LTE物理层协议总结三

4.13信道估计4.13.1信道估计简介1.有哪些信道估计方法(1)盲估计与半盲估计(2)基于导频的信道估计（3）基于训练序列的信道估计2.信道估计的作用(1)抵抗衰落，用估计结果来抵消各个子信道衰落的影响，从而在接收端获得正确的解调。(2)在OFDM无线通信系统中一般采用多进制调制方式，如MQAM调制方式，这就需要在接收端进行相干解调。由于无线信道的传输特性是随时间变化的，因此相干解调就要用到信道的瞬时状态信息，所以在系统接收端需要进行信道估计，以获得无线信道的瞬时传输特性(3)信道估计还可以用来纠正频率偏移造成的信号正交性的破坏(4)对于结合MIMO技术的OFDM系统来说，空时检测或空时解码一般要求己知信道状态信息，因此这时的信道估计及估计的准确性就尤为重要(5)对于闭环系统，如OFDM自适应调制系统、MIMO一OFDM自适应调制系统、结合信道信息采用改进空时编码发射机的MIMO系统等，发射机端同样要求得到信道状态信息3.各种方法的基本原理及准则原理（1）盲估计：不需要发送辊发送特殊的训练序列，但是接收须接收到足够多的数据符号，以得到可靠的信道估计，但有很大的处理延时。（2）基于导频：发送端适当位置插入导频，接收端利用导频恢复出导频位置的信道信息，然后利用某种处理手段(如内插、滤波、变换等)获得所有时段的信道信息。准则(1)最小平方误差准则(LeastSquareerrorlaw，LS)(2)最小均方误差(MinimumMeanSquareErrorlaw，MMSE)（3）最大似然准则主要用于盲估计4.依据各种方法使用条件及优缺点来确定选用何种估计方法（1）盲估计：优点盲估计可以大大提高系统的传输码率。缺点：很大的处理延时（2）基于训练序列和导频的信道估计比较成熟经过考虑我们选定基于导频和基于训练序列的信道估计算法OFDM系统的数学模型信道估计就是通过已知导频的X和接收信号Y根据某种准则先求导频处信道的频率响应H。常见的导频类型梳状导频这类导频用于信道变化较快的情况，即信道的相邻频响之间变化很大。导频结构如下图所示，图中导频位置沿频率方向等间隔分布，而在有导频分布的子信道中沿时间方向所有位置上全部插入导频。块状导频矩形状导频这类导频用于信道变化不太快也不太慢的情况。导频结构如下图所示，图中导频符号延时间，频率方向都是等间隔分布的，基于导频的信道估计图4-1半盲估计算法：{以两收两发MIMO系统为例，对于第i根天线上第n个OFDM块中第k个子载波上的信号，其频率响应可表示为：}备注：此算法不是最简的有待改进。半盲估计的改进算法：{}基于导频的信道估计算法（基于导频的二维信道估计）{}改进基于导频的低秩二维信道估计算法{}由导频出的频响估计整个信道的频响的方法有好几种，综合考虑，选定了DFT插值法DFT插值法（还有其他插值法，综合比较后确定dft插值法）7.信道估计在上行及下性链路中的定位ScramblingModulationmapperLayermapperPrecodingResourceelementmapperOFDMsignalgenerationResourceelementmapperOFDMsignalgenerationScramblingModulationmapperlayersantennaportscodewords4.13.2基于各类型参考信号的信道估计算法4.13.2.1下行参考信号的信道估计1.小区专用参考信号（常规CP）0l0R0R0R0R6l0l0R0R0R0R6lOneantennaportTwoantennaportsResourceelement(k,l)NotusedfortransmissiononthisantennaportReferencesymbolsonthisantennaport0l0R0R0R0R6l0l0R0R0R0R6l0l1R1R1R1R6l0l1R1R1R1R6l0l0R0R0R0R6l0l0R0R0R0R6l0l1R1R1R1R6l0l1R1R1R1R6lFourantennaports0l6l0l2R6l0l6l0l6l2R2R2R3R3R3R3Reven-numberedslotsodd-numberedslotsAntennaport0even-numberedslotsodd-numberedslotsAntennaport1even-numberedslotsodd-numberedslotsAntennaport2even-numberedslotsodd-numberedslotsAntennaport3小区专用参考信号（扩展CP）0l0R0R0R0R5l0l0R0R0R0R5lOneantennaportTwoantennaportsResourceelement(k,l)NotusedfortransmissiononthisantennaportReferencesymbolsonthisantennaport0l0R0R0R0R5l0l0R0R0R0R5l0l1R1R1R1R5l0l1R1R1R1R5l0l0R0R0R0R5l0l0R0R0R0R5l0l1R1R1R1R5l0l1R1R1R1R5lFourantennaports0l5l0l2R5l0l5l0l5l2R2R2R3R3R3R3Reven-numberedslotsodd-numberedslotsAntennaport0Antennaport1Antennaport2Antennaport3even-numberedslotsodd-numberedslotseven-numberedslotsodd-numberedslotseven-numberedslotsodd-numberedslots算法设计（一维信道估计算法）先进性频域估计再进行时域估计说明：本项目的信道估计算法都统一用一维信道估计算法，先对频域进行估计，再对时域进行估计。下面以下行常规CP小区专用参考信号端口的估计分别进行设计，设计思想基本相同，算法以天线端口0为例X（L，k）表示第L个时隙的第k个子载波设X0p=[X（0，0）X（0，6）X（0，12）……X（0，6k）……]，其中k=0，1，2……Y0p=[Y（0，0）Y（0，6）Y（0，12）……Y（0，6k）……]，其中k=0，1，2……其中X0p为L=0时插入的导频符号，Y0p为L=0时收到的导频处的值。根据X0p，Y0p再用LMMSE准则估计出opHˆ的值，将X0p，Y0p分别写作X0p=[X1，X2，X3，……，XNp-1]，Y0p=[Y1，Y2，Y3，……，YNp-1]，用LMMSE准则估计opHˆ的具体步骤如下：【由于LMMSE准则要用到LS的结果，所以先将LS准则的结果如下:即：opHˆ=1p0X*Y0p】【LMMSE准则要以MMSE准则为基础，MMSE准则如下：】基于LMMSE准则的信道估计所以p0Hˆ=其中Q=由上式可见只要知道RHH就能得到导频处的信道响应，假定OFDM系统是在时变多径衰落信道中工作，系统的抽样间隔为Ts，循环前缀为L,信道可用下式表示：接下来用DFT插值算法求得L=0处所有符号出的频率响应。DFT插值算法如下：到此为止天线端口0的L=0处各个符号的信道响应已经求出，L=1,2,3时的OFDM符号没有导频插入，L=4处OFDM符号有导频插入，当L=4时，设X4p=[X（4，3）X（4，9）X（4，15）……X（0，3+6k）……]，其中k=0，1，2……Y4p=[Y（4，3）Y（4，9）Y（4，15）……Y（0，3+6k）……]，其中k=0，1，2……其中X4p为L=4时插入的导频符号，Y4p为L=4时接收端收到的导频处的值。根据X4p，Y4p再用LMMSE准则估计出4pHˆ的值，将X4p，Y4p分别写作X4p=[X1，X2，X3，……，XNp-1]，Y4p=[Y1，Y2，Y3，……，YNp-1]，用LMMSE准则估计4pHˆ的值，L=4处的信道频率响应也用同样的方法求得，1Hˆ，2Hˆ，3Hˆ的对应载波处的值由0Hˆ，4Hˆ的值根据一阶线性插值得到。一阶线性插值公式为：Hˆ（L，k）=Hˆ（1，k）+a*(Hˆ（4，k）-Hˆ（0，k）)a=（x-0）/4，L=1,2,3；7Hˆ的算法与0Hˆ的求法完全相同，5Hˆ，6Hˆ的值由4Hˆ和7Hˆ线性插值求得，计算公式如下：Hˆ（L，k）=Hˆ（4，k）+a*(Hˆ（7，k）-Hˆ（4，k）)a=（x-4）/3，L=5，6；11Hˆ的求法同4Hˆ完全相同。8Hˆ，9Hˆ,10Hˆ的值由7Hˆ和11Hˆ线性插值求得，公式如下：Hˆ（L，k）=Hˆ（7，k）+a*(Hˆ（11，k）-Hˆ（7，k）)a=（L-7）/4，L=8,9,10；12Hˆ，13Hˆ的值用即：Z（12，k）=Y（12，k）/Hˆ（11，k）Xˆ（12，k）=Slice（Z（12，k））Hˆ（12，k）=Y（12，k）/Xˆ（12，k）31Hˆ的算法同12Hˆ其它天线端口信道估计思想同天线端口0相同，这里不再重复。当UE端天线1，2分别接收到uNb端四个天线端口L=0时刻发来的数据则信道估计矩阵为H0=[2423222114131211HHHHHHHH]2.下行传输MBSFN参考信号信道估计算法（同小区专用参考信号）0l5l0l5leven-numberedslotsodd-numberedslotsAntennaport44R4R4R4R4R4R4R4R4R4R4R4R4R4R4R4R4R4RX（L，k）表示第L个时隙的第k个子载波设X2p=[X（2，0）X（2，2）X（2，4）……X（2，2k）……]，其中k=0，1，2……Y2p=[Y（2，0）Y（2，2）Y（2，4）……Y（2，2k）……]，其中k=0，1，2……其中X2p为L=2时插入的导频符号，Y2p为L=2时收到的导频处的值。根据X2p，Y2p再用LMMSE准则估计出2pHˆ的值，将X2p，Y2p分别写作X2p=[X1，X2，X3，……，XNp-1]，Y2p=[Y1，Y2，Y3，……，YNp-1]，用LMMSE准则估计2pHˆ的具体步骤如下：【由于LMMSE准则要用到LS的结果，所以先将LS准则的结果如下:即：2pHˆ=1p2X*Y2p】【LMMSE准则要以MMSE准则为基础，MMSE准则如下：】基于LMMSE准则的信道估计所以p2Hˆ=其中Q=由上式可见只要知道RHH就能得到导频处的信道响应，假定OFDM系统是在时变多径衰落信道中工作，系统的抽样间隔为Ts，循环前缀为L,信道可用下式表示：接下来用DFT插值算法求得L=2处所有符号出的频率响应。DFT插值算法如下：到此为止天线端口4的L=2处各个符号的信道响应已经求出，L=0，1处的信道估计用L=2处的估计值近似代替，L=3，4，5处OFDM符号有导频插入，当L=6时，设X6p=[X（6，1）X（6，3）X（6，5）……X（6，1+2k）……]，其中k=0，1，2……Y6p=[Y（6，1）Y（6，3）Y（6，5）……Y（6，1+2k）……]，其中k=0，1，2……其中X6p为L=6时插入的导频符号，Y6p为L=6时接收端收到的导频处的值。根据X6p，Y6p再用LMMSE准则估计出6pHˆ的值，将X6p，Y6p分别写作X6p=[X1，X2，X3，……，XNp-1]，Y6p=[Y1，Y2，Y3，……，YNp-1]，用LMMSE准则估计6pHˆ的值，L=6处的信道频率响应也用同样的方法求得，3Hˆ，4Hˆ，5Hˆ的对应载波处的值由2Hˆ，6Hˆ的值根据一阶线性插值得到。一阶线性插值公式为：Hˆ（L，k）=Hˆ（2，k）+a*(Hˆ（2，k）-Hˆ（6，k）)a=（x-2）/4，L=3，4，5；10Hˆ的算法与2Hˆ的求法完全相同，7Hˆ，8Hˆ，H9的