本發(fā)明涉及一種無線寬帶通信估計(jì)算法，尤其涉及OFDM系統(tǒng)中自適應(yīng)導(dǎo)頻樣式的信道估計(jì)方法。

背景技術(shù)：
正交頻分復(fù)用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM)技術(shù)是第四代移動(dòng)通信(4G)中的關(guān)鍵技術(shù)，對其信道進(jìn)行估計(jì)的準(zhǔn)確性直接影響到系統(tǒng)的誤碼率(biterrorrateBER)性能。正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)因是一種高速率的無線傳輸技術(shù)，能有效地抑制符號間干擾，被廣泛應(yīng)用于各種無線通信系統(tǒng)中，如無線局域網(wǎng)(WLAN)、高清晰度電視(HDTV)、數(shù)字音頻廣播(DAB)、數(shù)字視頻廣播(DVB)等。由于無線信道的隨機(jī)性、未知性，使信道估計(jì)器的設(shè)計(jì)變得尤其重要，能否獲得詳細(xì)的信道信息，從而在接收端正確地解調(diào)出發(fā)射信號，是衡量一個(gè)無線通信系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)?，F(xiàn)有技術(shù)中，北京北方烽火科技有限公司，提出過《一種OFDM系統(tǒng)中的子載波交叉離散導(dǎo)頻插入方法》的發(fā)明專利(CN200810101071.5，2008年2月28日)。該發(fā)明涉及一種無線寬帶通信OFDM系統(tǒng)中的子載波交叉離散導(dǎo)頻插入方法。這種導(dǎo)頻插入方法兼顧所有的子載波，保證在所有的子載波上都有導(dǎo)頻，避免在離散插入方式中有些子載波上沒有導(dǎo)頻的缺陷，因?yàn)槿绻恍┳虞d波上沒有導(dǎo)頻，這些子載波的信道衰落情況就只能依靠內(nèi)插的方法得到。由于信道衰落的隨機(jī)性，內(nèi)插方法得到的衰落是不準(zhǔn)確的。子載波交叉離散導(dǎo)頻插入方法可以較好克服子載波信道估計(jì)由于內(nèi)插而帶來的偏差，改善OFDM系統(tǒng)信道估計(jì)的精度。但是該發(fā)明中所述的這個(gè)導(dǎo)頻樣式只在一定程度上兼顧了子信道之間的相關(guān)性，并沒有象所提出的算法那樣充分地利用子信道間的相關(guān)性。如圖1所示就是該發(fā)明所述的導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)?？梢钥匆娫摪l(fā)明采用的是固定位置的導(dǎo)頻插入模式，并用內(nèi)插法來進(jìn)行非導(dǎo)頻子信道上的估計(jì)，對于非線性變化的信道，這個(gè)方法是不能對子信道進(jìn)行很好的估計(jì)的。同時(shí)，這個(gè)算法的導(dǎo)頻插入樣式是固定地，即不是隨著信道的變化而變化的，因此，當(dāng)信道快速變化時(shí)，這個(gè)導(dǎo)頻插入樣式和其中的內(nèi)插算法不能很好地跟上信道的變化，當(dāng)信道慢速變化時(shí)，這個(gè)導(dǎo)頻數(shù)目又插入地太多，從而影響了數(shù)據(jù)的傳輸速率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供OFDM系統(tǒng)中自適應(yīng)導(dǎo)頻樣式的信道估計(jì)方法，對現(xiàn)有技術(shù)的OFDM中的信道算法進(jìn)行優(yōu)化，提出一種新的自適應(yīng)導(dǎo)頻插入方式，同時(shí)提出一種相應(yīng)的最鄰近信道估計(jì)方法。該算法利用了OFDM符號的信道相關(guān)性，能夠很快地跟上信道的變化，使新算法比原有算法大大提高了信道估計(jì)的性能。為了達(dá)到所述效果，本發(fā)明OFDM系統(tǒng)中自適應(yīng)導(dǎo)頻樣式的信道估計(jì)方法，用于第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)中的信息接收端，包括以下步驟，步驟1：對于相鄰的兩個(gè)OFDM符號進(jìn)行導(dǎo)頻插入，其中導(dǎo)頻插入時(shí)錯(cuò)開一個(gè)導(dǎo)頻位置的距離；步驟2：導(dǎo)頻插入同時(shí)估計(jì)其它OFDM符號中子信道；步驟3：提取OFDM系統(tǒng)中傳輸數(shù)據(jù)，對每個(gè)OFDM符號所采用的導(dǎo)頻子信道的數(shù)目設(shè)置插入導(dǎo)頻的時(shí)變參數(shù)因子M，即導(dǎo)頻插入周期是M，對于第m個(gè)OFDM符號中第p個(gè)子信道的沖擊響應(yīng)的傅里葉變換形式可以表示成：其中Xp，m、Yp，m分別表示第m個(gè)OFDM塊中第p個(gè)子信道中的傳輸?shù)囊阎盘柡徒邮盏降男盘?，?dāng)M個(gè)OFDM符號內(nèi)的所有導(dǎo)頻信道沖擊響應(yīng)估計(jì)完以后，被傳輸?shù)墓烙?jì)信號可以用下式表示：其中Yd，m是在第m個(gè)OFDM符號內(nèi)的第d個(gè)數(shù)據(jù)信道上接收到的信號，是第m個(gè)OFDM符號內(nèi)的第d個(gè)數(shù)據(jù)信道的頻域沖擊響應(yīng)，而Xd，m則是解調(diào)后的相應(yīng)傳輸數(shù)據(jù)估計(jì)值。優(yōu)選的，所述步驟1中在一個(gè)OFDM符號中傳輸(M-1)個(gè)OFDM數(shù)據(jù)符號后就插入一個(gè)相應(yīng)的導(dǎo)頻符號。優(yōu)選的，所述步驟2采用最近鄰法來進(jìn)行，即尋找和當(dāng)前子信道在OFDM符號的時(shí)間和頻率域中最近的導(dǎo)頻子信道，并用此導(dǎo)頻子信道的參數(shù)來代替此子信道的參數(shù)，此時(shí)，當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)子信道附近有多個(gè)最鄰近的導(dǎo)頻子信道時(shí)，此數(shù)據(jù)子信道的頻域沖擊響應(yīng)就采用這些最鄰近的導(dǎo)頻子信道沖擊響應(yīng)的平均值。優(yōu)選的，在快衰落信道中，M的值非常小，而在慢衰落信道中M的值大。只有這樣才能既可以利用OFDM符號的相關(guān)性又能自適應(yīng)地進(jìn)行高速的傳輸數(shù)據(jù)。優(yōu)選的，所述M值的選取需要滿足使OFDM符號中的子信道能夠跟上信道的3％以下的變化的條件。即M的選取只要使估計(jì)出的前M個(gè)OFDM符號導(dǎo)頻子信道參數(shù)和當(dāng)前OFDM符號相同頻率位置導(dǎo)頻處的子信道的估計(jì)出的參數(shù)的差值在3％以下就可以了。這樣既符合估算要求，同時(shí)也能簡化算法。由于采用了所述技術(shù)方案，本發(fā)明在同樣的信噪比和系統(tǒng)環(huán)境下，當(dāng)誤碼率(BER)達(dá)到10-4時(shí)，本發(fā)明提出得信道估計(jì)方法較現(xiàn)有的經(jīng)典算法有5dB的增益，即此時(shí)在同樣的誤碼率要求下可以大大節(jié)約發(fā)送端的發(fā)送功率，而在同樣的發(fā)送功率下，所提出的算法能大大地降低誤碼率。附圖說明下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：圖1為北京北方烽火科技有限公司《一種OFDM系統(tǒng)中的子載波交叉離散導(dǎo)頻插入方法》所采用的導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)。圖2為本發(fā)明OFDM系統(tǒng)中自適應(yīng)導(dǎo)頻樣式的信道估計(jì)方法采用的導(dǎo)頻插入樣式效果示意圖。圖3為本發(fā)明OFDM系統(tǒng)中自適應(yīng)導(dǎo)頻樣式的信道估計(jì)方法和塊狀導(dǎo)頻樣式下的LS算法的性能比較效果示意圖。圖4為本發(fā)明OFDM系統(tǒng)中自適應(yīng)導(dǎo)頻樣式的信道估計(jì)方法和北京北方烽火科技有限公司《一種OFDM系統(tǒng)中的子載波交叉離散導(dǎo)頻插入方法》的性能比較效果示意圖。具體實(shí)施方式如圖2所示，本發(fā)明采用一種新的自適應(yīng)分塊錯(cuò)位導(dǎo)頻符號樣式進(jìn)行插入，在這里加載導(dǎo)頻的子信道用實(shí)心圓圈來表示，其余的非實(shí)心的圓圈表示加載傳輸數(shù)據(jù)的子信道。對于相鄰的兩個(gè)OFDM符號，導(dǎo)頻的插入位置是錯(cuò)開一個(gè)導(dǎo)頻位置的，而不是像傳統(tǒng)方法中那樣在同一位置的。在新的導(dǎo)頻插入樣式中，每個(gè)OFDM符號所采用的導(dǎo)頻子信道的數(shù)目有一個(gè)參數(shù)。我們用M表示插入導(dǎo)頻的時(shí)變參數(shù)因子，即，在一個(gè)OFDM符號中傳輸(M-1)個(gè)OFDM數(shù)據(jù)符號后就插入一個(gè)相應(yīng)的導(dǎo)頻符號，也就是新提出的導(dǎo)頻插入周期是M。在快衰落信道中，M的值必須非常小，而在慢衰落信道中M的值可以大些，只有這樣才能既可以利用OFDM符號的相關(guān)性又能自適應(yīng)地進(jìn)行高速的傳輸數(shù)據(jù)。所提出的導(dǎo)頻樣式能夠適應(yīng)于時(shí)變信道的情況，并對時(shí)變的子信道進(jìn)行很好的估計(jì)。而現(xiàn)有技術(shù)中的導(dǎo)頻樣式就不能很好地對時(shí)變信道加以估計(jì)，現(xiàn)有技術(shù)中當(dāng)插入兩個(gè)導(dǎo)頻的OFDM符號之間有較大的變化時(shí)，其信道估計(jì)的方法是無法對這兩個(gè)插入導(dǎo)頻的OFDM符號之間的符號加以準(zhǔn)確的估計(jì)的。同時(shí)，當(dāng)OFDM信道在幾個(gè)OFDM符號的時(shí)間內(nèi)變化很小或者幾乎沒有變化時(shí)，可以利用不同OFDM符號之間的子信道的相關(guān)性來進(jìn)行信道估計(jì)并提高估計(jì)精度?，F(xiàn)有技術(shù)也是無法提取出這樣的相關(guān)性的信息的。和北京北方烽火科技有限公司的《一種OFDM系統(tǒng)中的子載波交叉離散導(dǎo)頻插入方法》的發(fā)明專利(CN200810101071.5，2008年2月28日)相比，在本明中，導(dǎo)頻的插入是自適應(yīng)的，其能隨著信道的變化而變化，當(dāng)信道快變時(shí)，插入更多的導(dǎo)頻信號，當(dāng)信道緩慢變化時(shí)，少插入些導(dǎo)頻信號。而在對比的發(fā)明中，采用的是固定位置的導(dǎo)頻插入模式，并用內(nèi)插法來進(jìn)行非導(dǎo)頻子信道上的估計(jì)，對于非線性變化的信道，這個(gè)方法是不能對子信道進(jìn)行很好的估計(jì)的。對此，本發(fā)明采用最近鄰法來估計(jì)傳輸數(shù)據(jù)的子信道，能適合信道非線性的變化。同時(shí)，這個(gè)算法的導(dǎo)頻插入樣式是固定地，即不是隨著信道的變化而變化的，因此，當(dāng)信道快速變化時(shí)，這個(gè)導(dǎo)頻插入樣式和其中的內(nèi)插算法不能很好地跟上信道的變化，當(dāng)信道慢速變化時(shí)，這個(gè)導(dǎo)頻數(shù)目又插入地太多，從而影響了數(shù)據(jù)的傳輸速率。在導(dǎo)頻子信道中，估計(jì)的信道沖擊響應(yīng)的傅里葉變化形式可以用以下形式表示：其中XP為發(fā)送的已知的導(dǎo)頻信號，YP為接收到的導(dǎo)頻處信號，p為導(dǎo)頻子信道的索引值。在本發(fā)明的算法中，考慮到不同OFDM符號的子信道之間的相關(guān)性，故對于第m個(gè)OFDM符號中第p個(gè)子信道的沖擊響應(yīng)的傅里葉變換形式可以表示成：其中Xp，m、Yp，m分別表示第m個(gè)OFDM塊中第p個(gè)子信道中的傳輸?shù)囊阎盘柡徒邮盏降男盘?。?dāng)(M+1)個(gè)OFDM符號內(nèi)的所有導(dǎo)頻信道沖擊響應(yīng)被估計(jì)以后。我們必須估計(jì)完M個(gè)OFDM符號內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)子信道沖擊響應(yīng)以后才能進(jìn)行對數(shù)據(jù)的解碼。在本發(fā)明提出的算法中，一個(gè)數(shù)據(jù)子信道處的頻域沖擊響應(yīng)是采用最鄰近法進(jìn)行估計(jì)的。即，如果一個(gè)數(shù)據(jù)子信道附近只有一個(gè)最鄰近的導(dǎo)頻子信道時(shí)，此數(shù)據(jù)子信道的頻域沖擊響應(yīng)就采用這個(gè)最鄰近的導(dǎo)頻子信道沖擊響應(yīng)；如果一個(gè)數(shù)據(jù)子信道附近有多個(gè)最鄰近的導(dǎo)頻子信道時(shí)，此數(shù)據(jù)子信道的頻域沖擊響應(yīng)就采用這些最鄰近的導(dǎo)頻子信道沖擊響應(yīng)的平均值。當(dāng)M個(gè)OFDM符號內(nèi)的所有導(dǎo)頻信道沖擊響應(yīng)都采用上述最鄰近法進(jìn)行估計(jì)完以后，被傳輸?shù)墓烙?jì)信號可以用下式表示：其中Yd，m是在第m個(gè)OFDM符號內(nèi)的第d個(gè)數(shù)據(jù)信道上接收到的信號，是第m個(gè)OFDM符號內(nèi)的第d個(gè)數(shù)據(jù)信道的頻域沖擊響應(yīng)，而Xd，m則是解調(diào)后的相應(yīng)傳輸數(shù)據(jù)估計(jì)值。如圖3所示為本發(fā)明和經(jīng)典的采用線性內(nèi)插LS信道估計(jì)方法進(jìn)行比較。為了保證對比的可信性，我們采用相同的信道環(huán)境和相同的信噪比。同時(shí)，OFDM的所有子信道采用抽頭延時(shí)的DCT變換后的系數(shù)來進(jìn)行模擬，并且采用256個(gè)子信道、16QAM的調(diào)制方式和M＝4的參數(shù)因子。接著編程計(jì)算每種算法的特定SNR下的誤碼率BER，然后進(jìn)行1000次迭代求出每個(gè)信噪比下的平均的BER，最后得到的所提出算法和塊狀導(dǎo)頻樣式下的LS算法的仿真結(jié)果。從此圖中，可以看出所提出的算法的性能明顯地超過了塊狀導(dǎo)頻樣式下的LS算法的性能。接著在同樣的系統(tǒng)環(huán)境下，我們模擬了時(shí)變的信道。其時(shí)變公式如下：H(m，n)＝H(1，n)*Sin(2*π*0.005*m)其中，H(m，n)是第m個(gè)符號上的第n個(gè)子信道上的頻率響應(yīng)，H(1，n)是第一個(gè)符號上第n個(gè)子信道上的頻率響應(yīng)。圖4是本發(fā)明所提出的算法和和北京北方烽火科技有限公司的《一種OFDM系統(tǒng)中的子載波交叉離散導(dǎo)頻插入方法》的發(fā)明專利(CN200810101071.5，2008年2月28日)中的算法相比的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，信道和導(dǎo)頻數(shù)設(shè)置成一樣的數(shù)目。從此圖中，可以看出本發(fā)明所提出的方法更優(yōu)越。本發(fā)明用于第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)中的信息接收端，可用所提出的算法以更準(zhǔn)確地估計(jì)信道參數(shù)來更準(zhǔn)確的譯碼。當(dāng)然，如果有反饋信道存在的話，其也可以應(yīng)用于信息的發(fā)送端，由接受端將各子信道參數(shù)反饋到發(fā)送端，然后發(fā)送端可選擇傳輸質(zhì)量好的子信道來傳輸重要信息。通過圖3、圖4我們可以看出，在同樣的信噪比和系統(tǒng)環(huán)境下，當(dāng)誤碼率(BER)達(dá)到10-4時(shí)，本發(fā)明提出得信道估計(jì)方法較現(xiàn)有的經(jīng)典算法有5dB的增益，即此時(shí)在同樣的誤碼率要求下可以大大節(jié)約發(fā)送端的發(fā)送功率，而在同樣的發(fā)送功率下，所提出的算法能大大地降低誤碼率。