專利名稱：一種應(yīng)用于正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的信道估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中信道估計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，涉及一種應(yīng)用于正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的信道估計(jì)方法。
背景技術(shù)：
信道估計(jì)是對移動(dòng)通信信道的多徑衰落瞬時(shí)響應(yīng)進(jìn)行估計(jì)的技術(shù)，也就是從接收信號(hào)中估計(jì)出信道的沖激響應(yīng)。信道估計(jì)技術(shù)是正交頻分復(fù)用(英文全稱為OrthogonalFrequency Division Multiplexing,簡稱為OFDM)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一,也是系統(tǒng)可靠性與有效性的保障。
目前，OFDM系統(tǒng)的信道估計(jì)方法主要是基于導(dǎo)頻信號(hào)的信道估計(jì)，OFDM系統(tǒng)對導(dǎo)頻信號(hào)在點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)中等距離排列以實(shí)現(xiàn)信道最優(yōu)估計(jì)。估計(jì)過程主要是先估計(jì)出導(dǎo)頻點(diǎn)處信道值，然后再由導(dǎo)頻點(diǎn)信道值估計(jì)數(shù)據(jù)點(diǎn)處的信道值。信道估計(jì)準(zhǔn)則主要有最小二乘(英文全稱為Least Square,簡稱為LS)準(zhǔn)則、線性最小均方誤差(英文全稱為LinearMinimum Mean Square Error,簡稱為LMMSE)準(zhǔn)則等。其中LS算法簡單,但受噪聲和符號(hào)間干擾的影響很大。為了提高信道估計(jì)精度，主要使用LMMSE估計(jì)準(zhǔn)則，但是其計(jì)算復(fù)雜度較聞。為了便于實(shí)現(xiàn)，一般實(shí)際系統(tǒng)中，對基于導(dǎo)頻信號(hào)的OFDM系統(tǒng)信道估計(jì)時(shí)，首先利用LS算法估計(jì)導(dǎo)頻點(diǎn)信道值，然后使用簡化的LMMSE算法估計(jì)數(shù)據(jù)點(diǎn)信道值。簡化的LMMSE算法主要包括利用矩形模型來模擬信道延時(shí)譜、僅利用數(shù)據(jù)點(diǎn)周圍強(qiáng)相關(guān)導(dǎo)頻點(diǎn)信息進(jìn)行估計(jì)等。此外，這些算法還利用了導(dǎo)頻點(diǎn)等距排列的特征減少LMMSE濾波系數(shù)的
存儲(chǔ)量。對于邊界子載波附近的數(shù)據(jù)點(diǎn)，由于它們與用于估計(jì)的導(dǎo)頻點(diǎn)位置關(guān)系各不相同，因此濾波系數(shù)也不同，為了降低存儲(chǔ)量和計(jì)算量，這些算法一般都對邊界附近子載波估計(jì)采用了進(jìn)一步降低LMMSE濾波階數(shù)的方法。然而，邊界子載波附近的數(shù)據(jù)點(diǎn)信道估計(jì)可用信息少于一般的子載波，這種情況下再降低邊界估計(jì)時(shí)候的濾波階數(shù)，會(huì)帶來邊界估計(jì)性能的嚴(yán)重惡化。為了避開系統(tǒng)中的直流干擾，實(shí)際OFDM系統(tǒng)中在數(shù)據(jù)中間位置插有直流子載波。直流子載波不用于傳輸信息，它的存在造成了可用子載波的不連續(xù)性，由于它僅占一個(gè)子載波的空間，這些算法直接忽略直流子載波的對整個(gè)信道估計(jì)的影響。但是，對于高信噪比下、時(shí)延較大的信道，相關(guān)系數(shù)對LMMSE濾波系數(shù)起主要影響，而子載波間隔正是影響了濾波系數(shù)計(jì)算中的相關(guān)系數(shù)，因此這種情形下直流子載波位置附近的信道估計(jì)性能也很差。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種應(yīng)用于正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的信道估計(jì)方法，該信道估計(jì)方法利用了邊界子載波附近的強(qiáng)相關(guān)導(dǎo)頻點(diǎn)信息，很好地降低了邊界效應(yīng)；還考慮到直流子載波存在的特殊情況，使用虛擬導(dǎo)頻點(diǎn)代替那些間距不等的真實(shí)導(dǎo)頻點(diǎn)，有效抑制了直流子載波效應(yīng)，解決現(xiàn)有信道估計(jì)方法邊界子載波附近和直流子載波附近性能較差的問題。技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種應(yīng)用于正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的信道估計(jì)方法，該信道估計(jì)方法包括以下步驟10)設(shè)正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的導(dǎo)頻點(diǎn)的數(shù)量為N，直流子載波的位置處于第D號(hào)導(dǎo)頻點(diǎn)和第D+1號(hào)導(dǎo)頻點(diǎn)之間，N為大于等于3的整數(shù)，且D+1〈N;根據(jù)導(dǎo)頻點(diǎn)已知的發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)，估計(jì)導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值；20)根據(jù)步驟10)估計(jì)的導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值預(yù)測邊界外的虛擬導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值；30)根據(jù)步驟10)估計(jì)的導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值預(yù)測直流子載波兩側(cè)的虛擬導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值；
40)利用步驟10)得到的真實(shí)導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值以及步驟20)和步驟30)得到的虛擬導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值，估計(jì)數(shù)據(jù)點(diǎn)的信道值。有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果I.降低了邊界效應(yīng)。本發(fā)明所提出的信道估計(jì)方法對于邊界附近數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行信道估計(jì)時(shí)，利用已知導(dǎo)頻點(diǎn)預(yù)測邊界外的虛擬導(dǎo)頻點(diǎn)信道值，并將虛擬導(dǎo)頻點(diǎn)與真實(shí)導(dǎo)頻點(diǎn)結(jié)合共同用于數(shù)據(jù)點(diǎn)的信道估計(jì)，這樣充分利用了邊界子載波附近的強(qiáng)相關(guān)導(dǎo)頻點(diǎn)信息，很好地降低了邊界效應(yīng)。2.有效抑制了直流子載波效應(yīng)。本發(fā)明對直流子載波附近數(shù)據(jù)點(diǎn)信道估計(jì)時(shí)充分考慮到了直流子載波導(dǎo)致的導(dǎo)頻點(diǎn)間距不等的情況，對估計(jì)進(jìn)行了特殊處理先利用已知導(dǎo)頻點(diǎn)預(yù)測直流子載波兩側(cè)的虛擬導(dǎo)頻點(diǎn)信道值，然后將虛擬導(dǎo)頻點(diǎn)與真實(shí)導(dǎo)頻點(diǎn)結(jié)合組成的間距相等的導(dǎo)頻序列，再利用此導(dǎo)頻序列進(jìn)行數(shù)據(jù)點(diǎn)的信道估計(jì)，可以有效抑制直流子載波效應(yīng)。3.信道估計(jì)方法更加高效簡便。針對邊界效應(yīng)和直流子載波效應(yīng)，本方法統(tǒng)一采用了預(yù)測虛擬導(dǎo)頻點(diǎn)的方法，在進(jìn)行信道估計(jì)的時(shí)候，使用虛擬導(dǎo)頻點(diǎn)與真實(shí)導(dǎo)頻點(diǎn)結(jié)合的方法，使得邊界附近數(shù)據(jù)點(diǎn)和直流子載波附近數(shù)據(jù)點(diǎn)能夠與一般數(shù)據(jù)點(diǎn)采用同樣的濾波系數(shù)，使得信道估計(jì)更加高效簡便。4.本發(fā)明中預(yù)測同一邊界外虛擬導(dǎo)頻點(diǎn)時(shí)，每預(yù)測一個(gè)虛擬導(dǎo)頻點(diǎn)時(shí)所用到的導(dǎo)頻點(diǎn)序列之間的距離特征不變，因此預(yù)測所用濾波系數(shù)相同，從而減少了存儲(chǔ)量。5.本發(fā)明中預(yù)測直流子載波同一側(cè)的虛擬導(dǎo)頻點(diǎn)時(shí)，每預(yù)測一個(gè)虛擬導(dǎo)頻點(diǎn)時(shí)所用到的導(dǎo)頻點(diǎn)序列之間的距離特征不變，因此預(yù)測所用濾波系數(shù)相同，從而減少了存儲(chǔ)量。6.本發(fā)明中，若待估計(jì)的數(shù)據(jù)子載波與所用到的導(dǎo)頻點(diǎn)序列之間的距離特征相同，則這些待估計(jì)的數(shù)據(jù)子載波信道估計(jì)時(shí)所用濾波系數(shù)相同，從而減少了存儲(chǔ)量。


圖I為本發(fā)明的信道估計(jì)流程圖。圖2為本發(fā)明例舉的實(shí)施例中OFDM系統(tǒng)導(dǎo)頻點(diǎn)示意圖。圖3為本發(fā)明例舉的實(shí)施例中，使用本發(fā)明預(yù)測邊界外虛擬導(dǎo)頻點(diǎn)示意圖。
圖4為本發(fā)明例舉的實(shí)施例中，使用本發(fā)明預(yù)測直流子載波附近虛擬導(dǎo)頻點(diǎn)示意圖。 具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖，以一具體實(shí)例說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于所述實(shí)施例。如圖I所示，一種應(yīng)用于正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的信道估計(jì)方法，包括以下步驟10)設(shè)正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的導(dǎo)頻點(diǎn)的數(shù)量為N，直流子載波的位置處于第D號(hào)導(dǎo)頻點(diǎn)和第D+1號(hào)導(dǎo)頻點(diǎn)之間，N為大于等于3的整數(shù)，且D+1〈N;根據(jù)導(dǎo)頻點(diǎn)已知的發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)，估計(jì)導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值。在步驟10)中，采用如式(I)所示的最小二乘準(zhǔn)則估計(jì)導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值，
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的信道估計(jì)方法，其特征在于，該信道估計(jì)方法包括以下步驟 10)設(shè)正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的導(dǎo)頻點(diǎn)的數(shù)量為N，直流子載波的位置處于第D號(hào)導(dǎo)頻點(diǎn)和第D+1號(hào)導(dǎo)頻點(diǎn)之間，N為大于等于3的整數(shù)，且D+1〈N ;根據(jù)導(dǎo)頻點(diǎn)已知的發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)，估計(jì)導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值； 20)根據(jù)步驟10)估計(jì)的導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值預(yù)測邊界外的虛擬導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值； 30)根據(jù)步驟10)估計(jì)的導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值預(yù)測直流子載波兩側(cè)的虛擬導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值； 40)利用步驟10)得到的真實(shí)導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值以及步驟20)和步驟30)得到的虛擬導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值，估計(jì)數(shù)據(jù)點(diǎn)的信道值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的應(yīng)用于正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的信道估計(jì)方法，其特征在于，在所述的步驟10)中，采用如式(I)所示的最小二乘準(zhǔn)則估計(jì)導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值， Hp=[r(A:)/X0)fS(l) 其中，為最小二乘準(zhǔn)則估計(jì)出的導(dǎo)頻點(diǎn)信道值；Y(k)為第k個(gè)導(dǎo)頻點(diǎn)的接收信號(hào)；x(k)為第k個(gè)導(dǎo)頻點(diǎn)的發(fā)送信號(hào)，k=l, 2，…N ;T為數(shù)學(xué)符號(hào)，表示轉(zhuǎn)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的應(yīng)用于正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的信道估計(jì)方法，其特征在于，所述的步驟20)包括如下步驟 201)采用M階的自回歸模型進(jìn)行前向預(yù)測首先，利用估計(jì)出的第I號(hào)至第M號(hào)導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值，預(yù)測位于第I號(hào)導(dǎo)頻點(diǎn)前一個(gè)虛擬導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值，標(biāo)記為第O號(hào)導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值;Μ的取值范圍為1〈Μ〈Ν，且M為整數(shù)；然后，利用估計(jì)出的第O號(hào)至第M-I號(hào)導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值，預(yù)測位于第O號(hào)導(dǎo)頻點(diǎn)前一個(gè)虛擬導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值，標(biāo)記為第-I號(hào)導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值；依次遞推，直至預(yù)測出第-Μ/2+1號(hào)導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值； 202)采用M階的自回歸模型進(jìn)行后向預(yù)測首先，利用估計(jì)出的第Ν-Μ+1號(hào)至第N號(hào)導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值，預(yù)測位于第N號(hào)導(dǎo)頻點(diǎn)后一個(gè)虛擬導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值，標(biāo)記為第Ν+1號(hào)導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值；然后，利用估計(jì)出的第Ν-Μ+2號(hào)至第Ν+1號(hào)導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值，預(yù)測位于Ν+1號(hào)導(dǎo)頻點(diǎn)后一個(gè)虛擬導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值，標(biāo)記為第Ν+2號(hào)導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值；依次遞推，直至預(yù)測出第Ν+Μ/2號(hào)導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的應(yīng)用于正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的信道估計(jì)方法，其特征在于，所述的步驟30)包括以下步驟 301)采用M階的自回歸模型進(jìn)行前向預(yù)測 3011)利用估計(jì)出的第D+1號(hào)至第D+M號(hào)導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值，估計(jì)位于第D+1號(hào)導(dǎo)頻點(diǎn)前一個(gè)數(shù)據(jù)子載波上的虛擬導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值； 3012)利用估計(jì)出的第D+2號(hào)至第D+M+1號(hào)導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值，估計(jì)位于第D+2號(hào)導(dǎo)頻點(diǎn)前一個(gè)數(shù)據(jù)子載波上的虛擬導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值； 3013)依此類推，直到預(yù)測出第D+M/2號(hào)導(dǎo)頻點(diǎn)前一個(gè)數(shù)據(jù)子載波上的虛擬導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值，從而得到第D+1號(hào)至第D+M/2號(hào)共Μ/2個(gè)位于直流子載波后面的虛擬導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值； 302)采用M階的自回歸模型進(jìn)行后向預(yù)測3021)利用估計(jì)出的第D-M+1號(hào)至第D號(hào)導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值，估計(jì)位于第D號(hào)導(dǎo)頻點(diǎn)后一個(gè)數(shù)據(jù)子載波上的虛擬導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值； 3022)利用估計(jì)出的第D-M號(hào)至第D-I號(hào)導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值，估計(jì)位于第D-I號(hào)導(dǎo)頻點(diǎn)后一個(gè)數(shù)據(jù)子載波上的虛擬導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值； 3023)依此類推，直到估計(jì)出第D-M/2+1號(hào)導(dǎo)頻點(diǎn)后一個(gè)數(shù)據(jù)子載波上的虛擬導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值，從而得到第D-M/2+1號(hào)至第D號(hào)共M/2個(gè)位于直流子載波前面的虛擬導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的應(yīng)用于正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的信道估計(jì)方法，其特征在于，所述的步驟40)，根據(jù)M階自回歸滑動(dòng)平均模型，對于位于第k號(hào)導(dǎo)頻點(diǎn)和第k+Ι號(hào)導(dǎo)頻點(diǎn)之間的子載波，其信道值由位于該子載波兩邊各M/2個(gè)導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值加權(quán)相加得到，加權(quán)系數(shù)為濾波系數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的應(yīng)用于正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的信道估計(jì)方法，其特征在于， 若k〈M/2，選擇第k-M/2+l號(hào)至第O號(hào)的邊界外虛擬導(dǎo)頻點(diǎn)與第I號(hào)至第k+M/2號(hào)真實(shí)導(dǎo)頻點(diǎn)組合成的導(dǎo)頻序列，進(jìn)行濾波，得到信道值； 若k>N-M/2，選擇第k-M/2+l號(hào)至第N號(hào)真實(shí)導(dǎo)頻點(diǎn)與第N+1號(hào)至第k+M/2號(hào)的邊界外虛擬導(dǎo)頻點(diǎn)組合成的導(dǎo)頻序列，進(jìn)行濾波，得到信道值； 若k>D-M/2，且待估計(jì)數(shù)據(jù)點(diǎn)子載波位于直流子載波之前，選擇第k-M/2+l號(hào)至第D號(hào)的真實(shí)導(dǎo)頻點(diǎn)與第D+1號(hào)至第k+M/2號(hào)直流子載波后虛擬導(dǎo)頻點(diǎn)組合成的導(dǎo)頻序列，進(jìn)行濾波，得到信道值； 若k〈D+M/2，且待估計(jì)數(shù)據(jù)點(diǎn)子載波位于直流子載波之后，選擇第k-M/2+l號(hào)至第D號(hào)的直流子載波前虛擬導(dǎo)頻點(diǎn)與第D+1號(hào)至第k+M/2號(hào)真實(shí)導(dǎo)頻點(diǎn)組合成的導(dǎo)頻序列，進(jìn)行濾波，得到信道值； 對于位于其他位置的數(shù)據(jù)點(diǎn)子載波，選擇兩邊各M/2個(gè)真實(shí)導(dǎo)頻點(diǎn)為導(dǎo)頻序列，進(jìn)行濾波，得到信道值。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至6任一項(xiàng)所述的應(yīng)用于正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的信道估計(jì)方法，其特征在于，所述的自回歸模型和自回歸滑動(dòng)平均模型都為最小均方意義上的線性濾波，采用自回歸模型和自回歸滑動(dòng)平均模型進(jìn)行信道估計(jì)時(shí)，采用M階線性最小均方誤差準(zhǔn)則，如式(2)所示， HLUmse =CX=Riffli (Rha +^1)-式⑵ 其中，片 /Λ/ΗΓ為數(shù)據(jù)點(diǎn)的信道值，C為MX I階濾波系數(shù)向量MX I階用于濾波的導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值向量IXM階數(shù)據(jù)點(diǎn)與導(dǎo)頻點(diǎn)向量的互相關(guān)向量，Rha為MXM階導(dǎo)頻點(diǎn)的自相關(guān)矩陣，β為調(diào)制系數(shù)，SNR為信噪比，I為單位陣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的信道估計(jì)方法，包括以下步驟10)根據(jù)導(dǎo)頻點(diǎn)已知的發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)，估計(jì)導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值；20)根據(jù)步驟10)估計(jì)的導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值預(yù)測邊界外的虛擬導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值；30)根據(jù)步驟10)估計(jì)的導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值預(yù)測直流子載波兩側(cè)的虛擬導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值；40)利用步驟10)得到的真實(shí)導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值以及步驟20)和步驟30)得到的虛擬導(dǎo)頻點(diǎn)的信道值，估計(jì)數(shù)據(jù)點(diǎn)的信道值。該信道估計(jì)方法利用了邊界子載波附近的強(qiáng)相關(guān)導(dǎo)頻點(diǎn)信息，降低了邊界效應(yīng)；還考慮到直流子載波存在的特殊情況，使用虛擬導(dǎo)頻點(diǎn)代替那些間距不等的真實(shí)導(dǎo)頻點(diǎn)，有效抑制了直流子載波效應(yīng)。
文檔編號(hào)H04L25/02GK102882813SQ20121029555
公開日2013年1月16日 申請日期2012年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月17日
發(fā)明者張華 , 沈啟辰 申請人:東南大學(xué)