一种信道估计方法及装置
技术领域
本发明涉及通信技术领域,尤其涉及一种信道估计方法及装置。
背景技术
在无线通信系统中需要获取信道估计信息。传统的信道估计方法,通过估计出具体的信道时延扩展和多普勒频偏,生成频域插值滤波系数和时域插值滤波系数,再利用这些系数对已知导频的信道估计信息进行插值滤波,从而得到其他未知频点的信道估计信息。
上述方法适用于宽带信道传输。而对于NB-IOT(Narrow Band Internet ofThings,基于蜂窝的窄带物联网)这样的窄带信道传输,传统的信道估计方法是无法得到准确的信道时延扩展和多普勒频偏。这将会导致得到的插值滤波系数不准确,从而无法得到准确的信道估计信息。
发明内容
有鉴于此,本发明提供一种信道估计方法及装置,用以在窄带信道传输中获得准确的信道估计信息。
为解决上述技术问题,本发明提供一种信道估计方法,包括:
获取当前子帧的信道估计矩阵;
根据所述信道估计矩阵进行频域相关性计算,获得所述当前子帧的频域相关值;
根据所述信道估计矩阵进行时域相关性计算,获得所述当前子帧的时域相关值;
根据所述频域相关值确定频域插值滤波系数,以及根据所述时域相关值确定时域插值滤波系数;
根据所述频域插值滤波系数和所述时域插值滤波系数,确定待估计频点的信道估计。
其中,所述根据所述信道估计矩阵进行频域相关性计算,获得所述当前子帧的频域相关值的步骤,包括:
计算所述信道估计矩阵的各列中、任意两个相邻导频的信道估计的第一相关值;
利用获得的多个所述第一相关值确定所述当前子帧的频域相关值。
其中,所述利用获得的多个所述第一相关值确定所述当前子帧的频域相关值的步骤,包括:
计算所述获得的多个所述第一相关值的平均值,将所述平均值作为所述频域相关值。
其中,所述根据所述信道估计矩阵进行时域相关性计算,获得所述当前子帧的时域相关值的步骤,包括:
计算所述信道估计矩阵的各行中、任意两个相邻导频的信道估计的第二相关值;
利用获得的多个所述第二相关值确定所述当前子帧的时域相关值。
其中,所述利用获得的多个所述第二相关值确定所述当前子帧的频域相关值的步骤,包括:
计算所述获得的多个所述第二相关值的平均值,将所述平均值作为所述时域相关值。
其中,所述根据所述频域相关值确定频域插值滤波系数的步骤,包括:
获取N个频域相关门限值和N-1个频域插值系数;
将所述频域相关值的模,分别和所述N个频域相关门限值中相邻的第一频域相关门限值和第二频域相关门限值进行比较;
如果所述频域相关值的模大于所述第一频域相关门限值且小于或等于所述第二频域相关门限值,则将所述第一频域相关门限值对应的频域插值系数作为所述频域插值滤波系数;
其中,N为2以上的整数,所述第二频域相关门限值大于所述第一频域相关门限值。
其中,所述根据所述时域相关值确定时域插值滤波系数的步骤,包括:
获取M个时域相关门限值和M-1个时域插值系数;
将所述时域相关值的模,分别和所述M个时域相关门限值中相邻的第一时域相关门限值和第二时域相关门限值进行比较;
如果所述时域相关值的模大于所述第一时域相关门限值且小于或等于所述第二时域相关门限值,则将所述第一时域相关门限值对应的时域插值系数作为所述时域插值滤波系数;
其中,M为2以上的整数,所述第二时域相关门限值大于所述第一时域相关门限值。
其中,在所述根据所述频域相关值确定频域插值滤波系数,以及根据所述时域相关值确定时域插值滤波系数的步骤后,所述方法还包括:
对所述频域相关值进行平滑滤波,获得平滑频域相关值;
对所述时域相关值进行平滑滤波,获得平滑时域相关值;
所述根据所述频域相关值确定频域插值滤波系数,以及根据所述时域相关值确定时域插值滤波系数的步骤,具体为:
根据所述平滑频域相关值确定频域插值滤波系数,以及根据所述平滑时域相关值确定时域插值滤波系数。
第二方面,本发明提供一种信道估计装置,包括:
矩阵获取模块,用于获取当前子帧的信道估计矩阵;
频域相关值计算模块,用于根据所述信道估计矩阵进行频域相关性计算,获得所述当前子帧的频域相关值;
时域相关值计算模块,用于根据所述信道估计矩阵进行时域相关性计算,获得所述当前子帧的时域相关值;
频域插值滤波系数确定模块,用于根据所述频域相关值确定频域插值滤波系数;
时域插值滤波系数确定模块,用于根据所述时域相关值确定时域插值滤波系数;
信道估计模块,用于根据所述频域插值滤波系数和所述时域插值滤波系数,确定待估计频点的信道估计。
其中,所述频域相关值计算模块包括:
第一计算子模块,用于计算所述信道估计矩阵的各列中、任意两个相邻导频的信道估计的第一相关值;
第一获取子模块,用于利用获得的多个所述第一相关值确定所述当前子帧的频域相关值。
其中,所述第一获取子模块具体用于:计算所述获得的多个所述第一相关值的平均值,将所述平均值作为所述频域相关值。
其中,所述时域相关值计算模块包括:
第二计算子模块,用于计算所述信道估计矩阵的各行中、任意两个相邻导频的信道估计的第二相关值;
第二获取子模块,用于利用获得的多个所述第二相关值确定所述当前子帧的时域相关值。
其中,所述第二获取子模块具体用于,计算所述获得的多个所述第二相关值的平均值,将所述平均值作为所述时域相关值。
其中,所述频域插值滤波系数确定模块包括:
第一获取子模块,用于获取N个频域相关门限值和N-1个频域插值系数;
第一比较子模块,用于将所述频域相关值的模,分别和所述N个频域相关门限值中相邻的第一频域相关门限值和第二频域相关门限值进行比较;
第一确定子模块,用于如果所述频域相关值的模大于所述第一频域相关门限值且小于或等于所述第二频域相关门限值,则将所述第一频域相关门限值对应的频域插值系数作为所述频域插值滤波系数;
其中,N为2以上的整数,所述第二频域相关门限值大于所述第一频域相关门限值。
其中,所述时域插值滤波系数确定模块包括:
第二获取子模块,用于获取M个时域相关门限值和M-1个时域插值系数;
第二比较子模块,用于将所述时域相关值的模,分别和所述M个时域相关门限值中相邻的第一时域相关门限值和第二时域相关门限值进行比较;
第二确定子模块,用于如果所述时域相关值的模大于所述第一时域相关门限值且小于或等于所述第二时域相关门限值,则将所述第一时域相关门限值对应的时域插值系数作为所述时域插值滤波系数;
其中,M为2以上的整数,所述第二时域相关门限值大于所述第一时域相关门限值。
其中,所述装置还包括:
第一平滑滤波模块,用于对所述频域相关值进行平滑滤波,获得平滑频域相关值;
第二平滑滤波模块,用于对所述时域相关值进行平滑滤波,获得平滑时域相关值;
所述频域插值滤波系数确定模块具体用于,根据所述平滑频域相关值确定频域插值滤波系数;
所述时域插值滤波系数确定模块具体用于,根据所述平滑时域相关值确定时域插值滤波系数。
本发明的上述技术方案的有益效果如下:
在本发明实施例中,通过频域和时域相关性计算获得频域相关值和时域相关值,进而获取频域插值滤波系数和时域插值滤波系数完成插值滤波,从而快速准确的得到其他未知频点的信道估计信息,避免了现有技术中在窄带信道下由于导频过少带来的时延扩展和多普勒频偏估计不准确的缺陷。因而,利用本发明实施例的方案能够在窄带信道传输中获得准确的信道估计信息。
附图说明
图1为本发明实施例一的信道估计方法的流程图;
图2为本发明实施例二的信道估计方法的流程图;
图3为本发明实施例二的信道估计方法的处理示意图;
图4为本发明实施例三的信道估计装置的示意图;
图5为本发明实施例三的信道估计装置的结构图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
实施例一
如图1所示,本发明实施例一的信道估计方法,包括:
步骤101、获取当前子帧的信道估计矩阵。
在本发明实施例中,根据对当前子帧的导频进行估计,获得当前子帧的信道估计矩阵。
步骤102、根据所述信道估计矩阵进行频域相关性计算,获得所述当前子帧的频域相关值。
在此步骤中,计算所述信道估计矩阵的各列中、任意两个相邻导频的信道估计的第一相关值,然后利用获得的多个所述第一相关值确定所述当前子帧的频域相关值。进一步的,计算所述获得的多个所述第一相关值的平均值,将所述平均值作为所述频域相关值。
步骤103、根据所述信道估计矩阵进行时域相关性计算,获得所述当前子帧的时域相关值。
在此步骤中,计算所述信道估计矩阵的各行中、任意两个相邻导频的信道估计的第二相关值,然后利用获得的多个所述第二相关值确定所述当前子帧的时域相关值。进一步的,计算所述获得的多个所述第二相关值的平均值,将所述平均值作为所述时域相关值。
其中,步骤102和103的执行并无严格的先后关系。
步骤104、根据所述频域相关值确定频域插值滤波系数,以及根据所述时域相关值确定时域插值滤波系数。
在此步骤中,在确定频域插值滤波系数时,首先获取预先设置的N个频域相关门限值和预先生成的N-1个频域插值系数。然后,将所述频域相关值的模,分别和所述N个频域相关门限值中相邻的第一频域相关门限值和第二频域相关门限值进行比较。
如果所述频域相关值的模大于所述第一频域相关门限值且小于或等于所述第二频域相关门限值,则将所述第一频域相关门限值对应的频域插值系数作为所述频域插值滤波系数;其中,N为2以上的整数,所述第二频域相关门限值大于所述第一频域相关门限值。
在此步骤中,在确定时域插值滤波系数时,获取预先设置的M个时域相关门限值和M-1个时域插值系数。然后,将所述时域相关值的模,分别和所述M个时域相关门限值中相邻的第一时域相关门限值和第二时域相关门限值进行比较。
如果所述时域相关值的模大于所述第一时域相关门限值且小于或等于所述第二时域相关门限值,则将所述第一时域相关门限值对应的时域插值系数作为所述时域插值滤波系数;其中,M为2以上的整数,所述第二时域相关门限值大于所述第一时域相关门限值。
步骤105、根据所述频域插值滤波系数和所述时域插值滤波系数,确定待估计频点的信道估计。
利用频域插值滤波系数对当前子帧中已知导频的信道估计结果进行频域滤波,利用时域插值滤波系数对频域滤波的结果进行时域滤波,最终得到当前子帧中所有待估计频点的信道估计。
由上可以看出,在本发明实施例中,通过频域和时域相关性计算获得频域相关值和时域相关值,进而获取频域插值滤波系数和时域插值滤波系数完成插值滤波,从而快速准确的得到其他未知频点的信道估计信息,避免了现有技术中在窄带信道下由于导频过少带来的时延扩展和多普勒频偏估计不准确的缺陷。因而,利用本发明实施例的方案能够在窄带信道传输中获得准确的信道估计信息。
实施例二
在本发明实施例二中,以NB-IOT系统为例进行描述。图2所示为本发明实施例二的流程图,图3所示为本发明实施例二的处理示意图。结合图2和图3,本发明实施例二的信道估计方法,包括:
步骤201、获取当前子帧的信道估计矩阵。
假设当前子帧的已知导频的信道估计矩阵为:
其中,在该信道估计矩阵中,元素
表示第l列第k子载波位置的导频信道估计,取值范围为l=0,1,....L-1,k=0,1,....K-1,L为当前子帧的列数,K为一列导频在频域上的导频点数;L、K均为大于1的整数。
步骤202、计算所述信道估计矩阵的各列中、任意两个相邻导频的信道估计的第一相关值。
其中,该第一相关值按照下述公式(1)进行计算:
其中,
表示第一相关值,l=0,1,....L-1,k=0,1,....K-2。
通过对信道估计矩阵中的各列中任意两个相邻导频进行上述计算,可获得多个第一相关值。
步骤203、利用获得的多个所述第一相关值确定所述当前子帧的频域相关值。
具体的,在此步骤中,按照下述公式(2)计算所述获得的多个所述第一相关值的平均值,将所述平均值作为所述频域相关值:
其中,
表示频域相关值,
表示第一相关值,l=0,1,....L-1,k=0,1,....K-2。
步骤204、计算所述信道估计矩阵的各行中、任意两个相邻导频的信道估计的第二相关值。
其中,该第二相关值按照下述公式(3)进行计算:
其中,
表示第二相关值,l=0,1,....L-2,k=0,1,....K-1。
通过对信道估计矩阵中的各列中任意两个相邻导频进行上述计算,可获得多个第一相关值。
步骤205、利用获得的多个所述第二相关值确定所述当前子帧的时域相关值。
具体的,在此步骤中,按照下述公式(4)计算所述获得的多个所述第二相关值的平均值,将所述平均值作为所述时域相关值。
其中,
表示时域相关值,
表示第二相关值,l=0,1,....L-1,k=0,1,....K-2。
步骤206、对当前子帧获得的频域相关值和时域相关值进行平滑滤波,分别获得平滑频域相关值和平滑时域相关值。
具体的,在此按照下述公式(5)对频域相关值进行平滑滤波;按下述公式(6)对时域相关值进行平滑滤波。
其中,R″
F表示平滑频域相关值,
表示当前子帧的频域相关值,
表示上一子帧的频域相关值,其初始值为0,α
1表示第一系数,可预先设置;R″
T表示平滑时域相关值,
表示当前子帧的时域相关值,
表示上一子帧的时域相关值,其初始值为0,α
2表示第二系数,可预先设置。α
1、α
2可以相同,也可不同。
优选的,在实际应用中,
可采用上一子帧对应的平滑频域相关值,而
可采用上一子帧对应的平滑时域相关值。
步骤207、根据频域相关值确定频域插值滤波系数。
在此步骤中,设定N个频域相关门限值
预先生成N-1个频域插值系数
通过将步骤206获得的频域相关值和频域相关门限进行比较,进而从预先生成的N-1个频域插值滤波系数中选取合适的系数。
选取准则如下:将所述频域相关值的模,分别和所述N个频域相关门限值中相邻的第一频域相关门限值和第二频域相关门限值进行比较。如果所述频域相关值的模大于所述第一频域相关门限值且小于或等于所述第二频域相关门限值,则将所述第一频域相关门限值对应的频域插值系数作为所述频域插值滤波系数。
具体的,如果
则选取系数
为当前子帧的频域插值滤波系数,其中,N为2以上的整数,
表示频域相关值的模。
步骤208、根据所述时域相关值确定时域插值滤波系数。
在此步骤中,设定M个时域相关门限
预先生成M-1个时域插值滤波系数
通过将步骤206获得的时域相关值和时域相关门限进行比较,进而从预先生成的时域插值滤波系数中选取合适的系数。
选取准则如下:将所述时域相关值的模,分别和所述M个时域相关门限值中相邻的第一时域相关门限值和第二时域相关门限值进行比较;如果所述时域相关值的模大于所述第一时域相关门限值且小于或等于所述第二时域相关门限值,则将所述第一时域相关门限值对应的时域插值系数作为所述时域插值滤波系数。
具体的,如果
则选取系数
为当前子帧的时域插值滤波系数,M为2以上的整数,
表示时域相关值的模。
步骤209、根据所述频域插值滤波系数和所述时域插值滤波系数,确定待估计频点的信道估计。
利用频域插值滤波系数对当前子帧中已知导频的信道估计结果进行频域滤波,利用时域插值滤波系数对频域滤波的结果进行时域滤波,最终得到当前子帧中所有待估计频点的信道估计H。
在上述方案中,步骤202、203与步骤204、205之间并无严格的先后关系,步骤207与步骤208之间也没有严格的先后关系。
本发明技术方案适用于NB-IOT/eMTC等窄带无线通信系统。
由上可以看出,本发明实施例的方案,通过上述判定准则从预存的插值滤波系数中选取合适的插值滤波系数进行信道估计,避免了现有方法在窄带信道下由于导频过少带来的时延扩展和多普勒频偏估计不准确的缺陷。因而,利用本发明实施例的方案能够在窄带信道传输中获得准确的信道估计信息。此外,本发明实施例的方案中不需要估计时延扩展和多普勒频偏,不需要通过时延扩展和多普勒频偏计算插值滤波系数,极大的减少了运算量和复杂度。
实施例三
如图4所示,本发明实施例三的信道估计装置,其特征在于,包括:
矩阵获取模块401,用于获取当前子帧的信道估计矩阵;频域相关值计算模块402,用于根据所述信道估计矩阵进行频域相关性计算,获得所述当前子帧的频域相关值;时域相关值计算模块403,用于根据所述信道估计矩阵进行时域相关性计算,获得所述当前子帧的时域相关值;频域插值滤波系数确定模块404,用于根据所述频域相关值确定频域插值滤波系数;时域插值滤波系数确定模块405,用于根据所述时域相关值确定时域插值滤波系数;信道估计模块406,用于根据所述频域插值滤波系数和所述时域插值滤波系数,确定待估计频点的信道估计。
其中,所述频域相关值计算模块402包括:
第一计算子模块,用于计算所述信道估计矩阵的各列中、任意两个相邻导频的信道估计的第一相关值;第一获取子模块,用于利用获得的多个所述第一相关值确定所述当前子帧的频域相关值。
具体的,所述第一获取子模块具体用于:计算所述获得的多个所述第一相关值的平均值,将所述平均值作为所述频域相关值。
其中,所述时域相关值计算模块403包括:
第二计算子模块,用于计算所述信道估计矩阵的各行中、任意两个相邻导频的信道估计的第二相关值;第二获取子模块,用于利用获得的多个所述第二相关值确定所述当前子帧的时域相关值。
具体的,所述第二获取子模块具体用于,计算所述获得的多个所述第二相关值的平均值,将所述平均值作为所述时域相关值。
其中,所述频域插值滤波系数确定模块404包括:
第一获取子模块,用于获取N个频域相关门限值和N-1个频域插值系数;第一比较子模块,用于将所述频域相关值的模,分别和所述N个频域相关门限值中相邻的第一频域相关门限值和第二频域相关门限值进行比较;第一确定子模块,用于如果所述频域相关值的模大于所述第一频域相关门限值且小于或等于所述第二频域相关门限值,则将所述第一频域相关门限值对应的频域插值系数作为所述频域插值滤波系数;
其中,N为2以上的整数,所述第二频域相关门限值大于所述第一频域相关门限值。
其中,所述时域插值滤波系数确定模块405包括:
第二获取子模块,用于获取M个时域相关门限值和M-1个时域插值系数;第二比较子模块,用于将所述时域相关值的模,分别和所述M个时域相关门限值中相邻的第一时域相关门限值和第二时域相关门限值进行比较;第二确定子模块,用于如果所述时域相关值的模大于所述第一时域相关门限值且小于或等于所述第二时域相关门限值,则将所述第一时域相关门限值对应的时域插值系数作为所述时域插值滤波系数;其中,M为2以上的整数,所述第二时域相关门限值大于所述第一时域相关门限值。
此外,如图5所示,本发明实施例所述装置还包括:
第一平滑滤波模块407,用于对所述频域相关值进行平滑滤波,获得平滑频域相关值;第二平滑滤波模块408,用于对所述时域相关值进行平滑滤波,获得平滑时域相关值。此时,所述频域插值滤波系数确定模块404具体用于,根据所述平滑频域相关值确定频域插值滤波系数;所述时域插值滤波系数确定模块405具体用于,根据所述平滑时域相关值确定时域插值滤波系数。
本发明所述装置的工作原理可参照前述方法实施例的描述。
由上可以看出,本发明实施例的方案,通过上述判定准则从预存的插值滤波系数中选取合适的插值滤波系数进行信道估计,避免了现有方法在窄带信道下由于导频过少带来的时延扩展和多普勒频偏估计不准确的缺陷。因而,利用本发明实施例的方案能够在窄带信道传输中获得准确的信道估计信息。此外,本发明实施例的方案中不需要估计时延扩展和多普勒频偏,不需要通过时延扩展和多普勒频偏计算插值滤波系数,极大的减少了运算量和复杂度。
本发明的实施例四提供一种数据处理装置,包括:处理器;以及通过总线接口与所述处理器相连接的存储器,所述存储器用于存储所述处理器在执行操作时所使用的程序和数据,当处理器调用并执行所述存储器中所存储的程序和数据时,包括实现如下的功能模块或单元:
矩阵获取模块,用于获取当前子帧的信道估计矩阵;
频域相关值计算模块,用于根据所述信道估计矩阵进行频域相关性计算,获得所述当前子帧的频域相关值;
时域相关值计算模块,用于根据所述信道估计矩阵进行时域相关性计算,获得所述当前子帧的时域相关值;
频域插值滤波系数确定模块,用于根据所述频域相关值确定频域插值滤波系数;
时域插值滤波系数确定模块,用于根据所述时域相关值确定时域插值滤波系数;
信道估计模块,用于根据所述频域插值滤波系数和所述时域插值滤波系数,确定待估计频点的信道估计。
需要说明的是,本发明第四实施例提供的装置是能够对应实现上述方法实施例提供的信道估计方法的装置,故上述方法实施例提供的信道估计方法的所有实施例均可对应适用于该第四实施例,且均能达到相同或相似的有益效果。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露方法和装置,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
另外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理包括,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述收发方法的部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory,简称ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory,简称RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明所述原理的前提下,还可以作出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。