專利名稱：基于最大時(shí)延實(shí)時(shí)估計(jì)的mmse信道估計(jì)方法
基于最大時(shí)延實(shí)時(shí)估計(jì)的MMSE信道估計(jì)方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于無線通信中OFDM傳輸體制的信道估計(jì)技術(shù)，特別是一種基于最大時(shí) 延實(shí)時(shí)估計(jì)的MMSE信道估計(jì)方法。
背景技術(shù)：
信道估計(jì)對(duì)于相干OFDM傳輸系統(tǒng)十分重要，OFDM系統(tǒng)的信道估計(jì)方法大致分成 兩類盲估計(jì)和基于導(dǎo)頻的信道估計(jì)。盲估計(jì)方法可以在對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)完全未知的情況下完 成信道估計(jì)，所以盲信道估計(jì)方法可使發(fā)射機(jī)不必發(fā)送特殊的訓(xùn)練序列，從而提高了系統(tǒng) 的頻譜效率，但是該方法需要在接收到足夠多的數(shù)據(jù)情況下才能得到一個(gè)可靠的估計(jì)。對(duì) 于移動(dòng)通信系統(tǒng)，信道是時(shí)變的，需要大量的數(shù)據(jù)就限制了盲算法的應(yīng)用。目前實(shí)用的無線 OFDM信道估計(jì)一般是要借助于一定訓(xùn)練序列(導(dǎo)頻)來完成的。而且，對(duì)于衰落信道，信道 估計(jì)器還必須能跟蹤上時(shí)變信道的變化，這就需要訓(xùn)練數(shù)據(jù)以某種連續(xù)的方式插入到發(fā)送 序列中。
在基于導(dǎo)頻的OFDM信道估計(jì)算法中，無論是采用MMSE估計(jì)，還是Wiener插值濾 波，都需要已知信道的二階統(tǒng)計(jì)特性，這種統(tǒng)計(jì)特性對(duì)通信雙方來說是未知的。一種實(shí)用的 做法是，通過建立一個(gè)近似的信道模型，利用該模型假設(shè)的多徑時(shí)延自相關(guān)函數(shù)和多普勒 自相關(guān)函數(shù)，離線產(chǎn)生自相關(guān)矩陣或二維維納濾波器系數(shù)，分別應(yīng)用到MMSE均衡或維納濾 波過程中，實(shí)現(xiàn)信道估計(jì)，歐洲的DVB-T系統(tǒng)即采用了該種方法。
基于離線產(chǎn)生維納濾波器系數(shù)的方法雖然使最佳濾波的實(shí)現(xiàn)帶來了可能，但伴隨 的問題是當(dāng)實(shí)際信道與模型差距較大即產(chǎn)生失配時(shí)，會(huì)帶來一定性能的損失。特別是伴隨 著通信環(huán)境、地形的變化，有的屬于稠密多徑信道類型，有的屬于稀疏多徑類型，不同信道 情況使其最大多徑時(shí)延的長(zhǎng)度發(fā)生變化，此時(shí)，采用固定的多徑時(shí)延分布函數(shù)作為基準(zhǔn)，就 使得信道估計(jì)性能帶來損失。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于最大時(shí)延實(shí)時(shí)估計(jì)的匪SE信道估計(jì)方法，通過 對(duì)信道最大多徑時(shí)延的估計(jì)，自適應(yīng)地調(diào)整自相關(guān)函數(shù)值，獲得接近匹配時(shí)的最小均方誤 差(MMSE)估計(jì)效果，提高數(shù)據(jù)傳輸性能。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案為一種基于最大時(shí)延實(shí)時(shí)估計(jì)的匪SE信道估計(jì)方 法，針對(duì)最小二乘LS信道估計(jì)值，首先通過IDFT變換進(jìn)入時(shí)域，然后對(duì)時(shí)域估計(jì)值進(jìn)行能 量平均，得到近似的信道功率延遲分布，再利用該分布估計(jì)信道的最大多徑時(shí)延，隨后將信 道最大多徑時(shí)延的估計(jì)值代入公式，得到與實(shí)際信道最大多徑時(shí)延相匹配的相關(guān)函數(shù)，以 此進(jìn)行匪SE信道估計(jì)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為(1)在最小二乘估計(jì)的基礎(chǔ)上采用最大 時(shí)延實(shí)時(shí)估計(jì)的最小均方誤差(MMSE)的信道估計(jì)算法，針對(duì)最小二乘(LS)信道估計(jì)值，首 先通過IDFT變換進(jìn)入時(shí)域，然后對(duì)時(shí)域估計(jì)值在一定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行能量平均，得到近似的4信道功率延遲分布，再利用該分布估計(jì)信道的最大多徑時(shí)延，隨后將信道最大多徑時(shí)延的 估計(jì)值代入公式，得到與實(shí)際信道最大多徑時(shí)延相匹配的相關(guān)函數(shù)，以此進(jìn)行MMSE信道估 計(jì)。
(2)針對(duì)最小二乘信道受高斯白噪聲和子載波干擾影響很大的弊端，提出了一種 帶有最大時(shí)延實(shí)時(shí)估計(jì)的最小均方誤差(MMSE)的信道估計(jì)算法，本算法通過合理設(shè)置門 限值獲得準(zhǔn)確的信道最大多徑時(shí)延的估計(jì)值，然后進(jìn)行MMSE估計(jì)，這樣很大程度的抑制了 ICI和高斯白噪聲，進(jìn)而獲得近似理想的信道估計(jì)性能。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。


圖1是OFDM基帶信號(hào)模型。
圖2是OFDM系統(tǒng)信道特性的頻域表示。
圖3是基于最大時(shí)延實(shí)時(shí)估計(jì)的匪SE估計(jì)。
圖4是功率延遲分布為均勻分布時(shí)信道能量隨最大多徑時(shí)延數(shù)的分布。
圖5是功率延遲分布為負(fù)指數(shù)分布時(shí)信道能量隨最大多徑時(shí)延數(shù)的分布。
圖6是功率延遲分布為均勻分布時(shí)信道最大多徑時(shí)延估計(jì)結(jié)果。
圖7是功率延遲分布為負(fù)指數(shù)分布時(shí)信道最大多徑時(shí)延估計(jì)結(jié)果。
圖8是基于最大時(shí)延實(shí)時(shí)估計(jì)的MMSE算法誤符號(hào)率性能。
圖9是基于最大時(shí)延實(shí)時(shí)估計(jì)的MMSE算法均方誤差性能。
具體實(shí)施方式
OFDM系統(tǒng)框圖如圖1所示，經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換的調(diào)制數(shù)據(jù)進(jìn)入IDFT單元，然后在時(shí) 域內(nèi)增加循環(huán)前綴(Cyclic prefix, CP)，用以消除OFDM符號(hào)之間的干擾(Inter-symbol Interference, ISI)。采用的CP長(zhǎng)度大于信道最大時(shí)延，此時(shí)多徑的影響僅體現(xiàn)在CP內(nèi)， 信道的線性卷積轉(zhuǎn)化為循環(huán)卷積，頻率選擇性衰落信道此時(shí)也可以看作一組并行的高斯信 道，如圖2所示。
采用多徑衰落信道模型，包含M個(gè)路徑
權(quán)利要求
1.一種基于最大時(shí)延實(shí)時(shí)估計(jì)的匪SE信道估計(jì)方法，其特征在于針對(duì)最小二乘LS 信道估計(jì)值，首先通過IDFT變換進(jìn)入時(shí)域，然后對(duì)時(shí)域估計(jì)值進(jìn)行能量平均，得到近似的 信道功率延遲分布，再利用該分布估計(jì)信道的最大多徑時(shí)延，隨后將信道最大多徑時(shí)延的 估計(jì)值代入公式，得到與實(shí)際信道最大多徑時(shí)延相匹配的相關(guān)函數(shù)，以此進(jìn)行MMSE信道估 計(jì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于最大時(shí)延實(shí)時(shí)估計(jì)的MMSE信道估計(jì)方法，其特征在于 首先，對(duì)OFDM接收信號(hào)做DFT計(jì)算，獲得接收信號(hào)頻域矢量表達(dá)式y(tǒng) = Xh+n其中1為接收信號(hào)矢量，X為發(fā)送信號(hào)的對(duì)角陣，h為頻域信道矢量，η為零均值，方差 為ση2的復(fù)高斯噪聲矢量；其次，每一個(gè)數(shù)據(jù)幀中都將發(fā)送一個(gè)訓(xùn)練序列，當(dāng)發(fā)送序列X為導(dǎo)頻符號(hào)時(shí)，對(duì)信道h 作最小二乘LS估計(jì)，估計(jì)值表示為
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于最大時(shí)延實(shí)時(shí)估計(jì)的MMSE信道估計(jì)方法，其特征在于 最大時(shí)延實(shí)時(shí)估計(jì)過程是在時(shí)域?qū)崿F(xiàn)的，首先將信道頻域的LS估計(jì)結(jié)果I經(jīng)過IDFT變換 進(jìn)入時(shí)域，得到時(shí)域的LS估計(jì)I。N-I1 N-I^=去Σ W腦^ k=0
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于最大時(shí)延實(shí)時(shí)估計(jì)的MMSE信道估計(jì)方法，其特征在于 根據(jù)時(shí)域的LS估計(jì)值，采用滑動(dòng)窗口法，對(duì)I進(jìn)行能量平均，得到N時(shí)刻近似的信道功率延 遲分布δ=)‘1+IG .11.ΓIGW1Wi(N) A(N-IV). AWN<W N>Wis :二[1《⑴l2’l絃(2)Ι2·..，Ι《(Λ0Ι2]其中W為窗口長(zhǎng)度，I為時(shí)域的LS估計(jì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于最大時(shí)延實(shí)時(shí)估計(jì)的MMSE信道估計(jì)方法，其特征在于 利用。Γ，首先對(duì)前L個(gè)元素累加，得到循環(huán)前綴內(nèi)的信道能量，然后依次計(jì)算當(dāng) ke [1，L]時(shí)前k個(gè)抽頭的能量和，并與紹…⑷比較，如果在k = K處，比值超過設(shè)定的門 限，稱K即是信道最大多徑時(shí)延的估計(jì)值ΓIG.ΣIlSCGMM其中Threshold為所設(shè)定的門限^if -^7T7T-> Threshold then K = ME{oN\L)-(0) <llsW fe < q
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于最大時(shí)延實(shí)時(shí)估計(jì)的MMSE信道估計(jì)方法，其特征在于 將K代入自相關(guān)函數(shù)表達(dá)式，并利用已知的L和N值，計(jì)算出與實(shí)際信道最大多徑時(shí)延相匹 配的相關(guān)函數(shù)
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于最大時(shí)延實(shí)時(shí)估計(jì)的MMSE信道估計(jì)方法，其特征在于利用最大時(shí)延實(shí)時(shí)估計(jì)值，進(jìn)行最小均方誤差信道估計(jì)，得到信道估計(jì)值h
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于最大時(shí)延實(shí)時(shí)估計(jì)的MMSE信道估計(jì)方法，針對(duì)最小二乘LS信道估計(jì)值，首先通過IDFT變換進(jìn)入時(shí)域，然后對(duì)時(shí)域估計(jì)值進(jìn)行能量平均，得到近似的信道功率延遲分布，再利用該分布估計(jì)信道的最大多徑時(shí)延，隨后將信道最大多徑時(shí)延的估計(jì)值代入公式，得到與實(shí)際信道最大多徑時(shí)延相匹配的相關(guān)函數(shù)，以此進(jìn)行MMSE信道估計(jì)。本發(fā)明通過對(duì)信道最大多徑時(shí)延的估計(jì)，自適應(yīng)地調(diào)整自相關(guān)函數(shù)值，獲得接近匹配時(shí)的最小均方誤差(MMSE)估計(jì)效果，提高數(shù)據(jù)傳輸性能。
文檔編號(hào)H04L25/02GK102035765SQ20101054830
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月18日
發(fā)明者徐以濤, 王呈貴, 王金龍, 謝斯俊, 闞春榮, 陳瑾 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍理工大學(xué)