专利名称：广义多载波系统频域信道估计装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于移动通信技术领域，特别涉及广义多载波系统频域信道估计装置。
背景技术：
目前，第三代(3G)移动通信技术已经给人们的生活带来了前所未有的体验，但人们的需求并没有因此而停滞，3GPP LTE (或B3G)正建立一个能获得高传输速率、低等待时间、基于包优化可演进的无线接入架构。针对LTE物理层的上行传输要求，我国提出了一种基于离散傅立叶变换扩频广义多载波(DFT-S-GMC)系统上行传输方案。该方案具有低峰均比、对时频同步误差及多址干扰鲁棒的优势。由于无线信道的阴影衰落和频率选择性衰落对实际通信系统的影响比较严重，所以必须努力降低无线信道的影响，这就对无线DFT-S-GMC系统的信道估计技术提出了很大的挑战，信道估计的好坏将直接影响到整个系统的性能优劣。由于在DFT-S-GMC上行传输方案中，数据和导频采用了不同的调制方式，所以传统均匀导频分配方案的设计存在两个主要问题一是每个用户被分配的导频个数将十分稀少，即导频密度低，难以满足奈奎斯特的时频采样定理要求，信道估计精度不高；二是根据IEEE802. 16e子帧参数，由于导频块长度仅是数据块长度的一半，所以难以由导频块的信道频响直接估计数据块的信道频响。
实用新型内容本实用新型的目的在于解决现有时域去噪方法受制于导频个数和分布均匀要求的局限性而导致的估计精度不高的问题，提供一种适用于块衰落信道环境下的离散傅立叶扩频广义多载波系统的信道估计装置，以获得较优的信道估计性能，且执行复杂度不高。本实用新型为解决上述技术问题提供广义多载波频域信道估计装置，包括发射模块，用于按照DFT-S-GMC发射方案原理将数据进行映射，并根据数据的映射方式分配导频；接收提取模块，用于按照IEEE 802. 16e子帧结构接收提取导频信号并估计导频子载波处的频道响应；平滑滤波模块，用于对收到的导频子载波进行线性频域平滑滤波；过采样模块，用于对收到的滤波后的结果进行过采样；内插外推模块，用于将采样后的频道响应估计值在时间维上进行内插及外推，以得到导频子带对应的数据子带处的信道频响估计值。所述的发射模块首先用于对用户的并行数据块进行DFT扩频操作；然后将用户的频域数据按照集中式或分布式的映射方式映射到相应的子带上，其它子带上数据为零，形成映射输出序列；接着对映射序列进行IFBT变换，并进行N个数据块的存储、移位、累加和循环数据成块的操作，最后添加循环前缀构成一块完整的DFT-S-GMC数据符号，以完成数据子带调制；再将特定用户的导频按照和数据相同的影射方式映射到和用户数据子带相对应的位置上，其它子带为零，以形成一个正交频分复用导频符号；对映射后的导频序列进行逆傅立叶变换，插入循环前缀后形成短导频块，以完成导频子带调制；最后将得到的数据块和导频块按照IEEE 802. 16e子帧参数组成一个完整的DFT-S-GMC子帧通过发射天线发射出去。所述的接收提取模块是按照IEEE 802. 16e子帧结构提取导频块，然后对每一块的导频接收信号去除循环前缀后的信号进行傅立叶变换，得到经过无线信道传输的导频正交频分复用符号，根据发射端使用的导频映射模式分别提取导频子载波位置的接收符号，计算得每个导频块处导频子载波处的信道频响的最小二乘估计。所述的平滑滤波模块使用的线性频域平滑滤波方法中的加权因子选择应遵循如下原则信道频响在相邻子信道上变化很快，即频选较严重时应增加加权因子的值，如果信噪比减少，就减少加权因子的取值。所述的过采样模块对滤波后的导频子载波处的频道响应估计值进行两倍率的采样。本实用新型的有益效果是本实用新型通过平滑滤波模块实现了最小二乘信道估计值在频域去噪的目的，再利用过采样模块和内插外推模块解决了短导频块估计长数据块的信道估计问题，不仅复杂度增加不多，而且获得了更高的估计精度，并能适更适用于实际的应用场景。
图I是本实用新型的广义多载波系统信道估计装置的结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作进一步说明。本实用新型的一种广义多载波系统信道估计装置的实施例我们以单用户DFT-S-GMC上行传输系统为例来进行说明，其通信环境为频选较为严重的块衰落PB信道，用户的移动速度为150km/h，载波频率为2GHz，且系统带宽为5MHz，数据长块傅立叶变换大小为512，循环前缀长度为39，导频短块傅立叶变换大小为256，循环前缀长度为31，子带个数为4，映射模式为分布式，子带位置分别为4、10、21、25。背景噪声服从零均值的复加性高斯分布。数据符号是由二进制数经过码率为1/2的turbo编码、截短、帧内交织和QPSK星座映射而形成，导频符号采用时频域恒模CAZAC序列。如图I所示，该装置的包括发射模块、接收提取模块、平滑滤波模块、过采样模块和内插外推模块，每个模块具体的工作过程如下发射模块首先按照DFT-S-GMC发射方案原理分别进行数据块分布式映射，经过逆滤波器组变换(IFBT)将用户数据映射到相应的子带位置上，其余子带为零，并完成用户数据的频域维和时域维的复用、循环数据成块形成完整的DFT-S-GMC数据符号。具体过程为首先特定特定用户u在第n个时刻的并行数据块<( )进行Ku点DFT扩频操作为%( )，其中，0彡n<N-l，N是每个传输数据块中复用的逆滤波器组变换的符号个数，Ku
是分配给用户u的子带个数，且满足±1 =M ’ U是整个上行系统所容纳的用户数，M是系
U=I
统的子带总数；其次，将用户U的频域数据％( )，0彡k' ( Ku按照分布式的映射方式映、射到相应的子带上，其它子带上数据为零，形成映射输出序列为圪，
O彡m彡M-1，0彡k'彡κ-1，0彡η彡D-l，C为特定用户子带偏移，R为重复因子；对映射序列进行IFBT变换，并进行N个数据块的存储、移位、累加和循环数据成块的操作，最后添加循环前缀构成一块完整的DFT-S-GMC数据符号，完成数据子带调制。再将用户N个导频按照和数据相同的分布式映射方式映射到和用户u数据子带相对应的位置上，而其它子带处均为零，形成一个正交频分复用导频符号，换言之，假设用户u第k个子带的导频为P； = [K (O),- K ( ),-, K (β -1)]' , O ^ k ( Ku-LO^ u ( U-I，那么对应用户 u 所有 M 个子带的导频矢量SPMexl =[P T,___,PmT,，其中m = C+kR(对应分布式导频映射)’Pm = P； ^ Oexl，否则Pm=Oex^ ΡΓ。然后，对映射后的导频序列进行逆傅立叶变换，插入循环前缀后形成短导频块，完成导频子带调制。最后根据IEEE 802. 16e子帧参数将得到数据块和导频块组成一 个完整的DFT-S-GMC子帧发射出去。接收提取模块首先按照IEEE 802. 16e子帧结构提取导频块，然后对每一块的导频接收信号去除循环前缀后的信号进行傅立叶变换，得到经过无线信道传输的导频正交频分复用符号，根据发射模块使用的导频映射模式分别提取导频子载波位置的接收符号为Y[l,kq]=化(011[1，10+1[1，10，其中卬1;(0表示当前用户在第I个符号块传输期间在第kq, k = O,…，K-l;q = 0，…，Q-I个子载处的导频符号值。由于在一个LTE子帧内，第2个短块和第7个短块是导频传输块，所以I = 2和7，计算得到每个导频块处导频子载波处的信道频响的最小二乘估计为々[7為]=叩為]/朽⑷,k = O,…，K-I ；q = O,…，Q_l，l = 2，7。平滑滤波模块使用频域平滑滤波方法对由接收提取模块得到的最小二乘信道估
计值进行滤波去噪，即麵Λ] = 為-1〗-。邵+ ￥_為+1]，其中参数a是加权因子，
它的选择影响了信道估计性能，当a I时相当于没有频域滤波的最小二乘信道估计方法，这里取a = O. 5，a值的选择应遵循如下原则如果信道频响在相邻子信道上变化很快，即频选较严重，那么应该增加a值；如果信噪比减少，那么就应该减少加权因子a的取值。过采样模块利用DFT过采样特性，对滤波后的短导频块的相应子带处的信道频响进行两倍率的过采样操作，其具体过程为首先对第k个子带的第q,个子载波进行偶数子载波处信道频响的过采样，即所^]=部,^], q' = 0,2, ---,2Q-2, k = O, ···, K-1 ;然后
利用线性内插方法估计奇数子载波处信道频响估计值为可/人卜^可/人一 +可/人+⑴^'
=1,3,…，2Q-3;最后对第k个子带最后奇数子载波处的信道频响估计值进行外推处理为= Hu,k2e_2] =O内插外推模块用于将经过采样后的信道频响估计值在时间维上进行线性内插及外推，以得到导频子带对应的数据子带处的信道频响估计值，即所1，&]=所2，&]，
H[^,kq,] = H[7 kqi]，_ + 2,kg,] = 丁H[2,kg,] + :H[7 kq,]，I = 1，…，4。本实用新型的发射模块采用了和数据映射模式相一致的导频映射模式，并通过平滑滤波模块对最小二乘信道估计的频域去噪，最后利用过采样模块和内插外推模块解决了短导频块估计长数据块的信道估计问题，因此在复杂度增加不多的前提下有效地改善了信道估计的性能。尽管本实用新型结合特定实施例进行了描述，但是对于本领域的技术人员来说，可以在不背离本实用新型的精神或范围的情况下进行修改或变化。这样 的修改和变化都应被视作在本实用新型的范围和附加的权利要求书范围之内 。
权利要求1.广义多载波系统频域信道估计装置，其特征在于包括 发射模块，用于按照DFT-S-GMC发射方案原理将数据进行映射，井根据数据的映射方式分配导频； 接收提取模块，用于按照IEEE 802. 16e子帧结构接收提取导频信号并估计导频子载波处的频道响应； 平滑滤波模块，用于对收到的导频子载波进行线性频域平滑滤波； 过采样模块，用于对收到的滤波后的结果进行过采样； 内插外推模块，用于将采样后的频道响应估计值在时间维上进行内插及外推，以得到导频子带对应的数据子带处的信道频响估计值。
专利摘要本实用新型涉及广义多载波系统频域信道估计装置，该信道估计装置包括发射模块、接收提取模块、平滑滤波模块、内插外推模块和过采样模块。发射模块，用于按照DFT-S-GMC发射方案原理将数据进行映射，并根据数据的映射方式分配导频；接收提取模块，用于接收提取导频信号并估计导频子载波处的频道响应；平滑滤波模块，用于对收到的导频子载波进行线性频域平滑滤波；过采样模块，用于对收到的滤波后的结果进行过采样；内插外推模块，用于将采样后的频道响应估计值在时间维上进行内插及外推，以得到导频子带对应的数据子带处的信道频响估计值。该装置适用于块衰落信道环境下的离散傅立叶扩频广义多载波系统，能够获得较优的信道估计性能，且执行复杂度不高。
文档编号H04L27/26GK202395807SQ20112046755
公开日2012年8月22日 申请日期2011年11月22日 优先权日2011年11月22日
发明者张雷鸣, 徐美玉, 杨雷, 王丹, 王勇 申请人:河南科技大学