正交頻分復用系統的信道估計方法
【專利摘要】本發明涉及一種OFDM系統的信道估計方法，包括以下步驟：從接收信號的OFDM符號中提取導頻數據；對相鄰OFDM符號之間對應的導頻子載波上的數據進行相位差分處理；將高低導頻符號求得的相位差分處理值進行差分處理而得到第一高低導頻符號差分處理值；利用第一高低導頻符號差分處理值補償相位差分處理值以去除采樣時鐘誤差，并依據去除了采樣時鐘誤差的相位差分處理值得到第二高低導頻符號差分處理值；利用兩個高低導頻符號差分處理值對塊導頻上的信道估計值進行補償，得到塊導頻信道估計值；利用長前導信道估計值與本地信道估計值共軛計算出長前導信道估計值；以及利用塊導頻信道估計值和長前導信道估計值補償出非塊導頻上的信道頻域響應。
【專利說明】正交頻分復用系統的信道估計方法

【技術領域】
[0001] 本發明屬于通信【技術領域】，涉及正交頻分復用（0FDM)通信系統中的信道估計方 法。

【背景技術】
[0002] 正交頻分復用（0FDM)技術具有高效的頻譜利用率、良好的抗多徑衰落性能等，是 第四代移動通信（4G)的關鍵技術之一。目前，0FDM技術以及廣泛應用于非對稱數字用戶 線（ADSL)、數字音頻廣播（DAB)和數字電視廣播（DVB)、IEEE802. 1UIEEE802. 16以及電力 線寬帶數據通信等領域。
[0003] 0FDM的基本原理如下，將高速的數據流進行串并轉換，然后分配到傳輸速率相對 較低的若干個子信道上分別傳輸。子信道中的符號周期相對增加，因此可以有效抵抗無線 信道中多徑延遲效應。此外，在0FDM符號之間插入保護間隔，其中保護間隔應大于無線信 道的最大時延擴展，這樣即可最大限度地消除多徑帶來的符號間干擾（ISI)，如果保護間隔 采用循環前綴，又可避免由多徑帶來的信道間干擾（ICI)。
[0004] 0FDM通信系統原理如圖1所示。在發射端，對輸入數據an(二進制比特流、圖像或 隨機序列）采用正交幅度調制QAM或相移鍵控調制PSK進行預調制，得到頻域信號X (η)，對 Χ(η)進行串并轉換和快速傅立葉反變換IFFT后得到時域信號χ(η)，該時域信號依次經并 串轉換、數模轉換以及低通濾波器后得到實際發送信號s(t)。同理，0FDM的接收端對上述 發射端進行逆過程處理。
[0005] 0FDM技術將頻率選擇性信道轉換成平坦衰減的子信道，因此在實際應用中，僅需 要簡單的頻域均衡技術就允許進行高速率的數據傳輸。當然要獲得高的性能，就必須對信 道的傳輸函數進行準確估計。在0FDM系統中，估計信道傳輸函數的方法之一是基于頻域導 頻和插值技術的信道估計方法，其主要原理是在發射端將導頻符號插入數據符號中，在接 收端從數據符號中取出導頻符號并獲得導頻符號位置處子信道傳輸函數的估計，兩個導頻 符號位置之間的子信道傳輸函數通過插值的方法獲得。
[0006] 0FDM系統的信道估計主要可以分為兩類：一類是信道的非盲估計，如基于訓練序 列和導頻的信道估計；另外一類是信道的盲估計，如基于0FDM符號的循環前綴的估計。
[0007] 常用到的估計算法有最小平方差（LS)算法、線性最小均方誤差（LMMSE)算法、最 大似然算法(ML)、SVD算法和基于DFT變換等方法。在這些方法中，LS算法比較簡單，易于 實現，其他算法復雜度均較高。
[0008] 假如系統采用的載波中心頻率為512MHz，當移動速度為40Km/h時，最大多普勒頻 移為19Hz ;當移動速度為60Km/h時，最大多普勒頻移為28. 4Hz。在這種最大多普勒頻移比 較小的場景下，每一個0FDM符號內子載波間的干擾可以忽略（通過仿真也可以看出）。但 當幀長較長時（例如幀長8. 4ms，每幀84個0FDM符號），由于信道的時變性，通過前導估計 的信道不能用于整幀信號的均衡。因此，要想獲得可靠的接收性能，要跟蹤信道的變化情 況。


【發明內容】

[0009] 本發明所要解決的技術問題是提供一種OFDM系統的信道估計方法，它是基于一 種簡易有效的塊導頻插入技術。
[0010] 本發明為解決上述技術問題而采用的技術方案是提出一種0FDM系統的信道估計 方法，包括以下步驟：從接收信號的0FDM符號中提取導頻數據；對相鄰0FDM符號之間對應 的導頻子載波上的數據進行相位差分處理，得到相位差分處理值；將高低導頻符號求得的 相位差分處理值進行差分處理，得到第一高低導頻符號差分處理值；利用該第一高低導頻 符號差分處理值補償該相位差分處理值，以去除該相位差分處理值中的采樣時鐘誤差，并 依據去除了采樣時鐘誤差的相位差分處理值得到第二高低導頻符號差分處理值；利用估計 得到的第一高低導頻符號差分處理值和該第二高低導頻符號差分處理值對塊導頻上的信 道估計值進行補償，得到塊導頻信道估計值；利用長前導信道估計值與本地信道估計值共 軛計算出長前導信道估計值；以及利用該塊導頻信道估計值和該長前導信道估計值補償出 非塊導頻上的信道頻域響應。
[0011] 在本發明的一實施例中，在進行該相位差分處理時，忽略噪聲以及載波間干擾。
[0012] 在本發明的一實施例中，利用該塊導頻信道估計值和該長前導信道估計值補償出 非塊導頻上的信道頻域響應的步驟包括：利用線性內插法進行補償。
[0013] 在本發明的一實施例中，在利用該塊導頻信道估計值和該長前導信道估計值補償 出非塊導頻上的信道頻域響應的步驟后還包括：對補償后的數據進行均衡。
[0014] 在本發明的一實施例中，對補償后的數據進行均衡的步驟是忽略噪聲和干擾項。
[0015] 在本發明的一實施例中，對補償后的數據進行均衡的步驟后還包括：在利用該塊 導頻信道估計值和該長前導信道估計值補償對均衡后的數據進行補償。
[0016] 本發明所提出的0FDM系統的信道估計方法由于基于插入塊導頻進行了信道跟蹤 補償，從而在性能優良與工程實現簡單之間實現了均衡，具有良好的實用價值，便于工程實 現。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 為讓本發明的上述目的、特征和優點能更明顯易懂，以下結合附圖對本發明的具 體實施方式作詳細說明，其中：
[0018] 圖1是現有0FDM通信系統的原理框圖；
[0019] 圖2是依據本發明一實施例的0FDM信道估計方法的數據幀格式圖；
[0020] 圖3是本發明一實施例的0FDM信道估計方法的流程框圖；
[0021] 圖4是移動速度為60Km/h QPSK調制頻域線性插值性能仿真圖。
[0022] 圖5是移動速度為120Km/h時頻域線性插值性能仿真圖。

【具體實施方式】
[0023] 本發明的實施例描述了一種基于分段線性法的塊導頻插入方法的信道估計算法。
[0024] 本發明的實施例采用基于分段線性法的塊導頻插入方法跟蹤信道的變化。所謂 分段線性，即用逐段的小直線段連成的曲線來分別描繪多徑信道的每條可辨路徑的變化趨 勢。由數學知識，任意曲線都可以由任意短的小直線段連成的曲線來逼近，因此只要小直線 段長度足夠短，可以用分段線性的模型來精確描述信道每一條可辨路徑的變化。顯然，用分 段線性來描述多徑信道的路徑衰落時變特性，需要知道每一條小線段的變化趨勢，即小線 段的斜率，即利用循環去前綴或連續的OFDM符號來提取這一變化信息。在本發明的實施例 中，利用導頻來獲得信道的局部信息，然后再做進一步均衡處理。
[0025] 考慮包含1024個子載波的0FDM系統，則在一個0FDM符號傳輸間隔內，等效復基 帶信號可以表示為：
[0026]

【權利要求】
1. 一種正交頻分復用（OFDM)系統的信道估計方法，包括以下步驟： 從接收信號的OFDM符號中提取導頻數據； 對相鄰OFDM符號之間對應的導頻子載波上的數據進行相位差分處理，得到相位差分 處理值； 將高低導頻符號求得的相位差分處理值進行差分處理，得到第一高低導頻符號差分處 理值； 利用該第一高低導頻符號差分處理值補償該相位差分處理值，以去除該相位差分處理 值中的采樣時鐘誤差，并依據去除了采樣時鐘誤差的相位差分處理值得到第二高低導頻符 號差分處理值； 利用估計得到的第一高低導頻符號差分處理值和該第二高低導頻符號差分處理值對 塊導頻上的信道估計值進行補償，得到塊導頻信道估計值； 利用長前導信道估計值與本地信道估計值共軛計算出長前導信道估計值；以及 利用該塊導頻信道估計值和該長前導信道估計值補償出非塊導頻上的信道頻域響應。
2. 如權利要求1所述的OFDM系統的信道估計方法，其特征在于，在進行該相位差分處 理時，忽略噪聲以及載波間干擾。
3. 如權利要求1所述的OFDM系統的信道估計方法，其特征在于，利用該塊導頻信道估 計值和該長前導信道估計值補償出非塊導頻上的信道頻域響應的步驟包括：利用線性內插 法進行補償。
4. 如權利要求1所述的OFDM系統的信道估計方法，其特征在于，在利用該塊導頻信道 估計值和該長前導信道估計值補償出非塊導頻上的信道頻域響應的步驟后還包括：對補償 后的數據進行均衡。
5. 如權利要求4所述的OFDM系統的信道估計方法，其特征在于，對補償后的數據進行 均衡的步驟是忽略噪聲和干擾項。
6. 如權利要求4所述的OFDM系統的信道估計方法，其特征在于，對補償后的數據進行 均衡的步驟后還包括：在利用該塊導頻信道估計值和該長前導信道估計值補償對均衡后的 數據進行補償。
【文檔編號】H04L25/02GK104253772SQ201310270090
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2013年6月28日 優先權日:2013年6月28日
【發明者】劉輝 申請人:中國電子科技集團公司第五十研究所