專利名稱：在符號定時誤差下的時域信道估計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，特別是有關(guān)于一種在符號定時誤差下的時域信道估計方法，本發(fā)明可應(yīng)用于采用循環(huán)前綴的單載波系統(tǒng)中，也可以擴展到正交頻分復(fù)用系統(tǒng)和其他循環(huán)前綴碼分多址系統(tǒng)中。
背景技術(shù)：
信道估計的實現(xiàn)是依靠數(shù)據(jù)符號中插入的訓(xùn)練序列完成的。發(fā)送數(shù)據(jù)的幀結(jié)構(gòu)包括傳輸?shù)挠行?shù)據(jù)、導(dǎo)頻訓(xùn)練序列、保護邊帶和循環(huán)前綴。鑒于唯一字(Unique Word，UW)序列具有完好的自相關(guān)特性，導(dǎo)頻訓(xùn)練序列一般是由數(shù)個具有一定長度的UW序列組成，設(shè)該序列長度為P，例如4個長16的UW序列級連成長度為64的發(fā)送訓(xùn)練導(dǎo)頻。信道估計采用了單載波通信系統(tǒng)中時域估計的傳統(tǒng)方法，即利用接收到的導(dǎo)頻訓(xùn)練序列分別和本地產(chǎn)生的2個長度為P的UW序列進行循環(huán)互相關(guān)，得到一個具有周期性的互相關(guān)序列，從這個序列中可以得到連續(xù)的信道沖擊響應(yīng)區(qū)域。當(dāng)定時完全正確時，信道提取窗正好落在信道沖擊響應(yīng)區(qū)間，只要通過設(shè)定門限，去除高斯白噪聲，就可以提取信道的時域沖擊響應(yīng)，也就是估計出來的信道。為了更好的降低高斯白噪聲帶來的影響，可以將得到的連續(xù)的信道沖擊響應(yīng)取平均，每次的平均可以降噪3DB。
請參見圖1，圖1為一個理想的相關(guān)序列的示意圖，給出了在沒有高斯噪聲下的信道估計相關(guān)序列，其中，橫坐標(biāo)為相關(guān)指數(shù)，縱坐標(biāo)為增益。圖1中可以得到兩個完整的信道沖擊響應(yīng)提取區(qū)間P1和P2，箭頭所指處為相關(guān)后的固有噪聲。
前述的時域信道估計方法在沒有符號定時誤差的時候魯棒特性是很好的，但在實際系統(tǒng)中，即使在經(jīng)過細符號定時之后，仍然存在±m(xù)個符號偏移誤差。-m表示信道提取窗提取窗在互相關(guān)序列上向前邊移了m個符號，+m表示向后邊移了m個符號。向后的定時偏移會給時域的信道估計造成較大的影響，信道的徑發(fā)生了旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過離散傅立葉變換(Discrete Fourier Transform，DFT)后的頻域響應(yīng)誤差很大，無法用于頻域的均衡。因此，在做細同步定時的時候，往往將符號定時控制在向前邊偏移。而向前的定時偏移通常會帶來一些由相關(guān)序列產(chǎn)生的固有噪聲影響，當(dāng)依據(jù)估計的信噪比設(shè)定去噪門限時，這部分固有噪聲難以去除，而當(dāng)成信道的小徑，造成較大的信道估計誤差。圖2為在向前定時誤差下的相關(guān)序列的示意圖，如圖2所示，不考慮高斯噪聲，當(dāng)存在向前4個符號的定時誤差時，引入的固有噪聲和信道小徑難以區(qū)分。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在符號定時誤差下利用周期序列進行時域信道估計時的方法。用于消除或減小符號定時誤差給系統(tǒng)帶來的固有噪聲。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種在符號定時誤差下的時域信道估計方法，其特點是用第二個信道提取窗的前若干個符號替換第一個信道提取窗的前相應(yīng)數(shù)目個符號。
其中，所述的第二信道提取窗的前若干個符號是低于一定門限的符號。所述的門限是測得的信噪比或信干燥比。所述的前若干個符號的數(shù)目還可以是導(dǎo)頻訓(xùn)練序列長度的一半。
本發(fā)明所述的在符號定時誤差下的時域信道估計方法還包括在對得到的信道沖擊響應(yīng)進行平均降噪后，再設(shè)定一個門限濾掉大部分的高斯噪聲。該門限的設(shè)置是通過對高斯噪聲方差估計得到的。該高斯噪聲方差的估計可以通過得到的自相關(guān)序列中的兩個信道沖擊響應(yīng)區(qū)進行相減來估算。
本發(fā)明的在符號定時誤差下的時域信道估計方法應(yīng)用于采用循環(huán)前綴的單載波系統(tǒng)中。如正交頻分復(fù)用系統(tǒng)或循環(huán)前綴碼分多址系統(tǒng)。
本發(fā)明大大減少符號誤差對信道估計的影響，且本發(fā)明的時域信道估計方法簡單，易于實現(xiàn)，而且能有效的提高信道估計在符號定時誤差下的性能。
以下結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步的說明。


圖1為一個理想的相關(guān)序列的示意圖。
圖2為在向前定時誤差下的相關(guān)序列的示意圖。
圖3為時域信道估計系統(tǒng)框圖。
圖4為時域信道估計流程框圖。
圖5為在定時誤差下的信道相關(guān)窗的滑動范圍示意圖。
圖6為本發(fā)明的一個實施例的示意圖。
圖7為本發(fā)明的另一實施例的示意圖。
圖8為采用本發(fā)明方法的一個實施例的BER性能比較。
圖9為采用本發(fā)明方法的一個實施例的信道均方誤差比較。
圖10為采用本發(fā)明方法的另一個實施例的BER性能比較。
圖11為采用本發(fā)明方法的另一個實施例的信道均方誤差比較。
具體實施例方式
現(xiàn)有的時域信道估計是通過在時域里插入重復(fù)的訓(xùn)練序列來完成的。本發(fā)明研究開發(fā)了在符號定時誤差下的一種利用周期序列進行時域信道估計時的改進方法。在系統(tǒng)做完細同步定時后，仍然會存在±m(xù)個符號定時的誤差，這里±m(xù)表示定時向前或向后偏移了m個符號。向后的定時偏移會給時域的信道估計造成較大的影響，信道的徑發(fā)生了旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生嚴重的碼間干擾(InterSystem Interface，ISI)。而向前的定時偏移通常只會帶來一些噪聲影響，造成無法區(qū)分噪聲分量和信道的小徑，這個噪聲是由周期序列做自相關(guān)時產(chǎn)生的。因此，在做細同步定時的時候，往往將符號定時控制在向前邊偏移，即保證符號定時能夠落在循環(huán)前綴的保護區(qū)域內(nèi)。
為了消除符號向前邊偏移帶來的這個固定噪聲，提出一種改進的方法，采用幾個重復(fù)的周期為P的序列做為發(fā)送的訓(xùn)練序列，用接收的訓(xùn)練序列與本地序列做互相關(guān)后，從相關(guān)后的序列中得到連續(xù)的可以提取出信道的沖擊響應(yīng)的區(qū)域，當(dāng)符號定時落在左邊時，信道提取窗的起始點向左移出了信道提取區(qū)域，引入了相關(guān)序列產(chǎn)生的固定噪聲分量，利用信道的循環(huán)特性，可以采取將第二個信道提取窗的前m個符號替換掉第一個信道提取窗的引入固有噪聲的前m個符號的方法大大減少符號誤差對信道估計的影響。這個m的值可以根據(jù)門限檢測來獲得。為了進一步簡化算法，也可以直接用第二個信道提取窗的前P/2個符號替換掉第一個信道提取窗的引入固有噪聲的前P/2個符號。數(shù)據(jù)結(jié)果證明這種方法也能有效的提高信道估計的性能。這兩種改進的時域信道估計方法簡單，易于實現(xiàn)，而且有效的提高信道估計在符號定時誤差下的性能。
下面結(jié)合本發(fā)明在正交頻分復(fù)用系統(tǒng)(Orthogonal FrequencyDivision Multiplex，OFDM)中的一個實施例來進一步說明本發(fā)明的具體實施細節(jié)。
請參閱圖3，圖3是一個時域信道估計系統(tǒng)框圖，在這個過程中，在正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中的發(fā)送端，經(jīng)過逆快速傅立葉變換(Inverse FastFourier Transform，IFFT)之后，將導(dǎo)頻序列插入發(fā)送的數(shù)據(jù)中，進行并串轉(zhuǎn)換后加上循環(huán)前綴(Circular Prefix，CP)，采樣經(jīng)過成形濾波器和信道之后，再去循環(huán)前綴并進行串并轉(zhuǎn)換。利用接收到的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)對信道時域沖擊響應(yīng)h(t)進行估計，再通過快速傅立葉變換(Fast FourierTransform，F(xiàn)FT)變換將估計的時域信道h(t)轉(zhuǎn)變?yōu)轭l域信道H(f)，最后對數(shù)據(jù)進行頻域的信道均衡。
在OFDM系統(tǒng)的信道估計中采用的導(dǎo)頻是UW序列，因為該序列具有完好的循環(huán)自相關(guān)的性能，利用UW序列的自相關(guān)特性可以進行時域的信道估計。要確保估計出信道的每一根徑，則UW的長度P必須大于信道的長度L，P-L為留給定時誤差的余量。
在本實施例中，考慮到定時誤差，采用長為P＝16的UW序列進行信道估計。另外，需要利用UW序列的循環(huán)自相關(guān)特性，在發(fā)送端的導(dǎo)頻序列中我們采用4個長度為16的UW序列級連作為導(dǎo)頻序列，在接收端，再利用接收到的導(dǎo)頻序列與由2個長為16的UW序列組成的本地相關(guān)序列進行互相關(guān)操作，對得到的信道沖擊響應(yīng)進行平均降噪后，再設(shè)定一個門限濾掉大部分的噪聲，最終檢測出信道中的徑。這個門限的設(shè)置是通過對高斯噪聲的方差估計得到的。
請參閱圖4，圖4為時域信道估計流程框圖。如圖4所示，對于高斯噪聲方差的估計可以通過得到的自相關(guān)序列Z中的兩個信道沖擊響應(yīng)區(qū)進行相減來估算。在這個過程中，接收到的訓(xùn)練序列和白噪聲n(n)相加后，即訓(xùn)練序列受白噪聲干擾后再與本地序列正交得到估計的信道沖擊響應(yīng)，此時的噪聲為n(n’)，再將其與后推因子Z-p的乘積(即將該沖擊響應(yīng)區(qū)后推P個字符)與該信道沖擊響應(yīng)區(qū)相減，得出噪聲n(n”)，并求其方差，此方差即為所求得門限值。
請參閱圖5，圖5為在定時誤差下的信道相關(guān)窗的滑動范圍示意圖。在做完細符號定時之后，考慮最壞的情況是將第一徑的位置定在了最后一徑上，為了保證符號定時能夠落在循環(huán)前綴的保護區(qū)域內(nèi)，估計后的符號定時還要往前移P-L個符號，對于信道長度L為6的系統(tǒng)也就是說引入的由相關(guān)序列產(chǎn)生的固定噪聲最多為10個。這就意味著長度為P＝16的信道只要把提取窗控制在2P-L＝26的區(qū)間內(nèi)，即不會產(chǎn)生碼間干擾。同時，很明確的看出，當(dāng)信道提取窗位于如圖5的位置時，信道的時域沖擊響應(yīng)中引入了m＝P-L的互相關(guān)序列的干擾噪聲，且0≤m≤P-L，這個噪聲是固有的。
根據(jù)本發(fā)明在本實施例中具有以下兩種去除該固有干擾噪聲的方法1用第二個信道提取窗的前m個符號替換掉第一個信道提取窗的引入固有噪聲的前m個符號，如圖6所示。此時的信道提取窗P1內(nèi)包含了所有的多徑信道，而且沒有引入任何的干擾。對于m的估計可以采用檢測法，即設(shè)定一個檢測門限，將第二個信道提取窗的前m個低于該門限的符號用于替換第一個信道提取窗的前m個符號，這個門限可以根據(jù)測得的信噪比或信干燥比來確定，例如2倍的實測信噪比。因為信道第一徑的能量往往遠遠高于高斯白噪聲，所以m的值很容易檢測出來。假設(shè)符號定時向前偏移了m＝4個，m≤P-L。并且引入了4個相關(guān)產(chǎn)生的噪聲分量，則將該點前的第二個信道提取窗內(nèi)的4個符號替換掉第一個信道提取窗的引入固有噪聲的前4個符號。
方法2用第二個信道提取窗的前 個符號替換掉引入m個符號固有噪聲的第一個信道提取窗的前

個符號，其中P為UW的長度(該長度為16)，如圖7所示。這樣會出現(xiàn)三種情況1)m<P2,]]>信道提取窗P1內(nèi)包含了部分信道提取窗P2內(nèi)的多徑信道，沒有引入任何的固有干擾；2)m=P2,]]>如同方法1；3)m>P2,]]>信道提取窗P1內(nèi)包含了所有的多徑信道，引入

個符號的固有干擾；不論出現(xiàn)以上3種中的任意一種情況，信道估計的性能都能得到提高。仿真結(jié)果仿真參數(shù)

根據(jù)仿真結(jié)果，如圖8、9所示，采用了本實施例中方法1的信道估計方法后系統(tǒng)的誤碼率(Bit Error Rate，BER)性能和估計的信道均方誤差的性能相比較，當(dāng)存在符號向前偏移的時候，估計出的信道性能與無定時誤差的時候相當(dāng)，魯棒性能非常好。
如圖10、11所示的是采用了本實施例中方法2的信道估計方法后系統(tǒng)的誤碼率性能和估計的信道均方誤差的性能相比較，分別給出P/2＜m，P/2＝m和P/2＞m三種情況下的仿真曲線。其中，當(dāng)P/2＝m和P/2＞m的時候，估計出的信道性能與無定時誤差的時候相當(dāng)，魯棒性能非常好。當(dāng)P/2＜m時，性能略有下降。
這個在符號定時誤差下的魯棒的信道估計方法不僅可以用在OFDM系統(tǒng)中，也可以擴展到循環(huán)前綴碼分多址系統(tǒng)(Circular Prefix Code DivisionMultiple Access，CP-CDMA)中和其他采用循環(huán)前綴的單載波系統(tǒng)。
以上所介紹的，僅僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，不能以此來限定本發(fā)明實施的范圍，即本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的一般技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明所作的均等的變化，例如將以上實施例中的各個方法步驟進行組合。以及本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員熟知的改進，都應(yīng)仍屬于本發(fā)明專利涵蓋的范圍。
權(quán)利要求
1.一種在符號定時誤差下的時域信道估計方法，其特征在于用第二個信道提取窗的前若干個符號替換第一個信道提取窗的前相應(yīng)數(shù)目個符號。
2.如權(quán)利要求1所述的一種在符號定時誤差下的時域信道估計方法，其特征在于所述的第二個信道提取窗的前若干個符號是低于一定門限的符號。
3.如權(quán)利要求2所述的一種在符號定時誤差下的時域信道估計方法，其特征在于所述的門限是根據(jù)信道的質(zhì)量而測得的信噪比。
4.如權(quán)利要求2所述的一種在符號定時誤差下的時域信道估計方法，其特征在于所述的門限是根據(jù)信道的質(zhì)量而測得的信干噪比。
5.如權(quán)利要求1所述的一種在符號定時誤差下的時域信道估計方法，其特征在于所述的前若干個符號的數(shù)目為導(dǎo)頻訓(xùn)練序列長度的一半。
6.如權(quán)利要求1至5任一項所述的一種在符號定時誤差下的時域信道估計方法，其特征在于所述的在符號定時誤差下的時域信道估計方法還包括在對得到的信道沖擊響應(yīng)進行平均降噪后，再設(shè)定一個門限濾掉大部分的高斯噪聲。
7.如權(quán)利要求6所述的一種在符號定時誤差下的時域信道估計方法，其特征在于所述的門限的設(shè)置是通過對高斯噪聲方差估計得到的。
8.如權(quán)利要求7所述的一種在符號定時誤差下的時域信道估計方法，其特征在于所述的高斯噪聲方差的估計可以通過得到的自相關(guān)序列中的兩個信道沖擊響應(yīng)區(qū)進行相減來估算。
全文摘要
一種在符號定時誤差下的時域信道估計方法，用第二個信道提取窗的前若干個符號替換第一個信道提取窗的前相應(yīng)數(shù)目個符號。本發(fā)明的時域信道估計方法簡單，易于實現(xiàn)，而且能有效的提高信道估計在符號定時誤差下的性能。
文檔編號H04L25/02GK1878152SQ20051002649
公開日2006年12月13日 申請日期2005年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月6日
發(fā)明者唐琳, 周平, 周斌, 張小東, 卜智勇, 王海峰 申請人:上海無線通信研究中心