一种以训练序列进行信道估计的方法及装置.pdf

本发明涉及一种无线通信系统中移动终端的信道估计方法及装置。本发明首先计算接收训练序列码的傅利叶变换，其次判断当前信道估计是否针对本小区或是存储中的邻小区，当判断为本小区或存储中的邻小区就取出预存的训练序列傅利叶变换的倒数序列，与接收训练序列码的傅立叶变换相乘，然后进行反傅利叶变换，得到信道冲击响应；当判断既不是本小区也不是存储的邻小区可以采用查移位值表的方法得到需要的存储数据，并根据一定的排序原则(强度或出现频率等)来存储新的数据到存储区中以待下次直接取用。本发明有效地平衡了减少运算量与节约存储空间的矛盾，通过利用很少的存储空间，大大降低了运算量，提高了运算精度。

1.  一种以训练序列进行信道估计的装置，其包括一接收训练序列计算单元，一基本训练序列运算单元，一判断单元，一序列乘法单元，一存储单元和一信道响应结果计算单元；
其中所述的接收训练序列计算单元用于对信号中的接收训练序列进行傅立叶变换计算，并将其计算结果输入到所述的序列乘法单元；
所述的判断单元是根据信号中的基本训练序列索引值与各小区的对应关系，判断出基本训练序列所在的小区，并将判断的结果输入到存储单元；
所述的存储单元用于存储本小区和邻小区的基本训练序列索引值，与上述基本训练序列索引值相对应的本小区和邻小区的相对起始位置以及与本小和邻小区相对起始位置相对应的本小区和邻小区基本训练序列运算实际结果，并将最后的实际结果输入到序列乘法单元；
所述的基本训练序列运算单元用于对信号中基本训练序列进行傅立叶变换计算并将计算结果求倒数和归一运算，其运算结果输入到存储单元中更新存储数据；
所述的序列乘法单元用于将接受训练序列计算单元输入的计算结果与存储单元输入的结果进行乘法运算，并将运算结果输入到信号响应结果计算单元；
所述的信号响应结果计算单元对输入的运算结果进行反傅立变换计算。

2.  如权利要求1所述的一种以训练序列进行信道估计的装置，其中所述的基本序列运算单元由一基本序列计算单元，一移位值存储单元和一序列倒数单元组成，所述的基本序列计算单元用于对基本训练序列进行傅立叶变换计算，并将其计算结果输入到所述的倒数单元；
所述的移位值单元用于预先存储与本小区和邻小区基本训练序列索引值相对应的移位值；
所述的序列倒数单元根据移位值单元预先存储的移位值对基本训练序列单元输入的计算结果进行求倒数运算。

3.  如权利要求1所述的一种以训练序列进行信道估计的装置，其中所述的基本序列运算单元由一序列归一化单元，一序列倒数单元和一序列移位单元组成。

4.  一种以训练序列进行信道估计的方法，其包括如下步骤：
预先设置步骤，系统预先将一些数据存储在存储单元中，其数据主要包括本小区和邻小区基本训练序列索引值；本小区和邻小区的相对起始地址，其中所述的相对起始地址是指预先存储的小区与基本训练序列相关数据的首地址；本小区和邻小区相对地址和本小区和邻小区基本训练序列运算实际结果；其中上述各数据可以根据以下步骤中的运算步骤中出现的新数据而随时被更新；
接收训练序列计算步骤，将信号中的接收训练序列进行傅立叶变换计算，其计算结果输入到判断步骤中；
判断步骤，根据信号中的基本训练序列的索引值判断出此基本训练序列是为本小区或是邻小区还是其他小区，并根据不同的判断结果执行不同的操作步骤；
当判断的结果是本小区或存储的邻小区，将进入直接读取的步骤；
当判断的步骤既不是本小区也不是存储的邻小区，将进入基本训练序列运算步骤；
直接读取步骤，当判断步骤中判断的结果是本小区或存储中的邻小区时，直接读取步骤将根据预先设置步骤中本小区和邻小区的训练序列索引值，查询到本小区和邻小区的相对起始地址并提取出此段起始地址数据，从而得到本小区和邻小区基本训练序列运算实际结果；
基本训练序列运算步骤，当判断步骤中判断的结果既不是本小区也不是存储中的邻小区时，对信号中的基本训练序列进行傅立叶变换计算并将其结果进行求倒和归一运算，最后结果输到更新步骤；
更新步骤，将基本训练序列运算单元的结果分别添加到存储单元中，根据一定的排序原则(强度或出现频率等)来更新原有的小区和邻小区基本训练序列索引值；与本小区和邻小区索引值相对应的本小区和邻小区的相对地址；本小区和邻小区基本训练序列运算实际结果，同时将上述结果输入到乘法运算步骤；
乘法运算步骤，对接收训练序列计算步骤输入的计算结果和由存储单元输入的结果进行乘法运算，并将运算结果输入到信道响应结果计算步骤；
信道响应结果计算步骤，对输入的乘法运算结果进行反傅立叶变换计算。

5.  如权利要求4所述的一种以训练序列进行信道估计的方法，其中所述的基本训练序列运算步骤可以进一步包括一基本训练序列计算步骤和序列求倒数步骤；其中
所述的基本训练序列计算步骤是对信号中的基本训练序列进行傅立叶变换计算，并将运算的结果输入到序列求倒数步骤中；
所述的序列求倒数步骤对基本训练序列步骤输入的运算结果进行求倒数运算和归一运算。

6.  如权利要求5所述的一种以训练序列进行信道估计的方法，其中所述的序列求倒数步骤中的归一移位运算采用移位值查表的方法来实现，所属的移位值查表的方法是利用预先存储的一基本训练序列索引值与移位值的对照关系表，将与信号中的基本训练序列索引值相对应的移位值直接从表中提取出来进行运算，其中所述的移位值是基本训练序列傅立叶变换的倒数最大移位值，是进行归一运算的预存值。

7.  如权利要求5所述的一种以训练序列进行信道估计的方法，其中所述的求序列倒数步骤中的归一运算采用现有的归一运算，其对求倒数后的结果进行一次统一的归一移位运算。

一种以训练序列进行信道估计的方法及装置
技术领域
本发明涉及一种无线通信系统中信道估计的方法及装置，具体地讲，涉及一种无线通信系统中以训练序列进行信道估计的方法及装置。
背景技术
在许多移动终端系统中，通过训练序列进行信道估计，可以更加正确地解调发射端发送的数据，从而来提高移动终端系统的接收性能。因此，对信道估计的速度和性能将直接影响移动终端接收的实际效果。通常信道估计是通过对接收的同步训练序列码段与已知的同步训练序列码段进行一定的运算，从而得到信道冲击响应。现有的CDMA系统中利用训练序列进行信道估计的方法通常采用的计算公式为如图11所示：

如图2所述示，利用接收训练序列计算单元将接收训练序列进行傅立叶变换并将其结果输入到序列除法单元，基本训练序列计算单元将基本训练序列进行傅立叶变换，其结果输入到序列除法单元，序列除法单元对接收训练序列的傅立叶变换值和基本训练序列的傅立叶变换值进行序列除法运算，并将其结果数值输入至一信道响应结果计算单元，此信道相应结果计算单元对输入的数值进行一个反傅立叶变换，如图8所示。对于终端用户接收机，信道估计的功能在物理层来实现，而物理层一般用定点数字信号处理技术(DSP)或者定点数字信号处理技术和专用集成电路技术(DSP+ASIC)相结合的方式来实现。定点的单位时间运算能力以及存储空间(包括程序空间和数据空间)是影响物理层的实现的最重要的两个制约因素。
信道估计在每帧中至少运用一次，如果终端还需同时获取相关的测量信息来对邻小区进行监测，那么信道估计的次数需增加，若采用如图3所使用的方法，每次都需要对接收训练序列码和基本训练序列码进行两次傅立叶计算并对其相除的结果进行一次反傅立叶的运算。这种信道估计方法所耗费的运算量将非常庞大，由于有除法或倒数的运算使其精确度降低，从而影响到终端接收的速度和效果。
发明内容
为了克服现有上述的缺点，本发明的目的是提出一种以训练序列进行信道估计的方法及装置，其相对于现有的信道估计方法可以大大降低运算复杂度，加快运算速度并且可以有效的提高运算精度。
根据本发明的第一方面提出的一种以训练序列进行信道估计的装置，其包括一接收训练序列计算单元，一基本训练序列运算单元，一判断单元，一序列乘法单元，一存储单元和一信道响应结果计算单元。
其中所述的接收训练序列计算单元用于对信号中的接收训练序列进行傅立叶变换计算，并将其计算结果输入到所述的序列乘法单元。所述的判断单元是根据信号中的基本训练序列索引值与各小区的对应关系，判断出该基本训练序列索引值是否在存储单元。所述的存储单元用于存储本小区(服务小区)和邻小区的基本训练序列索引值，与上述基本训练序列索引值相对应的本小区和邻小区的相对起始位置以及与本小区和邻小区相对起始位置相对应的本小区和邻小区基本训练序列运算实际结果，并将最后的实际结果输入到序列乘法单元。
所述的基本训练序列运算单元用于对信号中基本训练序列进行傅立叶变换计算并将其结果求序列倒数运算，其运算结果输入到存储单元中更新存储数据，其具体的进行运算的装置可以包括一基本序列计算单元，一移位值存储单元和一倒数单元。
其中所述的基本序列计算单元用于对基本训练序列进行傅立叶变换计算，并将其计算结果输入到所述的倒数单元。所述的移位值单元用于预先存储与本小区和邻小区基本训练序列索引值相对应的移位值。所述的序列倒数单元根据移位值单元预先存储的移位值对基本训练序列单元输入的计算结果直接进行求倒数运算。
其进行运算的装置还可以选择传统的运算装置一序列归一化单元，一序列倒数单元和一序列移位单元。
所述的序列乘法单元用于将接受训练序列计算单元输入的计算结果与存储单元输入的结果进行乘法运算，并将运算结果输入到信号响应结果计算单元。
所述的信号响应结果计算单元对输入的运算结果进行反傅立变换计算。
根据本发明的第二方面提出的一种以训练序列进行信道估计的方法，其主要包括如下步骤：
预先设置步骤，系统预先将一些数据存储在存储单元中，其数据主要包括本小区和邻小区基本训练序列索引值；本小区和邻小区相对起始地址，；本小区和邻小区基本训练序列运算实际结果。上述各表中的数据可以因为新小区的出现，根据一定的排序原则(强度或出现频繁度)来让相应的数据被更新。
接收训练序列计算步骤，将信号中地接收训练序列进行傅立叶变换计算，其计算结果输入到乘法步骤中。
判断步骤，根据信号中的基本训练序列的索引值判断出此基本训练序列是为本小区或是存储的邻小区还是未存储的其他小区，并根据不同的判断结果执行不同的操作步骤。此判断是基于预先设置步骤中基本训练序列的索引值与本小区和邻小区的一一对应关系，通过搜索预先设置步骤中的基本训练序列的索引值与本小区和邻小区相对地址对照关系表中所有预先存储的基本训练序列索引值，可以判断出信号中的基本训练序列索引值所对应的小区和小区的相对地址。当判断的结果是本小区或存储的邻小区，将进入直接读取的步骤；当判断的步骤既不是本小区也不是存储的邻小区，将进入基本训练序列运算步骤。
直接读取步骤，当判断步骤中判断的结果是本小区或邻小区时，直接读取步骤将根据预先设置步骤中本小区和邻小区相对地址和相对起始地址对照表，查询到本小区和邻小区的相对起始地址并提取出此段起始地址数据，在根据本小区和邻小区相对地址和本小区和邻小区基本训练序列运算实际结果对照表，从实际结果运算表中提取出对应上述起始地址数据大小的实际运算数据。此数据实际是预先存储的本小区和邻小区基本训练序列的傅立叶变换计算值的倒数值，经过上述的步骤可以直接将此值提取出来并进行下一步运算。
基本训练序列运算步骤，当判断步骤中判断的结果既不是本小区也不是存储的邻小区时，基本训练序列对信号中的基本训练序列进行计算，其运算可以进一步包括一基本训练序列计算步骤和序列求倒数步骤。
其中所述的基本训练序列计算步骤是对信号中的基本训练序列进行傅立叶变换计算，并将运算的结果输入到序列求倒数步骤中。
所述的序列求倒数步骤对基本训练序列步骤输入的运算结果进行求倒数运算，并将其结果输到更新步骤中。在此步骤中由于定点求倒数的运算中，要求其分子大于分母值，所以对求倒的结果进行归一化处理，此归一化处理可以通过查移位值表的方法也可以采用对求倒数后的结果再进行一次统一的现有的归一运算。其中所述的移位值查表的方法是利用预先存储的一基本训练序列索引值与移位值的对照关系表，将与信号中的基本训练序列索引值相对应的移位值直接从表中提取出来进行运算。所述的移位值是基本训练序列傅立叶变换的倒数最大移位值，是进行归一运算的预存值。
更新步骤，将基本训练序列运算单元的结果分别添加到存储单元中，根据一定的排序原则(强度或出现频率等)来更新原有的小区和邻小区基本训练序列索引值；与索引值对应的本小区和邻小区数据存储的相对地址；本小区和邻小区基本训练序列运算实际结果，同时将上述结果输入到乘法运算步骤。
乘法运算步骤，对接收训练序列计算步骤输入的计算结果和由存储单元输入的结果进行乘法运算，并将运算结果输入到信道响应结果计算步骤。
信道响应结果计算步骤，对输入的乘法运算结果进行反傅立叶变换计算。
本发明通过系统特性，存储训练序列的倒数，在每次求信道响应的过程中通过使用用乘法单元替代除法单元的方法，能够减少一次傅立叶变换计算和求序列倒数的过程，大大地降低信道估计的运算量。
本发明还可以通过存储所有训练序列的傅利叶变换的倒数序列的移位值，用查表的方式代替归一化，以减少信道估计的运算量。通过增加一定的存储区，使得在定点上实现信道估计更为容易，并且提高了运算的精度，从而提高信道估计的性能。
附图说明
图1为TD-SCDMA帧结构示意图；
图2为传统采用训练序列得到信道冲击响应的示意图；
图3为以训练序列进行信道估计的装置示意图；
图4为本发明中实施例1中存储单元中数据存储区的格式；
图5为本发明实施例2中基本训练序列运算单元示意图；
图6为本发明实施例1中基本训练序列运算单元示意图；
图7为本发明实施例1中移位值表；
图8为现有的以训练序列进行信道估计的方法流程图；
图9为本发明以训练序列进行信道估计的方法流程图；
图10为现有的基本训练序列傅立叶变换的倒数归一运算的方法流程图；
图11为利用训练序列作信道估计传统公式；
图12为本发明利用训练序列运算推导公式；
图13为本发明采用查移位值表的方法进行归一运算的推导公式。
具体实施方式
下面结合实施例与附图，以TD-SCDMA为例，对本发明的一训练序列进行信道估计的方法作详细说明。
实施例1
如图11所示为利用训练序列作信道估计传统公式。从此公式中可以得出信道估计值等于接收训练序列的傅立叶变换计算值与基本训练序列的傅立叶变换计算值的比值的反傅立叶变换计算值，这是利用训练序列进行信道估计的基础公式，本发明也是基于上述基础公式上作的改进变形，如图12所示，在公式中，a(k)是基本训练序列傅立叶变换后的倒数的实部，b(k)是基本训练序列傅立叶变换后的倒数的虚部，c(k)是接收训练序列傅立叶变换后的倒数的实部，d(k)是接收训练序列傅立叶变换后的倒数的虚部。在使用训练序列进行信道估计的终端系统中，一旦训练序列的索引值已知，那么a(k)和b(k)的值将是固定的。根据这特性，得到该发明中运用存储单元的方法来节省运算量的方法。
如图1所示为TD-SCDMA帧结构示意图。在该帧结构中，两边是各长为352个码片的数据段，中间包括一个长为144个码片的训练序列码，用于数据接收时的信道估计。现参照图9对本发明中的实施例1的以训练序列进行信道估计方法进行描述，本发明的信道估计装置如图3所示，系统已经预先将一些数据存储在存储单元中，在存储单元中存储的数据主要包括本小区和邻小区基本训练序列索引值与本小区和邻小区的相对地址以及响应的基本训练序列结果的数据，如图4所示，这里假设有N个小区，从1，2...N的相对地址中存放本小区和邻小区的基本训练序列索引值。从N，N+1，......2N的相对地址中存放与之相对应的本小区和邻小区相对起始地址，其中所述的相对起始地址是指该索引值对应的小区的数据在预先存储区中的位置。如果训练序列的长度为M，那么从(2N+1，2N+M)，(2N+M+1，...，2N+2*M)，......(2N+(2N-1)*M+1，2N+2N*M)的相对地址中存放与本小区和邻小区基本训练序列运算实际结果。这里所说的实际结果是指存放与基本训练序列傅立叶变换计算值并求序列倒数的值。上述各表中的数据可以根据以下步骤中的运算步骤中出现的新数据而随时被更新。
当如图2所示的一数据信号输到此装置中，帧结构中的144个码片的训练序列码输入到接收训练计算单元，接收训练序列单元将接收训练序列进行傅立叶变换计算，并将其计算结果输入到判断单元中。判断单元根据数据信号中的基本训练序列的索引值判断出此基本训练序列是为本小区或是存储的邻小区还是其他未存储的小区，并根据不同的判断结果执行不同的操作步骤。其判断主要是通过搜索预先设置步骤中的基本训练序列的索引值与该基本训练序列索引值进行比较来确定所述的信号中的基本训练序列索引值是否是本小区的训练序列索引值还是存储的邻小区的训练序列索引值，或者两者均不是，即不在此存储表的范围内。
当判断的结果是本小区或存储的邻小区，那么将进入在存储单元中读取所需的数据，其读取是根据预先设置步骤中本小区和邻小区相对起始地址，根据本小区和邻小区的相对起始地址提取出从该起始地址开始的训练序列长度的数据即本小区和邻小区基本训练序列运算实际运算结果。此数据实际是预先存储的本小区和邻小区基本训练序列的傅立叶变换计算值的倒数值，经过上述的步骤可以直接将此值提取出来并进行下一步运算。例如如图4所示的存储单元数据存储区的格式中，所存储的数据为N个，序列长度为M，如果判断出的结果是本小区训练序列索引值，那么根据搜索可以得到本小区的相对地址为1，在根据相对地址N+1，就可以查询到本小区相对起始地址为2N+1然后从相对地址2N+1，2N+M中将提取出所有的数据。此数据即为基本训练序列傅立叶变换计算值并求序列倒数后的值。此外，根据系统的特点，即除非发生切换，本小区的存储内容一直保持不变。
当判断的步骤既不是本小区也不是邻小区，将通过基本训练序列运算单元进行运算其具体的运算过程如图5所示，首先所述的基本训练序列计算单元对信号中的基本训练序列进行傅立叶变换计算，并将运算的结果输入到序列求倒数单元。所述的序列求倒数单元对基本训练序列输入的运算结果进行求倒数运算和归一运算，其输出的结果如图13所示推导公式中的
2 shift a ( k ) 2 + b ( k ) 2 [ a ( k ) - jb ( k ) ] · 2 - shift ]]>
并将其结果输到更新步骤中。在公式中，a(k)是基本训练序列傅立叶变换后的倒数的实部，b(k)是基本训练序列傅立叶变换后的倒数的虚部。在此步骤中由于定点求倒数的运算中，要求其分子大于分母值，所以对求倒的结果进行归一化移位处理，此归一化处理是通过查移位值表的方法来实现的。所述的移位值查表的方法是利用预先存储的一基本训练序列索引值与移位值的对照关系表如图7所示，将与信号中的基本训练序列索引值相对应的移位值直接从表中提取出来进行运算。所述的移位值是基本训练序列傅立叶变换的倒数最大移位值，是进行归一运算的预存值。所述的运算移位值由图13所示的公式推导可以得知为shift。通过查表的方式来减少归一化运算，从而减少其运算量。本发明中充分利用该特性，通过存储倒数运算结果，即 2 shift a ( k ) 2 + b ( k ) 2 , ]]>从而将复数除法运算改为乘法运算。
经基本训练序列运算单元计算后的结果根据一定的排序原则(强度或出现频率等)输入到存储单元，即更新原有的小区和邻小区基本训练序列索引值以及与本小区和邻小区的相对地址；本小区和邻小区相对地址和本小区和邻小区基本训练序列运算实际结果对照表。上述的计算结果同时输入到序列乘法单元中，所述的序列乘法单元将此结果和接收训练序列计算输入的结果进行乘法运算，并将此运算的结果输入到信道响应结果计算单元，所述的信道响应结果计算单元对输入的乘法运算结果进行反傅立叶变换计算。
在上述的计算过程中，节省了N次基本训练序列的运算，并把N次序列除法运算改为序列乘法运算。如果以存储小区为N，序列长度为M为例，在传统算法中，假设接收训练序列运算需要10*M个单位时间，基本运算序列每次需要10*M个单位时间，序列除法运算每次需要16*M个单位时间，信道响应结果计算单元每次需要10*M个运算单元，那么总数是10*M+(10*M+16*M+10*M)*N＝10*M+36*M*N。在该装置中，接收训练序列运算需要10*M个单位时间，序列乘法运算每次需要M个单位时间，信道响应结果计算单元每次需要10*M个运算单元，那么总数是10*M+(M+10*M)*N＝10*M+11*M*N。如果M为128，N为3，那么将节省63％的运算量。
实施例2
这里仅对本实例与实例1不同时之处做说明，其相同之处就不在重复。
本实例中所述的序列求倒数单元对基本训练序列输入的运算结果进行求倒数运算和归一运算，所述的归一运算通过现有的归一运算方法，如图10所示，其运算所使用的装置如图6所示。由于此运算方法是现有的，这里不再详细说明。
本领域普通技术人员可在本发明的精神及观点内对本发明进行多种不同的修改。凡依本发明权利要求书范围所作的同等的变化及修饰，皆为本发明所保护的范围。