专利名称：一种多径衰落信道的信道路径估计搜索方法
技术领域：
本发明涉及到第三代时分同步码分多址移动通信系统(简称TD-SCDMA系统)的多径衰落信道的信道路径估计搜索方法。
背景技术：
在TD-SCDMA系统中信号的传输通常受到多径衰落、噪声和多址干扰的影响，特别是在受噪声污染的高色散和多径信道中，接收信号的同步越来越难以保持，用户特征码的正交性随之降低，信道的准确估计愈来愈困难。
多径信号具有与噪声显著不同的特征，多径信号的能量分布通常集中在信号空间的较小范围内，而噪声谱通常均匀分布于较大的范围内。同时，在慢衰落信道中，多径信号幅度和相位比较延迟而言变化更快，而且更易受到噪声的影响。通常，复杂的无线传输信道可由一个稀疏长度的有限冲激响应模拟，其中，信道特征参数包括复传输衰落和延时。如在典型的城市无线信道环境中，多径数通常为2～6条。参数化的信道模型可以大大减小信道矩阵和信号子空间维数，提高估计器和均衡器的性能。因此，准确的信道估计和传输路径搜索具有重要意义。
在现有技术Steiner信道估计器中，信道估计采用循环移位的基本训练序列码(简称为midamble码)作为训练序列，不同终端用户使用不同位移来区分。根据循环移位的特点，可以利用快速离散傅立叶变换对接收的训练序列计算它的频率响应，然后与本地的参考训练序列的频率响应作比较，对比较后的输出经过快速离散反傅立叶变换，得到初步的信道冲激响应估计。这种方法提供了一种快速、低代价的信道估计方法。但是，这种方法的输出信号通常受到信道噪声和处理过程中放大的噪声的影响，导致接收端误码率上升，解调性能下降。
目前，现有技术中信道估计改进的方法，通常是直接对Steiner信道估计进行后级门限处理。其中一种方法是根据最强径功率的一定比例选取门限，另一种方法是根据估计的噪声功率的一定倍数设置门限。然后，根据选取的硬门限提取信道冲激响应。专利ZL01130907.5采用了迭代信道估计的方法，即在接收信号经过匹配滤波、多径信号搜索和解扩解绕后，对分离的多径信号进行第一级信道估计并去掉干扰。然后，对第一级去掉干扰后的多径信号进行第二级的匹配滤波和解扩解绕，再进行第二级信道估计。此方法的缺点是需要进行多级信道估计，既增加了信息处理的复杂度又加大了估计时延。
发明内容
本发明搜索方法从降低噪声的途径实现信道估计、路径搜索获取概率的提高。所谓获取概率是指根据仿真的3GPP多径衰落信道模型，计算统计意义上的实际正确提取的信道冲激响应估计的多径数与应该接收到的多径数的比值。Teager-Kaiser算子(简称为TK算子)作为一个抑制噪声提取信号特征的鲁棒非线性滤波器，已被用来提取声音特征参数以提高语音识别。由于对冲激噪声不敏感，它也在图像边缘识别和增强中得到应用。根据无线传输信道参数模型通常可由一个稀疏长度的有限冲激响应模拟的特点，可以将Teager-Kaiser算子的局部平滑和高通特性应用于信道估计和路径搜索。利用Teager-Kaiser算子通过低复杂度非线性能量处理抑制Steiner估计器输出中的随机噪声，并且准确提取其中的多径信号，从而达到提高信道路径估计搜索精度的目的，使后级联合检测的性能得到提高。
本发明搜索方法采用Teager-Kaiser能量算子对Steiner信道估计器输出的初步信道冲激响应信号进行处理，其Teager-Kaiser能量算子运算结果的共轭项消除了路径相移随机分布带来的影响，差分项则较好的保持了信号，再利用经Teager-Kaiser算子处理的信道冲激响应信号计算功率和估计噪声功率并设置门限，然后按门限分别提取每个用户窗的信道冲激响应，受到抑制的噪声被置零，这样更加准确地提取了多径信号。本发明搜索方法可以显著区分有效多径信号和噪声所导致的伪径，保留其中的有效多径信息，去除了伪径和噪声。
图1是TD-SCDMA系统突发结构示意2是Steiner估计器估计信道冲激响应后再取门限的现有技术信号处理流程示意3是本发明搜索方法信号处理流程示意4是采用本发明搜索方法和采用现有技术门限处理方法的信道路径估计获取概率比较5是采用本发明搜索方法和采用现有技术门限处理方法的ZF迫零联合检测性能比较图下面结合附图及实施例对本发明搜索方法作进一步的说明。
图1是TD-SCDMA系统突发结构示意图。如图1所示，用户终端和基站通信的信息放在数据符号块两边，中间midamble码144个码片不经过编码和扩频等步骤直接作为训练序列送到发送模块。在同一小区中，所有用户采用相同的基本midamble码，但不同的用户采用不同的midamble移位。在不同的小区中，采用不同的基本midamble码，选取原则为它们之间的互相关性很小，通常假设在完全同步的情况下忽略不计。
图2是Steiner估计器估计信道冲激响应后再取门限的现有技术信号处理流程示意图。由图可知，本地midamble码和接收midamble码分别输入Steiner估计器，在Steiner估计器处理后得到初步的信道冲激响应信号，再经过功率计算和噪声功率估计，然后选取门限并按照门限提取信道冲激响应。
图3是本发明搜索方法流程示意图。从图3可知，与现有技术相比，在Steiner信道估计器估计输出后，采用Teager-Kaiser能量算子对Steiner信道估计器得到的初步信道冲激响应信号进行处理。由于Teager-Kaiser算子作为一个抑制噪声提取信号特征的鲁棒非线性滤波器，Teager-Kaiser能量算子运算结果的共轭项消除了路径相移随机分布带来的影响，差分项则较好的保持了有效多径信号，降低了噪声和去除了随机相位。计算Teager-Kaiser能量算子运算结果的模值即得到初步信道冲激响应经处理后的功率值，在此基础上估计的噪声功率将比现有技术更为准确，然后，设置门限并按门限提取信道冲激响应。显然，由于采用了Teager-Kaiser能量算子对Steiner信道估计器估计输出初步信道冲激响应估计进行处理，有效的抑制了Steiner估计器输出中的随机噪声，并且准确的提取了其中的多径信号，从而提高了信道路径估计搜索精度，使后续联合检测的性能得到提高。
运算分析假设连续时间Steiner信道估计每一条径可表示为理想三角函数h(t)=Σl=1LαlΛ(t-τl,Tc)ejθl---(1)]]>其中 为一个具有长度2Tc，以零点为中心的三角函数。这里αl，θl，τl分别为第l条径的幅度、相位和延迟。
考虑到随机噪声的影响，连续时间的Steiner信道估计的频率响应可用下式表示H(ω)=Σl=1Lαle-j(ωτl-θl)+N(ω)---(3)]]>其中第一项是L条径的频率响应之和，第二项为随机噪声n(t)的频率响应。
而连续时间的Steiner信道估计(1)经过Teager-Kaiser算子处理后可用下式表示ψc[h(t)]=h(t)h*(t)-12[h(t-1)h*(t+1)+h(t+1)h*(t-1)]]]>1Tc2[(Σl=1Lαlsgn(t-τl)Π(t-τl,Tc)cosθl)2+(Σl=1Lαlsgn(t-τl)Π(t-τl,Tc)sinθl)2]]]>+12Tc[h*(t)(Σl=0Lαlδ(t-τl)ejθl)+h(t)(Σl=0Lαlδ(t-τl)e-jθl)]---(4)]]>这里
为一个具有长度2Tc，以零点为中心的矩形函数，sgn(t)是符号函数，h*(t)表示对h(t)取共轭。
从式(3)和(4)的对比可以看出，Steiner信道估计输出的初步信道冲激响应估计经过Teager-Kaiser算子的处理后，很明显的是Teager-Kaiser算子的局部平滑特性抑制了其中的噪声项，同时高通滤波很好地保持了有效多径信号项。
在TD-SCDMA系统中，从144个训练码片去掉前端的16个可能受到符号间干扰的码片，得到128个信道估计训练码片。经过128点离散傅立叶变换和离散反傅立叶变换后，得到128点的离散时间Steiner信道冲激响应估计。由于小区用户数kcell＝8，则每个用户窗的长度为16，经过Teager-Kaiser算子处理后，可用下式表示tk，m＝ψd[hk，m]，m＝1，…，16(6)这里hk，m是第k个用户窗中的第m个信道冲激响应。
由于Teager-Kaiser算子为能量算子，计算式(6)的模值即为初步信道冲激响应经处理后的功率值pk，m＝||tk，m||，m＝1，…，16(7)根据功率最大值选取第一个门限λ1＝k1max(pk，m)(8)其中比例系数k1可根据实际情况在0.3～0.5中取值。
将大于该门限的判决为多径信号，小于该门限的所有功率值视为噪声，然后计算估计的噪声方差σ2即得噪声功率。
再根据噪声功率的倍数选取第二个门限λ2＝k2σ2(9)其中倍数k2可根据实际情况在3～8中取整数值。然后确定总的门限λ=λ1ifλ1>λ2λ2ifλ1≤λ2---(10)]]>
根据门限从Steiner信道冲激响应估计中提取有用的多径信号。
仿真试验为验证本发明搜索方法的实际效果，仿真试验了TD-SCDMA下行链路。
仿真试验条件小区用户数kcell＝8、激活码道数为8个、调制方式为QPSK、扩频因子SF＝16、信道模型采用3GPP建议的多径信道模型casel，该模型具有两个不同的路径，其中第二条路径相对于第一条路径的衰落和延迟分别为10dB和2928ns。
仿真试验中，首先计算从10000点中实际搜索到的路径，然后与理想的多径数相比，得到统计意义上的获取概率。
图4是采用本发明搜索方法和采用现有技术中门限处理方法的信道路径估计获取概率比较图。其中横坐标是信噪比Eb/N0，纵坐标为有效多径信号的获取概率。曲线(1)表示采用本发明搜索方法，曲线(2)表示采用现有技术的Steiner估计器估计信道冲激响应后再取门限的方法。由曲线(1)、曲线(2)比较可知，在信噪比为-10至6dB的范围内，采用本发明搜索方法提高了信道路径估计获取概率大约10％，其等价于约10dB，显著抑制了噪声，较大提高了信道冲激响应估计后多径信号搜索的准确率。
图5是采用本方法和采用常规门限处理方法的ZF迫零联合检测性能比较图。其中横坐标是信噪比Eb/N0，纵坐标为联合检测接收机接收判决的平均原始误码率。曲线(1)表示采用本发明搜索方法，曲线(2)表示采用现有技术的Steiner估计器估计信道冲激响应后再取门限的方法。。由曲线(1)、曲线(2)比较可知，在信噪比为0至20dB的范围内，采用本发明搜索方法的平均原始误码率均比现有技术方法低，明显的提高了联合检测性能。
本发明搜索方法还可有其他多种实施例，在不背离本发明搜索方法的精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可相据本发明搜索方法作出各种相应的改变或变形，但这些相应的改变或变形均属于本发明搜索方法的权利要求保护范围。
权利要求
1.一种TD-SCDMA系统的多径衰落信道的信道路径估计搜索方法，采用Steiner信道估计器得到初步的信道冲激响应信号，设置门限提取信道冲激响应，其特征在于采用Teager-Kaiser能量算子对Steiner信道估计器输出的初步信道冲激响应信号进行处理，其Teager-Kaiser能量算子运算结果的共轭项消除了路径相移随机分布带来的影响，差分项则较好的保持了信号，再利用经Teager-Kaiser算子处理的信道冲激响应信号计算功率和估计噪声功率并设置门限，然后按门限分别提取每个用户窗的信道冲激响应。
2.根据权利要求1所述搜索方法，其特征在于计算Teager-Kaiser能量算子运算结果的模值即得到初步信道冲激响应经处理后的功率值。
3.根据权利要求1所述搜索方法，其特征在于功率门限为最大功率值的0.2-0.9倍。
4.根据权利要求1所述搜索方法，其特征在于噪声门限为噪声功率的3-10倍。
全文摘要
本发明搜索方法采用Teager－Kaiser能量算子对Steiner信道估计器输出的初步信道冲激响应信号进行处理，其Teager－Kaiser能量算子运算结果的共轭项消除了路径相移随机分布带来的影响，差分项则较好的保持了信号，再利用经Teager－Kaiser算子处理的信道冲激响应信号计算功率和估计噪声功率并设置门限，然后按门限分别提取每个用户窗的信道冲激响应，受到抑制的噪声被置零，这样更加准确地提取了多径信号。本发明搜索方法可以显著区分有效多径信号和噪声所导致的伪径，保留其中的有效多径信息，去除了伪径和噪声。
文档编号H04J13/02GK1964203SQ20061009525
公开日2007年5月16日 申请日期2006年12月6日 优先权日2006年12月6日
发明者沈壁川, 郑建宏, 申敏 申请人:重庆重邮信科股份有限公司