一种物理广播信道的信道估计算法
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ＣＲＳ 的 ＬＳ 信道估计方法参考信号数量少、信道估计不 准确的问题ꎬ该方法同时适用于 ＴＤ￣ＬＴＥ( Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉ￣ ｓｉｏｎ￣Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎꎬ 分 时 长 期 演 进)、 ＦＤＤ￣ＬＴＥ (Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘｉｎｇ￣Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎꎬ分 频长期演进)系统ꎮ
文章编号:１００９ － ２５５２(２０１９)０２ － ００８８ － ０５ ＤＯＩ:１０������ １３２７４ / ｊ������ ｃｎｋｉ������ ｈｄｚｊ������ ２０１９������ ０２������ ０２０
一种物理广播信道的信道估计算法
王 丹１ꎬ 陈东进２ꎬ 官银莹２
(１������ 武汉邮电科学研究院ꎬ 武汉 ４３００７４ꎻ ２������ 武汉虹信通信技术有限责任公司ꎬ 武汉 ４３０２０５)
摘 要: 在 ＬＴＥ 系统中ꎬ 为了解决 ＰＢＣＨ 信道 １������ ０８Ｍ 带宽上 ＣＲＳ 数目少ꎬ 导致信道估计性能急 剧下降ꎬ 传统的信道估计方法不准确ꎬ 提出一种针对 ＰＢＣＨ 信道改进后基于 ＣＲＳ 的直观、 复杂 度低的 ＤＦＴ 信道估计算法ꎮ 根据 ＰＢＣＨ 信道时频资源映射的特点ꎬ 同时利用 ＰＢＣＨ 信道上的 ＣＲＳ 和与其邻近的 ＯＦＤＭ 符号上的 ＣＲＳ 的信道估计值ꎬ 对 ＰＢＣＨ 所占子载波进行信道估计ꎮ 采 用 ＤＦＴ 信道估计方法和线性的时频域插值ꎬ 简单、 直观ꎬ 不但可以满足 ＰＢＣＨ 信道估计的要求ꎬ 同时适用于 ＬＴＥ 系统的 ＦＤＤ 和 ＴＤＤ 帧结构ꎬ 同时提升了信道估计的准确性ꎮ 关键词: ＰＢＣＨꎻ ＤＦＴꎻ 信道估计ꎻ ＣＲＳ 中图分类号: ＴＮ９２９������ ５３１ 文献标识码: Ａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｉｎ ｔｈｅ ＬＴＥ ｓｙｓｔｅｍꎬ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ＣＲＳｓ ｏｎ ｔｈｅ １. ０８Ｍ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ＰＢＣＨ ｃｈａｎｎｅｌ ｉｓ ｌｅｓｓꎬ ｔｈｅ ｃｈａｎｎｅｌ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｓ ｄｒａｓｔｉｃａｌｌｙ ｄｅｇｒａｄｅｄꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｃｈａｎｎｅｌ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｉｎａｃｃｕｒａｔｅꎬ ａｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｃｈａｎｎｅｌ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ＰＢＣＨ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＣＲＳ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｆｏｒ ｉｔｓ ｉｎｔｕｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ. Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｉｍｅ￣ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｍａｐｐｉｎｇ ｏｆ ＰＢＣＨ ｃｈａｎｎｅｌꎬ ｔｈｅ ｃｈａｎｎｅｌ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ ＣＲＳ ｏｎ ＰＢＣＨ ｃｈａｎｎｅｌ ａｎｄ ＣＲＳ ｏｎ ｉｔｓ ａｄｊａｃｅｎｔ ＯＦＤＭ ｓｙｍｂｏｌ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｅｓｔｉｍａｔｅ ｔｈｅ ｃｈａｎｎｅｌ ｏｆ ＰＢＣＨ ｓｕｂｃａｒｒｉｅｒ. Ｔｈｅ ＤＦＴ ｃｈａｎｎｅｌ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｌｉｎｅａｒ ｔｉｍｅ￣ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｏｍａｉｎ ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ ａｒｅ ｓｉｍｐｌｅ ａｎｄ ｉｎｔｕｉｔｉｖｅꎬ ｃａｎ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｓａｔｉｓｆｙ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ＰＢＣＨ ｃｈａｎｎｅｌ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎꎬ ｂｕｔ ａｌｓｏ ａｐｐｌｙ ｔｏ ｔｈｅ ＦＤＤ ａｎｄ ＴＤＤ ｆｒａｍｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ＬＴＥ ｓｙｓｔｅｍꎬ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｃｈａｎｎｅｌ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: ＰＢＣＨꎻ ＤＦＴꎻ ｃｈａｎｎｅｌ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎꎻ ＣＲＳ
０ 引言
无线信道并不像有线信道固定并可预见ꎬ而是具 有很大的随机性ꎬ且无线通信系统的性能很大程度上 受到无线信道的影响ꎬ能否获得详细的信道信息ꎬ从而 在接收端正确地解调出发射信号ꎬ是衡量一个无线通 信系统性能的重要指标[１] ꎮ 在 ＰＢＣＨ(Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｂｒｏａｄ￣ ｃａｓｔ Ｃｈａｎｎｅｌꎬ物理广播信道)上传输的系统广播信息称 为 ＭＩＢ(Ｍａｓｔｅｒ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｂｌｏｃｋ)ꎬ为系统的基本配置 信息[ ２ ] ꎬ因此ꎬ对 ＰＢＣＨ 信道估计算法的研究是一项有 重要意义的工作ꎮ 本文提出一种改进的基于 ＣＲＳ 的 ＰＢＣＨ 信道估计算法ꎬ解决了传统的仅根据 ＰＢＣＨ 上
Ｃｈａｎｎｅｌ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｂｒｏａｄｃａｓｔ ｃｈａｎｎｅｌ
ＷＡＮＧ Ｄａｎ１ ꎬ ＣＨＥＮ Ｄｏｎｇ￣ｊｉｎ２ ꎬ ＧＵＡＮ Ｙｉｎ￣ｙｉｎｇ２
(１. Ｗｕｈａｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｏｓｔｓ ａｎｄ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓꎬ Ｗｕｈａｎ ４３００７４ꎬ Ｃｈｉｎａꎻ ２. ＷｕｈａｎＨｏｎｇｘｉｎ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏ. ꎬ Ｌｔｄ. ꎬ Ｗｕｈａｎ ４３０２０５ꎬ Ｃｈｉｎａ)
１ ＰＢＣＨ 信道估计算法原理
１. １ ＰＢＣＨ 的时频位置 ＰＢＣＨ 映射时假定天线端口 ０ － ３ 上的小区专
收稿日期: ２０１８ － １０ － １８ 作者简介: 王丹(１９８９ － ) ꎬ女ꎬ在读硕士研究生ꎬ从事无线移动通信
系统物理层算法研究和实现工作ꎮ
用参考信号都存在ꎬ而不管实际的配置ꎬ在映射中预 留给参考 信 号 而 实 际 又 没 有 传 输 参 考 信 号 的 ＲＥ (Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｅｌｅｍｅｎｔꎬ资源单元) 不用于传输任何物理 信道ꎮ ＰＢＣＨ 信息的更wenku.baidu.com周期是 ４０ｍｓꎬ在 ４０ｍｓ 内 传送 ４ 次ꎬ４ 个 ＰＢＣＨ 中每一个内容相同ꎬ且都能够 独立解码ꎬ 具有高冗余性的特点ꎮ 首次传输位于 ＳＦＮ ( Ｓｙｓｔｅｍ Ｆｒａｍｅ Ｎｕｍｂｅｒꎬ 系 统 帧 号 ) 满 足 ＳＦＮ
ＣＲＳ 的 ＬＳ 信道估计方法参考信号数量少、信道估计不 准确的问题ꎬ该方法同时适用于 ＴＤ￣ＬＴＥ( Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉ￣ ｓｉｏｎ￣Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎꎬ 分 时 长 期 演 进)、 ＦＤＤ￣ＬＴＥ (Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘｉｎｇ￣Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎꎬ分 频长期演进)系统ꎮ
文章编号:１００９ － ２５５２(２０１９)０２ － ００８８ － ０５ ＤＯＩ:１０������ １３２７４ / ｊ������ ｃｎｋｉ������ ｈｄｚｊ������ ２０１９������ ０２������ ０２０
一种物理广播信道的信道估计算法
王 丹１ꎬ 陈东进２ꎬ 官银莹２
(１������ 武汉邮电科学研究院ꎬ 武汉 ４３００７４ꎻ ２������ 武汉虹信通信技术有限责任公司ꎬ 武汉 ４３０２０５)
摘 要: 在 ＬＴＥ 系统中ꎬ 为了解决 ＰＢＣＨ 信道 １������ ０８Ｍ 带宽上 ＣＲＳ 数目少ꎬ 导致信道估计性能急 剧下降ꎬ 传统的信道估计方法不准确ꎬ 提出一种针对 ＰＢＣＨ 信道改进后基于 ＣＲＳ 的直观、 复杂 度低的 ＤＦＴ 信道估计算法ꎮ 根据 ＰＢＣＨ 信道时频资源映射的特点ꎬ 同时利用 ＰＢＣＨ 信道上的 ＣＲＳ 和与其邻近的 ＯＦＤＭ 符号上的 ＣＲＳ 的信道估计值ꎬ 对 ＰＢＣＨ 所占子载波进行信道估计ꎮ 采 用 ＤＦＴ 信道估计方法和线性的时频域插值ꎬ 简单、 直观ꎬ 不但可以满足 ＰＢＣＨ 信道估计的要求ꎬ 同时适用于 ＬＴＥ 系统的 ＦＤＤ 和 ＴＤＤ 帧结构ꎬ 同时提升了信道估计的准确性ꎮ 关键词: ＰＢＣＨꎻ ＤＦＴꎻ 信道估计ꎻ ＣＲＳ 中图分类号: ＴＮ９２９������ ５３１ 文献标识码: Ａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｉｎ ｔｈｅ ＬＴＥ ｓｙｓｔｅｍꎬ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ＣＲＳｓ ｏｎ ｔｈｅ １. ０８Ｍ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ＰＢＣＨ ｃｈａｎｎｅｌ ｉｓ ｌｅｓｓꎬ ｔｈｅ ｃｈａｎｎｅｌ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｓ ｄｒａｓｔｉｃａｌｌｙ ｄｅｇｒａｄｅｄꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｃｈａｎｎｅｌ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｉｎａｃｃｕｒａｔｅꎬ ａｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｃｈａｎｎｅｌ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ＰＢＣＨ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＣＲＳ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｆｏｒ ｉｔｓ ｉｎｔｕｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ. Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｉｍｅ￣ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｍａｐｐｉｎｇ ｏｆ ＰＢＣＨ ｃｈａｎｎｅｌꎬ ｔｈｅ ｃｈａｎｎｅｌ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ ＣＲＳ ｏｎ ＰＢＣＨ ｃｈａｎｎｅｌ ａｎｄ ＣＲＳ ｏｎ ｉｔｓ ａｄｊａｃｅｎｔ ＯＦＤＭ ｓｙｍｂｏｌ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｅｓｔｉｍａｔｅ ｔｈｅ ｃｈａｎｎｅｌ ｏｆ ＰＢＣＨ ｓｕｂｃａｒｒｉｅｒ. Ｔｈｅ ＤＦＴ ｃｈａｎｎｅｌ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｌｉｎｅａｒ ｔｉｍｅ￣ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｏｍａｉｎ ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ ａｒｅ ｓｉｍｐｌｅ ａｎｄ ｉｎｔｕｉｔｉｖｅꎬ ｃａｎ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｓａｔｉｓｆｙ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ＰＢＣＨ ｃｈａｎｎｅｌ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎꎬ ｂｕｔ ａｌｓｏ ａｐｐｌｙ ｔｏ ｔｈｅ ＦＤＤ ａｎｄ ＴＤＤ ｆｒａｍｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ＬＴＥ ｓｙｓｔｅｍꎬ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｃｈａｎｎｅｌ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: ＰＢＣＨꎻ ＤＦＴꎻ ｃｈａｎｎｅｌ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎꎻ ＣＲＳ
０ 引言
无线信道并不像有线信道固定并可预见ꎬ而是具 有很大的随机性ꎬ且无线通信系统的性能很大程度上 受到无线信道的影响ꎬ能否获得详细的信道信息ꎬ从而 在接收端正确地解调出发射信号ꎬ是衡量一个无线通 信系统性能的重要指标[１] ꎮ 在 ＰＢＣＨ(Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｂｒｏａｄ￣ ｃａｓｔ Ｃｈａｎｎｅｌꎬ物理广播信道)上传输的系统广播信息称 为 ＭＩＢ(Ｍａｓｔｅｒ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｂｌｏｃｋ)ꎬ为系统的基本配置 信息[ ２ ] ꎬ因此ꎬ对 ＰＢＣＨ 信道估计算法的研究是一项有 重要意义的工作ꎮ 本文提出一种改进的基于 ＣＲＳ 的 ＰＢＣＨ 信道估计算法ꎬ解决了传统的仅根据 ＰＢＣＨ 上
Ｃｈａｎｎｅｌ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｂｒｏａｄｃａｓｔ ｃｈａｎｎｅｌ
ＷＡＮＧ Ｄａｎ１ ꎬ ＣＨＥＮ Ｄｏｎｇ￣ｊｉｎ２ ꎬ ＧＵＡＮ Ｙｉｎ￣ｙｉｎｇ２
(１. Ｗｕｈａｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｏｓｔｓ ａｎｄ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓꎬ Ｗｕｈａｎ ４３００７４ꎬ Ｃｈｉｎａꎻ ２. ＷｕｈａｎＨｏｎｇｘｉｎ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏ. ꎬ Ｌｔｄ. ꎬ Ｗｕｈａｎ ４３０２０５ꎬ Ｃｈｉｎａ)
１ ＰＢＣＨ 信道估计算法原理
１. １ ＰＢＣＨ 的时频位置 ＰＢＣＨ 映射时假定天线端口 ０ － ３ 上的小区专
收稿日期: ２０１８ － １０ － １８ 作者简介: 王丹(１９８９ － ) ꎬ女ꎬ在读硕士研究生ꎬ从事无线移动通信
系统物理层算法研究和实现工作ꎮ
用参考信号都存在ꎬ而不管实际的配置ꎬ在映射中预 留给参考 信 号 而 实 际 又 没 有 传 输 参 考 信 号 的 ＲＥ (Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｅｌｅｍｅｎｔꎬ资源单元) 不用于传输任何物理 信道ꎮ ＰＢＣＨ 信息的更wenku.baidu.com周期是 ４０ｍｓꎬ在 ４０ｍｓ 内 传送 ４ 次ꎬ４ 个 ＰＢＣＨ 中每一个内容相同ꎬ且都能够 独立解码ꎬ 具有高冗余性的特点ꎮ 首次传输位于 ＳＦＮ ( Ｓｙｓｔｅｍ Ｆｒａｍｅ Ｎｕｍｂｅｒꎬ 系 统 帧 号 ) 满 足 ＳＦＮ