本发明涉及信号处理
技术领域：
，尤其涉及一种非整数倍多径时延的估计方法。
背景技术：
：信道测量是获取信道特征的第一步，通过真实的测量数据得到信道传递函数、信道冲激响应。原始的信道测量包含客观物理信道和测量系统的响应，观察消除测量系统响应的信道冲激响应，最高峰周围依旧存在色散点，这与系统直连时所呈现的无色散冲激响应不同。究其原因，当多径时延发生在非整数倍采样间隔时，相比于精确的采样时刻，接收机采集数据会发生采样色散，即非整数倍时延点采样色散。要想获得真实的信道信息，就需要对这一影响因素作进一步探究。无线信道在传输过程中，电磁波是在空间中自由传播的，接收机收到的信号是由很多经不同传播路径到达的信号构成的。经过不同路径到达的信号也就有着不同的传输时延。当我们在接收端进行采样，传输时延不在采样周期的整数倍上时，这条多径信号将发生色散现象，其能量将会色散到其他多径分量上去。在实际测量过程中，绝大实际测量时采样色散会造成冲激响应特性非理想。其原理如图1所示多数多径时延都是随机的，不会完全满足整数倍最小时延间隔的条件。因此，实际测量时采样色散会造成冲激响应特性非理想。其原理如图1所示，信道中存在一条相对时延为τ(τ不为T的整数倍)的多径，接收机采样周期为T，则在间隔为T的采样时延点上将会采集到一系列不为0的采样值，这些多径分量都是由于在时延τ处的路径色散而形成的。相反，如图2所示，此时信道存在的多径时延为T,多径时延是采样周期的1倍，则只会在对应的采样时刻T处有不为零的采样值，而在其他采样时刻为零值，不会造成色散。实际测量时，采样色散会造成冲激响应特性非理想。如果要获取信道中所有多径信息，则需要保证足够高的采样率来采集数据，即采样周期必须非常小，比最小的时延差还要小，但这样会导致过高的采样率，不易实现。技术实现要素：本发明的实施例提供了一种非整数倍多径时延的估计方法，能够准确估计出非整数倍多径时延。为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。一种非整数倍多径时延的估计方法，包括：获取信道冲激响应后，当信道中存在发生色散的多径时，确定发生色散的位置m；确定色散径中能量最大的一径；以所述色散径中能量最大的一径为第一中心，根据色散的范围，设定匹配窗口，获取测量样本点集合X＝{x1,x2,x3,…,xl}以所述色散径中能量最大的一径对应的时延为第二中心，前后预订数量的采样周期T作为时延遍历范围；在所述时延遍历范围，以预订精度为步进进行遍历；根据匹配窗口以及遍历时延点，通过sinc函数获取一组本地样本点集合，本地样本点集合为Yk＝{yk1,yk2,yk3,…,ykl}；按照所述测量样本点集合和所述本地样本点集合进行相关匹配，遍历完成后，获取归一化后的相关峰值为最大时的遍历步数k；根据所述位置m、所述遍历步数k、所述采样周期T，计算得到发生色散的多径时延τ。所述的方法，还包括：根据测量样本的最大值与对应的时延下的本地样本之间的比值，计算多径强度的增益值。所述以所述色散径中能量最大的一径对应的时延为第二中心，前后预订数量的采样周期T作为时延遍历范围的步骤包括：以所述色散径中能量最大的一径对应的时延为第二中心，以所述第二中心的前后各一个采样周期T作为时延遍历范围。所述预订精度为0.01×T。所述按照所述测量样本点集合和所述本地样本点集合进行相关匹配的步骤具体为：RXYk=Σi=1lX[i]Yk[i]Σi=1lX[i]2Σi=1lYk[i]2---(3)]]>其中，l是测量样本的长度，X[i]是测量样本点构成的向量中第i个元素,k表示遍历经过的步数，Yk是在遍历步数为k时取得的本地样本点构成的向量，长度与X相同，Yk[i]是本地样本中第i个元素。所述获取归一化后的相关峰值为最大时的遍历步数k根据以下公式计算：k=argmax[RXYk];]]>其中，为归一化后的相关峰值。所述根据所述位置m、所述遍历步数k、所述采样周期T，计算得到发生色散的多径时延τ具体为：τ＝(m-1)×T+(k-101)×0.01×T。由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例能够准确估计出非整数倍多径时延。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例一提供的一种非整数倍多径时延的估计方法的处理流程图；图2为多径时延非整数倍采样周期时造成多径色散的示意图。图3为多径时延整数倍采样周期时得到单径的示意图。图4为信道冲激响应(CIR)与本地样本相关匹配结果(相对时延10.25us)。图5为信道冲激响应(CIR)与本地样本相关匹配结果(相对时延0.25us)；图6为信道冲激响应(CIR)与本地样本相关匹配结果(相对时延0.08us)。具体实施方式下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。如图1所示，为本发明所述的一种非整数倍多径时延的估计方法，包括：步骤11，获取信道冲激响应后，当信道中存在发生色散的多径时，确定发生色散的位置m；步骤12，确定色散径中能量最大的一径；步骤13，以所述色散径中能量最大的一径为第一中心，根据色散的范围，设定匹配窗口，获取测量样本点集合X＝{x1,x2,x3,…,xl}步骤14，以所述色散径中能量最大的一径对应的时延为第二中心，前后预订数量的采样周期T作为时延遍历范围；在所述时延遍历范围，以预订精度为步进进行遍历；所述以所述色散径中能量最大的一径对应的时延为第二中心，前后预订数量的采样周期T作为时延遍历范围的步骤包括：以所述色散径中能量最大的一径对应的时延为第二中心，以所述第二中心的前后各一个采样周期T作为时延遍历范围。所述预订精度可以为0.01×T。也可以为其他精度。该精度可根据实际需要来规定，在实际测量过程中，可根据测量仪器的采样精度以及测量环境可能产生的多径时延来确定该精度。步骤15，根据所述匹配窗口以及遍历时延点，通过sinc函数获取一组本地样本点集合，本地样本点集合为Yk＝{yk1,yk2,yk3,…,ykl}；步骤16，按照所述测量样本点集合和所述本地样本点集合进行相关匹配，遍历完成后，获取归一化后的相关峰值为最大时的遍历步数k；所述按照所述测量样本点集合和所述本地样本点集合进行相关匹配的步骤具体为：RXYk=Σi=1lX[i]Yk[i]Σi=1lX[i]2Σi=1lYk[i]2]]>其中，l是测量样本的长度，X[i]是测量样本点构成的向量中第i个元素,k表示遍历经过的步数，Yk是在遍历步数为k时取得的本地样本点构成的向量，长度与X相同，Yk[i]是本地样本中第i个元素。步骤17，根据所述位置m、所述遍历步数k、所述采样周期T，计算得到发生色散的多径时延τ。所述获取归一化后的相关峰值为最大时的遍历步数k根据以下公式计算：k=argmax[RXYk];]]>其中，为归一化后的相关峰值。本发明实施例能够准确估计出非整数倍多径时延。所述的方法，还包括：步骤18，根据测量样本的最大值与对应的时延下的本地样本之间的比值，计算多径强度的增益值。所述根据所述位置m、所述遍历步数k、所述采样周期T，计算得到发生色散的多径时延τ具体为：τ＝(m-1)×T+(k-101)×0.01×T。以下描述本发明的另一实施例。一种非整数倍的多径时延估计，可以按照均匀间隔TDL模型来构建离散信道，根据其信道构建方式可知，发生色散的多径是通过sinc函数插值实现的，则可以根据sinc函数获取本地样本，通过测量样本与本地样本进行相关运算并且归一化来获取发生色散的多径的准确时延。以下描述构建多径信道。通过sinc函数插值构建均匀间隔的TDL信道模型，实现非整数倍多径。均匀间隔TDL模型的抽头增益可根据下式计算g~n(t)=Σk=1Nα~k(t)sinc(τkT-n)=Σk=1Nα~k(t)a(k,n)---(1)]]>a(k,n)=sinc(τkT-n)---(2)]]>式中：是N条路径对应的径强度，τk是各路径对应的时延。当|n|增大时，a(k,n)的幅度不断减小，因此抽头的数量可以截断为|n|≤q，q的数值需要根据时延τk来选择。由上式可知，假如τk是T的整数倍，那么通过式(2)就可以计算出只有时为1，其他值处为0，这表示构建的多径信道中这条多径不会发生色散，在接收端采样时，只会在采样时刻τk处有采样值；如果τk不是T的整数倍，那么通过式(2)就可以计算出n取值的整个范围内都是不为零的值，这表示该路径会对构建的n个抽头都有影响，而这就形成了多径色散，造成其能量色散到周围的多径分量上。通过设置多径强度以及多径时延，根据均匀间隔TDL模型的构建方式，可以实现非整数倍多径信道。以下描述非整数倍多径时延和多径强度获取方法。获取信道冲激响应后，若信道中存在会发生色散的多径，可以先找出发生色散的大致位置m(相对于主径位置)。由于距离发生色散的多径较远时，其色散能量很小，可忽略不计，以色散最大值为中心，设定匹配窗口即多径色散的大致范围来获取测量样本。其前后各一个采样周期T为其时延估计范围。在该范围内，以一个更小的精度0.01×T作为步进长度，进行遍历,每次遍历时获取本地样本，再根据(3)式进行相关运算。RXYk=Σi=1lX[i]Yk[i]Σi=1lX[i]2Σi=1lYk[i]2---(3)]]>式中：l是测量样本的长度，X[i]是测量样本点构成的向量中第i个元素,k表示遍历经过的步数，Yk是在遍历步数为k时取得的本地样本点构成的向量，长度与X相同，Yk[i]是本地样本中第i个元素。在进行相关运算时要进行归一化处理，如果不进行归一化处理，可能会出现“伪匹配”，即最大的相关值时不是对应真正的匹配位置，而归一化相关匹配法则克服了这一问题。通过上式就可以在每一个遍历时延点上得到一个相关值。只有遍历到色散径的时延时，此时的本地样本才会完全匹配上测量样本，得到一个相关峰值即取得最大值，其对应的时延点位置就是该色散多径的时延。由此可以得到此时遍历步数k为k=argmax[RXYk]---(4)]]>通过式(4)得到遍历步数后，根据已求到的大致位置m，可得到发生色散的多径时延τ为τ＝(m-1)×T+(k-101)×0.01×T(5)以下描述另一实施例。相关匹配算法的基本步骤包括：Step1，先找出主径，在主径位置补零，消除主径对色散径的影响。Step2，确定大致的时延位置，找出色散径中能量最大的一径，以此为中心，根据色散的范围，设定匹配窗口，获取测量样本点集合X＝{x1,x2,x3,…,xl}。Step3，确定遍历范围，以2中找到的最大值对应的时延为中心，其前后各一个采样周期T作为时延遍历范围，同时在该范围内以一个更小的精度为步进进行遍历,遍历时的本地样本点集合为Yk＝{yk1,yk2,yk3,…,ykl}。Step4，按照式(3)进行相关匹配，遍历完成后，找出归一化后的相关峰值最大时刻的遍历步数k，换算成对应的时延点τ。Step5，确定该条多径时延后，可通过测量样本最大值与其对应该时延下的本地样本比值，计算出其多径强度增益值。本发明在Step1中进行了补零处理，是为了消除主径对色散的多径分量的影响。如果不消除主径的影响，当主径与色散多径相距足够远，主径对色散径相关匹配结果影响不大；但是当两者时延差较小时，将造成相关匹配过程中查找相关峰值错误，而得不到准确的非整数倍多径时延，因此，直接将主径补零，消除主径的影响，且便于查找色散多径时延大概位置。以下描述非整数倍多径时延和多径强度获取方法仿真与测试验证。测试参数仿真信道参数：设置简单的两径模型来估计非整数倍多径时延，第一径为主径，时延在整数倍的采样周期上；第二径为色散径，时延不在整数倍采样周期上，则两径的相对时延也不在整数倍采样周期上，因此得到的CIR将出现不少于两条多径。发送OFDM激励信号，获取信道冲激响应发送一个多载波符号内使用的总的子载波数为2560个，设置的补零的高频子载波为512个，并且通过构建的仿真信道来获取信道冲激响应。以下描述Matlab仿真结果。无噪信道仿真结果：根据上文构建的多径仿真信道以及非整数倍多径时延和多径强度获取方法，通过设置不同的多径时延，来测试相关匹配算法是否可以准确估计出非整数倍多径时延，仿真结果如表1所示。表1使用相关匹配计算的结果(采样间隔T＝1.25us，无噪声)表1的仿真结果表明，提出的非整数倍多径时延和径强度获取方法，可以在无噪的仿真信道情况下，准确估计出非整数倍多径时延和径强度。观测多径相对时延为10.25us时，相关匹配过程中相关峰值变化情况如图4所示。图4为信道冲激响应(CIR)与本地样本相关匹配结果(相对时延10.25us)。通过图4仿真结果可以看出，在整个仿真信道中无噪声影响，遍历过程中会得到一个最大值，通过计算可知，这个最大值所对应的遍历时延10.25us,因为采样周期T＝1.25us，该径是非整数倍多径，会形成色散，与实际获得的信道冲激响应中存在许多多径的情况相符，通过相关匹配信道求到的色散径时延位置与设置的一样。以下描述有噪信道的仿真结果。当仿真信道中无噪声存在时，所提出的方法可以准确估计出多径时延；但是实际信道中会存在噪声，对于信道冲激响应的获取也是有影响的。因此在仿真信道中加入噪声，探究其是否影响时延位置的判断，仿真结果如下表2使用相关匹配计算的结果(采样间隔T＝1.25us，加噪声)通过表2可以发现，当信道中加入了加性噪声后，对于多径时延的判断将会存在一定影响；随着信噪比SNR的下降，噪声对色散多径的影响增大，同样也会使得到的色散多径时延的误差将会增大，当信噪比过低甚至可能导致不能判断多径时延的位置，因此要想获取信道的真实情况，需要保证较大的信噪比。观测多径相对时延为0.25us时，SNR＝0dB与无噪声时相关匹配过程中相关峰值变化情况如图5所示，图5为信道冲激响应(CIR)与本地样本相关匹配结果(相对时延0.25us)，SNR＝0dB与无噪声时匹配结果对比图，可以很明显看到：当噪声功率很大的时候，匹配得到的峰值发生了偏移，并且匹配时得到的峰值归一化后不为1，即此次匹配过程中并没有完美匹配。以下描述信道仿真器测试校验。测试系统：实验室验证使用罗德施瓦茨公司的AMU200A设备，其实现的功能是基带信号发生器和衰落仿真模块，该模块支持预定义的衰落场景，包括频点、多径色散、多普勒扩展、角度色散等衰落特征。利用矢量信号发生器生成的激励信号，经过信道衰落模块，通过电缆直接馈送到信道测量设备。所需参数配置如表3。表3基本参数配置表激励信号源AMU200A+SMBV100A测量方式系统直连+信道仿真器激励信号多载波信号发射功率-30dBm测量带宽50MHz@6GHz子载波数2560有效子载波数2048补零子载波数512接收采样率500Msps射频固定增益30dB时钟同步方式铷钟同源(光纤拉远)以下描述测试数据处理在信道测量过程中，系统响应也会影响测量结果，因此要获得真实的信道冲激响应就要消除系统响应的影响。通常，系统响应是与时间无关、但与频率有关的函数，因此可以用简单的背靠背(Back-to-Back)校准得到，从而消除测量系统响应对信道的影响，得到纯粹的信道状态信息，如下式H~(f,t)=H^(f,t)Hsys*(f)|Hsys(f)|2---(3)]]>其中的即为校准后的信道传输函数，是没有校准前的信道传输函数，Hsys(f)是系统响应。再经IFFT变换得到信道冲激响应，此时再根据理论仿真中的相关匹配算法来求取非整数倍多径的时延。利用矢量信号发生器AMU200A内置信道仿真器设置两条多径，背靠背连接设备采集数据并提取系统响应。计算结果如下表：表3使用相关匹配计算的结果(采样间隔0.025us)由上表可以发现，在信道仿真器中设置非整数倍多径，可以通过相关匹配算法准确得出非整数倍多径的时延。观测多径相对时延为0.08us时，此时采样周期为0.025us,则该多径是非整数倍多径，相关匹配过程中相关峰值变化情况如图6所示。图6为信道冲激响应(CIR)与本地样本相关匹配结果(相对时延0.08us)。通过图6仿真结果可以看出，遍历过程中会得到一个最大值，这个最大值所对应的遍历时延为0.08us,与设置的一样。经过测试发现，用相关法去匹配信道时，可以准确估计出信道多径的时延信息。本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。当前第1页1 2 3