基于訓練序列的信道狀態跟蹤方法

專利名稱：基于訓練序列的信道狀態跟蹤方法
技術領域：
本發明涉及無線信號傳輸領域，特別是涉及一種應用于無線通信系統的，基于訓 練序列的信道狀態跟蹤方法。
背景技術：
在無線通信系統中，發射信號在傳播過程中，除了直線路徑上的直達信號外，通常 還會經歷一個或多個反射物體的反射之后經過不同的傳播路徑到達接收機。這些經過不同 路徑傳播的信號其信號幅度和相位都各不相同，且以微小的時間差達到接收機之后，相互 干涉引起接收信號強度的波動，造成信號失真。這就是無線傳播信道的多徑效應。多徑效 應常常延長發射信號到達接收機的時間。通常以第一個可檢測信號到達接收機的時刻作為 參考點，以最后一個可檢測信號到達接收機的時刻作為終點，把兩者之間的相對時延定義 為傳播信道的最大時延。在第一個可檢測信號和最后一個可檢測信號之間，同樣還存在著 多個相對時延各不相同的可檢測信號。這些時延各不相同的可檢測信號分別經由幅度和相 位各不相同的多徑分量傳播。這些多徑分量的時延、功率分布特性通常稱為無線信道的功 率延遲分布，也稱為無線信道的脈沖響應特性。從頻譜上看，這些多徑分量會造成在不同的頻率分量上，信道的幅度/相位響應 是各不相同的。通常用參數相關帶寬的大小來衡量這種不同頻率之間的幅度/相位響應關 系。相關帶寬是指一特定頻率范圍內，兩個頻率分量具有很強的幅度/相位相關性。可以 認為在相關帶寬內，所有頻譜分量均以幾乎相同的增益和線性相位通過。因此對傳輸信號 來說，如果其信號帶寬很窄，落在信道的相關帶寬內，可以認為不同頻率分量上的信號都經 歷了相同的信道衰落影響；反之如果信號帶寬遠大于信道的相關帶寬，那么不同頻率分量 上的信號就會經歷不同的信道衰落影響，這種現象稱為信號的頻率選擇性衰落，對應的傳 播信道稱為頻率選擇性信道。信道相關帶寬的大小同信道的功率延遲分布具有確定性的關 系。信道的功率延遲分布特性發生變換，它所對應的信道頻率響應特性就會發生變化。不 同的功率延遲分布對應不同的信道相干帶寬，因此對于一個時變的傳播信道來說，其信道 脈沖響應并不是恒定不變的，那么傳播信號在頻率上遭受的信道衰落影響也就處于不斷的 變化中。對接收機來說，要從經歷信道衰落影響的接收信號中正確地恢復出發射信號，就 必須消除傳播信道的不利影響。因此對各種不同的無線通信系統來說，信道估計技術都是 最關鍵的技術之一。近年來,OFDM(OrthogonalFrequency Division Multiplexing，正交頻 分復用)技術被廣泛應用于無線寬帶通信系統中。OFDM技術一個顯著的優點就是可以把一 個相對較寬的載波分成多個并行的子載波，每個子載波的帶寬遠小于信道的相關帶寬，因 此對每個子載波信號來說，它所經歷的信道頻率衰落都是平坦的。這就克服了信道頻率選 擇性衰落的不利影響。如果信道估計技術能夠獲得不同子載波上的信道頻率響應特性，接 收機就可以實現相干解調，從而正確的恢復出發射信號。獲取信道頻率響應特性的一種常用做法是在發射信號中插入一定的頻域導頻信號。接收端通過已知的導頻信號獲取導頻子載波上的頻率響應估計，如果整個信號帶寬內 都是已知的導頻信號，那么接收機就可以獲得信道在整個信號帶寬上的頻域響應估計。另 一種常用的做法是按照事先約定的導頻分布圖樣，發射信號在頻域上間隔的插入導頻信 號，接收機先估計出導頻子載波上的頻率響應估計，然后再通過相鄰子載波之間頻率響應 特性的相關性，通過插值的方法來估計其他子載波上的信道頻率響應。對接收機來說，為了 達到最優信道估計的目的，通常都是按照事先假定的信道功率時延特性來設計插值的方法 和插值的系數，在接收過程中這些插值的方法和插值的系數通常都是固定不變的。這種方 法對于變換不明顯的傳播信道來說通常是有效的。但是對于變換較大的移動系統來說，其 傳播信道通常是隨著周圍環境的變換而變換的，信道功率時延特性一旦發生變化，就會使 得預先設定的插值方法和插值系統在某些環境下并不是最優的，從而降低了信道估計的準 確度，進而影響接收機的接收性能。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種基于訓練序列的信道狀態跟蹤方法，使OFDM 接收機在移動接收環境下具有跟蹤信道變化的能力，可以根據信道變化相對調整信道估計 方法。為解決上述技術問題，本發明的基于訓練序列的信道狀態跟蹤方法是采用如下技 術方案實現的根據已知訓練序列得到信道沖擊響應信息；根據信道沖擊響應信息確定用 于表征信道特性的判決參數；根據所述判決參數從事先假定的多種信道類型中判決出當前 信道的類型。采用本發明的基于訓練序列的信道狀態跟蹤方法，可以在基本不增加實現復雜度 和成本的前提下，有效的跟蹤移動狀態下接收機信道狀態變化，準確合理地自適應調整信 道估計方法。既能避免信道估計方法與信道特性不匹配造成接收性能低下，又能防止信道 估計方法過于頻繁的切換導致接收性能不穩定，從而保證接收機在多種信道環境下都能工 作在較優工作狀態下，為后續的信道估計提供了便利。


下面結合附圖與具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明附圖是本發明的方法一實施例處理流程示意圖。
具體實施例方式無線移動通信系統中的信道特性包括多徑傳播、時延擴展、衰落特性以及多普勒 效應等。結合附圖所示，為了更清楚的闡述本發明，在下面的實施例中將以中國數字移動 多媒體廣播系統(CMMB，China MobileMultimedia Broadcast)為例進行說明，包括如下步 驟步驟一、根據已知訓練序列得到信道沖擊響應信息。具體實現的方法是A、根據CMMB協議定義，在每個時隙信號的開頭都存在兩個長度為2048的同步信 號，除去虛擬子載波外，這兩個同步信號在頻域子載波上映射有1536個有效信號，對接收 機來說所述有效信號是確定已知的訓練序列。因此取所述兩個同步信號中的任一信號進行2048點的時頻FFT(快速傅里葉變換)變化得到相應的頻域序列，并提取出長度為1536的 接收信號序列。接收機取本地已知的訓練序列的共軛值，并同該接收信號序列進行兩兩相 乘，得到相干處理后的頻域訓練序列。B、對相干處理后的頻域訓練序列進行2048點的頻時IFFT (快速傅里葉反變換) 變換，即得到長度為2048的信道沖擊響應序列。步驟二、根據信道沖擊響應信息確定用于表征信道特性的判決參數。具體實現的 方法是a、求信道沖擊響應序列的平均功率值P。最強徑的功率值Pmax以及該最強徑在序 列中的位置Imax。b、根據平均功率值1\和最強徑的功率值Pmax得到多徑檢測閾值ξ” I1 = max(^Pe, Pfflax/k2)。其中，Ic1和1 根據傳播信道的時延特性進行配置，且需滿足Ic1和1 都 是大于1的正數。C、根據多徑檢測閾值ξ ,在信道沖擊響應序列中進行有效徑識別，即選出所有功 率大于多徑檢測閾值ξ ！的有效徑；根據所述有效徑找出當前時隙多徑分布中的首徑位置 If(η)和最末徑位置Id，最終得到多徑時延分布中的最大時延τ和最強徑時延τ_ ； d、根據最強徑功率值Pmax確定強徑檢測閾值ξ 2， _] ξ 2 = Pfflax/kx,其中，k3是大于1的整數，其取值需保證ξ2>> I1不等式成立。e、根據強徑檢測閾值ξ 2在信道沖擊響應序列中進行強徑識別，即選出所有功率 大于強徑檢測閾值ξ 2的有效徑。從而確定多徑分布中最后一個強徑的位置Is，最終得到 多徑時延分布中的強徑時延ts，τ s = Is-Ifo步驟三、根據所述判決參數從事先假定的多種信道類型中判決出當前信道的類 型。具體實現的方法是I、事先假定工作環境的信道時延最大不會超過時延τ工=1536(通常傳播信道的 最大時延在幾十微秒量級，根據CMMB信號IOMHz的基帶采樣速率，傳播信道的多徑分布反 映到基帶數據上大概在幾百個樣點級別，因此這里選擇T1 = 1536可以涵蓋整個信道的多 徑分布范圍了)，根據有效徑分布特性的不同，選取K(K為整數，0 < K < T1)個不大于最 大時延T1的值做為檢測閾值Iii, i = 1，2，...K，0 < Jl1 < ... < nK< T1，所述K個閾 值把信道時延分布劃分成Κ+1個區間。分別把最強徑時延τ _、強徑時延^和最大時延 τ同K個閾值進行比較，從而確定當前信道的最強徑、最后一個強徑和最末徑落在哪個時 延區間內。實際采用的檢測閾值在事先設定的閾值Jli的基礎上，根據當前判決參數同歷史 判決參數相比得到的變化趨勢的不同而在一定的范圍內浮動。如果當前時刻的判決參數同 歷史時刻的判決參數相比由小變大時，則檢測閾值n' i同事先設定的閾值Hi保持一致， 即n' i= Hi ；如果當前時刻的判決參數同歷史時刻的判決參數相比由大變小時，則檢測 閾值n' i在事先設定的閾值1的基礎上下浮一定的偏移量，S卩n' i= ι-λ，其中， 入(λ >ο)為偏移量。
II、根據確定的這三個區間的狀態組合的不同，分別從短時延多徑信道、中等時延 多徑信道、長時延多徑信道、等強多徑信道以及均分分布多徑信道做狀態匹配，找出狀態匹 配一致最多的信道，即認為與當前信道最接近的信道類型C。接收機每隔一定的時間估計新的信道類型C’，并同最近一次的歷史信道類型C相 比較。如果信道類型不發生變化，則保持當前的信道估計方法不變，如果信道類型發生變 化，則根據當前估計得到的信道類型C’調整相應的信道估計方法。因為CMMB信號中時隙信號長度為25毫秒，所以對CMMB信號來說，接收機可以以 25毫秒為周期估計一次當前信道的類型。在當前信道類型同上一個時隙時刻信道類型相比 較的基礎上，判決是否需要更新當前時隙的信道估計方法，從而達到信道狀態跟蹤以及自 適應調整信道估計方法的目的。以上通過具體實施例對本發明進行了詳細的說明，但這些并非構成對本發明的限 制，例如本發明并不局限于CMMB系統，而適用于所有在移動環境接收的無線通信系統。在 不脫離本發明原理的情況下，本領域的技術人員還可做出許多變形和改進，這些也應視為 本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種基于訓練序列的信道狀態跟蹤方法，其特征在于包括如下步驟步驟一、根據 已知訓練序列得到信道沖擊響應信息；步驟二、根據信道沖擊響應信息確定用于表征信道 特性的判決參數；步驟三、根據所述判決參數從事先假定的多種信道類型中判決出當前信 道的類型。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于步驟一所述的根據已知訓練序列得到信 道沖擊響應信息采用以下方法實現步驟A、對接收信號進行時頻FFT變換得到頻域序列，取已知訓練序列的共軛值，并同 該頻域序列進行兩兩相乘，得到相干處理后的頻域訓練序列；步驟B、對相干處理后的頻域訓練序列進行頻時IFFT變換得到信道沖擊響應序列。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于步驟二所述的根據信道沖擊響應信息確 定用于表征信道特性的判決參數采用以下方法實現步驟a、求信道沖擊響應序列的平均功率值P。最強徑的功率值Pmax以及該最強徑在序 列中的位置Ifflax ；步驟b、根據平均功率值Pe和最強徑的功率值Pmax得到多徑檢測閾值ξ” I1 = max (^Pe, Pfflax/k2)；其中，Ic1和1 根據傳播信道的時延特性進行配置，且Ic1和1 都是大于1 的正數；步驟c、根據多徑檢測閾值ξ ,在信道沖擊響應序列中進行有效徑識別，即選出所有功 率大于多徑檢測閾值ξ ！的有效徑，從而確定多徑分布中的首徑位置If和最末徑位置Id，最 終得到多徑時延分布中的最大時延τ和最強徑時延τ_，步驟d、根據最強徑功率值Pmax確定強徑檢測閾值ξ2，ξ 2 = Pmax/k3, ξ2>> I1 ；其 中，k3是大于1的整數，其取值需保證ξ 2 > > ξ工不等式成立；步驟e、根據強徑檢測閾值ξ 2在信道沖擊響應序列中進行強徑識別，即選出所有功率 大于強徑檢測閾值ξ 2的有效徑；根據所述有效徑確定多徑分布中最后一個強徑的位置Is， 最終得到多徑時延分布中的強徑時延ts，τ s = Is-Ifo
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于步驟三所述根據判決參數從事先假定的 多種信道類型中判決出當前信道的類型采用以下方法實現步驟I、事先假定工作環境的信道時延最大不會超過τ工，根據有效徑分布特性的不同， 選取K個不大于最大時延T1的值做為檢測閾值Jli, i = 1，2，...K，0 < η^... < ηκ < T1，所述K個閾值把信道時延分布劃分成Κ+l個區間；分別根據最強徑時延、強徑 時延Ts和最大時延τ的大小確定當前信道的最強徑、最后一個強徑和最末徑落在哪個時 延區間；步驟II、根據確定的最強徑、最后一個強徑和最末徑三個時延區間的不同，分別從短時 延多徑信道、中等時延多徑信道、長時延多徑信道、等強多徑信道以及均分分布多徑信道中 找出最接近的匹配值，確定為當前信道的類型C。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于在步驟I中采用的檢測閾值在事先設定 的閾值Hi的基礎上，會根據當前判決參數同歷史判決參數相比得到的變化趨勢的不同而在一定的范圍內浮動；如果當前時刻的判決參數同歷史時刻的判決參數相比由小變大時， 則檢測閾值n' i同事先設定的閾值Hi保持一致，即n' i= Hi ；如果當前時刻的判決 參數同歷史時刻的判決參數相比由大變小時，則檢測閾值n' i在事先設定的閾值Hi的 基礎上下浮一定的偏移量，S卩V ζι-λ。
6.根據權利要求4所述的方法，其特征在于接收機每隔一定的時間估計新的信道類 型C’，并同最近一次的歷史信道類型C相比較；如果信道類型不發生變化，則保持當前的信 道估計方法不變，如果信道類型發生變化，則根據當前估計得到的信道類型C’調整相應的 信道估計方法。
全文摘要
本發明公開了一種適用于OFDM系統的基于訓練序列的信道狀態跟蹤方法，包括如下步驟步驟一、根據已知訓練序列得到信道沖擊響應信息；步驟二、根據信道沖擊響應信息確定用于表征信道特性的判決參數；步驟三、根據所述判決參數從事先假定的多種信道類型中判決出當前信道的類型。本發明能使OFDM接收機在移動接收環境下具有跟蹤信道變化的能力，可以根據信道變化相對調整信道估計方法，從而保證接收機在多種信道環境下都能工作在較優工作狀態下。本發明特別適用于針對移動環境接收而設計的無線通信系統。
文檔編號H04L27/26GK102075474SQ200910201839
公開日2011年5月25日 申請日期2009年11月19日 優先權日2009年11月19日
發明者程鑫豪, 金方其, 陳肯 申請人:卓勝微電子(上海)有限公司