專利名稱：：上行多用戶碼域?qū)ьl信道估計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)通信技術(shù)，具體說，涉及一種3GPPLTE中DFT-SOFDM系統(tǒng)的上行多用戶碼域?qū)ьl信道估計方法。
背景技術(shù)：
：在無線通信中，對信道信息的獲取是至關(guān)重要的，幾乎實際應(yīng)用的無線通信系統(tǒng)無一例外的要采用某種形式的信道估計技術(shù)。自適應(yīng)的信道均衡器利用信道信息來對抗ISI的影響；分集技術(shù)利用信道估計，實現(xiàn)與接收信道信號最佳匹配的接收機；最大似然檢測通過信道估計使得接收端錯誤最小化。信道估計的另外一個重要好處在于它使相關(guān)解調(diào)成為可能。因此信道估計在任何一個無線通信系統(tǒng)中都是必不可少的重要一環(huán)。信道估計分為盲信道估計和導(dǎo)頻信道估計。由于盲信道估計復(fù)雜度高且會使系統(tǒng)性能有所損失，基于導(dǎo)頻的非盲信道估計仍然是當(dāng)今大多數(shù)系統(tǒng)的優(yōu)選實用方案。插入的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)過長會影響通信的速率，過短又不能有效的估計出信道參數(shù)，因此導(dǎo)頻的最優(yōu)設(shè)計就顯得至關(guān)重要。信道估計的設(shè)計主要有兩個問題一是導(dǎo)頻信息的選擇，由于無線信道的時變性，需要接收機不斷對信道進行跟蹤，因此導(dǎo)頻信號也必須不斷傳送；二是既有較低的復(fù)雜度又有良好的導(dǎo)頻跟蹤能力的信道估計器的設(shè)計。未來移動通信對上行鏈路的要求如支持可升級帶寬，適中的PAPR/CM，保證上行傳輸?shù)恼恍缘?。在這些要求下，單載波傳輸方案SC-FDMA具有較低的PAPR，能夠提高功率的有效性并增大覆蓋范圍，成為當(dāng)前上行傳輸方案中得到眾多支持、最有發(fā)展前景的技術(shù)。SC-FDMA根據(jù)信號生成的方法的不同，可分為時域生成的IFDMA和頻域生成的DFT-SOFDM。由于上行的DFT-SOFDM技術(shù)和下行的OFDM方案具有類似的結(jié)構(gòu)，所以上下行可以共用很多參數(shù)，因此DFT-SOFDM成為上行傳輸中最有發(fā)展前景的物理層技術(shù)。在DFT-SOFDM系統(tǒng)中，導(dǎo)頻的設(shè)計及對應(yīng)的信道估計方案主要包括基于頻域正交的導(dǎo)頻設(shè)計方案和基于碼域正交的導(dǎo)頻設(shè)計方案。頻域正交導(dǎo)頻方案即多用戶的導(dǎo)頻序列頻分復(fù)用且復(fù)用方式與數(shù)據(jù)塊相同，不同用戶子載波在頻域上正交。碼域正交導(dǎo)頻方案是指利用導(dǎo)頻序列正交性來區(qū)分不同用戶的導(dǎo)頻序列，并依此來進行信道估計，不同用戶子載波在碼域上正交。碼序列的正交性不僅使得不同用戶的導(dǎo)頻相互區(qū)分開了，而且使得其呈現(xiàn)出白噪化的趨勢，降低了相互之間的干擾。在碼長度足夠滿足同一子幀同時調(diào)度的用戶數(shù)的需求的前提下，碼序列可以采用任何正交碼，如CAZAC碼、PN碼、OVSF、哈達碼等正交碼。頻域正交導(dǎo)頻方案中，由于同一小區(qū)不同用戶之間的導(dǎo)頻完全正交，因此在同一小區(qū)內(nèi)的用戶數(shù)較多時，性能相對較好，但在小區(qū)邊緣的同頻干擾比較嚴(yán)重。
發(fā)明內(nèi)容本方面所解決的技術(shù)問題是提供一種上行多用戶碼域?qū)ьl信道估計方法，能夠完成對單用戶和多用戶的信道沖激響應(yīng)的完整估計。才支術(shù)方案如下一種上行多用戶碼域?qū)ьl信道估計方法，包括發(fā)射和接收兩個步驟，其中，發(fā)射碼域正交的導(dǎo)頻信號的方法包括(11)生成M點的正交導(dǎo)頻序列；(12)對正交導(dǎo)頻序列進行DFT-SOFDM調(diào)制；(13)發(fā)射成幀后的導(dǎo)頻信號。接收碼域正交的導(dǎo)頻信號進行信道估計的方法包括如下步驟(21)接收含有碼域正交的導(dǎo)頻信號的時域信號；(22)對時域信號進行子幀分解，得到碼域正交的時域?qū)ьl信號；(23)進行DFT-SOFDM解調(diào)；(24)去除多用戶干擾和多徑干擾，輸出用戶時域或頻域信道響應(yīng)。進一步，步驟(12)具體為(121)對M點作DFT或FFT變換，將時域序列轉(zhuǎn)換成頻域序列；(122)作頻域內(nèi)M點子栽波到N點的子載波映射；(123)通過N點的IFFT模塊，將頻域訓(xùn)練序列轉(zhuǎn)換為時域訓(xùn)練序列。進一步，步驟(13)中，在時域訓(xùn)練序列前加循環(huán)前綴，形成ShortBlock,該ShortBlock用于保護信號的有效信息，消除碼間干擾。進一步，步驟(13)具體為成幀模塊按照已定義的幀結(jié)構(gòu)將生成的ShortBlock與LongBlock組合成為一個子幀，輸出至發(fā)送天線進行傳輸。進一步，步驟(22)具體為幀分解模塊對接收天線接收到的時域信號進行子幀分解，得到子幀信號中分離出來的ShortBlock。進一步，步驟(23)具體為(231)對ShortBlock作去循環(huán)前綴處理；(232)N點FFT模塊將時域信號轉(zhuǎn)換為頻域信號；(233)N到M點子載波模塊作子栽波逆映射，對接收信號的頻域信號作解擴處理，提取接收序列的頻域信息，該接收序列的頻域信息發(fā)送到信道估計干擾消除模塊。碼域正交導(dǎo)頻方案在不同的小區(qū)采用不同族的CAZAC序列，與頻域正交導(dǎo)頻方案相比，可以大大降低小區(qū)間的潛在干擾，尤其是小區(qū)邊緣的同頻干擾。另外，碼域正交導(dǎo)頻方案與頻域正交導(dǎo)頻方案相比，由于每個用戶的導(dǎo)頻能量都要分散到信道所有的子載波上，因此能夠估計出整個頻域信道的沖激響應(yīng)，不僅可以得到頻域分集增益和擴頻增益，還可以與基于CQI(ChannelQualityIndicator)的頻域調(diào)度、和基于多天線的SFBC/STBC等眾多技術(shù)很方便地結(jié)合使用。本發(fā)明技術(shù)方案可以完成對單用戶和多用戶數(shù)的信道沖激響應(yīng)的完整估計，以利于在信號檢測器中對接收信號進行均衡和或者于信道質(zhì)量的調(diào)度。同時，還可以提高信道估計的抗干擾性能和復(fù)雜度性能。圖l-A是單用戶系統(tǒng)的碼域?qū)ьl信道估計系統(tǒng)框圖l-B是多用戶系統(tǒng)的碼域?qū)ьl信道估計系統(tǒng)框圖2是DFT-SOFDM系統(tǒng)的子幀結(jié)構(gòu)框圖3是CAZAC循環(huán)移位示意圖4是CAZAC導(dǎo)頻序列生成器的結(jié)構(gòu)框圖5是DFT-SOFDM調(diào)制模塊的結(jié)構(gòu)框圖6是DFT-SOFDM解調(diào)模塊的結(jié)構(gòu)框圖7-A是千擾消除的整體處理框圖7-B多用戶干擾消除原理框圖7-C多徑干擾消除框具體實施例方式下面參照附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例作詳細(xì)描述。圖l-A是單用戶系統(tǒng)的碼域?qū)ьl信道估計系統(tǒng)框圖；圖l-B是多用戶系統(tǒng)的碼域?qū)ьl信道估計系統(tǒng)框圖。如圖l-A和圖l-B所示，上半部分為發(fā)射碼域正交的導(dǎo)頻信號的發(fā)送機，下半部分是接收碼域正交的導(dǎo)頻信號的接收機。圖2是DFT-SOFDM系統(tǒng)的子幀結(jié)構(gòu)框圖。如圖2所示，在DFT-SOFDM系統(tǒng)中，一個完整的幀結(jié)構(gòu)包括20個0.5ms的子幀，每一個子幀由6個LongBlock和2個ShortBlock組成，其中，ShortBlock用于傳輸參考信號，LongBlock用于傳輸用戶數(shù)據(jù)。發(fā)射碼域正交的導(dǎo)頻信號的發(fā)送機包括訓(xùn)練序列生成器、DFT-SOFDM調(diào)制模塊、成幀模塊、發(fā)射天線。訓(xùn)練序列生成器首先生成M點的導(dǎo)頻序列，然后將M點的導(dǎo)頻序列送入DFT-SOFDM調(diào)制模塊進行調(diào)制，調(diào)制后的導(dǎo)頻送成幀模塊組合成一個子幀，輸出至發(fā)送天線進行傳輸。接收碼域正交的導(dǎo)頻信號的接收機包括幀分解模塊、DFT-SOFDM解調(diào)模塊、信道估計干擾消除模塊。接收天線接收含有碼域正交的導(dǎo)頻信號的時域無線信號，幀分解模塊首先對接收天線接收到的時域信號進行子幀分解操作，得到從子幀信號中分離出來的碼域正交的時域?qū)ьl信號，然后通過DFT-SOFDM解調(diào)模塊對其進行解調(diào)DFT-SOFDM,解調(diào)后的導(dǎo)頻信號通過信道估計干擾消除模塊去除多用戶干擾和多徑干擾，輸出用戶時域或頻域信道響應(yīng)。接收端估計多徑信道的基本算法考慮單用戶情況。單個用戶的導(dǎo)頻信號經(jīng)過多徑傳播后在接收端可表示為其中，r表示接收信號序列，^為各多徑等效對應(yīng)的循環(huán)CAZAC序列，、為各多徑對應(yīng)的信道時域沖激響應(yīng)，p表示多徑數(shù)目。對等式兩端同時左乘《(^的共軛轉(zhuǎn)置)，根據(jù)CAZAC序列的循環(huán)自相關(guān)性為零的特性。s>+《4+..'+s:s人=2于是，可以得到時域信道各徑的沖激響應(yīng)=一根據(jù)各條多徑的時域沖激響應(yīng)及其對應(yīng)的延時，對其作傅里葉變換即可得到多徑信道的頻域響應(yīng)?？紤]多用戶情況，多個用戶的發(fā)送信息通過多徑傳播后在接收端可表示其中，下標(biāo)的第一位f表示不同用戶編號。同單用戶碼域正交導(dǎo)頻信道估計方案類似，等式兩端左乘氣,.(Av的Hermitian轉(zhuǎn)置)，又根據(jù)CAZAC序列的循環(huán)自相關(guān)性為零的特性，及不同族的CAZAC序列的低互相關(guān)特性，一可以得到時域信道各徑的沖激響應(yīng)l《<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>如圖3所示，訓(xùn)練序列生成器生成M點的CAZAC導(dǎo)頻序列，此CAZAC序列的生成規(guī)則如下1、不同小區(qū)的用戶使用不同族的CAZAC導(dǎo)頻序列。不同族的CAZAC序列間具有良好的準(zhǔn)正交性，用以最小化屬于不同小區(qū)的多用戶之間的干擾。2、同一小區(qū)內(nèi)的用戶盡量使用同族的CAZAC導(dǎo)頻序列。CAZAC序列具有理想的循環(huán)自相關(guān)性，用以最小化單個小區(qū)中不同用戶間的干擾。3、當(dāng)同一小區(qū)內(nèi)的多用戶數(shù)目大于同族CAZAC導(dǎo)頻序列數(shù)目時，可以考慮使用不同族的CAZAC導(dǎo)頻序列。長度為]Vg的CAZAC序列的生成表達式如下所示&,參,...，諷-1》)其中，6是幅度為1的復(fù)標(biāo)量因子。同時其中，"=1，…^c一l是CAZAC序列的族序號，A:=0,1,…A^-l，《是任意整數(shù)。不同族的CAZAC序列可以通過不同的族序號"來體現(xiàn)，可以看到，由于"的取值很多，所以該系統(tǒng)可以支持很多小區(qū)。參照圖4所示，對循環(huán)移位過程作詳細(xì)描述。對于同一族的CAZAC序列來說，可以支持的多用戶數(shù)目是有限的。最大用戶數(shù)^^鵬其中，m=7VG=M，w:iV,在5M帶寬條件下，M=151，W=256,CP=31，可得A^匪8。如果按照每用戶的數(shù)據(jù)信息占用50個子載波來計算，共支持6個用戶，因此，可將原始M位CAZAC序列每循環(huán)移位于位后分配1_6一至一個用戶，作為導(dǎo)頻訓(xùn)練序列。由于CAZAC序列對序列長度的特殊要求，M需取素數(shù)才可保證良好的正交性。因此，當(dāng)ShortBlock中規(guī)定導(dǎo)頻占用子載波數(shù)為非素數(shù)時，實際中可取距離規(guī)定子載波數(shù)最近的素數(shù)。具體取值可對照表一，例如，在5M帶寬條件下，ShortBlock中規(guī)定導(dǎo)頻占用子載波數(shù)為150點，實際可取M=151。表一是SB中實際占用的載波數(shù)目<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>如圖5所示，揭示了DFT-SOFDM調(diào)制模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及處理方法。當(dāng)生成導(dǎo)頻訓(xùn)練序列后，首先，通過M點轉(zhuǎn)換模塊對作M點DFT或FFT變換，將時域序列轉(zhuǎn)換至頻域。然后，通過M到N子栽波映射模塊完成頻域內(nèi)M點子載波到N點的子栽波映射，實質(zhì)上是頻域上的擴頻。具體方法可以采用集中式映射方法，即向M點序列信號末端插入零值，得到N點的擴頻信號。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>完成頻域擴頻后，需要對頻域信號作頻域-時域的轉(zhuǎn)換，即通過N點IFFT模塊，將頻域訓(xùn)練序列轉(zhuǎn)換為時域訓(xùn)練序列。在時域訓(xùn)練序列前加循環(huán)前綴形成一個ShortBlock,保護信號的有效信息，消除碼間干擾。循環(huán)前綴是訓(xùn)練序列后尾部分的復(fù)制，附加在訓(xùn)練序列前端，長度等于或大于信道的最大延遲，即使信號通過時散信道，也能保證子信道間的正交性，避免碼間干擾(ISI)。這里取循環(huán)前綴長度為31點。多用戶情況下，比如用戶數(shù)目為6，各個用戶的相對時延為71，72，…，76，不失一般性，令其相對時延滿足設(shè)《=|^,./7;」，其中L"」表示零與實數(shù)"之間距離a最近的整數(shù)。對于用戶"設(shè)其多徑信道記憶長度為丄,.(以碼片周期i;為間隔)。對擴頻后的時域?qū)ьl訓(xùn)練序列添加長度為zg的循環(huán)前綴，其中丄g滿足<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>，得到加入循環(huán)前綴后的ShortBlock導(dǎo)頻信號為A(",即<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>其中，Ms=、+W。這里設(shè)丄g小于N?！?("即為用戶/一個子幀中ShortBlock發(fā)送的導(dǎo)頻信號。成幀模塊的作用是，按照已定義的幀結(jié)構(gòu)將生成的2個ShortBlock與6個LongBlock組合成為一個子幀，輸出至發(fā)送天線進行傳輸。幀分解模塊首先對接收天線接收到的時域信號進行子幀分解操作，得到從子幀信號中分離出來的ShortBlock。如圖6所示，描述了DFT-SOFDM解調(diào)模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及處理方法，首先對一個ShortBlock作去循環(huán)前綴處理。其中，^為循環(huán)前綴長度且小于N,Mg=Zg+W。通過N點FFT模塊將時域信號轉(zhuǎn)換為頻域信號，得到C(A:)，"U。經(jīng)過子栽波映射模塊作N點子載波到M點的子載波逆映射，完成對接收信號的頻域解擴處理，接收序列上的有效頻域信息^f皮提取出來。具體方法可以采用集中式方法，即將N點序列信號末端接近零值的噪聲舍棄，從而得到M點的有效的頻域序列信號。將經(jīng)過M點IDFT模塊作M點IDFT變換，得到有效的時域序列信號^#,送下一步信道估計干擾消除。如圖7-A所示，干擾消除的整體處理包括相關(guān)和去干擾。相關(guān)參考導(dǎo)頻序列的共軛與接收序列的內(nèi)積處理，去干擾包括去除多用戶干擾和多徑干擾兩個步驟。如圖7-B所示，在信道估計干擾消除模塊中，首先在接收端根據(jù)不同用戶，生成一組包含M個長為M點的CAZAC檢驗序列。此組CAZAC檢驗序列是由目標(biāo)用戶的CAZAC有效導(dǎo)頻時域序列作M次循環(huán)移位而得到，產(chǎn)生方法類似發(fā)射機產(chǎn)生導(dǎo)頻序列的方法。例如在5M的帶寬下，即fl,.(^:+151—y)0<ytS_/其中1S乂《151,當(dāng)7'=0時，氣o(A)=將S，,取共軛后與導(dǎo)頻時域序列r^(導(dǎo)頻時域序列由DFT-SOFDM解調(diào)模塊的M點IDFT變換產(chǎn)生)作內(nèi)積運算，即左乘S。(的Hermitian轉(zhuǎn)置)，得到《.&=、于是，可以得到信道各徑的時域沖激響應(yīng)"'V—T，各用戶相對時延滿足0^7,二min《r"r2，…，7j^f2《…ST6三max(fpT2,…,fJ，及",=1/,/^」，即，根據(jù)最大多徑時延的相應(yīng)點數(shù)A,以及所得信道各徑?jīng)_激響應(yīng)A,.，y。如圖7-C所述，提取上述沖激響應(yīng)序列前端的有效值，將其中后端的極小值當(dāng)作噪聲并置零消除。這一過程就是多徑信道干擾消除過程，例如在TU3信道模型，6徑，最大多徑延時點數(shù)18點，這個信道中，可取時域沖激響應(yīng)序列前20點作為有效值，將其他點置零。得到、，/0<乂S力#其中，人#表示沖激響應(yīng)序列的有效徑數(shù)。、0z/^勺.《M最后，對信道的時域沖激響應(yīng)序列&，/作M點的FFT變換，即可得到信道的頻域響應(yīng)。權(quán)利要求1、一種上行多用戶碼域?qū)ьl信道估計方法，包括發(fā)射和接收兩個步驟，其中，發(fā)射碼域正交的導(dǎo)頻信號的方法包括(11)生成M點的正交導(dǎo)頻序列；(12)對正交導(dǎo)頻序列進行DFT-SOFDM調(diào)制；(13)發(fā)射成幀后的導(dǎo)頻信號。接收碼域正交的導(dǎo)頻信號進行信道估計的方法包括如下步驟(21)接收含有碼域正交的導(dǎo)頻信號的時域信號；(22)對時域信號進行子幀分解，得到碼域正交的時域?qū)ьl信號；(23)進行DFT-SOFDM解調(diào)；(24)去除多用戶干擾和多徑干擾，輸出用戶時域或頻域信道響應(yīng)。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的上行多用戶碼域?qū)ьl信道估計方法，其特征在于，步驟(12)具體為(121)對M點作DFT或FFT變換，將時域序列轉(zhuǎn)換成頻域序列；(122)作頻域內(nèi)M點子載波到N點的子載波映射；(123)通過N點的IFFT模塊，將頻域訓(xùn)練序列轉(zhuǎn)換為時域訓(xùn)練序列。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的上行多用戶碼域?qū)ьl信道估計方法，其特征在于，步驟U3)中，在時域訓(xùn)練序列前加循環(huán)前綴，形成ShortBlock,該ShortBlock用于保護信號的有效信息，消除碼間干擾。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的上行多用戶碼域?qū)ьl信道估計方法，其特征在于，步驟(13)具體為成幀模塊按照已定義的幀結(jié)構(gòu)將生成的ShortBlock與LongBlock組合成為一個子幀，輸出至發(fā)送天線進行傳輸。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的上行多用戶碼域?qū)ьl信道估計方法，其特征在于，步驟(22)具體為幀分解模塊對接收天線接收到的時域信號進行子幀分解，得到子幀信號中分離出來的ShortBlock。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的上行多用戶碼域?qū)ьl信道估計方法，其特征在于，步驟(23)具體為(231)對ShortBlock作去循環(huán)前綴處理；(232)N點FFT模塊將時域信號轉(zhuǎn)換為頻域信號；(233)N到M點子載波模塊作子載波逆映射，對接收信號的頻域信號作解擴處理，提取接收序列的頻域信息，該接收序列的頻域信息發(fā)送到信道估計干擾消除模塊。全文摘要本發(fā)明公開了一種上行多用戶碼域?qū)ьl信道估計方法，包括發(fā)射和接收兩個步驟，其中，發(fā)射碼域正交的導(dǎo)頻信號的方法包括生成M點的正交導(dǎo)頻序列；對正交導(dǎo)頻序列進行DFT-SOFDM調(diào)制；發(fā)射成幀后的導(dǎo)頻信號；接收碼域正交的導(dǎo)頻信號進行信道估計的方法包括如下步驟接收含有碼域正交的導(dǎo)頻信號的時域信號；對時域信號進行子幀分解，得到碼域正交的時域?qū)ьl信號；進行DFT-SOFDM解調(diào)；去除多用戶干擾和多徑干擾，輸出用戶時域或頻域信道響應(yīng)。文檔編號H04L25/02GK101179541SQ200610138090公開日2008年5月14日申請日期2006年11月7日優(yōu)先權(quán)日2006年11月7日發(fā)明者張峻峰,郁光輝申請人:中興通訊股份有限公司