專利名稱：一種應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的信道估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，特別是涉及一種應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的信道估計(jì)方法。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless knsorNetwork，簡稱“WSN”)是由具有無線通信， 感知及計(jì)算能力的微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成的“智能”網(wǎng)絡(luò)，它涉及多學(xué)科高度交叉、知識(shí)高度集成的前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于軍事、農(nóng)業(yè)、環(huán)境檢測、醫(yī)療衛(wèi)生、エ業(yè)、智能交通等各種領(lǐng)域，正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，簡稱 “OFDM”)技術(shù)是無線傳感網(wǎng)中得核心技術(shù)之一，它既可以被看作是ー種調(diào)制技木，又可以被看作是ー種復(fù)用技木。具有頻譜利用率高和抗多徑衰落能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已成為現(xiàn)代無線通信中得熱門技木，被廣泛應(yīng)用于高速數(shù)字通信領(lǐng)域，比如IEEE802. Ila(WLAN)的物理層等。 大多數(shù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中節(jié)點(diǎn)受資源、成本、功耗的限制，使得應(yīng)用于無線傳感網(wǎng)中的 OFDM通信需滿足低資源消耗、大載波頻偏、低物理層開銷的要求。由于信道估計(jì)模塊部分是OFDM的關(guān)鍵模塊之一，因此研究在保證信道估計(jì)的準(zhǔn)確度的條件，盡量節(jié)省資源的信道估計(jì)方法是很必要的。信道估計(jì)算法可以按照是否有導(dǎo)頻序列可以分為基于導(dǎo)頻的信道估計(jì)和盲均衡。 基于導(dǎo)頻信號(hào)的估計(jì)技術(shù)是在大多數(shù)無線系統(tǒng)中采用的信道估計(jì)方法。相反盲估計(jì)僅僅依賴于信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性，一般在OFDM系統(tǒng)中應(yīng)用較少?；趯?dǎo)頻信道的信道估計(jì)方法主要有最小ニ乘(Least Square，簡稱“LS”)估計(jì)方法，基于最小均方差(Minimum Mean Square Error，簡稱“MMSE”)準(zhǔn)則的維納濾波估計(jì)，奇異值分解(Singular Value Decomposition, 簡稱“SVD”)算法，通過變換域?yàn)V波處理的LS算法。在實(shí)際系統(tǒng)中，為避免其他系統(tǒng)的干擾及便于實(shí)現(xiàn)濾波器的設(shè)計(jì)，通常將傳輸帶寬的部分載波空置作為保護(hù)頻帶，由于保護(hù)頻段的存在，降低了信道估計(jì)的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的信道估計(jì)方法，能夠以較小的資源消耗實(shí)現(xiàn)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的信道估計(jì)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的信道估計(jì)方法，包括以下步驟(1)提取導(dǎo)頻經(jīng)過信道后的信號(hào)；(2)利用最小ニ乘算法對(duì)信道參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，即將所述提取得到的信號(hào)與存在本地的導(dǎo)頻相除，得到信道參數(shù)；(3)將得到的信道參數(shù)映射到所對(duì)應(yīng)的信道上，未傳輸信號(hào)的虛載波信道分為兩端的保護(hù)帶和中間的直流部分兩種情況兩端的保護(hù)帶的虛載波信道參數(shù)取與其相鄰子載波的信道參數(shù)的最小ニ乘算法估計(jì)值，兩端的保護(hù)帶的虛載波與相鄰的子載波相互対稱，即兩端的保護(hù)帶的寬度與提取的相鄰子載波的寬度相同；中間的直流部分的左半部分采用左邊相鄰信道參數(shù)的最小ニ乘算法估計(jì)值，右半部分采用右邊相鄰信道參數(shù)的最小ニ乘算法估計(jì)值，中間的信道參數(shù)采用兩邊相鄰的信道參數(shù)的平均值，將信道參數(shù)補(bǔ)齊；(4)將所述補(bǔ)齊后的信道參數(shù)進(jìn)行頻域?yàn)V波，完成信道估計(jì)。所述步驟(1)中根據(jù)梳狀導(dǎo)頻的插入規(guī)則提取導(dǎo)頻經(jīng)過信道后的信號(hào)。所述步驟(1)中還包括將所述提取導(dǎo)頻經(jīng)過信道后的信號(hào)與對(duì)應(yīng)信道上的信號(hào)進(jìn)行相加的步驟。所述步驟(4)還包括以下子步驟(41)對(duì)補(bǔ)齊后的信道參數(shù)進(jìn)行快速傅里葉變換，使補(bǔ)齊后的信道參數(shù)變換到頻域；(42)截取信道參數(shù)頻域變換值的低頻部分，將高頻部分置為零；(43)對(duì)頻域?yàn)V波后的信道進(jìn)行快速傅里葉逆變換到時(shí)域，并截取信號(hào)傳輸過程中所用到的信道參數(shù)。所述的快速傅里葉變換和快速傅里葉逆變換在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中完成。有益效果由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果本發(fā)明采用了虛載波替換的方法，減小了由于虛載波的存在對(duì)信道估計(jì)參數(shù)的及精度的影響，提高了系統(tǒng)的性能。本發(fā)明利用了信道的慢衰落性能，信道參數(shù)的能量主要集中在低頻部分，而噪聲的能量分布在整個(gè)頻帶，在頻域進(jìn)行濾波，可有效降低噪聲的影響。本發(fā)明中所采用快速傅里葉變換(Fast Fourier iTransformation，簡稱“FFT”)可用OFDM系統(tǒng)中的FFT共用ー套資源，不會(huì)帶來額外的開銷。本發(fā)明中沒有大量的運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)簡単，非常適合能量受限、計(jì)算能力受限、存儲(chǔ)資源受限以及通信能力受限的四大受限無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場景，在資源消耗，信道估計(jì)精度上均有較大優(yōu)勢能力，能適應(yīng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中由于資源、成本、功耗受限的要求。


圖1是本發(fā)明的原理示意圖；圖2是本發(fā)明中導(dǎo)頻提取裝置示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)ー步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。本發(fā)明的實(shí)施方式涉及ー種應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的信道估計(jì)方法，其采用虛載波替換和利用FFT減少噪聲影響的信道估計(jì)方法，通過虛載波替換消除空閑載波對(duì)邊緣信道參數(shù)的影響后利用FFT變換在頻域去除高斯噪聲的影響，在較低算法復(fù)雜度的條件下，提高了系統(tǒng)的靈敏度性能，因此能很好的應(yīng)用于受資源、成本、功耗限制的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，特別適合采用梳狀導(dǎo)頻，信道參數(shù)為慢衰落的OFDM系統(tǒng)的應(yīng)用場景。下面以無線傳感網(wǎng)中OFDM系統(tǒng)的FFT點(diǎn)數(shù)為128點(diǎn)，兩邊預(yù)留保護(hù)帶為左邊 (-64:-50), (50:63)，直流部分保護(hù)帶為(_1，0，1)為例，進(jìn)ー步說明本發(fā)明。如圖1所示，首先提取導(dǎo)頻經(jīng)過信道后的信號(hào)?？衫萌鐖D2所示的導(dǎo)頻提取裝置進(jìn)行提取，即將接收的信號(hào)先存入ー塊RAM，隨后梳狀導(dǎo)頻的插入規(guī)則從RAM中提取出導(dǎo)頻經(jīng)過信道后的信號(hào)，并將對(duì)應(yīng)信道上的信號(hào)相加以減少噪聲的影響。接著，利用LS算法進(jìn)行信道參數(shù)估計(jì)，將上述中得到的信號(hào)與存在本地的導(dǎo)頻相除，已知的本地導(dǎo)頻為ん與經(jīng)過信道得到的信號(hào)Yk，則信道參數(shù)的最小ニ乘估計(jì)值Hk = Yk/ ん，得到信道參數(shù)的初歩結(jié)果。然后，將得到的信道參數(shù)映射到所對(duì)應(yīng)的信道上，未傳輸信號(hào)的虛載波信道 (-64:-50)信道參數(shù)用(-35:-49)信道參數(shù)的LS估計(jì)值代替，(50:63)信道參數(shù)用(49:36) 信道參數(shù)的LS估計(jì)值代替，(-1)信道參數(shù)用(- 信道參數(shù)的LS估計(jì)值代替，(1)信道參數(shù)用( 信道參數(shù)的LS估計(jì)值代替，(0)信道參數(shù)用( ，(-2)信道參數(shù)的LS估計(jì)值的平均值代替，將信道參數(shù)補(bǔ)全。不難發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明采用了虛載波替換的方法，減小了由于虛載波的存在對(duì)信道估計(jì)參數(shù)的及精度的影響，提高了系統(tǒng)的性能。最后，對(duì)補(bǔ)全后信道參數(shù)做128點(diǎn)的FFT變換，變換到頻域后，將得到的頻域變換值進(jìn)行頻域?yàn)V波，即將得到的頻域變換值從15到113的值置為0，再對(duì)頻域?yàn)V波后的值進(jìn)行 128點(diǎn)IFFT變換，最終對(duì)IFFT逆變換后的值中選取有用的信道(-49 -2)バ2 49)參數(shù)，完成信道估計(jì)。其中，F(xiàn)FT和IFFT在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中完成。本發(fā)明利用了信道的慢衰落性能，信道參數(shù)的能量主要集中在低頻部分，而噪聲的能量分布在整個(gè)頻帶，在頻域進(jìn)行濾波，可有效降低噪聲的影響。本發(fā)明中所采用FFT可用OFDM系統(tǒng)中的FFT共用ー套資源，不會(huì)帶來額外的開銷。由此可見，本發(fā)明中沒有大量的運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)簡単，非常適合能量受限、計(jì)算能力受限、存儲(chǔ)資源受限以及通信能力受限的四大受限無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場景，在資源消耗， 信道估計(jì)精度上均有較大優(yōu)勢能力，能適應(yīng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中由于資源、成本、功耗受限的要求。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的信道估計(jì)方法，其特征在干，包括以下步驟(1)提取導(dǎo)頻經(jīng)過信道后的信號(hào)；(2)利用最小ニ乘算法對(duì)信道參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，即將所述提取得到的信號(hào)與存在本地的導(dǎo)頻相除，得到信道參數(shù)；(3)將得到的信道參數(shù)映射到所對(duì)應(yīng)的信道上，未傳輸信號(hào)的虛載波信道分為兩端的保護(hù)帶和中間的直流部分兩種情況兩端的保護(hù)帶的虛載波信道參數(shù)取與其相鄰子載波的信道參數(shù)的最小ニ乘算法估計(jì)值，兩端的保護(hù)帶的虛載波與相鄰的子載波相互對(duì)稱；中間的直流部分的左半部分采用左邊相鄰信道參數(shù)的最小ニ乘算法估計(jì)值，右半部分采用右邊相鄰信道參數(shù)的最小ニ乘算法估計(jì)值，中間的信道參數(shù)采用兩邊信道參數(shù)的平均值，將信道參數(shù)補(bǔ)齊；(4)將所述補(bǔ)齊后的信道參數(shù)進(jìn)行頻域?yàn)V波，完成信道估計(jì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的信道估計(jì)方法，其特征在干，所述步驟(1)中根據(jù)梳狀導(dǎo)頻的插入規(guī)則提取導(dǎo)頻經(jīng)過信道后的信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的信道估計(jì)方法，其特征在干，所述步驟(1)中還包括將所述提取導(dǎo)頻經(jīng)過信道后的信號(hào)與對(duì)應(yīng)信道上的信號(hào)進(jìn)行相加的Mc ο
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的信道估計(jì)方法，其特征在干，所述步驟(4)還包括以下子步驟(41)對(duì)補(bǔ)齊后的信道參數(shù)進(jìn)行快速傅里葉變換，使補(bǔ)齊后的信道參數(shù)變換到頻域；(42)截取信道參數(shù)頻域變換值的低頻部分，將高頻部分置為零；(43)對(duì)頻域?yàn)V波后的信道進(jìn)行快速傅里葉逆變換到時(shí)域，并截取信號(hào)傳輸過程中所用到的信道參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的信道估計(jì)方法，其特征在干，所述的快速傅里葉變換和快速傅里葉逆變換在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中完成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的信道估計(jì)方法，包括以下步驟提取導(dǎo)頻經(jīng)過信道后的信號(hào)；利用最小二乘算法對(duì)信道參數(shù)進(jìn)行估計(jì)；通過虛載波替換消除空閑載波對(duì)邊緣信道參數(shù)，即兩端的保護(hù)帶的虛載波信道參數(shù)取與其相鄰子載波的信道參數(shù)的最小二乘算法估計(jì)值，兩端的保護(hù)帶的虛載波與相鄰的子載波相互對(duì)稱；中間的直流部分的左半部分采用左邊相鄰信道參數(shù)的最小二乘算法估計(jì)值，右半部分采用右邊相鄰信道參數(shù)的最小二乘算法估計(jì)值，中間的信道參數(shù)采用兩邊信道參數(shù)的平均值，將信道參數(shù)補(bǔ)齊；將補(bǔ)齊后的信道參數(shù)進(jìn)行頻域?yàn)V波，完成信道估計(jì)。本發(fā)明能夠以較小的資源消耗實(shí)現(xiàn)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的信道估計(jì)。
文檔編號(hào)H04L25/02GK102546490SQ20121000745
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月11日
發(fā)明者丁承, 付耀先, 汪磊, 羅炬鋒 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所, 中國科學(xué)院嘉興無線傳感網(wǎng)工程中心