[发明专利]一种应用在多天线系统的时域信道估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及数字通信技术领域，特别是涉及一种应用在多天线OFDM系统中的时间域信道估计方法。

背景技术

通常，频域信道估计在多天线OFDM系统里的应用更广泛。通过在频域子信道上插入导频，在接收端可以估计出单抽头的信道频率响应。常用的频域方法中，最小二乘(LS)估计器的估计精度很差，但计算简单；线性最小均方误差(LMMSE)估计器(即维纳滤波)能实现最优估计，但计算复杂度很高，在估计过程中需要额外的信息，如子载波与信噪比的协方差矩阵等，以及大量的矩阵求逆运算。

LMMSE估计对一个子载波的信道响应，需要O(Ns³)量级的计算复杂度，Ns表示频域符号的长度。用于实际通信系统的算法，大多是对LMMSE算法的简化，其简化算法至少需要O(L_h³)量级的计算量，L_h表示信道响应长度，即码片中的多径长度。在不采用维纳滤波时，一般使用的是低通插值技术，如：线性插值，高斯插值，高阶多项式插值，时频二维插值等。这些方法比维纳滤波复杂度低，但都存在着一定的计算复杂度，且有性能损失。

随着对更大系统带宽的需求，OFDM系统的子载波数增加，LMMSE估计方法及其简化算法的复杂度进一步增加。除了上述信道估计复杂度问题，如何控制多天线系统的导频开销也是系统设计中的一个难题。

单天线系统中，不同信道上发射相互正交的导频，来保证导频间无干扰。然而，当引入多天线技术，OFDM系统的导频设计面临较大挑战，因为不同天线的信号一般使用相同的时频资源，其导频需要一定的正交化设计，才能保证相互间无干扰。以时分方式的正交化设计为例，为保证无干扰，一般地，在某一天线发射导频信号时，其他天线不能发射业务信号，导频开销随天线数量成倍增长。

实际的多天线系统中，采取特殊的设计能够降低导频开销，但是不可避免的要牺牲信道估计精度或复杂度。另一方面，小区之间干扰问题影响了系统的信道估计性能，以LTE系统为例，将相邻小区的梳状导频在频域错开，同时结合导频功率增强来提高估计性能，这种方法能够规避导频之间的干扰，但相邻小区的业务信号与本小区导频之间的干扰不可避免。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种新型的时域信道估计方法。本发明所采用的技术方案，其特征在于：频域干扰抵消预处理；在待发送时域OFDM符号中叠加参考信号/导频序列；上变频后馈送到天线端口；接收机接收空口数据(即发射机发送的信号，包含业务信号和导频信号；业务信号即时域OFDM符号)并下变频处理；基带信号送入干扰抵消模块处理；采用线性相关器估计信道抽头，即得到时域CIR；将时域响应转换成频域响应，用于数据解调。具体来说包括：

(1)业务信号与导频序列之间的干扰，可通过在发送端对存在干扰的子载波位置，不承载业务信号的方法来避开干扰，比如将导频与业务信号放在不同的时频位置上，二者在时频上分离开，LTE中采用该方法；或者将导频与业务信号在时间上分离，一段放导频，一段放业务信号，比如3G中采用该方法。但是这些方法不可避免的会造成频谱效率的损失。本发明提出的方案，时间域上业务信号与导频序列是相互独立的，二者的频域干扰主要通过干扰抵消规避，通过在相邻两个OFDM符号周期内(即OFDM符号周期长度扩展一倍)，对存在干扰的子载波上进行OFDM符号的正交重叠传输，相邻的两个符号长度上，OFDM符号按位取反发送，并在接收端干扰抵消，可节约前述方法50％的谱效率损失。

(2)多天线场景下，可根据天线数量，灵活设计相互正交的导频序列，导频序列的个数由天线个数决定，二者数值相等。导频信号与业务信号间相互独立，多个天线上的导频信号相互正交，多个天线的导频信号能够与业务信号同时发射，从而降低系统时频资源开销。对于支持N个天线发射的下行链路，依据所述方法，只需构造N组导频序列即可满足要求。多组导频序列的产生，可通过对一组基本的互补码组，经过克罗尼克积计算得到。互补码包含分量码C码和分量码S码，C码和S码的构成类似，以长度为N的C码为例，构成过程如式(1)所示。

采用上述互补码设计导频序列，其自相关特性(ACF)和互相关特性(CCF)，在一定约束下是理想的，其CCF在所有时间移位处均为零，ACF除了原点外其余时间移位均为零。导频序列和时域业务信号叠加在一起传输，接收机利用导频序列的相关特性，对接收基带信号进行线性相关运算，来获得CIR的时域抽头，其复杂度与LS算法的计算复杂度处于同一量级。通过对信道响应长度信息的利用，其估计性能具有渐近最优性。