專利名稱：基于訓(xùn)練序列的信道狀態(tài)跟蹤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線信號(hào)傳輸領(lǐng)域，特別是涉及一種應(yīng)用于無線通信系統(tǒng)的，基于訓(xùn) 練序列的信道狀態(tài)跟蹤方法。
背景技術(shù)：
在無線通信系統(tǒng)中，發(fā)射信號(hào)在傳播過程中，除了直線路徑上的直達(dá)信號(hào)外，通常 還會(huì)經(jīng)歷一個(gè)或多個(gè)反射物體的反射之后經(jīng)過不同的傳播路徑到達(dá)接收機(jī)。這些經(jīng)過不同 路徑傳播的信號(hào)其信號(hào)幅度和相位都各不相同，且以微小的時(shí)間差達(dá)到接收機(jī)之后，相互 干涉引起接收信號(hào)強(qiáng)度的波動(dòng)，造成信號(hào)失真。這就是無線傳播信道的多徑效應(yīng)。多徑效 應(yīng)常常延長(zhǎng)發(fā)射信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間。通常以第一個(gè)可檢測(cè)信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的時(shí)刻作為 參考點(diǎn)，以最后一個(gè)可檢測(cè)信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的時(shí)刻作為終點(diǎn)，把兩者之間的相對(duì)時(shí)延定義 為傳播信道的最大時(shí)延。在第一個(gè)可檢測(cè)信號(hào)和最后一個(gè)可檢測(cè)信號(hào)之間，同樣還存在著 多個(gè)相對(duì)時(shí)延各不相同的可檢測(cè)信號(hào)。這些時(shí)延各不相同的可檢測(cè)信號(hào)分別經(jīng)由幅度和相 位各不相同的多徑分量傳播。這些多徑分量的時(shí)延、功率分布特性通常稱為無線信道的功 率延遲分布，也稱為無線信道的脈沖響應(yīng)特性。從頻譜上看，這些多徑分量會(huì)造成在不同的頻率分量上，信道的幅度/相位響應(yīng) 是各不相同的。通常用參數(shù)相關(guān)帶寬的大小來衡量這種不同頻率之間的幅度/相位響應(yīng)關(guān) 系。相關(guān)帶寬是指一特定頻率范圍內(nèi)，兩個(gè)頻率分量具有很強(qiáng)的幅度/相位相關(guān)性?？梢?認(rèn)為在相關(guān)帶寬內(nèi)，所有頻譜分量均以幾乎相同的增益和線性相位通過。因此對(duì)傳輸信號(hào) 來說，如果其信號(hào)帶寬很窄，落在信道的相關(guān)帶寬內(nèi)，可以認(rèn)為不同頻率分量上的信號(hào)都經(jīng) 歷了相同的信道衰落影響；反之如果信號(hào)帶寬遠(yuǎn)大于信道的相關(guān)帶寬，那么不同頻率分量 上的信號(hào)就會(huì)經(jīng)歷不同的信道衰落影響，這種現(xiàn)象稱為信號(hào)的頻率選擇性衰落，對(duì)應(yīng)的傳 播信道稱為頻率選擇性信道。信道相關(guān)帶寬的大小同信道的功率延遲分布具有確定性的關(guān) 系。信道的功率延遲分布特性發(fā)生變換，它所對(duì)應(yīng)的信道頻率響應(yīng)特性就會(huì)發(fā)生變化。不 同的功率延遲分布對(duì)應(yīng)不同的信道相干帶寬，因此對(duì)于一個(gè)時(shí)變的傳播信道來說，其信道 脈沖響應(yīng)并不是恒定不變的，那么傳播信號(hào)在頻率上遭受的信道衰落影響也就處于不斷的 變化中。對(duì)接收機(jī)來說，要從經(jīng)歷信道衰落影響的接收信號(hào)中正確地恢復(fù)出發(fā)射信號(hào)，就 必須消除傳播信道的不利影響。因此對(duì)各種不同的無線通信系統(tǒng)來說，信道估計(jì)技術(shù)都是 最關(guān)鍵的技術(shù)之一。近年來,OFDM(OrthogonalFrequency Division Multiplexing，正交頻 分復(fù)用)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于無線寬帶通信系統(tǒng)中。OFDM技術(shù)一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)就是可以把一 個(gè)相對(duì)較寬的載波分成多個(gè)并行的子載波，每個(gè)子載波的帶寬遠(yuǎn)小于信道的相關(guān)帶寬，因 此對(duì)每個(gè)子載波信號(hào)來說，它所經(jīng)歷的信道頻率衰落都是平坦的。這就克服了信道頻率選 擇性衰落的不利影響。如果信道估計(jì)技術(shù)能夠獲得不同子載波上的信道頻率響應(yīng)特性，接 收機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)相干解調(diào)，從而正確的恢復(fù)出發(fā)射信號(hào)。獲取信道頻率響應(yīng)特性的一種常用做法是在發(fā)射信號(hào)中插入一定的頻域?qū)ьl信號(hào)。接收端通過已知的導(dǎo)頻信號(hào)獲取導(dǎo)頻子載波上的頻率響應(yīng)估計(jì)，如果整個(gè)信號(hào)帶寬內(nèi) 都是已知的導(dǎo)頻信號(hào)，那么接收機(jī)就可以獲得信道在整個(gè)信號(hào)帶寬上的頻域響應(yīng)估計(jì)。另 一種常用的做法是按照事先約定的導(dǎo)頻分布圖樣，發(fā)射信號(hào)在頻域上間隔的插入導(dǎo)頻信 號(hào)，接收機(jī)先估計(jì)出導(dǎo)頻子載波上的頻率響應(yīng)估計(jì)，然后再通過相鄰子載波之間頻率響應(yīng) 特性的相關(guān)性，通過插值的方法來估計(jì)其他子載波上的信道頻率響應(yīng)。對(duì)接收機(jī)來說，為了 達(dá)到最優(yōu)信道估計(jì)的目的，通常都是按照事先假定的信道功率時(shí)延特性來設(shè)計(jì)插值的方法 和插值的系數(shù)，在接收過程中這些插值的方法和插值的系數(shù)通常都是固定不變的。這種方 法對(duì)于變換不明顯的傳播信道來說通常是有效的。但是對(duì)于變換較大的移動(dòng)系統(tǒng)來說，其 傳播信道通常是隨著周圍環(huán)境的變換而變換的，信道功率時(shí)延特性一旦發(fā)生變化，就會(huì)使 得預(yù)先設(shè)定的插值方法和插值系統(tǒng)在某些環(huán)境下并不是最優(yōu)的，從而降低了信道估計(jì)的準(zhǔn) 確度，進(jìn)而影響接收機(jī)的接收性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于訓(xùn)練序列的信道狀態(tài)跟蹤方法，使OFDM 接收機(jī)在移動(dòng)接收環(huán)境下具有跟蹤信道變化的能力，可以根據(jù)信道變化相對(duì)調(diào)整信道估計(jì) 方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的基于訓(xùn)練序列的信道狀態(tài)跟蹤方法是采用如下技 術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的根據(jù)已知訓(xùn)練序列得到信道沖擊響應(yīng)信息；根據(jù)信道沖擊響應(yīng)信息確定用 于表征信道特性的判決參數(shù)；根據(jù)所述判決參數(shù)從事先假定的多種信道類型中判決出當(dāng)前 信道的類型。采用本發(fā)明的基于訓(xùn)練序列的信道狀態(tài)跟蹤方法，可以在基本不增加實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度 和成本的前提下，有效的跟蹤移動(dòng)狀態(tài)下接收機(jī)信道狀態(tài)變化，準(zhǔn)確合理地自適應(yīng)調(diào)整信 道估計(jì)方法。既能避免信道估計(jì)方法與信道特性不匹配造成接收性能低下，又能防止信道 估計(jì)方法過于頻繁的切換導(dǎo)致接收性能不穩(wěn)定，從而保證接收機(jī)在多種信道環(huán)境下都能工 作在較優(yōu)工作狀態(tài)下，為后續(xù)的信道估計(jì)提供了便利。


下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明附圖是本發(fā)明的方法一實(shí)施例處理流程示意圖。
具體實(shí)施例方式無線移動(dòng)通信系統(tǒng)中的信道特性包括多徑傳播、時(shí)延擴(kuò)展、衰落特性以及多普勒 效應(yīng)等。結(jié)合附圖所示，為了更清楚的闡述本發(fā)明，在下面的實(shí)施例中將以中國(guó)數(shù)字移動(dòng) 多媒體廣播系統(tǒng)(CMMB，China MobileMultimedia Broadcast)為例進(jìn)行說明，包括如下步 驟步驟一、根據(jù)已知訓(xùn)練序列得到信道沖擊響應(yīng)信息。具體實(shí)現(xiàn)的方法是A、根據(jù)CMMB協(xié)議定義，在每個(gè)時(shí)隙信號(hào)的開頭都存在兩個(gè)長(zhǎng)度為2048的同步信 號(hào)，除去虛擬子載波外，這兩個(gè)同步信號(hào)在頻域子載波上映射有1536個(gè)有效信號(hào)，對(duì)接收 機(jī)來說所述有效信號(hào)是確定已知的訓(xùn)練序列。因此取所述兩個(gè)同步信號(hào)中的任一信號(hào)進(jìn)行2048點(diǎn)的時(shí)頻FFT(快速傅里葉變換)變化得到相應(yīng)的頻域序列，并提取出長(zhǎng)度為1536的 接收信號(hào)序列。接收機(jī)取本地已知的訓(xùn)練序列的共軛值，并同該接收信號(hào)序列進(jìn)行兩兩相 乘，得到相干處理后的頻域訓(xùn)練序列。B、對(duì)相干處理后的頻域訓(xùn)練序列進(jìn)行2048點(diǎn)的頻時(shí)IFFT (快速傅里葉反變換) 變換，即得到長(zhǎng)度為2048的信道沖擊響應(yīng)序列。步驟二、根據(jù)信道沖擊響應(yīng)信息確定用于表征信道特性的判決參數(shù)。具體實(shí)現(xiàn)的 方法是a、求信道沖擊響應(yīng)序列的平均功率值P。最強(qiáng)徑的功率值Pmax以及該最強(qiáng)徑在序 列中的位置Imax。b、根據(jù)平均功率值1\和最強(qiáng)徑的功率值Pmax得到多徑檢測(cè)閾值ξ” I1 = max(^Pe, Pfflax/k2)。其中，Ic1和1 根據(jù)傳播信道的時(shí)延特性進(jìn)行配置，且需滿足Ic1和1 都 是大于1的正數(shù)。C、根據(jù)多徑檢測(cè)閾值ξ ,在信道沖擊響應(yīng)序列中進(jìn)行有效徑識(shí)別，即選出所有功 率大于多徑檢測(cè)閾值ξ ！的有效徑；根據(jù)所述有效徑找出當(dāng)前時(shí)隙多徑分布中的首徑位置 If(η)和最末徑位置Id，最終得到多徑時(shí)延分布中的最大時(shí)延τ和最強(qiáng)徑時(shí)延τ_ ； d、根據(jù)最強(qiáng)徑功率值Pmax確定強(qiáng)徑檢測(cè)閾值ξ 2， _] ξ 2 = Pfflax/kx,其中，k3是大于1的整數(shù)，其取值需保證ξ2>> I1不等式成立。e、根據(jù)強(qiáng)徑檢測(cè)閾值ξ 2在信道沖擊響應(yīng)序列中進(jìn)行強(qiáng)徑識(shí)別，即選出所有功率 大于強(qiáng)徑檢測(cè)閾值ξ 2的有效徑。從而確定多徑分布中最后一個(gè)強(qiáng)徑的位置Is，最終得到 多徑時(shí)延分布中的強(qiáng)徑時(shí)延ts，τ s = Is-Ifo步驟三、根據(jù)所述判決參數(shù)從事先假定的多種信道類型中判決出當(dāng)前信道的類 型。具體實(shí)現(xiàn)的方法是I、事先假定工作環(huán)境的信道時(shí)延最大不會(huì)超過時(shí)延τ工=1536(通常傳播信道的 最大時(shí)延在幾十微秒量級(jí)，根據(jù)CMMB信號(hào)IOMHz的基帶采樣速率，傳播信道的多徑分布反 映到基帶數(shù)據(jù)上大概在幾百個(gè)樣點(diǎn)級(jí)別，因此這里選擇T1 = 1536可以涵蓋整個(gè)信道的多 徑分布范圍了)，根據(jù)有效徑分布特性的不同，選取K(K為整數(shù)，0 < K < T1)個(gè)不大于最 大時(shí)延T1的值做為檢測(cè)閾值Iii, i = 1，2，...K，0 < Jl1 < ... < nK< T1，所述K個(gè)閾 值把信道時(shí)延分布劃分成Κ+1個(gè)區(qū)間。分別把最強(qiáng)徑時(shí)延τ _、強(qiáng)徑時(shí)延^和最大時(shí)延 τ同K個(gè)閾值進(jìn)行比較，從而確定當(dāng)前信道的最強(qiáng)徑、最后一個(gè)強(qiáng)徑和最末徑落在哪個(gè)時(shí) 延區(qū)間內(nèi)。實(shí)際采用的檢測(cè)閾值在事先設(shè)定的閾值Jli的基礎(chǔ)上，根據(jù)當(dāng)前判決參數(shù)同歷史 判決參數(shù)相比得到的變化趨勢(shì)的不同而在一定的范圍內(nèi)浮動(dòng)。如果當(dāng)前時(shí)刻的判決參數(shù)同 歷史時(shí)刻的判決參數(shù)相比由小變大時(shí)，則檢測(cè)閾值n' i同事先設(shè)定的閾值Hi保持一致， 即n' i= Hi ；如果當(dāng)前時(shí)刻的判決參數(shù)同歷史時(shí)刻的判決參數(shù)相比由大變小時(shí)，則檢測(cè) 閾值n' i在事先設(shè)定的閾值1的基礎(chǔ)上下浮一定的偏移量，S卩n' i= ι-λ，其中， 入(λ >ο)為偏移量。
II、根據(jù)確定的這三個(gè)區(qū)間的狀態(tài)組合的不同，分別從短時(shí)延多徑信道、中等時(shí)延 多徑信道、長(zhǎng)時(shí)延多徑信道、等強(qiáng)多徑信道以及均分分布多徑信道做狀態(tài)匹配，找出狀態(tài)匹 配一致最多的信道，即認(rèn)為與當(dāng)前信道最接近的信道類型C。接收機(jī)每隔一定的時(shí)間估計(jì)新的信道類型C’，并同最近一次的歷史信道類型C相 比較。如果信道類型不發(fā)生變化，則保持當(dāng)前的信道估計(jì)方法不變，如果信道類型發(fā)生變 化，則根據(jù)當(dāng)前估計(jì)得到的信道類型C’調(diào)整相應(yīng)的信道估計(jì)方法。因?yàn)镃MMB信號(hào)中時(shí)隙信號(hào)長(zhǎng)度為25毫秒，所以對(duì)CMMB信號(hào)來說，接收機(jī)可以以 25毫秒為周期估計(jì)一次當(dāng)前信道的類型。在當(dāng)前信道類型同上一個(gè)時(shí)隙時(shí)刻信道類型相比 較的基礎(chǔ)上，判決是否需要更新當(dāng)前時(shí)隙的信道估計(jì)方法，從而達(dá)到信道狀態(tài)跟蹤以及自 適應(yīng)調(diào)整信道估計(jì)方法的目的。以上通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但這些并非構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限 制，例如本發(fā)明并不局限于CMMB系統(tǒng)，而適用于所有在移動(dòng)環(huán)境接收的無線通信系統(tǒng)。在 不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可做出許多變形和改進(jìn)，這些也應(yīng)視為 本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于訓(xùn)練序列的信道狀態(tài)跟蹤方法，其特征在于包括如下步驟步驟一、根據(jù) 已知訓(xùn)練序列得到信道沖擊響應(yīng)信息；步驟二、根據(jù)信道沖擊響應(yīng)信息確定用于表征信道 特性的判決參數(shù)；步驟三、根據(jù)所述判決參數(shù)從事先假定的多種信道類型中判決出當(dāng)前信 道的類型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟一所述的根據(jù)已知訓(xùn)練序列得到信 道沖擊響應(yīng)信息采用以下方法實(shí)現(xiàn)步驟A、對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻FFT變換得到頻域序列，取已知訓(xùn)練序列的共軛值，并同 該頻域序列進(jìn)行兩兩相乘，得到相干處理后的頻域訓(xùn)練序列；步驟B、對(duì)相干處理后的頻域訓(xùn)練序列進(jìn)行頻時(shí)IFFT變換得到信道沖擊響應(yīng)序列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟二所述的根據(jù)信道沖擊響應(yīng)信息確 定用于表征信道特性的判決參數(shù)采用以下方法實(shí)現(xiàn)步驟a、求信道沖擊響應(yīng)序列的平均功率值P。最強(qiáng)徑的功率值Pmax以及該最強(qiáng)徑在序 列中的位置Ifflax ；步驟b、根據(jù)平均功率值Pe和最強(qiáng)徑的功率值Pmax得到多徑檢測(cè)閾值ξ” I1 = max (^Pe, Pfflax/k2)；其中，Ic1和1 根據(jù)傳播信道的時(shí)延特性進(jìn)行配置，且Ic1和1 都是大于1 的正數(shù)；步驟c、根據(jù)多徑檢測(cè)閾值ξ ,在信道沖擊響應(yīng)序列中進(jìn)行有效徑識(shí)別，即選出所有功 率大于多徑檢測(cè)閾值ξ ！的有效徑，從而確定多徑分布中的首徑位置If和最末徑位置Id，最 終得到多徑時(shí)延分布中的最大時(shí)延τ和最強(qiáng)徑時(shí)延τ_，步驟d、根據(jù)最強(qiáng)徑功率值Pmax確定強(qiáng)徑檢測(cè)閾值ξ2，ξ 2 = Pmax/k3, ξ2>> I1 ；其 中，k3是大于1的整數(shù)，其取值需保證ξ 2 > > ξ工不等式成立；步驟e、根據(jù)強(qiáng)徑檢測(cè)閾值ξ 2在信道沖擊響應(yīng)序列中進(jìn)行強(qiáng)徑識(shí)別，即選出所有功率 大于強(qiáng)徑檢測(cè)閾值ξ 2的有效徑；根據(jù)所述有效徑確定多徑分布中最后一個(gè)強(qiáng)徑的位置Is， 最終得到多徑時(shí)延分布中的強(qiáng)徑時(shí)延ts，τ s = Is-Ifo
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟三所述根據(jù)判決參數(shù)從事先假定的 多種信道類型中判決出當(dāng)前信道的類型采用以下方法實(shí)現(xiàn)步驟I、事先假定工作環(huán)境的信道時(shí)延最大不會(huì)超過τ工，根據(jù)有效徑分布特性的不同， 選取K個(gè)不大于最大時(shí)延T1的值做為檢測(cè)閾值Jli, i = 1，2，...K，0 < η^... < ηκ < T1，所述K個(gè)閾值把信道時(shí)延分布劃分成Κ+l個(gè)區(qū)間；分別根據(jù)最強(qiáng)徑時(shí)延、強(qiáng)徑 時(shí)延Ts和最大時(shí)延τ的大小確定當(dāng)前信道的最強(qiáng)徑、最后一個(gè)強(qiáng)徑和最末徑落在哪個(gè)時(shí) 延區(qū)間；步驟II、根據(jù)確定的最強(qiáng)徑、最后一個(gè)強(qiáng)徑和最末徑三個(gè)時(shí)延區(qū)間的不同，分別從短時(shí) 延多徑信道、中等時(shí)延多徑信道、長(zhǎng)時(shí)延多徑信道、等強(qiáng)多徑信道以及均分分布多徑信道中 找出最接近的匹配值，確定為當(dāng)前信道的類型C。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于在步驟I中采用的檢測(cè)閾值在事先設(shè)定 的閾值Hi的基礎(chǔ)上，會(huì)根據(jù)當(dāng)前判決參數(shù)同歷史判決參數(shù)相比得到的變化趨勢(shì)的不同而在一定的范圍內(nèi)浮動(dòng)；如果當(dāng)前時(shí)刻的判決參數(shù)同歷史時(shí)刻的判決參數(shù)相比由小變大時(shí)， 則檢測(cè)閾值n' i同事先設(shè)定的閾值Hi保持一致，即n' i= Hi ；如果當(dāng)前時(shí)刻的判決 參數(shù)同歷史時(shí)刻的判決參數(shù)相比由大變小時(shí)，則檢測(cè)閾值n' i在事先設(shè)定的閾值Hi的 基礎(chǔ)上下浮一定的偏移量，S卩V ζι-λ。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于接收機(jī)每隔一定的時(shí)間估計(jì)新的信道類 型C’，并同最近一次的歷史信道類型C相比較；如果信道類型不發(fā)生變化，則保持當(dāng)前的信 道估計(jì)方法不變，如果信道類型發(fā)生變化，則根據(jù)當(dāng)前估計(jì)得到的信道類型C’調(diào)整相應(yīng)的 信道估計(jì)方法。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用于OFDM系統(tǒng)的基于訓(xùn)練序列的信道狀態(tài)跟蹤方法，包括如下步驟步驟一、根據(jù)已知訓(xùn)練序列得到信道沖擊響應(yīng)信息；步驟二、根據(jù)信道沖擊響應(yīng)信息確定用于表征信道特性的判決參數(shù)；步驟三、根據(jù)所述判決參數(shù)從事先假定的多種信道類型中判決出當(dāng)前信道的類型。本發(fā)明能使OFDM接收機(jī)在移動(dòng)接收環(huán)境下具有跟蹤信道變化的能力，可以根據(jù)信道變化相對(duì)調(diào)整信道估計(jì)方法，從而保證接收機(jī)在多種信道環(huán)境下都能工作在較優(yōu)工作狀態(tài)下。本發(fā)明特別適用于針對(duì)移動(dòng)環(huán)境接收而設(shè)計(jì)的無線通信系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H04L27/26GK102075474SQ200910201839
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2009年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月19日
發(fā)明者程鑫豪, 金方其, 陳肯 申請(qǐng)人:卓勝微電子(上海)有限公司