正交频分复用系统的信道估计方法
【专利摘要】本发明涉及一种OFDM系统的信道估计方法，包括以下步骤：从接收信号的OFDM符号中提取导频数据；对相邻OFDM符号之间对应的导频子载波上的数据进行相位差分处理；将高低导频符号求得的相位差分处理值进行差分处理而得到第一高低导频符号差分处理值；利用第一高低导频符号差分处理值补偿相位差分处理值以去除采样时钟误差，并依据去除了采样时钟误差的相位差分处理值得到第二高低导频符号差分处理值；利用两个高低导频符号差分处理值对块导频上的信道估计值进行补偿，得到块导频信道估计值；利用长前导信道估计值与本地信道估计值共轭计算出长前导信道估计值；以及利用块导频信道估计值和长前导信道估计值补偿出非块导频上的信道频域响应。
【专利说明】正交频分复用系统的信道估计方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于通信【技术领域】，涉及正交频分复用（0FDM)通信系统中的信道估计方 法。
【背景技术】
[0002] 正交频分复用（0FDM)技术具有高效的频谱利用率、良好的抗多径衰落性能等，是 第四代移动通信（4G)的关键技术之一。目前，0FDM技术以及广泛应用于非对称数字用户 线（ADSL)、数字音频广播（DAB)和数字电视广播（DVB)、IEEE802. 1UIEEE802. 16以及电力 线宽带数据通信等领域。
[0003] 0FDM的基本原理如下，将高速的数据流进行串并转换，然后分配到传输速率相对 较低的若干个子信道上分别传输。子信道中的符号周期相对增加，因此可以有效抵抗无线 信道中多径延迟效应。此外，在0FDM符号之间插入保护间隔，其中保护间隔应大于无线信 道的最大时延扩展，这样即可最大限度地消除多径带来的符号间干扰（ISI)，如果保护间隔 采用循环前缀，又可避免由多径带来的信道间干扰（ICI)。
[0004] 0FDM通信系统原理如图1所示。在发射端，对输入数据an(二进制比特流、图像或 随机序列）采用正交幅度调制QAM或相移键控调制PSK进行预调制，得到频域信号X (η)，对 Χ(η)进行串并转换和快速傅立叶反变换IFFT后得到时域信号χ(η)，该时域信号依次经并 串转换、数模转换以及低通滤波器后得到实际发送信号s(t)。同理，0FDM的接收端对上述 发射端进行逆过程处理。
[0005] 0FDM技术将频率选择性信道转换成平坦衰减的子信道，因此在实际应用中，仅需 要简单的频域均衡技术就允许进行高速率的数据传输。当然要获得高的性能，就必须对信 道的传输函数进行准确估计。在0FDM系统中，估计信道传输函数的方法之一是基于频域导 频和插值技术的信道估计方法，其主要原理是在发射端将导频符号插入数据符号中，在接 收端从数据符号中取出导频符号并获得导频符号位置处子信道传输函数的估计，两个导频 符号位置之间的子信道传输函数通过插值的方法获得。
[0006] 0FDM系统的信道估计主要可以分为两类：一类是信道的非盲估计，如基于训练序 列和导频的信道估计；另外一类是信道的盲估计，如基于0FDM符号的循环前缀的估计。
[0007] 常用到的估计算法有最小平方差（LS)算法、线性最小均方误差（LMMSE)算法、最 大似然算法(ML)、SVD算法和基于DFT变换等方法。在这些方法中，LS算法比较简单，易于 实现，其他算法复杂度均较高。
[0008] 假如系统采用的载波中心频率为512MHz，当移动速度为40Km/h时，最大多普勒频 移为19Hz ;当移动速度为60Km/h时，最大多普勒频移为28. 4Hz。在这种最大多普勒频移比 较小的场景下，每一个0FDM符号内子载波间的干扰可以忽略（通过仿真也可以看出）。但 当帧长较长时（例如帧长8. 4ms，每帧84个0FDM符号），由于信道的时变性，通过前导估计 的信道不能用于整帧信号的均衡。因此，要想获得可靠的接收性能，要跟踪信道的变化情 况。
【发明内容】
[0009] 本发明所要解决的技术问题是提供一种OFDM系统的信道估计方法，它是基于一 种简易有效的块导频插入技术。
[0010] 本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提出一种0FDM系统的信道估计 方法，包括以下步骤：从接收信号的0FDM符号中提取导频数据；对相邻0FDM符号之间对应 的导频子载波上的数据进行相位差分处理，得到相位差分处理值；将高低导频符号求得的 相位差分处理值进行差分处理，得到第一高低导频符号差分处理值；利用该第一高低导频 符号差分处理值补偿该相位差分处理值，以去除该相位差分处理值中的采样时钟误差，并 依据去除了采样时钟误差的相位差分处理值得到第二高低导频符号差分处理值；利用估计 得到的第一高低导频符号差分处理值和该第二高低导频符号差分处理值对块导频上的信 道估计值进行补偿，得到块导频信道估计值；利用长前导信道估计值与本地信道估计值共 轭计算出长前导信道估计值；以及利用该块导频信道估计值和该长前导信道估计值补偿出 非块导频上的信道频域响应。
[0011] 在本发明的一实施例中，在进行该相位差分处理时，忽略噪声以及载波间干扰。
[0012] 在本发明的一实施例中，利用该块导频信道估计值和该长前导信道估计值补偿出 非块导频上的信道频域响应的步骤包括：利用线性内插法进行补偿。
[0013] 在本发明的一实施例中，在利用该块导频信道估计值和该长前导信道估计值补偿 出非块导频上的信道频域响应的步骤后还包括：对补偿后的数据进行均衡。
[0014] 在本发明的一实施例中，对补偿后的数据进行均衡的步骤是忽略噪声和干扰项。
[0015] 在本发明的一实施例中，对补偿后的数据进行均衡的步骤后还包括：在利用该块 导频信道估计值和该长前导信道估计值补偿对均衡后的数据进行补偿。
[0016] 本发明所提出的0FDM系统的信道估计方法由于基于插入块导频进行了信道跟踪 补偿，从而在性能优良与工程实现简单之间实现了均衡，具有良好的实用价值，便于工程实 现。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具 体实施方式作详细说明，其中：
[0018] 图1是现有0FDM通信系统的原理框图；
[0019] 图2是依据本发明一实施例的0FDM信道估计方法的数据帧格式图；
[0020] 图3是本发明一实施例的0FDM信道估计方法的流程框图；
[0021] 图4是移动速度为60Km/h QPSK调制频域线性插值性能仿真图。
[0022] 图5是移动速度为120Km/h时频域线性插值性能仿真图。
【具体实施方式】
[0023] 本发明的实施例描述了一种基于分段线性法的块导频插入方法的信道估计算法。
[0024] 本发明的实施例采用基于分段线性法的块导频插入方法跟踪信道的变化。所谓 分段线性，即用逐段的小直线段连成的曲线来分别描绘多径信道的每条可辨路径的变化趋 势。由数学知识，任意曲线都可以由任意短的小直线段连成的曲线来逼近，因此只要小直线 段长度足够短，可以用分段线性的模型来精确描述信道每一条可辨路径的变化。显然，用分 段线性来描述多径信道的路径衰落时变特性，需要知道每一条小线段的变化趋势，即小线 段的斜率，即利用循环去前缀或连续的OFDM符号来提取这一变化信息。在本发明的实施例 中，利用导频来获得信道的局部信息，然后再做进一步均衡处理。
[0025] 考虑包含1024个子载波的0FDM系统，则在一个0FDM符号传输间隔内，等效复基 带信号可以表示为：
[0026]
【权利要求】
1. 一种正交频分复用（OFDM)系统的信道估计方法，包括以下步骤： 从接收信号的OFDM符号中提取导频数据； 对相邻OFDM符号之间对应的导频子载波上的数据进行相位差分处理，得到相位差分 处理值； 将高低导频符号求得的相位差分处理值进行差分处理，得到第一高低导频符号差分处 理值； 利用该第一高低导频符号差分处理值补偿该相位差分处理值，以去除该相位差分处理 值中的采样时钟误差，并依据去除了采样时钟误差的相位差分处理值得到第二高低导频符 号差分处理值； 利用估计得到的第一高低导频符号差分处理值和该第二高低导频符号差分处理值对 块导频上的信道估计值进行补偿，得到块导频信道估计值； 利用长前导信道估计值与本地信道估计值共轭计算出长前导信道估计值；以及 利用该块导频信道估计值和该长前导信道估计值补偿出非块导频上的信道频域响应。
2. 如权利要求1所述的OFDM系统的信道估计方法，其特征在于，在进行该相位差分处 理时，忽略噪声以及载波间干扰。
3. 如权利要求1所述的OFDM系统的信道估计方法，其特征在于，利用该块导频信道估 计值和该长前导信道估计值补偿出非块导频上的信道频域响应的步骤包括：利用线性内插 法进行补偿。
4. 如权利要求1所述的OFDM系统的信道估计方法，其特征在于，在利用该块导频信道 估计值和该长前导信道估计值补偿出非块导频上的信道频域响应的步骤后还包括：对补偿 后的数据进行均衡。
5. 如权利要求4所述的OFDM系统的信道估计方法，其特征在于，对补偿后的数据进行 均衡的步骤是忽略噪声和干扰项。
6. 如权利要求4所述的OFDM系统的信道估计方法，其特征在于，对补偿后的数据进行 均衡的步骤后还包括：在利用该块导频信道估计值和该长前导信道估计值补偿对均衡后的 数据进行补偿。
【文档编号】H04L25/02GK104253772SQ201310270090
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2013年6月28日 优先权日:2013年6月28日
【发明者】刘辉 申请人:中国电子科技集团公司第五十研究所