低能量弥散多径信道下单载波频域均衡的信道估计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线通信信道估计技术领域，具体涉及一种低能量弥散多径信道下单 载波频域均衡的信道估计方法。
【背景技术】
[0002] 在无线通信中，发射端发射的信号传送给接收端时，接收端接收到的信号中，除了 包含发射的信号的直射波和地面反射波之外，还有传播过程中各种障碍物所引起的散射 波，即多径效应。由于多径效应，接收端接收到的信号会产生码间干扰，不利于接收端根据 接收的信号恢复出发射时的信号。OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing， 正交频分复用）和SC-FDE(SingleCarrierFrequencyDomainEqualization，单载波频域 均衡）技术是多径多径效应的两种有效方法。
[0003]OFDM系统通过IFFT将串并变换后的信道映射到多个子载波上，每个子载波占据 很窄的带宽，各个子载波频谱相互重叠但保持正交，提高了频谱利用率。单载波频域均衡技 术借鉴了OFDM的均衡思想，在接收端通过FFT将单载波信道变换到频域，然后在频域补偿 信道的影响，通过IFFT将均衡后的信号变换回时域进行检测。相比于OFDM技术，单载波频 域均衡具有峰均比低，抗频率选择性衰落强，在相同条件下可以达到更高的传输速率和更 低的误码率，相比较于单载波时域均衡技术，复杂度也大大降低。
[0004] 在单载波频域均衡系统中，接收端为了准确地恢复发送端的数据，需要知道数据 经过的信道信息才能采用频域均衡技术来对抗码间干扰，目前一般采用基于DFT的信道估 计算法。
[0005] 现有的信道估计方法中，没有考虑低能量弥散多径信道下信道估计性能损失的问 题，因此在低能量弥散多径信道下，接收端解调性能差，解调得到的信号中含有较大噪声。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本发明提供了一种低能量弥散多径信道下单载波频域均衡的信道估计 方法，能够有效改善现有的单载波均衡系统在低能量弥散的多径环境下信道估计性能损失 的问题，通过基于有用信号径数目n和门限值e的时域降噪处理，本发明提供的方法能够 同时满足高信噪比和低信噪比条件下的信道估计。
[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0008] 本发明的一种低能量弥散多径信道下单载波频域均衡的信道估计方法，在无线通 信中，发送端根据帧结构将数据块和导频组成信号帧，信号帧经过成型滤波后通过信道发 射出去；接收端对接收到的信号进行匹配滤波、同步处理后，在频域进行信道估计和均衡， 然后在时域进行解映射和译码，还原得到发送的信号，所述信道估计的方法如下：
[0009] 步骤1:接收端从收到的信号中提取导频信号，去除导频的循环前缀后，将导频信 号进行FFT变换，然后根据最小二乘法求得信道的频率响应& (k)，k= 0, 1，2,…N-I，其 中，k为导频信号的频域序列，N为导频的信号长度；
[0010]步骤2 :对L(k)进行IFFT变换，得到信道的时域冲激响应k(n)，n为导频信号 的时域序列，n= 0, 1，2,…N-I;
[0011] 步骤3 :对于Ks (n)在11SNc5范围内计算时域信道的冲激响应中的噪声功率〇 2， 其中Nep为所述导频的循环前缀的长度；
[0012] 步骤4 :令n分别取0, 1，…，Nep-1，计算hjn)的平方值，将其中最大的平方值作 为最强彳目号径的功率Powmax:
[0014] 步骤6:在低能量弥散多径信道环境下，接收端通过仿真，模拟信号由发送端到接 收端所经过的信道模型，根据信道模型的历史经验值将低能量弥散多径信道环境划分为低 信噪比区间、中信噪比区间和高信噪比区间，并确定相应信噪比区间下有用信号径的数目 和门限值；然后判断接收到信号的近似信噪比snr属于哪一个区间，从而确定信道估计中 的有用信号径的数目n和门限值0 ;
[0015]步骤7:根据有用信号径的数目n和门限值e，对hjn)进行时域降噪处理，具体 方法为：
[0016] 令n分别取0，1，…，n-1，计算hu(n)的平方值；把其中平方值小于或等于门限 值0的1? (n)的值置为0 ;同时把n彡n时的1? (n)值置为0 ;
[0017]将经过时域降噪后的，作为估计的信道时域冲激响应，记为/?(/?);
[0018]步骤8 :对/丨⑷进行FFT变换，得到的信道频域响应龟\)即为信道估计，其中，kp 为频域序列，kp= 0, 1，…M-l，M为数据块的长度。
[0019] 较佳的，计算噪声功率〇 2的方法为：
[0021] 本发明具有如下有益效果：
[0022] 1、本发明通过设置一个近似信噪比的值进行分段，在不同的信噪比区间选取不同 数目的有用信号径和不同的门限值，然后再进行信道估计的时域降噪处理。本发明不但适 用于高信噪比环境下较为准确地提取有用信号径；而且在低能量多径信道环境下，当大部 分有用信号径可能淹没在噪声里，无法分辨出来时，采用本发明的方法将低能量多径信道 环境分为高信噪比区间、中信噪比区间和低信噪比区间，也能够较为准确地提取有用信号 径，提高信道估计的性能；本发明在发射端对发射信号采用导频和数据都采用循环前缀的 方法进行处理，可以更加有效地对抗多径带来的码间干扰，并且使接收到的数据块具有周 期性，将线性卷积变为循环卷积。
[0023] 2、由于时域信道冲激响应L(n)中超过循环前缀的长度的部分为噪声信息，因此
噪声功率。
【附图说明】
[0024]图1为单载波频域均衡系统发送和接收的原理图。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0026] 本发明提供了一种低能量弥散多径信道下单载波频域均衡的信道估计方法，如附 图1所示为单载波频域均衡系统发送和接收的原理图：
[0027] 在发射端，要发射的信号编码后形成长度为M的数据块，将每个数据块的最后Mcp 个符号复制到数据块前作为数据的循环前缀（CP=CyclicPrefix);同时，在数据块前端加 入长度为N的导频，将导频的最后Nep个符号复制到导频前作为导频的循环前缀；在接收端 也保留有相同的导频信号。本发明的导频采用zadoff-chu序列，zadoff-chu序列在时域 呈现随机性，在频域具有平坦的幅度响应；由于zadoff-chu序列在时域和频域都是恒包络 的，抗噪声干扰能力强，并且zadoff-chu序列具有良好的自相关性，具有更优的频域信道 估计性能。
[0028] 如附图1所示，发送端将数据块和导频根据帧结构组成信号帧，信号帧经过成型 滤波后通过信道发射给接收端。在接收端，接收到的数据经过匹配滤波、同步处理后，通过 FFT变换到频域，在频域进行信道估计和均衡后，再通过IFFT回到时域进行解映射和译码， 还原得到发送的信号。
[0029] 其中，信道估计的方法如下：
[0030] 步骤1:接收端从收到的信号中提取导频信号，去除导频的循环前缀后，将导频信 号进行FFT变换，然后根据最小二乘法求得信道的频