专利名称：采用去点频率域线性均衡的符号估计方法
技术领域：
本发明涉及一种在通信系统中采用去点频率域线性均衡的符号估计方法，根据本发明，通过去除了频率域信道零点所对应的频点，消除了信道零频点对于整个FFT块信号所造成的畸变。本发明特别适用于单载波通信系统。
背景技术：
随着第三代移动通信传输速率的提高，各个符号持续周期的降低，宽带无线通信系统面临的一个主要问题就是如何对抗由于多径衰落而造成的几十甚至上百个符号的时延扩展。为了在高速通信的环境中，能够有效地对抗频率选择性衰落，3GPP(第三代伙伴计划)的各项提案集中在了采用频分复用(FDM)的方式。频分多址系统中各用户频率正交，各用户信号所持续的符号周期不会随着用户数的增多而降低，不会加剧由于多径延迟而产生的符号间串扰的影响。
在3GPP组织中，有些公司提出采用正交频分复用(OFDM)方式，它的好处是采用正交频分的方式来使用户谱部分重叠，可以有效提高带宽利用率。然而，正交频分复用OFDM需要用户间严格同步，并且它的峰均比(PAPR)较高，使得用户端设备(UE)的功放动态范围的要求提高，因而提高了功放的成本。
带有循环前缀的单载波调制(SC)可有效地降低峰均比，并在对抗多径干扰方面与OFDM具有相似的性能，因此，在3GPP标准化组织的讨论中，单载波系统已经被各大公司所接受，因而将应用于上行无线通信。
在OFDM系统中，由于各个载波携带的符号不同，因此信号检测通常在频域进行，分别对每一个频点按照平衰落进行处理。在单载波系统中，由于多径延迟的影响，当前符号的内容会延迟后面的若干个符号，因此需要进行均衡处理，均衡算法分为时域均衡和频率域均衡。时域均衡器将若干个抽头的时域滤波器与接收信号进行卷积运算，而频率均衡器将接收信号变换到频率域，然后在各个频点去除信道的影响，并且在进行逆傅立叶变换后实现均衡。频率域均衡算法的实现复杂度较低，并且在频率域均衡算法中，线性均衡算法更为简单，收敛快速，是目前采用较多的均衡算法。
但是，现有技术存在如下所述的问题。
频率域线性均衡和频率域判决反馈均衡算法是目前应用较多的两种均衡算法。David Falconer，Sirikiat Lek Arisyavisitakul等人发表的题为，“White PaperFrequency domain equalization forsingle-carrier broadband wireless systems”的文章以及DavidFalconer，Sirikiat Lek Arisyavisitakul等人在2004年4月的IEEEcommunication magazine第58~66页上发表的题为“Frequencydomain equalization for single-carrier broadband wirelesssystems”的文章对此做了介绍。频率线性均衡处理实现框图如图1所示。发送信号经过信道衰落后到达接收天线，首先，在步骤S101，对接收到的信号进行成形滤波，然后在步骤S102，进行傅立叶变换，得到了位于每一个频点上的信号。在步骤S103，分别在每一个频点上对信道求逆，即对频率域的接收信号分别除以相应频点的信道衰落值，则可以得到发送符号的频域估计值，然后在步骤S104，进行逆傅立叶变换，从而得到单载波系统下的符号估计结果，在步骤S105，对估计出的符号进行解调得到各个比特的估计值。
频率判决反馈均衡器也是目前关注较多的均衡器，它的处理实现框图如图2所示。发送信号经过信道衰落后到达接收天线，首先，在步骤S201，对接收到信号进行成形滤波，然后在步骤S202，进行傅立叶变换，得到了位于每一个频点上的信号。在步骤S203，利用求得的频率滤波器系数序列W分别与每一个频点上的信号相乘，即，将频率域上的接收信号分别除以相应频点处的系数W1，然后在步骤S204，进行逆傅立叶变换，从而得到单载波系统符号估计z，在步骤S205，进行减法器操作，也就是，从z中减去在步骤S207处得到的时域反馈滤波器的输出。在步骤S206，对减法运算的差值进行检测，检测输出结果一方面输入到反馈滤波器，另一方面输入到解调器的输入端(步骤S208)，最后，在解调后得到发送信号的各个比特的估计值。
从以上的介绍可以看出，频率域线性均衡算法的实现特别简单。但是，由于它在进行处理时，将每个频点上的接收信号除以信道衰落，因此，当该频点上的信道衰落较小时，例如，信道衰落接近于零，则接收信号中的噪声分量在除以接近于零的信道衰落后，将会极大，从而给整个快速傅立叶变换带来较大的畸变，因而在单载波系统中，会影响整个FFT块中所有信号的检测。
参考文献[1]David Falconer，Sirikiat Lek Arisyavisitakul，etc，“White PaperFrequency domain equalization for single-carrierbroadband wireless systems.”[2]David Falconer，Sirikiat Lek Arisyavisitakul，etc，“Frequency domain equalization for single-carrier broadbandwireless systems，”IEEE communication magazine，April，2002，pp.58~66. H.Sari，G.Karam，and I.Jeanclaude，“FrequencyDomain Equalization of Mobile Radio and Terrestrial BroadcastChannels，”Proc.Globecom’94，San Francisco，CA，Nov.-Dec.1994，pp.1-5[4]H.Sari，G.Karam，and I.Jeanclaude，“TransmissionTechniques for Digital Terrestrial TV Broadcasting，”IEEECommun.Mag.，Vol 33，no.2，Feb.1995，pp.100-109发明内容为了克服上述现有技术中的缺陷提出了本发明。因此，本发明提出了一种在通信系统中采用去点频率域线性均衡的符号估计方法，根据本发明，通过去除了频率域信道零点所对应的频点，消除了信道零频点对于整个FFT块信号所造成的畸变。
为了实现上述目的，根据本发明，提出了一种在通信系统中采用去点频率域线性均衡的符号估计方法，所述方法包括步骤获取接收信号的位于每一个频点的频域信号；针对所述频域信号，分别在每一个频点上对各信道求逆；对所述频域信号执行去点处理，去除信道衰落低的相应发送符号的估计频点；以及对去点处理后的所述频域信号执行逆傅立叶变换，以便获取发送符号的符号估计。
优选地，所述获取接收信号的位于每一个频点的频域信号的步骤包括对接收信号执行逆成形滤波，以获取发送符号与各信道衰落向量的卷积信号；以及对所述卷积信号执行傅立叶变换，以获取接收信号的位于每一个频点的频域信号。
优选地，针对所述频域信号，分别在每一个频点上对各信道求逆的步骤包括利用所述频域信号除以各个频点上的信道衰落值来实现对各信道的求逆。
优选地，所述对所述频域信号执行去点处理的步骤包括以下步骤估计通信系统的接收信噪比；设置第一门限，所述第一门限为所述接收信噪比的倒数；依次比较各频点上的信道衰落值和第一门限；如果频点上的信道衰落值小于第一门限，则将该频点上的发送符号估计值设置为零；以及如果信道衰落值小于第一门限，则使该频点上的发送符号估计值保持不变。
优选地，所述对所述频域信号执行去点处理的步骤包括以下步骤设置第二门限，所述第二门限为固定值；依次比较各频点上的信道衰落值和第二门限；如果频点上的信道衰落值小于第二门限，则将该频点上的发送符号估计值设置为零；以及如果信道衰落值小于第二门限，则使该频点上的发送符号估计值保持不变。
优选地，所述通信系统为单载波通信系统。
因此，本发明提出了一种在通信系统中采用去点频率域线性均衡的符号估计方法。本发明基于线性均衡算法提出了去点处理算法，它通过去除频率域信道零点所对应的频点，消除了信道零点对于整个FFT块信号所造成的畸变，仿真结果表明通过该去点处理算法，比传统的线性频率域均衡算法可提高性能1~2dB。
通过参考以下结合附图对所采用的优选实施例的详细描述，本发明的上述目的、优点和特征将变得显而易见，其中图1是示出了根据现有技术的频率域线性均衡器的示意图；图2是示出了根据现有技术的频率域判决反馈均衡器的示意图；图3是示出了带有循环前缀的单载波系统发送端的示意图；图4是示出了单载波频域均衡中的块处理的示意图；图5是示出了根据本发明的采用去点频率域线性均衡的符号估计方法的示意图；图6是示出了根据本发明的符号估计方法中的去点处理示例的示意图；图7是示出了根据本发明的符号估计方法中的另一去点处理示例的示意图；以及图8是示出了本发明方法与传统方法的性能比较。
具体实施例方式
下面将参考图3来描述本发明所应用的系统配置。
作为示例，本发明采用了带有循环前缀的单载波系统，如图3所示，在发送端，在步骤S301，在发送信号中插入循环前缀，然后在步骤S302，进行成形滤波后将其发送出去。
在步骤S303，发送出去的信号要经过信道衰落的影响(参见文献3和4)。当循环前缀处理和FFT处理相结合时，频率域的均衡技术可以获得与OFDM系统同样低的复杂度、相近的性能、相同的接收效果、以及更低的峰均比。
带有循环前缀的单载波信号如图4所示，一个数据块的后P个符号被加到了数据块的前面而形成了循环前缀。
设一个FFT块中的发送符号序列为s＝[s1s2…sN]，FFT块中的符号个数为N，载有该发送符号的信号经过信道衰落到达接收端，其中信道衰落的阶次为L，另外，设相应的接收信号为y，则y＝h*s+n其中*为卷积运算符，n表示高斯白噪声。
下面将参考图5和6来描述根据本发明第一实施例的采用去点频率域线性均衡的符号估计方法。
如图5所示。发送信号经过信道衰落后到达接收天线。首先，在步骤S501，对接收到信号进行逆成形滤波，得到发送符号和信道衰落矩阵的卷积信号。在步骤S502，对其进行傅立叶变换，得到位于每一个频点上的信号。
在接收端，对接收到的信号y进行傅立叶变换后，则得到频域信号Y为Y＝HS+N在步骤S503，分别在每一个频点上对信道求逆，即对频率域的接收信号Yi分别除以相应频点的信道衰落值，则得到了发送符号的估计值 然后在步骤S504，进行去点处理。
第一实施例中的去点处理的操作如图6所示。首先在步骤S601，估计信噪比，然后在步骤S602，设置门限b为信噪比的倒数。在步骤S603，将频点序号索引初始化为1。之后，在步骤S604，判断信道衰落值和b的大小。如果Hi＜b，，则在步骤S605，令该频点上的估计符号S^i=0,]]>如果Hi＞b，则该频点上的发送符号估计值保持不变，即S~i=0|Hi|≤βS^i|Hi|>β]]>然后在步骤S606，对i加1，在步骤S607，判断是否所有的频点都已经处理完，如果未处理完，则回到步骤604。
在上述去点处理对所有的频点均进行处理之后，在步骤S505，进行逆傅立叶变换，从而得到单载波系统的符号估计结果，最后，在步骤S506，对估计出的符号进行解调，从而得到该符号的各个比特的估计值。
下面将参考图5和7来描述根据本发明第二实施例的采用去点频率域线性均衡的符号估计方法。
如图5所示。发送信号经过信道衰落后到达接收天线，首先，在步骤S501，对接收到的信号进行逆成形滤波，得到发送符号和信道衰落矩阵的卷积信号。在步骤S502，对其进行傅立叶变换，得到位于每一个频点上的信号。
在接收端，对接收到的信号y进行傅立叶变换后，得到频域信号Y为Y＝HS+N在步骤S503，分别在每一个频点上对信道求逆，即对频率域的接收信号Yi分别除以相应频点的信道衰落值，则得到了发送符号的估计值 然后在步骤S504，进行去点处理。
第二实施例中的去点处理的操作如图7所示。首先在步骤S701，设置门限a为一固定值，该值可查表或根据经验求得。在步骤S702，将频点序号索引初始化为1。之后，在步骤S703，判断信道衰落值和a的大小。如果Hi＜a，则在步骤S704，令该频点上的发送符号估计值S^i=0,]]>如果Hi＞a，则该频点上的发送符号估计值保持不变，即S~i=0|Hi|≤αS^i|Hi|>α]]>然后在步骤S705，对i加1，在S706，判断是否所有的频点都处理完，如果未处理完，则回到步骤703。
在上述去点处理对所有的频点均进行处理之后，在步骤S505，进行逆傅立叶变换，从而得到单载波系统的符号估计结果，最后，在步骤S506，对估计出的符号进行解调，从而得到该符号的各个比特的估计值。
本发明提出了一种在通信系统中采用去点频率域线性均衡的符号估计方法。在单载波系统中，频率域线性均衡算法由于具有实现简单、收敛速度快的优点而被广泛采用。本发明基于线性均衡算法提出了去点处理算法，它通过去除频率域信道零点所对应的频点，消除信道零频点对于整个FFT块信号所造成的畸变。
本发明的仿真条件可以采用64QAM调制，FFT块长度为512个符号，信道衰落为瑞利衰落，多径个数为5，噪声为高斯白噪声，仿真次数为800次。由此，仿真结果如图8所示，图8为与传统的线性频域均衡算法相比较的性能比较图。从图8中可以看出，去点频率均衡算法通过简单的去点处理，比传统的线性频率域均衡算法可提高性能1~2dB左右。
尽管以上已经结合本发明的优选实施例示出了本发明，但是本领域的技术人员将会理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种修改、替换和改变。因此，本发明不应由上述实施例来限定，而应由所附权利要求及其等价物来限定。
权利要求
1.一种在通信系统中采用去点频率域线性均衡的符号估计方法，所述方法包括步骤获取接收信号的位于每一个频点的频域信号；针对所述频域信号，分别在每一个频点上对各信道求逆；对所述频域信号执行去点处理，去除所述频域信号信道衰落低的频点；以及对去点处理后的所述频域信号执行逆傅立叶变换，以便获取发送符号的符号估计。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述获取接收信号的位于每一个频点的频域信号的步骤包括对接收信号执行逆成形滤波，以获取发送符号与各信道衰落向量的卷积信号；以及对所述卷积信号执行傅立叶变换，以获取接收信号的位于每一个频点的频域信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于针对所述频域信号，分别在每一个频点上对各信道求逆的步骤包括利用所述频域信号除以各个频点上的信道衰落值来实现对各信道的求逆。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述对所述频域信号执行去点处理的步骤包括以下步骤估计通信系统的接收信噪比；设置第一门限，所述第一门限为所述接收信噪比的倒数；依次比较各频点上的信道衰落值和第一门限；如果频点上的信道衰落值小于第一门限，则将该频点上的发送符号估计值设置为零；以及如果信道衰落值小于第一门限，则使该频点上的发送符号估计值保持不变。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述对所述频域信号执行去点处理的步骤包括以下步骤设置第二门限，所述第二门限为固定值；依次比较各频点上的信道衰落值和第二门限；如果频点上的信道衰落值小于第二门限，则将该频点上的发送符号估计值设置为零；以及如果信道衰落值小于第二门限，则使该频点上的发送符号估计值保持不变。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述通信系统为单载波通信系统。
全文摘要
根据本发明，提出了一种在通信系统中采用去点频率域线性均衡的符号估计方法，所述方法包括步骤获取接收信号的位于每一个频点的频域信号；针对所述频域信号，分别在每一个频点上对各信道求逆；对所述频域信号执行去点处理，去除所述频域信号信道衰落低的相应频点；以及对去点处理后的所述频域信号执行逆傅立叶变换，以便获取发送符号的符号估计。
文档编号H04L27/01GK101043486SQ20061007141
公开日2007年9月26日 申请日期2006年3月20日 优先权日2006年3月20日
发明者赵铮, 李继峰 申请人:松下电器产业株式会社