专利名称：基于训练序列的信道状态跟踪方法
技术领域：
本发明涉及无线信号传输领域，特别是涉及一种应用于无线通信系统的，基于训 练序列的信道状态跟踪方法。
背景技术：
在无线通信系统中，发射信号在传播过程中，除了直线路径上的直达信号外，通常 还会经历一个或多个反射物体的反射之后经过不同的传播路径到达接收机。这些经过不同 路径传播的信号其信号幅度和相位都各不相同，且以微小的时间差达到接收机之后，相互 干涉引起接收信号强度的波动，造成信号失真。这就是无线传播信道的多径效应。多径效 应常常延长发射信号到达接收机的时间。通常以第一个可检测信号到达接收机的时刻作为 参考点，以最后一个可检测信号到达接收机的时刻作为终点，把两者之间的相对时延定义 为传播信道的最大时延。在第一个可检测信号和最后一个可检测信号之间，同样还存在着 多个相对时延各不相同的可检测信号。这些时延各不相同的可检测信号分别经由幅度和相 位各不相同的多径分量传播。这些多径分量的时延、功率分布特性通常称为无线信道的功 率延迟分布，也称为无线信道的脉冲响应特性。从频谱上看，这些多径分量会造成在不同的频率分量上，信道的幅度/相位响应 是各不相同的。通常用参数相关带宽的大小来衡量这种不同频率之间的幅度/相位响应关 系。相关带宽是指一特定频率范围内，两个频率分量具有很强的幅度/相位相关性。可以 认为在相关带宽内，所有频谱分量均以几乎相同的增益和线性相位通过。因此对传输信号 来说，如果其信号带宽很窄，落在信道的相关带宽内，可以认为不同频率分量上的信号都经 历了相同的信道衰落影响；反之如果信号带宽远大于信道的相关带宽，那么不同频率分量 上的信号就会经历不同的信道衰落影响，这种现象称为信号的频率选择性衰落，对应的传 播信道称为频率选择性信道。信道相关带宽的大小同信道的功率延迟分布具有确定性的关 系。信道的功率延迟分布特性发生变换，它所对应的信道频率响应特性就会发生变化。不 同的功率延迟分布对应不同的信道相干带宽，因此对于一个时变的传播信道来说，其信道 脉冲响应并不是恒定不变的，那么传播信号在频率上遭受的信道衰落影响也就处于不断的 变化中。对接收机来说，要从经历信道衰落影响的接收信号中正确地恢复出发射信号，就 必须消除传播信道的不利影响。因此对各种不同的无线通信系统来说，信道估计技术都是 最关键的技术之一。近年来,OFDM(OrthogonalFrequency Division Multiplexing，正交频 分复用)技术被广泛应用于无线宽带通信系统中。OFDM技术一个显著的优点就是可以把一 个相对较宽的载波分成多个并行的子载波，每个子载波的带宽远小于信道的相关带宽，因 此对每个子载波信号来说，它所经历的信道频率衰落都是平坦的。这就克服了信道频率选 择性衰落的不利影响。如果信道估计技术能够获得不同子载波上的信道频率响应特性，接 收机就可以实现相干解调，从而正确的恢复出发射信号。获取信道频率响应特性的一种常用做法是在发射信号中插入一定的频域导频信号。接收端通过已知的导频信号获取导频子载波上的频率响应估计，如果整个信号带宽内 都是已知的导频信号，那么接收机就可以获得信道在整个信号带宽上的频域响应估计。另 一种常用的做法是按照事先约定的导频分布图样，发射信号在频域上间隔的插入导频信 号，接收机先估计出导频子载波上的频率响应估计，然后再通过相邻子载波之间频率响应 特性的相关性，通过插值的方法来估计其他子载波上的信道频率响应。对接收机来说，为了 达到最优信道估计的目的，通常都是按照事先假定的信道功率时延特性来设计插值的方法 和插值的系数，在接收过程中这些插值的方法和插值的系数通常都是固定不变的。这种方 法对于变换不明显的传播信道来说通常是有效的。但是对于变换较大的移动系统来说，其 传播信道通常是随着周围环境的变换而变换的，信道功率时延特性一旦发生变化，就会使 得预先设定的插值方法和插值系统在某些环境下并不是最优的，从而降低了信道估计的准 确度，进而影响接收机的接收性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于训练序列的信道状态跟踪方法，使OFDM 接收机在移动接收环境下具有跟踪信道变化的能力，可以根据信道变化相对调整信道估计 方法。为解决上述技术问题，本发明的基于训练序列的信道状态跟踪方法是采用如下技 术方案实现的根据已知训练序列得到信道冲击响应信息；根据信道冲击响应信息确定用 于表征信道特性的判决参数；根据所述判决参数从事先假定的多种信道类型中判决出当前 信道的类型。采用本发明的基于训练序列的信道状态跟踪方法，可以在基本不增加实现复杂度 和成本的前提下，有效的跟踪移动状态下接收机信道状态变化，准确合理地自适应调整信 道估计方法。既能避免信道估计方法与信道特性不匹配造成接收性能低下，又能防止信道 估计方法过于频繁的切换导致接收性能不稳定，从而保证接收机在多种信道环境下都能工 作在较优工作状态下，为后续的信道估计提供了便利。
下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明附图是本发明的方法一实施例处理流程示意图。
具体实施例方式无线移动通信系统中的信道特性包括多径传播、时延扩展、衰落特性以及多普勒 效应等。结合附图所示，为了更清楚的阐述本发明，在下面的实施例中将以中国数字移动 多媒体广播系统(CMMB，China MobileMultimedia Broadcast)为例进行说明，包括如下步 骤步骤一、根据已知训练序列得到信道冲击响应信息。具体实现的方法是A、根据CMMB协议定义，在每个时隙信号的开头都存在两个长度为2048的同步信 号，除去虚拟子载波外，这两个同步信号在频域子载波上映射有1536个有效信号，对接收 机来说所述有效信号是确定已知的训练序列。因此取所述两个同步信号中的任一信号进行2048点的时频FFT(快速傅里叶变换)变化得到相应的频域序列，并提取出长度为1536的 接收信号序列。接收机取本地已知的训练序列的共轭值，并同该接收信号序列进行两两相 乘，得到相干处理后的频域训练序列。B、对相干处理后的频域训练序列进行2048点的频时IFFT (快速傅里叶反变换) 变换，即得到长度为2048的信道冲击响应序列。步骤二、根据信道冲击响应信息确定用于表征信道特性的判决参数。具体实现的 方法是a、求信道冲击响应序列的平均功率值P。最强径的功率值Pmax以及该最强径在序 列中的位置Imax。b、根据平均功率值1\和最强径的功率值Pmax得到多径检测阈值ξ” I1 = max(^Pe, Pfflax/k2)。其中，Ic1和1 根据传播信道的时延特性进行配置，且需满足Ic1和1 都 是大于1的正数。C、根据多径检测阈值ξ ,在信道冲击响应序列中进行有效径识别，即选出所有功 率大于多径检测阈值ξ ！的有效径；根据所述有效径找出当前时隙多径分布中的首径位置 If(η)和最末径位置Id，最终得到多径时延分布中的最大时延τ和最强径时延τ_ ； d、根据最强径功率值Pmax确定强径检测阈值ξ 2， _] ξ 2 = Pfflax/kx,其中，k3是大于1的整数，其取值需保证ξ2>> I1不等式成立。e、根据强径检测阈值ξ 2在信道冲击响应序列中进行强径识别，即选出所有功率 大于强径检测阈值ξ 2的有效径。从而确定多径分布中最后一个强径的位置Is，最终得到 多径时延分布中的强径时延ts，τ s = Is-Ifo步骤三、根据所述判决参数从事先假定的多种信道类型中判决出当前信道的类 型。具体实现的方法是I、事先假定工作环境的信道时延最大不会超过时延τ工=1536(通常传播信道的 最大时延在几十微秒量级，根据CMMB信号IOMHz的基带采样速率，传播信道的多径分布反 映到基带数据上大概在几百个样点级别，因此这里选择T1 = 1536可以涵盖整个信道的多 径分布范围了)，根据有效径分布特性的不同，选取K(K为整数，0 < K < T1)个不大于最 大时延T1的值做为检测阈值Iii, i = 1，2，...K，0 < Jl1 < ... < nK< T1，所述K个阈 值把信道时延分布划分成Κ+1个区间。分别把最强径时延τ _、强径时延^和最大时延 τ同K个阈值进行比较，从而确定当前信道的最强径、最后一个强径和最末径落在哪个时 延区间内。实际采用的检测阈值在事先设定的阈值Jli的基础上，根据当前判决参数同历史 判决参数相比得到的变化趋势的不同而在一定的范围内浮动。如果当前时刻的判决参数同 历史时刻的判决参数相比由小变大时，则检测阈值n' i同事先设定的阈值Hi保持一致， 即n' i= Hi ；如果当前时刻的判决参数同历史时刻的判决参数相比由大变小时，则检测 阈值n' i在事先设定的阈值1的基础上下浮一定的偏移量，S卩n' i= ι-λ，其中， 入(λ >ο)为偏移量。
II、根据确定的这三个区间的状态组合的不同，分别从短时延多径信道、中等时延 多径信道、长时延多径信道、等强多径信道以及均分分布多径信道做状态匹配，找出状态匹 配一致最多的信道，即认为与当前信道最接近的信道类型C。接收机每隔一定的时间估计新的信道类型C’，并同最近一次的历史信道类型C相 比较。如果信道类型不发生变化，则保持当前的信道估计方法不变，如果信道类型发生变 化，则根据当前估计得到的信道类型C’调整相应的信道估计方法。因为CMMB信号中时隙信号长度为25毫秒，所以对CMMB信号来说，接收机可以以 25毫秒为周期估计一次当前信道的类型。在当前信道类型同上一个时隙时刻信道类型相比 较的基础上，判决是否需要更新当前时隙的信道估计方法，从而达到信道状态跟踪以及自 适应调整信道估计方法的目的。以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限 制，例如本发明并不局限于CMMB系统，而适用于所有在移动环境接收的无线通信系统。在 不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为 本发明的保护范围。
权利要求
1.一种基于训练序列的信道状态跟踪方法，其特征在于包括如下步骤步骤一、根据 已知训练序列得到信道冲击响应信息；步骤二、根据信道冲击响应信息确定用于表征信道 特性的判决参数；步骤三、根据所述判决参数从事先假定的多种信道类型中判决出当前信 道的类型。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤一所述的根据已知训练序列得到信 道冲击响应信息采用以下方法实现步骤A、对接收信号进行时频FFT变换得到频域序列，取已知训练序列的共轭值，并同 该频域序列进行两两相乘，得到相干处理后的频域训练序列；步骤B、对相干处理后的频域训练序列进行频时IFFT变换得到信道冲击响应序列。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤二所述的根据信道冲击响应信息确 定用于表征信道特性的判决参数采用以下方法实现步骤a、求信道冲击响应序列的平均功率值P。最强径的功率值Pmax以及该最强径在序 列中的位置Ifflax ；步骤b、根据平均功率值Pe和最强径的功率值Pmax得到多径检测阈值ξ” I1 = max (^Pe, Pfflax/k2)；其中，Ic1和1 根据传播信道的时延特性进行配置，且Ic1和1 都是大于1 的正数；步骤c、根据多径检测阈值ξ ,在信道冲击响应序列中进行有效径识别，即选出所有功 率大于多径检测阈值ξ ！的有效径，从而确定多径分布中的首径位置If和最末径位置Id，最 终得到多径时延分布中的最大时延τ和最强径时延τ_，步骤d、根据最强径功率值Pmax确定强径检测阈值ξ2，ξ 2 = Pmax/k3, ξ2>> I1 ；其 中，k3是大于1的整数，其取值需保证ξ 2 > > ξ工不等式成立；步骤e、根据强径检测阈值ξ 2在信道冲击响应序列中进行强径识别，即选出所有功率 大于强径检测阈值ξ 2的有效径；根据所述有效径确定多径分布中最后一个强径的位置Is， 最终得到多径时延分布中的强径时延ts，τ s = Is-Ifo
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤三所述根据判决参数从事先假定的 多种信道类型中判决出当前信道的类型采用以下方法实现步骤I、事先假定工作环境的信道时延最大不会超过τ工，根据有效径分布特性的不同， 选取K个不大于最大时延T1的值做为检测阈值Jli, i = 1，2，...K，0 < η^... < ηκ < T1，所述K个阈值把信道时延分布划分成Κ+l个区间；分别根据最强径时延、强径 时延Ts和最大时延τ的大小确定当前信道的最强径、最后一个强径和最末径落在哪个时 延区间；步骤II、根据确定的最强径、最后一个强径和最末径三个时延区间的不同，分别从短时 延多径信道、中等时延多径信道、长时延多径信道、等强多径信道以及均分分布多径信道中 找出最接近的匹配值，确定为当前信道的类型C。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于在步骤I中采用的检测阈值在事先设定 的阈值Hi的基础上，会根据当前判决参数同历史判决参数相比得到的变化趋势的不同而在一定的范围内浮动；如果当前时刻的判决参数同历史时刻的判决参数相比由小变大时， 则检测阈值n' i同事先设定的阈值Hi保持一致，即n' i= Hi ；如果当前时刻的判决 参数同历史时刻的判决参数相比由大变小时，则检测阈值n' i在事先设定的阈值Hi的 基础上下浮一定的偏移量，S卩V ζι-λ。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于接收机每隔一定的时间估计新的信道类 型C’，并同最近一次的历史信道类型C相比较；如果信道类型不发生变化，则保持当前的信 道估计方法不变，如果信道类型发生变化，则根据当前估计得到的信道类型C’调整相应的 信道估计方法。
全文摘要
本发明公开了一种适用于OFDM系统的基于训练序列的信道状态跟踪方法，包括如下步骤步骤一、根据已知训练序列得到信道冲击响应信息；步骤二、根据信道冲击响应信息确定用于表征信道特性的判决参数；步骤三、根据所述判决参数从事先假定的多种信道类型中判决出当前信道的类型。本发明能使OFDM接收机在移动接收环境下具有跟踪信道变化的能力，可以根据信道变化相对调整信道估计方法，从而保证接收机在多种信道环境下都能工作在较优工作状态下。本发明特别适用于针对移动环境接收而设计的无线通信系统。
文档编号H04L27/26GK102075474SQ200910201839
公开日2011年5月25日 申请日期2009年11月19日 优先权日2009年11月19日
发明者程鑫豪, 金方其, 陈肯 申请人:卓胜微电子(上海)有限公司