專利名稱：基于部分對(duì)稱擴(kuò)展離散傅立葉變換的信道估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用導(dǎo)頻的正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)，特別涉及一種用于無線通信接收端的無線信號(hào)處
理方法。
背景技術(shù)：
OFDM技術(shù)因其具有高傳輸帶寬，高傳輸效率以及能有效對(duì)抗多徑衰落的特點(diǎn)， 已被多種無線傳輸標(biāo)準(zhǔn)采納為關(guān)鍵鏈路技術(shù)，在第三代合作伙伴計(jì)劃(3GPP)制定的 LTE (Long TermEvolution)標(biāo)準(zhǔn)中，也采用了 OFDM技術(shù)作為下行鏈路的傳輸方案。OFDM系 統(tǒng)的相干接收需要精準(zhǔn)的信道信息。通過在OFDM符號(hào)的固定子載波上插入的已知導(dǎo)頻來 獲得導(dǎo)頻子載波上的信道響應(yīng)，并通過后續(xù)插值獲得非導(dǎo)頻子載波上的信道響應(yīng)的方法被 稱作導(dǎo)頻輔助的信道估計(jì)方法。在實(shí)際傳輸系統(tǒng)中常常為避免在接收端的頻譜混疊而引入 虛載波，虛載波的存在使得傳統(tǒng)離散傅立葉變換(Discrete Fourier Transform,DFT)信道 估計(jì)方法出現(xiàn)了“頻譜泄漏”問題，其均方誤差(Mean Square Error,MSE)性能在頻帶的邊 緣顯著惡化，嚴(yán)重降低邊緣子載波上傳輸?shù)目煽啃?；使用離散余弦變換(Discrete Cosine Transform)域信道估計(jì)方法可以有效的緩解這一問題，但DCT變換本身也具有較高的計(jì)算 復(fù)雜度。為此，本發(fā)明提出了一種基于部分對(duì)稱擴(kuò)展離散傅立葉變換的信道估計(jì)方法，能在 幾乎不增加計(jì)算復(fù)雜度的同時(shí)，顯著改善邊緣子載波的MSE性能。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明提出了一種基于部分對(duì)稱擴(kuò)展離散傅立葉變換的信道估計(jì)方 法，解決在使用導(dǎo)頻的OFDM寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)中，由虛載波引起的傳統(tǒng)DFT信道估計(jì)方法 邊緣子載波性能惡化的問題。技術(shù)方案本發(fā)明的基于部分對(duì)稱擴(kuò)展離散傅立葉變換的信道估計(jì)方法包括第一步，首先對(duì)導(dǎo)頻子載波上的頻域接收信號(hào)進(jìn)行初始最小二乘LS信道估計(jì)以 獲得初始LS信道參數(shù)估計(jì)；第二步，對(duì)初始LS信道參數(shù)估計(jì)進(jìn)行部分對(duì)稱擴(kuò)展；第三步，對(duì)經(jīng)過部分對(duì)稱擴(kuò)展的LS信道參數(shù)估計(jì)進(jìn)行相應(yīng)點(diǎn)數(shù)的反離散傅立葉 IDFT變換以獲得變換域內(nèi)等效信道參數(shù)估計(jì)；第四步，對(duì)變換域內(nèi)等效信道參數(shù)估計(jì)進(jìn)行濾波處理，以獲得更為精準(zhǔn)的信道參 數(shù)估計(jì)；第五步，將經(jīng)過濾波處理后的變換域內(nèi)等效信道參數(shù)估計(jì)進(jìn)行離散傅立葉DFT變 換，得到部分對(duì)稱擴(kuò)展序列的頻域信道估計(jì)；第六步，將部分對(duì)稱擴(kuò)展序列的頻域信道估計(jì)進(jìn)行逆擴(kuò)展處理，得到導(dǎo)頻子載波 處的信道估計(jì)；最后，對(duì)導(dǎo)頻子載波處的信道估計(jì)進(jìn)行插值，以獲得所有子載波處的頻域信道估計(jì)。對(duì)所述的初始LS信道參數(shù)估計(jì)進(jìn)行部分對(duì)稱擴(kuò)展，在具體實(shí)施時(shí)部分對(duì)稱擴(kuò)展 的點(diǎn)數(shù)為0至NP/2之間的任意值，其中，Np為導(dǎo)頻的個(gè)數(shù)；當(dāng)擴(kuò)展點(diǎn)數(shù)為0時(shí)，所述方法與 離散傅立葉變換DFT信道估計(jì)方法等價(jià)；當(dāng)擴(kuò)展點(diǎn)數(shù)為NP/2時(shí)，所述方法與離散余弦變換 DCT信道估計(jì)方法等價(jià)。對(duì)所述的初始LS信道參數(shù)估計(jì)進(jìn)行部分對(duì)稱擴(kuò)展，具體實(shí)施時(shí)還可以對(duì)部分對(duì) 稱擴(kuò)展之后的序列進(jìn)行加窗處理，窗函數(shù)可以選擇漢明Hamming窗、漢寧Harming窗、三角 Triangle窗、布萊克曼Blackman窗、凱撒Kaiser窗，以及任何可以降低所述部分對(duì)稱擴(kuò)展 序列的邊緣不連續(xù)性的窗函數(shù)。所述的離散傅立葉變換和反離散傅立葉變換之間的順序可以互換，即先進(jìn)行反離 散傅立葉變換，然后在變換域內(nèi)完成濾波處理后再經(jīng)過離散傅立葉變換返回到頻域；或先 進(jìn)行離散傅立葉變換，然后在變換域內(nèi)濾波處理后經(jīng)過反離散傅立葉變換返回到頻域。對(duì)所述的變換域內(nèi)等效信道參數(shù)估計(jì)進(jìn)行濾波處理，在濾波時(shí)，使用最小均方誤 差MMSE濾波，或使用最小均方誤差濾波的各種簡化形式以及其他任何可以達(dá)到降低噪聲 影響效果的濾波方法。對(duì)所述的導(dǎo)頻子載波處的信道估計(jì)進(jìn)行插值時(shí)，使用線性插值、樣條插值或變換 域插值，或任何通過導(dǎo)頻子載波上的信道估計(jì)獲得所有子載波上信道估計(jì)的插值方法。有益效果本發(fā)明提出了一種基于部分對(duì)稱擴(kuò)展離散傅立葉變換的信道估計(jì)方 法，可以在幾乎不增加計(jì)算復(fù)雜度的同時(shí)，有效改善在OFDM寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)中由虛載波 引起的傳統(tǒng)DFT信道估計(jì)方法邊緣子載波性能惡化的問題，顯著提高信道估計(jì)的性能。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述 中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅表明本發(fā)明的一 些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些 附圖獲得其他實(shí)施例的附圖。圖1為本發(fā)明實(shí)施例所采用的OFDM寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。其中，圖Ia是 發(fā)射端框圖，圖Ib是接收機(jī)框圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例所采用的OFDM寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)的導(dǎo)頻圖樣。圖3為本發(fā)明實(shí)施例所采用的OFDM寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)中由虛載波所引起的“頻譜 泄漏”問題。圖4為本發(fā)明實(shí)施例所提供的基于部分對(duì)稱擴(kuò)展離散傅立葉變換信道估計(jì)方法 具體實(shí)施框圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明所述的基于部分對(duì)稱擴(kuò)展離散傅立葉變換的信道估計(jì)方法，包括首先，對(duì) 導(dǎo)頻子載波上的頻域接收信號(hào)進(jìn)行初始最小二乘(Least Square, LS)信道估計(jì)，以獲得初 始LS信道參數(shù)估計(jì)；第二，對(duì)所述的初始LS信道參數(shù)估計(jì)進(jìn)行部分對(duì)稱擴(kuò)展；第三，對(duì)所 述的經(jīng)過部分對(duì)稱擴(kuò)展的LS信道參數(shù)估計(jì)進(jìn)行相應(yīng)點(diǎn)數(shù)的反離散傅立葉變換(InverseDiscreteFourier Transform, IDFT)以獲得變換域內(nèi)等效信道參數(shù)估計(jì)；第四，對(duì)所述 的變換域內(nèi)等效信道參數(shù)估計(jì)進(jìn)行濾波處理，從而獲得更為準(zhǔn)確的信道估計(jì)；第五，對(duì)所 述的經(jīng)過濾波處理后的變換域內(nèi)等效信道參數(shù)估計(jì)進(jìn)行離散傅立葉(Discrete Fourier Transform, DFT)變換，得到頻域信道估計(jì)；第六，將所述的頻域信道估計(jì)進(jìn)行逆擴(kuò)展處理， 得到導(dǎo)頻子載波處的信道估計(jì)；第七，對(duì)所述的導(dǎo)頻子載波處的信道估計(jì)進(jìn)行插值，以獲得 所有子載波處的頻域信道估計(jì)。所述的一種基于部分對(duì)稱擴(kuò)展離散傅立葉變換的信道估計(jì)方法，其特征在于對(duì)所 述的初始LS信道參數(shù)估計(jì)進(jìn)行部分對(duì)稱擴(kuò)展。在具體實(shí)施時(shí)部分對(duì)稱擴(kuò)展的點(diǎn)數(shù)可以為O 至NP/2之間的任意值，其中，Np為導(dǎo)頻的個(gè)數(shù)。當(dāng)擴(kuò)展點(diǎn)數(shù)為O時(shí)，所述方法與離散傅立葉 變換(DFT)信道估計(jì)方法等價(jià)；當(dāng)擴(kuò)展點(diǎn)數(shù)為NP/2時(shí)，所述方法與離散余弦變換(Discrete CosineTransform, DCT)信道估計(jì)方法等價(jià)。對(duì)所述的初始LS信道參數(shù)估計(jì)進(jìn)行部分對(duì)稱擴(kuò)展。具體實(shí)施時(shí)還可以對(duì)部分對(duì) 稱擴(kuò)展之后的序列進(jìn)行加窗處理，窗函數(shù)可以選擇漢明(Hamming)窗、漢寧(Harming)窗、 三角(Triangle)窗、布萊克曼(Blackman)窗、凱撒(Kaiser)窗等任何可以降低所述部分 對(duì)稱擴(kuò)展序列的邊緣不連續(xù)性的窗函數(shù)。所述的離散傅立葉變換和反離散傅立葉變換之間的順序可以互換，即既可以先進(jìn) 行反離散傅立葉變換，然后在變換域內(nèi)完成濾波處理后再經(jīng)過離散傅立葉變換返回到頻 域；也可以先進(jìn)行離散傅立葉變換，然后在變換域內(nèi)濾波處理后經(jīng)過反離散傅立葉變換返 回到頻域。對(duì)所述的變換域內(nèi)等效信道參數(shù)估計(jì)進(jìn)行濾波處理。在濾波時(shí)，不僅可以使用最 小均方誤差(MMSE)濾波，也可以使用最小均方誤差濾波的各種簡化形式以及其他任何可 以達(dá)到降低噪聲影響效果的濾波方法。對(duì)所述的導(dǎo)頻子載波處的信道估計(jì)進(jìn)行插值，插值時(shí)可以使用線性插值、樣條插 值以及變換域插值等任何通過導(dǎo)頻子載波上的信道估計(jì)獲得所有子載波上信道估計(jì)的插 值方法。為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的 附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本 發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在 沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。假設(shè)一包含N個(gè)子載波的OFDM傳輸系統(tǒng)，其發(fā)送端原理框圖如錯(cuò)誤！未找到引用 源。(a)所示，發(fā)送端的M，M<N個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)符號(hào)，經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換和載波映射，形成長度為N 的發(fā)送頻域數(shù)據(jù)，為避免在接收端引起頻譜混疊，頻帶邊緣的N-M個(gè)子載波保留不用，這些 不傳輸數(shù)據(jù)的子載波被稱作虛載波；頻域發(fā)送數(shù)據(jù)再經(jīng)過N點(diǎn)IDFT變換，添加循環(huán)保護(hù)前 綴(Cyclic Prefix,CP)并作并串轉(zhuǎn)換之后，被發(fā)送到無線信道中。CP的作用是消除由多徑 信道帶來的符號(hào)間干擾(Inter Symbol Interference, ISI)，因此CP的長度應(yīng)滿足Lcp > Lch,即大于時(shí)域信道響應(yīng)的長度。OFDM接收機(jī)如錯(cuò)誤！未找到引用源。(b)所示，假設(shè)接收端已獲得準(zhǔn)確的定時(shí)信 息，接收數(shù)據(jù)在去除CP后被送至DFT模塊進(jìn)行OFDM解調(diào)。假設(shè)時(shí)域信道參數(shù)h(i)在一個(gè) OFDM符號(hào)間隔內(nèi)保持不變，記為
權(quán)利要求
1.一種基于部分對(duì)稱擴(kuò)展離散傅立葉變換的信道估計(jì)方法，其特征在于該方法包括 第一步，首先對(duì)導(dǎo)頻子載波上的頻域接收信號(hào)進(jìn)行初始最小二乘LS信道估計(jì)以獲得初始LS信道參數(shù)估計(jì)；第二步，對(duì)初始LS信道參數(shù)估計(jì)進(jìn)行部分對(duì)稱擴(kuò)展；第三步，對(duì)經(jīng)過部分對(duì)稱擴(kuò)展的LS信道參數(shù)估計(jì)進(jìn)行相應(yīng)點(diǎn)數(shù)的反離散傅立葉IDFT 變換以獲得變換域內(nèi)等效信道參數(shù)估計(jì)；第四步，對(duì)變換域內(nèi)等效信道參數(shù)估計(jì)進(jìn)行濾波處理，以獲得更為精準(zhǔn)的信道參數(shù)估計(jì)；第五步，將經(jīng)過濾波處理后的變換域內(nèi)等效信道參數(shù)估計(jì)進(jìn)行離散傅立葉DFT變換， 得到部分對(duì)稱擴(kuò)展序列的頻域信道估計(jì)；第六步，將部分對(duì)稱擴(kuò)展序列的頻域信道估計(jì)進(jìn)行逆擴(kuò)展處理，得到導(dǎo)頻子載波處的 信道估計(jì)；最后，對(duì)導(dǎo)頻子載波處的信道估計(jì)進(jìn)行插值，以獲得所有子載波處的頻域信道估計(jì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于部分對(duì)稱擴(kuò)展離散傅立葉變換的信道估計(jì)方法，其 特征在于對(duì)所述的初始LS信道參數(shù)估計(jì)進(jìn)行部分對(duì)稱擴(kuò)展，在具體實(shí)施時(shí)部分對(duì)稱擴(kuò)展 的點(diǎn)數(shù)為O至之間的任意值，其中，為導(dǎo)頻的個(gè)數(shù)；當(dāng)擴(kuò)展點(diǎn)數(shù)為O時(shí)，所述方法與離散傅立 葉變換DFT信道估計(jì)方法等價(jià)；當(dāng)擴(kuò)展點(diǎn)數(shù)為時(shí)，所述方法與離散余弦變換DCT信道估計(jì)方 法等價(jià)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于部分對(duì)稱擴(kuò)展離散傅立葉變換的信道估計(jì)方法，其 特征在于對(duì)所述的初始LS信道參數(shù)估計(jì)進(jìn)行部分對(duì)稱擴(kuò)展，具體實(shí)施時(shí)還可以對(duì)部分對(duì) 稱擴(kuò)展之后的序列進(jìn)行加窗處理，窗函數(shù)可以選擇漢明Hamming窗、漢寧Harming窗、三角 Triangle窗、布萊克曼Blackman窗、凱撒Kaiser窗，以及任何可以降低所述部分對(duì)稱擴(kuò)展 序列的邊緣不連續(xù)性的窗函數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于部分對(duì)稱擴(kuò)展離散傅立葉變換的信道估計(jì)方法，其 特征在于所述的離散傅立葉變換和反離散傅立葉變換之間的順序可以互換，即先進(jìn)行反離 散傅立葉變換，然后在變換域內(nèi)完成濾波處理后再經(jīng)過離散傅立葉變換返回到頻域；或先 進(jìn)行離散傅立葉變換，然后在變換域內(nèi)濾波處理后經(jīng)過反離散傅立葉變換返回到頻域。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于部分對(duì)稱擴(kuò)展離散傅立葉變換的信道估計(jì)方法，其 特征在于對(duì)所述的變換域內(nèi)等效信道參數(shù)估計(jì)進(jìn)行濾波處理，在濾波時(shí)，使用最小均方誤 差MMSE濾波，或使用最小均方誤差濾波的各種簡化形式以及其他任何可以達(dá)到降低噪聲 影響效果的濾波方法。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于部分對(duì)稱擴(kuò)展離散傅立葉變換的信道估計(jì)方法，其 特征在于對(duì)所述的導(dǎo)頻子載波處的信道估計(jì)進(jìn)行插值時(shí)，使用線性插值、樣條插值或變換 域插值，或任何通過導(dǎo)頻子載波上的信道估計(jì)獲得所有子載波上信道估計(jì)的插值方法。
全文摘要
一種基于部分對(duì)稱擴(kuò)展離散傅立葉變換的信道估計(jì)方法包括對(duì)導(dǎo)頻子載波上的頻域接收信號(hào)進(jìn)行初始最小二乘LS信道估計(jì)以獲得初始LS信道參數(shù)估計(jì)；對(duì)初始LS信道參數(shù)估計(jì)進(jìn)行部分對(duì)稱擴(kuò)展；對(duì)經(jīng)過部分對(duì)稱擴(kuò)展的LS信道參數(shù)估計(jì)進(jìn)行相應(yīng)點(diǎn)數(shù)的反離散傅立葉IDFT變換以獲得變換域內(nèi)等效信道參數(shù)估計(jì)；對(duì)變換域內(nèi)等效信道參數(shù)估計(jì)進(jìn)行濾波處理，以獲得更為精準(zhǔn)的信道參數(shù)估計(jì)；將經(jīng)過濾波處理后的變換域內(nèi)等效信道參數(shù)估計(jì)進(jìn)行離散傅立葉DFT變換，得到部分對(duì)稱擴(kuò)展序列的頻域信道估計(jì)；將部分對(duì)稱擴(kuò)展序列的頻域信道估計(jì)進(jìn)行逆擴(kuò)展處理，得到導(dǎo)頻子載波處的信道估計(jì)；對(duì)導(dǎo)頻子載波處的信道估計(jì)進(jìn)行插值，以獲得所有子載波處的頻域信道估計(jì)。
文檔編號(hào)H04L27/26GK102143115SQ20111006224
公開日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2011年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月15日
發(fā)明者仲文, 劉遠(yuǎn)龍, 巴特爾, 李振, 江彬, 王亮, 范曉駿, 陳桐 申請(qǐng)人:東南大學(xué)