CN101155157B - 基于变换域的信道估计结果处理方法与装置和接收机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及移动通信领域，公开了基于变换域的信道估计结果处理方法与装置和接收机，所述方法包括：获取信道的估计结果，再用边界导频位置子载波的原始信道系数代替该子载波的信道估计结果，对所述边界导频位置子载波的信道估计结果进行修正，根据修正结果对边界导频位置之间的子载波采用插值法计算得到非导频位置子载波的信道估计结果。根据上述方法，本发明还提供了基于变换域的信道估计结果处理装置和一种接收机。利用本发明可以克服边界导频位置附近的信道估计结果发生畸变的情况，进而提高了边界导频位置附近信道估计结果的准确性。另外，由于本发明还可以有效地抑制夹杂在有用信号中的噪声分量，从而提高了信道估计结果的性能。

Description

基于变换域的信道估计结果处理方法与装置和接收机

技术领域

本发明涉及移动通信领域，尤其涉及正交频分复用系统的基于变换域的信道估计结果处理方法与装置和接收机。

背景技术

接收端的相干检测需要利用信道的信息，因此信道估计是适用于正交频分复用(OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplex)系统接收机的重要组成部分。在OFDM系统中通常采用导频符号对信道进行估计，因为导频位置子载波可以在OFDM符号内灵活地分布。采用导频符号对信道进行估计的方法就是在发送端信号中的某些固定位置插入一些已知的导频符号，在接收端利用这些导频符号先估计出导频位置上子载波的信道系数，然后得到非导频位置上子载波的信道系数。

《宽带无线通信OFDM技术》提出了一种信道估计方法，该方法是采用直接插值来对信道进行估计，直接插值就是利用邻近子载波上信道的相关性，并采用多阶线性插值方法估计相邻子载波上的信道频域响应，插值阶数越高信道估计的结果也越准确，但是复杂度也越高。另外线性插值方案实现比较简单，但由于是采用线性方法得到相邻两导频位置之间子载波上的信道频域响应，估计的结果与实际的信道频域响应拟合程度不高。

为了解决上述现有技术所存在的缺点，第47届电气和电子工程师协会通信技术会议提出一种基于导频信号和变换域处理的适用于OFDM移动通信系统的信道估计方法，该方法是这样实现的：先获取导频位置子载波上的信道频域响应，对导频位置上的信道频域响应作快速傅立叶变换(FFT，Fast FourierTransform)转换到变换域上，再用低通滤波器滤除噪声，然后通过补零方式将滤波得到的信道冲激响应序列的样点数扩展到子载波个数，再对扩展后的信道冲激响应序列进行快速反傅立叶变换(IFFT，Inverse Fast Fourier Transform)得到每个子载波上的信道频域响应。该方法可以克服直接插值的缺点，同时可以在变换域上进行消除噪声的处理，从而使信道估计更精确。

由于现有技术的第二种信道估计方法在变换域上进行了有限个数样点的截取，不可避免地会出现边界导频附近子载波的信道估计值发生畸变的情况，进而使边界导频位置附近子载波的信道估计值不准确。其次，该方法也是采用低通滤波器对信号进行滤波，所述滤波方式不能滤除保留频段内的噪声和干扰，同时截止频率的选取由通带内的能量与总能量确定，该比值的大小直接影响了抑制噪声的效果。最后，如果移动速率较高并且信噪比较高时信道估计就会出现性能的恶化，但是该信道估计方法没有给出相应的补偿措施。因此，现有技术不能克服边界导频位置附近子载波的信道估计值发生畸变的情况，并且不能滤除保留频段内的噪声和干扰。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于变换域的信道估计结果处理方法与装置和接收机，所述方法与装置能够提高边界导频位置附近信道估计的准确性。

为解决上述技术问题，本发明的一个实施例提供了一种基于变换域的信道估计结果处理方法，该方法包括：

获取信道的估计结果，再用边界导频位置子载波的原始信道系数代替该子载波的信道估计结果，对所述边界导频位置子载波的信道估计结果进行修正，根据修正结果对边界导频位置之间的子载波采用插值法计算得到非导频位置子载波的信道估计结果。

可选地，在获取信道的估计结果之前进一步包括：

对信道冲激响应序列补零使样点数扩展到所有子载波个数，再对扩展后的信道冲激响应序列进行快速傅立叶变换得到各子载波上的信道估计结果。

可选地，在所述对信道冲激响应序列补零使样点数扩展到所有子载波个数之前进一步包括：

对信道冲激响应序列各样点的噪声功率进行加权平均得到噪声的平均功率；

对所述噪声的平均功率进行统计，并根据统计结果设置噪声门限，再根据噪声门限滤除噪声。

可选地，在所述对信道冲激响应序列各样点的噪声功率进行加权平均之前进一步包括：

从接收信号中提取导频符号，并根据所述导频符号得到导频位置子载波的原始信道系数，再对原始信道系数作快速反傅立叶变换得到信道冲激响应序列。

根据上述方法，本发明也提供了一种基于变换域的信道估计结果处理装置，该装置包括：

获取单元，用于获取各子载波上的信道估计结果，以及向修正单元提供边界导频位置子载波的信道估计结果；

修正单元，用于获取所述边界导频位置子载波的原始信道系数，以及用边界导频位置子载波的原始信道系数代替该子载波的信道估计结果，对边界导频位置子载波的信道估计结果进行修正；

运算单元，用于从修正单元获取修正结果，以及根据修正结果对边界导频位置之间的子载波采用插值法计算得到非导频位置子载波的信道估计结果。

可选地，该装置进一步包括：

导频提取单元，用于从接收信号中提取导频符号，再根据所述导频符号得到导频位置子载波上的原始信道系数，并向修正单元提供导频位置子载波上的原始信道系数；

快速反傅立叶变换单元，用于对导频提取单元得到的原始信道系数作快速反傅立叶变换得到时域上的信道冲激响应序列。

可选地，该装置进一步包括：

消噪单元，用于接收快速反傅立叶变换单元输出的信道冲激响应序列，以及对所述信道冲激响应序列各样点的噪声功率进行加权平均得到噪声的平均功率，再对噪声的平均功率进行统计，以及根据统计结果设置噪声门限，再根据所述噪声门限滤除噪声。

可选地，该装置进一步包括：

补零单元，用于对消噪单元输出的信道冲激响应序列进行补零，使样点数扩展到所有子载波个数，以及将扩展后的信道冲激响应序列发送给快速傅立叶变换单元；

快速傅立叶变换单元，用于对补零单元输出的信道冲激响应序列作快速傅立叶变换得到各子载波上的信道估计结果，并向获取单元提供所述信道估计结果。

本发明还提供了一种接收机，该接收机包括：去保护间隔单元，用于去掉输入信号的循环前缀；第一快速傅立叶变换单元，用于对所述去保护间隔单元的输出信号作快速傅立叶变换；信道估计单元，用于根据所述第一快速傅立叶变换单元的输出信号计算得到各子载波上的信道估计结果；均衡单元，用于从所述信道估计单元获取信道估计结果，以及产生与信道特性相反的信号抵消信道多径传播引起的干扰；解调器，用于对所述均衡单元的输出信号进行解调；解码器，用于对解调得到的信号进行解码得到编码时输入的原始信号；

其中，所述信道估计单元包括信道估计结果处理装置，用于获取信道的估计结果和边界导频位置子载波的原始信道系数，以及用边界导频位置子载波的原始信道系数代替该子载波的信道估计结果，对边界导频位置子载波的信道估计结果进行修正，再根据修正结果对边界导频位置之间的子载波采用插值法计算得到非导频位置子载波的信道估计结果。

可选地，所述信道估计单元进一步包括：

导频提取单元，用于从所述第一快速傅立叶变换单元输出的信号中提取导频符号，再根据所述导频符号得到导频位置子载波上的原始信道系数，以及向信道估计结果处理装置提供所述原始信道系数；

快速反傅立叶变换单元，用于对所述导频提取单元得到的原始信道系数作快速反傅立叶变换得到时域上的信道冲激响应序列。

可选地，所述信道估计单元进一步包括：

消噪单元，用于接收快速反傅立叶变换单元输出的信道冲激响应序列，以及对所述信道冲激响应序列各样点的噪声功率进行加权平均得到噪声的平均功率，再对噪声的平均功率进行统计，以及根据统计结果设置噪声门限，并根据所述噪声门限滤除噪声。

可选地，所述信道估计单元进一步包括：

补零单元，用于对消噪单元输出的信道冲激响应序列进行补零使样点数扩展到所有子载波个数，以及将扩展后的信道冲激响应序列发送给第二快速傅立叶变换单元；

第二快速傅立叶变换单元，用于对补零单元输出的信道冲激响应序列作快速傅立叶变换得到各子载波上的信道估计结果，以及向信道估计结果处理装置提供所述信道估计结果。

从以上所述可以看出，本发明的一个实施例的技术方案具有以下有益效果：

首先，由于本发明首先用边界导频位置子载波的原始信道系数代替该子载波的信道估计结果，再用插值法得到非导频位置子载波的信道估计结果，这样可以克服边界导频位置附近的信道估计结果发生畸变的情况，从而提高了边界导频位置附近信道估计结果的准确性。

其次，由于本发明对噪声功率及每条路径上的信号功率分别进行加权平均，再根据噪声功率设定噪声门限，从而有效地抑制夹杂在有用信号中的噪声分量，从而提高信道估计结果的性能。

最后，由于本发明在边界导频位置附近采用插值法克服信道估计结果的畸变，同时也对时域上的信道冲激响应序列进行Alpha滤波，这样使接收机具有较好的接收性能。

附图说明

图1是本发明实施例中的实施方法流程图；

图2是本发明信道估计方法和现有技术信道估计方法的误码率示意图；

图3是本发明实施例中装置实施方式的示意图；

图4是本发明实施例中接收机实施方式的示意图。

具体实施方式

本发明的一个实施例提供了一种基于变换域的信道估计结果处理方法与装置和接收机，为了使本领域技术人员能够更好地理解本发明，下面结合实施方式对本发明方法与装置的技术方案进行详细描述。

本发明方法是首先获取信道的估计结果，再用边界导频位置子载波的原始信道系数代替该子载波的信道估计结果以实现对边界导频位置子载波的信道估计结果的修正，然后根据修正结果对边界导频位置之间的子载波采用插值法计算得到非导频位置子载波的信道估计结果。

基于变换域的信道估计结果处理方法实施例请参阅图1，图1是本发明实施例中的实施方法流程图，该流程具体包括以下步骤：

步骤101、从接收信号中提取等间隔的导频符号，这些导频符号在发送端已预先设置，再根据所述导频符号得到导频位置子载波上的信道系数H_P，其中，所述信道系数是信道频域响应。

步骤102、对获取得到的信道系数作快速反傅立叶变换(IFFT，Inverse FastFourier Transform)得到时域上的信道冲激响应序列。

步骤103、采用Alpha滤波对信道冲激响应序列各样点的噪声功率及信号功率进行加权平均得到噪声和信号的平均功率。

步骤104、对噪声的平均功率进行统计，此时可以得到较为准确的噪声功率估计值，其中，可以采用求平均值等统计方式对噪声的平均功率进行统计。

步骤105、根据噪声平均功率的统计结果设置噪声门限。

步骤106、根据噪声门限滤除噪声，保留有用的信号。

步骤107、通过补零方式对信道冲激响应序列进行扩展，使样点数扩展到所有子载波个数，这是由于没有补零之前所述样点数必定小于所有子载波个数，因为还有一部分子载波不是导频位置上的子载波。

步骤108、对扩展后的信道冲激响应序列进行快速傅立叶变换得到各子载波上的信道估计结果。

在对扩展后的信道冲激响应序列进行FFT变换之后存在以下现象：由于本实施方式在时域上只截取了有限个数的样点，这会导致在边界导频位置附近的信道估计结果存在畸变，这种畸变带来的性能恶化在信噪比较高时尤为明显。

步骤109、对边界导频位置子载波的信道估计结果进行修正，用边界导频位置子载波的原始信道系数代替该子载波的信道估计结果，再利用修正结果计算得到边界导频位置之间非导频位置子载波的信道估计结果，通常采用线性插值法计算得到非导频位置子载波的信道估计结果，所述插值法可以是多阶，插值阶数越高信道估计的结果也越准确。其中，原始的信道系数就是步骤101得到的导频位置子载波上的信道系数。

下面结合图2对线性插值、变换域信道以及变换域与边缘插值处理相结合的信道估计方法的误码率性能进行说明。假设有128个导频符号在1024个子载波上等间隔分布，信道模型的路径数为12。由图2可见，变换域估计相对于线性插值估计有1dB的误码率性能提升，若不采用边缘处理，当信噪比大于9dB时，采用变换域估计的误码率性能逐渐恶化，当信噪比达到13dB甚至更高时，采用变换域估计的误码率性能甚至差于线性插值估计，而变换域与边缘插值相结合的信道估计方法在高信噪比条件的误码率性能仍然有1dB的误码率性能提升。

根据上述方法，本发明也提供了一种基于变换域的信道估计结果处理装置，参照图3，该装置包括导频提取单元301、快速反傅立叶变换单元302、消噪单元303、补零单元304、快速傅立叶变换单元305、获取单元306、修正单元307以及运算单元308。

其中，导频提取单元301用于从接收信号中提取等间隔的导频符号，再根据所述导频符号得到导频位置子载波上的信道系数H_P，所述信道系数就是信道的频域响应。其中，导频符号在发送端已预先设置，这对信道估计来说是已知条件。

其中，快速反傅立叶变换单元302用于对导频提取单元301得到的信道系数作IFFT变换得到时域上的信道冲激响应序列。

其中，消噪单元303用于接收快速反傅立叶变换单元302输出的信道冲激响应序列，以及对所述信道冲激响应序列各样点的噪声功率及每条路径上的信号功率进行加权平均得到噪声和信号的平均功率，并对噪声的平均功率进行统计，再根据统计结果设置噪声门限，以及根据噪声门限滤除噪声，保留检测得到的信号及其附近的若干个样点。

其中，补零单元304用于对消噪单元303输出的信道冲激响应序列进行补零使样点数扩展到所有子载波个数，其中，补零之前所述样点数必定小于所有子载波个数，因为还有一部分子载波不是导频位置上的子载波。

其中，快速傅立叶变换单元305用于对补零单元304输出的信道冲激响应序列作FFT变换得到各子载波上的信道估计结果。

其中，获取单元306用于从快速傅立叶变换单元305获取信道的估计结果。

其中，修正单元307用于从导频提取单元301获取边界导频位置子载波的原始信道系数，并用边界导频位置子载波的原始信道系数代替该子载波的信道估计结果以实现对边界导频位置子载波的信道估计结果的修正。

其中，运算单元308用于从修正单元307获取边界导频位置子载波的修正结果，以及根据修正结果计算得到边界导频位置之间非导频位置子载波的信道估计结果。通常采用线性插值法计算得到非导频位置子载波的信道估计结果，所述插值法可以是多阶，插值阶数越高信道估计的结果也越准确。

另外，本发明在上述基于变换域的信道估计结果处理方法与装置的基础上提出了一种接收机。

请参阅图4，该接收机包括去保护间隔单元401、第一快速傅立叶变换单元402、信道估计单元403、均衡单元410、解调器411以及解码器412。

其中，去保护间隔单元401用于去掉输入信号的循环前缀，其中，所述输入信号就是调制生成的OFDM符号。

其中，第一快速傅立叶变换单元402用于对去保护间隔单元401输出的信号作FFT变换得到频域上的信号。

其中，信道估计单元403包括：

导频提取单元404，用于从第一快速傅立叶变换单元402输出的信号中提取等间隔的导频符号，再根据所述导频符号得到导频位置子载波上的原始信道系数H_P，以及向信道估计结果处理装置409提供所述原始信道系数。其中，导频符号在发送端已预先设置，这对接收机来说是已知条件。

快速反傅立叶变换单元405，用于对导频提取单元404得到的信道系数作IFFT变换得到时域上的信道冲激响应序列。

消噪单元406，用于接收快速反傅立叶变换单元405输出的信道冲激响应序列，以及对所述信道冲激响应序列各样点的噪声功率及信号功率进行加权平均得到噪声和信号的平均功率，并对噪声的平均功率进行统计，再根据统计结果设置噪声门限，以及根据噪声门限滤除噪声，保留检测得到的信号及其附近的若干个样点。

补零单元407，用于对消噪单元406输出的信道冲激响应序列进行补零使样点数扩展到所有子载波个数，其中，补零之前所述样点数必定小于所有子载波个数，因为还有一部分子载波不是导频位置上的子载波。

第二快速傅立叶变换单元408，用于对补零单元407输出的信道冲激响应序列作FFT变换得到各子载波上的信道估计结果，并向信道估计结果处理装置409提供所述信道估计结果。

信道估计结果处理装置409，用于从第二快速傅立叶变换单元408获取信道的估计结果，并用导频提取单元404提供的边界导频位置子载波的原始信道系数代替该子载波的信道估计结果以实现对边界导频位置子载波的信道估计结果的修正，再利用修正结果计算得到边界导频位置之间非导频位置子载波的信道估计结果，通常采用线性插值法计算得到非导频位置子载波的信道估计结果，所述插值法可以是多阶，插值阶数越高信道估计的结果也越准确。

其中，均衡单元410用于从信道估计结果处理装置409获取信道估计结果，以及产生与信道特性相反的信号，再将所述信号抵消信道多径传播特性引起的干扰。

其中，解调器411用于对均衡单元410的输出信号进行解调得到发送端编码输出信号的似然比信息。

其中，解码器412用于对解调器411的输出信号进行解码得到发送端在编码时输入的原始信号。

去保护间隔单元401接收调制生成的OFDM符号，再去掉所述OFDM符号的循环前缀。第一快速傅立叶变换单元402对去保护间隔单元401的输出信号作FFT变换得到频域上的信号，再将所述信号发送给信道估计单元403。

信道估计单元403从第一快速傅立叶变换单元402的输出信号中提取等间隔的导频符号，再根据所述导频符号得到导频位置子载波上的信道系数H_P，并对所述信道系数作IFFT变换得到时域上的信道冲激响应序列。

信道估计单元403对所述信道冲激响应序列各样点的噪声功率及信号功率进行加权平均得到噪声和信号的平均功率，并对噪声的平均功率进行统计，再根据统计结果设置噪声门限，以及根据噪声门限滤除噪声，保留检测得到的信号及其附近的若干个样点。

信道估计单元403对滤波输出的信道冲激响应序列进行补零使样点数扩展到所有子载波个数，再对扩展输出的信道冲激响应序列作FFT变换得到各子载波上的信道估计结果，接着用边界导频位置子载波的原始信道系数代替该子载波的信道估计结果以实现对边界导频位置子载波的信道估计结果的修正，再利用修正结果计算得到边界导频位置之间非导频位置子载波的信道估计结果，通常采用线性插值法计算得到非导频位置子载波的信道估计结果，所述插值法可以是多阶，插值阶数越高信道估计的结果也越准确。

均衡单元410根据信道估计单元403提供的信道估计结果产生与信道特性相反的信号，并用所述信号抵消信道多径传播特性引起的干扰，再将所述信号发送给解调器411，解调器411用于对均衡单元410的输出信号进行解调得到编码输出信号的似然比信息。解码器412用于对解调器411的输出信号进行解码得到在编码时输入的原始信号。

以上对本发明所提供的一种基于变换域的信道估计结果处理方法与装置和接收机进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种基于变换域的信道估计结果处理方法，其特征在于，该方法包括：

对信道冲激响应序列各样点的噪声功率进行加权平均得到噪声的平均功率；对所述噪声的平均功率进行统计，并根据统计结果设置噪声门限，再根据噪声门限滤除噪声；对信道冲激响应序列补零使样点数扩展到所有子载波个数，再对扩展后的信道冲激响应序列进行快速傅立叶变换得到各子载波上的信道估计结果；获取信道的估计结果，再用边界导频位置子载波的原始信道系数代替该子载波的信道估计结果，对所述边界导频位置子载波的信道估计结果进行修正，根据所述修正结果对边界导频位置之间的子载波采用插值法计算得到非导频位置子载波的信道估计结果。

2.如权利要求1所述的基于变换域的信道估计结果处理方法，其特征在于，在所述对信道冲激响应序列各样点的噪声功率进行加权平均之前进一步包括：

从接收信号中提取导频符号，并根据所述导频符号得到导频位置子载波的原始信道系数，再对原始信道系数作快速反傅立叶变换得到信道冲激响应序列。

3.一种基于变换域的信道估计结果处理装置，其特征在于，该装置包括：

获取单元，用于获取各子载波上的信道估计结果，以及向修正单元提供边界导频位置子载波的信道估计结果；

修正单元，用于获取所述边界导频位置子载波的原始信道系数，以及用边界导频位置子载波的原始信道系数代替该子载波的信道估计结果，对边界导频位置子载波的信道估计结果进行修正；

运算单元，用于从修正单元获取修正结果，以及根据修正结果对边界导频位置之间的子载波采用插值法计算得到非导频位置子载波的信道估计结果；

消噪单元，用于接收快速反傅立叶变换单元输出的信道冲激响应序列，以及对所述信道冲激响应序列各样点的噪声功率进行加权平均得到噪声的平均功率，再对噪声的平均功率进行统计，以及根据统计结果设置噪声门限，再根据所述噪声门限滤除噪声；

补零单元，用于对消噪单元输出的信道冲激响应序列进行补零，使样点数扩展到所有子载波个数，以及将扩展后的信道冲激响应序列发送给快速傅立叶变换单元；

快速傅立叶变换单元，用于对补零单元输出的信道冲激响应序列作快速傅立叶变换得到各子载波上的信道估计结果，并向获取单元提供所述信道估计结果。

4.如权利要求3所述的基于变换域的信道估计结果处理装置，其特征在于，该装置进一步包括：

导频提取单元，用于从接收信号中提取导频符号，再根据所述导频符号得到导频位置子载波上的原始信道系数，并向修正单元提供导频位置子载波上的原始信道系数；

快速反傅立叶变换单元，用于对导频提取单元得到的原始信道系数作快速反傅立叶变换得到时域上的信道冲激响应序列。

5.一种接收机，该接收机包括：去保护间隔单元，用于去掉输入信号的循环前缀；第一快速傅立叶变换单元，用于对所述去保护间隔单元的输出信号作快速傅立叶变换；信道估计单元，用于根据所述第一快速傅立叶变换单元的输出信号计算得到各子载波上的信道估计结果；均衡单元，用于从所述信道估计单元获取信道估计结果，以及产生与信道特性相反的信号抵消信道多径传播引起的干扰；解调器，用于对所述均衡单元的输出信号进行解调；解码器，用于对解调得到的信号进行解码得到编码时输入的原始信号，其特征在于，

所述信道估计单元包括信道估计结果处理装置，用于获取信道的估计结果和边界导频位置子载波的原始信道系数，以及用边界导频位置子载波的原始信道系数代替该子载波的信道估计结果，对边界导频位置子载波的信道估计结果进行修正，再根据修正结果对边界导频位置之间的子载波采用插值法计算得到非导频位置子载波的信道估计结果；还包括：

补零单元，用于对消噪单元输出的信道冲激响应序列进行补零使样点数扩展到所有子载波个数，以及将扩展后的信道冲激响应序列发送给第二快速傅立叶变换单元；

第二快速傅立叶变换单元，用于对补零单元输出的信道冲激响应序列作快速傅立叶变换得到各子载波上的信道估计结果，以及向信道估计结果处理装置提供所述信道估计结果；

消噪单元，用于接收快速反傅立叶变换单元输出的信道冲激响应序列，以及对所述信道冲激响应序列各样点的噪声功率进行加权平均得到噪声的平均功率，再对噪声的平均功率进行统计，以及根据统计结果设置噪声门限，并根据所述噪声门限滤除噪声。

6.如权利要求5所述的接收机，其特征在于，所述信道估计单元进一步包括：

导频提取单元，用于从所述第一快速傅立叶变换单元输出的信号中提取导频符号，再根据所述导频符号得到导频位置子载波上的原始信道系数，以及向信道估计结果处理装置提供所述原始信道系数；

快速反傅立叶变换单元，用于对所述导频提取单元得到的原始信道系数作快速反傅立叶变换得到时域上的信道冲激响应序列。

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