长期演进系统中基于终端专用参考信号的信道估计方法

摘要

本发明涉及信道估计方法，尤其涉及长期演进系统中基于终端专用参考信号的信道估计方法；本发明公开了一种长期演进LTE系统中基于终端专用参考信号的信道估计方法，该方法包括：根据资源块用户分配情况，对于已分配的资源块，利用所述资源块上携带的终端专用参考信号UE-specific RS，对所述参考信号处的子载波进行信道估计；对于未分配的资源块，利用所述参考信号处的子载波的信道估计值，对所述未分配的资源块的参考信号信道估计值进行填充处理；利用处理后的全带宽上参考信号子载波上的信道估计值，对数据子载波进行信道估计。采用本发明，实现了与小区专用参考信号一致的信道估计处理流程，减少了后续处理和控制的复杂度。

说明书

技术领域

本发明涉及信道估计方法，尤其涉及长期演进(LTE，Long Term Evolution)系统中基于终端专用参考信号(UE-specific RS)的信道估计方法。 

背景技术

在长期演进(LTE，Long Term Evolution)系统中，由于采取了正交频分复用(OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术作为其关键技术，需要通过小区专用(Ce11-specific)和用户专用(UE-specific)参考信号(RS)做信道估计，但是在LTE系统中，UE-specific参考信号与Ce11-specific参考信号在系统带宽上的分布方式有所不同：Ce11-specific参考信号是在系统带宽上连续分布，而UE-specific参考信号可能根据用户带宽的配置不同而出现非连续分布的情况，业内对UE-specific参考信号进行信道估计的常用方案是对UE-specific参考信号进行单独处理，但这样的做法会导致有两套处理流程，即针对信道估计Ce11-specific和UE-specific需要分别有单独的处理接口和处理函数，这样会增加物理层处理和控制的复杂度。 

发明内容

本发明的主要目的是提供一种LTE系统中基于终端专用参考信号的信道估计方法，从而实现终端专用参考信号信道估计与小区专用参考信号信道估计处理流程一致，减少后续处理和控制的复杂度。 

一种LTE系统中基于终端专用参考信号的信道估计方法，包括： 

根据资源块用户分配情况，对于已分配的资源块，利用所述资源块上携带的UE-specific参考信号，对所述参考信号处的子载波进行信道估计； 

对于未分配的资源块，利用所述参考信号处的子载波的信道估计值，对所 述未分配的资源块的参考信号信道估计值进行填充处理； 

利用处理后的全带宽上参考信号子载波上的信道估计值，对数据子载波进行信道估计。 

优选地，所述根据资源块用户分配情况，对于已分配的资源块，利用所述资源块上携带的终端专用参考信号UE-specific RS，对所述参考信号处的子载波进行信道估计前，还包括利用下行控制信息DCI获得资源块用户分配情况，所述资源块用户分配情况包括但不限于：已分配的资源块的个数NRB、分配的资源块中连续的资源块个数m，以及连续资源块位置指示P₁、P₂...P_i...P_m，其中P_i，i＝1，2，…m分别代表第i个连续资源块在全带宽上的分布位置指示。 

优选地，所述利用所述资源块上携带的UE-specific参考信号，对所述参考信号处的子载波进行信道估计具体为：对所述已分配资源块上的UE-specific参考信号，使用最小二乘法或最小均方误差得到UE-specific参考信号处的信道估计值 

优选地，对所述已分配的资源块上的UE-specific参考信号，使用最小二乘法得到UE-specific参考信号处的信道估计值具体为：通过本地产生的频域UE-specific参考信号P_tx(k)，k＝0，1，…，K-1和实际接收到的频域UE-specific参考信号p_rx(k)，k＝0，1，…，K-1，其中K表示UE-specific参考信号子载波的数量，获取K个UE-specific参考信号位置的信道估计序列，即： 

${\hat{H}}_{\mathrm{LS}}\left(k\right)=\frac{p_{\mathrm{rx}}\left(k\right)}{p_{\mathrm{tx}}\left(k\right)}$k＝0，1，…K-1° 

优选地，所述对于未分配的资源块，利用所述参考信号处的子载波的信道估计值，对所述参考信号信道估计值进行填充处理具体为： 

当所述工P_i和P_i+1(i＝1，…，m)之间空置等于一个资源块的情况下，采用由P_i+1中离填充位置最近的一个参考信号的信道估计结果对空置的资源块上的参考信号的信道估计值进行填充的方式； 

当所述P_i和P_i+1之间空置大于等于2个资源块的情况下，采用靠近P_i的资源块用最靠近空置位置的P_i的参考信号的信道估计值进行填充，对靠近P_i+1的资源 块用最靠近位置的P_i+1的参考信号的信道估计值填充，其余位置的资源块填充0的方式。 

优选地，当P₁或者P_m不在系统带宽的开始和结束位置的时候，则对于靠近P₁位置的资源块由最靠近空置位置的P₁的参考信号的信道估计值进行填充；对于靠近P_m位置的资源块由最靠近空置位置的P_m的参考信号的信道估计值进行填充。 

优选地，利用处理后的全带宽上参考信号子载波上的信道估计值，对数据子载波进行信道估计，具体为：利用滑动窗算法进行频域线性最小均方误差信道估计。 

优选地，所述利用滑动窗算法进行频域线性最小均方误差信道估计包括以下步骤：

根据已分配的资源块的个数NRB得到滑动窗的分块数； 

根据滑动窗长L和所述滑动窗的分块数，计算各分块的子载波信道估计值； 

对获得的全带宽上子载波的信道估计值进行合并处理。 

优选地，在所述对获得的全带宽上子载波的信道估计值进行合并处理之前还包括，得到边缘子载波的信道估计值，具体为：根据计算出的第一个UE-specific参考信号的位置偏移，复制第一个UE-specific参考信号的信道估计值，得到边缘子载波的信道估计值。 

优选地，所述根据滑动窗长L和所述滑动窗的分块数，计算各分块的子载波信道估计值具体为，其中： 

计算第一个分块的前面2*L-3个子载波的信道估计值； 

根据所述滑动窗的分块数计算每个滑动窗中间的子载波信道估计值； 

计算最后一个分块的最后2*L-1个子载波的信道估计值；本发明通过根据资源块的分配情况，对于未分配的资源块上的参考信号信道估计值，利用已分配的资源块上携带的参考信号的子载波信道估计值进行填充处理，解决了终端专用参考信号不连续分布的问题，并利用处理后的全带宽上参考信号子载波上的信道估计值，对数据子载波进行信道估计，实现了与小区专用参考信号一致的 信道估计处理流程，减少了后续处理和控制的复杂度。同时，对未分配的资源块上的参考信号信道估计值的填充处理，可以避免直接填零的填充方式高信噪比出现的瓶底效应，达到更优性能。 

附图说明

图1是本发明所述LTE系统中基于终端专用参考信号的信道估计方法流程示意图； 

图2是本发明一种实施例提供的LTE系统中基于终端专用参考信号的信道估计方法流程图； 

图3是滑动窗算法示意图； 

图4是终端专用参考信号在普通和扩展循环前缀下的映射图； 

图5是本发明一种实施例提供的性能比较图。 

具体实施方式

下面结合具体实施例以及附图对本发明的LTE系统中基于终端专用参考信号的信道估计方法进行进一步阐述，以使本发明的精神、技术特征及有效效果更易于了解。 

本发明所述LTE系统中基于终端专用参考信号的信道估计方法流程示意图如图1所示，本发明的核心技术方案是： 

S101、根据资源块用户分配情况，对于已分配的资源块，利用所述资源块上携带的UE-specific参考信号，对所述参考信号处的子载波进行信道估计； 

S102、对于未分配的资源块，利用所述参考信号处的子载波的信道估计值，对所述未分配的资源块的参考信号信道估计值进行填充处理； 

S103、利用处理后的全带宽上参考信号子载波上的信道估计值，对数据子载波进行信道估计。 

其中，作为一种实施方式，在步骤S101之前，还包括，利用下行控制信息(DCI，Downlink Control information)获得资源块用户分配情况，所述资 源块用户分配情况包括但不限于：已分配的资源块(PRB)的个数NRB、分配的资源块中连续的资源块个数m，以及连续资源块位置指示P₁、P₂...P_i...P_m，其中P_i分别代表第i个连续资源块在全带宽上的分布位置。P₁、P₂...P_i...P_m在全带宽范围内为PRB升序方向分布。其中i＝1，2，…m。 

作为更进一步的实施方式，步骤S101具体为，对所述已分配的资源块上的UE-specific参考信号，使用最小二乘法或最小均方误差得到UE-specific参考信号处的信道估计值 

步骤S101进一步为，通过本地产生的频域UE-specific参考信号p_tx(k)，k＝0，1，…，K-1和实际接收到的频域UE-specific参考信号p_rx(k)，k＝0，1，…，K-1，其中K表示UE-specific参考信号子载波的数量，获取K个UE-specific参考信号位置的信道估计序列，即： 

${\hat{H}}_{\mathrm{LS}}\left(k\right)=\frac{p_{\mathrm{rx}}\left(k\right)}{p_{\mathrm{tx}}\left(k\right)}$k＝0，1，…K-1 

步骤S102中的填充处理方式有三种情况，： 

在常规循环前缀(Normal CP)的情况下， 

情况一：当P_i和P_i+1(i＝1，…，m)(P_i为第i个连续资源块在全带宽上的分布位置指示)之间空置等于一个资源块(PRB)的情况下，采用由P_i+1中离填充位置最近的一个参考信号的信道估计结果对空置的资源块上的参考信号的信道估计值进行填充的方式； 

情况二：当P_i和P_i+1之间空置大于等于2个资源块的情况下，采用由靠近P_i的资源块用最靠近空置位置的P_i的参考信号的信道估计值进行填充，对靠近P_i+1的资源块用最靠近位置的P_i+1的参考信号的信道估计值填充，其余位置的资源块填充0的方式。 

情况三：当P₁或者P_m不在系统带宽的开始和结束位置的时候，则对于靠近P₁位置的资源块由最靠近空置位置的P₁的参考信号的信道估计值进行填充；对于靠近P_m位置的资源块由最靠近空置位置的P_m的参考信号的信道估计值进行填充。 

在扩展循环前缀(extended CP)的情况下，不同之处在于，一个PRB中的参考信号占用的资源粒子(RE，Resource Element)数为4，而填充方案和Normal CP的情况一致。 

步骤S103具体为： 

利用滑动窗算法进行频域线性最小均方误差信道估计。进一步包括以下步骤： 

S1031、根据已分配的资源块(PRB)的个数NRB得到滑动窗的分块数； 

S1032、根据滑动窗长L和所述滑动窗的分块数，计算各分块的子载波信道估计值； 

S1033、对获得的全带宽上子载波的信道估计值进行合并处理。 

其中在步骤S1033之前还包括：根据计算出的第一个UE-specific参考信号的位置偏移，复制第一个UE-specific参考信号的信道估计值，得到边缘子载波的信道估计值。 

其中S1032具体为： 

计算第一个分块的前面2*L-3个子载波的信道估计值； 

根据所述滑动窗的分块数计算每个滑动窗中间子载波的信道估计值； 

计算最后一个分块的最后2*L-1个子载波的信道估计值。 

其中L表示滑动窗的窗长，从图4可以看出，UE-specific参考信号在资源块上的分布情况，其中图4A是在正常循环前缀(Normal CP情况下)的映射图，图4B是在扩展循环前缀(Extended CP情况下)。根据图3的滑动窗示意图，在第一个分块的时候，由于前面不存在参考信号，所以第一个分块的子载波信道估计值通过后面相邻的参考信号进行确定。在正常循环前缀(Normal CP情况下)第一个分块的长度确定为2*L-3，在扩展循环前缀下为2*L-2，其中减去的3和2表示UE-specific参考信号之间数据子载波的个数。 

从图4可以看出，在Normal CP情况下，一个PRB有三个RE，UE-specific参考信号占用，UE-specific参考信号之间的间隔为3个RE，所以每次滑动窗能够估计出3个数据子载波和一个UE-specific参考信号的值，则计算每个滑 动窗的中间4个子载波的信道值。同理在extended CP情况下，则计算每个滑动窗的中间3个子载波的信道值。 

为了使本领域技术人员能够更清楚的理解本发明实施例提供的技术方案，下面通过一个优选的实施例对本发明UE-specificc参考信号信道估计进行详细的说明。本实施例中信道估计的UE-specific符合LTE的物理层标准3GPP TS36.211V8.7.0，模式为单天线5MHz带宽，小区ID为2，循环前缀为常规循环前缀。 

S201、根据资源块用户分配情况，对于已分配的资源块，利用所述资源块上携带的UE-specific参考信号，对所述参考信号处的子载波进行信道估计。 

其中，本步骤具体包括以下两步骤： 

S2011、利用下行控制信息(DCI，Downlink Control information)获得资源块用户分配情况，所述资源块用户分配情况包括但不限于：已分配的资源块的个数NRB、分配的资源块中连续的资源块个数m，以及连续资源块位置指示P₁、P₂...P_i...P_m，其中P₁…P_m分别代表m个连续资源块的分布情况。 

本实施例中，已分配的资源块的个数NRB为25，分配的资源块二进制表示形式为1110111100110。由于带宽为5MHZ，根据3GPP TS 36.213V8.7.0，则连续的两个PRB为构成一个资源块(RBG)组，则上面的二进制表示形式中一个bit表示2个PRB，故可得到，分配的资源块中连续的资源块个数m为3，按照升序排列，则假设P₃表示111，P₂表示1111，P₁表示11。 

S2012、计算分配资源块上的参考信号信道估计值，计算方式是通过本地产生的UE-specific参考信号p_tx(k)，k＝0，1，…，K-1和实际接收到的频域UE-specific参考信号p_rx(k)，k＝0，1，…，K-1，其中K表示参考信号子载波的数量，获取K个UE-specific参考信号位置处的信道估计值，即： 

${\hat{H}}_{\mathrm{LS}}\left(k\right)=\frac{p_{\mathrm{rx}}\left(k\right)}{p_{\mathrm{tx}}\left(k\right)}$k＝0，1，…K-1 

S202、对于未分配的资源块，利用所述参考信号处的子载波的信道估计值，对所述未分配的资源块的参考信号信道估计值进行填充处理； 

在本实施例中，在P₃和P₂之间有一个RBG组是未分配给用户的，由于带宽为5MHZ，一个RBG组代表两个PRB，则P₃和P₂之间有两个PRB，对靠近P₁端的未分配的资源块的UE-sepecifc参考信号用最靠近空置位置的P₁的参考信号的信道估计值进行填充，另一个未分配的UE-specific参考信号用最靠近空置位置的P₂的参考信号的信道估计值进行填充。 

在P₂和P₁之间有两个RBG组未分配给用户，则中间有4个PRB未分配给用户，对分别靠近P₂和P₁的两个PRB按上述步骤进行填充，对中间的两个PRB填充0。 

由于分配的P₁不在系统带宽的起始位置。靠近P₁的地方还有一个RBG(资源块组)未分配给用户，所以对靠近P₁的PRB，用最靠近空置位置的P₁的参考信号的信道估计值对该PRB参考信号位置进行填充。另外一个PRB参考信号处的值填充0。 

图5是本实施例中，不同的填充处理方法的性能比较图。从图上可以看出，采用本实施例提供的填充方案，比直接填充0的方案，在较高信噪比区间，有明显的吞吐量性能差异。 

S203、根据已分配的资源块的个数NRB得到滑动窗的分块数block。 

在上述步骤中采用滑动窗算法在于，在频域根据线性最小均方误差(Linear Minimum Mean-Square Error，LMMSE)算法，数据子载波处的信道估计值可以表示如下：${\hat{H}}_{\mathrm{LMMSE}}=R_{{\mathrm{HH}}_p}{(R_{H_p{H}_p}+{\sigma }^2{\left(X^{H}X\right)}^{-1})}^{-1}{\hat{H}}_{\mathrm{LS}},$表示采取LMMSE算法估计出的信道值。 是表示频域上所有的子载波和导频处的子载波的互相关矩阵， 表示频域上导频处子载波的自相关矩阵。 

从上式可以看出，用LMMSE算法估计H计算量非常大。例如，每次估计H需要计算 这个计算量就非常大，且这个矩阵求逆中还包括 是表示信道功率延迟谱(PDP，Power Delay Profile)的一个表达式，是一个统计量，因此在很长时间内是固定的。假如传输的符号映射到同样的星座图，那么(XX^H)^-1可以用它的期望表示：${\sigma }_w^2{\left({\mathrm{XX}}^H\right)}^{-1}=E\left\{{\sigma }_w^2{\left({\mathrm{XX}}^H\right)}^{-1}\right\}=I_{N_p}\frac{\beta }{\mathrm{SNR}}$

其中β＝E{|X_k|²}E{1/|X_k|²}，X_k为星座图上的点，对于QPSK，β＝1，对于16QAM，β＝17/9。那么式${\hat{H}}_{\mathrm{LMMSE}}=R_{{\mathrm{HH}}_p}{(R_{H_p{H}_p}+{\sigma }^2{\left(X^{H}X\right)}^{-1})}^{-1}{\hat{H}}_{\mathrm{LS}}$可以表示为： 

${\hat{H}}_{\mathrm{LMMSE}}=R_{{\mathrm{HH}}_p}{(R_{H_p{H}_p}+I_{N_p}\frac{\beta }{\mathrm{SNR}})}^{-1}{\hat{H}}_{\mathrm{LS}}.$

在一个固定的信道环境中，子载波与其他子载波的相关性只与这两者之间的距离有关系的，距离越近相关性越大，距离越远相关性越小，因此在估计某一数据子载波的信道值时只采用与其距离最近的几个导频的信道值进行LMMSE估计即可，这样就可以大大的减小运算量。所以，将多种可能的信道和噪声因子预先设定，将 计算出来并保存，那么只需要根据估计出来的信道时延扩展的均方根(r.m.s)和估计的信噪比选择不同的Q矩阵与LS算法估计出来的 相乘即可得到频域内的信道估计值： 和 分别是N×N_p和N_p×N_p的矩阵，因此Q矩阵是一个N×N_p的矩阵。由于采取滑动窗的方式，可以取较小的N值和N_p值，减少了运算量。滑动窗窗长的选择根据实际情况需要在性能和复杂度之间进行折衷。本实施例中，取滑动窗的长度为4个RS。 

本实施例中，Block＝3*NRB-3，NRB值为25，故Block值为72。 

S204、计算第一个分块的前面2*L-3个子载波的信道估计值； 

本实施例中滑动窗的长度为4个RS，即L＝4，带入公式2*L-3，则得到需要计算第一个分块前面5个子载波的信道估计值， 

$H1\left[k\right]=\mathrm{Qf}\left[k\right][0:3]*{\hat{H}}_{\mathrm{LS}}{[0:3]}^T,k=0:4.$

S205、根据所述计算得到的分块数计算每个滑动窗中间子载波的信道估计值； 

根据3GPP TS 36.211 V8.7.0，一个PRB中有三个RE被UE-specific参考信号占用，参考信号之间的间隔为3个RE，所以每次滑动窗能够估计出3个数据子载波和一个UE-specific参考信号的信道估计值，故计算每个滑动窗的中间4个子载波的信道估计值$H1[5+4*i+k]=\mathrm{Qf}[5+k][0:3]*{\hat{H}}_{\mathrm{LS}}{[i:i+3]}^T,k=0:3.$

S206、判断是否到了最后一个分块，如果未到，继续执行S205，否则转到 S207。 

S207、计算最后一个分块的最后2*L-1个子载波的信道估计值； 

本实施例中，L＝4，则2*L-1＝7，即计算最后7个子载波的信道估计值。 

$H_1[12*\mathrm{NRB}-7+k]=\mathrm{Qf}[9+k][0:3]*{\hat{H}}_{\mathrm{LS}}{[3*\mathrm{NRB}-4:3*\mathrm{NRB}-1]}^T,k=0:6$

S208、对获得的全带宽上子载波的信道估计值进行合并处理。 

其中，步骤S208具体包括： 

S2081、根据小区ID号 和OFDM符号索引l计算出参考信号的偏移量shift； 

在普通循环前缀下：UE-specific参考信号占用的资源粒子(Resource Element，RE)在一个PRB中的偏移量shift可以表示为：在不同l情况下，shift＝v_shift或者shift＝(2+v_shift)mod 4，假设本实施例中，l＝3，计算第3个OFDM符号上shift值。由于 为2，则根据shift＝v_shift，shift为2.

S2082、对边缘子载波上的信道估计值采取最临近的Ue-specific参考信号值进行复制。 

边缘子载波为全带宽中第一个PRB中第一个终端专用参考信号前的数据子载波。即根据计算出的第一个UE参考信号的偏移量，复制第一个UE参考信号的信道估计值，得到边缘子载波的信道估计值。本实施例中，shift为2，则前面两个边缘子载波的信道估计值为第一个UE参考信号的信道估计值，H[0:shift-1]＝H1[0]，由于shift为2，则H[0:1]＝H1[0] 

S2083、将边缘子载波上的信道估计值和利用滑动窗计算的信道估计值合并，得到全带宽上子载波的信道估计值。即H[shift:12*NRB-1]＝H1[0:12*NRB-1-shift]。将shift＝2带入，得到整个带宽范围内的信道估计值。H[2:12*NRB-1]＝H1[0:12*NRB-1-2]。其中H[0:12*NRB-1]表示最终的信道估计值。 

可见，本发明提供的一种LTE系统中基于终端专用参考信号的信道估计方法，通过根据资源块的分配情况，对于未分配的资源块，利用已分配的资源块 上携带的参考信号的子载波信道估计值进行信道估计值填充处理，解决了终端专用参考信号不连续分布的问题，并利用处理后的全带宽上参考信号子载波上的信道估计值，对数据子载波进行信道估计，实现了与小区专用参考信号一致的信道估计处理流程，减少了后续处理和控制的复杂度。 

本领域的普通技术人员显然清楚并且理解，本发明一种LTE系统中基于终端专用参考信号的信道估计方法所举的以上实施例仅用于说明本发明一种LTE系统中基于终端专用参考信号的信道估计方法，而并不用于限制本发明一种LTE系统中基于终端专用参考信号的信道估计方法。虽然通过实施例有效描述了本发明一种LTE系统中基于终端专用参考信号的信道估计方法，本领域普通技术人员知道，本发明一种LTE系统中基于终端专用参考信号的信道估计方法存在许多变化而不脱离本发明的精神。在不背离本发明一种LTE系统中基于终端专用参考信号的信道估计方法的精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明的方法做出各种相应的改变或变形，但这些相应的改变或变形均属于本发明一种LTE系统中基于终端专用参考信号的信道估计方法的权利要求保护范围。