专利名称：基于虚拟导频的用于限幅ofdm系统的信道估计方法
技术领域：
本发明属于通信技术领域，涉及一种信道估计方法，具体涉及一种基于虚拟导频的用于限幅OFDM系统的信道估计方法。
背景技术：
与传统无线传感器网络相比，无线多媒体传感器网络更加关注音频、视频、图像等多媒体的采集、处理与传输。低耗能、高速率的数据传输方式成为制约无线多媒体传感器网络发展的关键技术问题之一。OFDM是一种高效的、广泛应用的数据传输方式，适合用作无线多媒体传感器网络。OFDM时域信号由多路相互独立的、经调制的子信号叠加而成，可能产生较大的峰均比(PAPR)。而大峰均比信号对功率放大器的非线性特性非常敏感，会导致系统的误码率升高，并造成较大的带外辐射。另外，峰均比较大时还会造成功率放大器的能量效率下降和能量浪费。目前已经存在的抑制信号峰均比的方法中，限幅滤波是最常用、最简单的方式。但是，限幅滤波是一种非线性变换，会带来非线性失真。该失真包括频带内的非线性失真和频带外的能量辐射。频带内的非线性失真会导致噪声能量增大，降低系统的信噪比(SNR)。而带外辐射会干扰临近信道的数据传输。在梳状导频分布的OFDM系统中，导频子载波和数据子载波共同受到非线性失真的影响，因而导致信道估计的性能降低。针对此问题，目前已经存在一些抗非线性干扰的信道估计方法，如:S.Schwartz等提出了基于EM-迭代的联合信道估计和信号检测算法Wu等研究了限幅OFDM系统中的理论信道增益，并提出了一个基于判决反馈的信道估计算法；该算法利用了所有的数据和导频载波进行信道估计，然后迭代的估计和消除数据符号中的非线性失真，提高系统性能Sterba提出了一个用于OFDM系统的联合数据检测和信道再估计算法；该算法迭代的估计发送端产生的非线性信息，并用于补偿数据和导频符号的非线性失真，经补偿后的导频符号在下次迭代中用于获取更为精确的信道响应，而补偿后的数据符号则用于获取更加准确的数据判决。上述算法要么是单纯利用导频子载波进行信道估计，要么是利用所有数据和导频子载波进行信道估计。单纯利用导频子载波进行信道估计的算法的计算复杂度相对较低，但其性能相对较差；而利用全部数据和导频子载波进行信道估计的算法虽然大幅度改善了信道估计的性能，但同时也带来了很大的运算量。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于虚拟导频的用于限幅OFDM系统的信道估计方法，用以灵活的选择虚拟导频的数量，达到灵活平衡系统性能和计算复杂度的矛盾。为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于虚拟导频的用于限幅OFDM系统的信道估计方法。一种基于虚拟导频的用于限幅OFDM系统的信道估计方法，该方法包括:
步骤一，利用估计的初始信道信息进行信道均衡，并判决得到传输的数据符号；步骤二，选取部分或全部数据符号作为虚拟导频，并连同限幅OFDM系统的导频一起组成混合导频序列；利用所述混合导频序列对当前信道进行再估计，获得混合导频子载波处的信道响应；步骤三，将所述混合导频子载波处的信道响应反馈回步骤一，作为下一轮信道均衡和数据符号判决的依据。作为本发明的一种优选方案，所述步骤一的具体实现过程为:接收端对来自OFDM系统的接收信号进行幅度补偿；利用幅度补偿后的信号进行初始信道估计，根据已知的OFDM系统的导频得到导频子载波处的信道估计值，并获得所有导频子载波的信道响应；根据所有导频子载波的信道响应对幅度补偿后的信号进行信道均衡；消除信道均衡后的信号的非线性失真；从消除非线性失真的信号中抽取数据子载波，判决获得传输的数据符号。作为本发明的另一种优选方案，所述初始信道估计的实现过程为:利用LS算法计算得到导频子载波处的信道估计值，然后通过插值算法计算得出所有导频子载波的信道响应。作为本发明的再一种优选方案，所述插值算法为DFT插值算法、线性插值算法或多项式插值算法。作为本发明的再一种优选方案，所述步骤二的具体实现过程为:根据所述数据符号和导频序列重新组合出OFDM符号；对所述OFDM符号进行限幅滤波，获得限幅滤波后的信号；从所述数据符号中选取部分或全部数据符号作为虚拟导频，所述虚拟导频与所述OFDM系统的导频构成混合导频序列，获取虚拟导频子载波处的信道估计值和信道响应以及导频序列子载波处的信道估计值；根据限幅滤波后的信号估计非线性失真信息，用于在下一轮迭代的步骤一中消除信号 的非线性失真。作为本发明的再一种优选方案，所述限幅滤波的过程为:先将所述OFDM符号变换至时域进行限幅滤波，然后再变换回频域，获得限幅后的频域信号，即所述限幅滤波后的信号。作为本发明的再一种优选方案，所述非线性失真信息为:限幅后的频域信号除以失真系数后与所述OFDM符号的差值；所述失真系数α为所述接收信号的峰均抑制率Y的函数，即a = l-e_/ + 士/ 2.γ.erfciy)。如上所述，本发明所述的基于虚拟导频的用于限幅OFDM系统的信道估计方法，具有以下有益效果:1、利用部分数据符号作为虚拟导频进行信道估计，信道估计性能相对于传统单纯利用导频子载波的方法有了很大的提升；2、本发明所述方法的运算复杂度相对于利用所有数据和导频子载波的算法有了很大的降低，同时算法性能不会有太多的下降；3、随着峰均抑制率的增大，本发明所述方法的性能表现更为优异；4、本发明所述方法可以根据性能的要求和复杂度的要求，灵活的选择虚拟导频的数量，平衡性能和计算复杂度的要求。
图1为OFDM系统的基本框图。图2为虚拟导频的结构示意图。图3为实施例二所述的基于虚拟导频的用于限幅OFDM系统的信道估计方法的流程图。图4为本发明所述的基于虚拟导频的用于限幅OFDM系统的信道估计方法与传统的信道估计方法的误码率随信噪比变化的曲线对比示意图。图5为本发明所述的基于虚拟导频的用于限幅OFDM系统的信道估计方法与传统的信道估计方法的均方误差随信噪比变化的曲线对比示意图。图6为本发明所述的基于虚拟导频的用于限幅OFDM系统的信道估计方法与传统的信道估计方法的误码率随峰均抑制率变化的曲线对比示意图。
具体实施例方式以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式
加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。受限幅滤波的影响，梳状导频分布的限幅OFDM系统中数据和导频子载波均会产生非线性失真。而导频子载波受到非线性失真后，信道估计性能会产生严重的地板效应。为了解决此问题，本发明提出了一个基于虚拟导频的用于限幅OFDM系统的信道估计方法，该方法迭代的估计数据符号中的非线性失真信息，并将之用于数据判决中；然后将随后的部分数据符号作为虚拟导频，获取更为精确的信道再估计值，同时估计出更加精确的数据符号的非线性失真信息；最后，将上述信道再估计值和更加精确的非线性失真信息反馈至接收信号处理单元，重新进行信道均衡和符号判决。仿真结果表明，只需适当的增加运算量，本发明所述方法即可显著的改善系统性能。另外，本发明所述方法可以灵活的选择虚拟导频的数量，达到灵活平衡性能和计算复杂度的要求。下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细说明。实施例一本实施例提供一种基于虚拟导频的用于限幅OFDM系统的信道估计方法，该信道估计方法迭代的估计数据符号中的非线性失真信息，并将该非线性失真信息用于数据判决中；然后将随后的部分数据符号作为虚拟导频，获取更为精确的信道再估计值，同时估计出更加精确的数据符号的非线性失真信息；最后，将上述信道再估计值和更加精确的非线性失真信息反馈至接收信号处理单元，重新进行信道均衡和符号判决。本发明所述的基于虚拟导频的用于限幅OFDM系统的信道估计方法的具体实现过程如下:设OFDM符号的时域表达式为:
权利要求
1.一种基于虚拟导频的用于限幅OFDM系统的信道估计方法，其特征在于，所述基于虚拟导频的用于限幅OFDM系统的信道估计方法包括: 步骤一，利用估计的初始信道信息进行信道均衡，并判决得到传输的数据符号； 步骤二，选取部分或全部数据符号作为虚拟导频，并连同限幅OFDM系统的导频一起组成混合导频序列；利用所述混合导频序列对当前信道进行再估计，获得混合导频子载波处的信道响应； 步骤三，将所述混合导频子载波处的信道响应反馈回步骤一，作为下一轮信道均衡和数据符号判决的依据。
2.根据权利要求1所述的基于虚拟导频的用于限幅OFDM系统的信道估计方法，其特征在于:所述步骤一的具体实现过程为: 接收端对来自OFDM系统的接收信号进行幅度补偿； 利用幅度补偿后的信号进行初始信道估计，根据已知的OFDM系统的导频得到导频子载波处的信道估计值，并获得所有导频子载波的信道响应； 根据所有导频子载波的信道响应对幅度补偿后的信号进行信道均衡； 消除信道均衡后的信号的非线性失真； 从消除非线性失真的信号中抽取数据子载波，判决获得传输的数据符号。
3.根据权利要求2所述的基于虚拟导频的用于限幅OFDM系统的信道估计方法，其特征在于:所述初始信道估计的实现过程为:利用LS算法计算得到导频子载波处的信道估计值，然后通过插值算法计算得出所有导频子载波的信道响应。
4.根据权利要求3所述的基于虚拟导频的用于限幅OFDM系统的信道估计方法，其特征在于:所述插值算法为DFT插值算法、线性插值算法或多项式插值算法。
5.根据权利要求1所述的基于虚拟导频的用于限幅OFDM系统的信道估计方法，其特征在于:所述步骤二的具体实现过程为: 根据所述数据符号和导频序列重新组合出OFDM符号； 对所述OFDM符号进行限幅滤波，获得限幅滤波后的信号； 从所述数据符号中选取部分或全部数据符号作为虚拟导频，所述虚拟导频与所述OFDM系统的导频构成混合导频序列，获取虚拟导频子载波处的信道估计值和信道响应以及导频序列子载波处的信道估计值； 根据限幅滤波后的信号估计非线性失真信息，用于在下一轮迭代的步骤一中消除信号的非线性失真；
6.根据权利要求5所述的基于虚拟导频的用于限幅OFDM系统的信道估计方法，其特征在于:所述限幅滤波的过程为:先将所述OFDM符号变换至时域进行限幅滤波，然后再变换回频域，获得限幅后的频域信号，即所述限幅滤波后的信号。
7.根据权利要求6所述的基于虚拟导频的用于限幅OFDM系统的信道估计方法，其特征在于:所述非线性失真信息为:限幅后的频域信号除以失真系数后与所述OFDM符号的差值；所述失真系数α为所述接收信号的峰均抑制率Y的函数，即 a = 1-e~r + 12.γ.erfc(^)。
全文摘要
本发明提供一种基于虚拟导频的用于限幅OFDM系统的信道估计方法，该方法包括利用估计的初始信道信息进行信道均衡，并判决得到传输的数据符号；选取部分或全部数据符号作为虚拟导频，并连同限幅OFDM系统的导频一起组成混合导频序列；利用混合导频序列对当前信道进行再估计，获得混合导频子载波处的信道响应；将混合导频子载波处的信道响应反馈回步骤一，作为下一轮信道均衡和数据符号判决的依据。本发明可以权衡系统性能需求和计算复杂度要求，解决当前已公布方法性能太差或者运算复杂度太高的问题，其利用了部分数据符号作为辅助手段进行信道估计，相对于单纯利用导频子载波的方法使系统性能有了一定的改善。
文档编号H04L25/02GK103166891SQ20111041821
公开日2013年6月19日 申请日期2011年12月14日 优先权日2011年12月14日
发明者解永生, 周磊磊, 付耀先, 王营冠 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所