《時隙碼分多址系統多碼集信道估計方法》是大唐移動通信設備有限公司於2003年1月21日申請的發明專利，該專利申請號為03100670，公布號為CN1520077A，專利公布日為2004年8月11日，發明人是王映民、任世岩。該發明涉及移動通信技術的信道估計領域，具體地說，是一種適用於時隙碼分多址（CDMA）無線通信系統的多碼集多用戶信道估計的方法。
《時隙碼分多址系統多碼集信道估計方法》包括：（A）對各個碼集信號分別進行單碼集信道估計，獲得原始信道估計結果，判斷是否達到疊代次數，如果是則輸出各個單碼集信道估計的結果，否則進行步驟B；（B）對原始信道估計結果進行有限時間判決處理，保留滿足一定條件的回響信號的信道估計抽頭，並由所述信道估計抽頭恢復各個碼集信號回響引起的干擾分量，接收信號抵消非本碼集的干擾分量，獲得各碼集淨信號，將淨信號作為下一步處理的碼集信號，返回進行步驟A。該發明解決了存在多碼集估計碼回響信道估計的問題，並改善了單碼集信道估計的性能。
2010年11月15日，《時隙碼分多址系統多碼集信道估計方法》獲得第十二屆中國專利獎優秀獎。
（概述圖為《時隙碼分多址系統多碼集信道估計方法》的摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：時隙碼分多址系統多碼集信道估計方法
- 公布號：CN1520077A
- 公布日：2004年8月11日
- 申請號：03100670
- 申請日：2003年1月21日
- 申請人：大唐移動通信設備有限公司
- 地址：北京市海淀區學院路40號
- 發明人：王映民、任世岩
- 代理機構：北京德琦智慧財產權代理有限公司
- 代理人：宋志強
- Int.Cl.：H04J13/02
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
由於無線移動通信中信道的複雜性和時變性，在相干接收方案中，需要在接收端對信道進行估計和測量，然後利用得到的信道回響對信號進行相干檢測。除了在信號檢測中的套用之外，信道估計還在物理層測量、智慧型天線、快速控制、切換及無線資源管理等相關子系統中起到重要的基礎性的作用。
在時隙CDMA蜂窩移動通信系統中，信道估計碼和傳送的數據部分採用時分復用傳送，而且不同小區之間也是時隙同步的。
例如時分復用-同步碼分多址（TD-SCDMA）系統中，業務時隙的突發信號結構如圖1所示，突發信號中部的中間碼（midamble）是用來進行信道估計的，所述中間碼也可稱為信道估計碼，兩邊的數據塊用來傳送業務數據。
上述信道估計碼midamble是這樣生成的：對於同一個小區的同一個時隙，給定一個基本的中間碼作為基本碼，不同的用戶採用這個相同基本碼的不同的循環移位版本作為它的信道估計碼。由同一個單獨的基本碼mP導出的K個特定的中間碼mP（；k＝1，...，K，構成中間碼碼集，簡稱為碼集。
在TD-SCDMA系統中，基本碼的周期P＝128，導出的中間碼的碼長為Lm＝128+16。時隙CDMA進行信道估計的方法，稱為Steiner估計器，詳細內容參見文獻B.Steiner，andP.W.Baier，“LowCost Channel Estimationinthe Uplink Receiverof CDMA Mobile Radio Systems，”FREQUENZE，47（1993）11-12），具體估計過程說明如下。
設各用戶的信道回響為h（：
h （ k ） = （ h 1 （ k ） , h 2 （ k ） , · · · , h W （ k ） ） T - - - - - - - （ 1 ） ]]>
其中，窗長W表示信道回響的時間寬度，信道回響矢量就是用以碼片為間隔的W個抽頭上的值來表示的。在這種情況下，中間碼回響信號的長度應為Lm+W-1。考慮到中間碼與傳送數據部分是連續傳送的，中間碼回響信號的前W-1個值受到前面數據塊的影響，後W-1個值和後面數據塊重疊。取中間的P個碼片作為觀測值，記這個矢量為：
emid＝（e1，e2，…，eP）（2）
根據一個碼集內多用戶中間碼生成的特性，接收端接收的中間碼的回響信號可以表示為：
emid＝Gh+n（3）
其中，n為噪聲和干擾，h為總的信道回響矢量：
h＝（h（，h（，…，h（）（4）
矩陣G是一個循環矩陣：
G＝（circle（g1，g2，…，gP））（5）
其中g＝（g1，g2，…，gP）是矩陣G的第一列，由生成碼集的基本碼確定。
信道估計的任務就是以信道回響h為未知數通過求解（3）式來得到其估計值。由最大似然準則並進行一定的簡化可以得到：
h ^ = G - 1 e mid - - - - - - - （ 6 ） ]]>
由於G矩陣是一個循環矩陣，實際運算可以用二維傅立葉變換（DFT）以及二維傅立葉逆變換（IDFT）來實現。
h ^ = IDFT （ DFT （ e mid ） DFT （ g ） ） - - - - - - - （ 7 ） ]]>
式中的DFT（g）可以在預先離線計算得到。
這種信道估計的算法以較小的計算代價得到了屬於一個碼集內的多用戶的信道估計結果，而且抑制了屬於同一個基本碼的多個用戶m中間碼之間的干擾。這種信道估計方法針對的是屬於同一個基本碼的一個碼集內的多用戶中間碼作信道估計，即單碼集信道估計方法。
由於單碼集信道估計方法把同一時間疊加的除本碼集信號回響以外的其它信號都當成白高斯噪聲來處理，因此單碼集信道估計方法本身就存在。並且，對於小區間同步工作的時隙CDMA系統來說，處於與本小區交界處的鄰小區用戶的通信信號對本小區干擾較強，並且同頻鄰小區信號與本小區的信號是時隙同步的。也就是說，本小區中間碼所受到的同頻相鄰小區的干擾，主要來自與本小區同步的其它碼集的中間碼信號的回響。另外，在其它的一些套用中，也有可能會出現功率相近的多個碼集的中間碼回響信號疊加的情況。
例如，當採用多天線接收時，單碼集信道估計方法的性能惡化不僅限制了多天線系統接收性能的改善，而且帶來多天線系統的賦形傳送、物理層測量、同步和功率控制等相關子系統性能的惡化。又比如，小區交界處有同頻相鄰小區用戶多個碼道工作時，尤其是擴頻增益較小的系統，相鄰小區用戶信號將會對本小區用戶信號造成很大的干擾。在這種情況下，單碼集信道估計方法難以滿足系統對信道估計性能的要求。
因此，時隙CDMA蜂窩移動通信系統在同頻相鄰小區工作的情況下，單碼集信道估計的方法往往不能滿足系統性能的要求，需要提供性能更好的信道估計方法。
發明內容
專利目的
該發明的目的在於提供一種時隙碼分多址無線通信系統的多碼集信道估計的方法，以針對存在多碼集信道估計碼回響信號的情況，實現多碼集聯合信道估計，並改善單碼集信道估計性能。
技術方案
《時隙碼分多址系統多碼集信道估計方法》包括：
A.對各個碼集信號分別進行單碼集信道估計，獲得原始信道估計結果，判斷是否達到疊代次數，如果是則輸出各個單碼集信道估計的結果，否則進行
步驟B；
B.對原始信道估計結果進行有限時間判決處理，保留滿足一定條件的 回響信號的信道估計抽頭，並由所述信道估計抽頭恢復各個碼集信號回響引起的干擾分量，接收信號抵消非本碼集的干擾分量，獲得各碼集淨信號，將淨信號作為下一步處理的碼集信號，返回進行步驟A。
該發明針對存在多碼集信道估計碼回響信號的情況，提出一種基於有限時間位置判決反饋處理的多碼集聯合信道疊代估計方法。該發明不僅提供了同時得到多個碼集信道估計的技術方案，也提供了改善單碼集信道估計性能的方法。在2003年1月之前技術的單碼集信道估計中，把除了本碼集之外的所有其它信號包括其它碼集信道估計碼的回響信號都當成了高斯噪聲來對待。而在該發明中，充分地利用了多碼集信號所提供的信息，抵消了多碼集信號之間的主要干擾，並將獲得的各碼集淨信號進行疊代估計，極大地改善了信道估計的性能。該發明是在單碼集信道估計的基礎上進行判決反饋疊代處理，在通常碼集數不太多的情況下，計算量不大。尤其多天線系統來說，本方法提供了改善信道估計性能的簡單有效的處理方法，其計算複雜度遠低於利用信號空間特性的處理方法；對於單天線系統來說，本方法提供了改善信道估計性能的處理方法。
改善效果
《時隙碼分多址系統多碼集信道估計方法》不僅可以用於改善單個碼集信道估計的性能，也可以用於同時得到多個碼集的信道估計結果。該發明所提出的方法對於時隙CDMA系統同頻相鄰小區的正常工作具有非常重要的意義，為智慧型天線套用、無線資源管理以及和物理層測量相關的各種技術提供了信道和干擾測量的基礎，並對時隙CDMA系統進行進一步的擴展。
附圖說明
圖1為TD-SCDMA業務時隙突髮結構；
圖2為該發明多碼集信道估計流程示意圖；
圖3為該發明實施例多碼集信道估計的信號處理過程示意圖。
權利要求
1、《時隙碼分多址系統多碼集信道估計方法》包括：
A.對各個碼集信號分別進行單碼集信道估計，獲得原始信道估計結果，判斷是否達到疊代次數，如果是則輸出各個單碼集信道估計的結果，否則進行步驟B；
B.對原始信道估計結果進行有限時間判決處理，保留滿足一定條件的回響信號的信道估計抽頭，並由所述信道估計抽頭恢復各個碼集信號回響引起的干擾分量，接收信號抵消非本碼集的干擾分量，獲得各碼集淨信號，將淨信號作為下一步處理的碼集信號，返回進行步驟A。
2、根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，該方法包括：在開始進行信道估計前，對總的多碼集接收信號分別進行單碼集信道估計。
3、根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述有限時間判決處理進一步包括，設定信道估計性能參數門限，判斷原始信道估計結果中抽頭上的值的性能參數是否大於或等於性能參數門限，如果是則保留該抽頭，否則將該插頭置為零。
4、根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述有限時間判決處理進一步包括，設定性能參數門限動態變化，隨著疊代次數的增加而降低性能參數門限；所述性能參數為信噪比或者為功率/幅度。
5、根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述有限時間判決處理進一步包括，設定抽頭數門限，將原始信道估計結果中抽頭上的值的功率/幅度值排序，保留功率/幅度值相對大的插頭，並且該抽頭的個數等於抽頭數門限。
6、根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述有限時間判決處理進一步包括，設定抽頭數門限動態變化，隨著疊代次數的增加而增加抽頭數門限。
7、根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述干擾信號的恢復進一步包括，將碼集相應的循環矩陣與其有限時間判決處理的信道估計相乘，乘積的 結果為該碼集的干擾信號。
8、根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述淨信號的獲得進一步包括，接收信號抵消所有非本碼集的干擾分量，或者，將非本碼集的干擾分量乘以一大於等於零且小於等於1的係數，以獲得部分干擾分量，接收信號抵消所述部分干擾分量。
9、根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述係數隨疊代次數的增加而增加。
10、根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，該方法進一步包括，將存在同步偏差的接收信號作為完全同步的信號，用相同採樣點上的採用數據進行信道估計，或者，將存在同步偏差的接收信號按照各碼集各自的同步時間，採用各自的時間偏差來進行信道估計，並通過抵消各碼集在時間上重疊的非本碼集干擾分量得到各碼集淨信號。
實施方式
由於本小區中間碼所受到的同頻相鄰小區的干擾，主要來自與本小區同步 的其它碼集的中間碼信號的回響。另外，在其它的一些套用中，也有可能會出現功率相近的多個碼集的中間碼回響信號疊加的情況。在這種情況下，中間碼的接收信號稱之為多碼集信道估計碼回響信號。為了敘述方便，下文中簡稱之為多碼集信號。由於多碼集信號的存在，不僅提供了同時得到多個碼集信道估計的可能性，也提供了改善單碼集信道估計性能的可能性。
該發明對單碼集信道估計的結果進行有限時間判決處理，只保留具有較強信號回響的有限個抽頭，由此恢復出其它碼集干擾信號，並抵消該干擾信號，得到各個碼集的淨信號，再將各個碼集的淨信號進行單碼集信道估計，重複上述處理直至達到疊代次數後，輸出信道估計結果。具體步驟如圖2所示，過程如下：
-第一步，步驟201，初始化：
在開始進行信道估計前，由於無法分離單碼集接收信號和多碼集接收信號，因此信道估計前設定各個單碼集信道估計器的輸入都等於總的多碼集接收信號。
-第二步，步驟202、203，單碼集信道估計：
利用單碼集估計器，針對不同的碼集分別進行單個碼集的信道估計，得到各碼集的原始信道估計結果；
判斷是否達到疊代次數，如果達到疊代次數，就可停止疊代，輸出信道估計結果（步驟207）；如果沒有達到疊代次數，則進入下一步。
-第三步，步驟204，有限時間判決處理：
對原始的信道估計結果進行處理，只保留有限時間位置上的具有較強回響的抽頭，而把其餘抽頭上的回響置零。
-第四步，步驟205，恢復干擾：
利用有限時間判決處理後的信道估計恢復各個碼集信號回響引起的干擾分量，即將碼集相應的循環矩陣與其有限時間判決處理的信道估計相乘，乘積的結果為該碼集的干擾信號。
-第五步，步驟206，干擾抵消：
從總的接收信號中減去恢復的其它碼集信號回響引起的干擾分量，得到對於各個碼集來說比較乾淨的信號；然後，轉入第二步繼續進行單個碼集的信道估計，直至達到疊代次數，最後輸出信道估計結果。
有限時間判決處理具體可以有以下方法：
3-信噪比門限的方法：設定信噪比門限，將原始信道估計結果中信噪比大於門限的抽頭上的值保留，而將其餘的抽頭置零。
4-功率或幅度門限的方法：設定功率或幅度門限，將原始信道估計結果中功率或幅度大於門限的抽頭上的值保留，而將其餘的抽頭置零。
抽頭數門限的方法：設定抽頭數門限，將原始信道估計結果中抽頭的功率或幅度值排序，按抽頭數門限將功率或幅度值較大的抽頭上的值保留，而將其餘的抽頭置零。
上述有限時間判決處理並不是為了得到精確的信道回響，而是為了恢復由本碼集信號回響引入的較強的干擾。因此，只需要保留較少的抽頭數即可。而且，可動態地確定需保留的抽頭數，在開始疊代時可以用很少的抽頭，隨著疊代次數的增加可以逐步增加所保留的抽頭數，或者，在開始疊代時採用較高的信噪比門限，隨著疊代次數的增加可以降低信噪比門限，或者開始疊代時採用較高的功率或幅度門限，隨著疊代次數的增加可以降低功率或幅度門限。
干擾抵消處理中，可以採用完全乾擾抵消，也可以採用部分干擾抵消，採用部分干擾抵消時，將干擾分量乘以一係數，該係數可以隨疊代次數逐步增加。
對於總的多碼集信號，在多個碼集的信號之間存在同步偏差的情況下，對多碼集信號的處理可以採用兩種方案：
一種方案是仍然把不同碼集的信號當成完全嚴格同步的信號來處理，用相同採樣點上的採樣數據進行信道估計、干擾恢復和干擾抵消。只是在套用信道估計的最終結果時，再考慮時間偏差造成的信道估計與碼道之間對應關係的移位。
另一種方案是按照不同碼集各自的同步時間進行信號處理，針對不同碼集採用不同的時間偏差來進行信道估計、干擾恢復和干擾抵消。這時，干擾抵消的只是不同碼集在時間上重疊的非本碼集干擾分量。這時的信道估計結果可以直接套用。
下面具體以兩個不同碼集的接收信號為例來說明其信道估計方法。
設在兩個小區交界處的某一個接收機收到的多碼集信號中，屬於兩個小區的兩個碼集的中間碼信號的回響最強，這2個碼集對應的系統矩陣分別為G1和G2，信道回響矢量分別為h1和h2。這時的接收信號可以表示為：
e mid = Σ m = 1 2 G m h m + n 0 - - - - - - （ 8 ） ]]>
上式的n0與式（3）中的n不同，表示除去多碼集信號以外的其他所有噪聲。對於任意一個碼集Gm（m＝1，2）來說，接收信號又可以表示為：
emid＝Gmhm+nm（9）
nm與n0兩者之間的關係為：
其中，Im表示由第m（m＝1，2）個碼集的回響引起的干擾。
考慮到算法的開銷，以及仿真和實際試驗的結果來確定疊代次數以及碼集個數m的取值。在下述實施例中，設定疊代次數為2次。具體實現步驟如下：
第一步，初始化：在開始進行信道估計前，設定各個單碼集信道估計器的輸入都等於總的多碼集接收信號；
emid，m＝emid，m＝1，2（11）
第二步，單碼集信道估計：利用單碼集信道估計方法，針對不同的碼集分別進行單個碼集的信道估計，按式12得到各碼集的原始信道估計結果
;h ^ m = G m - 1 e mid , m , m = 1,2 - - - - - - - - - - （ 12 ） ]]>得到
後，進行判斷：如果達到疊代次數，就可停止疊代，輸出信道估計的結果；如果沒有達到疊代次數，則進入下一步。
第三步，有限時間判決處理：對原始的信道估計結果進行處理，採用按信噪比門限的方法，設定信噪比門限為ε＞0，利用測量得到的噪聲功率σn，按式13可以得到有限時間判決處理後的信道估計h′m，如果原始信道估計結果的範數平方值大於或等於信噪比門限與草率功率的乘積，則保留單碼集估計器的信道估計並作為有限時間判決處理後的估計值h′m，否則則置零；
上述信噪比門限可採用動態值，例如，第一次疊代時信噪比門限為ε＝5，第二次疊代時信噪比門限為ε＝3。
第四步，恢復干擾：利用有限時間判決處理後的信道估計h′m按式14恢復各個碼集信號回響引起的干擾分量I‘m，
I m ′ = G m h m ′ - - - - - （ 14 ） ]]>
第五步，干擾抵消：如式15，從總的接收信號中減去恢復的所有其它碼集信號的回響引起的干擾分量I‘m，得到碼集Gm的比較乾淨的信號emid，m，即本實施例中，總的接收信號中減去第二碼集信號回響引起的干擾分量I‘2，獲得較為乾淨的第一碼集接收信號emid，1，總的接收信號中減去第一碼集信號回響引起的干擾分量I‘1，獲得較為乾淨的第一碼集接收信號emid，2，
e mid , m = e mid - Σ j ≠ m j = 1 M I ′ j = e mid - Σ j ≠ m j = 1 M G j h ′ j - - - - - （ 15 ） ]]>
得到emid，m後，轉入第二步繼續進行疊代運算，直至疊代運算完畢。
上述干擾抵消的處理是完全乾擾抵消；也可以採用部分干擾抵消，具體如下式：
e mid , m = e mid - Σ j ≠ m j = 1 M β j I ′ j = e mid - Σ j ≠ m j = 1 M β j G j h ′ j - - - - - （ 16 ） ]]>
其中，0≤βj≤1，開始疊代時可以取較小的值（如0.3），隨著疊代次數的增加逐步增加，最後一次疊代可以取1。
榮譽表彰
2010年11月15日，《時隙碼分多址系統多碼集信道估計方法》獲得第十二屆中國專利獎優秀獎。
