专利名称：一种正交频分复用系统的信道估计方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线移动通信技术领域，尤其涉及一种正交频分复用系 统的信道估计方法和装置。
背景技术：
正交频分复用(OFDM)技术将高速数据流串并变换后复用在不同 正交子载波上，在減少数据间干扰的同时提高了频谱效率。而且，每个 子载波对应的子信道为频率平坦衰落信道，有效减少了多径衰落造成的 符号间干扰。目前，OFDM技术已在无线局域网、增强型第三代移动 通信系统等中得以广泛应用。
为保证OFDM系统在无线移动通信环境中的良好性能，接收端需 提供对无线衰落信道尽可能准确的估计。因此，信道估计是OFDM系 统系带信号处理中无可缺少的重要环节。
图1示出正交频分复用系统中数据发送和接收的系统示意图。如图 1所示，在发送端，数据经过信道编码、调制、空时编码，生成的信号 和频域导频信号一起进行资源映射，再经过IFFT变化、成帧处理后进 行发射。在接收端，经过FFT变换、导频数据分离后，分离的导频信 号用于信道估计，根据信道估计的结果对分离出的数据信号进行空时译 码，再经过解调、信道译码等操作还原发送的数据。
在实际的OFDM系统中，为避免发送信号受到低通滤波器的影 响，通常预留系统所分配带宽边缘的部分子载波作为虛拟子载波。由于 落入虚拟载波范围内的导频序列无法提供该频域范围内的信道信息，若 对丟失部分频域信息的信道频域响应估计值进行傅立叶逆变换，得到的 时域冲激响应将受到能量泄漏的影响而相互干扰，导致信道估计精度的 下降。现有的信道估计技术大多未考虑能量泄漏的影响，在时域对有限
6个采样点进行截取，丢失了有效时域冲激响应，出现地板效应。因此， 亟待一种有效消除能量泄漏影响的方法，提高实际系统中的信道估计精 度。
发明内容
本发明要解决的 一个技术问题是提供一种正交频分复用系统的信道 估计方法，能够提高系统中的信道估计精度。
本发明提供一种正交频分复用系统的信道估计方法，包括对位于 有效子载波范围内的可用导频进行信道频域响应估计，进行傅里叶逆 变换，获得初始信道时域冲激响应；获得初始信道时域冲激响应中与 有效多径时延位置对应的信道时域沖激响应，根据有效多径时延位置 生成干扰矩阵；将干扰矩阵的逆和与有效多径时延位置对应的信道时 域冲激响应相乘，获得修正后的信道时域冲激响应；对修正后的信道 时域冲激响应进行傅里叶变换，获得信道频域响应估计。
才艮据本发明的信道估计方法的 一 个实施例，该方法还才艮据预设 的有效径判决门限确定所述有效多径时延位置。其中，该预设的有效 径判决门限Thr为
其中，<formula>formula see original document page 7</formula> rs为OFDM符号周期，/D为最大 多普勒频移，《为信噪比估计值，为导频符号功率，iVav为用以计 算判决门限77^需统计的OFDM符号数。
根据本发明的信道估计方法的一个实施例，通过如下公式根据 所述有效多径时延位置生成干扰矩阵
<formula>formula see original document page 7</formula>& ",、—〖〖,"sinK-
『，'P = exP(一乂2^^々/W) ， /0，仏…，为所述有效多径时延位 置，A,为不同发送天线时域冲激响应的相位旋转因子，R为不同发
V z
送天线时域冲激响应的位移因子，iV为IFFT长度，TVe为有效子载波
数，A为导频符号频域间隔。
进一步，对于频分多天线导频的 OFDM 系统， A" =V-(々-。D"2 ， a,=0;或者，对于码分多天线导频的
OFDM系统，A" /p+a,)/2， —1)《。，D,二l,其中iTo
为各个发送天线的时域沖激响应在时间轴上的间距。
根据本发明的信道估计方法的 一 个实施例，对修正后的信道时 域冲激响应进行傅里叶变换获得信道频域响应估计的步骤包括:对修 正后的信道时域沖激响应补0使样点数扩展至系统FFT/IFFT长度 TV;对扩展后的信道时域冲激响应序列进行FFT变换，获得各个子 载波上的信道频域响应。
本发明要解决的另 一个技术问题是提供一种正交频分复用系统的信 道估计装置，能够提高系统中的信道估计精度。
本发明提供一种正交频分复用系统的信道估计装置，包括初始时 域冲激响应获取模块，用于对位于有效子载波范围内的可用导频进行 信道频域响应估计，对所述信道频域响应估计进行傅里叶逆变换获得 初始信道时域沖激响应，发送所述初始信道时域沖激响应；有效时域 冲激响应获取模块，用于接收来自所述初始时域冲激响应获取模块的 初始信道时域沖激响应，获得所述初始信道时域冲激响应中与有效多 径时延位置对应的信道时域冲激响应，发送与所述有效多径时延位置 对应的信道时域沖激响应；千扰矩阵获取模块，用于根据所述有效多 径时延位置生成干扰矩阵，发送所述千扰矩阵；时域冲激响应修正模 块，用于接收来自所述有效时域冲激响应获取模块的与所述有效多径 时延位置对应的信道时域沖激响应，接收来自所述干扰矩阵获取模块的所述干扰矩阵，将所述干扰矩阵的逆和与所述多径时延位置对应的 信道时域冲激响应相乘，获得修正后的信道时域冲激响应，发送所述
修正后的信道时域沖激响应；频域响应估计获取模块，用于接收来自 所述时域冲激响应修正模块的所述修正后的信道时域冲激响应，对所 述修正后的信道时域冲激响应进行傅里叶变换，获得修正后的信道频 域响应估计。
进一步，该信道估计装置还包括有效多径时延位置获取模 块，用于根据预设的有效径判决门限确定所述有效多径时延位置，发 送所述有效多径时延位置；所述有效时域沖激响应获取模块还用于接 收来自所述有效多径时延位置获取模块的所述有效多径时延位置；所 述干扰矩阵获取模块还用于接收来自所述有效多径时延位置获取模块 的所述有效多径时延位置。
进一步，上述频域响应估计获取模块对所述修正后的信道时域 冲激响应补0使样点数扩展至系统FFT/IFFT长度7V;对所述扩展后 的信道时域沖激响应序列进行FFT变换，获得各个子载波上的修正 后的信道频域响应。
本发明提供的信道估计方法和装置，通过构造多径的千扰，将干扰 矩阵的逆与有效信道时域冲激响应相乘以抑制能量泄漏，消除地板效 应，提高信道估计的精度。
图1示出正交频分复用系统中数据发送和接收的系统示意图； 图2示出本发明的正交频分复用系统的信道估计方法的一个实施例 的流禾呈图3示出本发明的正交频分复用系统的信道估计方法的另一个实施 例的流程图4示出本发明的正交频分复用系统的信道估计装置的一个实施例 的框图5示出本发明的正交频分复用系统的信道估计装置的另一个实施
9例的框图。
具体实施例方式
下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例 性实施例。在附图中，相同的标号表示相同或者相似的组件或者元素。
图2示出本发明的正交频分复用系统的信道估计方法的一个实施例 的流程图。
如图2所示，在步骤202，对位于有效子载波范围内的可用导频 进行信道频域响应估计，然后进行傅里叶逆变换，获得初始信道时域 冲激响应。例如，信道频域估计可以通过在各个导频子栽波上进行基 于最小二乘或最小均方误差准则进行。
在步骤204,获得初始信道时域冲激响应中与有效多径时延位置 对应的信道时域冲激响应，并根据有效多径时延位置生成干扰矩阵。 有效多径位置可以通过根据预先设定的有效径判决门限来确定；对于 信道多径时延已知的系统，可以直接根据已知的多径时延信息确定有 效多径时延位置。对于信道多径时延未知的系统，保留多径的方法还 包括将前Lmax点均保留下来，其中Lmax为最大多径时延；或者， 按幅度从大到小，保留L，个点，L，为经验值，在不同信道环境中不 同。
在步骤206,将干扰矩阵的逆和与有效多径时延位置对应的信道 时域冲激响应相乘，获得修正后的信道时域冲激响应；
在步骤208，对修正后的信道时域冲激响应进行傅里叶变换，获 得修正后的信道频域响应估计。
图3示出本发明的正交频分复用系统的信道估计方法的另一个实施 例的流程图。
如图3所示，在步骤302，接收信号，将接收的信号进行FFT变 换，将经过FFT变换的接收信号中将导频符号分离出来。
在步骤304，根据最小二乘或最小均方误差准则求得信道频域响应 估计，经IFFT后得到初始时域冲激响应估计值^ i， j分别表示第/根发送天线和第y'根接收天线。
在步骤306，根据预先设定的有效径判决门限，寻找有效多径时 延位置/。， /lv..， /^，保留与有效多径时延位置对应的有效信道时域冲
激响应Klft^m'4H。
在步骤308，根据确定的有效多径时延位置重构各个多径时延对应 的干扰《,.，并构造干扰矩阵^:
《,力") (w 《，氺，O 《，,(w
其
中
(1)
々"
…《L，"
sin(7T(/。-
sin(;r(^ - /p + a, / W)
'《，'P —
=exp(-y'2;r/^/p /TV) ， A"为不同发送天线时域冲激响应的相位
旋转因子，A为不同发送天线^域冲激响应的位移因子。根据不同的 导频方式(例如，频分多天线导频、码分多天线导频)，这两个参数 有所不同。
用干扰矩阵(的逆乘以有效信道时域沖激响应 l 二[、ft)，气y(A)".A，;ft'-，得到修正的时域冲激响应乙j :
&v 二《)/2,v (2)
在步骤310,将修正的时域冲激响应&,y添0至N点，然后进行 FFT变换，得到修正的信道频域响应估计。
根据本发明的一个实施例，对于信道多径时延未知的系统，可根据 如下公式获得预先设定的有效判决门限Thr，
77^"尸V^" (3) 其中，p二、(2;r人Am7;), rs为OFDM符号周期，/o为最大多普
勒频移，《为信噪比估计值，户为导频符号功率，A^为用以计算判决门 限77^需统计的OFDM符号数。根据公式(3)对初始信道时域冲激响应进4亍有效径保留
<formula>formula see original document page 12</formula>(4)
根据本发明的一个实施例，对于信道多径时延未知的系统，根据预 先设定的判决门限，寻找有效多径时延位置。并可以将多个收发天线对 及多个导频符号联合统计，以确定有效多径时延位置/o， A，...， /iy。
根据本发明的一个实施例，对于信道多径时延已经的系统，可以直
接根据已知的多径时延信息，确定有效多径时延位置/o，/h…，/w,并将
有效多径时延位置对应的时域沖激响应保留
根据本发明的一个实施例，可将干扰矩阵(变型为复共轭对称矩 阵，以乔里斯基(Cholesky)分解法求解更精确的信道时域冲激响应， 从而达到降低计算复杂度的效果。
需要指出，本发明的方法适用于单发单收、单发多收或者多发多收 的OFDMil/f言系统。
下面通过一个具体应用例对本发明的方法进行进一步的说明。
在该应用例中，假设OFDM系统的FFT/IFFT长度为7V，有效
子栽波数为7Ve，虛拟子栽波数为7V-iVe。接收机第j根天线上收到的
频域信号"[A:为
，]=//,,[卿]+ ，，" (5)
其中，好"W表示第/根发送天线至第j'根接收天线的信道频域响
应，iMW为第,'根发送天线的导频符号，Q^为有效子载波集合。
第一步在各个导频子载波上进行基于最小二乘或最小均方误差 准则的信道频域估计，并进行IFFT变换得到初始的信道时域沖激响应。
对于频分多天线导频方法的OFDM系统，即在各个发送天线对 应的子载波上除以各自的导频序列，得到各个发送天线的有噪信道频 域响应估计值
12<formula>formula see original document page 13</formula>对各个发送天线的i5^[^分别进行AVZ>f点IFFT变换，得到各个发 送天线初始的信道时域冲激响应t》.。其中iV为IFFT长度，Z)f为导 频符号频域间隔。
对于码分多天线导频方法的OFDM系统，以指数型导频为例， 即将笫一根发送天线导频符号的共轭乘以频域信号K[W，得到各个 发送天线的有噪信道频域响应估计值的累加<formula>formula see original document page 13</formula>
对频域信号A[A]进行W点IFFT变换，得到所有发送天线初始 的信道时域冲激响应G,,.。各个发送天线的时域冲激响应在时间轴上 互不重叠，其间距为iTo。
第二步根据上述公式(3)设定有效径判决门限r&，根据上 述公式(4)从第一步所得的初始信道时域沖激响应fi^.中寻找有效多 径时延位置~/。， /lw..， /￡V1，并保留所^有效多径时延位置对应的时域 沖激响应<formula>formula see original document page 13</formula>。为提高多径检测的准确度， 可以通过对多个发送天线及多个导频符号的联合统计确定有效多径时 延位置。
第三步根据上述步骤确定的有效多径时延位置重构各个多径时 延 对 应 的 千 扰<formula>formula see original document page 13</formula>对于不同的导频方式，干扰《.，有所不同。例如，对于频分多天线导频方法的OFDM系统<formula>formula see original document page 13</formula>对于 码分多天线导频方法的OFi"系统<formula>formula see original document page 13</formula>然后根据《"通过前面的公式(1)构造干扰矩阵《。 将第二步中保留的时域冲激响应&,7与干扰矩阵A,v的逆相乘
(参见上面的公式(2))，以消除虛拟子载波引入的能量泄漏对信道估计造成的影响，得到更加准确的信道时域冲激响应H,.,y。
优选地，、变形为复共轭对称矩阵。以频分多天线导频方式为
例，将^t与、'(々)合并，新干扰矩阵气第(p，q )个元素为 《(Wh一")"sin(《-yZV^)，该干扰矩阵
6'为复共轭对称矩阵。可利用Cholesky分解求解方程組代替矩阵求 逆，从而达到降低计算复杂度的效果。
第四步对第三步所得信道时域沖激响应估计
^.二[^(W,1(/,)，...， L(ur添0至点后进行傅里叶变换，得
到修正后的信道频域响应估计。
图4示出本发明的正交频分复用系统的信道估计装置的一个实施 例的框图。如图4所示，该信道估计装置包括初始时域冲激响应获取 模块41、有效时域冲激响应获取模块42、干扰矩阵获取模块43、时 域冲激响应修正模块44和频域响应估计获取模块45。其中，初始时 域沖激响应获取模块41用于对位于有效子载波范围内的可用导频进 行信道频域响应估计，对信道频域响应估计进行傅里叶逆变换，获得 初始信道时域冲激响应，发送获得的初始信道时域冲激响应到有效时 域冲激响应获取模块42。有效时域冲激响应获取模块42，用于接收 来自初始时域冲激响应获取模块41的初始信道时域冲激响应，获得 初始信道时域冲激响应中与有效多径时延位置对应的信道时域沖激响 应，发送与有效多径时延位置对应的信道时域沖激响应。干扰矩阵获 取模块43，用于根据有效多径时延位置生成千扰矩阵，发送干扰矩 阵。时域冲激响应修正模块44，用于接收来自有效时域冲激响应获 取模块42的与有效多径时延位置对应的信道时域冲激响应，接收来 自干扰矩阵获取模块43的干扰矩阵，将干扰矩阵的逆和与有效多径 时延位置对应的信道时域冲激响应相乘，获得修正后的信道时域冲激 响应，发送修正后的信道时域冲激响应到频域响应估计获取模块 45。频域响应估计获取模块45，用于接收来自时域沖激响应修正模 块44的修正后的信道时域冲激响应，对修正后的信道时域冲激响应
14进行傅里叶变换，获得修正后的信道频域响应估计。
图5示出本发明的正交频分复用系统的信道估计装置的另一个 实施例的框图。图5的信道估计装置和图4相比，增加了有效多径时 延位置获取模块56,用于根据预设的有效径判决门限确定有效多径 时延位置，发送有效多径时延位置到有效时域冲激响应获取模块42 和干扰矩阵获取模块43。有效时域冲激响应获取模块43从有效多径 时延位置获取模块56接收有效多径时延位置。干扰矩阵获取模块43 从有效多径时延位置获取模块56的有效多径时延位置。其他的模块 描述可以参见图4中对应模块的描述，为简洁起见，在此不再祥述。
其中，图5中有效多径时延位置获取模块56采用的预设的有效 径判决门限Thr为77^ =户尸7^^/< 。其中，/ = /。(2;r/DAm7;), rs 为OFDM符号周期，/D为最大多普勒频移，纟为信噪比估计值，i> 为导频符号功率，iVav为用以计算判决门限77^需统计的OFDM符 号数。
根据本发明的信道估计装置的 一个实施例，有效多径时延位置获
取模块根据预设的有效径判决门限通过对多个收发天线对及多个导频
符号的联合统计确定所述有效多径时延位置。此外，干扰矩阵获取模 块通过上面的公式(1)根据有效多径时延位置生成干扰矩阵々。
根据本发明的信道估计装置的一个实施例，时域冲激响应修正模 块将千扰矩阵变型为复共轭对称矩阵，通过采用矩阵求逆的快速算法 计算干扰矩阵的逆，以降低计算复杂度。
根据本发明的信道估计装置的 一个实施例，频域响应估计获取模 块对修正后的信道时域冲激响应补0使样点数扩展至系统FFT/IFFT 长度iV;对扩展后的信道时域冲激响应序列进行FFT变换，获得各 个子载波上的修正后的信道频域响应。
本发明的方法和装置通过构造多径的干扰，将干扰矩阵的逆与有效 信道时域冲激响应相乘以抑制能量泄漏，适用于单天线及多天线 OFDM系统，可灵活的应用于已经或未知信道多径时延信息的系统。 此方法能有效消除虛拟子载波引入的能量泄漏问题，消除地板效应，提高信道估计精度，且可通过快速矩阵算法控制系统复杂度。
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的 或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技
术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理 和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适 于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
权利要求
1.一种正交频分复用系统的信道估计方法，其特征在于，包括对位于有效子载波范围内的可用导频进行信道频域响应估计，进行傅里叶逆变换，获得初始信道时域冲激响应；获得所述初始信道时域冲激响应中与有效多径时延位置对应的信道时域冲激响应，根据所述有效多径时延位置生成干扰矩阵；将所述干扰矩阵的逆和与所述有效多径时延位置对应的信道时域冲激响应相乘，获得修正后的信道时域冲激响应；对所述修正后的信道时域冲激响应进行傅里叶变换，获得信道频域响应估计。
2. 根据权利要求1所述的正交频分复用系统的信道估计方法， 其特征在于，还包括步骤根据预设的有效径判决门限确定所述有效多径时延位置。
3. 根据权利要求2所述的正交频分复用系统的信道估计方法， 其特征在于，所述预设的有效径判决门限Thr为其中，P = 、(2;r/DAm7;), Ts为OFDM符号周期，fD为最大 多普勒频移，《为信噪比估计值，P为导频符号功率，Nav为用以计 算判决门限Thr需统计的OFDM符号数。
4. 根据权利要求2或3所述的正交频分复用系统的信道估计方 法，其特征在于，所述根据预设的有效径判决门限确定所述有效多径 时延位置的步骤包括根据预设的有效径判决门限通过对多个收发天线对及多个导频 符号的联合统计确定所述有效多径时延位置。
5. 根据权利要求1所述的正交频分复用系统的信道估计方法， 其特征在于，通过如下公式根据所述有效多径时延位置生成干扰矩 阵<formula>formula see original document page 3</formula>『w" = exp(-乂2;r/^々/AO ， /。， ,lv..， 为所述有效多径时延位 置，A ,为不同发送天线时域沖激响应的相位旋转因子，",.为不同发送天线时域冲激响应的位移因子，7V为IFFT长度，iVe为有效子载波 数，"f为导频符号频域间隔。
6、根据权利要求1所述的正交频分复用系统的信道估计方法， 其特征在于，所述对所述修正后的信道时域冲激响应进行傅里叶变换获得信道频域响应估计的步骤包括对所述修正后的信道时域冲激响应补0使样点数扩展至系统 FFT/IFFT长度iV;对所述扩展后的信道时域冲激响应序列进行FFT变换，获得各 个子载波上的信道频域响应。
7. —种正交频分复用系统的信道估计装置，其特征在于，包括初始时域冲激响应获取模块，用于对位于有效子载波范围内的 可用导频进行信道频域响应估计，对所述信道频域响应估计进行傅里 叶逆变换获得初始信道时域冲激响应，发送所述初始信道时域冲激响 应；有效时域沖激响应获取模块，用于接收来自所述初始时域冲激 响应荻取模块的初始信道时域冲激响应，获得所述初始信道时域冲激 响应中与有效多径时延位置对应的信道时域沖激响应，发送与所述有 效多径时延位置对应的信道时域沖激响应；干扰矩阵获取模块，用于根据所述有效多径时延位置生成干扰 矩阵，发送所述干扰矩阵；时域冲激响应修正模块，用于接收来自所述有效时域冲激响应 获取模块的与所述有效多径时延位置对应的信道时域冲激响应，接收 来自所述干扰矩阵获取模块的所述干扰矩阵，将所述干扰矩阵的逆和 与所述有效多径时延位置对应的信道时域冲激响应相乘，获得修正后的信道时域冲激响应，发送所述修正后的信道时域沖激响应；频域响应估计获取模块，用于接收来自所述时域沖激响应修正 模块的所述修正后的信道时域冲激响应，对所述修正后的信道时域冲 激响应进行傅里叶变换，获得修正后的信道频域响应估计。
8. 根据权利要求7所述的正交频分复用系统的信道估计装置， 其特征在于，还包括有效多径时延位置获取模块，用于根据预设的有效径判决门限 确定所述有效多径时延位置，发送所述有效多径时延位置；所述有效时域冲激响应获取模块还用于接收来自所述有效多径 时延位置获取模块的所述有效多径时延位置；所述干扰矩阵获取模块 还用于接收来自所述有效多径时延位置获取模块的所述有效多径时延 位置。
9. 根据权利要求8所述的正交频分复用系统的信道估计装置， 其特征在于，所述有效多径时延位置获取模块根据预设的有效径判决 门限通过对多个收发天线对及多个导频符号的联合统计确定所述有效 多径时延位置。
10. 根据权利要求7所述的正交频分复用系统的信道估计装 置，其特征在于，所述干扰矩阵获取模块通过如下公式根据所述有效 多径时延位置生成干扰矩阵<formula>formula see original document page 4</formula>其 中<formula>formula see original document page 5</formula>为所述有效多径时延位 置，A ,为不同发送天线时域冲激响应的相位旋转因子，a,.为不同发V，~ J送天线时域沖激响应的位移因子，iV为IFFT长度，7Ve为有效子栽波 数，Z)f为导频符号频域间隔。
11、根据权利要求7所述的正交频分复用系统的信道估计装 置，其特征在于，所述频域响应估计获取模块对所述修正后的信道时 域冲激响应补0使样点数扩展至系统FFT/IFFT长度iV;对所述扩展 后的信道时域冲激响应序列进行FFT变换，获得各个子载波上的修 正后的信道频域响应。
全文摘要
本发明公开一种正交频分复用系统的信道估计方法和装置。该方法包括获得初始信道时域冲激响应；获得所述初始信道时域冲激响应中与有效多径时延位置对应的信道时域冲激响应，根据所述有效多径时延位置生成干扰矩阵；将所述干扰矩阵的逆和与所述多径时延位置对应的信道时域冲激响应相乘，获得修正后的信道时域冲激响应；对修正后的信道时域冲激响应进行傅里叶变换获得信道频域响应估计。本发明的方法和装置通过构造多径的干扰，将干扰矩阵的逆与有效信道时域冲激响应相乘以抑制能量泄漏，能有效消除虚拟子载波引入的能量泄漏问题，消除地板效应，提高信道估计精度，且可通过快速矩阵算法控制系统复杂度。
文档编号H04L27/26GK101577692SQ20091008726
公开日2009年11月11日 申请日期2009年6月15日 优先权日2009年6月15日
发明者崔琪楣, 平 张, 轶 王, 许晓东, 陶小峰 申请人:北京邮电大学