专利名称：一种单载波频域均衡实现方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明属于宽带无线传输输技术领域，尤其涉及一种单载波频域均衡实现 方法及系统。
技术背景单载波步页域均衡(single carrier frequency domain equalization, SC-FDE)是宽带无线传输中一种很有效的对抗多径干扰的方法。在无线通信系 统中，除了受各种噪声的干扰，发射信号的多径传播也影响着数据传输的误码 率，引起码间干扰(inter symbol interference, ISI )。随着接入和数据传 输速率的较大提高，越来越高的传输带宽造成了严重的时间色散，接收信号中 包含了经历衰减和时延的多径波，引起频率选择性衰落，从而导致严重的ISI。 这个时候，如果单用时域均衡减轻ISI,需要较多滤波器抽头才能得到可接受的 均衡效果，这样很难达到实时性要求，而且随着多径时延扩展的增大，均衡复 杂度甚至可能成指数增长。第四代(4G)移动通信系统速率可达几l OMbps甚至l00Mbps,在这样高的系统 传输速率下的时域均衡是不实际的。于是人们首先提出了循环前缀(Cyclic Prefix, CP)，使接收端的频域均衡变得简单；20世纪80年代，随着高速数字 信号处理(Digital Signal Processing, DSP)芯片的快速发展，大规模集成 电路的出现使得快速傅立叶变换(FFT)技术的实现不再是难以逾越的障碍，信 号时频变换的复杂度也因此得到了大大的降低。这样，传统时域上的均衡变换 到频域上实现就成为了可能。基于CP的分块传输的主要技术一正交频分复用 (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)和SC-FDE正是在这 样的背景下被提出来的。CP最初用于OFDM系统，OFDM是一种高效的调制方式， 具有高的频谱效率和强的抗ISI的优点。然而，在OFDM的实验室研究日渐成熟，其峰均比(Peak-to-Average Power Ratio, PAPR)过高的弱点逐渐成为系统实现 和性能提高的瓶颈时，人们又重新发起对SC-FDE技术的讨论，并就SC-FDE的原 理和性能，以及该系统特殊的符号结构和信号处理算法开始了研究。SC-FDE跟 OFDM有差不多相同的复杂度、频谱效率和抗干扰能力，而SC-FDE的性能较OFDM 具有较大的优势。
SC-FDE采用频域均衡消除频率选择性信道对信号的影响。频域均衡技术一 般也是釆用传统的时域均衡中的准则和算法，与时域均衡不同的是频域均衡的 算法在频域上处理，这样简化了抽头个数，处理简单。同时，由于无线信道的 信道状态是随时间变化的，因此均衡模块需要跟踪这种变化。常用的自适应跟 踪算法有最小均方法(Least Mean square, LMS )、递归最小二乘法(Recursive Least Square, RLS )等。
单载波频域均衡系统的结构如图l所示，其包括信道估计模块、均衡模块和 信道跟踪模块，其中信道估计模块用于根据接收信号r进行信道估计，从而得到 均衡模块的初始频域均衡系数W1;均衡模块用于对接收信号r进行均衡处理，得 到均衡信号d，其具体方案为采用频域均衡系数与接收信号的频域数据相乘以得 到均衡数据；信道跟踪模块用于根据接收信号r、均衡模块传递来的频域均衡系 数W和误差信号e进行信道跟踪处理，计算出新的频域均衡系数，并送给均衡模 块以更新均衡模块的频域均衡系数W。
连续传输模式下，传统的单载波频域均衡系统通常采用图2所示的传输结 构，相邻数据块之间有两个相同的独特字(Unique Word, UW)块，其中第一个 UW块作为循环前缀，第二个UW则用于信道估计。
图2所示的连续传输结构，由于相邻凝:据块间需要两个UW，因此增加了系统 开销。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种成本较低的单载波频域均衡实现方法 及系统。为解决上述技术问题，本发明单载波频域均衡实现方法包括
信道估计步骤、均衡步骤和信道跟踪步骤；其中所述信道估计步骤用于根 据接收信号进行信道估计，从而得到供所述均衡步骤使用的初始频域均衡系数； 所述均衡步骤用于对接收信号进行均衡处理；所述信道跟踪步骤用于通过信道 跟踪，对所述均衡步骤使用的频域均衡系数进行更新；
所述各步骤采用的数据帧包括训练序列部分和传输数据部分，其中所述训 练序列部分在前，其包括两个连续的相同训练块；所述传输数据部分在后，其 包括若干个连续的傅立叶变换块即FFT块，所述任一个FFT块的长度为FFT大 小；所述任一个完整的FFT块均由一个数据块和一个UW块组成，所述数据块在 前，所述UW块在后；
具体地，所述信道估计步骤是利用所述两个相同的训练块数据进行信道估 计的。
作为本发明的优选方案，所述均衡步骤是采用噪声预测判决反馈均衡算法 进4亍均tf处理的。
作为本发明的另 一种优选方案；所述信道跟踪步骤是采用递归最小二乘算 法来进行信道跟踪处理的。
为解决上述技术问题，本发明单载波频域均衡实现系统包括 信道估计模块、均衡模块和信道跟踪模块；
该系统采用的数据帧包括训练序列部分和传输数据部分，其中所述训练序 列部分在前，其包括两个连续的相同训练块；所述传输数据部分在后，其包括 若干个连续的傅立叶变换块即FFT块，所述任一个FFT块的长度为FFT大小； 所述任一个完整的FFT块均由一个数据块和一个UW块组成，所述数据块在前， 所述UW块在后；
所述信道估计模块用于根据所述两个相同的训练块数据进行信道估计，从 而得到供所述均衡模块使用的初始频域均衡系数； 所述均衡模块用于对接收信号进行均衡处理；所述信道跟踪模块用于通过信道跟踪，对所述均衡模块使用的频域均衡系 数进行更新。作为 一种优选方案，所述均衡模块是采用噪声预测判决反馈均衡算法进行 均衡处理的。作为另 一种优选方案，所述信道跟踪模块是采用递归最小二乘算法来进行 信道跟踪处理的。本发明的有益效果为本发明采用了 一种高效的连续帧结构，帧头采用两个连续的相同训练序列， 能够快速地完成同步和信道估计。数据块之间插入一个UW作为循环前缀。相比 于传统的连续数据格式，本发明降低了无用数据的开销。同时本发明采用基于 噪声预测的判决反馈自适应均衡算法对接收信号进行均衡处理，并利用前馈误 差信号和噪声预测误差信号分别独立地去更新前馈和反馈均衡系数，具有系统 性能优良、结构简单等特点，并具有较高的实用性。
图1 ,是单载波频域均^軒系统的结构原理示意图；图2是单载波频域均衡系统通常采用的帧结构中的数据传输部分示意图； 图3是本发明单载波频域均衡系统釆用的数据帧的结构示意图； 图4是本发明采用的均衡模块原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。 图3是本发明单载波频域均衡系统采用的数据帧的结构示意图，如图所示， 帧信号包括两个完全相同的训练块(Pilot Block, PB),该两个相同的训练块 用于信道估计，其后接连续的Q个FFT块。 一个完整的FFT块由一个数据块和 一个UW块组合而成，FFT块的块长度N为FFT大小，其中UW段长度为M。独特字序列一般为IEEE802. 16a标准规定的chu序列或frank-zadaff序列， 其长度一般为2的整次幂。本发明单载波频域均衡实现系统包括信道估计模块、均衡模块和信道跟踪模块，其中信道估计模块利用接收信号数据帧中的PB段数据完成信道估计，并 计算出均衡模块的初始频域均衡系数Wl,送给均衡模块用于初始化；均衡模块 对接收信号数据帧中的传输数据进行均衡得到均衡信号d，同时均衡模块将当前 的频域均衡系数W、误差信号e送给信道跟踪模块；信道跟踪模块利用均衡模块 提供的频域均衡系数W及误差信号e,并根据接收信号r，计算出新的频域均衡 系数W,送给均衡器用于下一FFT块的均衡。下面对本发明系统各^^莫块作详细说明一、信道估计模块信道估计模块首先计算得到信道沖激响应。将接受信号r的两个训练块部 分经FFT变换到频域数据R，根据傅立叶变换的性质两个相同数据块的频域变换 数据的奇数频点值为0,将R位于偶数频点的值与PB数据的FFT数据X相除得 到信道频域响应估计值H,经逆傅立叶变换(IFFT)得到时域信道冲激响应估计 值h。通过降噪处理，对h截短至UW段长度M并补零至FFT块长度N,得到降 噪后的频域响应估计值H。同时，对R的奇数频点值的平方求平均得到噪声方差 的估计值cj2。得到频域信道响应和a2后，按照如下公式计算第j个频点的频域均衡系数二、均衡模块本实施例中，均衡模块采用NP-DFE (噪声预测判决反馈均衡)结构，其工 作原理如图4所示。相比于普通的的判决反馈均衡器，NP-DFE的前馈和反馈部 分是独立计算的，非常适合于自适应信道跟踪的应用场合。由于抽头数为无限 时NP-DFE与DFE (判决反馈均衡，Decision Feedback Equalization)具有相 同的性能，而频域均衡对应的时域抽头是无限的，因此采用NP-DFE与DFE相比 不会带来任何性能上的损失。其中《.为第乂'个频点的频域响应值，1《j《N。NP-FDE结构中，利用前馈滤波信号z与判决信号d之间的误差信号e去更 新前馈系数W，利用噪声预测信号z—np与判决信号d之间的误差信号el去更新 反馈系数c。前馈系数W是按傅立叶变换块更新的，在频域进行。前块得到的W、 e送给信道跟踪模块计算出新的频域均衡系数W,作为下一块接收数据的均衡系 数。反馈系数的更新在时域进行，釆用LMS算法更新反馈系数c,计算公式为<formula>formula see original document page 9</formula>B为反馈抽头数，//为步长因子。 三、信道跟踪模块由于信道慢时变，需要不断地调整均衡系数以跟踪这种变化。信道跟踪模 块采用RLS (Recursive Least Squares,递归最小二乘)算法，对于传输帧中 的第k(l《k《Q)个傅立叶变换块，目标误差函数表达式为<formula>formula see original document page 9</formula>其中e;为第i个FFT块误差向量的时域数据，Ei为第i个FFT块误差向量 的频域数据，Ri为接收信号的频域数据，Di为判决信号的频域数据。1《j《N, j 表示其限定的数据为该傅立叶变换块中的第j个数据。从上述函数表达式可知频域均衡系数在各频点是独立更新的。釆用N维均 衡系数向量Wk来最小化目标误差函数，可得到其中，K为增益向量，表示第k个FFT块；p为相关矩阵的逆；娜姆达为遗 忘因子。l.表示第k个FFT块中第j个数据对应的均衡系数，据此能够得出第k 个FFT块的频域均衡系数Wk。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应注意的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，本领 域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范 围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求记载的技术方案 及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1、一种单载波频域均衡实现方法，包括信道估计步骤、均衡步骤和信道跟踪步骤，其特征在于所述各步骤采用的数据帧包括训练序列部分和传输数据部分，其中所述训练序列部分在前，其包括两个连续的相同训练块；所述传输数据部分在后，其包括若干个连续的傅立叶变换块即FFT块，所述任一个FFT块的长度为FFT大小；所述任一个完整的FFT块均由一个数据块和一个UW块组成，所述数据块在前，所述UW块在后；所述信道估计步骤是利用所述两个相同的训练块数据来进行信道估计的。
2、 根据权利要求1所述的单载波频域均衡实现方法，其特征在于 所述均衡步骤是采用噪声预测判决反馈均衡算法进行均衡处理的。
3、 根据权利要求1或2所述的单载波频域均衡实现方法，其特征在于 所述信道跟踪步骤是采用递归最小二乘算法来进行信道跟踪处理的。
4、 一种单载波频域均衡实现系统，包括信道估计模块、均衡模块和信道跟 踪模块，其特征在于该系统采用的数据帧包括训练序列部分和传输数据部分，其中所述训练序 列部分在前，其包括两个连续的相同训练块；所述传输数据部分在后，其包括 若干个连续的傅立叶变换块即FFT块，所述任一个FFT块的长度为FFT大小； 所述任一个完整的FFT块均由一个数据块和一个UW块组成，所述数据块在前， 所述UW块在后；所述信道估计模块用于根据所述两个相同的训练块数据进行信道估计，从 而得到供所述均衡模块使用的初始频域均衡系数； 所述均衡模块用于对接收信号进行均衡处理；所述信道跟踪模块用于通过信道跟踪，对所述均衡模块使用的频域均衡系 数进行更新。
5、 根据权利要求4所述的单载波频域均衡实现系统，其特征在于 所述均衡模块是采用噪声预测判决反馈均衡算法进行均衡处理的。
6、 根据权利要求4或5所述的单载波频域均衡实现系统，其特征在于: 所述信道跟踪模块是采用递归最小二乘算法来进行信道跟踪处理的。
全文摘要
本发明公开了一种成本较低的单载波频域均衡实现方法及系统，包括信道估计、均衡器和信道跟踪三部分。该方法/系统采用的数据帧包括训练序列部分和传输数据部分，其中所述训练序列部分在前，其包括两个连续的相同训练块；所述传输数据部分在后，其包括若干个连续的傅立叶变换块即FFT块，所述任一个FFT块的长度为FFT大小；所述任一个完整的FFT块均由一个数据块和一个UW块组成，所述数据块在前，所述UW块在后。该方法/系统是利用所述两个相同的训练块数据进行信道估计的，相比传统的连续数据格式，能够降低无用数据的开销。本发明采用噪声预测判决反馈均衡算法来进行均衡处理，并采用递归最小二乘算法来进行信道跟踪处理。
文档编号H04L27/26GK101409694SQ20081022591
公开日2009年4月15日 申请日期2008年11月6日 优先权日2008年11月6日
发明者昊 吴, 立 方, 田金洁 申请人:北京韦加航通科技有限责任公司