專利名稱：正交頻分復用通信系統(tǒng)的信道估計方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線移動通信系統(tǒng)中的信道估計，具體地涉及到正交頻分復用通信系統(tǒng)中的信道估計。
背景技術(shù)：
作為一種多載波傳輸模式，正交頻分復用(OFDM)通過將一高速傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為一組低速并行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流，使系統(tǒng)對多徑衰落信道頻率選擇性的敏感度大大降低，而循環(huán)前綴的引入，又進一步增強了系統(tǒng)抗符號間干擾(ISI)的能力。除此之外的帶寬利用率高、實現(xiàn)簡單等特點使OFDM在無線通信流域的應用越來越廣，而信道估計作為OFDM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)也成為通信領(lǐng)域研究的熱點，受到越來越多的關(guān)注。
信道估計的一個簡單實現(xiàn)為利用LS(最小二乘)原則在獲得導頻載波的信道估計后，通過線性插值獲得數(shù)據(jù)載波的信道估計。這種方法實現(xiàn)簡單，但是對噪聲特別敏感，其性能一般無法滿足當代無線通信系統(tǒng)的要求。
中國專利CN1437338，“正交頻分復用系統(tǒng)中的信道估計方法”，提出根據(jù)LMMSE原則首先獲得導頻載波的信道估計，然后用一個插值濾波器獲得所有數(shù)據(jù)載波的信道估計。但是為了保證算法的實施，該方法需要預先獲得無線信道的自相關(guān)矩陣，而通常無線信道是時變的，其準確的自相關(guān)矩陣難以獲得。這就使該方法的應用受到了一定限制。另外，該方法只考慮了信道在頻域的相關(guān)性，沒有考慮信道在時域的相關(guān)性，這也影響了信道估計性能的進一步提高。
美國專利20020150037，“Iterative maxmium likehood channel estimation andsignal detection for OFDM systems”.該專利提出一種從時域?qū)FDM系統(tǒng)進行信道估計的方法。其思路是首先利用導頻求得信道的沖激響應，然后利用FFT(快速傅立葉變換)獲得所有載波的頻域響應，這個過程可以遞推進行。但是該方法對計算能力與存儲空間要求都比較高，每一次遞推中，都需要兩次點數(shù)為N(載波總數(shù)目)的IFFT(逆快速傅立葉變換)，兩次點數(shù)為L(L是循環(huán)前綴的樣點數(shù)目)的DFT(傅立葉變換)，一次點數(shù)為L的IDFT(逆傅立葉變換)，在遞推過程中，該方法還要求對解調(diào)的數(shù)據(jù)進行硬判決。由于該方法過于復雜，在實際中也比較難以應用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有的實現(xiàn)復雜度、估計檢測準確度的矛盾，提出用一種新的性能優(yōu)良、實現(xiàn)簡單的信道估計方法。
本發(fā)明還提供實現(xiàn)上述方法的裝置。
本發(fā)明提出的方法為由系統(tǒng)發(fā)射機產(chǎn)生信道估計所用的導頻信號，包括導頻插入方式以及導頻值選取兩部分內(nèi)容；產(chǎn)生的導頻信號經(jīng)過逆傅立葉變換變成時域?qū)ьl信號；在無線多徑衰落信道上發(fā)射該時域?qū)ьl信號；由系統(tǒng)接收機對時域?qū)ьl信號經(jīng)過傅立葉變換得到頻域?qū)ьl信號；其特征在于，1.1進行LS估計獲得導頻載波的信道估計；1.2對于導頻載波的信道估計結(jié)果進行時-頻濾波，得到導頻載波的新的信道估計結(jié)果；1.3對上一步獲得導頻信道估計結(jié)果進行插值，獲得數(shù)據(jù)載波的信道估計。
本發(fā)明中的裝置，可以是下列兩種方案之一方案之一信道估計器，包括用于對導頻載波信道響應進行LS估計的LS估計器；用于對導頻載波信道響應進行時域濾波的時域濾波器，對同一載波，不同時間的信道估計結(jié)果進行加權(quán)平均；用于對導頻載波信道響應進行頻域濾波的頻域濾波器，對同一時間，不同載波的信道估計結(jié)果進行加權(quán)平均；用于確定時域濾波器和頻域濾波器系數(shù)的時域頻域濾波器系數(shù)計算器；用于對導頻載波信道響應進行插值的插值器。
LS估計器對導頻信號載波的信道響應進行LS估計，輸出信號到時域頻域濾波器系數(shù)計算器計算時域濾波器系數(shù)和頻域濾波器系數(shù)分別供時域濾波器和頻域濾波器使用；時域濾波器對LS估計器的輸出數(shù)據(jù)進行時域濾波后，輸出信號給頻域濾波器進行頻域濾波；最后將結(jié)果輸出給插值器；插值器獲得最終的信道估計結(jié)果，并把信道估計結(jié)果輸出給信道補償模塊。
方案之二信道估計器，其特征在于，包括用于對導頻載波信道響應進行LS估計的LS估計器；用于對導頻載波信道響應進行時域濾波的時域濾波器，對同一載波，不同時間的信道估計結(jié)果進行加權(quán)平均；用于對導頻載波信道響應進行頻域濾波的頻域濾波器，對同一時間，不同載波的信道估計結(jié)果進行加權(quán)平均；用于確定時域濾波器系數(shù)的時域濾波器系數(shù)計算器；
用于確定頻域濾波器系數(shù)的頻域濾波器系數(shù)計算器；用于對導頻載波信道響應進行插值的插值器。
LS估計器對導頻信號載波的信道響應進行LS估計，分別輸出信號到時域濾波器系數(shù)計算器和頻域濾波器系數(shù)計算器，它們分別計算時域濾波器系數(shù)和頻域濾波器系數(shù)供時域濾波器和頻域濾波器使用；時域濾波器對LS估計器的輸出數(shù)據(jù)進行時域濾波后，輸出信號給頻域濾波器進行頻域濾波；頻域濾波器最后將結(jié)果輸出給插值器；插值器獲得最終的信道估計結(jié)果，并把信道估計結(jié)果輸出給信道補償模塊。
本發(fā)明既考慮了信道在頻域的相關(guān)性，又考慮了信道在時域的相關(guān)性，從而可以顯著的提高信道估計的準確性。同時，本發(fā)明不需要額外輸入信道的自相關(guān)矩陣，不涉及復雜的矩陣求逆和FFT運算等，具有計算量小，實現(xiàn)容易等特點。


圖1是包含本發(fā)明的接收機結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明中的信道估計器的一個實施例結(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明中的信道估計器的另一個實施例結(jié)構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明中的信道估計方法的流程圖；圖5是本發(fā)明信道估計方法中的計算時域頻域濾波器系數(shù)的流程圖。
具體實施例方式
圖1是包含本發(fā)明信道估計器的接收機結(jié)構(gòu)示意圖。前端處理模塊101通過接收天線接收射頻信號，然后對接收信號進行下變頻、模數(shù)轉(zhuǎn)換、去循環(huán)前綴等處理。最后，數(shù)據(jù)被輸出到FFT模塊102。FFT模塊102對輸入的數(shù)據(jù)進行快速傅立葉變換，這樣數(shù)據(jù)由時域變換到了頻域。FFT模塊102把來自數(shù)據(jù)載波的數(shù)據(jù)輸出到信道補償模塊104，來自導頻載波的數(shù)據(jù)輸出到信道估計模塊103。信道補償模塊104接收FFT模塊102輸出的用戶數(shù)據(jù)和信道估計模塊103輸出的數(shù)據(jù)載波信道估計，并利用數(shù)據(jù)載波的信道估計對用戶數(shù)據(jù)進行幅度和相位上的補償。最后，數(shù)據(jù)被輸出到解調(diào)解碼模塊105進行后續(xù)處理。
圖2是本發(fā)明中的信道估計器的一個實施例結(jié)構(gòu)圖。LS估計模塊201利用接收的導頻信號和本地參考信號對導頻載波的信道響應進行LS估計，獲得導頻載波信道響應的一個初步估計結(jié)果。時域頻域濾波器系數(shù)計算器202根據(jù)201的結(jié)果確定時域和頻域濾波器的系數(shù)供時域濾波器和頻域濾波器使用。時域頻域濾波器系數(shù)計算器202計算濾波器系數(shù)時依據(jù)的數(shù)據(jù)可以是LS估計模塊201的最近輸出，或者是LS估計模塊201的歷史輸出，甚至可以固定濾波器系數(shù)而不依賴LS估計模塊201的輸出。時域濾波器模塊203對LS估計模塊201的輸出結(jié)果進行時域濾波，該濾波器的功能是對同一載波，不同時間的信道估計結(jié)果進行加權(quán)平均。頻域濾波模塊204對時域濾波模塊203的輸出結(jié)果進行頻域濾波，該濾波器的功能是對同一時間，不同載波的信道估計結(jié)果進行加權(quán)平均。插值模塊205則對頻域濾波模塊204的輸出結(jié)果進行插值，獲得數(shù)據(jù)載波的信道估計結(jié)果。需要指出的是，在本裝置中時域濾波和頻域濾波沒有嚴格的順序，比如也可以先進行頻域濾波，然后進行時域濾波；或者，把時域濾波和頻域濾波綜合在一起等，這都在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)。
圖3是本發(fā)明中的信道估計器的另一個實施例結(jié)構(gòu)圖。LS估計模塊301利用接收的導頻信號和本地參考信號對導頻載波的信道響應進行LS估計，獲得導頻載波信道響應的一個初步估計結(jié)果。時域濾波器計算器302根據(jù)301的結(jié)果確定時域濾波器的系數(shù)供時域濾波器304使用。頻域濾波器計算器303根據(jù)LS估計模塊301的結(jié)果確定頻域濾波器的系數(shù)供頻域濾波器305使用。時域濾波器304、頻域濾波器305和插值模塊306的功能同圖2描述，此處不再贅述。需要指出的是在本裝置中，可以把時域濾波器系數(shù)計算器302嵌入到時域濾波器304中，頻域濾波器系數(shù)計算器303嵌入到頻域濾波器305中，時域濾波器和頻域濾波器也沒有嚴格的順序，比如也可以先進行頻域濾波，然后進行時域濾波；或者，把時域濾波和頻域濾波綜合在一起等等。這些變形也都在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)。
OFDMA系統(tǒng)反向鏈路載波分配的基本單位是子信道，每個子信道由6個Tile(片)組成。每個Tile中導頻和數(shù)據(jù)載波分配如下表。從下表中可以看出，每個Tile由頻域4個載波、時域3個符號組成。為了下面描述的方便，定義(m，n)表示一個Tile中第m個載波，n個符號。定義Tile中導頻載波集合PP＝{(0，0)，(3，0)，(0，2)，(3，2)} (1)當(m，n)P，定義相應導頻載波的LS信道估計為Ym，n。

×導頻載波○數(shù)據(jù)載波圖4是本發(fā)明提出的信道估計算法的流程圖。步驟401用于計算導頻載波的LS估計。設Zm，n表示在一個Tile內(nèi)第m載波，第n符號上的接收數(shù)據(jù)；Xm，n表示對應的本地參考數(shù)據(jù)，則當(m，n)P，導頻載波的LS信道估計Ym，n為Ym，n＝Zm，n/Xm，n(2)步驟402根據(jù)導頻載波信道估計Ym，n輸出時域濾波器系數(shù)α和時域濾波器系數(shù)β。
步驟403對Ym，n進行時域濾波，Ym，n對應的時域濾波輸出為 步驟404對 進行頻域濾波， 對應的頻域濾波輸出為 步驟405對步驟404的結(jié)果進行插值，獲得數(shù)據(jù)載波的信道估計。
圖5是本發(fā)明實例中計算時域頻域濾波器系數(shù)的流程圖。步驟501對信道響應的平均功率進行估計，在一個Tile內(nèi)，平均功率估計Power為Power=Σ(m,n)⋐pn|Ym,n|2---(5)]]>步驟502估計時域相關(guān)系數(shù)，設Ym，n＝xm，n+jym，n，時域相關(guān)系數(shù)Tc 步驟503估計頻域相關(guān)系數(shù)，頻域相關(guān)系數(shù)Fc 步驟504計算時域濾波器系數(shù)，時域濾波器系數(shù)α是時域相關(guān)系數(shù)Tc的一個規(guī)一化結(jié)果，α=TcPower---(8)]]>
步驟505計算頻域濾波器系數(shù)，頻域濾波器系數(shù)β是頻域相關(guān)系數(shù)Fc的一個規(guī)一化結(jié)果，β=FcPower---(9)]]>上面是對本發(fā)明的一個實施例的描述，熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員應理解，對本發(fā)明的實施例的各種修正和變化都落在本發(fā)明的構(gòu)思和所附權(quán)利要求限定范圍內(nèi)。比如，通常，一個用戶會被分配多個Tile，我們可以對利用式(8)和式(9)獲得的結(jié)果求平均，從而獲得更佳的α和β。又比如，頻域相關(guān)系數(shù)和時域相關(guān)系數(shù)的變化是非常緩慢的，在達到一定準確度的情況下，我們并不需要每個符號都計算α和β等等。
權(quán)利要求
1.一種正交頻分復用通信系統(tǒng)的信道估計方法，由系統(tǒng)接收機接收時域?qū)ьl信號并經(jīng)過傅立葉變換得到頻域?qū)ьl信號；然后1.1進行LS估計獲得導頻載波的信道估計；1.2對于導頻載波的信道估計結(jié)果進行時-頻濾波，得到導頻載波的新的信道估計結(jié)果；1.3對上一步獲得導頻信道估計結(jié)果進行插值，獲得數(shù)據(jù)載波的信道估計。
2.權(quán)利要求1所述的正交頻分復用通信系統(tǒng)的信道估計方法，其特征在于，所述對于導頻信道估計結(jié)果進行時-頻濾波進一步包括2.1根據(jù)系統(tǒng)特點和導頻分布計算每個導頻的時域和頻域濾波器系數(shù)；2.2根據(jù)上面得到的系數(shù)對導頻進行時頻域濾波。
3.權(quán)利要求2所述的正交頻分復用通信系統(tǒng)的信道估計方法，其特征在于，所述每個導頻的時域和頻域濾波器系數(shù)，是通過統(tǒng)計得出的固定系數(shù)或根據(jù)每次系統(tǒng)特征得出的自適應系數(shù)。
4.權(quán)利要求2所述的正交頻分復用通信系統(tǒng)的信道估計方法，其特征在于，計算每個導頻的時域和頻域濾波器系數(shù)的方法為4.1計算信道響應的平均功率；4.2估計時域相關(guān)系數(shù)；4.3估計頻域相關(guān)系數(shù)；4.4計算時域濾波器系數(shù)；4.5計算頻域濾波器相關(guān)系數(shù)。
5.一種信道估計器，其特征在于，包括用于對導頻載波信道響應進行LS估計的LS估計器；用于對導頻載波信道響應進行時域濾波的時域濾波器，對同一載波，不同時間的信道估計結(jié)果進行加權(quán)平均；用于對導頻載波信道響應進行頻域濾波的頻域濾波器，對同一時間，不同載波的信道估計結(jié)果進行加權(quán)平均；用于確定時域濾波器和頻域濾波器系數(shù)的時域頻域濾波器系數(shù)計算器；用于對導頻載波信道響應進行插值的插值器；LS估計器對導頻信號載波的信道響應進行LS估計，輸出信號到時域頻域濾波器系數(shù)計算器計算時域濾波器系數(shù)和頻域濾波器系數(shù)分別供時域濾波器和頻域濾波器使用；時域濾波器對LS估計器的輸出數(shù)據(jù)進行時域濾波后，輸出信號給頻域濾波器進行頻域濾波；最后將結(jié)果輸出給插值器；插值器獲得最終的信道估計結(jié)果，并把信道估計結(jié)果輸出給信道補償模塊。
6.一種信道估計器，其特征在于，包括用于對導頻載波信道響應進行LS估計的LS估計器；用于對導頻載波信道響應進行時域濾波的時域濾波器，對同一載波，不同時間的信道估計結(jié)果進行加權(quán)平均；用于對導頻載波信道響應進行頻域濾波的頻域濾波器，對同一時間，不同載波的信道估計結(jié)果進行加權(quán)平均；用于確定時域濾波器和頻域濾波器系數(shù)的時域頻域濾波器系數(shù)計算器；用于對導頻載波信道響應進行插值的插值器；LS估計器對導頻信號載波的信道響應進行LS估計，輸出信號到時域頻域濾波器系數(shù)計算器計算時域濾波器系數(shù)和頻域濾波器系數(shù)分別供時域濾波器和頻域濾波器使用；頻域濾波器對LS估計器的輸出數(shù)據(jù)進行頻域濾波后，輸出信號給時域濾波器進行時域濾波；最后將結(jié)果輸出給插值器；插值器獲得最終的信道估計結(jié)果，并把信道估計結(jié)果輸出給信道補償模塊。
7.一種信道估計器，其特征在于，包括用于對導頻載波信道響應進行LS估計的LS估計器；用于對導頻載波信道響應進行時域濾波和頻域濾波的時域頻域濾波器；用于確定時域濾波器和頻域濾波器系數(shù)的時域頻域濾波器系數(shù)計算器；用于對導頻載波信道響應進行插值的插值器；LS估計器對導頻信號載波的信道響應進行LS估計，輸出信號到時域頻域濾波器系數(shù)計算器計算時域濾波器系數(shù)和頻域濾波器系數(shù)供時域頻域濾波器使用；時域頻域濾波器對LS估計器的輸出數(shù)據(jù)進行時域頻域濾波后，將結(jié)果輸出給插值器；插值器獲得最終的信道估計結(jié)果，并把信道估計結(jié)果輸出給信道補償模塊。
8.一種信道估計器，其特征在于，包括用于對導頻載波信道響應進行LS估計的LS估計器；用于對導頻載波信道響應進行時域濾波的時域濾波器，對同一載波，不同時間的信道估計結(jié)果進行加權(quán)平均；用于對導頻載波信道響應進行頻域濾波的頻域濾波器，對同一時間，不同載波的信道估計結(jié)果進行加權(quán)平均；用于確定時域濾波器系數(shù)的時域濾波器系數(shù)計算器；用于確定頻域濾波器系數(shù)的頻域濾波器系數(shù)計算器；用于對導頻載波信道響應進行插值的插值器；LS估計器對導頻信號載波的信道響應進行LS估計，分別輸出信號到時域濾波器系數(shù)計算器和頻域濾波器系數(shù)計算器，它們分別計算時域濾波器系數(shù)和頻域濾波器系數(shù)供時域濾波器和頻域濾波器使用；時域濾波器對LS估計器的輸出數(shù)據(jù)進行時域濾波后，輸出信號給頻域濾波器進行頻域濾波；頻域濾波器最后將結(jié)果輸出給插值器；插值器獲得最終的信道估計結(jié)果，并把信道估計結(jié)果輸出給信道補償模塊。
9.一種信道估計器，其特征在于，包括用于對導頻載波信道響應進行LS估計的LS估計器；用于對導頻載波信道響應進行時域濾波的時域濾波器，對同一載波，不同時間的信道估計結(jié)果進行加權(quán)平均；用于對導頻載波信道響應進行頻域濾波的頻域濾波器，對同一時間，不同載波的信道估計結(jié)果進行加權(quán)平均；用于確定時域濾波器系數(shù)的時域濾波器系數(shù)計算器；用于確定頻域濾波器系數(shù)的頻域濾波器系數(shù)計算器；用于對導頻載波信道響應進行插值的插值器；LS估計器對導頻信號載波的信道響應進行LS估計，分別輸出信號到時域濾波器系數(shù)計算器和頻域濾波器系數(shù)計算器，它們分別計算時域濾波器系數(shù)和頻域濾波器系數(shù)供時域濾波器和頻域濾波器使用；頻域濾波器對LS估計器的輸出數(shù)據(jù)進行頻域濾波后，輸出信號給時域濾波器進行時域濾波；時域濾波器最后將結(jié)果輸出給插值器；插值器獲得最終的信道估計結(jié)果，并把信道估計結(jié)果輸出給信道補償模塊。
10.一種信道估計器，其特征在于，包括用于對導頻載波信道響應進行LS估計的LS估計器；用于對導頻載波信道響應進行時域濾波和頻域濾波的時域頻域濾波器；用于確定時域濾波器系數(shù)的時域濾波器系數(shù)計算器；用于確定頻域濾波器系數(shù)的頻域濾波器系數(shù)計算器；用于對導頻載波信道響應進行插值的插值器；LS估計器對導頻信號載波的信道響應進行LS估計，分別輸出信號到時域濾波器系數(shù)計算器和頻域濾波器系數(shù)計算器，它們分別計算時域濾波器系數(shù)和頻域濾波器系數(shù)后輸入給時域頻域濾波器使用；時域頻域濾波器對LS估計器的輸出數(shù)據(jù)進行時域頻域濾波后，將結(jié)果輸出給插值器；插值器獲得最終的信道估計結(jié)果，并把信道估計結(jié)果輸出給信道補償模塊。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種正交頻分復用通信系統(tǒng)的信道估計方法，系統(tǒng)接收機對時域?qū)ьl信號經(jīng)過傅立葉變換得到頻域?qū)ьl信號；進行LS估計獲得導頻載波的信道估計；對于導頻載波的信道估計結(jié)果進行時－頻濾波，得到導頻載波的新的信道估計結(jié)果；對上一步獲得導頻信道估計結(jié)果進行插值，獲得數(shù)據(jù)載波的信道估計。還提供了實現(xiàn)上述方法的裝置。本發(fā)明既考慮了信道在頻域的相關(guān)性，又考慮了信道在時域的相關(guān)性，從而可以顯著的提高信道估計的準確性。同時，本發(fā)明不需要額外輸入信道的自相關(guān)矩陣，不涉及復雜的矩陣求逆和FFT運算等，具有計算量小，實現(xiàn)容易等特點。
文檔編號H04L25/02GK1780277SQ20041006553
公開日2006年5月31日 申請日期2004年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月18日
發(fā)明者夏樹強, 呂永霞, 林佳仕 申請人:中興通訊股份有限公司