CN100365951C - 无线通信中的信道估计方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线通信中的信道估计方法，该方法包括：导频符号经过共轭处理后，与输入的导频信道数据相乘得到衰落因子的初始估计，根据所述衰落因子的初始估计进行衰落因子的频谱估计，根据得到的频谱估计结果计算相应的当前多普勒频偏估计结果；再根据当前多普勒频偏估计结果对衰落因子的初始估计进行频谱搬移，对频谱搬移后的信号进行低通滤波，并对低通滤波后的信号进行反向搬移，得到当前最终的信道估计结果。本发明同时还公开了无线通信中的信道估计系统。本发明方案解决了目前的信道估计方案存在的滤波器的效果很难达到最优、最终估计结果的信噪比下降，以及需要消耗大量资源等问题。本发明方案使得更易于用低通滤波器实现频谱的最优滤波，且实现简单、不需要消耗大量的资源，并保证了滤波器带宽处于最优值，提高了信道估计结果的信噪比。

Description

无线通信中的信道估计方法及系统

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，更确切地说是涉及无线通信中的信道估计方法及系统。

背景技术

众所周知，无线通信信道存在多径传播现象，当接收机在空间上移动时，由于不同多径传输相位的变化导致多径信号在接收机端叠加时相干相消程度发生变化，从而引起接收信号产生所谓的衰落现象。衰落不但会导致接收信号的幅度发生大范围的急剧波动，而且会使接收信号的相位发生随机变化。对于二相移相键控(BPSK)、四项移项键控(QPSK)等相位调制技术来说，在接收信号时对相位的变化非常敏感，因此，在通常情况下，接收端必须对无线信道传播引起的相位畸变进行准确估计，以便获得实际发送信号的相位。

目前，第三代个人通信系统(3G)为了提高频谱利用率，普遍采用宽带码分多址(WCDMA)技术。相对于2G系统而言，WCDMA技术具有更宽的系统带宽。比如，WCDMA的系统带宽达到了3.84MHz，这意味着在3G系统中，大多数无线信道是频率选择性的，也即3G系统能解析出更多的多径，并用Rake接收技术对多径进行合并。

对于一个频率选择性无线信道来说，可以通过下面的脉冲响应模型定义：

$h(\mathrm{\τ},t)=\underset{i=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{a}_i\left(t\right)e^{j{\mathrm{\φ}}_i\left(t\right)}\mathrm{\δ}(\mathrm{\τ}-{\mathrm{\τ}}_i)$

该模型是假设无线信道传播包含了系统可以解析的L个不同时延多径，每个多径有各自独立的衰落因子序列为a_i(t)e^jφi(t)。

对于Rake接收技术来说，通常Rake接收机的结构如图1所示。该结构中，时延估计模块对输入信号的多径时延进行估计和跟踪；分离模块利用时延估计模块估计得到的时延信息分离出多径信号；每个多径信号都要经过信道估计模块对各自的幅度和相位偏转进行准确估计，信道估计模块还要把原始信号乘上估计结果的共轭并进行累加，以获得多径信号的最大比相干合并。其中，信道估计结果的准确性直接影响到系统的解调性能。

对于信道估计来说，通常是采用导频序列，即训练序列辅助的方法，也就是说，接收信号中包含一部分已知的信号，通过实际接收信号和已知发送信号的对比，即可得到信道的衰落信息。假设导频序列的模为1，以多径1为例，一个初始的估计由下式给出：

${\tilde{a}}_1\left(t\right)e^{j\widetilde{{\mathrm{\φ}}_i}\left(t\right)}=r(t-{\mathrm{\τ}}_1)\×p^{*}\left(t\right)$

$=a_1\left(t\right)e^{j{\mathrm{\φ}}_i\left(t\right)}p\left(t\right)\×p^{*}\left(t\right)+w\left(t\right)\×p^{*}\left(t\right)$

$=a_1\left(t\right)e^{j{\mathrm{\φ}}_i\left(t\right)}+w\left(t\right)\×p^{*}\left(t\right)$

其中，w(t)×p^*(t)为无线信道本身以及其他多径所引入的干扰噪声信号。通常需要对以上初始估计结果进行低通滤波，以提高信道估计结果的信噪比。衰落因子低通滤波器如图2所示。在数字化接收机中，为了使接收系统尽可能简单，该滤波器通常用简单的累加平均和低阶的无限冲击响应(IIR)滤波器来实现。

低通滤波器中，滤波器带宽的选取对估计结果信噪比具有决定性的影响。从尽可能虑除噪声方面的考虑，滤波器的带宽应该尽可能的窄。但由于衰落因子本身也具有一定的带宽，滤波器的带宽也不能太窄，否则有用信号也会被虑除，反而降低了信噪比。

基于上述考虑，通常都假设Rayleigh衰落信道的衰落因子功率谱具有图3所示的特性。其中， $f_d=\frac{v}{\mathrm{\λ}},$ 为多普勒频率，λ为载波波长，v为接收机相对发射机的移动速度。为使滤波结果的信噪比尽可能大，这就要求低通滤波器的频率响应以尽可能窄的带宽来包括衰落因子的频谱，因此，在图3中设置f_c为低通滤波器的截止频率，这样就可以做到在滤波结果尽可能去除噪声的同时，保留绝大部分的信号能量。

在实际环境中，由于某些原因会使得信道估计中的关键模块，即滤波器的效果很难达到最优，这些原因包括：第一，接收机相对发射机的移动速度随时在变化，使得滤波器的最优截止频率必须动态调整。第二由于接收机和发射机本振频率的差异，或者在某些无线环境中由于接收机和发射机的相对移动会导致一个额外的频偏f_d调制，使得在频谱上会出现频谱搬移的现象。频谱搬移现象具体如图4所示。这种情况下，衰落因子的频率不是关于零频率中心对称的，同样截止频率的滤波器将导致估计结果出现很大的偏差，如果使低通滤波器的截止频率大于f_d+f_o，则大带宽也会使得输出信噪比下降，这都会使得接收机的调解性能恶化。第三，由于实际的无线环境所产生的衰落因子频谱形状可能会非常复杂和不规则，这也会给低通滤波器的设计带来困难。

目前，信道估计方法可以是采用固定的滤波器结构和带宽，具体技术方案如图5所示。这种信道估计的处理方法最为简单，该方案中低通滤波器的带宽通常是一个折中选取的结果，该结果保证在系统的应用范围内都具有满足要求的解调性能。比如，如果要求系统在多普勒频率0Hz～400Hz都具有一定的解调性能，则低通滤波器通常都是按照多普勒频率200Hz来设计，当然，该低通滤波器同时还要使得系统在多普勒频率0Hz和400Hz处的性能下降满足设计要求。

但是，图5所示的方案只对于某种特定形状和特定多普勒频率的衰落因子才是最优的，在其他情况下都会引起系统解调性能的恶化。所以说，这种信道估计方法只能应用在对系统解调性能要求不高的场合。

目前的信道估计方法还可以是在图5所示的方案上增加多普勒估计环节，增加后的方案如图6所示。所增加的多普勒估计环节可以根据输入的初始信道估计结果得到衰落因子的多普勒频率f_d，然后根据多普勒频率对低通滤波器的带宽进行动态调整。常用的多普勒频率估计方法有电平通过率(LCR)统计方法、频谱分析方法、自相关值估计方法等，这些方法都能得到衰落因子频谱宽度，即多普勒频率。多普勒频率和滤波器带宽之间的关系可以用一些经验公式或经验准则确定。

对于图6所示的方案来说，该方案由多普勒频谱估计环节得到多普勒频谱的最高频谱扩展点，对于有图3所示较为理想的中心对称多普勒频谱的衰落因子的效果比较好。但是，对于图4所示的多普勒频谱来说，由于多普勒频谱估计环节估计得到的多普勒频率是多普勒频谱的最高频谱扩展点f_d+f_o，因此，虽然图3和图4中的多普勒频率的扩展宽度及形状均一致，但图6所示方案中的低通滤波器带宽应用在图4中时，比应用在图3中宽了f_o，这会导致最终估计结果的信噪比下降。

图7所示为目前的第三种信道估计实现方案，该方案主要是在图6所示方案的基础上进一步增加了频谱搬移模块。所增加的频谱搬移模块首先估计出衰落因子的多普勒频偏，然后用该频偏产生一个振荡信号，并用该振荡信号对衰落因子用混频的方法进行频谱搬移，经过搬移之后的衰落因子则如图3所示。之后，即可采用图6所示的处理方案进行后续处理。

对于频谱搬移来说，假设图3所示的衰落因子信号是a_i(t)e^jφi(t)，图4所示的衰落因子信号为a_i(t)e^{jφi(t)+j2πfot}，则图4所示的衰落因子在经过频谱搬移后，近似等于

因此，频谱搬移后的衰落因子可以由图6所示的技术方案进行处理。另外，频谱搬移模块还会送出用于反向频谱搬移的混频信号

低通滤波后的衰落因子通过该信号进行反向搬移，即可得到原始的衰落因子估计结果

上述频谱搬移环节也称为自动频率纠正环节，或自动频率控制(AFC)环节，主要有图8和图9两种实现方法。图8一般称为前馈方法，输入的衰落因子首先经过一个频偏估计环节，得到衰落因子的多普勒频偏估计

之后，该估计值通过一个低通滤波器，得到更加准确的频偏估计值然后再将该信号送入一个压控或数控振荡器，以得到混频信号；并对得到的混频信号进行共轭，将共轭后的混频信号与之前输入的信号相乘输出。

图9一般称为反馈方法，其频偏估计环节、低通滤波器环节以及振荡器环节与图8所示的前馈方法相同，所不同的是：反馈方法的混频是在频偏估计环节之前进行的，或者说，输入频偏估计环节的是经过混频的前一次输出信号。具体来说，在用于振荡器、低通滤波器及频偏估计的这一侧有一个延迟环节，在进行第一次信号处理时，由延迟环节提供一些初始值，通过该初始值启动整个环路，并且将该初始值与衰落因子的初始估计进行混频后直接输出。整个环路启动后，在进行当前的信号处理时，首先由频偏估计环节根据上次输出的信号对当前输入的衰落因子初始估计进行频偏估计，得到的频偏估计为上次频偏估计同当前信号频偏之间的误差，也称为残余频偏，频偏估计环节再用这个残余频偏去修正上一次的频偏估计输出，以形成当前的频偏估计输出，之后通过低通滤波器、振荡器进行处理，然后将得到的振荡信号与输入信号进行共轭相乘之后输出。

图8和图9中的频偏估计环节通常是采用图10所示的叉积鉴频方法，该方法通过估计前后两个衰落因子的相位偏转来得到多普勒频偏，主要有延迟、共轭相乘、求相位以及增益调整等环节。

图7所示方案在某种程度上解决了针对图4所示的多普勒频谱衰落因子的估计问题，但是，该方案还存在如下问题：频偏估计与多普勒频率估计是分别独立进行的，这就增加了系统的复杂度；叉积鉴频中有一个求相位环节，该环节需要进行除法以及反正切运算，这两个复杂的运算需要消耗大量的软硬件资源；另外，叉积鉴频再滤波的多普勒频偏估计方法在多普勒频率较小的环境中有较好的精度，但在多普勒频率扩展大的场合，该方法得到的估计误差则非常大，从而会影响到信道估计的整体精度。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种无线信道中的信道估计方法，以在提高信道估计精度及无线通讯系统解调性能的同时，简化系统的设计。

本发明的另一个目的在于提供一种无线通信中的信道估计系统。

本发明的一种无线通信中的信道估计方法，该方法包括以下步骤：

a.导频符号经过共轭处理后，与输入的导频信道数据相乘得到衰落因子的初始估计，根据所述衰落因子的初始估计进行衰落因子的频谱估计，并根据得到的频谱估计结果计算相应的当前多普勒频偏估计结果；

b.根据当前多普勒频偏估计结果对衰落因子的初始估计进行频谱搬移，对频谱搬移后的信号进行低通滤波，并对低通滤波后的信号进行反向搬移，得到当前最终的信道估计结果。

所述步骤a中，具体是通过对衰落因子的初始估计进行傅立叶变换，得到衰落因子的频谱估计；

并通过计算衰落因子的功率谱重心得到多普勒频偏估计结果。

在第一次进行信道估计时，所述步骤a中根据衰落因子的初始估计第一次进行衰落因子的频谱估计为：直接将预先设置的初始值作为衰落因子的频谱估计；在第一次频谱估计完成后，所述步骤a通过计算衰落因子的功率谱重心得到多普勒频偏估计结果；

在第一次信道估计完成后进行后续的信道估计时，根据衰落因子的初始估计进行衰落因子的频谱估计为：对前一次频谱搬移后的信号进行傅立叶变换，得到衰落因子的当前频谱估计；在当前频谱估计完成后，所述步骤a通过计算衰落因子的功率谱重心得到相应的多普勒频偏估计结果，并用所得到的多普勒频偏估计结果修正上一次的多普勒频偏估计结果，之后将修正后的多普勒频偏估计结果作为当前的多普勒频偏估计结果。

如果所述导频符号为连续信号；

步骤a中，通过下述公式计算多普勒频偏估计结果：

${\stackrel{-}{f}}_o=\frac{{\∫}_{-f_{\max }}^{f_{\max }}f.B^2\left(f\right)\mathrm{df}}{{\∫}_{-f_{\max }}^{f_{\max }}{B}^2\left(f\right)\mathrm{df}}$

其中，B(f)为通过傅立叶变换得到的衰落因子频谱估计，[-f_max，f_max]为有效的频谱估计范围；

如果所述导频符号为离散信号；

步骤a中，通过下述公式计算多普勒频偏估计结果：

${\stackrel{-}{f}}_o=\frac{\underset{-f_{\max }}{\overset{f_{\max }}{\mathrm{\Σ}}}f.B^2\left[f\right]}{\underset{-f_{\max }}{\overset{f_{\max }}{\mathrm{\Σ}}}{B}^2\left[f\right]}$

其中，B[f]为通过傅立叶变换得到的衰落因子频谱估计，[-f_max，f_max]为有效的频谱估计范围。

所述步骤b中，所述根据多普勒频偏估计结果对衰落因子的初始估计进行频谱搬移包括：对步骤a中得到的多普勒频偏估计结果进行低通滤波，之后根据滤波后的信息对衰落因子的初始估计进行频谱搬移。

所述步骤b中，在对频谱搬移后的信号进行低通滤波之前，进一步包括：确定多普勒频谱的扩展范围，通过下述公式确定频谱搬移后的多普勒频率估计结果，并通过该多普勒频率估计结果确定用于低通滤波的低通滤波器的带宽；

$f_d=\max \left(\right|f_{d\min }-{\stackrel{-}{f}}_o|,|f_{d\max }-{\stackrel{-}{f}}_o\left|\right)$

其中，f_d为频谱搬移后的多普勒频率估计结果，[f_dmin，f_dmax]为多普勒频谱的扩展范围，

为多普勒频偏估计结果。

该方法可以进一步包括：建立多普勒频率与低通滤波器的带宽的对应关系，并通过该对应关系及所确定的多普勒频率估计结果确定低通滤波器的带宽。

所述通过估计结果确定低通滤波器的带宽包括：对所确定的多普勒频率估计结果进行低通滤波，之后根据低通滤波后的信息确定低通滤波器的带宽。

所述步骤b中，所述根据多普勒频偏估计结果进行频谱搬移为：根据多普勒频偏估计结果得到指定频率的振荡信号，并对该振荡信号进行共轭处理，之后将处理后的振荡信号与衰落因子的初始估计相乘。

本发明的一种无线通信中的信道估计系统，该系统包括：

衰落因子初始估计模块，用于根据导频符号及导频信道数据得到衰落因子的初始估计，所得到的衰落因子初始估计发送给多普勒频偏估计处理模块及共轭乘积模块；

多普勒频偏估计处理模块，用于根据衰落因子的初始估计进行频谱估计，根据频谱估计结果计算多普勒频偏估计结果，以及将多普勒频偏估计结果转换为振荡信号，所得到的振荡信号发送给共轭乘积模块及低通滤波处理模块；

共轭乘积模块，用于将接收到的振荡信号进行共轭处理，以及通过共轭所得的振荡信号对衰落因子初始估计进行频谱搬移，处理后的信号发送给低通滤波处理模块；

低通滤波处理模块，用于对频谱搬移后的信号进行低通滤波，以及通过振荡信号对滤波后的信号进行反向搬移。

所述多普勒频偏估计处理模块通过傅立叶变换对衰落因子的初始估计进行频谱估计；并通过计算功率谱重心计算多普勒频偏估计结果。

所述共轭乘积模块通过对共轭得到的信号与衰落因子初始估计相乘进行频谱搬移。

所述多普勒频偏估计处理模块进一步通过设置门限得到多普勒频谱的扩展范围，以及根据得到的多普勒频谱扩展范围和多普勒频偏估计结果计算频谱搬移后的多普勒频谱扩展宽度，所得到的多普勒频谱扩展宽度发送给低通滤波处理模块；

所述低通滤波处理模块进一步根据多普勒频谱扩展宽度确定自身的带宽。

本发明的另一种无线通信中的信道估计系统，该系统包括：

衰落因子初始估计模块，用于根据导频符号及导频信道数据得到衰落因子的初始估计，所得到的衰落因子初始估计发送给共轭乘积模块；

多普勒频偏估计处理模块，用于根据共轭乘积模块发送来的信号进行频谱估计，以及根据频谱估计结果计算多普勒频偏估计结果，将多普勒频偏估计结果转换为振荡信号，所得到的振荡信号发送给共轭乘积模块及低通滤波处理模块；

共轭乘积模块，用于对多普勒频偏估计处理模块发送来的振荡信号进行共轭处理，以及通过处理得到的振荡信号对衰落因子初始估计进行频谱搬移，处理后的信号发送给低通滤波模块及多普勒频偏估计处理模块；

低通滤波模块，用于对频谱搬移后的信号进行低通滤波，以及通过振荡信号对滤波后的信号进行反向搬移。

所述多普勒频偏估计处理模块通过傅立叶变换对衰落因子的初始估计进行频谱估计；并通过计算功率谱重心计算多普勒频偏估计结果。

所述共轭乘积模块通过对共轭得到的信号与衰落因子初始估计相乘进行频谱搬移。

所述多普勒频偏估计处理模块进一步通过设置门限得到多普勒频谱的扩展范围，以及根据得到的多普勒频谱扩展范围和多普勒频偏估计结果计算频谱搬移后的多普勒频谱扩展宽度，所得到的多普勒频谱扩展宽度发送给低通滤波处理模块；

所述低通滤波处理模块进一步根据多普勒频谱扩展宽度确定自身的带宽。

本发明方案通过对衰落因子的初始估计进行衰落因子的频谱估计，并根据得到的频谱估计结果计算相应的多普勒频偏估计结果，使得频偏估计过程相对于常规的叉积鉴频方法不但实现简单，而且能够保证频偏估计结果更加准确，即使是复杂的多普勒频谱形状，也能够得到准确的多普勒频偏估计。

本发明采用频谱搬移的方法对衰落因子进行预处理，还使得处理后的频谱易于用低通滤波器实现最优的滤波。

另外，相对于现有技术中分别进行频谱搬移及频谱估计的方案来说，本发明方案同时进行频谱搬移及频谱估计，使得系统实现起来更加简单，消耗的资源也更少。

在同时实现频谱搬移及频谱估计的情况下，本发明方案还实现了根据衰落因子的多普勒频谱扩展宽度，自适应地调节信道估计中低通滤波器的带宽，从而保证了滤波器带宽始终处于一个最优值，从而提高了信道估计结果的信噪比，并改善了系统的解调性能。

附图说明

图1为目前的Rake接收机的结构图；

图2为目前的衰落因子通过低通滤波器滤波的示意图；

图3为衰落因子频谱与低通滤波器频谱响应的示意图；

图4为频偏导致频谱搬移的示意图；

图5为目前采用固定滤波器结构及带宽的信道估计方案示意图；

图6为目前增加多普勒频率估计环节的信道估计方案示意图；

图7为目前增加频谱搬移及多普勒频率估计环节的信道估计方案示意图；

图8为前馈的频谱搬移示意图；

图9为反馈的频谱搬移示意图；

图10为图8及图9中频偏估计环节所采用的叉积鉴频方案的示意图；

图11为采用前馈方式进行多普勒频偏估计的信道估计系统结构示意图；

图12为与图11对应的处理流程图；

图13为采用反馈方式进行多普勒频偏估计的信道估计系统结构示意图；

图14为采用前馈方式进行多普勒频偏估计及多普勒频率估计的信道估计系统结构示意图；

图15为采用反馈方式进行多普勒频偏估计及多普勒频率估计的信道估计系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明方案作进一步详细的说明。

对于一些简化的信道估计方法来说，其中的衰落因子滤波器的带宽一般来说是固定的，这种情况下，只需要对衰落因子的初始估计进行多普勒频偏估计即可。

具体来说，进行多普勒频偏估计的信道估计系统结构如图11及13所示。其中，图11采用的是前馈方法，图13采用的则是反馈方法。

下面首先结合图11对相应的处理流程作详细的说明。相应的处理过程如图12所示，对应以下步骤：

步骤1201、导频符号在经过共轭环节111后，与输入的导频信道数据由112环节相乘，得到衰落因子的初始估计；

步骤1202、113环节进行多普勒频偏估计，具体是首先对112环节输入的信号进行傅立叶变换，得到衰落因子的频谱估计，然后通过衰落因子的功率谱重心得到多普勒频偏估计结果

步骤1203、振荡器114对113环节得到的多普勒频偏估计结果

进行处理，得到指定频率的振荡信号

步骤1204、对所得到的混频信号通过共轭环节115进行共轭处理，与112环节的输出信号在116环节相乘，从而实现频谱搬移，得到搬移后的信号

步骤1205、频谱搬移后的信号再通过低通滤波器117进行低通滤波，得到

步骤1206、低通滤波后的衰落因子

同振荡器114的输出信号

相乘，以进行频谱的反向搬移，从而得到最终的信道估计结果。

其中，上述步骤1202中，113环节进行多普勒频偏估计时，假设112环节输入的信号为β(t)，该信号对应的导频符号由连续接收机输入，且该信号通过傅立叶变换得到的频谱估计为B(f)，则通过计算衰落因子的功率谱重心得到多普勒频偏估计结果可以通过下述公式实现：

${\stackrel{-}{f}}_o=\frac{{\∫}_{-f_{\max }}^{f_{\max }}f.B^2\left(f\right)\mathrm{df}}{{\∫}_{-f_{\max }}^{f_{\max }}{B}^2\left(f\right)\mathrm{df}}$

其中，f_max为有效的频谱估计范围。

对于导频符号为离散接收机输入的离散信号的情况来说，则通常对112环节输入的信号进行快速傅立叶变换(FFT)，以得到衰落因子的频谱估计B[f]，并通过下述公式计算得到多普勒频偏估计结果：

${\stackrel{-}{f}}_o=\frac{\underset{-f_{\max }}{\overset{f_{\max }}{\mathrm{\Σ}}}f.B^2\left[f\right]}{\underset{-f_{\max }}{\overset{f_{\max }}{\mathrm{\Σ}}}{B}^2\left[f\right]}$

其中，f_max为有效的频谱估计范围。

另外，在步骤1202之后，还可以对得到的多普勒频偏估计结果作进一步的处理，比如，增加一个低通滤波器，通过该低通滤波器来提高估计结果的估计精度。

对于图13所示的系统来说，其与上述处理过程类似，但是该系统所采用的是反馈处理，因此这两种处理有所不同。具体来说，图13在进行频谱估计时，第一次频谱估计与之后的频谱估计过程有所不同，具体来说，第一次频谱估计是直接将预先设置的初始值作为衰落因子的频谱估计；相应地，在第一次频谱估计后，直接通过计算衰落因子的功率谱重心得到多普勒频偏估计结果。第二次以及之后的频谱估计为：对前一次频谱搬移后的信号进行傅立叶变换，得到衰落因子的频谱估计；相应地，在之后的每次频谱估计后，首先通过计算衰落因子的功率谱重心得到相应的多普勒频偏估计结果，之后再用所得到的多普勒频偏估计结果修正上一次的多普勒频偏估计结果，并将修正后的多普勒频偏估计结果作为当前的多普勒频偏估计结果。或者说，对经过频偏搬移后的信号进行多普勒频率估计得到的是相对于前一次估计结果的残余频偏，还需要用该残余频偏去修正上一次的频偏估计结果，从而得到当前的频偏估计结果。

另外，在进行频偏估计结果修正时，还可以设置不同的比例因子，以调节整个反馈环路的特性。

以上对简化的信道估计方法的具体处理作了详细的描述。对于图11所示的系统来说，可以将其中的111及112环节作为衰落因子初始估计模块，用于提供衰落因子的初始估计；将其中的113及114环节作为多普勒频偏估计处理模块，用于提供频偏处理后的结果；将115及116环节作为共轭乘积模块，以对衰落因子初始估计进行频谱搬移；将低通滤波器117及118环节作为低通滤波处理模块，用于对频谱搬移后的信号进行低通滤波，之后再对得到的信号进行反向搬移。

对于图13所示的系统来说，同样可以将其中的131及132环节作为衰落因子初始估计模块，用于提供衰落因子的初始估计；将其中的133及134环节作为多普勒频偏估计处理模块，用于根据由135及136环节组成的共轭乘积模块发送来的信号进行频偏处理；将135及136环节作为共轭乘积模块，对衰落因子初始估计进行频谱搬移，并向多普勒频偏估计处理模块以及由137及138环节组成的低通滤波模块发送频谱搬移后的信号；将低通滤波器137及138环节作为低通滤波处理模块，用于对频谱搬移后的信号进行低通滤波，之后再对得到的信号进行反向搬移。

对于衰落因子滤波器的带宽不固定的情况来说，则可以采用图14及15所示的系统进行处理。图14与上述图11对应，也是采用前馈方法；图15则与上述图13对应，采用的是反馈方法。

对于图14及15来说，与前面两幅图的不同之处在于：在实现多普勒频偏估计时，还实现了多普勒频率的估计，并通过该多普勒频率的估计结果确定低通滤波器的带宽。

图14相对于图11具体来说，是在113环节中增加了多普勒频率估计，且113环节会将多普勒频率估计结果发送到低通滤波器117，低通滤波器117则根据该多普勒频率估计结果确定自身的带宽。

其中，113环节进行多普勒频率估计具体来说，首先需要确定多普勒频谱的扩展范围，然后再计算经过频谱搬移后的多普勒频谱的扩展范围。在确定多普勒频谱的扩展范围时，可以通过设置一定的噪声门限或最强径门限等方法得到多普勒频谱的扩展范围[f_dmin，f_dmax]，对于图4来说，该扩展范围则是[-f_d+f_o，f_d+f_o]。在确定了多普勒频谱的扩展范围以及多普勒频偏估计结果之后，可以通过下述公式计算得到频偏后的多普勒频谱扩展宽度，也即多普勒频率的估计结果：

$f_d=\max \left(\right|f_{d\min }-{\stackrel{-}{f}}_o|,|f_{d\max }-{\stackrel{-}{f}}_o\left|\right)$

另外，低通滤波器117在根据多普勒频率估计结果，也即多普勒频谱扩展宽度确定自身的带宽时，总体原则是多普勒频谱扩展宽度f_d越大，滤波器的带宽也就越大。在具体实现时，可以采用多种不同的策略，比如，事先建立多普勒频率与滤波器带宽之间的函数或映射表格，因此根据输入的多普勒频率以及换上计算或查表的方法来确定低通滤波器的带宽。如果是采用表格映射的方式，表格的划分精度可以根据实际情况确定，一般来说，表格只需要划分成3到5个档次即可满足要求。

对于图15来说，其相对于图13，也是在133环节增加了多普勒频率估计，并且将得到的多普勒频率估计结果发送到低通滤波器137，低通滤波器137则根据该估计结果确定自身的带宽。其具体处理过程与图14所示的前馈方法相同，因此不再赘述。

对于图14及15所示的系统来说，为提高多普勒频偏估计结果和/或多普勒频率估计结果的估计精度，同样可以增加一个低通滤波器，通过该低通滤波器来提高估计结果的估计精度。

以上所述仅为本发明方案的较佳实施例，并不用以限定本发明的保护范围。

Claims (17)

1.一种无线通信中的信道估计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

a.导频符号经过共轭处理后，与输入的导频信道数据相乘得到衰落因子的初始估计，根据所述衰落因子的初始估计进行衰落因子的频谱估计，并根据得到的频谱估计结果计算相应的当前多普勒频偏估计结果；

b.根据当前多普勒频偏估计结果对衰落因子的初始估计进行频谱搬移，对频谱搬移后的信号进行低通滤波，并对低通滤波后的信号进行反向搬移，得到当前最终的信道估计结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤a中，

通过对衰落因子的初始估计进行傅立叶变换，得到衰落因子的频谱估计；

通过计算衰落因子的功率谱重心得到多普勒频偏估计结果。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

在第一次进行信道估计时，所述步骤a中根据衰落因子的初始估计第一次进行衰落因子的频谱估计为：直接将预先设置的初始值作为衰落因子的频谱估计；在第一次频谱估计完成后，所述步骤a通过计算衰落因子的功率谱重心得到多普勒频偏估计结果；

在第一次信道估计完成后进行后续的信道估计时，根据衰落因子的初始估计进行衰落因子的频谱估计为：对前一次频谱搬移后的信号进行傅立叶变换，得到衰落因子的当前频谱估计；在当前频谱估计完成后，所述步骤a通过计算衰落因子的功率谱重心得到相应的多普勒频偏估计结果，并用所得到的多普勒频偏估计结果修正上一次的多普勒频偏估计结果，之后将修正后的多普勒频偏估计结果作为当前的多普勒频偏估计结果。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，如果所述导频符号为连续信号；

步骤a中，通过下述公式计算多普勒频偏估计结果：

${\stackrel{\‾}{f}}_o=\frac{{\∫}_{-f_{\max }}^{f_{\max }}f\·B^2\left(f\right)\mathrm{df}}{{\∫}_{{-f}_{\max }}^{f_{\max }}{B}^2\left(f\right)\mathrm{df}}$

其中，B(f)为通过傅立叶变换得到的衰落因子频谱估计，[-f_max，f_max]为有效的频谱估计范围；

如果所述导频符号为离散信号；

步骤a中，通过下述公式计算多普勒频偏估计结果：

${\stackrel{\‾}{f}}_o=\frac{\underset{-f_{\max }}{\overset{f_{\max }}{\mathrm{\Σ}}}f\·B^2\left[f\right]}{\underset{{-f}_{\max }}{\overset{f_{\max }}{\mathrm{\Σ}}}{B}^2\left[f\right]}$

其中，B[f]为通过傅立叶变换得到的衰落因子频谱估计，[-f_max，f_max]为有效的频谱估计范围。

5.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于所述步骤b中，所述根据多普勒频偏估计结果对衰落因子的初始估计进行频谱搬移包括：对步骤a中得到的多普勒频偏估计结果进行低通滤波，之后根据滤波后的信息对衰落因子的初始估计进行频谱搬移。

6.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于所述步骤b中，在对频谱搬移后的信号进行低通滤波之前，进一步包括：确定多普勒频谱的扩展范围，通过下述公式确定频谱搬移后的多普勒频率估计结果，并通过该多普勒频率估计结果确定用于低通滤波的低通滤波器的带宽；

$f_d=\max \left(\right|f_{d\min }-{\stackrel{\‾}{f}}_o|,|f_{d\max }-{\stackrel{\‾}{f}}_o\left|\right)$

其中，f_d为频谱搬移后的多普勒频率估计结果，[f_dmin，f_dmax]为多普勒频谱的扩展范围，

为多普勒频偏估计结果。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：建立多普勒频率与低通滤波器的带宽的对应关系，并通过该对应关系及所确定的多普勒频率估计结果确定低通滤波器的带宽。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述通过估计结果确定低通滤波器的带宽包括：对所确定的多普勒频率估计结果进行低通滤波，之后根据低通滤波后的信息确定低通滤波器的带宽。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤b中，所述根据多普勒频偏估计结果进行频谱搬移为：根据多普勒频偏估计结果得到指定频率的振荡信号，并对该振荡信号进行共轭处理，之后将处理后的振荡信号与衰落因子的初始估计相乘。

10.一种无线通信中的信道估计系统，其特征在于，该系统包括：

衰落因子初始估计模块，用于根据导频符号及导频信道数据得到衰落因子的初始估计，所得到的衰落因子初始估计发送给多普勒频偏估计处理模块及共轭乘积模块；

多普勒频偏估计处理模块，用于根据衰落因子的初始估计进行频谱估计，根据频谱估计结果计算多普勒频偏估计结果，以及将多普勒频偏估计结果转换为振荡信号，所得到的振荡信号发送给共轭乘积模块及低通滤波处理模块；

共轭乘积模块，用于将接收到的振荡信号进行共轭处理，以及通过共轭所得的振荡信号对衰落因子初始估计进行频谱搬移，处理后的信号发送给低通滤波处理模块；

低通滤波处理模块，用于对频谱搬移后的信号进行低通滤波，以及通过振荡信号对滤波后的信号进行反向搬移。

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述多普勒频偏估计处理模块通过傅立叶变换对衰落因子的初始估计进行频谱估计；并通过计算功率谱重心计算多普勒频偏估计结果。

12.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述共轭乘积模块通过对共轭得到的信号与衰落因子初始估计相乘进行频谱搬移。

13.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述多普勒频偏估计处理模块进一步通过设置门限得到多普勒频谱的扩展范围，以及根据得到的多普勒频谱扩展范围和多普勒频偏估计结果计算频谱搬移后的多普勒频谱扩展宽度，所得到的多普勒频谱扩展宽度发送给低通滤波处理模块；

所述低通滤波处理模块进一步根据多普勒频谱扩展宽度确定自身的带宽。

14.一种无线通信中的信道估计系统，其特征在于，该系统包括：

衰落因子初始估计模块，用于根据导频符号及导频信道数据得到衰落因子的初始估计，所得到的衰落因子初始估计发送给共轭乘积模块；

多普勒频偏估计处理模块，用于根据共轭乘积模块发送来的信号进行频谱估计，以及根据频谱估计结果计算多普勒频偏估计结果，将多普勒频偏估计结果转换为振荡信号，所得到的振荡信号发送给共轭乘积模块及低通滤波处理模块；

共轭乘积模块，用于对多普勒频偏估计处理模块发送来的振荡信号进行共轭处理，以及通过处理得到的振荡信号对衰落因子初始估计进行频谱搬移，处理后的信号发送给低通滤波模块及多普勒频偏估计处理模块；

低通滤波模块，用于对频谱搬移后的信号进行低通滤波，以及通过振荡信号对滤波后的信号进行反向搬移。

15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述多普勒频偏估计处理模块通过傅立叶变换对衰落因子的初始估计进行频谱估计；并通过计算功率谱重心计算多普勒频偏估计结果。

16.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述共轭乘积模块通过对共轭得到的信号与衰落因子初始估计相乘进行频谱搬移。

17.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述多普勒频偏估计处理模块进一步通过设置门限得到多普勒频谱的扩展范围，以及根据得到的多普勒频谱扩展范围和多普勒频偏估计结果计算频谱搬移后的多普勒频谱扩展宽度，所得到的多普勒频谱扩展宽度发送给低通滤波处理模块；

所述低通滤波处理模块进一步根据多普勒频谱扩展宽度确定自身的带宽。

Images