專利名稱：一種單載波頻域均衡系統(tǒng)中信道追蹤的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線通信領域，特別是涉及一種單載波頻域均衡系統(tǒng)中信道追蹤的方法。
背景技術：
按照國際無線電咨詢委員會CCIR(Consultative Committee of InternationalRadio)的劃分，短波是指波長在100m 10m(頻率為3MHz 30MHz)的電磁 波。利用短波進行的無線電通信稱為短波通信。 短波通信都是采用天波傳輸?shù)男问剑簿褪且揽侩婋x層的一次或多次反射進行通 信，因此存在著嚴重的多徑效應。短波的天波信道是變參信道，信號傳輸穩(wěn)定性差。短波無 線電通信主要是依賴電離層進行遠距離信號傳輸?shù)?，電離層作為信號反射媒質的弱點是參 量的可變性很大。它的特點是路徑損耗、延時擴展、噪聲和干擾，都隨晝夜、頻率、地點而不 斷變化。電離層的變化使信號產(chǎn)生衰落，衰落的幅度和頻次不斷變化。因此信道的時變特 性相當強。 新一代短波通信系統(tǒng)主要是高速短波數(shù)字通信系統(tǒng)，存在并行和串行兩種體制。 并行體制的主要思想就是將短波信道分割成若干并行的子信道，在每個子信道上傳送一個 副載波，采用頻分正交調制，用多個副載波并行傳輸?shù)姆椒ㄌ岣咚俾剩址Q為多音。串行體 制采用單一載波的發(fā)送方式，也稱為單音，串行體制下要達到比較高的速率，碼間串擾將十 分嚴重，同時考慮到信道較強的時變特性，應該采用適當?shù)淖赃m應均衡技術。串行體制中的 單載波頻域均衡(SC-FDE， Single Carrier-Frequency Domain Equalization)系統(tǒng)是寬帶 無線傳輸中一種很有效的對抗多徑干擾的方法，適合采用自適應頻域均衡技術對抗信道時 變特性。 均衡技術的核心問題就是補償信道失真，而頻域均衡著眼于補償信道頻域響應失 真，因此其核心問題就是估計當前信道頻域響應以獲取信道補償系數(shù)(均衡系數(shù))。自適應 頻域均衡技術是基于SC-FDE技術提出的，其核心思想就是通過跟蹤信道估計來自適應調 整均衡系數(shù)來補償信道失真。最常用的自適應均衡算法主要有最小均方算法(LMS)或遞歸 最小二乘算法(RLS)。 LMS算法思想來源于最小均方誤差準則，LMS算法收斂速度較慢，但是對短波信道 具有一定的跟蹤能力，收斂時的穩(wěn)態(tài)誤差較小；RLS算法是基于最小二乘準則，RLS算法的 特點是收斂速度快，但是穩(wěn)態(tài)誤差大，跟蹤性能很低，容易失調。跟蹤過程中，如果單采用 LMS算法，雖然收斂時的穩(wěn)態(tài)誤差較小，但存在收斂速度較慢的缺點；如果單采用LMS算法， 雖然收斂速度快，但存在穩(wěn)態(tài)誤差大、跟蹤性能很低、容易失調的缺點。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種單載波頻域均衡系統(tǒng)中信道追蹤的方法，用以解決現(xiàn)有技術中存 在單獨使用LMS算法或RLS算法都無法滿足使用要求的問題。
為達上述目的，本發(fā)明提供一種單載波頻域均衡系統(tǒng)中信道追蹤的方法，所述方 法包括以下步驟 根據(jù)數(shù)據(jù)幀中的前導塊序列，獲取初始頻域均衡系數(shù)W。 = W工=1/H ;
接收到第一包數(shù)據(jù)巧時，采用遞歸最小二乘算法進行信道追蹤；
當接收第n包數(shù)據(jù)rn時，根據(jù)W。、 W"判斷頻域均衡系數(shù)Wn與Wn—工的差值的方差 o (Wn_Wn—》是否小于預先設置的閾值om，如果是，則根據(jù)最小均方算法得到頻域均衡系數(shù) W^，進行信道追蹤；否則，根據(jù)遞歸最小二乘算法得到頻域均衡系數(shù)W^，進行信道追蹤；其 中，n為數(shù)據(jù)包的編號，n大于等于1。 進一步，所述前導塊序列為UW序列，u = [u(l)， ... ， u(M)]，其傅立葉變化值為: Ufft = [U(l)…誦]。 進一步，根據(jù)數(shù)據(jù)幀中的前導塊序列，得到頻域均衡系數(shù)W。 = W工=1/H，具體包 括接收端接收的前導塊對應的接收數(shù)據(jù)為r二 [r(l)...r(M)]，對向量r進行傅立葉
變換，得到Rfft: Rfft = [R(l) ， ， R(M)] = FFT(r);
根據(jù)Rfft、 Ufft，獲取信道估計頻域響應H : i/ = ," ",)] = ~ /"伊=嘗雖)/f/("), 根據(jù)H，獲取初始頻域均衡系數(shù)W。、 W工
『。=『1=l/i/ = ^ 其中，IT為H的共軛；|H|為對向量H求模。 進一步，當接收第n包數(shù)據(jù)rn時，首先，根據(jù)Wn和rn，獲取誤差en。 進一步，根據(jù)Wn和rn，獲取誤差en，具體包括以下步驟 對rn做快速傅里葉變換得到序列Rn : Rn = FFT (rn); 根據(jù)Rn，獲取均衡輸出序列Zn : Zn = Wn Rn ; 對均衡輸出序列Zn進行快速傅里葉逆變換，得到時域輸出序列zn : zn = IFFT (Zn); 對時域輸出序列zn進行解碼，得到判決序列dn : dn = Dec [zn]; 根據(jù)判決序列dn和時域輸出序列zn，獲取誤差序列en : en = dn_zn。 進一步，根據(jù)最小均方算法得到頻域均衡系數(shù)W^，具體包括以下步驟 對誤差序列en做快速傅里葉變換，得到E = FFT (en); 根據(jù)E，獲取頻域均衡系數(shù)Wn+1 : Wn+1 = Wn+ ii E Rn 其中，ii為用來控制自適應速度和穩(wěn)定性的增益常數(shù)。
進一步，ii = 0. 03。 進一步，根據(jù)遞歸最小二乘算法得到頻域均衡系數(shù)Ww，具體包括以下步驟 對誤差序列en做快速傅里葉變換，得到序列E = FFT (en); 計算卡爾曼增益向量K:
K— △《 a + a.|r 「; 其中，A為相關序列，A為用來控制自適應速度和穩(wěn)定性的增益常數(shù)，lf為R的 共軛； 更新A序列，對A進行迭代計算 ;l + a.|r 「. 根據(jù)Wn、 K、 E，獲取頻域均衡系數(shù)Wn+1 :
Wn+1 = Wn+K E 進一步，A = 0. 8， A序列初始值為
O.Ol-[l，l，...，l] 進一步，o m = 0. 1。
本發(fā)明有益效果如下 本發(fā)明對接收的第一包數(shù)據(jù)采用RLS算法進行快速收斂，在達到收斂后，采用跟 蹤精度高、穩(wěn)定性強的LMS算法進行跟蹤，這樣就結合了兩者之間的優(yōu)點，不僅跟蹤速度 快，而且收斂精度高，保持較小的穩(wěn)態(tài)誤差和較好的跟蹤性能，相比RLS算法還降低了計算 復雜度。


圖1為本發(fā)明一種單載波頻域均衡系統(tǒng)中信道追蹤的方法的流程圖；
圖2為一幀數(shù)據(jù)的結構示意圖。
具體實施例方式
以下結合附圖以及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述 的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不限定本發(fā)明。 在信道估計方面，對于變化較快的信道，都希望能找到一種收斂速度快，并且收斂 時穩(wěn)態(tài)誤差小、跟蹤性能高的跟蹤方法。跟蹤主要分為兩個階段，先后順序為收斂階段和穩(wěn) 態(tài)階段，由于短波通信較強的時變特性，要求信道估計算法有快的收斂速度，因此需要用收 斂速度快的RLS算法，但考慮到LMS算法在均方差和失調的意義表現(xiàn)出來的優(yōu)異的跟蹤性 能，本發(fā)明提出了先采用RLS讓估計器收斂，再用LMS跟蹤信道變化的跟蹤方法，即RLS和 LMS聯(lián)合算法。 如圖2所示，SC-FDE技術以符號塊結構發(fā)送信號，需要在數(shù)據(jù)塊中插入循環(huán)前綴
并進行頻域均衡。其中一幀數(shù)據(jù)由l個前導塊和若干個數(shù)據(jù)包組成。
本實施例針對上述數(shù)據(jù)幀，涉及一種針對短波信道的時變特性的單載波頻域均衡 系統(tǒng)中信道追蹤的方法，包括以下步驟 步驟S101，根據(jù)數(shù)據(jù)幀中的前導塊序列，獲取初始頻域均衡系數(shù)W。 = W工=1/H。
前導塊序列為UW序列，u = [u(l)， ... ， u(M)]，其傅立葉變化值為Ufft = [U(l). . . U(M) ] 。 UW序列獨特字(Unique Word)序列， 一般為IEEE802. 16a標準規(guī)定的chu 序歹lj 、 frank-zadaf f序歹lj 、 PN序歹lj 。 根據(jù)數(shù)據(jù)幀中的前導塊序列，得到頻域均衡系數(shù)W。 = W工=1/H，具體包括
接收端接收的前導塊對應的接收數(shù)據(jù)為r二 [r(l)...r(M)]，對向量r進行傅立葉 變換，得到Rfft: Rfft = [R(l) ， ， R(M) ] = FFT (r);
根據(jù)Rfft、 Ufft，獲取信道估計頻域響應H :"=…,翠)]=~ / = |j雖)/ "("). 根據(jù)H，獲取初始頻域均衡系數(shù)W。、 : ^=^=1/^ = ^ 其中，IT為H的共軛；|H|為對向量H求模。 步驟S102，接收到第一包數(shù)據(jù)巧時，采用遞歸最小二乘算法(RLS)進行信道追蹤。 采用RLS算法先進行快速收斂，能夠達到跟蹤速度快的優(yōu)點。 步驟S103，當接收第n(其中，n為數(shù)據(jù)包的編號，n大于等于l)包數(shù)據(jù)^時，根 據(jù)W。、Wp判斷頻域均衡系數(shù)Wn與Wn—J勺差值的方差o (Wn_Wn—》是否小于預先設置的閾值 o m，如果是，則轉步驟S104 ;否則，則轉步驟S105。 《-d) = 藝K (/) - vv —, (/))2 其中，Wn為當前的頻域均衡系數(shù)，Wn—工為上一次更新時的頻域均衡系數(shù)，頻域均衡
系數(shù)是個向量，Wn二 [wn(l)，... ，wn(M)]，i = 1，2，......，M。方差值越大表明兩次均衡系
數(shù)的變化越大， 信道跟蹤功能是對Wn進行跟蹤，并不斷更新，由于RLS收斂速度快，當Wn迅速收斂 后，更新前后的W值的變化將很小，因此通過比較更新前后的Wn值的變化來判定是否需要
改變跟蹤算法。而更新前后Wn的差值的方差能準確指示出Wn值的變化。
一般Om取值為
o m = 0. 1。 計算頻域均衡系數(shù)Wn+1時，需要誤差en，因此，首先，需要根據(jù)WjP rn，獲取誤差en， 具體包括以下步驟 對rn做快速傅里葉變換得到序列Rn : Rn = FFT (rn); 根據(jù)Rn，獲取均衡輸出序列Zn : Zn = Wn Rn ; 對均衡輸出序列Zn進行快速傅里葉逆變換，得到時域輸出序列zn : zn = IFFT (Zn);
對時域輸出序列、進行解碼，得到判決序列dn :
dn = Dec [zn]; 根據(jù)判決序列dn和時域輸出序列zn，獲取誤差序列en :
en = dn_zn。 步驟S104，則根據(jù)最小均方(LMS)算法得到頻域均衡系數(shù)Wn+1，進行信道追蹤，具 體包括以下步驟 對誤差序列en做快速傅里葉變換，得到E = FFT (en);
根據(jù)E，獲取頻域均衡系數(shù)Wn+1 :
Wn+1 = Wn+ ii E Rn 其中，ii為用來控制自適應速度和穩(wěn)定性的增益常數(shù)。本實施例，P =0.03。
步驟S105，根據(jù)遞歸最小二乘算法得到頻域均衡系數(shù)W^，進行信道追蹤；具體包 括以下步驟 對誤差序列en做快速傅里葉變換，得到序列E = FFT (en); 計算卡爾曼增益向量K: △ r—*
k=
共軛；


其中，A為相關序列，A為用來控制自適應速度和穩(wěn)定性的增益常數(shù)，lf為R的
更新A序列，對A進行迭代計算 a
a
a+a-Ir |2
根據(jù)Wn、 K、 E，獲取頻域均衡系數(shù)Wn+1 : Wn+1 = Wn+K E。
本實施例中，A =0.8， A越大，收斂速度越快，但是越不穩(wěn)定，越容易失調。A序 ^,、 A/ &、， O.Ol-[l,l，...，ll
列初始值為 ^v^J
M o 上述方法中，RLS算法和LMS算法是現(xiàn)有技術，是基本的自適應迭代算法，本發(fā)明 主要是針對上述算法，選取合適的參數(shù)，進而得到更優(yōu)的效果。 由于可以根據(jù)前導塊先計算出W。、 W"因此，當n = 1時，根據(jù)遞歸最小二乘算法， 即可得到W2，并且，可以計算得到e2。當n = 2時，即首先需要判斷W2與W工的差值的方差 o (W2-W》是否小于預先設置的閾值om，如果是，則根據(jù)最小均方算法得到頻域均衡系數(shù) W3，否則，則根據(jù)遞歸最小二乘算法得到頻域均衡系數(shù)W3，依次類推，求出接收各個數(shù)據(jù)包時 的頻域均衡系數(shù)Wn。 RLS算法收斂速度塊，但是跟蹤精度低，穩(wěn)定性差，而LMS算法收斂速度慢，但是跟 蹤精度高，穩(wěn)定性高。先用RLS算法進行快速收斂，在達到收斂后進行跟蹤精度高穩(wěn)定性強 的LMS算法進行跟蹤，這樣就同時具備了 LMS和RLS的優(yōu)點，在保證信道估計收斂速度快的 同時，還能保證信道估計的精度，保持較小的穩(wěn)態(tài)誤差和較好的跟蹤性能。相比RLS算法還 降低了計算復雜度。而判定RLS算法是否收斂的準則就是利用均衡系數(shù)的差分值的方差來
8判定。若相鄰兩次均衡系數(shù)的差分值的方差大，則表明處于快速收斂階段，當相鄰兩次均衡 系數(shù)的差分值小，則表明處于穩(wěn)態(tài)階段。 此方法不僅針對短波信道，也適用于時變特性較強的信道。 顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精 神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍 之內，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
一種單載波頻域均衡系統(tǒng)中信道追蹤的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟根據(jù)數(shù)據(jù)幀中的前導塊序列，獲取初始頻域均衡系數(shù)W0＝W1＝1/H；接收到第一包數(shù)據(jù)r1時，采用遞歸最小二乘算法進行信道追蹤；當接收第n包數(shù)據(jù)rn時，根據(jù)W0、W1，判斷頻域均衡系數(shù)Wn與Wn-1的差值的方差σ(Wn-Wn-1)是否小于預先設置的閾值σm，如果是，則根據(jù)最小均方算法得到頻域均衡系數(shù)Wn+1，進行信道追蹤；否則，根據(jù)遞歸最小二乘算法得到頻域均衡系數(shù)Wn+1，進行信道追蹤；其中，n為數(shù)據(jù)包的編號，n大于等于1。
2. 如權利要求1所述的單載波頻域均衡系統(tǒng)中信道追蹤的方法，其特征在于，所述前導塊序列為UW序列，u = [u (1) ， . . . ， u (M)]，其傅立葉變化值為Ufft = [U (1). . . U (M)]。
3. 如權利要求2所述的單載波頻域均衡系統(tǒng)中信道追蹤的方法，其特征在于，根據(jù)數(shù)據(jù)幀中的前導塊序列，得到頻域均衡系數(shù)W。 = W工=1/H，具體包括接收端接收的前導塊對應的接收數(shù)據(jù)為r = [r (1). . . r (M)]，對向量r進行傅立葉變換，得到Rfft :Rfft= [R(1)，…，R(M)] =FFT(r);根據(jù)Rfft、 Ufft，獲取信道估計頻域響應H ://=剛,…,舉)]=及,/"http://(=|;雖)/"(")根據(jù)H，獲取初始頻域均衡系數(shù)W。、 W工。1 間2;其中，tf為H的共軛；lHl為對向量H求模。
4. 如權利要求1所述的單載波頻域均衡系統(tǒng)中信道追蹤的方法，其特征在于，當接收第n包數(shù)據(jù)rn時，首先，根據(jù)Wn和rn，獲取誤差en。
5. 如權利要求4所述的單載波頻域均衡系統(tǒng)中信道追蹤的方法，其特征在于，根據(jù)Wn和rn，獲取誤差en，具體包括以下步驟對rn做快速傅里葉變換得到序列Rn :Rn = FFT(rn);根據(jù)Rn，獲取均衡輸出序列Zn :Zn = Wn Rn ;對均衡輸出序列Zn進行快速傅里葉逆變換，得到時域輸出序列Zn :zn = IFFT (Zn);對時域輸出序列、進行解碼，得到判決序列《dn = Dec [zn];根據(jù)判決序列《和時域輸出序列Zn，獲取誤差序列en :en = dn-zn。
6. 如權利要求5所述的單載波頻域均衡系統(tǒng)中信道追蹤的方法，其特征在于，根據(jù)最小均方算法得到頻域均衡系數(shù)wn+1，具體包括以下步驟對誤差序列en做快速傅里葉變換，得到E = FFT(en);根據(jù)E，獲取頻域均衡系數(shù)W^:<formula>formula see original document page 3</formula>其中，P為用來控制自適應速度和穩(wěn)定性的增益常數(shù)。
7. 如權利要求6所述的單載波頻域均衡系統(tǒng)中信道追蹤的方法，其特征在于，= 0. 03。
8. 如權利要求5所述的單載波頻域均衡系統(tǒng)中信道追蹤的方法，其特征在于，根據(jù)遞歸最小二乘算法得到頻域均衡系數(shù)Wn+1，具體包括以下步驟 對誤差序列en做快速傅里葉變換，得到序列E = FFT(en); 計算卡爾曼增益向量K:<formula>formula see original document page 3</formula>其中，A為相關序列，A為用來控制自適應速度和穩(wěn)定性的增益常數(shù)，lf為R的共軛；更新A序列，對A進行迭代計算<formula>formula see original document page 3</formula>根據(jù)Wn、 K、 E，獲取頻域均衡系數(shù)Wn+1 : Wn+1 = Wn+K E。
9.如權利要求8所述的單載波頻域均衡系統(tǒng)中信道追蹤的方法，其特征在于，A = 0. 8， A序列初始值為 <formula>formula see original document page 3</formula>
10.如權利要求1 9任一項所述的單載波頻域均衡系統(tǒng)中信道追蹤的方法，其特征在 于，o m = 0. 1。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種單載波頻域均衡系統(tǒng)中信道追蹤的方法，包括根據(jù)數(shù)據(jù)幀中的前導塊序列，獲取初始頻域均衡系數(shù)W0＝W1＝1/H；接收到第一包數(shù)據(jù)r1時，采用遞歸最小二乘算法進行信道追蹤；當接收第n包數(shù)據(jù)rn時，根據(jù)W0、W1，判斷頻域均衡系數(shù)Wn與Wn-1的差值的方差σ(Wn-Wn-1)是否小于預先設置的閾值σm，如果是，則根據(jù)最小均方算法得到頻域均衡系數(shù)Wn+1，進行信道追蹤；否則，根據(jù)遞歸最小二乘算法得到頻域均衡系數(shù)Wn+1，進行信道追蹤。本發(fā)明對接收的第一包數(shù)據(jù)采用RLS算法進行快速收斂，在達到收斂后，采用LMS算法進行跟蹤，結合了兩種算法的優(yōu)點，不僅跟蹤速度快，而且收斂精度高，保持較小的穩(wěn)態(tài)誤差和較好的跟蹤性能，相比RLS算法，還降低了計算復雜度。
文檔編號H04L1/02GK101741783SQ200910243889
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月24日 優(yōu)先權日2009年12月24日
發(fā)明者吳南潤, 方立, 鄭波浪 申請人:北京韋加航通科技有限責任公司