專利名稱：信道估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種在無有效循環(huán)前綴保護(hù)下的利用塊狀導(dǎo)引的多載波(Multiplex Carrier, MC)系統(tǒng)中的信道估計(jì)方法。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)的OFDM系統(tǒng)中，通常利用超過信道多徑時(shí)延的循環(huán)前綴(Cyclic Prefix,CP)來對(duì)抗由于多徑效應(yīng)導(dǎo)致的符號(hào)間干擾(Inter-Symbol Interference, ISI)。但是,在多徑時(shí)延較大的環(huán)境中，采用較長(zhǎng)的循環(huán)前綴將顯著降低系統(tǒng)的頻譜效率和傳輸效率，特別的如果在快變信道中利用訓(xùn)練序列進(jìn)行信道估計(jì)時(shí)，將進(jìn)一歩降低系統(tǒng)的頻譜利用率。在傳統(tǒng)的CP-OFDM(Cyclic prefixed OFDM)系統(tǒng)中，基于導(dǎo)頻 輔助的信道估計(jì)方法包括在頻域放置導(dǎo)頻信息和在時(shí)域放置導(dǎo)頻信息。在頻域放置導(dǎo)頻圖案進(jìn)行信道估計(jì)時(shí)，利用OFDM系統(tǒng)的某些子載波放置頻域?qū)б畔?，如圖I所示。在接收端，對(duì)接收的時(shí)域OFDM信號(hào)做FFT變換，提取相應(yīng)位置上的導(dǎo)引信息的頻域響應(yīng)，然后根據(jù)相應(yīng)的誤差準(zhǔn)貝U，如最小均方誤差準(zhǔn)則，完成信道頻域響應(yīng)的估計(jì)。但是，在頻域上放置導(dǎo)引信息的OFDM符號(hào)經(jīng)過IFFT變換后，經(jīng)過多徑信道，如果沒有循環(huán)前綴的保護(hù)，接收的OFDM信號(hào)將受到嚴(yán)重的符號(hào)間干擾，針對(duì)CP-OFDM系統(tǒng)的循環(huán)卷積的性質(zhì)也不再滿足，因此，接收的OFDM信號(hào)經(jīng)過FFT變換后，會(huì)導(dǎo)致ISI擴(kuò)展，不能有效的提取相應(yīng)載波位置處的導(dǎo)引的頻域響應(yīng)，那么用于傳統(tǒng)CP-OFDM系統(tǒng)的信道估計(jì)和頻域均衡方法也不能用于這種循環(huán)前綴無效的OFDM系統(tǒng)中?；跁r(shí)域塊狀導(dǎo)引進(jìn)行信道估計(jì)時(shí)，如圖2所示，盡管接收的時(shí)域?qū)б畔⑹艿较噜廜FDM數(shù)據(jù)的符號(hào)間干擾，但是受到ISI干擾的樣本數(shù)是有限的，對(duì)接收的時(shí)域?qū)б盘?hào)進(jìn)行簡(jiǎn)單的時(shí)域ISI干擾消除后，可以重構(gòu)導(dǎo)引信息與信道沖激響應(yīng)的圓周卷積，通過FFT變換，得到導(dǎo)引信息經(jīng)過信道后的頻域響應(yīng)，那么傳統(tǒng)的頻域均衡方法可以被用來估計(jì)信道頻域響應(yīng)(Channel Frequency Response, CFR),簡(jiǎn)化了接收機(jī)的復(fù)雜度。因此，在循環(huán)前綴無效的OFDM系統(tǒng)中，利用時(shí)域塊狀導(dǎo)引，采用靈活的迭代干擾消除算法可以達(dá)到有效的信道估計(jì)。為了消除由于循環(huán)前綴不足導(dǎo)致的符號(hào)間干擾，一些迭代干擾消除方法已經(jīng)被提出。殘余ISI消除技術(shù)(Residual ISI Cancellation, RISIC)采用尾部干擾消除和循環(huán)前綴數(shù)據(jù)修復(fù)的方式消除ISI。當(dāng)信道沖激響應(yīng)比較短吋，建立在RISIC方法上的干擾消除方式能夠較好的消除符號(hào)間干擾。但是，除了需要知道理想的信道狀態(tài)信息(ChannelState Information, CSI), RISIC算法的性能主要依賴于第一次迭代的效果,而在該算法的第一次迭代中，直接忽略了線性卷積尾部數(shù)據(jù)的影響，從而限制了該算法只能適用于多徑時(shí)延較短的環(huán)境，參見文獻(xiàn) Dukhyun Kim ；Stuber, G. L. “Residual ISI cancellation forOFDM with application to HDTV broadcasting,，，IEEE Trans. Commun. , vol. 16, no. 8,pp. 1590-1599, Oct. 1998。循環(huán)前綴重構(gòu)(Cyclic Prefix Reconstruction, CPR)技術(shù)也被研究了，文獻(xiàn)表明即使在多徑時(shí)延達(dá)到OFDM符號(hào)持續(xù)時(shí)間的50%，也能夠較好地消除符號(hào)間干擾，但是，這種算法要求知道理想的信道狀態(tài)信息，同吋，該算法在進(jìn)行初次數(shù)據(jù)重構(gòu)時(shí)，直接利用后ー幀的接收信號(hào)近似得到線性卷積的尾部數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確度仍然受限，參見文獻(xiàn)Cheol-Jin Park ;Gi_Hong Im /‘Efficient Cyclic Prefix Reconstruction for CodedOFDM Systems, ” IEEE Commun. lett.，vol. 8, no. 5, pp. 274-276, May. 2004。在一些文獻(xiàn)中，提出通過構(gòu)造特殊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，達(dá)到對(duì)符號(hào)間干擾消除和數(shù)據(jù)檢測(cè)的目的。但是通常這種特殊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，不但應(yīng)用場(chǎng)景受到限制，而且在多徑時(shí)延較大的環(huán)境中，對(duì)某些數(shù)據(jù)的檢測(cè)性能將迅速惡化，參見文獻(xiàn) Wenling Bai ；Yue Xiao ；Gang Wu ；Shaoqian Li, Improvedsmgle-carrier frequency domain equalization systems,丄し丄CS Iniormation，しomurnn.and Signal Process. , Dec. 2009, pp. 1—5。通過比較、分析發(fā)現(xiàn),傳統(tǒng)的符號(hào)間干擾消除算法都假設(shè)了理想的信道狀態(tài)信息，但是，在循環(huán)前綴無效或沒有循環(huán)前綴保護(hù)時(shí)，接收的導(dǎo)引數(shù)據(jù)由于受到ISI的干擾，嚴(yán)重影響信道估計(jì)的準(zhǔn)確度。在利用塊狀導(dǎo)引信息進(jìn)行信道估計(jì)時(shí)，采用迭代干擾消除，重構(gòu)導(dǎo)引信息與信 道沖激響應(yīng)的線性卷積，可以達(dá)到對(duì)信道頻域響應(yīng)的估計(jì)。但是，不完全的ISI干擾消除，將會(huì)導(dǎo)致信道估計(jì)的性能出現(xiàn)平底效應(yīng)。參考文獻(xiàn)Shigang Tang ；Fang Yang ；KewuPeng，iterative Channel Estimation lor Block iransmission with Known bymbo丄Padding-A New Look at TDS-0FDM,，，in Telecommun. Global Commun. Conf, vol. I, inWashington D. C, Nov. 26-30,2007, pp.4269-4273。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)在多徑時(shí)延較大，保護(hù)間隔無效的正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中進(jìn)行信道估計(jì)時(shí)上述方法存在的缺點(diǎn)，提出ー種信道估計(jì)方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是ー種信道估計(jì)方法，具體包括如下步驟SI.利用已檢測(cè)的第(i-1)幀OFDM數(shù)據(jù)夂—1和信道狀態(tài)信息；，重構(gòu)并消除OFDM數(shù)據(jù)對(duì)接收的時(shí)域?qū)б盘?hào)€的符號(hào)間干擾，得到導(dǎo)引數(shù)據(jù)P:與信道沖激響應(yīng)的線性卷
積S
'￡-y；N,0<n<L c = < isi-1
C1nyL < n くM + L重構(gòu)導(dǎo)引數(shù)據(jù)Pl與信道沖激響應(yīng)的圓周卷積，完成信道沖激響應(yīng)的初估計(jì)，得到信道狀態(tài)信息其中，i表示定義的導(dǎo)引或OFDM數(shù)據(jù)的標(biāo)號(hào)，M表示時(shí)域?qū)б龜?shù)據(jù)塊的長(zhǎng)
度，n表示數(shù)據(jù)的樣本時(shí)刻，N表示OFDM符號(hào)的子載波數(shù)目，L表示信道的多徑時(shí)延，表示第i-1幀OFDM數(shù)據(jù)對(duì)接收的導(dǎo)引信號(hào)的符號(hào)間的干擾；S2.利用步驟SI得到的信道狀態(tài)信息/^，估計(jì)發(fā)送的時(shí)域數(shù)據(jù) (之I ，得到發(fā)送的第i幀OFDM時(shí)域數(shù)據(jù)丨兒j = \zln]，然后再估計(jì)第i幀OFDM數(shù)據(jù)f對(duì)接收的導(dǎo)引信號(hào)的干擾儀} ニ，更新。
更進(jìn)一歩的，步驟SI包括以下分步驟Sll.從接收的時(shí)域響應(yīng)代廣中分離導(dǎo)引數(shù)據(jù)的時(shí)域響應(yīng)把廣レ1 =代廣+i一1和第i段數(shù)據(jù)塊ゴ過信道后的時(shí)域響應(yīng)l i_1 = {r ^ ，補(bǔ)零擴(kuò)展的導(dǎo)引數(shù)據(jù)^:K=[pl,olxL]r，其中，(W表示I行L列的零矩陣；S12.利用已估計(jì)的第(i-1)幀OFDM數(shù)據(jù)* ；；1和信道狀態(tài)信息;，消除其對(duì)接收的時(shí)域?qū)б盘?hào)ど的符號(hào)間干擾■(只—1；!二，得到導(dǎo)引數(shù)據(jù)與信道沖激響應(yīng)的線性卷積g，那么擴(kuò) 展的導(dǎo)引數(shù)據(jù)瓦與信道沖激響應(yīng)< 的圓周卷積表示為
Hぬく L
C , -C —{ISI-I
ols,n n
C1nvL < n くM + L即^lsjl=K uレ，S13.對(duì)經(jīng)過ISI干擾消除的時(shí)域?qū)б龜?shù)據(jù)匕， 和擴(kuò)展的導(dǎo)引數(shù)據(jù)瓦做FFT變換，得到頻域信號(hào)で耐ニfft(U只=FFr(Ki)，估計(jì)信道的頻域響應(yīng)
_8] ^=^0^k<M+L則信道的時(shí)域沖激響應(yīng)表示-JL,n =IFFT[HlOLSk), 0彡n く M+L。首先僅保留
的前M抽頭增益，即得到石h hoKn， 彡 n く M+L其中0) = [IM，0MXJ，IM表示M階的單位矩陣，表示M行L列的零矩陣。然后保留I的主徑抽頭増益，得到經(jīng)過噪聲抑制的信道時(shí)域沖激響應(yīng)&
へ,, hn，Q<n くM, hn > Ahn =<
0，otherwise其中，A表不預(yù)先設(shè)置的第一_值；設(shè)置中間變量I = I，記石廣1 = fln ;更進(jìn)ー步的，步驟S2包括分步驟S21.利用初估計(jì)的信道沖激響應(yīng)ん7—1，估計(jì)發(fā)送的時(shí)域OFDM數(shù)據(jù)& ；S22.估計(jì)OFDM數(shù)據(jù)兒經(jīng)過信道后的時(shí)域響應(yīng)夕丨，并消除其對(duì)接收的時(shí)域?qū)б盘?hào)ど的殘余符號(hào)間干擾，即，更新導(dǎo)引數(shù)據(jù)與信道沖激響應(yīng)的線性卷積ど.S23.利用步驟S13得到信道沖激響應(yīng)&，結(jié)合第1_1次迭代得到的信道時(shí)域沖激響應(yīng)紀(jì)-1，更新信道時(shí)域沖激響應(yīng)￠: =(1-^) +ah1-1, 0 < M+L，其中，a是權(quán)值系數(shù)，0 < a < I ；S24.令I(lǐng) = 1+1，轉(zhuǎn)到步驟S21，進(jìn)行迭代干擾消除和數(shù)據(jù)重構(gòu)，直到估計(jì)的信道沖激響應(yīng)與理想的信道沖激響應(yīng)之間的均方誤差小于0，完成信道估計(jì)，其中，0是預(yù)先設(shè)置的第二閾值。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明提供了 ー種在利用時(shí)域塊狀導(dǎo)引代替循環(huán)前綴的OFDM系統(tǒng)中進(jìn)行信道估計(jì)的方法。在本發(fā)明的方法中，利用線性卷積與循環(huán)卷積的等價(jià)性，分別采用兩步消除OFDM數(shù)據(jù)對(duì)導(dǎo)引信號(hào)的符號(hào)間干擾和完成信道估計(jì)，由于接收的時(shí)域?qū)б盘?hào)的首部和尾部樣本都受到來自O(shè)FDM數(shù)據(jù)的符號(hào)間干擾，第一歩，利用已經(jīng)檢測(cè)的上ー幀OFDM數(shù)據(jù)和信道時(shí)域沖激響應(yīng)，消除其對(duì)接收的時(shí)域?qū)б盘?hào)首部樣本點(diǎn)的符號(hào)間干擾，并完成信道的初估計(jì)；第二歩，估計(jì)相鄰的下ー幀OFDM數(shù)據(jù)并重構(gòu)其過信道后的數(shù)據(jù)響應(yīng)，消除該OFDM數(shù)據(jù)對(duì)接收的時(shí)域?qū)б盘?hào)的符號(hào)間干擾，更新導(dǎo)引數(shù)據(jù)與信道沖激響應(yīng)的線性卷積結(jié)果，完成信道估計(jì)。本發(fā)明提出的信道估計(jì)方法，可以較好的消除時(shí)域OFDM數(shù)據(jù)對(duì)導(dǎo)引信號(hào)的符號(hào)間干擾，提高信道估計(jì)性能。同時(shí)，相對(duì)傳統(tǒng)的信道估計(jì)方法，該方法的復(fù)雜度并沒有提高，最后，利用塊狀導(dǎo)引代替循環(huán)前綴作為OFDM數(shù)據(jù)的保護(hù)間隔和進(jìn)行信道估計(jì)，相對(duì)傳統(tǒng)利用循環(huán)前綴作為保護(hù)間隔，并采用塊狀導(dǎo)引進(jìn)行信道估計(jì)的OFDM系統(tǒng)，頻譜效率得到明顯的改善。本發(fā)明的方法特別適合在多徑時(shí)延較大，并需要保證一定頻譜效率和傳輸速率的OFDM系統(tǒng)中進(jìn)行信道估計(jì)的無線通信系統(tǒng)。


圖I為頻域?qū)б龍D案。圖2為時(shí)域?qū)б龍D案。圖3為本發(fā)明采用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型圖，其中，(a)為發(fā)送端的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)示意圖；(b)數(shù)據(jù)過信道的時(shí)域分解示意圖；(c)接收端的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明的信道估計(jì)方法流程圖。
具體實(shí)施例方式下面給出本發(fā)明的具體實(shí)施實(shí)例。需要說明的是實(shí)例中的參數(shù)并不影響本發(fā)明的一般性。在本發(fā)明中，發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖3(a)所示。在發(fā)送端，采用時(shí)域塊狀偽隨機(jī)PN數(shù)據(jù)代替循環(huán)前綴作為保護(hù)間隔，可以有效防止相鄰OFDM數(shù)據(jù)間的符號(hào)間干擾。同時(shí)，填加的導(dǎo)引數(shù)據(jù)也可用于信道估計(jì)，甚至同步，相對(duì)傳統(tǒng)填加循環(huán)前綴且利用導(dǎo)引進(jìn)行信道估計(jì)的OFDM系統(tǒng)，能夠顯著提高系統(tǒng)的頻譜效率和傳輸效率。但是，由于填加的時(shí)域?qū)б龜?shù)據(jù)和發(fā)送的OFDM數(shù)據(jù)前都沒有循環(huán)前綴的保護(hù)，因此接收的時(shí)域?qū)б盘?hào)和OFDM數(shù)據(jù)將分別受到來自相鄰OFDM數(shù)據(jù)或?qū)б龜?shù)據(jù)的符號(hào)間干擾，如圖3(b)陰影部分所示，因此它們不再滿足與信道時(shí)域沖激響應(yīng)的圓周卷積，那么針對(duì)傳統(tǒng)CP-OFDM系統(tǒng)的信道估計(jì)方法不再適用。針對(duì)圖3(a)的數(shù)據(jù)模型，本發(fā)明提出了一種有效的信道估計(jì)方法。在本發(fā)明的系統(tǒng)模型中，假設(shè)具有L+1條徑的多徑信道h = Dv hp h2，. . .，hj，導(dǎo)引塊的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度是M，iM>L;0FDM符號(hào)的子載波數(shù)目是N;假設(shè)數(shù)據(jù)塊g持續(xù)時(shí)間 小于信道相干時(shí)間，即信道沖激響應(yīng)在5持續(xù)時(shí)間內(nèi)時(shí)準(zhǔn)靜態(tài)的。根據(jù)圖3(c)，對(duì)接收的第i幀數(shù)據(jù)^進(jìn)行分析，估計(jì)第i塊導(dǎo)引數(shù)據(jù)甙的信道狀態(tài)信息。定義第i塊導(dǎo)引數(shù)據(jù)
權(quán)利要求
1.ー種信道估計(jì)方法，其特征在于，具體包括如下步驟 s1.利用已檢測(cè)的第(i-1)幀OFDM數(shù)據(jù)* ；；1和信道狀態(tài)信息&-1，重構(gòu)并消除OFDM數(shù)據(jù)兒—1對(duì)接收的時(shí)域?qū)б盘?hào)6的符號(hào)間干擾，得到導(dǎo)引數(shù)據(jù)Pl與信道沖激響應(yīng)的線性卷積Pti -
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的信道估計(jì)方法，其特征在于，步驟SI包括以下分步驟 s11.從接收的時(shí)域響應(yīng)代p中分離導(dǎo)引數(shù)據(jù)的時(shí)域響應(yīng)⑷…—1=^^一1和第i段數(shù)據(jù)塊ズ過信道后的時(shí)域響應(yīng) 補(bǔ)零擴(kuò)展的導(dǎo)引數(shù)據(jù)汐K= [K,0ixlT，其中，(W表示I行L列的零矩陣； s12.利用已估計(jì)的第(i-1)幀OFDM數(shù)據(jù)* ；；1和信道狀態(tài)信息/，消除其對(duì)接收的時(shí)域?qū)б盘?hào)€的符號(hào)間干擾trU，得到導(dǎo)引數(shù)據(jù)與信道沖激響應(yīng)的線性卷積g，那么擴(kuò)展的導(dǎo)引數(shù)據(jù)瓦與信道沖激響應(yīng)化的圓周卷積る,，《表示為
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的信道估計(jì)方法，其特征在于，步驟S2包括分步驟 、521.利用初估計(jì)的信道沖激響應(yīng)
全文摘要
本發(fā)明公開了一種信道估計(jì)方法。本發(fā)明的方法分別采用兩步消除OFDM數(shù)據(jù)對(duì)導(dǎo)引信號(hào)的符號(hào)間干擾和完成信道估計(jì)，第一步，利用已經(jīng)檢測(cè)的上一幀OFDM數(shù)據(jù)和信道沖激響應(yīng)，消除其對(duì)導(dǎo)引信號(hào)首部樣本點(diǎn)的符號(hào)間干擾，并完成信道的初估計(jì)；第二步，估計(jì)相鄰的下一幀OFDM數(shù)據(jù)并重構(gòu)其過信道后的數(shù)據(jù)響應(yīng)，消除該OFDM數(shù)據(jù)對(duì)導(dǎo)引信號(hào)的符號(hào)間干擾，更新導(dǎo)引數(shù)據(jù)與信道沖激響應(yīng)的線性卷積結(jié)果，完成信道估計(jì)。本發(fā)明提出的信道估計(jì)方法，可以較好的消除時(shí)域OFDM數(shù)據(jù)對(duì)導(dǎo)引信號(hào)的符號(hào)間干擾，提高信道估計(jì)性能，同時(shí)該方法的復(fù)雜度并沒有提高。
文檔編號(hào)H04L25/02GK102647372SQ201210128670
公開日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2012年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月27日
發(fā)明者左海, 雷霞 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)