$

conj表示复数共轭，再恢复α_k后，得到：

H_Ok＝diag(Kβ)α_k        (5)

经过这样处理以后，求出的H_Ok，噪音减少为1/(112*K)，相对H_k精度提高了K倍。

因此，利用空间滤波器进行滤波以后，与传统的单天线阵元信道估计比较，可以提高信道估计的精度K倍。

下面结合附图对本发明作详细说明：

图1描述了本发明的总体实现框图，主要说明了空间滤波器110输入信号与输出信号的关系：TD-SCDMA系统中，K个天线的天线阵元信道响应H_k输入到空间滤波器110的输入端，经过空间滤波后，在输出端得到K个天线的，滤波后的每个天线阵元信道响应H_Ok。从此图可以直观地看出H_k中的噪音在H_Ok中得到了有效抑制。

图2描述了空间滤波器110内部4个部件之间的功能关系：

时空矩阵α形成器210，接收DOA扫描器生成的，全部用户主能量信号的波达角DOA，并根据天线阵的导引向量，形成K个天线的时空矩阵

α＝[α₁，α₂，…α_K]          (6)

α是[m×K]复数矩阵，α_k是其中[m×1]复数列向量，m是训练序列的有效长度。

α和β分离器220，输入K个天线的天线阵元信道响应H_k，同时输入时空矩阵α。H_k里包含α和β，从H_k里减去α只剩下β。

β求和器230，对K个天线的H_k里的β求和，得到H_O＝Kβ。

α恢复器240，输入H_O和时空矩阵α，α_k分别点乘H_O，得到重新构造的H_Ok＝diag(Kβ)α_k。