CN101227440A - 一种用于信道估计中消除零频干扰的装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种用于在信道估计中消除零频干扰的装置及方法，应用于正交频分复用通信系统中消除信道估计过程中的零频干扰。在信道估计过程中，所述装置首先获取导频序列信道估计的时域冲激响应并从中确定多径信道的起止径；接收端再对所述起止径区间范围之外的数据取平均得到一个均值，利用所述信道的时域冲激响应上所有的信道估计值减去所述均值，将所得差值确定为时域上消除零频干扰后的信道估计值，送入所述快速傅立叶变换模块进行变换后即得到频域上消除零频干扰的信道估计值。本发明能够有效消除零频分量，使得零频附近插值得出的非导频部分的信道估计值更准确，有效降低了零频干扰的影响，明显改善系统性能。

Description

一种用于信道估计中消除零频干扰的装置及方法

技术领域

本发明涉及正交频分复用(OFDM，Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing)通信系统的信道估计技术，尤其涉及一种用于信道估计中消除零频干扰的装置及方法。

背景技术

现有的正交频分复用(OFDM，Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing)通信系统中在进行信道估计时，对零频干扰通常不做处理。目前多数OFDM通信系统采用导频符号辅助的信道估计方案，对于导频符号辅助的信号估计算法来说，最简单可行的算法是最小二乘(LS)算法。应用最小二乘法进行信道估计的技术方案，包括如下步骤：

(1)系统接收机对接收的时域信号进行FFT(Fast Fourier Transform，快速傅立叶变换)变换得到频域信号；

(2)从变换得到的频域信号中提取导频信号，利用最小二乘法(LS，Least Square)估计得到导频部分的信道估计值；

(3)在得到导频部分的信道估计值之后，将非导频部分的频点置为零；

(4)对置零后的频域信号进行IFFT(Inverse Fast Fourier Transform，逆快速傅立叶变换)变换得到导频序列信道估计的时域冲激响应；

(5)对导频序列信道估计的时域冲激响应选择适当的位置加窗，得到信道的时域估计值；

(6)再对信道的时域估计值做FFT变换，最终得到信道的频域估计值。

上述信道估计的方法由于没有对零频干扰做处理，零频上实际存在着干扰，那么利用上述信道估计方法进行信道估计时，所述非导频部分的信道估计值实际上是通过零频干扰和导频部分的信道估计值插值得到的。因而，在零频附近，由于受到零频的干扰，零频附近非导频部分插值后的结果必然不准确，从而造成最终信道估计值也不可靠。

目前，比较简单的消除零频干扰的做法，是在步骤(6)中对信道的时域估计值做FFT变换之后，将零频位置的值置为零，这种做法虽然可以简单的部分消除干扰的影响，但由于在置零之前已经加入了干扰，故该消除方法并不能精确消除零频的干扰。

因而，为了获得更可靠的信道估计值，必然需要精确消除零频干扰。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种在信道估计中消除零频干扰的装置及方法，在正交频分复用通信系统中找到信道估计过程中的零频干扰，达到精确消除零频干扰的目的。

为实现本发明的目的，本发明提供一种用于在信道估计中消除零频干扰的方法，包括如下步骤：

在信道估计过程中，接收端首先获取导频序列信道估计的时域冲激响应并从中确定多径信道的起止径；

接收端再对所述起止径区间范围之外的数据取平均得到一个均值，利用所述信道的时域冲激响应上所有的信道估计值减去所述均值，将所得差值确定为消除零频干扰后的信道估计值。

所述方法进一步分为如下具体步骤：

在信道估计过程中，接收端对接收的时域信号进行快速傅立叶变换，从变换所得频域信号中抽取导频信号，对导频信号进行信道估计得到导频部分的信道估计值，将非导频部分的频点置零后进行逆快速傅立叶变换得到导频序列信道估计的时域冲激响应；

对所述导频序列信道估计的时域冲激响应加窗，在窗口范围内确定多径信道的起止径，在起止径区间范围之外选取一段数据取平均得到一个均值，将所述信道的时域冲激响应上所有的信道估计值都减去所述均值，所得差值即为时域上消除零频干扰的信道估计值，对所述消除零频干扰的信道估计值进行快速傅立叶变换即得到频域上消除零频干扰的信道估计值。

进一步地在所述方法的技术方案中，所述对所述导频序列信道估计的时域冲激响应加窗，是指在时域内确定一个时间段，在该时间段内捕获信号响应。

进一步地在所述方法的技术方案中，所述起止径是指所述导频序列信道估计的时域冲激响应上多径序列中的第一径和最后一径。

进一步地在所述方法的技术方案中，在起止径区间范围之外选取的所述一段数据，是窗口范围内起止径区间范围之外的部分或全部数据。

本发明还提供一种用于在信道估计中消除零频干扰的装置，位于接收端，包括快速傅立叶变换模块、导频信道估计模块、插值模块、逆快速傅立叶变换模块，特点在于，还包括：窗口处理模块、信号多径判断模块、均值处理模块、零频干扰消除模块，其中，

所述接收端接收的时域信号依次经所述快速傅立叶变换模块、导频信道估计模块、插值模块、逆快速傅立叶变换模块处理后输出为导频序列信道估计的时域冲激响应；

所述窗口处理模块，用于对所述导频序列信道估计的时域冲激响应加窗；所述信号多径判断模块，用于在窗口范围内确定所述时域冲激响应上的信道的起止径；所述均值处理模块，用于在起止径区间范围之外选取一段数据取平均得到一个均值；所述零频干扰消除模块，用于利用所述信道的时域冲激响应上所有的信道估计值都减去所述均值，所得差值即为时域上消除零频干扰的信道估计值，所述消除零频干扰的信道估计值被送入所述快速傅立叶变换模块进行变换后即得到频域上消除零频干扰的信道估计值。

进一步地，在所述消除零频干扰的装置中：

所述快速傅立叶变换模块，进一步还用于对接收端接收的时域信号进行快速傅立叶变换，将变换所得频域信号输出至所述导频信道估计模块；

所述导频信道估计模块，用于从所接收的频域信号中抽取导频信号，并估计导频部分的信道估计值，将所述导频部分的信道估计值被送入插值模块；

所述插值模块，用于对所述导频部分的信道估计值进行插值处理，将非导频部分的频点置零，将置零后的信道估计值送入逆快速傅立叶变换模块；

所述逆快速傅立叶变换模块，用于将插值后的频域信道估计值进行逆快速傅立叶变换，将转换得到导频序列信道估计的时域冲激响应送入所述窗口处理模块。

所述导频信道估计模块，是采用最小二乘法估计导频部分的信道估计值的。

所述窗口处理模块，是通过在时域内确定一个时间段并在该时间段内捕获信号响应来实现对所述导频序列信道估计的时域冲激响应加窗。

所述均值处理模块，在起止径区间范围之外选取的一段数据是窗口范围内起止径区间范围之外的部分或全部数据；

所述起止径是指所述导频序列信道估计的时域冲激响应上多径序列中的第一径和最后一径。

在本发明中，利用信道的时域冲激响应，通过求出多径时延范围之外的一段数据的均值，找出零频干扰。在确定零频干扰时，通过对时域冲击响应加窗来捕获信道的冲击响应，即确定信号可能的多径范围，进一步地，在窗口内找到第一径或最后一径，即可找到信号边界，由于多径区间相比于信号之间的干扰范围而言，是相当小的，那么在第一径之前或最后一径之后取一段数据求平均所得均值即可视为零频干扰，而不用担心所取均值中包含信号成分，这样即可精确确定零频干扰。在取平均时可以取非多径区间的一部分数据，也可以取全部数据，仅取部分数据可减少运算量，控制简单且运算快，若取全部数据则可获取更高精确的零频干扰，但如何保证所取数据不包含信号成分则会增加实现上的难度，数据取值可以依系统要求进行选择。

在精确确定零频干扰之后，只要将零频干扰从信号中减去即可，消除零频干扰的方式简单，能够有效消除零频分量，在时域消除零频干扰之后，再进行时域到频域的转换，就使得零频附近插值得出的非导频部分的频域信道估计值更准确，有效降低零频干扰的影响，明显改善系统性能。

同时，本发明的消除零频干扰的装置在现有信道估计装置的基础上仅需增加窗口处理模块、信号多径判断模块、均值处理模块、零频干扰消除模块即可，简便易行，对现有信道估计装置进行简单改造即可达到消除零频干扰的目的。综上，本发明能够有效消除零频分量，使得零频附近插值得出的非导频部分的信道估计值更准确，有效降低了零频干扰的影响，明显改善系统性能。

附图说明

图1是本发明中消除零频干扰的基本原理示意图；

图2是本发明的信道估计中消除零频干扰的方法的流程图；

图3是本发明的信道估计中消除零频干扰方法的具体实现方式示意图；

图4是本发明的信道估计中消除零频干扰装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明的技术方案进行更详细的说明。

由于现有技术中基本未考虑消除零频干扰或者仅采用粗略的消除方法，在信道估计中无法从电路级根本上消除零频干扰。如图1所示，给出了本发明用于信道估计中消除零频干扰的原理图，即：在现有信道估计过程中首先解出导频，然后进行信道估计，在对零频置零变换回时域后，应用本发明的零频消除装置及方法进行零频消除之后再获取新信道估计值。

在接收机侧在进行消除零频干扰时，是利用信道的时域冲激响应，通过求出多径时延范围之外的一段数据的均值，找出零频干扰。更具体而言，是在时域中，获取信号范围之外的数据的均值，信道的时域冲激响应上所有信道估计值都减去所求出的均值，即得到时域上新的信道估计值；再对所得时域信道估计值进行FFT变换即可得到信道的频域估计值。

在进行上述消除零频干扰处理后，能够有效消除零频分量，使得零频附近插值得出的非导频部分的信道估计值更准确，有效降低了零频干扰的影响，明显改善系统性能。

本发明创新关键点在于：从信道的时域冲激响应中找出零频干扰，并且将零频干扰消除。具体实现时，从信道的时域冲激响应上取出一段多径时延范围之外的数据求出均值从而得到零频干扰，并且从信道估计值中减去所求均值，以实现消除零频干扰。

如图2所示，显示了本发明中消除零频干扰的方法的流程图，包括如下步骤：

步骤201：在信道估计过程中，接收端首先获取导频序列信道估计的时域冲激响应；

步骤202：接收端从所得导频信道估计的时域冲激响应中确定多径信道的起止径；

步骤203：接收端再对所述起止径区间范围之外的数据取平均得到一个均值；

步骤204：利用所述信道的时域冲激响应上所有的信道估计值减去所述均值，将所得差值确定为消除零频干扰后的信道估计值。

进一步还可以转换为频域上消除零频干扰后的信道估计值，则所述方法进一步包括：

步骤205：将时域上消除零频干扰后的信道估计值进行快速傅立叶变换，转换为频域上的消除零频干扰后的信道估计值。

图2所示的方法的各个步骤更具体实现方式的可以参照图3，即本发明中用于消除零频干扰的方法具体实现步骤包括：

步骤301：首先，系统接收机接收时域信号并对时域信号进行快速傅立叶变换即FFT变换得到频域信号；

步骤302：从变换得到的频域信号中抽取导频信号；

步骤303：在利用最小二乘法即LS算法对导频部分进行信道估计，得到导频部分的信道估计值；

步骤304：利用插值法通过插入0，将非导频部分的频点置零；

步骤305：利用逆快速傅立叶变换即IFFT变换得到导频序列信道估计的时域冲激响应；通过步骤301～305即可得到时域冲击响应。

步骤306：对导频序列信道估计的时域冲激响应选择适当的位置加窗，得到信道的时域冲激响应；所谓加窗，是指在时域内确定一个时间段，在该时间段内捕获信号响应，即可得到信道的时域冲击响应，其本质在于在该时间段内捕获信号。

步骤307：在窗口范围内，从信道的时域冲激响应上判决找到多径信道的第一径和最后一径的位置，即确定信道冲激响应的起止点；

步骤308：在信道冲激响应的第一径之前或者最后一径之后取一段数据，求出均值，即在非信号区间范围内对数据取平均，得到一个平均值；

步骤309：获得均值之后，将信道的时域冲激响应上所有的信道估计值均减去步骤308中求出的均值，即可得到时域上新的信道估计值；

步骤310：将步骤309得到的新的时域信道估计值做快速傅立叶变换FFT，即可得到信道的频域估计值。

为实现上述消除零频干扰的方法，如图4所示，本发明在接收机中进一步还提供一种消除零频干扰的装置，包括：

FFT(快速傅立叶变换)变换模块，用于对输入的时域信号进行快速傅立叶变换输出为频域信号，此处用于在OFDM系统中对接收机接收的时域信号进行快速傅立叶变换即FFT变换得到频域信号，并将所得频域信号送至导频信道估计模块；

所述导频信道估计模块，用于从FFT变换模块接收频域信号，对所接收的频域信号中抽取导频信号，并估计导频部分的信道估计值，此处所述导频信道估计模块可以利用最小二乘法即LS算法估计得到导频部分的信道估计值，所述导频部分的信道估计值被送入插值模块；

所述插值模块，对所述导频信道估计模块发送来的导频部分的信道估计值，利用插值法在非导频部分插入0，将非导频部分的频点置零，将置零后的信道估计值送入IFFT变换模块；

所述IFFT(逆快速傅立叶变换)变换模块，用于将插值后的频域信道估计值进行逆快速傅立叶变换，并将转换得到导频序列信道估计的时域冲激响应，送入窗口处理模块；

所述窗口处理模块，根据导频序列信道估计的时域冲激响应，在时域上设定合适的窗口，在该窗口中捕获信道的时域冲激响应，即将窗口内的时域冲激响应送入信号多径判断模块；

所述信号多径判断模块，根据窗口内的信道时域冲激响应确定信道冲激响应的第一径或者最后一径，即确定信道冲激响应的起止区间点；

均值处理模块，按照所述信号多径判断模块所确定的第一径或最后一径，在第一径之前或者最后一径之后取一段数据，求出所选取数据的均值，即在信号区间范围之外对数据取平均，得到一个平均值并将该均值发送至零频干扰消除模块；

零频干扰消除模块，用于根据所获得的均值，将时域信道冲激响应上所有的信道估计值都减去该均值，得到时域上新的信道估计值，并送入FFT变换模块；

所述FFT变换模块，在收到零频干扰消除模块发送来的新的时域上的信道估计值之后，将该新的时域信道估计值进行快速傅立叶变换为消除零频干扰的频域信道估计值。

利用上述的消除零频干扰的装置及方法，通过对时域冲击响应加窗可以捕获信道的冲击响应，即确定信号可能的多径范围，进一步地，在窗口内找到第一径或最后一径，即可找到信号边界，由于多径区间相比于信号之间的干扰范围而言，是相当小的，那么在第一径之前或最后一径之后取一段数据求平均所得均值即可视为零频干扰，而不用担心所取均值中包含信号成分，这样在精确确定零频干扰之后，只要将零频干扰从信号中减除即可，消除零频干扰的方式简单，能够有效消除零频分量，在时域消除零频干扰之后，再进行时域到频域的转换，就使得零频附近插值得出的非导频部分的频域信道估计值更准确，有效降低零频干扰的影响，明显改善系统性能。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于在信道估计中消除零频干扰的方法，包括如下步骤：

在信道估计过程中，接收端首先获取导频序列信道估计的时域冲激响应并从中确定多径信道的起止径；

接收端再对所述起止径区间范围之外的数据取平均得到一个均值，利用所述信道的时域冲激响应上所有的信道估计值减去所述均值，将所得差值确定为消除零频干扰后的信道估计值。

2.如权利要求1所述的消除零频干扰的方法，其特征在于，所述方法进一步分为如下具体步骤：

在信道估计过程中，接收端对接收的时域信号进行快速傅立叶变换，从变换所得频域信号中抽取导频信号，对导频信号进行信道估计得到导频部分的信道估计值，将非导频部分的频点置零后进行逆快速傅立叶变换得到导频序列信道估计的时域冲激响应；

对所述导频序列信道估计的时域冲激响应加窗，在窗口范围内确定多径信道的起止径，在起止径区间范围之外选取一段数据取平均得到一个均值，将所述信道的时域冲激响应上所有的信道估计值都减去所述均值，所得差值即为时域上消除零频干扰的信道估计值，对所述消除零频干扰的信道估计值进行快速傅立叶变换即得到频域上消除零频干扰的信道估计值。

3.如权利要求2所述的消除零频干扰的方法，其特征在于，

所述对所述导频序列信道估计的时域冲激响应加窗，是指在时域内确定一个时间段，在该时间段内捕获信号响应。

4.如权利要求1或2所述的消除零频干扰的方法，其特征在于，

所述起止径是指所述导频序列信道估计的时域冲激响应上多径序列中的第一径和最后一径。

5.如权利要求3所述的消除零频干扰的方法，其特征在于，

在起止径区间范围之外选取的所述一段数据，是窗口范围内起止径区间范围之外的部分或全部数据。

6.一种用于在信道估计中消除零频干扰的装置，位于接收端，包括快速傅立叶变换模块、导频信道估计模块、插值模块、逆快速傅立叶变换模块，其特征在于，还包括：窗口处理模块、信号多径判断模块、均值处理模块、零频干扰消除模块，其中，

所述接收端接收的时域信号依次经所述快速傅立叶变换模块、导频信道估计模块、插值模块、逆快速傅立叶变换模块处理后输出为导频序列信道估计的时域冲激响应；

所述窗口处理模块，用于对所述导频序列信道估计的时域冲激响应加窗；所述信号多径判断模块，用于在窗口范围内确定所述时域冲激响应上的信道的起止径；所述均值处理模块，用于在起止径区间范围之外选取一段数据取平均得到一个均值；所述零频干扰消除模块，用于利用所述信道的时域冲激响应上所有的信道估计值都减去所述均值，所得差值即为时域上消除零频干扰的信道估计值，所述消除零频干扰的信道估计值被送入所述快速傅立叶变换模块进行变换后即得到频域上消除零频干扰的信道估计值。

7.如权利要求6所述的消除零频干扰的装置，其特征在于：

所述快速傅立叶变换模块，进一步还用于对接收端接收的时域信号进行快速傅立叶变换，将变换所得频域信号输出至所述导频信道估计模块；

所述导频信道估计模块，用于从所接收的频域信号中抽取导频信号，并估计导频部分的信道估计值，将所述导频部分的信道估计值被送入插值模块；

所述插值模块，用于对所述导频部分的信道估计值进行插值处理，将非导频部分的频点置零，将置零后的信道估计值送入逆快速傅立叶变换模块；

所述逆快速傅立叶变换模块，用于将插值后的频域信道估计值进行逆快速傅立叶变换，将转换得到导频序列信道估计的时域冲激响应送入所述窗口处理模块。

8.如权利要求7所述的消除零频干扰的装置，其特征在于：

所述导频信道估计模块，是采用最小二乘法估计导频部分的信道估计值的。

9.如权利要求6所述的消除零频干扰的装置，其特征在于：

所述窗口处理模块，是通过在时域内确定一个时间段并在该时间段内捕获信号响应来实现对所述导频序列信道估计的时域冲激响应加窗。

10.如权利要求6所述的消除零频干扰的装置，其特征在于：

所述均值处理模块，在起止径区间范围之外选取的一段数据是窗口范围内起止径区间范围之外的部分或全部数据；

所述起止径是指所述导频序列信道估计的时域冲激响应上多径序列中的第一径和最后一径。

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