專利名稱：基于二值全通序列保護間隔填充的頻域信道估計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)字信息傳輸技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)多載波系統(tǒng)(Multi Carrier, MC)或單載波(Single Carrier, SC)系統(tǒng) 中基于訓(xùn)練序歹U(Training Sequence, TS)的保護間隔填充方法。
背景技術(shù)：
當前無線通信技術(shù)主要解決的問題是如何在有限的帶寬內(nèi)可靠地提高傳輸速率。單載波 和多載波調(diào)制系統(tǒng)在多徑傳輸信道下，會產(chǎn)生頻率選擇性衰落，即符號間干擾(Inter Symbol Interference, ISI)，對以數(shù)據(jù)塊為單位傳輸?shù)南到y(tǒng)會造成塊間干擾(Inter Block Interference, IBI)， 如圖l.a所示。
對抗多徑干擾的一種方法是在傳輸數(shù)據(jù)塊之間加入保護間隔(Guard Interval, GI)，如圖l.b 所示。通常保護間隔的長度不小于信道的最大多徑延時，則保護間隔之間的數(shù)據(jù)塊沒有塊間 干擾，如圖l.c所示?？蓞⒁?Z. Wang and G. B. Giannakis, "Wireless muWcarrier communications - where fourier meets shannon," IEEE Signal Processing Mag.， vol.17, pp.29-48， May2000)。對于沒有塊間干擾的系統(tǒng)，通過保護間隔的已知信息，可以消除保護間隔對數(shù)據(jù) 塊的干擾；通過信道估計和信道均衡的方法可以消除在數(shù)據(jù)塊之內(nèi)存在的符號間干擾?？蓞?見(Witschnig H.， Mayer, T., Petit M.， Hutzelmann H., Springer A., Weigel R., The advantages of a unique word for synchronisation and channel estimation in a SC/FDE system, Personal Mobile Communications Conference, 2003. 5th European (Conf. Publ. No. 492)22-25 April 2003 Page(s):436 -440)。
保護間隔的填充方法有多種循環(huán)前綴(Cyclic Prefix, CP)，零填充(Zero Padding, ZP)，和 偽隨機或偽噪聲序列(Pseudo Noise, PN)。參見(Muquet B, Wang Z， Giannakis G. B, Courville M. de， and Duhamel P， Cyclic Prefixing or Zero Padding for Wireless Multicarrier Transmissions, IEEE Trans, on Communications, 2002, 50(12): 2136-2148)和國家標準(GB 20600-2006，數(shù)字 電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制,2006-08-18)。其中PN序列填充方法是訓(xùn)練 序歹U(TrainingS叫uence,TS)填充方法的一種特例，如圖l.d所示。訓(xùn)練序列填充方法在對抗多 徑的同時還可以輔助進行定時恢復(fù)、載波恢復(fù)、幀同步(數(shù)據(jù)塊同步)、信道估計、和噪聲估 計等，保障無線系統(tǒng)的可靠傳輸，因此在多載波和單載波系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。
保護間隔填充的訓(xùn)練序列在有噪聲和數(shù)據(jù)干擾的情況下會產(chǎn)生畸變，嚴重影響基于訓(xùn)練 序列的信道估計精度。本發(fā)明提出一種新的基于訓(xùn)練序列的保護間隔填充方法，能有效地提
壓而產(chǎn)生的參考電壓電平Vth。該參考電壓電平Vth與輸入信號的信號 數(shù)字化的閾值電平相同。當該同相輸入上的信號電平高于參考電壓電
平Vth時，差分放大器21的輸出被上拉至"H"電平。另一方面，當該 同相輸入上的信號電平低于參考電壓電平Vth時，差分放大器21的輸出 被下拉至"L"電平。
當M0S開關(guān)41的導(dǎo)通電阻足夠地小于電阻器31和33的電阻值R1 和R3 (這通常是實際情況)時，參考電壓電平Vth如下，參考電壓電平 Vth是信號數(shù)字化的閾值電平
Vth=VddxRl/ (Rl+R3) ... (2)
因此，可以依照要求，通過電阻Rl和R3來調(diào)整參考電壓電平Vth。
應(yīng)當注意正相放大器的增益Ga取決于電阻R2，而不取決于電阻 R3，以及參考電壓電平Vth取決于電阻R3，而不取決于電阻R2。這暗 示了可以獨立于參考電壓電平Vth而調(diào)整正相放大器的增益Ga。
(第二實施例)
圖2是說明根據(jù)本發(fā)明第二實施例的輸入接口電路的結(jié)構(gòu)的電路 圖。根據(jù)第二實施例的輸入接口電路設(shè)有差分放大器21、反相器電路 22、電阻器32和33、 MOS開關(guān)41和42以及合成的電阻器電路23。應(yīng)當 注意。圖2的結(jié)構(gòu)幾乎與圖1的相同，除了用合成的電阻器電路23代替 圖1中的電阻器31之外。合成的電阻器電路23包括電阻器31、 34、 35和 MOS開關(guān)44至46。在該實施例中，NMOS晶體管被用作MOS開關(guān)44至 46。
信號輸入端ll與差分放大器21的同相輸入(由標記"+"表示)連接。 MOS開關(guān)42、電阻器33以及合成的電阻器電路23被串連連接在電源線 VDD和地線GND之間。MOS開關(guān)42的控制端(或柵極)與模擬/數(shù)字選 擇端12連接。電阻器33和合成電阻器電路23的連接節(jié)點與差分放大器
X(k)=DFT(x(n》
其中根據(jù)BAP序列性質(zhì)，X(k)是(+1，-1)的二值序列 >步驟(3，)按下式計算多徑信道沖擊響應(yīng)h(n)的離散傅立葉變換H(k)的估計值 H—est(k)=Y(k)/X(k)=十Y(k)或-Y(k)
顯然，由于X(k)是(+l，-l)的二值序列，信道估計的除法運算十分簡單。 >步驟(4'):計算歩驟(3，)得到的H—est(k)的反離散傅立葉變換，以便得到多徑信道沖擊響應(yīng) h(n)的估計值。 h—est(n)=IDFT(H_est(k))
在發(fā)射端，PN訓(xùn)練序列和該PN訓(xùn)練序列經(jīng)過反離散傅立葉變換得到的BAP序列經(jīng)過一 個選通開關(guān)(2)后進入組幀步驟。在發(fā)射端，多載波信號和單載波信號經(jīng)過一個選通開關(guān)(l) 后進入組幀步驟。如圖3所示。
給定長度192的PN序列的二進制表示如下，其中比特1代表+1,比特0代表-l。令BAP 序列是此PN序列的反離散傅立葉變換。
仿真和分析得到PN序列和BAP序列的時域、頻域、自相關(guān)、頻域信道估計特性如圖2 所示。與PN序列相比，BAP序列具有頻域幅度恒定，自相關(guān)特性好，頻域信道估計復(fù)雜度 低，頻域信道估計精度高等特點。與PN訓(xùn)練序列類似，BAP序列也可以輔助進行定時恢復(fù)、 載波恢復(fù)、幀同步(數(shù)據(jù)塊同步)、和噪聲估計等。BAP序列的缺點是峰均比值較高，時域相 關(guān)復(fù)雜。


圖1說明用于塊傳輸?shù)谋Ｗo間隔填充方法，包括PN和BAP序列填充方法 圖l.a說明塊間干擾(Inter Block Interference, IBI);
圖1 .b說明保護間隔(Guard Interval, GI);
圖l.c說明保護間隔可消除塊間干擾；
圖l.d說明基于PN訓(xùn)練序列的保護間隔填充方法；
圖l.e說明基于BAP訓(xùn)練序列的保護間隔填充方法。 圖2對比PN序列和本發(fā)明提出的BAP序列(序列長度N=192):
圖2.a對比時域(離散域)特性； 圖2.a.l是PN序列時域幅度特性； 圖2.a.2是BAP序列時域幅度憐性(峰均比=3.475( );
圖2.b對比頻域(離散傅立葉變換域)特性；
圖2.b.l是PN序列頻域幅度特性；
圖2.b.2是PN序列頻域幅度特性； 圖2.C對比自相關(guān)特性； 圖2.C.1是PN序列自相關(guān)結(jié)果；
圖2.c2是BAP序列自相關(guān)結(jié)果；
圖2.d對比頻域信道估計結(jié)果(h(n)-S(n-32)+5(n-96)，SNR-12dB,無數(shù)據(jù)干擾)
圖2.d.l是基于PN的頻域信道估計結(jié)果；
圖2.d.2是基于BAP序列的頻域信道估計結(jié)果。 圖3說明兼容PN序列和BAP序列的單載波多載波調(diào)制系統(tǒng)。
圖4說明基于二值全通序列保護間隔填充的頻域信道估計方法的流程框圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的目的是提出一種新的基于訓(xùn)練序列的保護間隔填充方法，可用于單載波和多載 波系統(tǒng)，在數(shù)字集成電路或計算機中具體實施方式
如下
BAP序列定義 本發(fā)明提出一種新的訓(xùn)練序列，二值全通序列(BinaryAll Pass, BAP)。 定義BAP序列的離散傅立葉變換(Discrete Fourier Transform, DFT)只有兩個取值，+1或-l 。 例如，PN序列的反離散傅立葉變換(Inverse Discrete Fourier Transform, DFT)就是BAP序列。
BAP序列搜索 峰均比是多載波和單載波無線系統(tǒng)的一個重要特性?？紤]到不同BAP 序列的峰均比差別很大，本發(fā)明提出一種方法簡化搜索峰均比最小的BAP序列。設(shè)BAP序 列{x(n)}=[x(0) x(l)… x(N-l)], N是訓(xùn)練序列長度。{X(k)}=[X(0) X(l)… X(N-l)]=DFT({x(n)})。根據(jù)BAP序列定義，
X(k)=+1或-1， k=0，l,—,N-l。 以N=192為例，共有2192個序列滿足BAP序列定義?？梢岳肕onte Carlo方法從2192的序 列空間隨機選擇序列，搜索峰均比最小的序列。實驗中，搜索次數(shù)高達5000000次，搜索的 BAP序 列 的 二 進 制 表 示 如 下 卿}=
010101010011110000100001000011101001，其中比特1代表+1，比特0代表-1，其峰均比為 3.879犯。
本發(fā)明提出一種方法簡化峰均比最小的BAP序列的搜索，其搜索流程如圖4所示。搜索 步驟如下
>步驟l:根據(jù)給定序列長度N, 2p—、N<2p，設(shè)定待搜索PN序列長度Np' Np=2p-1。根據(jù) 序列長度準備PN序列生成多項式和初始相位。并初始化最小峰均比為最大值，即正無窮131和接地環(huán)133構(gòu)造成在濾波器結(jié)構(gòu)115運行時，降低第一濾波器
器件116或一個通道與第二濾波器器件117或另一通道之間的交叉耦
合(cross-coupling )。
[00191 圖6根據(jù)本發(fā)明的實施例，示出了圖5中沿參考線6-6
截取的接地平面131和接地環(huán)133的一部分的局部截面圖。在該實施
例中，接地平面131和/或接地環(huán)133包括導(dǎo)電觸點230，如垂直箭頭
50大體示出的那樣，其在半導(dǎo)體基片37的主表面(major surface)
84上垂直延伸，其大體垂直于主表面84。絕緣或鈍化層67形成為覆
蓋在主表面84之上，并包括二氧化硅、沉積的氧化物、氮化物、旋涂
玻璃(spin-on glass )、其組合等。鈍化或電容層68形成為覆蓋在層
67之上，并包括諸如氧化物。根據(jù)包括在濾波器器件116和117中的
元件的期望電容/電壓特性，來選擇層68的厚度，在以下將對其進行 進一步解釋。
[0020
第二鈍化層71形成為覆蓋在主表面84之上，并包括 例如大約0.5微米的沉積氧化物或沉積氮化物，諸如使用四乙基原珪 酸鹽(TEOS)形成的沉積氧化物。接著，利用傳統(tǒng)的光刻及蝕刻技 術(shù)，在位于基片37上的部分層71、 68和67中形成開口 51。然后， 導(dǎo)電層形成為覆蓋在主表面84之上和開口 51之內(nèi)，并且隨后被圖案 化以形成垂直接地平面131或接地環(huán)131的導(dǎo)電觸點230。作為示例， 導(dǎo)電觸點230包括大約1.5微米至大約2.5微米的鋁或鋁合金(例如， AlSi)。在一個實施例中，導(dǎo)電觸點230電連接至或結(jié)合至半導(dǎo)體基 片37，其通常結(jié)合至接地端或公共返回端109。在替換實施例中，如 部分670所示，開口 51僅延伸至鈍化層67，從而導(dǎo)電觸點230與基 片37絕緣。
0021
圖7示出了接地平面131和/或接地環(huán)133的可選實施 例的局部截面圖。在該實施例中，接地平面131和/或接地環(huán)133包括 多層結(jié)構(gòu)，該多層結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)電觸點230和330。如垂直箭頭50大體 所示，導(dǎo)電觸點230和330在半導(dǎo)體基片37的主表面84上垂直地延 伸，垂直箭頭50大體垂直于主表面84。
X(k)=DFT(x(n》
其中根據(jù)BAP序列性質(zhì)，X(k)是(+1，-1)的二值序列 >步驟(3，)按下式計算多徑信道沖擊響應(yīng)h(n)的離散傅立葉變換H(k)的估計值 H—est(k)=Y(k)/X(k)=十Y(k)或-Y(k)
顯然，由于X(k)是(+l，-l)的二值序列，信道估計的除法運算十分簡單。 >步驟(4'):計算歩驟(3，)得到的H—est(k)的反離散傅立葉變換，以便得到多徑信道沖擊響應(yīng) h(n)的估計值。 h—est(n)=IDFT(H_est(k))
在發(fā)射端，PN訓(xùn)練序列和該PN訓(xùn)練序列經(jīng)過反離散傅立葉變換得到的BAP序列經(jīng)過一 個選通開關(guān)(2)后進入組幀步驟。在發(fā)射端，多載波信號和單載波信號經(jīng)過一個選通開關(guān)(l) 后進入組幀步驟。如圖3所示。
給定長度192的PN序列的二進制表示如下，其中比特1代表+1,比特0代表-l。令BAP 序列是此PN序列的反離散傅立葉變換。
仿真和分析得到PN序列和BAP序列的時域、頻域、自相關(guān)、頻域信道估計特性如圖2 所示。與PN序列相比，BAP序列具有頻域幅度恒定，自相關(guān)特性好，頻域信道估計復(fù)雜度 低，頻域信道估計精度高等特點。與PN訓(xùn)練序列類似，BAP序列也可以輔助進行定時恢復(fù)、 載波恢復(fù)、幀同步(數(shù)據(jù)塊同步)、和噪聲估計等。BAP序列的缺點是峰均比值較高，時域相 關(guān)復(fù)雜。

圖1說明用于塊傳輸?shù)谋Ｗo間隔填充方法，包括PN和BAP序列填充方法 圖l.a說明塊間干擾(Inter Block Interference, IBI);
圖1 .b說明保護間隔(Guard Interval, GI);
圖l.c說明保護間隔可消除塊間干擾；
圖l.d說明基于PN訓(xùn)練序列的保護間隔填充方法；
圖l.e說明基于BAP訓(xùn)練序列的保護間隔填充方法。 圖2對比PN序列和本發(fā)明提出的BAP序列(序列長度N=192):
圖2.a對比時域(離散域)特性； 圖2.a.l是PN序列時域幅度特性； 圖2.a.2是BAP序列時域幅度憐性(峰均比=3.475( );
權(quán)利要求
1、基于二值全通序列保護間隔填充的頻域信道估計方法，其特征在于，該方法是在數(shù)字集成電路或計算機中依次按如下步驟實現(xiàn)的在發(fā)射端步驟(1)，根據(jù)給定的訓(xùn)練序列長度N，2p-1≤N＜2p，提出一個待搜索的PN序列長度Np，Np＝2p-1。相應(yīng)地有Ng個生成多項式和Np個初始相位，待搜索PN序列的個數(shù)為Ng*N。初始化最小峰均比PARmin為最大值，即正無窮大。定義序列的峰均比為序列的峰值功率和平均功率之比；步驟(2)，對步驟(1)中得到的每個PN序列生成多項式和每個初始相位，生成一個PN序列；步驟(3)，取PN序列的前N個樣本計算反離散傅立葉變換，得到長度為N的二值全通(Binary All Pass，BAP)序列。BAP序列的離散傅立葉變換取值為+1或-1；步驟(4)，按定義計算BAP序列的峰均比，若小于最小峰均比PARmin，則更新PARmin，并記錄此BAP序列和對應(yīng)的PN序列，包括PN生成多項式和初始相位；步驟(5)，待所有初始相位、所有生成多項式的PN序列搜索完成后結(jié)束搜索，得到峰均比最小的BAP序列；步驟(6)，對基于數(shù)據(jù)塊的單載波和多載波系統(tǒng)，用BAP序列填充保護間隔；步驟(7)，BAP序列和待傳輸數(shù)據(jù)塊依次經(jīng)組幀和后端處理后得到基帶輸出；在接收端步驟(1’)，得到BAP序列x(n)和多徑信道沖擊響應(yīng)h(n)的循環(huán)卷積y(n)y(n)＝x(n)h(n)+v(n)，其中，符號表示循環(huán)卷積運算，v(n)是循環(huán)卷積結(jié)果疊加的噪聲和數(shù)據(jù)干擾；步驟(2’)計算BAP序列x(n)和循環(huán)卷積結(jié)果y(n)的離散傅立葉變換Y(k)＝DFT(y(n))X(k)＝DFT(x(n))其中根據(jù)BAP序列性質(zhì)，X(k)是{+1，-1}的二值序列；步驟(3’)按下式計算多徑信道沖擊響應(yīng)h(n)的離散傅立葉變換H(k)的估計值H_est(k)＝Y(jié)(k)/X(k)＝+Y(k)或-y(k)顯然，由于X(k)是{+1，-1}的二值序列，信道估計的除法運算十分簡單；步驟(4，)計算步驟(3’)得到的H_est(k)的反離散傅立葉變換，以便得到多徑信道沖擊響應(yīng)h(n)的估計值h_est(n)＝IDFT(H_est(k))。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于二值全通序列保護間隔填充的頻域信道估計方法，其特征在 于，在發(fā)射端，PN訓(xùn)練序列和該PN訓(xùn)練序列經(jīng)過反離散傅立葉變換得到的BAP序列經(jīng) 過一個選通幵關(guān)(2)后進入組幀步驟。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于二值全通序列保護間隔填充的頻域信道估計方法，其特征在 于，在發(fā)射端，多載波信號和單載波信號經(jīng)過一個選通開關(guān)(l)后進入組幀步驟。
全文摘要
本發(fā)明屬于數(shù)字信息傳輸技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于，它提出了一種新的基于訓(xùn)練序列的保護間隔填充方法，此方法適用于存在多徑干擾的單載波或多載波無線通信系統(tǒng)。新的訓(xùn)練序列定義為二值全通序列(Binary All Pass，BAP)。峰均比接近最小的BAP序列的特征在于，其反離散傅立葉變換是PN序列。BAP序列具有頻域幅度恒定，自相關(guān)特性好，峰均比低等特點。基于BAP序列，本發(fā)明提出一種新的頻域信道估計方法，此方法運算復(fù)雜度低，估計精度高。本發(fā)明進一步提出兼容BAP序列和PN序列的單載波和單載波調(diào)制系統(tǒng)。
文檔編號H04L27/26GK101102114SQ20071006540
公開日2008年1月9日 申請日期2007年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月13日
發(fā)明者健 宋, 彧 張, 彭克武, 楊知行, 潘長勇, 軍 王, 王勁濤, 輝 陽 申請人:清華大學(xué)