CN100364300C

CN100364300C - 信道阶数与多径时延的联合估计方法

Info

Publication number: CN100364300C
Application number: CNB2004100542139A
Authority: CN
Inventors: 侯晓赟; 徐友云; 张海滨; 罗汉文; 宋文涛
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2004-09-02
Filing date: 2004-09-02
Publication date: 2008-01-23
Anticipated expiration: 2024-09-02
Also published as: CN1588928A

Abstract

一种无线传输领域的信道阶数与多径时延的联合估计方法，根据通信系统的运行环境为信道阶数设置一对初始上下界，接着根据信道阶数上下界进行多径时延估计，在信道阶数下界范围内检测出来的多径时延作为多径时延估计值，而介于信道阶数上下界之间检测出来的多径时延用前一符号时刻的多径时延检测结果来进一步检验其正确性，若检测的多径时延与前一符号时刻的多径时延检测结果相近，则也作为时延估计值，否则就认为该时延是伪径；在获得多径时延估计值后，根据本次检测结果和前一符号时刻的多径时延检测结果重新确定信道阶数的上下界，且作为下一符号时刻进行多径时延估计的依据，如此反复，实现信道阶数和多径时延的联合检测与实时跟踪。

Description

信道阶数与多径时延的联合估计方法

技术领域

本发明涉及一种无线传输领域的信道阶数与多径时延的联合估计方法，具体是对无线通信系统的时域多径信道进行联合阶数检测和多径时延估计方法。

背景技术

当前各国正在研究的后三代移动通信系统拟采用多输入多输出(MIMO)技术和正交频分复用(OFDM)技术，这些技术能有效提高系统容量，并且更好地对抗恶劣的移动信道，可以为实现高数据率移动通信提供物理层平台。信道估计是MIMO-OFDM系统的关键技术之一，分时域估计和频域估计两大类。由于时域估计中的待估计变量比频域估计少很多，容易获得更好的估计性能，因此目前信道估计的研究热点大都集中在时域信道估计.

经对现有技术文献检索发现，杨宝国等人在《IEEE Transactions onCommunication》上发表文章“Channel estimation for OFDM transmission in multipathfading channels based on parametric channel modeling”(多径衰落信道环境中基于参数化信道模型的OFDM信道估计，IEEE通信学报)，该文指出充分利用参数化信道模型可以极大提高信道估计的精度，参数化信道模型可以描述室外移动环境下高速数据通信时的无线信道，该文给出的一种基于参数化信道模型的信道估计方法分别估计了信道阶数、多径时延及信道增益，估计器精度很高。但是，这种估计器的运算复杂度非常高，特别是在信道阶数估计和多径时延检测的过程中需要进行复杂度很高的矩阵运算，使其难以得到广泛的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于参数化信道模型的信道阶数与多径时延的联合估计方法，使得在确保估计精度的前提下大幅度降低运算复杂度。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明采用复杂度较低的搜索步骤来进行信道阶数和多径时延的联合检测与跟踪。根据通信系统的运行环境为信道阶数设置一对合理的初始上下界(下界表示通信环境中独立多径数目的最小值，上界表示通信环境中独立多径数目的最大值)，接着根据信道阶数的上下界进行多径时延估计，在信道阶数下界范围内检测出来的多径时延作为多径时延估计值，而介于信道阶数上下界之间检测出来的多径时延用先前符号时刻的多径时延检测结果来进一步检验其正确性，若检测的多径时延与前一符号时刻的多径时延检测结果相近，则也作为时延估计值，否则就认为该时延是伪径；在获得多径时延估计值后，根据本次检测结果和前一符号时刻的多径时延检测结果重新确定信道阶数的上界和下界，并且作为下一符号时刻进行多径时延估计的依据，如此进行下去，实现信道阶数和多径时延的联合检测与实时跟踪。

以下对本发明作进一步的说明，方法步骤如下：

1)n＝1，2，…，n表示估计第n个符号的多径时延。每次估计时创建4个集合A(n)、B(n)、C(n)、D(n)。A集合用于存储：根据信道阶数进行检测得到的多径时延；B集合用于存储：A集合中所有多径时延以及各个时延向前后扩展的1个时延位置，B可以认为是A的扩展集合；C集合用于存储：经过统计得到的多径时延估计值；D集合是C集合的扩展集合，其扩展方式同B集合。

2)根据通信系统的具体运行环境对信道阶数设置一个初始的上下界。

3)n＝1，根据信道阶数的上界估计多径时延，其中对每根径的估计采用相关匹配法，即用系统的成型滤波的波形函数与待检测的信道抽头进行相关匹配，寻找相关峰值最大的位置即为径的时延位置。将检测到的多径时延存入集合A(1)和集合C(1)，进而扩展为集合B(1)和集合D(1)。

4)n＝n+1，对第n个符号进行多径时延检测。当检测到的多径数目在信道阶数下界以内(包括下界)时，将各个时延位置存入集合A(n)和集合C(n)；继续检测多径时延直至信道阶数的上界(包括上界)为止，将各个时延位置存入集合A(n)，若其中某时延位置同时也是B(n-1)集合中的元素，则将该时延位置存入集合C(n)，即为得到的该符号的时延估计值；将集合A(n)扩展为集合B(n)，将集合C(n)扩展为集合D(n)。

5)更新信道阶数的上下界为：下界取值为集合C(n)和集合D(n-1)的交集所含元素的个数；上界等于下界加上一个延伸间隔，即认为信道阶数可能比估计的下界延伸一个很小的间隔长度。

6)转4)，进行下一个符号的多径时延和信道阶数的联合估计。

本发明采用信道阶数和多径时延的联合估计方法，并且用复杂度较低的搜索步骤来代替传统估计方法中复杂度较高的矩阵运算。本发明不对信道阶数进行高复杂度的精确估计，而是用上下界对它进行约束，通过在信道阶数约束条件下对连续两个符号独立地进行多径时延估计，根据高速数据移动通信传输中多径时延慢变的特点，对相邻符号的多径时延估计结果进行统计处理，可以得出准确的多径时延估计值，并进一步调整信道阶数的上下界。这种联合估计的方法在得到准确的多径时延估计的同时，可以使信道阶数的上下界收敛于信道阶数的准确值，而且还可以及时准确地跟踪信道阶数和多径时延的缓慢变化。

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2发2收的MIMO-OFDM系统为例，系统工作于室外环境中，信道带宽为20MHz，子载波数为1024。信道为多径瑞利衰落信道，信道多径数目为5，时延为[0，50，100，150，200]，最大多径时延扩展为200(10us)，功率延迟分布服从指数衰减。数据传输时，在每帧数据中离散插入导频符号用于信道估计，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4个信道的估计。本发明进行联合估计信道阶数和多径时延的步骤如下：

2)根据通信系统工作于高数据率室外移动环境，这种信道通常存在2-6根多径，因此设置信道阶数初始的上下界为1和8。

3)n＝1，根据信道阶数的上界估计多径时延，其中对每根径的估计采用相关匹配法。集合A(1)＝{0，50，100，150，200，16，60，120}和集合C(1)＝{0，50，100，150，200，16，60，120}，则它们的扩展集合分别为：

B(1)＝{0，1，49，50，51，99，100，101，149，150，151，199，200，201，15，16，17，59，60，61，119，120，121}，

D(1)＝{0，1，49，50，51，99，100，101，149，150，151，199，200，201，15，16，17，59，60，61，119，120，121}。

4)n＝n+1，对第n个符号进行多径时延检测，以第2个符号为例。当检测到的多径数目在信道阶数下界以内(包括下界)时，将各个时延位置存入集合A(n)和集合C(n)，比如，A(2)＝{0}，C(2)＝{0}；继续检测多径时延直至信道阶数的上界(包括上界)为止，将各个时延位置存入集合A(n)，若其中某时延位置同时也是B(n-1)集合中的元素，则将该时延位置存入集合C(n)，即为得到的时延估计值。比如，

A(2)＝{0，50，100，150，200，20，75，36}，

C(2)＝{0，50，100，150，200}(时延估计值)，

B(2)＝{0，1，49，50，51，99，100，101，149，150，151，199，200，201，19，20，21，74，75，76，35，36，37}，

D(2)＝{0，1，49，50，51，99，100，101，149，150，151，199，200，201}。

5)更新信道阶数的上下界为：下界取值为集合C(n)和集合D(n-1)的交集所含元素的个数；上界等于下界加上一个延伸间隔，即认为信道阶数可能比估计的下界延伸一个很小的间隔长度。以第2个符号为例，下界的值更新为5，上界的值更新为7(延伸间隔取2时)。

6)转4)，进行下一个符号的多径时延和信道阶数的联合估计。

本发明只需估计信道阶数的上下界，并且充分利用前后符号在时间方向的强相关性，通过搜索比较的方法来消除伪径，达到准确估计多径时延的目的。在获得多径时延估值后，更新信道阶数上下界的估计，这样不断相互调整，不仅可以使信道阶数和多径时延的估计值收敛，而且可以跟踪它们的缓慢变化。

本发明适用于单发单收(SISO)、单发多收(SIMO)、多发单收(MISO)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，需要对每一对收发天线间的子信道进行上述步骤来估计每个子信道的阶数和多径时延。

Claims

1.一种信道阶数与多径时延的联合估计方法，其特征在于，采用搜索步骤来进行信道阶数和多径时延的联合检测与跟踪，根据通信系统的运行环境为信道阶数设置一对初始上下界，下界表示通信环境中独立多径数目的最小值，上界表示通信环境中独立多径数目的最大值，接着根据信道阶数的上下界进行多径时延估计，在信道阶数下界范围内检测出来的多径时延作为多径时延估计值，而介于信道阶数上下界之间检测出来的多径时延用先前符号时刻的多径时延检测结果来进一步检验其正确性，若检测的多径时延与前一符号时刻的多径时延检测结果相近，则也作为时延估计值，否则就认为该时延是伪径，在获得多径时延估计值后，根据本次检测结果和前一符号时刻的多径时延检测结果重新确定信道阶数的上界和下界，并且作为下一符号时刻进行多径时延估计的依据，如此进行下去，实现信道阶数和多径时延的联合检测与实时跟踪。

2.根据权利要求1所述的信道阶数与多径时延的联合估计方法，其特征是，以下通过步骤对其作进一步的限定：

1)n＝1，2，…，n表示估计第n个符号的多径时延，每次估计时创建4个集合A(n)、B(n)、C(n)、D(n)，A集合用于存储：根据信道阶数进行检测得到的多径时延；B集合用于存储：A集合中所有多径时延以及各个时延向前后扩展的1个时延位置，B是A的扩展集合；C集合用于存储：经过统计得到的多径时延估计值；D集合是C集合的扩展集合，其扩展方式同B集合；

2)根据通信系统的具体运行环境对信道阶数设置一个初始的上下界；

3)n＝1，根据信道阶数的上界估计多径时延，其中对每根径的估计采用相关匹配法，即用系统的成型滤波的波形函数与待检测的信道抽头进行相关匹配，寻找相关峰值最大的位置即为径的时延位置，将检测到的多径时延存入集合A(1)和集合C(1)，进而扩展为集合B(1)和集合D(1)；

4)n＝n+1，对第n个符号进行多径时延检测，当检测到的多径数目在信道阶数下界以内时，将各个时延位置存入集合A(n)和集合C(n)，继续检测多径时延直至信道阶数的上界为止，将各个时延位置存入集合A(n)，若其中某时延位置同时也是B(n-1)集合中的元素，则将该时延位置存入集合C(n)，即为得到的该符号的时延估计值，将集合A(n)扩展为集合B(n)，将集合C(n)扩展为集合D(n)；

5)更新信道阶数的上下界为：下界取值为集合C(n)和集合D(n-1)的交集所含元素的个数，上界等于下界加上一个延伸间隔，即认为信道阶数可能比估计的下界延伸一个很小的间隔长度；

6)转4)，进行下一个符号的多径时延和信道阶数的联合估计。