多小区信道估计技术的研究

蒋笑冰

（北京铁路局 北京铁路通信技术中心，北京 100038）

在第3代移动通信TD-SCDMA系统中，由于扩频码的长度较短，使得其抗干扰的能力不强，因此，在TD-SCDMA系统中使用了联合检测技术，从而可以极大地消除本小区干扰用户的影响，极大地提高系统的性能。但是由于TD-SCDMA系统是同频组网，来自临小区的干扰，用户的影响也非常大，极端情况下，在两个小区的交界处，多个用户聚集在一起将会使这些用户都不能工作，因此，如何消除来自临小区的强干扰用户的影响是需要考虑的问题。

当用户的干扰特别强时，单小区联合检测的性能要比多小区联合检测地性能要差，这说明多小区联合检测可以有效地消除来自临小区的强干扰用户的影响。但是，在用户的干扰不是特别强时，多小区联合检测的性能反而有所下降，文中分析多小区联合检测性能下降的原因，给出解决方案。

1 传统的单小区信道估计

TD-SCDMA系统中，在一个时隙中，使用中间训练序列码（Midamble）来做信道估计，在图1中给出了一个时隙的时隙结构，它由左右两端的数据域部分和中间的训练序列及时隙最后的保护间隔（GP，Guard Period）组成。结构如图1。

图1 TD-SCDMA系统的时隙结构

时隙中，两段数据域的长度为352个码片（Chip），Midamble码的长度为144 Chip，GP的长度为16 Chip。

进行信道估计时，由于接收到的Midamble域的前16个Chip受到数据域的干扰，因此，选取后面的128个Chip做信道估计。假设共有K个用户，每个用户的信道估计窗长为W，如果要正确的估计出每个用户的信道，条件KM≤128必须满足。第i个（i=0,…,K-1）用户的Midamble码的偏移位置为i*W。则接收信号的表达式可以表示为：

其中，表示接收到的Midamble码域的数据，它是一个的矢量，是一个的矩阵，其中第1列表示基本的Midamble码，其余各列是有左边1列顺序循环右移1位得到的。实际上，矩阵是矩阵的最后128行。

信道估计的算法可以表示为：

2 基于PIC的多小区联合信道估计

研究提出了一种基于PIC的多小区联合信道估计的方法，图2为其示意图。

在图2中，多小区混合的Midamble信号首先对各个临小区做信道估计，对于NodeB来讲，其临小区可以通过软件配置得到，即NodeB已知其各个临小区。UE侧则需要根据其测量的各个临小区的PCCPCH()的RSCP值来判断它和其周围的各个临小区距离的远近，从而判断是否需要将对应的临小区纳入到PIC的信道估计算法中去。

图2 基于PIC的多小区联合信道估计方法图

当本小区和各个临小区的信道估计做完后，需要进行临小区的干扰评估。在NodeB侧，其临小区是固定的，但是这些固定的临小区中，有可能没有业务存在，或者是尽管有业务存在，但是这些业务距离临小区的NodeB较近，而距离本小区较远，从而这些业务的干扰特别小，因此需要对临小区的干扰情况做一个评估，从而决定临小区中那些业务的干扰要被消除。如果临小区中一个强干扰用户都没有，则在小区信号重建时将忽略这个小区的影响。对于UE侧也同样如此。

在选定前干扰用户后，使用各个用户信道估计后的结果重构接收信号，然后从原始接收到的信号中将临小区的重构信号消除掉，得到本小区的一个较为纯净的信号。对每个小区的Midamble域的信号进行这样的处理后，PIC信道估计的第1级就完成了。

PIC方法可以使用多级级联的方式，即将上一级消除了各个临小区干扰的结果作为下一级的输入，再进行各个小区的信道估计，由于上一级的信道估计得到的是一个包含本小区信息的较为纯粹的结果，因此，在第2级中得到的小区估计的结果更为准确，从而可以将各个小区之间的干扰消除得更加彻底。一般来讲，PIC方法级联的总级数不易超过3级。

PIC方法可以同时得到多个小区的信道估计的结果，因此，它比较适合于多小区联合技术。

3 基于SIC的多小区联合信道估计

除了PIC方法的多小区信道估计外，还可以使用基于SIC的多小区信道估计方法。其实现步骤如下。

3.1 排序临小区的干扰功率

临小区干扰功率的排序有2种方式：

（1）使用本帧信道估计部分的接收信号，对相邻小区进行传统的信道估计，根据信道估计的结果计算其接收的总能量，然后对其干扰的总量进行排序。

（2）在每一帧的SIC多小区联合信道估计算法完成后，根据信道估计结果，计算每个相邻小区的干扰总量，使用本帧的计算结果，或者前面几帧计算结果的平均，也可以是滑动平均值，对相邻小区进行排序，在下一帧中使用这一排序结果进行SIC的多小区联合信道估计。由于第1种方式的计算复杂度较高，在实际系统中，第2种方法更为实际一些。

3.2 估计临小区的信道信息

在对临小区的用户干扰强度进行排序后，根据排序结果，估计干扰强度较大的临小区的信道信息，估计的方式与传统的信道估计方式一样，在得到临小区的信道估计后，重构临小区的信道估计部分的信号，从原始的接收信号中减去重构的信号，得到去除临小区干扰的较为纯净的信号，重复上述过程，直到将所有的临小区干扰信号都去除掉。然后使用这个较为纯粹的信号估计本小区的信道信息。

和PIC方法不同的是，SIC技术只能得到本小区的较为精确的信道估计结果，对于临小区来讲，其信道估计精度的提高有限，尤其是对于最先进行信道估计的小区来讲，其信道估计的结果和传统的信道估计相同。因此，当使用多小区联合检测时，其性能比PIC方法差。但是，由于SIC的计算复杂度比PIC方法低，SIC方法更容易在系统中实现。另外，SIC对于本小区的信道估计提高很大，因此，SIC方法可以在不使用多小区联合检测的系统中使用，提高单小区联合检测的性能。

4 仿真实验与性能分析

参考3GPP的测试规范，对基于PIC和SIC的多小区信道估计方法进行了仿真比较。

仿真中，假设本小区共有4个用户，有2个临小区，每个临小区的强干扰用户的个数为2个。仿真中假设临小区中的强干扰用户的平均功率和本小区用户的平均功率相同。

仿真结果如图3和图4。

从仿真中可以看出，使用PIC和SIC方法后，在存在外小区强干扰用户时，即使在不使用多小区联合检测的情况下，也可以提高系统的检测性能，主要原因是提高了信道的估计精度。

在使用PIC的信道估计方法后，提高了本小区和外小区的信道估计的精度，可以进一步改善多小区联合检测的性能。

图3 Case 1情况下PIC&SIC和多小区联检的性能比较

图4 Case 3情况下PIC&SIC和多小区联检的性能比较

5 结束语

在多小区存在的情况下，使用单小区的联合检测技术消除不掉外小区强干扰用户形成的干扰，为了进一步消除小区间的干扰，提高多小区联合检测以及单小区联合检测的性能，研究提出了基于并行干扰消除和串行干扰小区的多小区信道估计方法。仿真表明，即使使用单小区联合检测技术，由于提高了信道的估计精度，基于PIC和SIC的信道估计方法也能够改善系统的检测性能。在使用多小区联合检测技术时，基于PIC的多小区联合信道估计方法可以获得额外的性能增益。

[1]李世鹤. TD-SCDMA第3代移动通信系统标准[M].北京：人民邮电出版社，2003.