一种计算频偏估计值和信道估计值的方法和LTE基站

摘要

本发明公开了一种计算频偏估计值和信道估计值的方法和LTE基站。与现有技术相比，本发明通过建立用户在参考符号上频域信道的各个采样周期的不同信道估计之间的函数运算关系，或者建立用户在参考符号上频域信道的各个采样周期的不同理论信号与实际信号之间的函数运算关系，当目标函数值最小时，最小值对应的用户的频偏和信道估计值作为该用户的频偏估计值和信道估计值，本发明可以使LTE基站在各种信道场景下较为准确的估计出上行控制信道中在普通循环前缀(Normal CP)格式2的各用户的频偏估计值和信道估计值。

说明书

技术领域

本发明涉及3GPP技术领域，具体涉及一种LTE基站计算频偏估计值和信 道估计值的方法。

背景技术

LTE(Long Term Evolution，长期演进)中上行控制信道分为格式(format) 1/1a/1b和格式2/2a/2b，其中格式系列1用于调度请求(SR)和反馈信令 (ACK/NACK)的传输，格式系列2用于信道质量指示(CQI)和ACK/NACK 传输，用户设备(UE)根据待发送信号的种类组合选择相应的格式。控制信道 与上行共享信道(PUSCH)的一个重要区别是多个用户同时复用相同的频域和 时域资源，导致现有的方法无法估计各用户的频偏，进而影响信道估计的准确 性。

发明内容

本发明要解决的主要技术问题是提供一种LTE基站上行控制信道在普通循 环前缀(Normal CP)时计算频偏估计和信道估计的方法，准确地估算出频偏估 计和信道估计。

为解决上述技术问题，本发明提供一种计算频偏估计值和信道估计值的方 法，包括步骤：

预定频偏采样周期q；

对用户i在第一参考符号l₁上接收的信号的频偏f_i按所述预定采样周期采 样，得到用户i的频偏影响矩阵M(f_i，q)，根据用户i在第一参考符号l₁上接收的 信号频偏影响矩阵M(f_i，q)以及第一参考符号l₁上用户i发送的参考序列进 行估算，得到用户i在第一参考符号l₁上的频域信道的各个采样周期的第一信道 估计值

根据用户i在第二参考符号l₂上接收的信号进行估算，得到用户i的在第二参 考符号l₂上的频域信道的各个采样周期的第二信道估计值根据所述第二 信道估计计算出用户i在第一参考符号l₁上频域信道的各个采样周期的第 三信道估计值

按预设函数运算计算各个采样周期的第一信道估计值和第三信道估 计值两者之间的函数运算值，并将所述函数运算值中的最小值对应的频偏 以及信道估计值作为用户的频偏估计值和信道估计值。

一种实施例中，根据以下公式：

${\hat{h}}_{l_1,i,q}=\frac{1}{12}{p}_{l_1,i}^{H}M(-f_{i,q})y_{l_1}$

估算用户i在第一参考符号l₁上的频域信道的各个采样周期的第一信道估计值 其中为所述参考序列p_l，i的复共轭转置，频偏影响矩阵M(-f_i，q)为所述 频偏影响矩阵M(f_i，q)的逆矩阵。

一种实施例中，所述第三信道估计值按如下方式得出：

一种实施例中，所述函数运算包括：第一信道估计值和第三信道估计 值两者之差的绝对值、第一信道估计值和第三信道估计值两 者之差的绝对值的平方。

一种实施例中，所述最小值采用黄金分割搜索法、或者二次搜索法、或者 三次搜索法搜索得出。

一种LTE基站，包括采样单元和计算单元，其中：

采样单元，用于对用户i在第一参考符号l₁上接收的信号的频偏f_i按预定 采样周期采样，得到用户i的频偏影响矩阵M(f_i，q)，其中q为采样周期；

计算单元，与采样单元连接，用于根据用户i在第一参考符号l₁上接收的信 号频偏影响矩阵M(f_i，q)以及第一参考符号l₁上用户i发送的参考序列进行 估算，得到用户i在第一参考符号l₁上的频域信道的各个采样周期的第一信道估 计值根据用户i在第二参考符号l₂上接收的信号进行估算，得到用户i的 在第二参考符号l₂上的频域信道的各个采样周期的第二信道估计值根据 所述第二信道估计计算出用户i在第一参考符号l₁上频域信道的各个采样 周期的第三信道估计值按预设函数运算计算各个采样周期的第一信道估 计值和第三信道估计值两者之间的函数运算值，并将所述函数运算 值中的最小值对应的频偏以及信道估计值作为用户的频偏估计值和信道估计 值。

一种计算频偏估计和信道估计的方法，包括步骤：

预定频偏采样周期q；

根据用户i在第二参考符号l₂上实际接收信号进行估算得到用户i在第二参 考符号l₂上的频域信道的各个采样周期的第二信道估计值根据所述第二 信道估计计算出用户i在第一参考符号l₁上频域信道的各个采样周期的第 三信道估计值

根据第一参考符号l₁上用户i发送的参考序列p_l，i、第三信道估计值和频 偏影响矩阵M(f_i，q)构造出用户i在第一参考符号l₁上各个采样周期的理论接收 信号；

按预设函数运算计算各个采样周期的理论接收信号和实际接收信号两者之 间的函数运算值，并将所述函数运算值中的最小值对应的频偏以及信道估计值 作为用户的频偏估计值和信道估计值。

一种实施例中，所述第三信道估计值按如下方式得出：

一种实施例中，根据以下公式：

$y_{l_1}=\underset{i}{\Sigma }M\left(f_{i,q_i}\right)p_{l_1,i}{\tilde{h}}_{l_1,i,q_i}$

构造出第一参考符号l₁上各个采样周期的理论接收信号，其中为所述参考序 列p_l，i的复共轭转置，q_i为用户i的频偏采样周期。

一种实施例中，所述函数运算包括：理论接收信号和实际接收信号两者之 差的绝对值、理论接收信号和实际接收信号两者之差的绝对值的平方。

一种LTE基站，包括采样单元和计算单元，其中：

采样单元，用于对用户i在第一参考符号l₁上接收的信号的频偏f_i按预定 采样周期采样，得到用户i的频偏影响矩阵M(f_i，q)，其中q为采样周期；

计算单元，与采样单元连接，用于根据用户i在第二参考符号l₂上实际接收 信号进行估算得到用户i在第二参考符号l₂上的频域信道的各个采样周期的第二 信道估计值根据所述第二信道估计计算出用户i在第一参考符号 l₁上频域信道的各个采样周期的第三信道估计值根据第一参考符号l₁上 用户i发送的参考序列p_l，i、第三信道估计值和频偏影响矩阵M(f_i，q)构造出 用户i在第一参考符号l₁上各个采样周期的理论接收信号；按预设函数运算计算 各个采样周期的理论接收信号和实际接收信号两者之间的函数运算值，并将所 述函数运算值中的最小值对应的频偏以及信道估计值作为用户的频偏估计值和 信道估计值。

与现有技术相比，本发明通过建立用户在参考符号上频域信道的各个采样 周期的不同信道估计之间的函数运算关系，或者建立用户在参考符号上频域信 道的各个采样周期的不同理论信号与实际信号之间的函数运算关系，当目标函 数值最小时，最小值对应的用户的频偏和信道估计值作为该用户的频偏估计值 和信道估计值，本发明可以使LTE基站在各种信道场景下较为准确的估计出上 行控制信道中在普通循环前缀(Normal CP)格式2的各用户的频偏估计值和信 道估计值。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种计算频偏估计值和信道估计值的方法流 程图；

图2为本发明实施例二提供的一种LTE基站框图；

图3为本发明实施例三提供的一种计算频偏估计值和信道估计值的方法流 程图；

图4为本发明实施例四提供的一种LTE基站框图。

具体实施方式

根据LTE协议(TS36.211)在普通循环前缀(Normal CP)时，一个子帧包 含两个时隙，每个时隙包含7个符号，编号1为0、1、2、3、4、5、6、0、1、 2、3、4、5、6。本发明实施例中以每个时隙为单位，因此参考符号编号1为0、 1、2、3、4、5、6。

根据LTE协议(TS36.211)，每个时隙内以l＝1和1＝5为参考符号，参考符 号上发送的参考序列在发送端和接收端均已知。接收端在参考符号上接收的序 列y_l是多用户的混合信号，表示如下：

$y_l=\underset{i}{\Sigma }M\left(f_i\right)p_{l,i}{h}_{l,i}+n---\left(1\right)$

其中i为用户编号，1≤i≤12。f_i是第i个用户的频偏。h_l，i是第l个符号上第i 个用户的频域信道，n为白噪声。p_l，i为第l个符号上第i个用户发送的参考序列， 因为上行控制信道只占用1个资源块(RB)，因此p_l，i是长度为12的列向量，并 且两个不同用户的参考序列正交，即当i≠j时

M(f_i)＝(a_k，m)为12阶托普利茨(Toeplitz)矩阵，其各元素定义如下：

$a_{k,m}=\left(\begin{array}{c}\left\{\frac{\sin \left({\mathrm{\pi \gamma }}_i\right)}{N\sin \left(\frac{{\mathrm{\pi \gamma }}_i}{N}\right)}\right\}\exp \left(j{\mathrm{\pi \gamma }}_i\frac{N-1}{N}\right),k=m\\ \left\{\frac{\sin \left({\mathrm{\pi \gamma }}_i\right)}{N\sin \left(\frac{\pi (m-k+{\gamma }_i)}{N}\right)}\right\}\exp (-\mathrm{j\pi }\frac{m-k}{N})\exp \left(j{\mathrm{\pi \gamma }}_i\frac{N-1}{N}\right),k\ne m\end{array}\right)$

其中令γ_i＝f_i/15000(15000是LTE基站一个子载波的频谱间隔，单位为赫兹)， N为OFDM(正交频分复用)调制的IFFT(N维快速傅里叶逆变换)点数。k 代表第k行，m代表第m列。

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一

如图1所示，图1为一种计算频偏估计值和信道估计值的方法流程图，包 括步骤：

步骤S101：预定频偏采样周期q。

步骤S102：对用户i在第一参考符号l₁上接收的信号的频偏f_i按所述预定 采样周期采样，得到用户i的频偏影响矩阵M(f_i，q)，q＝1，2，…，Q_i(Q_i为取样总数)。

在实际中，f_i的变化范围一般在[-1300Hz，1300Hz]内，以30Hz为间隔进 行取样，则f_i＝[-1300Hz，-1270Hz，…，1250Hz，1280Hz]，则有共计87个采样 点。

步骤S103：根据用户i在第一参考符号l₁上接收的信号频偏影响矩阵 M(f_i，q)以及第一参考符号l₁上用户i发送的参考序列进行估算，得到用户i在 第一参考符号l₁上的频域信道的各个采样周期的第一信道估计值

对(1)式两边同时左乘

$p_{l,i}^{H}M(-f_{i,q})y_l=p_{l,i}^{H}M(f_1-f_{i,q})p_{l,1}{h}_{l,1}+p_{l,i}^{H}M(f_2-f_{i,q})p_{l,2}{h}_{l,2}---\left(2\right)$

$+p_{l,i}^{H}M(f_i-f_{i,q})p_{l,i}{h}_{l,i}+···+p_{l,i}^{H}M(f_N-f_{i,q})p_{l,N}{h}_{l,N}+\tilde{n}$

如果f_i，q等于实际的f_i，则(2)式变为：

$p_{l,i}^{H}M(-f_{i,q})y_l$

$=12·h_{l,i}+[p_{l,i}^{H}M(f_1-f_{i,q})p_{l,1}{h}_{l,1}+p_{l,i}^{H}M(f_2-f_{i,q})p_{l,2}{h}_{l,2}+···+p_{l,i}^{H}M(f_N-f_{i,q})p_{l,N}{h}_{l,N}+\tilde{n}]$

$=12·h_{l,i}+\mathrm{IN}$

其中IN为干扰噪声项，为p_l，i的复共轭转置，频偏影响矩阵M(-f_i，q)为所 述频偏影响矩阵M(f_i，q)的逆矩阵。

本实施例中，定义为用户i在频偏取样f_i，q下在符号l(＝1 和5)上的信道估计。

步骤S104：根据用户i在第二参考符号l₂上接收的信号进行估算，得到用户 i的在第二参考符号l₂上的频域信道的各个采样周期的第二信道估计值根据所述第二信道估计计算出用户i在第一参考符号l₁上频域信道的各个 采样周期的第三信道估计值

LTE系统一个时隙的持续时间为0.5毫秒(ms)，在普通循环前缀(Normal CP)时一个时隙分为7个符号(l＝0，1，…，6)，因此l＝1和l＝5之间的时间差 为这么短的时间内信道变化很小，但是存在较大的频偏带 来的相位旋转，在f_i，q下旋转因子为在LTE系统中，假设第一参 考符号l₁＝1，第二参考符号l₂＝5，则通过参考符号1得到参考符号5的信道估计 反过来，如果是通过参考符号5得到参考符号1的 信道估计则为

步骤S105：按预设函数运算计算各个采样周期的第一信道估计值和 第三信道估计值两者之间的函数运算值，并将所述函数运算值中的最小值 对应的频偏以及信道估计值作为用户的频偏估计值和信道估计值。

一实施例中，所述函数运算包括：第一信道估计值和第三信道估计值 两者之差的绝对值即第一信道估计值和第三信道 估计值两者之差的绝对值的平方当然也不局限于这两 种，其他方式只要符合本发明的思想也在本发明的保护范围之内。

在频偏范围-1300赫兹～+1300赫兹内Δ_i，q为单峰值函数，且峰值为极小值。 因此搜索最小Δ_i，q方法可以采用黄金分割搜索法(Golden Section Search)、二次 搜索法(Quadratic Search)、三次搜索法(Cubic Search)和等间隔频偏采用逐一 尝试法从87个采样点中找到Δ_i，q的最小值，则其对应的f_i，q和为用户i的频 偏估计和信道估计。当f_i，q等于实际的f_i时，Δ_i，q取得最小值。因此最小的Δ_i，q对 应的f_i，q可以作为第i个用户的频偏估计公式表示为：同时 对应的(l＝1和l＝5)为相应参考符号上的信道估计值。

实施例二

根据实施例一，实施例二提供了一种LTE基站，如图2所示，LTE基站包 括采样单元201和计算单元202，其中：

采样单元201，用于对用户i在第一参考符号l₁上接收的信号的频偏f_i按预 定采样周期采样，得到用户i的频偏影响矩阵M(f_i，q)，其中q为采样周期。

计算单元202，与采样单元201连接，用于根据用户i在第一参考符号l₁上接 收的信号频偏影响矩阵M(f_i，q)以及第一参考符号l₁上用户i发送的参考序列 进行估算，得到用户i在第一参考符号l₁上的频域信道的各个采样周期的第一 信道估计值根据用户i在第二参考符号l₂上接收的信号进行估算，得到 用户i的在第二参考符号l₂上的频域信道的各个采样周期的第二信道估计值 根据所述第二信道估计计算出用户i在第一参考符号l₁上频域信 道的各个采样周期的第三信道估计值按预设函数运算计算各个采样周期 的第一信道估计值和第三信道估计值两者之间的函数运算值，并将 所述函数运算值中的最小值对应的频偏以及信道估计值作为用户的频偏估计值 和信道估计值。

实施例三

请参阅图3所示，一种计算频偏估计值和信道估计值的方法，包括步骤：

步骤S301：预定频偏采样周期q。

步骤S302：在频偏范围内对用户i在第一参考符号l₁上接收的信号的频偏 f_i进行预定周期采样，得到用户i的频偏影响矩阵M(f_i，q)，其中q为采样周期。

步骤S303：根据用户i在第二参考符号l₂上实际接收信号进行估算得到用户 i在第二参考符号l₂上的频域信道的各个采样周期的第二信道估计值根 据所述第二信道估计计算出用户i在第一参考符号l₁上频域信道的各个采 样周期的第三信道估计值

步骤S304：根据第一参考符号l₁上用户i发送的参考序列p_l，i、第三信道估计 值和频偏影响矩阵M(f_i，q)构造出用户i在第一参考符号l₁上各个采样周 期的理论接收信号。

本实施例中，根据以下公式：

$y_{l_1}=\underset{i}{\Sigma }M\left(f_{i,q_i}\right)p_{l_1,i}{\tilde{h}}_{l_1,i,q_i}$

重构用户i在第一参考符号l₁上的理论接收信号，其中为p_l，i的复共轭转置，q_i为用户i的频偏采样周期。

步骤S305：按预设函数运算计算各个采样周期的理论接收信号和实际接收 信号两者之间的函数运算值，并将所述函数运算值中的最小值对应的频偏以及 信道估计值作为用户的频偏估计值和信道估计值。

一实施例中，所述目标函数可以是理论接收信号与实际接收信号之差的绝 对值，也可以是理论接收信号与实际接收信号之差的绝对值的平方。当然也不 局限于这两种，其他方式只要符合本发明的思想也在本发明的保护范围之内。

实施例四

根据实施例三，实施例四提供了一种LTE基站，如图4所示，LTE基站包 括采样单元401和计算单元402，其中：

采样单元401，用于对用户i在第一参考符号l₁上接收的信号的频偏f_i按预 定采样周期采样，得到用户i的频偏影响矩阵M(f_i，q)，其中q为采样周期。

计算单元402，与采样单元401连接，用于根据用户i在第二参考符号l₂上 实际接收信号进行估算得到用户i在第二参考符号l₂上的频域信道的各个采样周 期的第二信道估计值根据所述第二信道估计计算出用户i在第一 参考符号l₁上频域信道的各个采样周期的第三信道估计值根据第一参考 符号l₁上用户i发送的参考序列p_l，i、第三信道估计值和频偏影响矩阵 M(f_i，q)构造出用户i在第一参考符号l₁上各个采样周期的理论接收信号；按预设 函数运算计算各个采样周期的理论接收信号和实际接收信号两者之间的函数运 算值，并将所述函数运算值中的最小值对应的频偏以及信道估计值作为用户的 频偏估计值和信道估计值。

综上所述，本发明可以使LTE基站在各种信道场景下较为准确的估计出上 行控制信道中格式2的各用户的频偏估计和信道估计。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认 定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术 人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换， 都应当视为属于本发明的保护范围。