专利名称：信道估计方法
技术领域：
本发明属于移动通信技术领域，具体涉及ー种在无有效循环前缀保护下的利用块状导引的多载波(Multiplex Carrier, MC)系统中的信道估计方法。
背景技术：
在传统的OFDM系统中，通常利用超过信道多径时延的循环前缀(Cyclic Prefix,CP)来对抗由于多径效应导致的符号间干扰(Inter-Symbol Interference, ISI)。但是,在多径时延较大的环境中，采用较长的循环前缀将显著降低系统的频谱效率和传输效率，特别的如果在快变信道中利用训练序列进行信道估计时，将进一歩降低系统的频谱利用率。在传统的CP-OFDM(Cyclic prefixed OFDM)系统中，基于导频 辅助的信道估计方法包括在频域放置导频信息和在时域放置导频信息。在频域放置导频图案进行信道估计时，利用OFDM系统的某些子载波放置频域导引信息，如图I所示。在接收端，对接收的时域OFDM信号做FFT变换，提取相应位置上的导引信息的频域响应，然后根据相应的误差准贝U，如最小均方误差准则，完成信道频域响应的估计。但是，在频域上放置导引信息的OFDM符号经过IFFT变换后，经过多径信道，如果没有循环前缀的保护，接收的OFDM信号将受到严重的符号间干扰，针对CP-OFDM系统的循环卷积的性质也不再满足，因此，接收的OFDM信号经过FFT变换后，会导致ISI扩展，不能有效的提取相应载波位置处的导引的频域响应，那么用于传统CP-OFDM系统的信道估计和频域均衡方法也不能用于这种循环前缀无效的OFDM系统中。基于时域块状导引进行信道估计时，如图2所示，尽管接收的时域导引信息受到相邻OFDM数据的符号间干扰，但是受到ISI干扰的样本数是有限的，对接收的时域导引信号进行简单的时域ISI干扰消除后，可以重构导引信息与信道冲激响应的圆周卷积，通过FFT变换，得到导引信息经过信道后的频域响应，那么传统的频域均衡方法可以被用来估计信道频域响应(Channel Frequency Response, CFR),简化了接收机的复杂度。因此，在循环前缀无效的OFDM系统中，利用时域块状导引，采用灵活的迭代干扰消除算法可以达到有效的信道估计。为了消除由于循环前缀不足导致的符号间干扰，一些迭代干扰消除方法已经被提出。残余ISI消除技术(Residual ISI Cancellation, RISIC)采用尾部干扰消除和循环前缀数据修复的方式消除ISI。当信道冲激响应比较短吋，建立在RISIC方法上的干扰消除方式能够较好的消除符号间干扰。但是，除了需要知道理想的信道状态信息(ChannelState Information, CSI), RISIC算法的性能主要依赖于第一次迭代的效果,而在该算法的第一次迭代中，直接忽略了线性卷积尾部数据的影响，从而限制了该算法只能适用于多径时延较短的环境，參见文献 Dukhyun Kim ；Stuber, G. L. “Residual ISI cancellation forOFDM with application to HDTV broadcasting,，，IEEE Trans. Commun. , vol. 16, no. 8,pp. 1590-1599, Oct. 1998。循环前缀重构(Cyclic Prefix Reconstruction, CPR)技术也被研究了，文献表明即使在多径时延达到OFDM符号持续时间的50%，也能够较好地消除符号间干扰，但是，这种算法要求知道理想的信道状态信息，同吋，该算法在进行初次数据重构时，直接利用后ー帧的接收信号近似得到线性卷积的尾部数据，准确度仍然受限，參见文献Cheol-Jin Park ;Gi_Hong Im /‘Efficient Cyclic Prefix Reconstruction for CodedOFDM Systems, ” IEEE Commun. lett.，vol. 8, no. 5, pp. 274-276, May. 2004。在一些文献中，提出通过构造特殊的数据结构，达到对符号间干扰消除和数据检测的目的。但是通常这种特殊的数据结构，不但应用场景受到限制，而且在多径时延较大的环境中，对某些数据的检测性能将迅速恶化，參见文献 Wenling Bai ；Yue Xiao ；Gang Wu ；Shaoqian Li, Improvedsmgle-carrier frequency domain equalization systems,丄し丄CS Iniormation，しomurnn.and Signal Process. , Dec. 2009, pp. 1—5。通过比较、分析发现,传统的符号间干扰消除算法都假设了理想的信道状态信息，但是，在循环前缀无效或没有循环前缀保护时，接收的导引数据由于受到ISI的干扰，严重影响信道估计的准确度。在利用块状导引信息进行信道估计时，采用迭代干扰消除，重构导引信息与信 道冲激响应的线性卷积，可以达到对信道频域响应的估计。但是，不完全的ISI干扰消除，将会导致信道估计的性能出现平底效应。參考文献Shigang Tang ；Fang Yang ；KewuPeng，iterative Channel Estimation lor Block iransmission with Known bymbo丄Padding-A New Look at TDS-0FDM,，，in Telecommun. Global Commun. Conf, vol. I, inWashington D. C, Nov. 26-30,2007, pp.4269-4273。
发明内容
本发明的目的是针对在多径时延较大，保护间隔无效的正交频分复用系统中进行信道估计时上述方法存在的缺点，提出ー种信道估计方法。为了实现上述目的，本发明的技术方案是ー种信道估计方法，具体包括如下步骤SI.利用已检测的第(i-1)帧OFDM数据夂—1和信道状态信息；，重构并消除OFDM数据对接收的时域导引信号€的符号间干扰，得到导引数据P:与信道冲激响应的线性卷
积S
'￡-y；N,0<n<L c = < isi-1
C1nyL < n くM + L重构导引数据Pl与信道冲激响应的圆周卷积，完成信道冲激响应的初估计，得到信道状态信息其中，i表示定义的导引或OFDM数据的标号，M表示时域导引数据块的长
度，n表示数据的样本时刻，N表示OFDM符号的子载波数目，L表示信道的多径时延，表示第i-1帧OFDM数据对接收的导引信号的符号间的干扰；S2.利用步骤SI得到的信道状态信息/^，估计发送的时域数据 (之I ，得到发送的第i帧OFDM时域数据丨兒j = \zln]，然后再估计第i帧OFDM数据f对接收的导引信号的干扰仪} ニ，更新。
更进一歩的，步骤SI包括以下分步骤Sll.从接收的时域响应代广中分离导引数据的时域响应把广レ1 =代广+i一1和第i段数据块ゴ过信道后的时域响应l i_1 = {r ^ ，补零扩展的导引数据^:K=[pl,olxL]r，其中，(W表示I行L列的零矩阵；S12.利用已估计的第(i-1)帧OFDM数据* ；；1和信道状态信息;，消除其对接收的时域导引信号ど的符号间干扰■(只—1；!二，得到导引数据与信道冲激响应的线性卷积g，那么扩 展的导引数据瓦与信道冲激响应< 的圆周卷积表示为
Hぬく L
C , -C —{ISI-I
ols,n n
C1nvL < n くM + L即^lsjl=K uレ，S13.对经过ISI干扰消除的时域导引数据匕， 和扩展的导引数据瓦做FFT变换，得到频域信号で耐ニfft(U只=FFr(Ki)，估计信道的频域响应
_8] ^=^0^k<M+L则信道的时域冲激响应表示-JL,n =IFFT[HlOLSk), 0彡n く M+L。首先仅保留
的前M抽头增益，即得到石h hoKn， 彡 n く M+L其中0) = [IM，0MXJ，IM表示M阶的单位矩阵，表示M行L列的零矩阵。然后保留I的主径抽头増益，得到经过噪声抑制的信道时域冲激响应&
へ,, hn，Q<n くM, hn > Ahn =<
0，otherwise其中，A表不预先设置的第一_值；设置中间变量I = I，记石广1 = fln ;更进ー步的，步骤S2包括分步骤S21.利用初估计的信道冲激响应ん7—1，估计发送的时域OFDM数据& ；S22.估计OFDM数据兒经过信道后的时域响应夕丨，并消除其对接收的时域导引信号ど的残余符号间干扰，即，更新导引数据与信道冲激响应的线性卷积ど.S23.利用步骤S13得到信道冲激响应&，结合第1_1次迭代得到的信道时域冲激响应纪-1，更新信道时域冲激响应￠: =(1-^) +ah1-1, 0 < M+L，其中，a是权值系数，0 < a < I ；S24.令I = 1+1，转到步骤S21，进行迭代干扰消除和数据重构，直到估计的信道冲激响应与理想的信道冲激响应之间的均方误差小于0，完成信道估计，其中，0是预先设置的第二阈值。本发明的有益效果本发明提供了 ー种在利用时域块状导引代替循环前缀的OFDM系统中进行信道估计的方法。在本发明的方法中，利用线性卷积与循环卷积的等价性，分别采用两步消除OFDM数据对导引信号的符号间干扰和完成信道估计，由于接收的时域导引信号的首部和尾部样本都受到来自OFDM数据的符号间干扰，第一歩，利用已经检测的上ー帧OFDM数据和信道时域冲激响应，消除其对接收的时域导引信号首部样本点的符号间干扰，并完成信道的初估计；第二歩，估计相邻的下ー帧OFDM数据并重构其过信道后的数据响应，消除该OFDM数据对接收的时域导引信号的符号间干扰，更新导引数据与信道冲激响应的线性卷积结果，完成信道估计。本发明提出的信道估计方法，可以较好的消除时域OFDM数据对导引信号的符号间干扰，提高信道估计性能。同时，相对传统的信道估计方法，该方法的复杂度并没有提高，最后，利用块状导引代替循环前缀作为OFDM数据的保护间隔和进行信道估计，相对传统利用循环前缀作为保护间隔，并采用块状导引进行信道估计的OFDM系统，频谱效率得到明显的改善。本发明的方法特别适合在多径时延较大，并需要保证一定频谱效率和传输速率的OFDM系统中进行信道估计的无线通信系统。
图I为频域导引图案。图2为时域导引图案。图3为本发明采用的数据结构模型图，其中，(a)为发送端的数据结构示意图；(b)数据过信道的时域分解示意图；(c)接收端的数据结构示意图。图4为本发明的信道估计方法流程图。
具体实施例方式下面给出本发明的具体实施实例。需要说明的是实例中的參数并不影响本发明的一般性。在本发明中，发送端发送的数据结构如图3(a)所示。在发送端，采用时域块状伪随机PN数据代替循环前缀作为保护间隔，可以有效防止相邻OFDM数据间的符号间干扰。同时，填加的导引数据也可用于信道估计，甚至同步，相对传统填加循环前缀且利用导引进行信道估计的OFDM系统，能够显著提高系统的频谱效率和传输效率。但是，由于填加的时域导引数据和发送的OFDM数据前都没有循环前缀的保护，因此接收的时域导引信号和OFDM数据将分别受到来自相邻OFDM数据或导引数据的符号间干扰，如图3(b)阴影部分所示，因此它们不再满足与信道时域冲激响应的圆周卷积，那么针对传统CP-OFDM系统的信道估计方法不再适用。针对图3(a)的数据模型，本发明提出了一种有效的信道估计方法。在本发明的系统模型中，假设具有L+1条径的多径信道h = Dv hp h2，. . .，hj，导引块的数据长度是M，iM>L;0FDM符号的子载波数目是N;假设数据块g持续时间 小于信道相干时间，即信道冲激响应在5持续时间内时准静态的。根据图3(c)，对接收的第i帧数据^进行分析，估计第i块导引数据甙的信道状态信息。定义第i块导引数据
权利要求
1.ー种信道估计方法，其特征在于，具体包括如下步骤 s1.利用已检测的第(i-1)帧OFDM数据* ；；1和信道状态信息&-1，重构并消除OFDM数据兒—1对接收的时域导引信号6的符号间干扰，得到导引数据Pl与信道冲激响应的线性卷积Pti -
2.根据权利要求I所述的信道估计方法，其特征在于，步骤SI包括以下分步骤 s11.从接收的时域响应代p中分离导引数据的时域响应⑷…—1=^^一1和第i段数据块ズ过信道后的时域响应 补零扩展的导引数据汐K= [K,0ixlT，其中，(W表示I行L列的零矩阵； s12.利用已估计的第(i-1)帧OFDM数据* ；；1和信道状态信息/，消除其对接收的时域导引信号€的符号间干扰trU，得到导引数据与信道冲激响应的线性卷积g，那么扩展的导引数据瓦与信道冲激响应化的圆周卷积る,，《表示为
3.根据权利要求2所述的信道估计方法，其特征在于，步骤S2包括分步骤 、521.利用初估计的信道冲激响应
全文摘要
本发明公开了一种信道估计方法。本发明的方法分别采用两步消除OFDM数据对导引信号的符号间干扰和完成信道估计，第一步，利用已经检测的上一帧OFDM数据和信道冲激响应，消除其对导引信号首部样本点的符号间干扰，并完成信道的初估计；第二步，估计相邻的下一帧OFDM数据并重构其过信道后的数据响应，消除该OFDM数据对导引信号的符号间干扰，更新导引数据与信道冲激响应的线性卷积结果，完成信道估计。本发明提出的信道估计方法，可以较好的消除时域OFDM数据对导引信号的符号间干扰，提高信道估计性能，同时该方法的复杂度并没有提高。
文档编号H04L25/02GK102647372SQ201210128670
公开日2012年8月22日 申请日期2012年4月27日 优先权日2012年4月27日
发明者左海, 雷霞 申请人:电子科技大学