專(zhuān)利名稱(chēng)：無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中信道沖激響應(yīng)有效階數(shù)的估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中信道沖激響應(yīng)有效階數(shù)的估計(jì)方法，在基于OFDM(正交頻分復(fù)用)技術(shù)的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中，針對(duì)LS(最小二乘)信道估計(jì)算法時(shí)域估計(jì)結(jié)果的構(gòu)成特點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合無(wú)線(xiàn)信道沖激響應(yīng)在時(shí)域?yàn)橛邢逈_激響應(yīng)的特點(diǎn)，對(duì)LS信道估計(jì)算法的時(shí)域結(jié)果進(jìn)行能量檢測(cè)，并進(jìn)行逆向搜索以得到信道有效階數(shù)估計(jì)值。本發(fā)明屬于無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
OFDM系統(tǒng)利用FFT(快速傅立葉變換)在頻域完成調(diào)制、解調(diào)和信道均衡。系統(tǒng)在頻域使用一次抽頭均衡器實(shí)現(xiàn)信道均衡；為了獲得高的比特率和信道利用率，系統(tǒng)調(diào)制使用高階調(diào)制方式，解調(diào)使用高效的相關(guān)解調(diào)方式；OFDM系統(tǒng)要完成相關(guān)解調(diào)和信道均衡，需要通過(guò)信道估計(jì)獲得信道信息。OFDM系統(tǒng)中信道估計(jì)算法非常多，較經(jīng)典的算法包括基于Pilot(導(dǎo)頻符號(hào))的LS信道估計(jì)算法，基于Pilot的MMSE(最小均方誤差)信道估計(jì)算法；盲信道估計(jì)方法；MIMO-OFDM(多輸入多輸出正交頻分復(fù)用)系統(tǒng)信道估計(jì)算法等。這些算法中，MMSE信道估計(jì)算法是以L(fǎng)S信道估計(jì)算法的結(jié)果為基礎(chǔ)，一部分MIMO-OFDM系統(tǒng)也使用LS信道估計(jì)算法或者以其為基礎(chǔ)進(jìn)行信道估計(jì)。同時(shí)在現(xiàn)有的OFDM移動(dòng)通信系統(tǒng)中，歐洲的DVB-T和DAB采用基于Pilot的LS信道估計(jì)算法。在與LS信道估計(jì)算法密切相關(guān)的算法中，許多都需要用到信道沖激響應(yīng)的有效階數(shù)，知道信道沖激響應(yīng)有效階數(shù)可以提高OFDM系統(tǒng)估計(jì)頻率偏移的精度，可以簡(jiǎn)化MMSE信道估計(jì)算法的復(fù)雜度；系統(tǒng)可以利用信道沖激響應(yīng)有效階數(shù)的估計(jì)值提高LS信道估計(jì)算法對(duì)噪聲和子信道間干擾(ICI)的魯棒性。
在目前研究的信道有效階數(shù)的方法當(dāng)中，有以下兩種典型方法(1)基于信道沖激響應(yīng)單調(diào)衰減的信道沖激響應(yīng)有效階數(shù)估計(jì)
Songping Wu；Bar-Ness，Y.等人在“OFDM channel estimation in the presenceof frequency offset and phase noise”(Communications，2003.ICC ′03.IEEEInternational Conference on，Volume5，2003 Page(s)3366-3370)一文中提出了一種信道沖激響應(yīng)有效階數(shù)估計(jì)的方法，按照文獻(xiàn)中的判決標(biāo)準(zhǔn)要得到信道沖激響應(yīng)有效階數(shù)的較好估計(jì)，信道沖激響應(yīng)中各階系數(shù)的功率須具有單調(diào)下降形式；同時(shí)算法性能容易受到噪聲的影響；當(dāng)信道各階系數(shù)的功率具有瑞利衰落負(fù)指數(shù)功率延遲譜時(shí)，各階系數(shù)的衰落起伏將影響該算法的判決，算法不能很好地估計(jì)出信道沖激響應(yīng)的有效階數(shù)。
Y.Li，L.J.Cimini Jr，and N.R.Sollenberger，等人在“Robust channelestimation for OFDM systems with rapid dispersive fading channels”(IEEE Trans.onCom.，vol.46，pp.902-915，Jul.1998.)中提出的信道沖激響應(yīng)有效階數(shù)的判定準(zhǔn)則能夠有效地檢測(cè)各種信道的有效階數(shù)，算法的前提條件是獲得精度較高的自相關(guān)矩陣。在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，由于信道的時(shí)變性，精度較高的自相關(guān)矩陣很難得到。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中信道沖激響應(yīng)有效階數(shù)的估計(jì)方法，該方法不依賴(lài)于信道沖激響應(yīng)的的單調(diào)性，并且不易受噪聲影響，能夠提高對(duì)信道有效階數(shù)進(jìn)行估計(jì)的精度。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明首先在時(shí)域采用最小二乘法得到估計(jì)的信道沖激響應(yīng)序列，并對(duì)信道沖激響應(yīng)序列中的每個(gè)元素求模，得到信道沖激響應(yīng)的能量序列。然后在能量序列中選擇一個(gè)基準(zhǔn)元素，將基準(zhǔn)元素及其之前的若干個(gè)元素求和，再將基準(zhǔn)元素后面的全部元素求和，利用兩個(gè)和的比值來(lái)定義有效階數(shù)判決門(mén)限。若有效階數(shù)判決門(mén)限小于閾值，則把原基準(zhǔn)元素后面相鄰的元素定為新的基準(zhǔn)元素，繼續(xù)進(jìn)行求和并確定新的有效階數(shù)判決門(mén)限；若有效階數(shù)判決門(mén)限大于閾值，則原先選定的基準(zhǔn)元素所對(duì)應(yīng)的序號(hào)即為信道沖激響應(yīng)的有效階數(shù)。
本發(fā)明的方法包括如下具體步驟
(1)根據(jù)系統(tǒng)發(fā)射端導(dǎo)頻序列及接收端與導(dǎo)頻序列對(duì)應(yīng)的響應(yīng)序列，采用最小二乘法得到估計(jì)的信道沖激響應(yīng)序列。
(2)對(duì)估計(jì)得到的信道沖激響應(yīng)序列中的每一個(gè)元素做求模運(yùn)算，得到信道沖激響應(yīng)的能量序列。
(3)在信道沖激響應(yīng)的能量序列中，選擇位于序列中間的一個(gè)元素為基準(zhǔn)元素，將基準(zhǔn)元素及基準(zhǔn)元素前的n個(gè)元素進(jìn)行求和運(yùn)算，再將基準(zhǔn)元素后面的全部元素求和，將前后兩個(gè)和進(jìn)行比較得到一個(gè)比值；將信道沖激響應(yīng)序列長(zhǎng)度減去基準(zhǔn)元素的序號(hào)得到一個(gè)差值，將前面所得比值和所得差值相乘得到一個(gè)乘積，將該乘積的二十分之一定義為有效階數(shù)判決門(mén)限。其中，n取值為5～10。
(4)根據(jù)期望的信道沖激響應(yīng)有效階數(shù)的估計(jì)概率確定一個(gè)閾值，若有效階數(shù)判決門(mén)限小于閾值，則把原先選定的基準(zhǔn)元素后面相鄰的元素定為新的基準(zhǔn)元素，繼續(xù)步驟3的處理；若有效階數(shù)判決門(mén)限大于閾值，則原先選定的基準(zhǔn)元素所對(duì)應(yīng)的序號(hào)即為信道沖激響應(yīng)的有效階數(shù)。
本發(fā)明中，閾值的選定根據(jù)期望的信道沖激響應(yīng)有效階數(shù)的估計(jì)概率確定，可在2.5～2.6中選擇。當(dāng)期望的信道沖激響應(yīng)有效階數(shù)的估計(jì)概率達(dá)到90％時(shí)閾值為2.55，閾值越高，虛警概率越低，但具有相同功率的估計(jì)概率也要降低；反之，閾值降低，具有相同功率的信道沖激響應(yīng)有效系數(shù)的估計(jì)概率越高，同時(shí)虛警概率也要提高。
本發(fā)明的信道沖激響應(yīng)有效階數(shù)估計(jì)方法中，采用信道沖激響應(yīng)的能量作為估計(jì)對(duì)象，并對(duì)信道沖激響應(yīng)的能量進(jìn)行局部累加，降低了信道各階系數(shù)的衰落起伏對(duì)算法判決結(jié)果的影響，降低了算法對(duì)噪聲的敏感性，因此信道有效階數(shù)的估計(jì)性能得到提高。本發(fā)明方法能夠更好地估計(jì)具有瑞利衰落負(fù)指數(shù)功率延遲譜的移動(dòng)通信信道的有效階數(shù)，能夠減小噪聲對(duì)階數(shù)估計(jì)結(jié)果的影響。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的信道沖激響應(yīng)有效階數(shù)估計(jì)對(duì)象的曲線(xiàn)圖。
圖1中，信道沖激響應(yīng)各階系數(shù)幅值c＝0.08。
圖2為本發(fā)明對(duì)信道沖激響應(yīng)有效階數(shù)估計(jì)的結(jié)果和已有文獻(xiàn)對(duì)信道沖激響應(yīng)有效階數(shù)估計(jì)的結(jié)果比較。
圖2中，橫坐標(biāo)表示估計(jì)的有效階數(shù)，縱坐標(biāo)表示估計(jì)的概率。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。
圖1給出實(shí)施例中的估計(jì)對(duì)象，信道沖激響應(yīng)各階系數(shù)幅值c＝0.08。
按照本發(fā)明提出的信道沖激響應(yīng)有效階數(shù)的估計(jì)方法，具體實(shí)施步驟如下(1)根據(jù)系統(tǒng)發(fā)射端的導(dǎo)頻序列Xp及接收端與導(dǎo)頻序列對(duì)應(yīng)的響應(yīng)序列Yp，采用LS最小二乘法得到估計(jì)的信道沖激響應(yīng)序列 根據(jù)LS方法，按照Min{(Yp-XpFph)H(Yp-XpFph)}估計(jì)得到信道沖激響應(yīng)序列h^ls=FPHXP-1YP.]]>其中，Xp為系統(tǒng)發(fā)射端發(fā)射的導(dǎo)頻序列；Yp為系統(tǒng)接收端與發(fā)射端導(dǎo)頻序列相應(yīng)的響應(yīng)序列；Fp為快速傅立葉變換矩陣。
(2)對(duì)估計(jì)得到的信道沖激響應(yīng)序列 中的每一個(gè)元素做求模運(yùn)算H^lss=|h)ls(s)|2,]]>得到信道沖激響應(yīng)的能量序列H)ls=H)ls1H)ls2LH)lss.]]>(3)在信道沖激響應(yīng)的能量序列中，選擇位于序列中間的一個(gè)元素為基準(zhǔn)元素，將基準(zhǔn)元素及基準(zhǔn)元素前的n個(gè)元素進(jìn)行求和運(yùn)算，再將基準(zhǔn)元素后面的全部元素求和，將前后兩個(gè)和進(jìn)行比較。本實(shí)施例中，選定距離信道沖激響應(yīng)的能量序列術(shù)尾為15的元素為基準(zhǔn)元素，n＝9。即將基準(zhǔn)元素及基準(zhǔn)元素前面的9個(gè)元素共10個(gè)元素進(jìn)行求和運(yùn)算，再將基準(zhǔn)元素后面的全部元素求和，將前后兩個(gè)和進(jìn)行比較得到一個(gè)比值；將信道沖激響應(yīng)序列長(zhǎng)度減去基準(zhǔn)元素的序號(hào)得到一個(gè)差值，將前面所得比值和所得差值相乘得到一個(gè)乘積，將該乘積的二十分之一定義為有效階數(shù)判決門(mén)限ks，即(Σs-9sH^LSs)/2*10(Σk=s+1NpH^LSk)/(2*(Np-s))]]>比值結(jié)果記為ks。
其中，Np為估計(jì)的信道沖激響應(yīng)序列長(zhǎng)度，s為信道沖激響應(yīng)序列中基準(zhǔn)元素所在的序號(hào)。
(4)根據(jù)期望的信道沖激響應(yīng)有效階數(shù)的估計(jì)概率確定一個(gè)閾值，實(shí)施例中取2.55。若有效階數(shù)判決門(mén)限ks小于閾值，則把原先選定的基準(zhǔn)元素后面相鄰的元素定為新的基準(zhǔn)元素，繼續(xù)步驟3的處理；若有效階數(shù)判決門(mén)限ks大于閾值，則原先選定的基準(zhǔn)元素所對(duì)應(yīng)的序號(hào)s即為信道沖激響應(yīng)的有效階數(shù)。
本實(shí)施例中，得到的作為有效階數(shù)判決門(mén)限ks中s的取值從Np-15開(kāi)始，遞減到1；s的遞減步長(zhǎng)取為1。第一次滿(mǎn)足ks≥2.55條件時(shí)的s值即被判為信道沖激響應(yīng)的有效階數(shù)。
本發(fā)明中，閾值的選定根據(jù)期望的信道沖激響應(yīng)有效階數(shù)的估計(jì)概率確定，可在2.5～2.6中選擇。當(dāng)期望的信道沖激響應(yīng)有效階數(shù)的估計(jì)概率達(dá)到90％時(shí)閾值為2.55，閾值越高，虛警概率越低，但具有相同功率的估計(jì)概率也要降低；反之，閾值降低，具有相同功率的信道沖激響應(yīng)有效系數(shù)的估計(jì)概率越高，同時(shí)虛警概率也要提高。
圖2給出的是本發(fā)明對(duì)信道沖激響應(yīng)有效階數(shù)估計(jì)的結(jié)果，同時(shí)給出了采用背景技術(shù)部分提及的已有文獻(xiàn)基于信道沖激響應(yīng)單調(diào)衰減的信道沖激響應(yīng)有效階數(shù)估計(jì)方法得到的估計(jì)結(jié)果。圖2中橫坐標(biāo)表示估計(jì)的有效階數(shù)，縱坐標(biāo)表示估計(jì)的概率。將兩種方法得到的結(jié)果進(jìn)行比較可以看出，本發(fā)明能夠?qū)π诺烙行щA數(shù)進(jìn)行有效的估計(jì)，性能優(yōu)于已有文獻(xiàn)所提供的方法。
綜上所述，本發(fā)明提出的信道沖激響應(yīng)有效階數(shù)估計(jì)方法，可提高無(wú)線(xiàn)信道估計(jì)的精度，增強(qiáng)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的性能。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中信道沖激響應(yīng)有效階數(shù)的估計(jì)方法，其特征在于包括如下步驟1)根據(jù)系統(tǒng)發(fā)射端導(dǎo)頻序列及接收端與導(dǎo)頻序列對(duì)應(yīng)的響應(yīng)序列，采用最小二乘法得到估計(jì)的信道沖激響應(yīng)序列；2)對(duì)估計(jì)得到的信道沖激響應(yīng)序列中的每一個(gè)元素做求模運(yùn)算，得到信道沖激響應(yīng)的能量序列；3)在信道沖激響應(yīng)的能量序列中，選擇位于序列中間的一個(gè)元素為基準(zhǔn)元素，將基準(zhǔn)元素及基準(zhǔn)元素前的n個(gè)元素進(jìn)行求和運(yùn)算，再將基準(zhǔn)元素后面的全部元素求和，將前后兩個(gè)和進(jìn)行比較得到一個(gè)比值；將信道沖激響應(yīng)序列長(zhǎng)度減去基準(zhǔn)元素的序號(hào)得到一個(gè)差值，將前面所得比值和所得差值相乘得到一個(gè)乘積，將該乘積的二十分之一定義為有效階數(shù)判決門(mén)限；其中，n取值為5～10；4)根據(jù)期望的信道沖激響應(yīng)有效階數(shù)的估計(jì)概率確定一個(gè)閾值，若有效階數(shù)判決門(mén)限小于閾值，則把原先選定的基準(zhǔn)元素后面相鄰的元素定為新的基準(zhǔn)元素，繼續(xù)步驟3的處理；若有效階數(shù)判決門(mén)限大于閾值，則原先選定的基準(zhǔn)元素所對(duì)應(yīng)的序號(hào)即為信道沖激響應(yīng)的有效階數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中信道沖激響應(yīng)有效階數(shù)的估計(jì)方法，其特征在于所述閾值選擇2.55。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中信道沖激響應(yīng)有效階數(shù)的估計(jì)方法，采用最小二乘法得到估計(jì)的信道沖激響應(yīng)序列并對(duì)序列中的每個(gè)元素求模，得到信道沖激響應(yīng)的能量序列，在能量序列中選擇一個(gè)基準(zhǔn)元素，將基準(zhǔn)元素及其之前的若干個(gè)元素求和，再將基準(zhǔn)元素后面的全部元素求和，利用兩個(gè)和的比值來(lái)定義有效階數(shù)判決門(mén)限。若此判決門(mén)限小于閾值，則把基準(zhǔn)元素后面相鄰的元素定為新的基準(zhǔn)元素，繼續(xù)進(jìn)行求和并確定新的有效階數(shù)判決門(mén)限；若有效階數(shù)判決門(mén)限大于閾值，則基準(zhǔn)元素所對(duì)應(yīng)的序號(hào)即為信道沖激響應(yīng)的有效階數(shù)。本發(fā)明根據(jù)信道沖激響應(yīng)能量估計(jì)結(jié)果進(jìn)行逆向搜索，并給出概率意義上的最佳判決門(mén)限，能夠提高無(wú)線(xiàn)信道沖激響應(yīng)有效階數(shù)的估計(jì)性能。
文檔編號(hào)H04L27/26GK1863180SQ20061002668
公開(kāi)日2006年11月15日 申請(qǐng)日期2006年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月18日
發(fā)明者何晨, 袁清升, 蔣鈴鴿 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)