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一种TD-SCDMA 终端信道估计方法# 摘要5 ：本文提出了一种TD-SCDMA 系统信道估计方法，取每个信道估计窗的前面3 条径和 后面9 条径共12 条径，选取其中能量最小的8 条，8 个信道窗共64 条径，基于这64 条径 的均值设置门限进行信道估计后处理，仿真表明，和现有的方法进行比较，本文的方法可以 节约95.03%计算量，且误码率性能相当。 关键词：训练序列；TD-SCDMA；门限；信道估计 A Channel Estimation Method on TD-SCDM Terminal Abstract: This paper proposes a method of TD-SCDMA channel estimation, which takes the front three tracks and the back nine tracks of each channel estimation window (so that the total tracks is 12), and selects eight tracks with minimal energy among them. Therefore, 8 channel windows will have 64 tracks. Then based on the mean value of these 64 tracks, we can set the threshold for 20 post-processing of channel estimation. As the result of simulation analysis, the method used in this paper can save 95.03% of calculating work load with similar error rate compared to other existing methods. Keywords: training sequence; TD-SCDMA; threshold setting; Channel estimation 25 0 引言 TD-SCDMA 是一种时分双工通信系统，采用联合检测、智能天线、接力切换等关键技 术，这些技术的实现都是建立在信道估计之上的，精确的信道估计是TD-SCDMA 系统高可 靠、效率工作的前提。B.Steiner 等人提出了一种低代价信道估计算法[1]. 它通过一个基本 midamble 码按一定规律构造出每个用户的midamble 码，从而使得在接收端的midamble 码 30 信道矩阵具有循环相关性，可以用FFT 和IFFT 来方便快速地进行信道估计[2,3]。该算法因计 算复杂度低而被UMTSTDD-CDMA 普遍采用[4,5]。文献[6,7]对Steiner 信道估计器进行改进: 利用门限处理方法,将功率小于门限的信道响应值置零,削弱干扰(噪声)对信道估计的影响.文 献[8]对上面的信道估计进行了改进，提高了信道估计的速度，但是抽头数目比较多，对全部 128 抽头的能量全部排序，会耗费较大的软件或者硬件开销。本文对文献[8]进行改进，提出 35 了一种新的信道估计方法，大大地减少其开销。 1 Steiner 信道估计 Midamble 码即训练序列位于时隙的中央，长度是144chip。相同小区相同时隙的不同用 户使用的midamble 码由同一基本midamble 码派生得到的。一个时隙中各个部分的发射功率 必须一致，即midamble 部分的发射功率和与数据部分的发射功率和必须一致[2]。TD-SCDMA 40 系统时隙结构如图1： Data symbols 352 chips Midamble 144 chips Data symbols 352 chips GP 16 CP 864*Tc 图1 TD-SCDMA 系统时隙结构 Fig.1 The time slot structure of TD-SCDMA system 45 由于信号传播时延的存在，而且数据部分的发送和Midamble 码部分的发送在时间上是 连续的，图1 的TD-SCDMA 系统时隙结构，Midamble 码部分的最前面一部分数据会受到 前面数据段的最后面一部分数据的影响，因此，取后128chip 的Midamble 码数据来计算信 道估计值。 设接收的Midamble 码部分的数据矢量为： ( , , , ) 1 2 128 50 e = e e Λ e (1) 考虑到Midamble 码的循环相关特性，接收端Midamble 码的响应可以表示为： e = Gh + n (2) 其中， n 是噪声和干扰， h 是信道响应矢量： H = (h(1)T ,h(2)T ,Λ ,h(K)T )T (3) k T w hk (h k , h (k ) , ,h ( ) ) 2 ( ) 1 = Λ 是用户k 的信道响应； T p G (circle(g , g , g )) 1 2 55 = Λ 是一个循环矩阵， ( , , ) 1 2 p g g Λ g 矩阵G 的第一列，由基本Midamble 码确定。由（2）式， 用最大似然准则，并通过一些简化，可以求解信道估计h 的估计值如下： hˆ = G−1e (4) 由于G 是一个循环矩阵，可以用傅立叶变换和傅立叶逆变换来实现上面的信道估计求 60 解过程： hˆ = IDFT(DFT(e)./ DTF(g)) (5) 其中，⋅ / 表示两个向量对应元素相除。 当系统参数K = 8,W = 16 ，并将傅立叶变换和傅立叶逆变换用快速傅立叶变换和快速 傅立叶逆变换实现，计算信道估计值的步骤如下： 65 （1）取接收到的Midamble 部分的后128chip 的数据，记为e ； （2）计算其频域值： fft(e) ； （3）计算基本Midamble 码（记为M ）的频域值： fft(g) ； （4）计算信道估计值，方法是先将两个频域值相除，结果再IFFT 变换到时域： hˆ = ifft( fft(e)./ fft(g)) (6) 70 其中⋅ / 表示两个数组对应数相除。 通过以上4 步的处理就得到的原始信道估计的128 个抽头，包括信号抽头和噪声抽头， 下面一步就是通过门限来区分信号抽头和噪声抽头。 2 门限的设置方法 对于K = 8的Midamble 码分配方式，128 个信道估计抽头分成8 个信道窗，每个信道 75 窗长16chip[2]。实际应用中，为了防止信道估计的信号抽头出窗，包括前出窗和后出窗，系 统会设置一定的提前量，比如2～6 个chip，以便使信号抽头尽量落在信道窗的中间部分， 接收机能接收到尽可能多的信号能量，提高接收机性能。下图所示的是一个信道窗的16 个 信道估计抽头，系统提前量是3chip，方框中抽头4～抽头13 是信号抽头。 一般来说，第一个信号抽头（抽头4）的能量比较强，由于电磁波在传播中的衰减，和 80 第一个信号抽头距离越远的信号抽头，在传播中的衰减越大，到达接收机的能量越弱。 图2 TD-SCDMA 系统的一个信道估计窗 Fig2 A channel estimation window of TD-SCDMA system 85 基于以上的原因，用下面的方法就算门限，来区分信道估计结果中的信号抽头和噪声抽 头，具体步骤如下： (1)计算每一个信道估计窗的16 个信道估计抽头计算能量Pi，i=1,2,…,16； (2)取其中的最前面抽头1 到抽头3 的3 个抽头，最后面抽头8 到抽头16 的9 个抽头， 共12 个抽头的能量，如图2 中虚线所示； 90 (3)对这12 个能量进行大小排序，取其中最小的8 个能量值，等效的方法是去掉其中最 大的4 个能量，剩下的就是最小的8 个能量； (4)另外的7 个信道窗也用同样的方法处理，得到共64 个能量值； (5)对这64 个能量值取均值； (6)将该均值乘以一个大于1 的系数得到门限值。 95 用上面得到的门限进行信道估计后处理，分理处信号径和噪声径。 3 仿真及分析 3.1 仿真环境 仿真2 的门限设置方法，和文献[8]的方法进行比较，仿真环境如表1 100 表1 仿真系统参数 Tab.1 The parameters of simulation 系统参数 取值 信道环境 AWGN、CASE1、CASE3 SNR [-10 :2:10]dB Midamble 码ID 0 业务配置 5个12.2k，占码道1～10 共10 个码道 统计次数 1000子帧 统计量 BER（误码率） 3.2 仿真结果 表2 统计的是本文的方法和文献[8]的方法排序比较的次数。 105 表2 不同方法的比较次数对比 Tab.2 The statistical number of times for re-arranging ranking order by using two methods 本文方法 文献[8]方法 节约计算量 排序比较次数 304 6112 95.03% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 图3 不同信道估计方法的BER Fig.3 The BERs (bit error rate) between 110 using the different methods 图3 给出了两种方法的BER（1 表示文献[8]的方法，2 表示本文的方法）。 3.3 仿真结果分析 由表2 和图3 可见： 115 （1）从表2 的计算量比较可见，与文献[8]的方法比较，本文的方法节约计算量95.03%； （2）从图3 的12.2k 业务的BER 性能可见，在文献[9]规定的AWGN、CASE1 和CASE3 三种信道环境下，本文的方法与文献[8]的方法的BER 性能相当。 4 结束语 文献[8]是TD-CDMA 系统信道估计的一种专利方法，该方法需要对128 个抽头能量排 120 序，计算量比较大，不利于终端节约面积和功耗的要求，本文在此基础上提出的方法节约计 算量95.03%，同时在AWGN、CASE1 和CASE3 三种信道环境下12.2k 业务的BER 性能与 文献[8]的方法性能相当，完全符合系统终端信道估计的要求。 [参考文献] (References) 125 [1] B Steiner, P Jung. 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