專利名稱：一種基于正交頻分復用系統的信道估計方法
技術領域：
本發明涉及通信系統領域中的信息無線傳輸技術，特別是涉及一種基于導頻的正交頻分復用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)通信系統無線信道估計方法。
背景技術：
OFDM技術具有高頻譜效率、抗多徑效應等優點，因此在未來的無線通信中將是一個非常有前途的技術，受到人們廣泛關注和研究。IEEE802.16工作組主要負責制定無線城域網的標準，在其制定的空中接口標準802.16a/802.16d/802.16e中就采用了OFDM作為它的傳輸技術。歐洲陸地數字視頻廣播(Digital Video Broadcasting-Terrestrial，DVB-T)、數字視頻廣播/數字語音廣播(Digital Video Broadcasting/Digital Audio Broadcasting，DVB/DAB)、Hiper(High Performance Radio，高性能無線電)MAN/LAN(Metropolitan AreaNetwork/Local Area Network，城域網/局域網)都使用了OFDM傳輸技術，以及IEEE802.11a也使用了OFDM作為無線局域網的傳輸技術。
在OFDM系統的接收端，為了提高系統的性能，通常采用相干解調，相干解調需要信道參數信息，它可以通過信道估計來獲得。信道估計器的性能直接影響系統性能，是接收機的關鍵技術之一。基于導頻的信道估計方法得到了廣泛的應用。在多徑衰落并且快變信道情況下，例如高數據率OFDM移動系統中，為克服信道的不利影響，一般采用梳狀導頻信號估計來獲得實時信道響應。
梳狀導頻信道估計由導頻子載波信道估計算法和插值算法構成。因為在數據子載波的信道響應值是通過對導頻載波的信道響應值進行插值得到的，所以系統性能在很大程度上依賴于對導頻子載波信道響應估計的準確性。基于導頻的信道估計有比較簡單的LS(Least Square，最小二乘)估計，復雜一些的MMSE(Minimum Mean Square Error，最小均方誤差)估計和時頻域二維聯合估計等方法。
因為在數據子載波的信道響應值是通過對導頻載波的信道響應值進行插值得到的，所以另一方面也說明插值算法在很大程度上影響OFDM系統的性能。有效的插值算法必然建立在對衰落信道準確描述的基礎上。在OFDM系統中，常用的插值方法有一階線性插值法、二階線性插值法、樣條插值法和傳統的時域插值法，見參考文獻2(“OFDM系統中基于導頻排列的信道估計技術”，Sinem Coleri，Mustafa Ergen，關于廣播通信的IEEE會報，2002年9月第48卷3期，Sinem Coleri，Mustafa Ergen，“Channel Estimation TechniqueBased on Pilot Arrangement in OFDM Systems”，IEEE Transaction OnBroadcasting，Vol.48，No.3，September，2002)。這些插值方法都是假設數據段的信道參數基本不變或者變化緩慢，從而能用線性加權的方法擬合。
如何以較低的實現復雜性，更準確地得到整個信道的信道響應，這是信道估計方法需要考慮的問題。而多徑衰落是一個復雜的非線性過程，使用上述方法進行插值(包括內插和外推，尤其是外推)將不可避免地存在準確度差的缺點。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在于提供一種基于正交頻分復用系統的信道估計方法，用于克服現有技術中利用線性插值方法準確度差的缺點，獲取以較低的實現復雜度取得較好的性能。
為了實現上述目的，本發明提供了一種基于正交頻分復用系統的信道估計方法，適用于正交頻分復用系統，其特征在于，包括步驟一，利用導頻得到導頻子載波位置的信道估計值；步驟二，確定距離待插值點最近的導頻點，并計算該導頻點到該待插值點的空間距離；步驟三，根據所述空間距離對該導頻點進行權值分配；步驟四，由所述分配的權值求取所述待插值點的值；步驟五，求取整個信道的估計值。
所述的基于正交頻分復用系統的信道估計方法，其中，所述步驟一中，以最小二乘估計法或最小均方誤差估計法或線性最小均方誤差估計法進行所述導頻子載波位置的信道估計。
所述的基于正交頻分復用系統的信道估計方法，其中，所述空間距離為所述導頻子載波的間隔。
所述的基于正交頻分復用系統的信道估計方法，其中，所述權值為所述空間距離的平方。
所述的基于正交頻分復用系統的信道估計方法，其中，所述步驟四、步驟五之間，還包括一判斷是否已求取所有待插值點的值的步驟，若是，執行所述步驟五，若否，則執行所述步驟二至所述步驟四。
所述的基于正交頻分復用系統的信道估計方法，其中，所述步驟五具體為通過結合所述導頻子載波位置的信道估計值與所述所有待插值點的值求取整個信道的估計值。
所述的基于正交頻分復用系統的信道估計方法，其中，所述正交頻分復用系統為多輸入多輸出-正交頻分復用通信系統。
所述的基于正交頻分復用系統的信道估計方法，其中，所述正交頻分復用系統為基于IEEE802.16a/802.16d/802.16e標準的正交頻分復用系統。
本發明提出的信道估計方法是一種有效的信道估計方法，該方法克服現有技術中的利用線性插值方法準確度差的缺點，具有高性能和低復雜度的優點，以較低的實現復雜度取得較好的性能，且易于實現；特別適用于使用基于IEEE802.16a/802.16d/802.16e標準的OFDM或MIMO(Multiple Input MultipleOutput，多輸入多輸出)-OFDM傳輸技術(或者類似于802.16a/802.16d/802.16e標準的OFDM傳輸技術)的通信系統的無線信道估計。
以下結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述，但不作為對本發明的限定。
圖1為梳狀導頻的OFDM符號結構；圖2為本發明信道估計方法的流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對技術方案的實施作進一步的詳細描述。
請參閱圖1所示，為梳狀導頻的OFDM符號結構。假設系統中的子載波數是N＝256，以1∶3的比例插入導頻P和數據D(M＝64)，設l＝0，則導頻位置是(0，4，...，252)，CP(Cyclic Prefix，循環前綴)長度為32(以采樣點計算)，最大時延擴展為10(以采樣點計算)，發送信號經過多徑衰落信道后到達接收端。
根據OFDM的原理，二進制信息數據經過調制，插入導頻后，經過快速傅立葉逆變換(Inverse Fast Fourier Transform，IFFT)，添加循環前綴，再發送出去；接收端通過同步接收后，去掉循環前綴，經過快速傅立葉變換(FastFourier Transform，FFT)，然后經過信道估計和均衡，解調出信息信號。整個過程具體如下在發送端，二進制信息數據經過調制，調制后符號記為{X(k)，k＝0，Λ，N-1}，N是子載波個數，等間隔插入M個導頻，其位置是l,NM+l,Λ,(M-1)NM+l,]]>經過IFFT變換后為式(1)x(n)=IFFT{X(k)}=1NΣk=0N-1X(k)ej2πkn/N,n=0,1,Λ,N-1...(1)]]>最后，插入循環前綴后通過天線發射。
在接收端，接收信號可以表示為循環卷積式(2)y(n)＝x(n)h(n)+w(n)，n＝0，1，Λ，N-1(2)其中，h(n)是信道沖擊響應，w(n)是加性高斯白噪聲，h(n)可以表示為式(3)h(h)=Σi=0r-1hiexp(j2πNfDiTn)δ(τ-τi),0≤n≤N-1...(3)]]>其中，r是多徑數，hi是第i徑在時域的復沖擊響應，fDi是多普勒頻移，τi是第i條多徑的時延。
同步后去掉循環前綴，再進行FFT變換，得到式(4)Y(k)＝FFT{y(n)}＝X(k)H(k)+I(k)+W(k)，k＝0，1，Λ，N-1 (4)其中，H(k)是第k個子載波對應的信道頻域響應，I(k)是其它子載波對第k個子載波的干擾(Inter Carrier Interference，ICI)，W(k)是w(n)的傅立葉變換。
請參閱圖2所示，為本發明信道估計方法的流程圖。假設系統理想同步，信道估計的具體步驟如下步驟210，利用導頻可以得到導頻子載波位置上的信道估計值序列H(k)，k＝0，4，Λ，252；該步驟中，進行導頻子載波的信道估計的方法可優選LS估計、MMSE估計或低階LMMSE(Linear Minimum Mean Square Error，線性最小均方誤差)估計等其它方法；步驟220，確定M個離待插值點k距離最近的導頻點；其中的待插值點是指除導頻位置(即導頻子載波位置)外的其它子載波位置；步驟230，計算這M個點到待插值點k的空間距離dik，i＝1，...，M；該步驟中，空間距離可以是導頻子載波的間隔，空間距離可由下式(5)求得dik＝|i-k|，i＝1，...，M (5)步驟240，根據空間距離分配M個權值的大小；該步驟中，分配的權值可以是空間距離的平方；步驟250，根據分配到的M個權值，求得待插值點k的值；具體的求取方法按下式(6)進行Hk=Σi=1MHidik2/Σi=1M1dik2...(6)]]>上式中Hi(i＝1，...，M)中的M是由步驟220確定的M。
步驟260，判斷是否獲得所有未知點(待插值點)的值如果否，則重復執行步驟220至步驟250；如果是，則執行步驟270；步驟270，結合步驟210的結果(導頻位置的信道估計值)和步驟260的結果(所有待插值點的值)，可獲得整個信道的估計值。
這樣，通過以上步驟就得到了該OFDM符號對應的整個信道的估計值H。
本發明的信道估計方法具有高性能和低復雜度的優點，易于實現。
當然，本發明還可有其他多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發明所附的權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種基于正交頻分復用系統的信道估計方法，適用于正交頻分復用系統，其特征在于，包括步驟一，利用導頻得到導頻子載波位置的信道估計值；步驟二，確定距離待插值點最近的導頻點，并計算該導頻點到該待插值點的空間距離；步驟三，根據所述空間距離對該導頻點進行權值分配；步驟四，由所述分配的權值求取所述待插值點的值；步驟五，求取整個信道的估計值。
2.根據權利要求1所述的基于正交頻分復用系統的信道估計方法，其特征在于，所述步驟一中，以最小二乘估計法或最小均方誤差估計法或線性最小均方誤差估計法進行所述導頻子載波位置的信道估計。
3.根據權利要求1所述的基于正交頻分復用系統的信道估計方法，其特征在于，所述空間距離為所述導頻子載波的間隔。
4.根據權利要求1、2或3所述的基于正交頻分復用系統的信道估計方法，其特征在于，所述權值為所述空間距離的平方。
5.根據權利要求1、2或3所述的基于正交頻分復用系統的信道估計方法，其特征在于，所述步驟四、步驟五之間，還包括一判斷是否已求取所有待插值點的值的步驟，若是，執行所述步驟五，若否，則執行所述步驟二至所述步驟四。
6.根據權利要求5所述的基于正交頻分復用系統的信道估計方法，其特征在于，所述步驟五具體為通過結合所述導頻子載波位置的信道估計值與所述所有待插值點的值求取整個信道的估計值。
7.根據權利要求1、2或3所述的基于正交頻分復用系統的信道估計方法，其特征在于，所述正交頻分復用系統為多輸入多輸出-正交頻分復用通信系統。
8.根據權利要求1、2或3所述的基于正交頻分復用系統的信道估計方法，其特征在于，所述正交頻分復用系統為基于IEEE802.16a/802.16d/802.16e標準的正交頻分復用系統。
全文摘要
本發明公開了一種基于正交頻分復用系統的信道估計方法，適用于正交頻分復用系統，其特征在于，包括步驟一，利用導頻得到導頻子載波位置的信道估計值；步驟二，確定距離待插值點最近的導頻點，并計算該導頻點到該待插值點的空間距離；步驟三，根據所述空間距離對該導頻點進行權值分配；步驟四，由所述分配的權值求取所述待插值點的值；步驟五，求取整個信道的估計值。本發明方法是一種有效的信道估計方法，其解決了現有技術中的利用線性插值方法準確度差的缺點，具有高性能和低復雜度的優點，以較低的實現復雜度取得較好的性能，且易于實現。
文檔編號H04L27/26GK101075998SQ200610011898
公開日2007年11月21日 申請日期2006年5月15日 優先權日2006年5月15日
發明者余秋星, 劉巧艷, 王衍文, 張學林 申請人:中興通訊股份有限公司