[发明专利]5G下行链路的分组插值-加权合并信道估计方法及系统

权利要求书

1.5G下行链路的分组插值-加权合并信道估计方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、在5G下行链路的多天线系统中，导频结构采用FDM和CDM复用的方式，接收端通过离散傅里叶变换得到导频符号处的频域接收信号；

S2、对频域接收信号进行LS估计并进行MMSE滤波；具体如下：

对频域接收信号进行LS估计得到：

对得到的LS估计值做镜像对称扩展：设每侧扩展P个点，即原来长度为N_p的导频序列在两侧各镜像扩展P个点得到总长度为N_p+2P的序列，其过程用数学表达式表示为：

对扩展后的序列进行DFT变换：镜像对称扩展中选择的P使得扩展后的总长度为2的整数次幂，此时使用FFT算法来实现，其表达式为：

经过DFT变换后的序列没有相关性，即滤波矩阵Γ近似为对角矩阵，其具体表达式为：

需要估计相关矩阵和噪声功率经过DFT后的序列是完全不相关的，即该序列的相关矩阵是对角矩阵，每个时隙的相关阵只是一个样本点，而相关阵是一个统计量，需要大量的样本点；因此，为了增加得到准确的相关阵估计值，需要对前后相邻时隙的做平滑，设表示第s个时隙中的的值，平滑因子为α，则

对于噪声功率的估计：经过DFT变换后，信道的能量只集中在有限的径上，所以剩余路径的值均为噪声，通过对这些路径上的值做平均，即可获得噪声功率的估计值，设一共有N_σ个点为噪声，故平均值为：

对滤波后的信号做IDFT变换，得到：

对逆变换后的序列去扩展，取中间的N_p个值可得到：

经过MMSE滤波的混合信道矢量表示为：

其中，表示经过MMSE滤波后的噪声，表示第i个CDM码组内天线端口的混合信道响应；混合信道响应g是由同一个CDM码组内各个天线端口的信道响应g_p与系数C_p相乘然后求和得到的；C_p是由正交掩码c_p周期扩展得到的，即正交码C_p中的元素具有周期性，且周期为一个CDM码组内OCC的个数，也是一个CDM码组天线端口的个数T＝|W_i|；

S3、根据导频结构和CDM码的周期，对LS估计的信道信息进行分组，使每组子载波信道参数具有相同的线性组合系数；具体如下：

将混合信道信息分解为多个组合信号矢量，令g_p,t＝[g_p,t(1),g_p,t(2),…,g_p,t(M)]^T、分别表示第t组组合信道响应、第p个天线端口第t组信道响应、第t组组合噪声矢量，其中则：

其中，g_p,t(j)＝g_p(j′),j＝1,2,…,M,j′＝(j-1)×T+t；

S4、对各组的信道信号进行插值，得到所有导频点的信道估计值；具体如下：将做DFT变换，得到：

对DFT变换域的信道响应参数进行补零操作，增加信道的采样个数，得到长度为N_p的信道响应：

最后对补零后的DFT域信道响应做IDFT得到N_p点的信道响应：

S5、将所有组加权合并，得到各个天线端口的信道参数；具体如下：

将T个天线端口的信道响应参数的T个不同线性组合的估计值表示成矩阵根据导频结构获取所有线性组合系数的合成矩阵，利用该合成矩阵对所有天线端口的信道参数不同线性组合的估计值进行合成，获取每个天线端口导频符号上的频域信道响应，该合成矩阵为：其中，p∈W_i；再根据T个线性不相关的方程计算出T个未知数；利用合成矩阵对各个导频点上多个天线端口信道参数不同线性组合的估计值合成，获得每个天线的信道频域响应的估计值，第t个天线端口的频域响应的估计值为：

2.5G下行链路的分组插值-加权合并信道估计系统，其特征在于，包括：第一模块、第二模块、第三模块、第四模块、第五模块；

所述的第一模块用于在5G下行链路的多天线系统中，导频结构采用FDM和CDM复用的方式，接收端通过离散傅里叶变换得到导频符号处的频域接收信号；

所述的第二模块用于对频域接收信号进行LS估计并进行MMSE滤波；具体为：

对频域接收信号进行LS估计得到：

对得到的LS估计值做镜像对称扩展：设每侧扩展P个点，即原来长度为N_p的导频序列在两侧各镜像扩展P个点得到总长度为N_p+2p的序列，其过程用数学表达式表示为：

对扩展后的序列进行DFT变换：镜像对称扩展中选择的P使得扩展后的总长度为2的整数次幂，此时使用FFT算法来实现，其表达式为：

经过DFT变换后的序列没有相关性，即滤波矩阵Γ近似为对角矩阵，其具体表达式为：

需要估计相关矩阵和噪声功率经过DFT后的序列是完全不相关的，即该序列的相关矩阵是对角矩阵，每个时隙的相关阵只是一个样本点，而相关阵是一个统计量，需要大量的样本点；因此，为了增加得到准确的相关阵估计值，需要对前后相邻时隙的做平滑，设表示第s个时隙中的的值，平滑因子为α，则

对于噪声功率的估计：经过DFT变换后，信道的能量只集中在有限的径上，所以剩余路径的值均为噪声，通过对这些路径上的值做平均，即可获得噪声功率的估计值，设一共有N_σ个点为噪声，故平均值为：

对滤波后的信号做IDFT变换，得到：

对逆变换后的序列去扩展，取中间的N_p个值可得到：

经过MMSE滤波的混合信道矢量表示为：

其中，表示经过MMSE滤波后的噪声，表示第i个CDM码组内天线端口的混合信道响应；混合信道响应g是由同一个CDM码组内各个天线端口的信道响应g_p与系数C_p相乘然后求和得到的；C_p是由正交掩码c_p周期扩展得到的，即正交码C_p中的元素具有周期性，且周期为一个CDM码组内OCC的个数，也是一个CDM码组天线端口的个数T＝|W_i|；

所述的第三模块用于根据导频结构和CDM码的周期，对LS估计的信道信息进行分组，使每组子载波信道参数具有相同的线性组合系数；具体为：

将混合信道信息分解为多个组合信号矢量，令g_p,t＝[g_p,t(1),g_p,t(2),…,g_p,t(M)]^T、分别表示第t组组合信道响应、第p个天线端口第t组信道响应、第t组组合噪声矢量，其中则：

其中，g_p,t(j)＝g_p(j′),j＝1,2,…,M,j′＝(j-1)×T+t；

所述的第四模块用于对各组的信道信号进行插值，得到所有导频点的信道估计值；具体为：

将做DFT变换，得到：

对DFT变换域的信道响应参数进行补零操作，增加信道的采样个数，得到长度为N_p的信道响应：

最后对补零后的DFT域信道响应做IDFT得到N_p点的信道响应：

所述的第五模块用于将所有组加权合并，得到各个天线端口的信道参数；具体为：

将T个天线端口的信道响应参数的T个不同线性组合的估计值表示成矩阵根据导频结构获取所有线性组合系数的合成矩阵，利用该合成矩阵对所有天线端口的信道参数不同线性组合的估计值进行合成，获取每个天线端口导频符号上的频域信道响应，该合成矩阵为：其中，p∈W_i；再根据T个线性不相关的方程计算出T个未知数；利用合成矩阵对各个导频点上多个天线端口信道参数不同线性组合的估计值合成，获得每个天线的信道频域响应的估计值，第t个天线端口的频域响应的估计值为：