低能量彌散多徑信道下單載波頻域均衡的信道估計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無(wú)線(xiàn)通信信道估計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低能量彌散多徑信道下單 載波頻域均衡的信道估計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在無(wú)線(xiàn)通信中，發(fā)射端發(fā)射的信號(hào)傳送給接收端時(shí)，接收端接收到的信號(hào)中，除了 包含發(fā)射的信號(hào)的直射波和地面反射波之外，還有傳播過(guò)程中各種障礙物所引起的散射 波，即多徑效應(yīng)。由于多徑效應(yīng)，接收端接收到的信號(hào)會(huì)產(chǎn)生碼間干擾，不利于接收端根據(jù) 接收的信號(hào)恢復(fù)出發(fā)射時(shí)的信號(hào)。OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing， 正交頻分復(fù)用）和SC-FDE(SingleCarrierFrequencyDomainEqualization，單載波頻域 均衡）技術(shù)是多徑多徑效應(yīng)的兩種有效方法。
[0003]OFDM系統(tǒng)通過(guò)IFFT將串并變換后的信道映射到多個(gè)子載波上，每個(gè)子載波占據(jù) 很窄的帶寬，各個(gè)子載波頻譜相互重疊但保持正交，提高了頻譜利用率。單載波頻域均衡技 術(shù)借鑒了OFDM的均衡思想，在接收端通過(guò)FFT將單載波信道變換到頻域，然后在頻域補(bǔ)償 信道的影響，通過(guò)IFFT將均衡后的信號(hào)變換回時(shí)域進(jìn)行檢測(cè)。相比于OFDM技術(shù)，單載波頻 域均衡具有峰均比低，抗頻率選擇性衰落強(qiáng)，在相同條件下可以達(dá)到更高的傳輸速率和更 低的誤碼率，相比較于單載波時(shí)域均衡技術(shù)，復(fù)雜度也大大降低。
[0004] 在單載波頻域均衡系統(tǒng)中，接收端為了準(zhǔn)確地恢復(fù)發(fā)送端的數(shù)據(jù)，需要知道數(shù)據(jù) 經(jīng)過(guò)的信道信息才能采用頻域均衡技術(shù)來(lái)對(duì)抗碼間干擾，目前一般采用基于DFT的信道估 計(jì)算法。
[0005] 現(xiàn)有的信道估計(jì)方法中，沒(méi)有考慮低能量彌散多徑信道下信道估計(jì)性能損失的問(wèn) 題，因此在低能量彌散多徑信道下，接收端解調(diào)性能差，解調(diào)得到的信號(hào)中含有較大噪聲。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明提供了一種低能量彌散多徑信道下單載波頻域均衡的信道估計(jì) 方法，能夠有效改善現(xiàn)有的單載波均衡系統(tǒng)在低能量彌散的多徑環(huán)境下信道估計(jì)性能損失 的問(wèn)題，通過(guò)基于有用信號(hào)徑數(shù)目n和門(mén)限值e的時(shí)域降噪處理，本發(fā)明提供的方法能夠 同時(shí)滿(mǎn)足高信噪比和低信噪比條件下的信道估計(jì)。
[0007] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：
[0008] 本發(fā)明的一種低能量彌散多徑信道下單載波頻域均衡的信道估計(jì)方法，在無(wú)線(xiàn)通 信中，發(fā)送端根據(jù)幀結(jié)構(gòu)將數(shù)據(jù)塊和導(dǎo)頻組成信號(hào)幀，信號(hào)幀經(jīng)過(guò)成型濾波后通過(guò)信道發(fā) 射出去；接收端對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行匹配濾波、同步處理后，在頻域進(jìn)行信道估計(jì)和均衡， 然后在時(shí)域進(jìn)行解映射和譯碼，還原得到發(fā)送的信號(hào)，所述信道估計(jì)的方法如下：
[0009] 步驟1:接收端從收到的信號(hào)中提取導(dǎo)頻信號(hào)，去除導(dǎo)頻的循環(huán)前綴后，將導(dǎo)頻信 號(hào)進(jìn)行FFT變換，然后根據(jù)最小二乘法求得信道的頻率響應(yīng)& (k)，k= 0, 1，2,…N-I，其 中，k為導(dǎo)頻信號(hào)的頻域序列，N為導(dǎo)頻的信號(hào)長(zhǎng)度；
[0010]步驟2 :對(duì)L(k)進(jìn)行IFFT變換，得到信道的時(shí)域沖激響應(yīng)k(n)，n為導(dǎo)頻信號(hào) 的時(shí)域序列，n= 0, 1，2,…N-I;
[0011] 步驟3 :對(duì)于Ks (n)在11SNc5范圍內(nèi)計(jì)算時(shí)域信道的沖激響應(yīng)中的噪聲功率〇 2， 其中Nep為所述導(dǎo)頻的循環(huán)前綴的長(zhǎng)度；
[0012] 步驟4 :令n分別取0, 1，…，Nep-1，計(jì)算hjn)的平方值，將其中最大的平方值作 為最強(qiáng)彳目號(hào)徑的功率Powmax:
[0014] 步驟6:在低能量彌散多徑信道環(huán)境下，接收端通過(guò)仿真，模擬信號(hào)由發(fā)送端到接 收端所經(jīng)過(guò)的信道模型，根據(jù)信道模型的歷史經(jīng)驗(yàn)值將低能量彌散多徑信道環(huán)境劃分為低 信噪比區(qū)間、中信噪比區(qū)間和高信噪比區(qū)間，并確定相應(yīng)信噪比區(qū)間下有用信號(hào)徑的數(shù)目 和門(mén)限值；然后判斷接收到信號(hào)的近似信噪比snr屬于哪一個(gè)區(qū)間，從而確定信道估計(jì)中 的有用信號(hào)徑的數(shù)目n和門(mén)限值0 ;
[0015]步驟7:根據(jù)有用信號(hào)徑的數(shù)目n和門(mén)限值e，對(duì)hjn)進(jìn)行時(shí)域降噪處理，具體 方法為：
[0016] 令n分別取0，1，…，n-1，計(jì)算hu(n)的平方值；把其中平方值小于或等于門(mén)限 值0的1? (n)的值置為0 ;同時(shí)把n彡n時(shí)的1? (n)值置為0 ;
[0017]將經(jīng)過(guò)時(shí)域降噪后的，作為估計(jì)的信道時(shí)域沖激響應(yīng)，記為/?(/?);
[0018]步驟8 :對(duì)/丨⑷進(jìn)行FFT變換，得到的信道頻域響應(yīng)龜\)即為信道估計(jì)，其中，kp 為頻域序列，kp= 0, 1，…M-l，M為數(shù)據(jù)塊的長(zhǎng)度。
[0019] 較佳的，計(jì)算噪聲功率〇 2的方法為：
[0021] 本發(fā)明具有如下有益效果：
[0022] 1、本發(fā)明通過(guò)設(shè)置一個(gè)近似信噪比的值進(jìn)行分段，在不同的信噪比區(qū)間選取不同 數(shù)目的有用信號(hào)徑和不同的門(mén)限值，然后再進(jìn)行信道估計(jì)的時(shí)域降噪處理。本發(fā)明不但適 用于高信噪比環(huán)境下較為準(zhǔn)確地提取有用信號(hào)徑；而且在低能量多徑信道環(huán)境下，當(dāng)大部 分有用信號(hào)徑可能淹沒(méi)在噪聲里，無(wú)法分辨出來(lái)時(shí)，采用本發(fā)明的方法將低能量多徑信道 環(huán)境分為高信噪比區(qū)間、中信噪比區(qū)間和低信噪比區(qū)間，也能夠較為準(zhǔn)確地提取有用信號(hào) 徑，提高信道估計(jì)的性能；本發(fā)明在發(fā)射端對(duì)發(fā)射信號(hào)采用導(dǎo)頻和數(shù)據(jù)都采用循環(huán)前綴的 方法進(jìn)行處理，可以更加有效地對(duì)抗多徑帶來(lái)的碼間干擾，并且使接收到的數(shù)據(jù)塊具有周 期性，將線(xiàn)性卷積變?yōu)檠h(huán)卷積。
[0023] 2、由于時(shí)域信道沖激響應(yīng)L(n)中超過(guò)循環(huán)前綴的長(zhǎng)度的部分為噪聲信息，因此
噪聲功率。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為單載波頻域均衡系統(tǒng)發(fā)送和接收的原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0026] 本發(fā)明提供了一種低能量彌散多徑信道下單載波頻域均衡的信道估計(jì)方法，如附 圖1所示為單載波頻域均衡系統(tǒng)發(fā)送和接收的原理圖：
[0027] 在發(fā)射端，要發(fā)射的信號(hào)編碼后形成長(zhǎng)度為M的數(shù)據(jù)塊，將每個(gè)數(shù)據(jù)塊的最后Mcp 個(gè)符號(hào)復(fù)制到數(shù)據(jù)塊前作為數(shù)據(jù)的循環(huán)前綴（CP=CyclicPrefix);同時(shí)，在數(shù)據(jù)塊前端加 入長(zhǎng)度為N的導(dǎo)頻，將導(dǎo)頻的最后Nep個(gè)符號(hào)復(fù)制到導(dǎo)頻前作為導(dǎo)頻的循環(huán)前綴；在接收端 也保留有相同的導(dǎo)頻信號(hào)。本發(fā)明的導(dǎo)頻采用zadoff-chu序列，zadoff-chu序列在時(shí)域 呈現(xiàn)隨機(jī)性，在頻域具有平坦的幅度響應(yīng)；由于zadoff-chu序列在時(shí)域和頻域都是恒包絡(luò) 的，抗噪聲干擾能力強(qiáng)，并且zadoff-chu序列具有良好的自相關(guān)性，具有更優(yōu)的頻域信道 估計(jì)性能。
[0028] 如附圖1所示，發(fā)送端將數(shù)據(jù)塊和導(dǎo)頻根據(jù)幀結(jié)構(gòu)組成信號(hào)幀，信號(hào)幀經(jīng)過(guò)成型 濾波后通過(guò)信道發(fā)射給接收端。在接收端，接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)匹配濾波、同步處理后，通過(guò) FFT變換到頻域，在頻域進(jìn)行信道估計(jì)和均衡后，再通過(guò)IFFT回到時(shí)域進(jìn)行解映射和譯碼， 還原得到發(fā)送的信號(hào)。
[0029] 其中，信道估計(jì)的方法如下：
[0030] 步驟1:接收端從收到的信號(hào)中提取導(dǎo)頻信號(hào)，去除導(dǎo)頻的循環(huán)前綴后，將導(dǎo)頻信 號(hào)進(jìn)行FFT變換，然后根據(jù)最小二乘法求得信道的頻