專利名稱：Ofdm系統(tǒng)中能對抗定時偏差的信道估計方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信系統(tǒng)中信道估計的算法，具體涉及正交頻分系統(tǒng)中信道估計的算法和實現(xiàn)。
背景技術(shù)：
個人通信系統(tǒng)的發(fā)展領(lǐng)域為個人提供了能夠支持各種業(yè)務(wù)的個人終端，因此對數(shù)據(jù)率，帶寬提出了更高的要求，但如果利用單載波系統(tǒng)傳輸高比特速率將引起符號間干擾(ISI)和深度頻率選擇性衰落帶來的問題。
而解決上述問題的一個方法就是采用正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)。OFDM的基本思想是將一個高速單路數(shù)據(jù)流分為多個低速數(shù)據(jù)流調(diào)制在相互正交的子載波上時并行傳送，這樣信號在帶寬小于信道相干帶寬的多個正交子載波上發(fā)射和傳輸，以克服多徑衰落信道所帶來的信號頻率選擇性衰落問題。而對于ISI的問題可以通過使用循環(huán)前綴(CP)來解決。目前OFDM系統(tǒng)已經(jīng)被多種標(biāo)準(zhǔn)采納，比如，歐洲的數(shù)字?jǐn)?shù)字視頻廣播(DVB)系統(tǒng)，歐洲的HiperLAN/2，以及IEEE802.11a/g，IEEE802.16等。
在OFDM系統(tǒng)中，信道估計器的設(shè)計主要有兩個問題一是導(dǎo)頻信息的選擇，如果無線信道具有時變特性，需要接收機(jī)不斷對信道進(jìn)行跟蹤，因此導(dǎo)頻信息也必須不斷的發(fā)送；二是即有較低的復(fù)雜度又有良好的導(dǎo)頻跟蹤能力的信道估計準(zhǔn)則的選擇，根據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用要求和導(dǎo)頻的額外開銷做一個折中，選取最優(yōu)導(dǎo)頻發(fā)送結(jié)構(gòu)，并在計算復(fù)雜度和信道估計性能的一種折中，選取一種估計準(zhǔn)則，獲得最佳的信道估計器結(jié)構(gòu)。但根據(jù)導(dǎo)頻估計出來的一般只是導(dǎo)頻信道的估計，數(shù)據(jù)載波的信道響應(yīng)值是通過對導(dǎo)頻載波的信道響應(yīng)值進(jìn)行插值來實現(xiàn)的，因此信道估計的性能一定程度上也受到插值算法的影響?，F(xiàn)有的計算導(dǎo)頻信道估計值已被廣泛研究，比如有較低復(fù)雜度的的最小二乘(LS，Least Square)算法，以及性能較好但計算復(fù)雜度高的最小均方誤差(MMSE，Minimum Mean Square Error)算法等。但研究計算數(shù)據(jù)載波的信道響應(yīng)值的插值算法比較少，一般采用的是線性內(nèi)插的方法。但由于無線信道的多徑衰落的影響，OFDM系統(tǒng)的定時同步將可能不夠準(zhǔn)確，信道參數(shù)將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，一般的線性內(nèi)插方法估計出的信道參數(shù)將產(chǎn)生明顯的幅值誤差。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明提供一種OFDM系統(tǒng)中能對抗定時偏差的信道估計方法和裝置，提出了一種改進(jìn)的內(nèi)插方法兩次內(nèi)插的方法，第一次內(nèi)插采用現(xiàn)有的通用的內(nèi)插算法，第二次內(nèi)插對第一次獲得的內(nèi)插結(jié)果再采用一維線性內(nèi)插，并用本發(fā)明的算法對進(jìn)行修正，獲得非導(dǎo)頻信道的響應(yīng)值。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種OFDM系統(tǒng)中能對抗定時偏差的信道估計方法，包括以下步驟1)首先獲得導(dǎo)頻信道的估計值接收到的OFDM信號，在經(jīng)過同步，去循環(huán)前綴(CP)，以及付立葉(FFT)變換后的頻域可以表示為Y(n，k)＝H(k)X(n，k)+N(n，k) (0≤k≤Nsubc-1) (1)其中，Y(n，k)表示接收到的數(shù)據(jù)，X(n，k)是發(fā)送數(shù)據(jù)，N(n，k)是高斯白噪聲，Nsubc是子載波的數(shù)目，n表示OFDM符號的序號，k表示子載波的序號。
假定導(dǎo)頻方案設(shè)計為，每隔M個載波插入一個導(dǎo)頻點。
目前信道的估計算法有很多，如LS算法、MMSE算法、以及線性最小均方誤差(LMMSE)算法等，雖然MMSE，和LMMSE算法估計性能較好，但其實現(xiàn)復(fù)雜度高。本發(fā)明優(yōu)選LS算法。
LS的信道估計方法可表達(dá)成HP(k)=Y(n,k)X(n,k)=YP(k)XP(k),-N2+1≤k≤N2-1,kmodM=0,k≠0...(2)]]>其中，XP(k)表示發(fā)送的導(dǎo)頻，YP(k)表示接收到的導(dǎo)頻。因此根據(jù)導(dǎo)頻，可以估計出導(dǎo)頻信道的信道響應(yīng)值HP(k)。
2)進(jìn)行內(nèi)插，獲得非導(dǎo)頻信道的信道響應(yīng)值目前現(xiàn)有的內(nèi)插方法按是否線性可以分為線性內(nèi)插，非線性內(nèi)插；按維數(shù)可分為一維內(nèi)插，二維內(nèi)插。本發(fā)明的步驟2)可以應(yīng)用上述任一內(nèi)插方法。本發(fā)明優(yōu)選一維線性內(nèi)插方法，一維線性內(nèi)插公式可表達(dá)成H(l+n)=(1-nM)HP(l)+nMHP(l+M),1≤n≤M-1...(3)]]>這里的l表示導(dǎo)頻子載波的序號，(M-1)為兩連續(xù)導(dǎo)頻的距離，這樣就獲得了非導(dǎo)頻信道的響應(yīng)值。仿真結(jié)果表明，當(dāng)定時同步非常準(zhǔn)確時，此種方法可以獲得較為理想的性能。但在多徑衰落下，定時同步位置可能提前到CP(Cyclic Prefix)內(nèi)，此時信道參數(shù)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，但相位能準(zhǔn)確的估計出。下面簡要說明這種現(xiàn)象不失一般性，為簡單起見，我們采用每隔一個子載波插入一個導(dǎo)頻的導(dǎo)頻方案，即M＝2，則設(shè)相鄰兩個子載波的信道參數(shù)為c1ejφ1，c2ejφ2。利用這兩個參數(shù)按上述方法插值有C＝abs(C)ej＝(c1ejφ1+c2ejφ2)/2 (4)設(shè)c1＝c2＝5000，φ2＝3φ1，使φ1從0變化到π，通過MATLAB研究abs(C)和angle(C)的變化規(guī)律，如圖1可見φ是線性變化的，可以獲得準(zhǔn)確的插值。而abs(C)的變化卻是一個曲線，當(dāng)φ1大于0.5小于2.5時，abs(C)出現(xiàn)嚴(yán)重的衰落。因此有必要對插值進(jìn)行修正，方法是采用第二次內(nèi)插，見技術(shù)方案步驟3)。
3)第二次內(nèi)插進(jìn)行修正的步驟如下為避免定時誤差而引起的相位旋轉(zhuǎn)影響到內(nèi)插結(jié)果，首先對導(dǎo)頻信道估計出信道響應(yīng)值HP(k)(kmod M＝0，k≠0)取絕對值，然后再運(yùn)用一次一維線性內(nèi)插公式|H^(l+n)|=(1-nM)abs(HP(l))+nMabs(HP(l+M)),1≤n≤M-1...(5)]]>然后對技術(shù)方案步驟2)的估計出來的非導(dǎo)頻信道的響應(yīng)值H(l+n)，用上式獲得的 采用以下公式進(jìn)行修正Hmodify(l+n)=H(l+n)×|H^(l+n)|/abs(H(l+n))...(6)]]>這樣Hmod ify(l+n)的模仍為 達(dá)到對第一次內(nèi)插得到非導(dǎo)頻信道響應(yīng)值的幅值進(jìn)行修正的目的。
一種OFDM系統(tǒng)中能對抗定時偏差的信道估計裝置，其特征在于包括同步模塊，對接收到的信號進(jìn)行時間和頻率同步，即對定時偏差和頻率偏差進(jìn)行估計并進(jìn)行矯正補(bǔ)償；去CP和進(jìn)行FFT模塊，用于對同步后的信號進(jìn)行去CP處理，然后輸入到FFT進(jìn)行解調(diào)；導(dǎo)頻本地產(chǎn)生模塊，用于本地產(chǎn)生導(dǎo)頻，并接收到的導(dǎo)頻一起進(jìn)行LS算法估計，獲得導(dǎo)頻信道的信道響應(yīng)值；LS模塊，用于完成LS算法中的除法運(yùn)算；第一一維線性內(nèi)插模塊，用于獲得的導(dǎo)頻信道響應(yīng)值，并進(jìn)行一維線性內(nèi)插；
第一絕對值模塊，對第一一維線性內(nèi)插模塊獲得的導(dǎo)頻信道響應(yīng)值取絕對值；第二一維內(nèi)插模塊，對第一絕對值模塊獲得的導(dǎo)頻信道響應(yīng)值的絕對值進(jìn)行一維線性內(nèi)插；乘法模塊，將第二一維內(nèi)插模塊獲得的結(jié)果除以第一一維線性內(nèi)插模塊的結(jié)果；第二絕對值，對第一一維線性內(nèi)插模塊獲得的結(jié)果取絕對值；除法模塊，將第二絕對值獲得的結(jié)果除以乘法模塊獲得的結(jié)果。
本發(fā)明可以應(yīng)用在OFDM系統(tǒng)的信道估計。特別針對現(xiàn)有算法中對非導(dǎo)頻信道插值估計存在的缺陷，即由于多徑衰落或其他的因素引起定時同步不精確的情況下，現(xiàn)有的插值估計將出現(xiàn)明顯的幅值偏差，而本發(fā)明就此提出了改進(jìn)，可對抗定時偏差產(chǎn)生的影響。
以下結(jié)合附圖及實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。


圖1為時偏差對非導(dǎo)頻載波信道估計的影響示例；圖2為本發(fā)明實施例OFDM系統(tǒng)中能對抗定時偏差的信道估計裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為IEEE802.16d OFDM前導(dǎo)中第二個訓(xùn)練序列(用于信道估計)的頻域結(jié)構(gòu)；圖4為解調(diào)后插值未修正前的星座圖；圖5為解調(diào)后且經(jīng)插值修正后的星座圖。
具體實施例方式
如圖2所示，一種OFDM系統(tǒng)中能對抗定時偏差的信道估計裝置，包括同步模塊210，對接收到的信號進(jìn)行時間和頻率同步，即對定時偏差和頻率偏差進(jìn)行估計并進(jìn)行矯正補(bǔ)償。
去CP和進(jìn)行FFT模塊211，用于對同步后的信號進(jìn)行去CP(Cyclic Prefix)處理，然后輸入到FFT進(jìn)行解調(diào)；導(dǎo)頻本地產(chǎn)生模塊212，用于本地產(chǎn)生導(dǎo)頻，并接收到的導(dǎo)頻一起進(jìn)行LS算法估計，獲得導(dǎo)頻信道的信道響應(yīng)值；LS模塊213，用于完成LS算法中的除法運(yùn)算，見技術(shù)方案中式(2)；第一一維線性內(nèi)插模塊214，用于獲得的導(dǎo)頻信道響應(yīng)值，并進(jìn)行一維線性內(nèi)插，見技術(shù)方案中式(3)；第一絕對值模塊215，對第一一維線性內(nèi)插模塊214獲得的導(dǎo)頻信道響應(yīng)值取絕對值；
第二一維內(nèi)插模塊216，對第一絕對值模塊215獲得的導(dǎo)頻信道響應(yīng)值的絕對值進(jìn)行一維線性內(nèi)插，見技術(shù)方案中式(5)；乘法模塊217，將第二一維內(nèi)插模塊216獲得的結(jié)果除以第一一維線性內(nèi)插模塊214的結(jié)果；第二絕對值218，對第一一維線性內(nèi)插模塊214獲得的結(jié)果取絕對值；除法模塊219，將第二絕對值218獲得的結(jié)果除以乘法模塊217獲得的結(jié)果，見技術(shù)方式中的式(6)。
一種OFDM系統(tǒng)中能對抗定時偏差的信道估計方法，該實施例用于對IEEE802.16d OFDM物理層的信道估計。
IEEE 802.16d OFDM前導(dǎo)中第二個訓(xùn)練符號的導(dǎo)頻載波在頻域的位置分布如圖3所示，每隔一個子載波插入一個導(dǎo)頻，即M＝2，用于做信道估計。
結(jié)合圖2，以IEEE802.16的一幀解調(diào)為例，該信道估計方法包括以下步驟一、LS算法獲取導(dǎo)頻信道的估計值接收到的信號獲得同步模塊210后，去CP和進(jìn)行FFT模塊211運(yùn)算后，根據(jù)導(dǎo)頻本地產(chǎn)生模塊212產(chǎn)生的導(dǎo)頻，利用LS模塊213的信道估計方法，估計出前導(dǎo)訓(xùn)練符號偶數(shù)子載波處的信道估計值C(k)=H^(k)=Y(n,k)X(n,k)=YP(k)XP(k),-100≤k≤100,kmod2=0,k≠0...(7)]]>其中XP(k)，YP(k)，分別為本地產(chǎn)生的和接收到的前導(dǎo)訓(xùn)練符，由于前導(dǎo)訓(xùn)練序列的導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)特點，即只在偶數(shù)載波有導(dǎo)頻，奇數(shù)載波為虛載波，因此獲得偶數(shù)子載波的信道響應(yīng)值。為獲得奇數(shù)子載波的信道估計，需要進(jìn)行內(nèi)插。
2)采用第一一維線性內(nèi)插模塊214獲得非導(dǎo)頻信道的估計值根據(jù)技術(shù)方案中所述的線性內(nèi)插公式(4)，對于k＝-99，-97，...，-3，3，5，...，99，C(k)=12(C(k-1)+C(k+1))...(8)]]>子載波+1，-1處的信道參數(shù)比較特殊，因為此處間隔了兩個點，可以采用以下方法計算C(1)=34C(2)+14C(-2)...(9)]]>C(-1)=14C(2)+34C(-2)...(10)]]>仿真結(jié)果表明，當(dāng)定時同步非常準(zhǔn)確時，此種方法可以獲得較為理想的性能。但在多陘衰落下，定時同步位置有可能提前到CP內(nèi)，此時信道參數(shù)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。當(dāng)定時同步位置提前大于4個點時，單采用此種方法估計出的信道參數(shù)將產(chǎn)生明顯的幅值誤差，但相位能準(zhǔn)確的估計出。
二、第二次內(nèi)插進(jìn)行修正根據(jù)技術(shù)方案中的修正公式(5)、(6)，首先對LS算法估計出的導(dǎo)頻子載波的信道參數(shù)取絕對值，即經(jīng)過第一絕對值模塊215的運(yùn)算，然后再第二一維內(nèi)插模塊216的一維內(nèi)插，并和第一一維線性內(nèi)插模塊214內(nèi)插計算出的非導(dǎo)頻子載波相乘，即經(jīng)過乘法模塊217，最后將這個結(jié)果除以第一次內(nèi)插計算出的非導(dǎo)頻子載波的絕對值，即經(jīng)過除法模塊219，完成修正。對于IEEE802.16的導(dǎo)頻，整個修正公式表示為下式C(k)=C(k)×(12abs(C(k-1))+12abs((C(k+1)))/abs(C(k)),(k=-99,-97,...,-3,3,5,...,99)...(11)]]>C(1)=C(1)×(34C(2)+14C(-2))/abs(C(1))]]>C(-1)=C(-1)×(14C(2)+34C(-2))/abs(C(-1))]]>圖4、圖5為接收到的一幀IEEE802.16的信號解調(diào)后的星座圖，圖4為當(dāng)定時同步提前10個點時，非導(dǎo)頻信道的插值未被修正的星座圖，圖5為是經(jīng)過本發(fā)明經(jīng)過修正后的星座圖，從圖中可以比較直觀的看出本發(fā)明的效能未被修正前，星座圖比較模糊，出現(xiàn)一些星座位置比較模糊的點；修正后星座圖明顯更加清晰，沒有出現(xiàn)星座位置比較模糊的點。
權(quán)利要求
1.一種OFDM系統(tǒng)中能對抗定時偏差的信道估計方法，其特征在于包括以下步驟1)獲得導(dǎo)頻信道的估計值；2)進(jìn)行第一次內(nèi)插，獲得非導(dǎo)頻信道的信道響應(yīng)值；3)進(jìn)行第二次內(nèi)插，修正步驟2)的信道響應(yīng)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的OFDM系統(tǒng)中能對抗定時偏差的信道估計方法，其特征在于所述步驟3)具體包括以下步驟，(1)對導(dǎo)頻信道估計出信道響應(yīng)值HP(k)(kmod M＝0，k≠0)取絕對值；(2)以下式進(jìn)行一維線性內(nèi)插計算，獲得 |H^(l+n)|=(1-nM)abs(HP(l))+nMabs(HP(l+M))]]>1≤n≤M-1(3)對所述步驟2)中的非導(dǎo)頻信道的響應(yīng)值H(l+n)，采用以下公式進(jìn)行修正Hmodify(l+n)=H(l+n)×|H^(l+n)|/abs(H(l+n));]]>這樣獲得對非導(dǎo)頻信道插值的修正。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的OFDM系統(tǒng)中能對抗定時偏差的信道估計方法，其特征在于所述步驟2)中的內(nèi)插采用一維線性內(nèi)插。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的OFDM系統(tǒng)中能對抗定時偏差的信道估計方法，其特征在于所述一維線性內(nèi)插采用以下公式計算H(l+n)=(1-nM)HP(l)+nMHP(l+M),]]>1≤n≤M-1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的OFDM系統(tǒng)中能對抗定時偏差的信道估計方法，其特征在于所述步驟1)中采用LS算法進(jìn)行信道估計，獲得導(dǎo)頻信道的估計值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的OFDM系統(tǒng)中能對抗定時偏差的信道估計方法，其特征在于所述LS的信道估計方法為HP(k)=Y(n,k)X(n,k)=YP(k)XP(k),]]>-N2+1≤k≤N2-1,kmodM=0,k≠0,]]>其中，XP(k)表示發(fā)送的導(dǎo)頻，XP(k)表示接收到的導(dǎo)頻，HP(k)為信道響應(yīng)值。
全文摘要
本發(fā)明提供一種OFDM系統(tǒng)中能對抗定時偏差的信道估計方法和裝置，所述方法包括以下步驟1)獲得導(dǎo)頻信道的估計值；2)進(jìn)行第一次內(nèi)插，獲得非導(dǎo)頻信道的信道響應(yīng)值；3)進(jìn)行第二次內(nèi)插，修正步驟2)的信道響應(yīng)值。本發(fā)明可以應(yīng)用在OFDM系統(tǒng)的信道估計。特別針對現(xiàn)有算法中對非導(dǎo)頻信道插值估計存在的缺陷，即由于多徑衰落或其他的因素引起定時同步不精確的情況下，現(xiàn)有的插值估計將出現(xiàn)明顯的幅值偏差，而本發(fā)明就此提出了改進(jìn)，可對抗定時偏差產(chǎn)生的影響。
文檔編號H04L27/26GK101039288SQ20061002476
公開日2007年9月19日 申請日期2006年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月16日
發(fā)明者陳霞, 翟志剛, 宋一鳴, 王克星, 卜智勇 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所, 上海無線通信研究中心