多小區信道估計技術的研究

蔣笑冰

（北京鐵路局 北京鐵路通信技術中心，北京 100038）

在第3代移動通信TD-SCDMA系統中，由于擴頻碼的長度較短，使得其抗干擾的能力不強，因此，在TD-SCDMA系統中使用了聯合檢測技術，從而可以極大地消除本小區干擾用戶的影響，極大地提高系統的性能。但是由于TD-SCDMA系統是同頻組網，來自臨小區的干擾，用戶的影響也非常大，極端情況下，在兩個小區的交界處，多個用戶聚集在一起將會使這些用戶都不能工作，因此，如何消除來自臨小區的強干擾用戶的影響是需要考慮的問題。

當用戶的干擾特別強時，單小區聯合檢測的性能要比多小區聯合檢測地性能要差，這說明多小區聯合檢測可以有效地消除來自臨小區的強干擾用戶的影響。但是，在用戶的干擾不是特別強時，多小區聯合檢測的性能反而有所下降，文中分析多小區聯合檢測性能下降的原因，給出解決方案。

1 傳統的單小區信道估計

TD-SCDMA系統中，在一個時隙中，使用中間訓練序列碼（Midamble）來做信道估計，在圖1中給出了一個時隙的時隙結構，它由左右兩端的數據域部分和中間的訓練序列及時隙最后的保護間隔（GP，Guard Period）組成。結構如圖1。

圖1 TD-SCDMA系統的時隙結構

時隙中，兩段數據域的長度為352個碼片（Chip），Midamble碼的長度為144 Chip，GP的長度為16 Chip。

進行信道估計時，由于接收到的Midamble域的前16個Chip受到數據域的干擾，因此，選取后面的128個Chip做信道估計。假設共有K個用戶，每個用戶的信道估計窗長為W，如果要正確的估計出每個用戶的信道，條件KM≤128必須滿足。第i個（i=0,…,K-1）用戶的Midamble碼的偏移位置為i*W。則接收信號的表達式可以表示為：

其中，表示接收到的Midamble碼域的數據，它是一個的矢量，是一個的矩陣，其中第1列表示基本的Midamble碼，其余各列是有左邊1列順序循環右移1位得到的。實際上，矩陣是矩陣的最后128行。

信道估計的算法可以表示為：

2 基于PIC的多小區聯合信道估計

研究提出了一種基于PIC的多小區聯合信道估計的方法，圖2為其示意圖。

在圖2中，多小區混合的Midamble信號首先對各個臨小區做信道估計，對于NodeB來講，其臨小區可以通過軟件配置得到，即NodeB已知其各個臨小區。UE側則需要根據其測量的各個臨小區的PCCPCH()的RSCP值來判斷它和其周圍的各個臨小區距離的遠近，從而判斷是否需要將對應的臨小區納入到PIC的信道估計算法中去。

圖2 基于PIC的多小區聯合信道估計方法圖

當本小區和各個臨小區的信道估計做完后，需要進行臨小區的干擾評估。在NodeB側，其臨小區是固定的，但是這些固定的臨小區中，有可能沒有業務存在，或者是盡管有業務存在，但是這些業務距離臨小區的NodeB較近，而距離本小區較遠，從而這些業務的干擾特別小，因此需要對臨小區的干擾情況做一個評估，從而決定臨小區中那些業務的干擾要被消除。如果臨小區中一個強干擾用戶都沒有，則在小區信號重建時將忽略這個小區的影響。對于UE側也同樣如此。

在選定前干擾用戶后，使用各個用戶信道估計后的結果重構接收信號，然后從原始接收到的信號中將臨小區的重構信號消除掉，得到本小區的一個較為純凈的信號。對每個小區的Midamble域的信號進行這樣的處理后，PIC信道估計的第1級就完成了。

PIC方法可以使用多級級聯的方式，即將上一級消除了各個臨小區干擾的結果作為下一級的輸入，再進行各個小區的信道估計，由于上一級的信道估計得到的是一個包含本小區信息的較為純粹的結果，因此，在第2級中得到的小區估計的結果更為準確，從而可以將各個小區之間的干擾消除得更加徹底。一般來講，PIC方法級聯的總級數不易超過3級。

PIC方法可以同時得到多個小區的信道估計的結果，因此，它比較適合于多小區聯合技術。

3 基于SIC的多小區聯合信道估計

除了PIC方法的多小區信道估計外，還可以使用基于SIC的多小區信道估計方法。其實現步驟如下。

3.1 排序臨小區的干擾功率

臨小區干擾功率的排序有2種方式：

（1）使用本幀信道估計部分的接收信號，對相鄰小區進行傳統的信道估計，根據信道估計的結果計算其接收的總能量，然后對其干擾的總量進行排序。

（2）在每一幀的SIC多小區聯合信道估計算法完成后，根據信道估計結果，計算每個相鄰小區的干擾總量，使用本幀的計算結果，或者前面幾幀計算結果的平均，也可以是滑動平均值，對相鄰小區進行排序，在下一幀中使用這一排序結果進行SIC的多小區聯合信道估計。由于第1種方式的計算復雜度較高，在實際系統中，第2種方法更為實際一些。

3.2 估計臨小區的信道信息

在對臨小區的用戶干擾強度進行排序后，根據排序結果，估計干擾強度較大的臨小區的信道信息，估計的方式與傳統的信道估計方式一樣，在得到臨小區的信道估計后，重構臨小區的信道估計部分的信號，從原始的接收信號中減去重構的信號，得到去除臨小區干擾的較為純凈的信號，重復上述過程，直到將所有的臨小區干擾信號都去除掉。然后使用這個較為純粹的信號估計本小區的信道信息。

和PIC方法不同的是，SIC技術只能得到本小區的較為精確的信道估計結果，對于臨小區來講，其信道估計精度的提高有限，尤其是對于最先進行信道估計的小區來講，其信道估計的結果和傳統的信道估計相同。因此，當使用多小區聯合檢測時，其性能比PIC方法差。但是，由于SIC的計算復雜度比PIC方法低，SIC方法更容易在系統中實現。另外，SIC對于本小區的信道估計提高很大，因此，SIC方法可以在不使用多小區聯合檢測的系統中使用，提高單小區聯合檢測的性能。

4 仿真實驗與性能分析

參考3GPP的測試規范，對基于PIC和SIC的多小區信道估計方法進行了仿真比較。

仿真中，假設本小區共有4個用戶，有2個臨小區，每個臨小區的強干擾用戶的個數為2個。仿真中假設臨小區中的強干擾用戶的平均功率和本小區用戶的平均功率相同。

仿真結果如圖3和圖4。

從仿真中可以看出，使用PIC和SIC方法后，在存在外小區強干擾用戶時，即使在不使用多小區聯合檢測的情況下，也可以提高系統的檢測性能，主要原因是提高了信道的估計精度。

在使用PIC的信道估計方法后，提高了本小區和外小區的信道估計的精度，可以進一步改善多小區聯合檢測的性能。

圖3 Case 1情況下PIC&SIC和多小區聯檢的性能比較

圖4 Case 3情況下PIC&SIC和多小區聯檢的性能比較

5 結束語

在多小區存在的情況下，使用單小區的聯合檢測技術消除不掉外小區強干擾用戶形成的干擾，為了進一步消除小區間的干擾，提高多小區聯合檢測以及單小區聯合檢測的性能，研究提出了基于并行干擾消除和串行干擾小區的多小區信道估計方法。仿真表明，即使使用單小區聯合檢測技術，由于提高了信道的估計精度，基于PIC和SIC的信道估計方法也能夠改善系統的檢測性能。在使用多小區聯合檢測技術時，基于PIC的多小區聯合信道估計方法可以獲得額外的性能增益。

[1]李世鶴. TD-SCDMA第3代移動通信系統標準[M].北京：人民郵電出版社，2003.