一種在窄帶干擾下的短波ofdm信道估計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及短波OFDM系統(tǒng)通信技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)計一種短波OFDM系統(tǒng)的信道估 計方法，特別涉及窄帶干擾下的一種短波OFDM系統(tǒng)的信道估計方法。。
【背景技術(shù)】
[0002] 短波是工作在1. 5?30MHz頻段的電磁波進行通信的一種通信系統(tǒng)，短波通信具 備無中繼遠程通信能力，具有機動性強、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)快捷和抗毀性強、保密性強等優(yōu)點，所以 短波通信在軍事，氣象，航空，航海和搶險救災(zāi)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，短波通信信道具 有頻帶窄、衰落和多徑干擾嚴重、頻率選擇性衰落，因此引入OFDM調(diào)制技術(shù)就可以有效地 彌補這些不足。短波OFDM系統(tǒng)通過信道估計結(jié)果來完成信號的解調(diào)，同時在接收端根據(jù) 信道估計結(jié)果可以消除多徑干擾和對信道衰落信號進行效補償，所以信道估計是短波OFDM 系統(tǒng)中比較關(guān)鍵的技術(shù)之一。常見的短波OFDM系統(tǒng)信道估計算法是基于DFT的信道估計 算法，該算法利用短波OFDM系統(tǒng)信道中插入的循環(huán)前綴碼的長度大于信道沖擊響應(yīng)的長 度的這一特性，消除了循環(huán)前綴長度以外的噪聲，但是循環(huán)前綴內(nèi)仍然存在噪聲，且由于短 波的頻譜是一個開放的共享資源，因此，不可避免地會產(chǎn)生干擾問題，除了可能的人為單音 干擾外；傳統(tǒng)的不超過3kHz的窄帶短波信號給信道帶來的干擾，而此算法沒有考慮短波信 道在窄帶噪聲干擾的影響。因此，需要對該信道估計算法進行改進。短波OFDM通信系統(tǒng) 中，信道估計用來求出信道的近似沖擊響應(yīng)，使之盡可能的接近真實的信道沖擊響應(yīng)，以便 短波OFDM系統(tǒng)通過信道估計結(jié)果來完成信號的解調(diào)，同時在接收端根據(jù)信道估計結(jié)果可 以有效補償和消除多徑干擾和信道衰落?？紤]到短波OFDM系統(tǒng)受傳統(tǒng)的不超過3kHz的窄 帶短波信號給信道帶來窄帶干擾問題。為了保證信道估計的性能，根據(jù)短波OFDM系統(tǒng)中窄 帶噪聲干擾的分布特性，
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 針對以上現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種提高短波信道估計的性 能，有效濾除信道中的窄帶噪聲的方法，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種在窄帶干擾下的短波 OFDM信道估計方法，其包括以下步驟：
[0004] 101、在窄帶干擾下，接收端收到信號后，采用LS算法對短波OFDM信道的導(dǎo)頻信號 進行初始估計得到頻域下的初始估計值，然后將頻域下的初始估計值IDFT(離散傅里葉反 變換）變換得到時域下的初始估計值；
[0005] 102、根據(jù)信道沖擊響應(yīng)的長度小于循環(huán)前綴碼Ng，也即大于循環(huán)前綴碼的長度N g 的估計值都為噪聲，對時域下的初始估計值進行第一次濾噪；
[0006] 103、引入閾值λ對初始值進行第二次濾噪并得導(dǎo)頻信號估計值；對〇 < n彡Ng-I 的hDFT(n)進行濾噪，即當(dāng)hDFT(n)信號的幅度小于λ時，就認為此信號是噪聲并將其置為 〇,當(dāng)h DFT(n)信號的幅度大于λ時，就把此信號當(dāng)作有用信號并保持不變，然后通過噪聲和 導(dǎo)頻估計的信道沖擊響應(yīng)的幅度的概率密度函數(shù)求出最優(yōu)閾值A(chǔ) best,得出導(dǎo)頻的最終估 計值；
[0007] 104、根據(jù)插值方式及導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)對導(dǎo)頻估計進行插值，然后對其進行DFT (離散傅 里葉變換）變換得整個信道的估計。
[0008] 進一步的，步驟101中的短波OFDM信道采用ITS短波信道傳輸模型，其中子載波 個數(shù)為N，導(dǎo)頻的載波個數(shù)為N p，循環(huán)前綴碼長度為Ng，帶寬為3kHz，信號調(diào)制方式8PSK，導(dǎo) 頻選擇梳狀導(dǎo)頻，導(dǎo)頻以頻率間隔為τ的方式插入且滿足奈奎斯特定律。
[0009] 進一步的，步驟101中利用LS算法對短波OFDM信道的導(dǎo)頻信號進行初始估計的 具體為：
[0010] 假設(shè)第k個子載波的傳輸函數(shù)為：
[0011]
【主權(quán)項】
1. 一種在窄帶干擾下的短波OFDM信道估計方法，其特征在于，包括以下步驟： 101、 在窄帶干擾下，接收端收到信號后，采用LS算法對短波OFDM信道的導(dǎo)頻信號進行 初始估計得到頻域下的初始估計值，然后將頻域下的初始估計值IDFT離散傅里葉反變換 變換得到時域下的初始估計值； 102、 根據(jù)DFT離散傅里葉變換信道估計算法原理，即信道沖擊響應(yīng)的長度小于循環(huán)前 綴碼Ng，即大于循環(huán)前綴碼的長度N g的估計值都為噪聲，對時域下的初始估計值進行第一 次濾噪； 103、 引入閾值A(chǔ)對初始值進行第二次濾噪并得導(dǎo)頻信號估計值：對〇 < n < Ng_l的 hDFT(n)進行濾噪，即當(dāng)hDFT(n)信號的幅度小于X時，就認為此信號是噪聲并將其置為〇,當(dāng) h DFT(n)信號的幅度大于X時，就把此信號當(dāng)作有用信號并保持不變，然后通過噪聲和導(dǎo)頻 估計的信道沖擊響應(yīng)的幅度的概率密度函數(shù)求出最優(yōu)閾值A(chǔ) best，并根據(jù)最優(yōu)閾值A(chǔ) best得 出導(dǎo)頻的最終估計值； 104、 根據(jù)插值方式及導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)對導(dǎo)頻估計進行插值，然后對其進行DFT離散傅里葉變 換變換得整個信道的估計。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在窄帶干擾下的短波OFDM信道估計方法，其特征在于，步驟 101中的短波OFDM信道采用ITS短波信道傳輸模型，其中子載波個數(shù)為N，導(dǎo)頻的載波個數(shù) 為N p，循環(huán)前綴碼長度為Ng，帶寬為3kHz，信號調(diào)制方式8PSK，導(dǎo)頻選擇梳狀導(dǎo)頻，導(dǎo)頻以頻 率間隔為t的方式插入且滿足奈奎斯特定律。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在窄帶干擾下的短波OFDM信道估計方法，其特征在于，步驟 101中利用LS算法對短波OFDM信道的導(dǎo)頻信號進行初始估計的具體為：假設(shè)第k個子載 波的傳輸函數(shù)為：
式（1)中Y(k)為接收端收到信號，X(k)為輸入的導(dǎo)頻信號，^(Nk)信道噪聲信號，得出 導(dǎo)頻子載波信號初始估計值為：
式中k e PS，PS為導(dǎo)頻子載波集合，H(k)為真實沖擊響應(yīng)函數(shù)。然后對LS算法導(dǎo)頻 估計的頻域做IDFT變換將導(dǎo)頻信道響應(yīng)轉(zhuǎn)換到時域，得導(dǎo)頻估計時域表達式為：
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在窄帶干擾下的短波OFDM信道估計方法，其特征在于，步驟 102中的DFT離散傅里葉變換信道估計算法的具體過程為： 根據(jù)DFT離散傅里葉變換信道估計算法原理，當(dāng)n>Ng-l時的k (n)部分全為噪聲，因 此把n>Ng-l時的估計值置0,其余值不變，就可以得到第一次濾噪后的導(dǎo)頻信號估計表達式 如式⑷所示： (4)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在窄帶干擾下的短波OFDM信道估計方法，其特征在于，步驟 103中引入閾值A(chǔ)對初始值進行第二次濾噪的具體過程為： 引入一個閾值A(chǔ)對所述的0 < n < Ng-1的hDFT(n)進行濾噪，即當(dāng)hDFT(n)信號的幅度 小于A時，就認為此信號是噪聲并將其置為0,當(dāng)hDFT(n)信號的幅度大于X時，就把此信 號當(dāng)作有用信號并保持不變，以上算法叫基于DFT信道估計算法的改進方法可表示如下：
(5) 步驟103中通過噪聲和導(dǎo)頻估計的信道沖擊響應(yīng)的幅度的概率密度函數(shù)求出最優(yōu)閾 值入best其具體過程如下： 信道導(dǎo)頻估計的的瞬時幅度hDFT_n與噪聲的瞬時幅度vjP真實信道沖擊響應(yīng)的瞬時幅 度4三者的關(guān)系如下： hDFT-n= r n+vn n = 0, 1 …Ng-1 (6) 由于受傳統(tǒng)的不超過3kHz的窄帶短波信號給信道帶來窄帶干擾和多徑干擾給信道帶 來的快衰落，w(n)為窄帶高斯白噪聲，所以窄帶噪聲服的幅度vnW均值為0,方差為S 2的 瑞利分布，因此信道導(dǎo)頻的估計瞬時幅度hDFT_n服從廣義瑞利分布，其分布函數(shù)如下： ^
(7) 其中rn2為信道真實沖擊響應(yīng)的功率的均值，S為含有真實信道沖擊響應(yīng)的集合，即 rn# 0,由于LS算法得到的hjn)導(dǎo)頻信號的沖擊響應(yīng)長度在大于乂的部分全為噪聲，所 以噪聲的方差可用噪聲的統(tǒng)計平均值表示為：
(8) 引入的閾值X如果太大就會把部分幅度較小的有用信號濾掉，然而X太小可能不 會完全濾掉噪聲，而影響系統(tǒng)的性能，所以選擇一個合適的閾值A(chǔ)是進行第二次濾噪的關(guān) 鍵； 分析引入X可能帶來的錯誤判決的情況的概率： 當(dāng)A >匕且11 e S時，即有用信號的幅度小于閾值，而造成將有用信號錯判為噪聲，這 種情況出現(xiàn)的概率PIS:
當(dāng)A〈|hDFT(n) |且iieS時，即噪聲的瞬時幅度大于門限值，而把噪聲錯判為有用信號， 這種錯判的概率P2為：
其中信道中的誤判的總概率P(A)為：
為了濾除噪聲，留下有用信號，那么必須取一個最優(yōu)的閾值，如果存在一個的閾值 入best使得錯誤判決的概率最小，那么這個閾值就是最優(yōu)閾值，可表示為：
由式（11)、（12)由可得（13):
步驟103中根據(jù)最優(yōu)閾值A(chǔ)best得出導(dǎo)頻的最終估計值的具體為： 所以將式（13)帶入式（5)可得最終導(dǎo)頻信號出的估計：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在窄帶干擾下的短波OFDM信道估計方法，其特征在于，步驟 104中的根據(jù)插值方式及導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)對導(dǎo)頻估計進行插值，然后對其進行DFT變換得整個信 道的估計具體為： 導(dǎo)頻采用梳狀結(jié)構(gòu)，對導(dǎo)頻估計進行頻域上插值，然而從時域補零，具體為在導(dǎo)頻估 計值后面補零，其長度N-Np，即整個信道的估計的時域hest(n)的表達式為：
然后將上式進行DFT變換得出整個信道估計：
【專利摘要】本發(fā)明請求保護一種在窄帶干擾下的短波OFDM信道估計方法。首先利用LS算法估計出信道中導(dǎo)頻的初始估計值，然后利用DFT(離散傅里葉變換)信道估計算法原理，即循環(huán)前綴碼長度大于信道沖擊響應(yīng)原理對初始估計值進行第一次濾噪，通過將大于循環(huán)前綴碼長度以外的估計值值置零的方法濾除了循環(huán)前綴以外的噪聲。最后引入閾值對初始值進行第二次慮噪，通過將小于閾值的信號置零而大于的部分不變得出最終導(dǎo)頻處的估計值。然后根據(jù)插值方式對導(dǎo)頻估計進行插值得出整個信道的估計，并將時域的信道估計做DFT(離散傅里葉變換)變換得到頻域信道估計。本發(fā)明提高了信道估計性能；同時本發(fā)明中導(dǎo)頻采用梳狀導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)有效抑制了短波信號的快衰落。
【IPC分類】H04L25-02, H04L27-26
【公開號】CN104618277
【申請?zhí)枴緾N201510009078
【發(fā)明人】韋世紅, 周小宇, 唐宏, 孟婷婷, 王飛, 薛真真
【申請人】重慶郵電大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月8日