CN101267421B - 一种ofdm时变信道测计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种OFDM时变信道测计方法。本方法是：产生与OFDM抽样子载波中心频点相同的复指数导频数据，并和发射端待传输数据按照梳状格式进行复用，在接收端将得到的对应导频位置上的导频数据送入一个利用N点FFT来实现的多相滤波器组，然后分别对各个对应通道输出数据进行幅度相位联合抽取，得到对应导频子载波上的初始信道频域测计数据后再经过线性内插处理，得到所有子载波上的初始信道频域数据，再进行IFFT处理，并在时域进行L点重要抽头获取与跟踪。最后将L点重要抽头系数进行补零和FFT处理，在频域内插得到所有的子载波位置上对应的信道参数。本发明利用多相滤波滤除噪声以提高低信噪比条件下的OFDM时变信道参数测计精度，具有误码地板低的特点。

Description

一种OFDM时变信道测计方法

技术领域

本发明涉及无线通信中的信号处理方法，特别涉及一种OFDM(正交频分复用系统)时变信道测计方法。

背景技术

随着第三代、后三代和未来移动通信系统的不断演进，无线通信系统将会提供越来越高的数据速率和更加可靠的通信QoS保障。同时，用户终端所处的环境随着现代科技的进步也将会越来越复杂，高速移动和各种多径反射条件决定了无线通信系统必须能够适应这些恶劣的传输环境。正交频分复用系统能够将宽带多径频率选择性信道变成一组卷积的并行窄带频率平坦性衰落信道，具有能够有效消除多径干扰、自适应数据速率调整方便、均衡过程简单和频谱效率高的特点，已经成为未来移动通信系统中的物理层中的核心传输技术之一。但是要利用有效的相干解调技术来获得更高的信噪比增益，就必须在接收端进行信道参数的估计和跟踪，特别是在时变和低信噪比条件下实现高精度的信道参数测计，低信噪比条件决定了信道参数测计的精度很难达到实际使用要求，同时，复杂的测计算法要利用到信道的统计特性，而实际环境决定了在使用中无法得到准确的信道统计特性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种OFDM时变信道测计方法，用于从接收天线信号中的导频序列中测计出时变信道条件下精确的信道参数信息，特别是在接收端具有很低的信噪比条件下，不利用信道的任何统计特性，能够实现高精度的信道参数估计和跟踪，并利用测计得到的信道参数实现有效的均衡处理。

为了达到上述的目的，本发明采用下述技术方案：一种OFDM时变信道测计方法用于从OFDM接收信号中测计出对应的时频位置的信道参数，其特征在于产生与OFDM抽样子载波中心频点相同的复指数导频数据，并和发射端待传输数据按照梳状格式进行复用，在接收端将得到的对应导频位置上的导频数据送入一个利用N点FFT来实现的多相滤波器组，然后分别对各个对应通道输出数据进行幅度相位联合抽取，得到对应导频子载波上的初始信道频域测计数据后再经过线性内插处理，得到所有子载波上的初始信道频域数据，再进行IFFT处理，并在时域进行与循环前缀长度相同的L点重要抽头获取与跟踪。最后将L点重要抽头系数进行补零和FFT处理，在频域内插得到所有的子载波位置上对应的信道参数；具体步骤如下：(1)将信源数据进行信道编码，调制，串并转换，变成

个子载波格式的待传输有效数据D，其中，B为OFDM的频域子载波抽样间隔，

表示N除以B之后的结果向下取整；(2)产生与信道频域抽样位置相对应的子载波导频数据

其中，n表示时间序号；(3)将导频数据与待传输数据结构按照梳状导频格式进行数据导频复用，组成OFDM传输数据帧X；(4)将OFDM传输数据帧X进行N点FFT处理，加入循环前缀后经过模拟射频处理后发射出去；(5)OFDM接收终端将接收到的信号进行模拟处理并数字化，同时去除循环前缀并做N点FFT处理，得到接收信号数据帧Y；(6)将接收信号数据帧Y按照与发射端复用相同的方法进行解复用，将对应OFDM频域抽样位置上的接收导频数据

和传输有效数据D′分离出来，其中

为对应导频抽样点上的信道系数；(7)将解复用得到的接收导频数据P′送入信道估计处理部分，经过多相滤波器组滤波处理后分别对各个抽样子载波得到的数据进行幅度相位联合抽取，得到对应抽样频点的信道值，并将估计得到的信道值进行线性内插得到所有子载波位置上的信道测计初始系数

；(8)将得到的信道估计初始系数

进行N点IFFT处理，得到对应的时域抽头系数

，并将

按照抽头功率大小进行排序处理，并保留最大的L个抽头，其中L为OFDM循环前缀的点数，将剩下的抽头系数全部进行置零处理；(9)将经过置零处理后得到的L个非零信道抽头进行N点FFT频域内插处理，得到最终的对应的时刻的N个OFDM时变信道频域抽样值；(10)利用计得到的信道频域抽样值完成OFDM各个子信道上的数据均衡，即将接收的传输有效数据D′除以对应位置上的信道频域抽样值

；(11)将经过均衡处理后的有效数据进行并串转换，解调和信道译码处理，得到最终恢复信源数据。

本发明提供一种OFDM时变信道估计装置，所述的OFDM系统包括发射终端和接收终端，所述装置用于从OFDM接收信号中估计出对应的时频位置的信道参数，对分离得到的导频实现多相滤波、幅度相位联合抽取、线性内插、重要抽头获取与跟踪、小功率时域抽头置零消噪和FFT频域内插处理，得到OFDM时变信道参数估计数据。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出特点和显著优点：

本发明利用多相滤波技术滤除噪声以提高低信噪比条件下的OFDM时变信道参数测计精度。并使用FFT技术来估计各个子载波抽样位置上的信道频域系数值，因此采用本发明的方法来实现OFDM时变信道测计系统具有计算复杂度低、误码地板低的特点。

附图说明

图1为使用本发明方法的OFDM发射和接收系统工作流程示意图。

图2为本发明的信道测计装置的结构示意图。

图3为本发明中发射端有效数据和导频数据复用的具体格式示意图。

具体实施方式

本发明的一个实施例结合附图详细描述如下：

参见图1和图2，本发明的OFDM时变信道测计方法的具体实现步骤如下：(1)将信源数据进行信道编码，调制，串并转换，变成

个子载波格式的待传输有效数据D，其中，B为OFDM的频域子载波抽样间隔，

表示N除以B之后的结果向下取整，B的取值由传输无线信道的时延最大扩展值来决定；

(2)产生与信道频域抽样位置相对应的子载波导频数据P＝exp(j2πkBn/N)，产生导频数据的长度由OFDM传输系统帧结构来决定；

(3)将导频数据与待传输数据结构按照梳状导频格式进行数据导频复用，组成OFDM传输数据帧X；

(4)将OFDM传输数据帧X进行N点FFT处理，加入循环前缀后经过模拟射频处理后通过发射出去，加入循环前缀的长度为L点，L的取值由实际的信道条件来决定，本发明取L的点数为信道时延扩展的最大值；

(5)OFDM接收终端将接收到的信号进行模拟处理并数字化，同时去除循环前缀并做N点FFT处理，得到接收信号数据帧Y；

(6)将接收信号数据帧Y按照与发射端复用相同的方法进行解复用，将对应OFDM频域抽样位置上的接收导频数据 $P^{\′}=\tilde{H}\exp (j2\mathrm{\πkBn}/N),$

和传输有效数据D′分离出来，其中

为对应导频抽样点上的信道系数；

(7)将解复用得到的接收导频数据P′送入信道估计处理装置，经过多相滤波器组滤波处理后分别对各个抽样子载波得到的数据进行幅度相位联合抽取，得到对应抽样频点的信道值，并将测计得到的信道值进行线性内插得到所有子载波位置上的信道估计初始系数

(8)将得到的信道测计初始系数

进行N点IFFT处理，得到对应的时域抽头系数

并将

按照抽头功率大小进行排序处理，并保留最大的L个抽头，其中L为OFDM循环前缀的点数，将剩下的抽头系数全部进行置零处理；

(9)将经过置零处理后得到的L个非零信道抽头进行N点FFT频域内插处理，得到最终的对应的时刻的N个OFDM时变信道频域抽样值

(10)利用测计得到的信道频域抽样值

完成OFDM各个子信道上的数据均衡，即将接收的传输有效数据D′除以对应位置上的信道频域抽样值

(11)将经过均衡处理后的有效数据进行并串转换，解调和信道译码处理，得到最终恢复信源数据。

图1为使用本发明方法的OFDM发射和接收系统工作流程示意图，如图1所示，发射端将信源数据进行信道编码，调制，串并转换，得到的待传输数据和导频数据按照梳格式进行数据复用处理，然后将数据送入IFFT单元，再加入循环前缀，经过模拟射频处理后发射出去。接收端将接收到的模拟信号进行模拟处理并完成数字化，之后再经过去循环嵌缀和FFT处理，得到的数据进行数据导频解复用后分别得到导频数据和有效数据，将得到的导频数据送入本发明的信道测计装置，得到对应的时变信道估计参数，并利用信道估计参数对接收到的有效数据进行信道均衡处理，然后再分别经过并串转换、解调和信道译码处理，最后得到恢复的信源数据。

如图2所示，本发明的信道测计装置前端是一个利用N点的FFT运算来实现的多相滤波器组，其中的各个通道多相滤波系数是这样来实现的：首先设计一个归一化通带截止频率和阻带截止频率分别在1/N和2/N的数字低通滤波器原型h(n)，n＝0，…，M-1，本发明中的第i个滤波器正好是该低通滤波器原型的N相分量，即h_i(n)＝h(Nk+n)，k＝0，…，M/N，n＝0，…，N-1再经过N倍插零处理。

接着，各个滤波器组通道内输出的数据进行幅度相位联合抽取处理，得到对应的各个导频子载波频点上的信道系数，再经过线性内插得到其他有效数据子载波对应位置上的初始信道频域系数。

然后将得到N个初始信道频域系数经过N点IFFT处理得到对应的时域抽头系数，由于大部分抽头系数上都是噪声，本发明对这N个对应的时域抽头系数进行重要抽头获取与跟踪处理，将时域的N个抽头系数按照功率大小进行排序，保留功率最大的L个抽头系数，并将其它的N-L个系数全部进行置零消噪处理。

最后再将保留下来的L个重要抽头系数补N-L个零后进行N点FFT频域内插处理，得到最终的全部子载波上对应的频域信道系数

如图3所示，本发明中的发射端有效数据和导频数据复用的具体格式主要取决于OFDM信道抽样间隔，该间隔由实际的传输环境来决定，可以在实际使用中进行有效调整，导频数据子载波按照这个抽样间隔来均匀插入，其他子载波上全部放置待传输有效数据。

综上所述，本发明产生与OFDM抽样子载波中心频点相同的复指数导频数据，并和发射端待传输数据按照梳状格式进行复用，在接收端将得到的对应导频位置上的导频数据送入一个利用N点FFT来实现的多相滤波器组，然后分别对各个对应通道输出数据进行幅度相位联合抽取，得到对应导频子载波上的初始信道频域测计数据后再经过线性内插处理，得到所有子载波上的初始信道频域数据，再进行IFFT处理，并在时域进行L点重要抽头获取与跟踪。最后将L点重要抽头系数进行补零和FFT处理，在频域内插得到所有的子载波位置上对应的信道参数。本发明利用多相滤波滤除噪声以提高低信噪比条件下的OFDM时变信道参数测计精度，具有误码地板低的特点。

Claims (4)

1.一种OFDM时变信道测计方法，用于从OFDM接收信号中测计出对应的时频位置的信道参数，其特征在于产生与OFDM抽样子载波中心频点相同的复指数导频数据，并和发射端待传输数据按照梳状格式进行复用，在接收端将得到的对应导频位置上的导频数据送入一个利用N点FFT来实现的多相滤波器组，然后分别对各个对应通道输出数据进行幅度相位联合抽取，得到对应导频子载波上的初始信道频域测计数据后再经过线性内插处理，得到所有子载波上的初始信道频域数据，再进行IFFT处理，并在时域进行与循环前缀长度相同的L点重要抽头获取与跟踪；最后将L点重要抽头系数进行补零和FFT处理，在频域内插得到所有的子载波位置上对应的信道参数；具体步骤如下：

a.将信源数据进行信道编码，调制，串并转换，变成

个子载波格式的待传输有效数据D，其中，B为OFDM的频域子载波抽样间隔，

表示N除以B之后的结果向下取整；

b.产生与信道频域抽样位置相对应的子载波导频数据

n表示时间序号；

c.将导频数据与待传输数据结构按照梳状导频格式进行数据导频复用，组成OFDM传输数据帧X；

d.将OFDM传输数据帧X进行N点FFT处理，加入循环前缀后经过模拟射频处理后发射出去，加入循环前缀的长度为L点；

e.OFDM接收终端将接收到的信号进行模拟处理并数字化，同时去除循环前缀并做N点FFT处理，得到接收信号数据帧Y；

f.将接收信号数据帧Y按照与发射端复用相同的方法进行解复用，将对应OFDM频域抽样位置上的接收导频数据

和传输有效数据D′分离出来，其中

为对应导频抽样点上的信道系数；

g.将解复用得到的接收导频数据P′送入信道估计处理装置，经过多相滤波器组滤波处理后分别对各个抽样子载波得到的数据进行幅度相位联合抽取，得到对应抽样频点的信道值，并将估计得到的信道值进行线性内插得到所有子载波位置上的信道估计初始系数

h.将得到的信道估计初始系数

进行N点IFFT处理，得到对应的时域抽头系数

并将

按照抽头功率大小进行排序处理，并保留最大的L个抽头，其中L为OFDM循环前缀的点数，将剩下的抽头系数全部进行置零处理；

i.将经过置零处理后得到的L个非零信道抽头进行N点FFT频域内插处理，得到最终的对应的时刻的N个OFDM时变信道频域抽样值

j.利用测计得到的信道频域抽样值

完成OFDM各个子信道上的数据均衡，即将接收的传输有效数据D′除以对应位置上的信道频域抽样值

k.将经过均衡处理后的有效数据进行并串转换，解调和信道译码处理，得到最终恢复信源数据。

2.如权利要求1所述的OFDM时变信道测计方法，其特征在于：步骤a中B的取值由传输无线信道的时延最大扩展值来决定，在实际使用中进行自适应调整。

3.如权利要求1所述的OFDM时变信道测计方法，其特征在于：步骤b中产生导频数据的长度由OFDM传输系统帧结构来决定，在实际使用中进行自适应调整。

4.如权利要求1所述的OFDM时变信道测计方法，其特征在于：步骤d中，L的取值由实际的信道条件来决定，取L的点数为信道时延扩展的最大值。

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