专利名称：一种ofdm系统的信道估计装置和方法
技术领域：
本发明涉及通信技术领域，特别涉及基于OFDM的多载波数字广播系统。
背景技术：
在基于正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)的广播系统中，通常采用导频进行信道估计。导频密度越高，信道估计的精度越高，而信道估计的精度越高，对抗多径时延扩展的能力越强。但导频占用的能量越高，系统有效负载越低，系统利用率越低，导频密度越低，系统有效负载越高，系统利用率越高，但对抗多径时延扩展的能力越弱。在某些较为极端的接收环境下，例如单频网的覆盖交叠区域，采用仅仅基于导频的信道估计将不能满足系统的性能需求。
同步信号也是基于OFDM的广播系统中常用的技术，通常用于系统的载波和定时同步，目前现有技术中还没有将同步信号用于信道估计的技术或方法。
发明内容
本发明的目的旨在解决现有技术中仅仅基于导频的信道估计不能满足系统的性能需求，而又缺少将同步信号用于信道估计的技术，以满足系统性能需求的问题。
为达到上述目的，本发明一方提出了一种正交频分复用OFDM系统的信道估计装置，用于根据同步信号和导频对数据进行信道估计，包括 同步信号初始信道估计模块，用于根据所述数据中的同步信号进行初始信道估计，获取初始信道估计结果； 导频信道跟踪模块，用于根据所述数据中的导频对从所述同步信号初始信道估计模块获取的所述初始信道估计结果进行导频信道跟踪，得到导频信道跟踪结果； 降噪处理模块，用于对从所述导频信道跟踪模块获得的所述导频信道跟踪结果进行降噪处理； 提取有效子载波模块，用于从经过降噪处理后的所述导频信道跟踪结果中提取有效子载波上的信道估计值。
上述的信道估计装置，所述同步信号初始信道估计模块进一步包括 采样子模块，用于对所述数据的帧同步序列采样，得到采样数据； 时/频域变换子模块，用于对从所述采样子模块得到的采样数据进行时/频域变换，得到变换域数据； 解随机化子模块，用于对从所述时/频域变换子模块得到的变换域数据进行解随机化处理得到解随机化数据； 初始IFFT子模块，用于对从所述解随机化子模块得到的解随机化数据进行IFFT处理后得到初始IFFT数据； 初始滤波子模块，用于对从所述初始IFFT子模块得到的初始IFFT数据进行降噪处理后得到初始降噪处理结果； 补零子模块，用于对从所述初始滤波子模块得到的初始降噪处理结果进行补零处理得到补零处理结果； 初始FFT子模块，用于对从补零子模块得到的所述补零处理结果，进行FFT处理后得到所述初始信道估计的结果。
上述的信道估计装置，所述降噪处理模块进一步包括 降噪IFFT子模块，用于对从所述导频信道跟踪模块得到的导频信道跟踪结果进行IFFT处理后得到降噪IFFT数据； 降噪滤波子模块，用于对从所述降噪IFFT子模块得到的降噪IFFT数据进行降噪滤波处理后得到降噪滤波处理结果； 降噪FFT子模块，用于对从所述降噪滤波子模块得到的降噪滤波处理结果进行FFT处理后得到所述降噪处理结果。
为了更好地实现上述目的，本发明又提供了一种OFDM系统的信道估计方法，用于根据同步信号和导频进行信道估计，包括如下步骤 根据所述数据中的同步信道进行初始信道估计，获得所述初始信道估计结果； 根据所述数据中的导频对所述初始信道估计结果进行导频信道跟踪，获得所述导频信道跟踪的结果； 对所述导频信道跟踪结果进行降噪处理得到降噪处理结果； 从所述降噪处理结果中提取有效子载波上的信道估计值。
上述的信道估计方法，所述根据数据中的同步信道进行初始信道估计，获得初始信道估计结果包括 对所述数据的帧同步序列采样，得到采样数据； 对从所述采样子模块得到的采样数据进行时/频域变换，得到变换域数据； 对所述变换域数据进行解随机化处理得到解随机化数据； 对所述解随机化数据进行IFFT处理后得到初始IFFT数据； 对所述初始IFFT数据进行降噪处理后得到初始降噪处理结果； 对所述初始降噪处理结果进行补零处理得到补零处理结果； 对所述补零处理结果进行FFT处理后得到所述初始信道估计的结果。
上述的信道估计方法，上述对所述导频信道跟踪结果进行降噪处理得到降噪处理结果包括 对所述导频信道跟踪结果进行IFFT处理后得到降噪IFFT数据； 对所述降噪IFFT数据进行降噪滤波处理后得到降噪滤波处理结果； 对所述降噪滤波处理结果进行FFT处理后得到所述降噪处理结果。
为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种基于OFDM的多载波数字广播系统，包括发射装置和接收装置，所述系统进一步包括一种信道估计装置，用于根据同步信号和导频对所述接收装置接收的数据进行信道估计。
上述的多载波数字广播系统，所述信道估计装置进一步包括 同步信号初始信道估计模块，用于根据所述数据中的同步信号进行初始信道估计，获取初始信道估计结果； 导频信道跟踪模块，用于根据所述数据中的导频对从所述同步信号初始信道估计模块获取的所述初始信道估计结果进行导频信道跟踪，得到导频信道跟踪结果； 降噪处理模块，用于对从所述导频信道跟踪模块获得的所述导频信道跟踪结果进行降噪处理； 提取有效子载波模块，用于从经过降噪处理后的所述导频信道跟踪结果中提取有效子载波上的信道估计值。
上述的信道估计装置，所述同步信号初始信道估计装置进一步包括 采样子模块，用于对所述数据的帧同步序列采样，得到采样数据； 时/频域变换子模块，用于对从所述采样子模块得到的采样数据进行时/频域变换，得到变换域数据； 解随机化子模块，用于对从所述时/频域变换子模块得到的变换域数据进行解随机化处理得到解随机化数据； 初始IFFT子模块，用于对从所述解随机化子模块得到的解随机化数据进行IFFT处理后得到初始IFFT数据； 初始滤波子模块，用于对从所述初始IFFT子模块得到的初始IFFT数据进行降噪处理后得到初始降噪处理结果； 补零子模块，用于对从所述初始滤波子模块得到的初始降噪处理结果进行补零处理得到补零处理结果； 初始FFT子模块，用于对从补零子模块得到的所述补零处理结果，进行FFT处理后得到所述初始信道估计的结果。
上述的信道估计装置，所述降噪处理模块进一步包括 降噪IFFT子模块，用于对从所述导频信道跟踪模块得到的导频信道跟踪结果进行IFFT处理后得到降噪IFFT数据； 降噪滤波子模块，用于对从所述降噪IFFT子模块得到的降噪IFFT数据进行降噪滤波处理后得到降噪滤波处理结果； 降噪FFT子模块，用于对从所述降噪滤波子模块得到的降噪滤波处理结果进行FFT处理后得到所述降噪处理结果。
本发明提供的OFDM系统的信道估计装置和方法，采用同步信号和导频进行联合信道估计，大大提高了信道估计的精度，满足了系统性能需求，同时无需提高导频密度，不会降低系统有效负载量，而且同步信号仍可用于原有的载波和定时同步，对同步信号的原有功能没有任何影响。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中 图1为现有技术中具有同步信号的OFDM系统信号的时域帧结构图； 图2为现有技术中导频与数据的时/频域复接结构图； 图3为本发明具体实施例中卫星广播系统结构图； 图4为本发明具体实施例中发送端帧结构图； 图5为本发明具体实施例中发送端的信号发生器的结构图； 图6为图5所示信号发生器中复m序列发生器的移位寄存器初始状态示意图； 图7为本发明具体实施例中信道估计装置的结构图； 图8为本发明具体实施例中信道估计流程图； 图9为本发明具体实施例中同步信号初始信道估计流程图； 图10为本发明具体实施例中降噪处理流程图。
具体实施例方式 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例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例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本发明主要在于，适用于具有同步信号和导频的OFDM系统，系统信号的时域帧结构如图1所示，信号帧100包括同步头110、130、150......和信号体120、140、160......，其中信号体120、140、160......中的导频与数据的时/频域复接结构如图2所示。
以采样率为10MHz，信号带宽为7.52MHz的卫星广播系统3000为例，如图3所示，卫星广播系统3000包括发送端3100和接收端3200，其中发送端3100包括信号发生器3300，用于生成带限随机信号，接收端3200包括信道估计装置3400，用于根据同步信号和导频对数据进行信道估计。在发送端3100中，每帧为25毫秒，包含250,000个采样点，每帧中包括1个4096点的帧同步头，由2个完全相同的2048点的帧同步序列组成。如图4所示，帧400包括帧同步序列410、帧同步序列420和信号430，帧同步序列410和帧同步序列420为完全相同的2048点的帧同步序列。
帧同步序列410和420均采用截短m序列和逆傅里叶(Fourier)变换产生信号带宽为7.52M、无直流分量的带限随机序列，如图5所示，带限随机信号发生器3300包括复m序列生成器3310、m序列定位器3320和逆Fourier变换器3330。其中复m序列发生器3310通过生成多项式为x10+x9+1的移位寄存器生成m序列M(k)，0≤k≤2046，如图6所示，移位寄存器初始状态为01110101101，然后将m序列映射为复符号，如公式(1)。
m序列定位器根据信号带宽为7.52M、且无直流分量的要求，将m序列定位在域变换前频域的适当位置，得到公式(2)所示的序列 逆Fourier变换器430使用逆Fourier变换将公式(2)变换到时域，如公式(3)所示。
然后，按照图4所示的结构进行信号组帧。
卫星广播系统的时域信号330分为53个OFDM符号，采用4096点逆快速Fourier变换(IFFT)，其中有效子载波为3076个，每个OFDM符号的子载波0、1539～2557为虚拟子载波，子载波1～1538、2558～4095为有效子载波，每个OFDM符号中包括384个离散导频、82个连续导频和2610个有效负载子载波。离散导频发送已知符号1+0j。每帧中第n个OFDM符号中离散导频对应的有效子载波编号m取值规则如公式(4)所示。
如果mod(n，2)＝＝0 如果mod(n，2)＝＝1(4) 连续导频位置可为0，22，78，92，168，174，244，274，278，344，382，424，426，496，500，564，608，650，688，712，740，772，846，848，932，942，950，980，1012，1066，1126，1158，1214，1244，1276，1280，1326，1378，1408，1508，1537，1538，1566，1666，1736，1748，1794，1798，1830，1860，1916，1948，2008，2062，2094，2124，2132，2142，2226，2228，2302，2334，2362，2386，2424，2466，2510，2574，2578，2648，2650，2692，2730，2796，2800，2830，2900，2906，2982，2996，3052，3075。离散导频、连续导频和有效负载的时/频域复接结构如图2所示。
如图7所示，接收端3200中的信道估计装置3400包括用于根据数据中的同步信号进行初始信道估计的同步信号初始信道估计模块3410、用于根据数据中的导频对初始信道估计的结果进行导频信道跟踪的导频信道跟踪模块3420、用于对导频信道跟踪的结果进行降噪处理的降噪处理模块3430和用于从所述降噪处理的结果中提取有效子载波上的信道估计值的提取有效子载波模块3440，其中同步信道初始信道估计模块3410包括用于帧同步序列采样的采样子模块3411、用于进行时/频域变换的时/频域变换子模块3412、用于进行解随机化处理的解随机化子模块3413、用于进行IFFT处理的初始IFFT子模块3414、用于进行降噪处理的初始滤波子模块3415、用于进行补零处理的补零子模块3416、用于进行快速Fourier变换(FFT)处理的初始FFT子模块3417，降噪处理模块3430包括用于进行IFFT处理的降噪IFFT子模块3431、用于进行降噪滤波处理的降噪滤波子模块3432、用于进行FFT处理的降噪FFT子模块3433。
其中，采样子模块3411从述数据的帧同步序列起始位置开始，取2048个10MHz采样率下的采样点，记为b(n)，时/频域变换子模块3412根据如公式(5)将b(n)变换到B(k)，解随机化子模块3413根据如公式(6)将B(k)采用与发射端相同的、序列定位后的随机序列P(k)进行频域序列解随机化到R(k)，初始IFFT子模块3414根据如公式(7) R(k)＝B(k)·P(k)，0≤k≤2047(6) 将R(k)进行IFFT处理后得到带噪声的信道冲激响应r(n)，初始滤波子模块3415根据公式(8)计算r(n)的功率，根据公式(9)将对r(n)进行降噪处理后得到降噪后的信道冲激响应s(n)，补零子模块3416根据同步信号具有2048个子载波，时域信号采用4096个子载波对s(n)进行补零处理得到公式(10)，初始FFT子模块3417根据公式(11)对补零处理结果进行FFT处理后得到同步信号初始信道估计H0(k)，如公式(11)。
导频信道跟踪模块3420根据公式(12)进行导频信道跟踪处理，假设第i(1≤i≤53)个OFDM符号中离散导频点处接收到的频域信号为Qi(k)，则第i个OFDM符号导频信道跟踪后的信道估计值为Hi(k)。
降噪IFFT子模块3431根据公式(13)对导频跟踪后的结果Hi(k)进行IFFT处理后得到带噪声的信道冲激响应hi(n)。
降噪滤波子模块3432根据公式(14)计算hi(n)的平均功率，根据公式(15)对hi(n)进行降噪处理得到降噪后的信道冲激响应
降噪FFT子模块3433根据公式(16)对
进行FFT处理后得到降噪后的信道估计值
提取有效子载波模块3440根据公式(17)从降噪后的信道估计值
中提取有效子载波上的信道估计值。
如图8所示，为本发明实施例的信道估计流程图，包括以下步骤 步骤S510，接收端接收到数据后，根据所述数据中的同步信号进行初始信道估计，得到同步信号初始信道估计值； 步骤S520，接收端估计数据中的导频，对所述同步信号初始信道估计值进行导频跟踪处理，得到导频跟踪处理结果； 步骤S530，接收端对所述导频跟踪处理结果进行降噪处理，得到降噪处理结果； 步骤S540，接收端从所述降噪处理结果中的有效子载波上提取信道估计值。
其中，步骤510中根据所述数据中的同步信号进行初始信道估计的流程图如图9所示，包括 步骤S511，接收端从所述数据的帧同步序列起始位置开始，取2048个10MHz采样率下的采样点，记为采样数据； 步骤S512，接收端对采样数据进行时/频域变换得到变换后的数据； 步骤S513，接收端对变换后的数据采用与发射端相同的、序列定位后的随机序列进行频域序列解随机化，得到解随机化后的数据； 步骤S514，接收端对解随机化后的数据进行IFFT处理后得到带噪声的信道冲激响应； 步骤S515，接收端对带噪声的信道冲激响应进行降噪处理后得到降噪后的信道冲激响应； 步骤S516，由于同步信号具有2048个子载波，时域信号采用4096个子载波，因此接收端对降噪后的信道冲激响应进行补零处理； 步骤S517，接收端对补零处理后的信道冲激响应进行FFT处理后得到同步信号初始信道估计。
步骤S530中接收端对所述导频跟踪处理结果进行降噪处理的流程图如图10所示，包括 步骤S531，接收端对所述导频跟踪处理结果进行IFFT处理后得到带噪声的信道冲激响应； 步骤S532，接收端对带噪声的信道冲激响应进行降噪处理，得到降噪后的信道冲激响应； 步骤S533，接收端对降噪后的信道冲激响应进行FFT处理后得到降噪后的信道估计值。
本发明提供的OFDM系统的信道估计装置和方法，采用同步信号和导频进行联合信道估计，大大提高了信道估计的精度，满足了系统性能需求，同时无需提高导频密度，不会降低系统有效负载量，而且同步信号仍可用于原有的载波和定时同步，对同步信号的原有功能没有任何影响。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。
权利要求
1.一种正交频分复用OFDM系统的信道估计装置，用于根据同步信号和导频对数据进行信道估计，其特征在于，包括
同步信号初始信道估计模块，用于根据所述数据中的同步信号进行初始信道估计，获取初始信道估计结果；
导频信道跟踪模块，用于根据所述数据中的导频对从所述同步信号初始信道估计模块获取的所述初始信道估计结果进行导频信道跟踪，得到导频信道跟踪结果；
降噪处理模块，用于根据从所述导频信道跟踪模块获得的所述导频信道跟踪结果进行降噪处理；
提取有效子载波模块，用于从经过降噪处理后的所述导频信道跟踪结果中提取有效子载波上的信道估计值。
2.根据权利要求1所述的信道估计装置，其特征在于，所述同步信号初始信道估计模块进一步包括
采样子模块，用于对所述数据的帧同步序列采样，得到采样数据；
时/频域变换子模块，用于对从所述采样子模块得到的采样数据进行时/频域变换，得到变换域数据；
解随机化子模块，用于对从所述时/频域变换子模块得到的变换域数据进行解随机化处理得到解随机化数据；
初始IFFT子模块，用于对从所述解随机化子模块得到的解随机化数据进行IFFT处理后得到初始IFFT数据；
初始滤波子模块，用于对从所述初始IFFT子模块得到的初始IFFT数据进行降噪处理后得到初始降噪处理结果；
补零子模块，用于对从所述初始滤波子模块得到的初始降噪处理结果进行补零处理得到补零后的补零处理；
初始FFT子模块，用于对从补零子模块得到的所述补零处理结果进行FFT处理，得到所述初始信道估计的结果。
3.根据权利要求1所述的信道估计装置，其特征在于，所述降噪处理模块进一步包括
降噪IFFT子模块，用于对从所述导频信道跟踪模块得到的导频信道跟踪结果进行IFFT处理后得到降噪IFFT数据；
降噪滤波子模块，用于对从所述降噪IFFT子模块得到的降噪IFFT数据进行降噪滤波处理后得到降噪滤波处理结果；
降噪FFT子模块，用于对从所述降噪滤波子模块得到的降噪滤波处理结果进行FFT处理后得到所述降噪处理结果。
4.一种OFDM系统的信道估计方法，用于根据同步信号和导频进行信道估计，其特征在于，包括如下步骤
根据所述数据中的同步信道进行初始信道估计，获得所述初始信道估计结果；
根据所述数据中的导频对所述初始信道估计结果进行导频信道跟踪，获得所述导频信道跟踪的结果；
对所述导频信道跟踪结果进行降噪处理得到降噪处理结果；
从所述降噪处理结果中提取有效子载波上的信道估计值。
5.根据权利要求4所述的信道估计方法，其特征在于，所述根据数据中的同步信号进行初始信道估计，获得初始信道估计结果包括
对所述数据的帧同步序列采样，得到采样数据；
对从所述采样子模块得到的采样数据进行时/频域变换，得到变换域数据；
对所述变换域数据进行解随机化处理得到解随机化数据；
对所述解随机化数据进行IFFT处理后得到初始IFFT数据；
对所述初始IFFT数据进行降噪处理后得到初始降噪处理结果；
对所述初始降噪处理结果进行补零处理得到补零处理结果；
对所述补零处理结果进行FFT处理后得到所述初始信道估计的结果。
6.根据权利要求4所述的信道估计方法，其特征在于，所述对所述导频信道跟踪结果进行降噪处理得到降噪处理结果包括
对所述导频信道跟踪结果进行IFFT处理后得到降噪IFFT数据；
对所述降噪IFFT数据进行降噪滤波处理后得到降噪滤波处理结果；
对所述降噪滤波处理结果进行FFT处理后得到所述降噪处理结果。
7.一种基于OFDM的多载波数字广播系统，包括发射装置和接收装置，其特征在于，所述系统进一步包括一种信道估计装置，用于根据同步信号和导频对所述接收装置接收的数据进行信道估计。
8.根据权利要求7所述的多载波数字广播系统，其特征在于，所述信道估计装置进一步包括
同步信号初始信道估计模块，用于根据所述数据中的同步信号进行初始信道估计，获取初始信道估计结果；
导频信道跟踪模块，用于根据所述数据中的导频对从所述同步信号初始信道估计模块获取的所述初始信道估计结果进行导频信道跟踪，得到导频信道跟踪结果；
降噪处理模块，用于对从所述导频信道跟踪模块获得的所述导频信道跟踪结果进行降噪处理；
提取有效子载波模块，用于从经过降噪处理后的所述导频信道跟踪结果中提取有效子载波上的信道估计值。
9.根据权利要求8所述的信道估计装置，其特征在于，所述同步信号初始信道估计装置进一步包括
采样子模块，用于对所述数据的帧同步序列采样，得到采样数据；
时/频域变换子模块，用于对从所述采样子模块得到的采样数据进行时/频域变换，得到变换域数据；
解随机化子模块，用于对从所述时/频域变换子模块得到的变换域数据进行解随机化处理得到解随机化数据；
初始IFFT子模块，用于对从所述解随机化子模块得到的解随机化数据进行IFFT处理后得到初始IFFT数据；
初始滤波子模块，用于对从所述初始IFFT子模块得到的初始IFFT数据进行降噪处理后得到初始降噪处理结果；
补零子模块，用于对从所述初始滤波子模块得到的初始降噪处理结果进行补零处理得到补零处理结果；
初始FFT子模块，用于对从补零子模块得到的所述补零处理结果，进行FFT处理后得到所述初始信道估计的结果。
10.根据权利要求8所述的信道估计装置，其特征在于，所述降噪处理模块进一步包括
降噪IFFT子模块，用于对从所述导频信道跟踪模块得到的导频信道跟踪结果进行IFFT处理后得到降噪IFFT数据；
降噪滤波子模块，用于对从所述降噪IFFT子模块得到的降噪IFFT数据进行降噪滤波处理后得到降噪滤波处理结果；
降噪FFT子模块，用于对从所述降噪滤波子模块得到的降噪滤波处理结果进行FFT处理后得到所述降噪处理结果。
全文摘要
本发明涉及通信技术领域，提出了一种OFDM系统的信道估计装置，用于根据同步信号和导频对数据进行信道估计，包括同步信号初始信道估计模块，用于根据所述数据中的同步信号进行初始信道估计；导频信道跟踪模块，用于对所述初始信道估计的结果进行导频信道跟踪；降噪处理模块，用于对所述导频信道跟踪的结果进行降噪处理；提取有效子载波模块，用于从所述降噪处理的结果中提取有效子载波上的信道估计值。本发明提供的OFDM系统的信道估计装置和方法，采用同步信号和导频进行联合信道估计，大大提高了信道估计的精度，满足了系统性能需求，同时无需提高导频密度，不会降低系统有效负载量，而且同步信号仍可用于原有的载波和定时同步。
文档编号H04L27/26GK101771650SQ200910076558
公开日2010年7月7日 申请日期2009年1月7日 优先权日2009年1月7日
发明者葛啟宏, 王军伟, 刘斌彬, 白栋, 陶涛 申请人:北京泰美世纪科技有限公司