基于空频分组码的信道估计方法、装置、设备及介质

技术领域

本发明涉及移动通信系统技术领域，更具体地说，涉及一种基于空频分组码的信道估计方法、装置、设备及介质。

背景技术

MIMO（multiple-input multiple-output, 多进多出）-OFDM（orthogonalfrequency division multiplexing，正交频分复用技术）系统是在正交频分复用系统OFDM的接收端和发射端同时布置多个天线构成的多输入多输出系统MIMO，由于结合了MIMO系统分集增益高、系统容量大以及OFDM系统抗频率选择性衰落、频谱利用率高的诸多特点，在新一代移动通信对高容量、低成本的要求驱动下，正受到越来越多的关注。

在MIMO技术中，从提高空间分集的角度来看，空时分组码（space-time blockcoding, STBC）由于其正交性设计，使得最大似然译码只需要线性复杂度，因而目前研究最为广泛。将空时分组码与OFDM结合，便构成空频分组码（space-frequency block coding，SFBC）。此时，空时分组码对于信道时域特性的要求也转而变为对信道频域特性的要求。如：Alamouti空时码的相应空频码便要求同一码块所处的频域信道是慢变的。

参见图1，为现有方案中基于SFBC的MIMO-OFDM经典系统框架示意图，通过图1可以看出，图1展示了MIMO-OFDM系统收、发数据的流程，包括：发射端的信息比特通过复数星座调制得到信息符号，经过SFBC编码，然后分流并进行OFDM调制，再送往各根发射天线。接收端先对各根天线收到的信号进行OFDM解调，然后利用解调后的频域数据进行信道估计，并将由此得到的频域信道信息连同频域接收数据一起送往SFBC译码器进行译码，在经过解调恢复得到信息比特。在OFDM系统中时频同步和信道估计都属于关键技术。注意到OFDM系统（特别是CP（cyclic-prefix, 循环前缀）-OFDM）由于CP发挥的保护间隔作用，其对于符号定时同步的精度是比较低的。原则上来讲，符号定时同步的误差只需要小于1/2CP长度就行，此时，只需要合理利用CP保护间隔即可以消除符号定时带来的影响。

但是，若将Alamouti空时码方案与OFDM系统相结合，构成MIMO-OFDM系统，则符号定时引入的定时偏差将使接收数据的频域等效信道产生一个附加的线性相移，从而使Alamouti码对于同一编码块内信道慢变的要求无法满足，进而导致译码失败。

因此，如何避免因符号定时引入的定时偏差导致译码失败，是本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于空频分组码的信道估计方法、装置、设备及介质，以避免因符号定时引入的定时偏差导致译码失败。

为实现上述目的，本发明提供一种基于空频分组码的信道估计方法，包括：

利用相邻的两个子载波的接收信号及发送信号确定初始信道估计值；

通过每组子载波的接收信号及发送信号确定目标符号定时偏差；其中，所述每组子载波中包括相邻的四个子载波；所述相邻的四个子载波中包括所述相邻的两个子载波；

利用所述目标符号定时偏差对所述初始信道估计值进行相位校正，得到最终的目标信道估计值。

其中，所述利用相邻的两个子载波的接收信号及发送信号确定初始信道估计值，包括：

确定每组子载波，每组子载波均包括子载波序号依次增大的第一子载波、第二子载波、第三子载波、第四子载波；

将每组子载波中的第一子载波和第二子载波，作为相邻的两个子载波；

根据第一接收天线及第二接收天线在所述第一子载波和第二子载波获取的接收信号，以及第一发射天线和第二发射天线在所述第一子载波和第二子载波发送的发送信号，确定第一信道估计函数；

根据所述第一信道估计函数确定初始信道估计值。

其中，所述初始信道估计值包括：

所述第一发送天线与所述第一接收天线间的第一初始信道估计值，所述第二发送天线与所述第一接收天线间的第二初始信道估计值，所述第一发送天线与所述第二接收天线间的第三初始信道估计值，所述第二发送天线与所述第二接收天线间的第四初始信道估计值。

其中，所述通过每组子载波的接收信号及发送信号确定目标符号定时偏差，包括：

根据第一接收天线及第二接收天线在所述第三子载波和第四子载波获取的接收信号，以及第一发射天线和第二发射天线在所述第三子载波和第四子载波发送的发送信号，确定第二信道估计函数；

根据每组子载波的所述第一信道估计函数及所述第二信道估计函数，计算与每组子载波对应的初始符号定时偏差；

利用每组子载波对应的初始符号定时偏差确定所述目标符号定时偏差。

其中，所述利用每组子载波对应的初始符号定时偏差确定所述符号定时偏差，包括：计算每组子载波的初始符号定时偏差的平均值，将所述平均值作为所述目标符号定时偏差。

其中，所述利用所述目标符号定时偏差对所述初始信道估计值进行相位校正，得到最终的目标信道估计值，包括：

利用所述目标符号定时偏差

其中，所述估计值确定规则为：

其中，

为实现上述目的，本发明进一步提供一种基于空频分组码的信道估计装置，包括：

第一估计值确定模块，用于利用相邻的两个子载波的接收信号及发送信号确定初始信道估计值；

符号定时偏差确定模块，用于通过每组子载波的接收信号及发送信号确定目标符号定时偏差；其中，所述每组子载波中包括相邻的四个子载波；所述相邻的四个子载波中包括所述相邻的两个子载波；

第二估计值确定模块，用于利用所述目标符号定时偏差对所述初始信道估计值进行相位校正，得到最终的目标信道估计值。

其中，所述第一估计值确定模块包括：

第一确定单元，用于确定每组子载波，每组子载波均包括子载波序号依次增大的第一子载波、第二子载波、第三子载波、第四子载波；

相邻子载波确定单元，用于将每组子载波中的第一子载波和第二子载波，作为相邻的两个子载波；

第二确定单元，用于根据第一接收天线及第二接收天线在所述第一子载波和第二子载波获取的接收信号，以及第一发射天线和第二发射天线在所述第一子载波和第二子载波发送的发送信号，确定第一信道估计函数；

第三确定单元，用于根据所述第一信道估计函数确定初始信道估计值。

为实现上述目的，本发明进一步提供一种电子设备，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述基于空频分组码的信道估计方法的步骤。

为实现上述目的，本发明进一步提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述基于空频分组码的信道估计方法的步骤。

通过以上方案可知，本发明实施例提供的一种基于空频分组码的信道估计方法，包括：利用相邻的两个子载波的接收信号及发送信号确定初始信道估计值；通过每组子载波的接收信号及发送信号确定目标符号定时偏差；其中，所述每组子载波中包括相邻的四个子载波；所述相邻的四个子载波中包括所述相邻的两个子载波；利用所述目标符号定时偏差对所述初始信道估计值进行相位校正，得到最终的目标信道估计值。

可见，本方案基于空频分组码进行信道估计时，需要计算目标符号定时偏差，并通过该目标符号定时偏差对初始信道估计值进行相位校正，通过该方式，可以避免因符号定时引入的符号定时偏差导致译码失败的问题，保证译码的可靠性；本发明还公开了一种基于空频分组码的信道估计装置、设备及介质，同样能实现上述技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有方案中基于SFBC的MIMO-OFDM经典系统框架示意图；

图2为本发明实施例公开的一种基于空频分组码的信道估计方法流程示意图；

图3a为本发明实施例公开的STO为0时的信道估计值示意图；

图3b为本发明实施例公开的STO为0时的另一信道估计值示意图；

图3c为本发明实施例公开的STO为0时的另一信道估计值示意图；

图3d为本发明实施例公开的STO为0时的另一信道估计值示意图；

图4a为本发明实施例公开的STO为32时的信道估计值示意图；

图4b为本发明实施例公开的STO为32时的另一信道估计值示意图；

图4c为本发明实施例公开的STO为32时的另一信道估计值示意图；

图4d为本发明实施例公开的STO为32时的另一信道估计值示意图；

图5a为本发明实施例公开的STO为0时的信号估计值示意图；

图5b为本发明实施例公开的STO为32时的信号估计值示意图；

图6a为本发明实施例公开的STO补偿后的信道估计值示意图；

图6b为本发明实施例公开的STO补偿后的另一信道估计值示意图；

图6c为本发明实施例公开的STO补偿后的另一信道估计值示意图；

图6d为本发明实施例公开的STO补偿后的另一信道估计值示意图；

图7为本发明实施例公开的基于相位校正的信道估计实现框图；

图8为本发明实施例公开的一种基于空频分组码的信道估计装置结构示意图；

图9为本发明实施例公开的一种电子设备结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种基于空频分组码的信道估计方法、装置、设备及介质，以避免因符号定时引入的定时偏差导致译码失败。

参见图2，本发明实施例提供的一种基于空频分组码的信道估计方法流程示意图，该方法包括：

S101、利用相邻的两个子载波的接收信号及发送信号确定初始信道估计值；

其中，本方案利用相邻的两个子载波的接收信号及发送信号确定初始信道估计值的过程，具体包括：

确定每组子载波，其中，每组子载波均包括子载波序号依次增大的第一子载波、第二子载波、第三子载波、第四子载波；将每组子载波中的第一子载波和第二子载波，作为相邻的两个子载波；根据第一接收天线及第二接收天线在所述第一子载波和第二子载波获取的接收信号，以及第一发射天线和第二发射天线在所述第一子载波和第二子载波发送的发送信号，确定第一信道估计函数；根据所述第一信道估计函数确定初始信道估计值。

需要说明的是，本方案在进行信道估计时，首先需要对所有的子载波进行分组，如：若子载波的总数量为64个，且设置每组子载波的数量为4，那么可将64个子载波划分为16组子载波，在本方案中，根据每组子载波的子载波序号来对这4个子载波命名，也即每组子载波中均包括：第一子载波、第二子载波、第三子载波、第四子载波。并且，本方案在确定初始信道估计值时，具体是通过第一子载波和第二子载波这两个相邻的子载波来确定初始信道估计值。

具体来说，本实施例为了方便分析，以单入单出（single-input single-output,SISO）OFDM为例来进行说明，假设符号定时偏差（symbol time offset, STO）为d，则接收信号的频域表达式为：

其中，

在此基础上，考虑2×2的MIMO-OFDM系统中采用SFBC的情形。将Alamouti空时码应用到频域，得到SFBC编码方案。同一个SFBC编码块将占据两根发送天线的频域OFDM符号块内的某相邻两个频点，发射天线1在这两个频点上依次承载信息符号

接收天线1的系统频域模型由式（2）表示：

其中，

相对应的，接收天线2的系统频域模型由（3）表示：

其中，

在本实施例中，假设相邻两个子载波的信道频域响应相等（近似相等），则公式（2）可以转化为公式（4），公式（3）可以转化为公式（5）：

根据上述公式（4）和公式（5）可确定的初始信道估计值为：

通过公式（6）和公式（7）便可确定初始信道估计值

由于上述

参见图5a和图5b，为本实施例公开的STO对MIMO-OFDM系统中采用SFBC分集接收获得的信号估计值的影响，其中，图5a为符号定时偏差为0时的2×2MIMO信号估计值，图5b为符号定时偏差为32时的2×2MIMO信号估计值；可见，符号定时偏差会对信道估计值及信号估计值产生影响，因此，在本方案中，当MIMO-OFDM系统采用空频编码时，需要克服符号定时偏差的影响，实现信道的准确估计，才能实现最终信号的正确分集接收。

S102、通过每组子载波的接收信号及发送信号确定目标符号定时偏差；其中，所述每组子载波中包括相邻的四个子载波；所述相邻的四个子载波中包括所述相邻的两个子载波；

其中，本方案通过每组子载波的接收信号及发送信号确定目标符号定时偏差的过程，具体包括：根据第一接收天线及第二接收天线在所述第三子载波和第四子载波获取的接收信号，以及第一发射天线和第二发射天线在所述第三子载波和第四子载波发送的发送信号，确定第二信道估计函数；根据每组子载波的所述第一信道估计函数及所述第二信道估计函数，计算与每组子载波对应的初始符号定时偏差；利用每组子载波对应的初始符号定时偏差确定所述目标符号定时偏差。

在本实施例中，为了克服符号定时偏差对信道估计值产生的影响，合理假设相邻四个子载波的信道频域响应相等（近似相等），通过上述公式（4）和公式（5）可确定与第一子载波和第二子载波对应的计算信道估计函数的第一信道估计函数，此次，确定与第三子载波和第四子载波对应的计算信道估计函数的第二信道估计函数为：

其中，

在本实施例中，为了分析的方便，忽略噪声的影响。利用对角矩阵的性质，将第一信道估计函数中的公式（4）和第二信道估计函数中的公式（9）处理可以进一步得到公式（11）和公式（12）：

其中，

通过公式（13）即可计算得到本组子载波对应的初始符号定时偏差，类似的，公式（4）和公式（10）通过上述过程可得到公式（14）：

通过公式（14）即可计算得到本组子载波对应的另一个初始符号定时偏差，通过上述方式，得到每组子载波对应的初始符号定时偏差后，可以计算每组子载波的初始符号定时偏差的平均值，将该平均值作为最终的目标符号定时偏差

S103、利用所述目标符号定时偏差对所述初始信道估计值进行相位校正，得到最终的目标信道估计值。

其中，本方案利用目标符号定时偏差对初始信道估计值进行相位校正，得到最终的目标信道估计值的过程，包括：

利用目标符号定时偏差

其中，

需要说明的是，在本实施例中，若将公式（4）扩展到一般情况：

结合公式（15）可得到准确的目标信道估计值为：

参见图6a、图6b、图6c、图6d，为本实施例公开的补偿STO后，MIMO-OFDM系统中采用SFBC的条件下信道估计的效果，其中，图6a、图6b、图6c和图6d，分别表示符号定时偏差为32时的不同信道估计值示意图，可以看出，通过相位校正完全可以得到准确的信道估计值。

综上可以看出，本方案提出了一种适用于MIMO-OFDM采用SFBC条件下的带“相位校正”的信道估计方法，该方法在接收端对频域信道响应数据进行“相位校正”，使得校正后的等效频域信道重新满足Alamouti方案的要求，以此保证译码的可靠性。参见图7，为本实施例公开的基于相位校正的信道估计实现框图，在本方案中，基于两个天线接收的频域数据即为接收信号，导频数据即为发送信号，通过接收信号、发射信息以及上述的公式（6）和公式（7）实现信道估计，得到初始信道估计值：

下面对本发明实施例提供的信道估计装置、设备及介质进行介绍，下文描述的信道估计装置与上文描述的信道估计装置、设备及介质可以相互参照。

参见图8，本发明实施例提供的一种基于空频分组码的信道估计装置结构示意图，包括：

第一估计值确定模块100，用于利用相邻的两个子载波的接收信号及发送信号确定初始信道估计值；

符号定时偏差确定模块200，用于通过每组子载波的接收信号及发送信号确定目标符号定时偏差；其中，所述每组子载波中包括相邻的四个子载波；所述相邻的四个子载波中包括所述相邻的两个子载波；

第二估计值确定模块300，用于利用所述目标符号定时偏差对所述初始信道估计值进行相位校正，得到最终的目标信道估计值。

其中，所述第一估计值确定模块包括：

第一确定单元，用于确定每组子载波，每组子载波均包括子载波序号依次增大的第一子载波、第二子载波、第三子载波、第四子载波；

相邻子载波确定单元，用于将每组子载波中的第一子载波和第二子载波，作为相邻的两个子载波；

第二确定单元，用于根据第一接收天线及第二接收天线在所述第一子载波和第二子载波获取的接收信号，以及第一发射天线和第二发射天线在所述第一子载波和第二子载波发送的发送信号，确定第一信道估计函数；

第三确定单元，用于根据所述第一信道估计函数确定初始信道估计值。

其中，所述初始信道估计值包括：

所述第一发送天线与所述第一接收天线间的第一初始信道估计值，所述第二发送天线与所述第一接收天线间的第二初始信道估计值，所述第一发送天线与所述第二接收天线间的第三初始信道估计值，所述第二发送天线与所述第二接收天线间的第四初始信道估计值。

其中，所述符号定时偏差确定模块，包括：

第四确定单元，用于根据第一接收天线及第二接收天线在所述第三子载波和第四子载波获取的接收信号，以及第一发射天线和第二发射天线在所述第三子载波和第四子载波发送的发送信号，确定第二信道估计函数；

计算单元，用于根据每组子载波的所述第一信道估计函数及所述第二信道估计函数，计算与每组子载波对应的初始符号定时偏差；

第五确定单元，用于利用每组子载波对应的初始符号定时偏差确定所述目标符号定时偏差。

其中，所述第五确定单元具体用于：计算每组子载波的初始符号定时偏差的平均值，将所述平均值作为所述目标符号定时偏差。

其中，所述第二估计值确定模块具体用于：利用所述目标符号定时偏差

其中，

参见图9，本发明实施例还公开了一种电子设备结构示意图，包括：

存储器11，用于存储计算机程序；

处理器12，用于执行所述计算机程序时实现上述任意方法实施例所述的基于空频分组码的信道估计方法的步骤。

在本实施例中，设备可以是PC（Personal Computer，个人电脑），也可以是智能手机、平板电脑、掌上电脑、便携计算机等终端设备。

该设备可以包括存储器11、处理器12和总线13。

其中，存储器11至少包括一种类型的可读存储介质，所述可读存储介质包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器（例如，SD或DX存储器等）、磁性存储器、磁盘、光盘等。存储器11在一些实施例中可以是设备的内部存储单元，例如该设备的硬盘。存储器11在另一些实施例中也可以是设备的外部存储设备，例如设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡（SmartMedia Card, SMC），安全数字（Secure Digital, SD）卡，闪存卡（Flash Card）等。进一步地，存储器11还可以既包括设备的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器11不仅可以用于存储安装于设备的应用软件及各类数据，例如执行信道估计方法的程序代码等，还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

处理器12在一些实施例中可以是一中央处理器（Central Processing Unit,CPU）、控制器、微控制器、微处理器或其他数据处理芯片，用于运行存储器11中存储的程序代码或处理数据，例如执行信道估计方法的程序代码等。

该总线13可以是外设部件互连标准(peripheral component interconnect，简称PCI)总线或扩展工业标准结构(extended industry standard architecture，简称EISA)总线等。该总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图9中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

进一步地，设备还可以包括网络接口14，网络接口14可选的可以包括有线接口和/或无线接口（如WI-FI接口、蓝牙接口等），通常用于在该设备与其他电子设备之间建立通信连接。

可选地，该设备还可以包括用户接口15，用户接口15可以包括显示器（Display）、输入单元比如键盘（Keyboard），可选的用户接口15还可以包括标准的有线接口、无线接口。可选地，在一些实施例中，显示器可以是LED显示器、液晶显示器、触控式液晶显示器以及OLED（Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管）触摸器等。其中，显示器也可以适当的称为显示屏或显示单元，用于显示在设备中处理的信息以及用于显示可视化的用户界面。

图9仅示出了具有组件11-15的设备，本领域技术人员可以理解的是，图9示出的结构并不构成对设备的限定，可以包括比图示更少或者更多的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

本发明实施例还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任意方法实施例所述的基于空频分组码的信道估计方法的步骤。

其中，该存储介质可以包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（Read-Only Memory ，ROM）、随机存取存储器（Random Access Memory ，RAM）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。