CN100362840C

CN100362840C - 时域多径信道估计中的路径选取方法

Info

Publication number: CN100362840C
Application number: CNB2004100664189A
Authority: CN
Inventors: 陈洁君; 管华亮; 侯晓贇; 宋文涛; 徐友云
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2004-09-16
Filing date: 2004-09-16
Publication date: 2008-01-16
Anticipated expiration: 2024-09-16
Also published as: CN1588944A

Abstract

本发明涉及一种时域多径信道估计中的路径选取方法，首先将最近的M次信道估计结果保存下来，然后根据预先确定的信道中有效的多径路径的最大数目N，分别在M个最近的估计结果中选取能量最大的N个多径路径，接着根据对选出的共MN个多径路径进行分析，首先选出出现次数最高的N个多径位置，之后淘汰其中出现次数小于最小有效路径门限的多径位置，最终确定出对应于这M个估计结果的不多于N个的有效多径路径。本发明采用路径最大出现次数和最小有效路径门限2种判决门限联合检测、选取信道估计结果中的有效多径路径，可以降低噪声干扰，准确地估计出信道中有效多径路径的数目及其具体位置。

Description

时域多径信道估计中的路径选取方法

技术领域

本发明涉及一种时域多径信道估计中的路径选取方法，能够对无线通信系统的时域信道估计进行有效路径筛选，属于信息的无线传输领域，特别是移动通信、数字电视等应用中的信息传输技术。

背景技术

无线通信系统的信道估计，根据给出的信道不同，可以分为时域估计与频域估计两类。前者给出的是时域的信道估计特性，后者给出的是频域信道估计特性。以MIMO-OFDM(多输入多输出-正交频分复用)系统为例，对于频域信道估计，其得到的信道长度与预先确定的信道的多径长度无关，而只与OFDM子载波数目有关；但对于时域信道估计，其信道形式则与信道的多径长度密切相关，信道的多径长度有多长，信道估计得到的信道就有多长。一般为了保险起见，预先确定的信道的多径长度往往会很大(几百甚至上千)，但是实际移动环境中，有效的多径路径数目往往很小(一般不大于10)，由于噪声的存在，那些实际为零的信道的估计值就不可能再为零了，这些误差导致的性能影响在信噪比较大的时候显得尤为明显。于是人们就想到寻找一种多径路径的选择方法，选取有效的多径路径，把无效的路径全部强迫设置为零，从而消除在这些路径上的噪声影响。目前常用的路径选取方法有最大路径选取法、门限选取法等。最大路径选取法选取时域信道响应中能量最大的若干条路径，该方法复杂度低，易于实现，但是对于分数间隔的信道路径延迟很敏感。门限选取法是根据经验值确定门限值，选取时域信道响应中大于该门限的路径，将其他小于该门限的无效路径全部置为零。该方法也是一种实用的方法，但门限的选定依赖于噪声方差估计精度，具有很大的不稳定性。

为了克服以上两种方法的弊端，需要另外寻找一种快速、稳定、有效的路径选取方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种时域多径信道估计中的路径选取方法，在保证基本不增加额外程序复杂度开销的同时，快速、准确地选取出时域信道估计所得信道中的有效的多径路径，然后将估计所得信道中的其余路径强迫设为零，以减少噪声干扰，提高信道估计的准确度。

为了实现上述目的，本发明的方法首先将最近的M次(M为估计结果缓存深度)信道估计结果保存下来，然后根据预先确定的信道中有效的多径路径的最大数目N，分别在M个最近的估计结果中选取能量最大的N个多径路径，接着根据对选出的共MN个多径路径进行分析，首先选出出现次数最高的N个多径位置，之后淘汰其中出现次数小于最小有效路径门限的多径位置，最终确定出对应于这M个估计结果的不多于N个的有效多径路径。

本发明的方法具体包括以下步骤：

1)确定信道中有效的多径路径的最大数目N、估计结果缓存深度M、最小有效路径门限v，并创建一个长度等于信道最大多径长度L的计票序列S(n)和M个长度同样为L的能量序列P(m，l)，m＝1，2，…M，l＝1，2，…，L。

2)保存最近的M个信道估计结果C(m，l)，m＝1，2，…M，l＝1，2，…，L。

3)计算能量序列P(m，l)。对P(m，l)序列的每个元素P(j，k)进行赋值，其值为第j个信道估计结果的第k个多径路径C(j，k)及其附近若干个多径路径C(j，k-d)～C(j，k+d)的值的加权平均，加权深度d及加权系数根据实际情况预先设定。

4)分别对所计算的M个能量序列进行分析，从每个能量序列中选取能量最大的N个多径路径位置。对于每个被选中的多径路径，根据其路径序号i，在计票序列的相应位置加上一票，即S(i)＝S(i)+1。

5)在计票序列S(i)中，选出得票最多的N个路径序号，依次记入候选路径数组h(k)，k＝1，2，…，N。

6)在候选路径数组h(k)当中，除去在计票序列中得票数小于最小有效路径门限v的路径序号，最终保留下来的即为有效的多径路径序号。在保存下来的信道估计结果中取出相应位置上的数据，并将其它位置的数据置为零。这样就完成了全部的信道选取工作。

本发明的方法采用路径最大出现次数和最小有效路径门限2种判决门限联合检测、选取信道估计结果中的有效多径路径，可以降低噪声干扰，准确地估计出信道中有效多径路径的数目及其具体位置。本发明方法实施简单，基本不增加整个信道估计的复杂度，却能十分显著地提高信道估计的准确度。采用本发明的方法，时域信道估计的准确度可以至少提高一个数量级，即均方误差可以降到原先均方误差的十分之一以下。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步描述。

以一个4发4收的MIMO-OFDM系统为例，其每个OFDM帧中包含有12个导频符号，在每个导频符号位置可以得到一个信道估计结果，由于在每一对发射-接收天线之间存在一条信道，所以每个信道估计结果实际包含对16个信道的估计。假定信道的最大多径长度为216，本发明进行路径选取的步骤如下：

1)确定信道中有效的多径路径的最大数目N、估计结果缓存深度M、最小有效路径门限v，并创建一个长度等于信道最大多径长度L的计票序列S(n)和一个长度同样为L的M个能量序列P(m，n)，m＝1，2，…M，n＝1，2，…，L。本例中，考虑到实际信道特性，设定N＝6、v＝5，由于系统收发信号处理是以帧为单位，所以十分自然地将M设为12(每帧中导频符号的数目)，此外将最大多径长度L设为216。

2)保存最近的M个信道估计结果C(m，l)，m＝1，2，…M，l＝1，2，…，L。本例中，由于是4发4收的MIMO系统，每个信道估计结果C(m，l)包含16个信道的估计，接下来需要通过步骤3)4)5)6)对这16个信道分别进行路径选取。

3)计算能量序列P(m，l)。对P(m，l)序列的每个元素P(j，k)进行赋值，其值为第j个信道估计结果的第k个多径路径C(j，k)及其附近若干个多径路径C(j，k-d)~C(j，k+d)的值的加权平均，加权深度d及加权系数根据实际情况预先设定。本例中，由于发射信号的成型脉冲为Sinc函数，根据Sinc函数的特点，设定d＝2，并将加权系数设定如下：

P(j，k)＝0.2C(j，k-2)+0.33C(j，k-1)+C(j，k)+0.33C(j，k+1)+0.2C(j，k+2)。

4)分别对所计算的M个能量序列进行分析，从每个能量序列中选取能量最大的N个多径路径位置。对于每个被选中的多径路径，根据其路径序号i，在计票序列的相应位置加上一票，即S(i)＝S(i)+1。本例中，N＝6，即每个能量序列可以对S(i)投6票。

5)在计票序列S(i)中，选出得票最多的N个路径序号，依次记入候选路径数组h(k)，k＝1，2，…，N。本例中，N＝6，所以总共选出6个多径路径。

6)在候选路径数组h(k)当中，除去在计票序列中得票数小于最小有效路径门限v的路径序号，最终保留下来的即为有效的多径路径序号。在保存下来的信道估计结果中取出相应位置上的数据，并将其它位置的数据置为零。这样就完成了全部的信道选取工作。本例中，最小有效路径门限为5，即要确认一条有效多径路径，至少要在12次投票中得到5票。由于第一轮筛选(步骤5)可以得到6条多径路径，之后对这6条路径进行第二轮筛选(步骤6)，因此最终可以得到最多不超过6条有效多径路径。

本发明的方法适用于单发单收(SIMO)、单发多收(MISO)、多发单收(SIMO)及多发多收(MIMO)无线通信系统的时域信道估计。在多天线系统(MISO、SIMO、MIMO)中，在信道独立的前提下，需要对每一对收发天线间的信道进行上述3)4)5)6)步骤，确定每个信道的有效多径路径位置。

使用本发明方法确定多径路径的位置后，可以保留原先估计结果中有效位置的信道信息，而将其余位置的信道置为零，这样就可以在这些信道位置上完全消除噪声，从而提高信道估计的准确度。

Claims

1.一种时域多径信道估计中的路径选取方法，其特征在于包括如下步骤：

1)确定信道中有效的多径路径的最大数目N、估计结果缓存深度M、最小有效路径门限v，并创建一个长度等于信道最大多径长度L的计票序列S(n)和M个长度同样为L的能量序列P(m，l)，m＝1，2，…M，l＝1，2，…，L；

2)保存最近的M个信道估计结果C(m，l)，m＝1，2，…M，l＝1，2，…，L；

3)对能量序列P(m，l)的每个元素P(j，k)进行赋值，其值为第j个信道估计结果的第k个多径路径C(j，k)及其附近若干个多径路径C(j，k-d)～C(j，k+d)的值的加权平均，加权深度d及加权系数根据实际情况预先设定；

4)分别对所计算的M个能量序列进行分析，从每个能量序列中选取能量最大的N个多径路径位置，对于每个被选中的多径路径，根据其路径序号i，在计票序列的相应位置加上一票，即S(i)＝S(i)+1；

5)在计票序列S(i)中，选出得票最多的N个路径序号，依次记入候选路径数组h(k)，k＝1，2，…，N；

6)在候选路径数组h(k)当中，除去在计票序列中得票数小于最小有效路径门限v的路径序号，最终保留下来的即为有效的多径路径序号；在保存下来的信道估计结果中取出相应位置上的数据，并将其它位置的数据置为零，完成全部的信道选取工作。