CN101588327A - 用于ofdm系统的数据指导信道估计方法及其实现装置 - Google Patents

Abstract

用于OFDM系统的数据指导信道估计方法及其实现装置，属于数字信息传输技术领域。包括：在OFDM系统接收端，解调恢复频域数据符号，并进行信道估计。所述方法包括：利用帧结构获得初始信道估计结果，构建时域信号帧和信道冲击响应的循环卷积，解调当前帧频域数据符号，进行数据指导信道估计和后处理。所述装置包括：初始信道估计模块、信道估计选通模块、循环卷积构建模块、频域数据块解调模块、数据指导信道估计模块、信道估计后处理模块、和控制模块。本发明利用OFDM系统发送的频域数据在符号调制中携带的隐藏信息，结合训练信息提供的初始信道估计，完成接收所有信号帧的信道估计，能降低复杂度、提高精度、提高系统频谱利用率和移动性能等效果。

Description

用于OFDM系统的数据指导信道估计方法及其实现装置

技术领域

本发明属于数字信息传输技术领域，特别涉及一种在无线通信系统中用于OFDM块传输技术系统的数据指导信道估计方法及其实现装置。其中OFDM块传输技术包括多种OFDM块调制技术，保护间隔填充技术，训练信息携带技术及符号调制技术。

背景技术

宽带无线传输必须面对多径效应引入的ISI(Inter Symbol Interference，符号间干扰)或频率选择性衰落问题。OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)技术可以在频率选择性衰落信道中可靠地实现高速率传输，已经广泛应用于如无线局域网、固定无线接入、数字音频和视频广播等无线通信系统中。OFDM技术是一种有效的块传输技术，其技术核心是由传输符号组成频域数据块的块调制技术。OFDM块调制首先将待传输符号组合成频域数据块，经过离散傅立叶反变换后得到时域数据块。时域数据块和频域数据块是数据块的两种表现形式，二者互为离散傅立叶变换或反变换。频域符号定义为子载波，可以是待传输数据符号(有效子载波)，也可以是零符号(虚拟子载波)，或者是待传输已知符号(导频)。根据传输符号和子载波之间的映射关系，存在多种OFDM块调制技术，如子载波全部为有效子载波、部分子载波为虚拟子载波、部分子载波为导频、有效子载波数目可配置、和有效子载波中心位置可移动等。

虽然数据块的持续时间远远大于单个符号的持续时间，但是在大的延时扩展信道下，时域数据块之间仍然存在不可忽略的IBI(Inter Block Interference，块间干扰)。块传输系统，包括OFDM系统，对抗IBI的一种有效方法是在时域数据块之间加入GI(Guard Interval，保护间隔)。如果GI的长度不小于信道的最大多径延时，则时域数据块之间不会产生块间干扰。GI和时域数据块一起组成信号帧(简称“帧”)，GI和时域数据块分别称为帧头和帧体。根据GI填充内容，存在多种GI填充技术，包括CP(Cyclic Prefix，循环前缀)填充技术，ZP(ZeroPadding，零填充)填充技术，和TS(Training Sequence，训练序列)填充技术等，其中基于PN(Pseudorandom Noise，伪随机序列)填充的方法是TS填充技术的特例，是TDS(TimeDomain Synchronization，时域同步)情况下OFDM系统的一个重要特征。其中GI长度为零时，系统蜕化为没有GI的块传输系统。

接收机同步和信道估计是无线传输系统需要面对的挑战，块传输系统帧结构携带的训练信息能够有效地辅助接收机同步和信道估计。根据块传输系统训练信息在帧结构中的位置和形式，存在多种训练信息携带技术，如已知信号帧、GI填充的已知训练序列、频域数据块携带的导频、与信号帧叠加的时域或频域训练序列、和突发传输系统常用的前导训练序列。前导训练序列可以看成已知信号帧的特例。训练信息占用了宝贵的系统频谱资源，因此在满足同步和信道估计需求的情况下，如何减少训练信息和提高系统频谱利用率是OFDM系统的挑战。

对数字通信OFDM系统，待传输信息比特到待传输符号的映射称为符号调制，又称为星座映射，包括脉冲幅度调制(PAM)、正交幅度调制(QAM)和相移键控(PSK)等。待传输信息比特是完全随机的，但是待传输符号受符号调制技术的约束，携带十分重要的隐藏信息。在信噪比适当的信道条件下，待传输符号有很大概率可以被正确解调，解调之后的待传输符号可以直接指导信道估计。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是，在无线通信的OFDM系统中，为了满足接收机同步和信道估计的需求，发送信号需要携带大量的训练信息，占用了宝贵的系统频谱资源，为了克服这些不足，就需要减少OFDM系统携带的训练信息和提高系统频谱利用率。

本发明的目的就是提供一种用于OFDM系统的数据指导信道估计方法及其实现装置，在少量训练信息的辅助下满足接收机同步和信道估计的需求，为实现本发明的目的所采用的技术方案是：一种用于OFDM系统的数据指导信道估计方法，其特征在于，所述方法在OFDM系统的接收端，首先解调和恢复频域数据符号，然后利用恢复的频域数据符号直接进行信道估计，其中，

A.对于所述OFDM系统接收的信号帧进行非迭代信道估计时，按以下流程步骤操作：

A1.利用接收信号中OFDM系统帧结构携带的训练信息，计算初始信道估计结果；

A2.选通已知信道估计结果；

A3.构建时域发送数据块和信道冲击响应的循环卷积；

A4.解调恢复频域数据符号；

A5.计算数据指导信道估计结果；

A6.信道估计结果后处理；

其中步骤A2和A3的顺序可以互换；

B.对于所述OFDM系统的一组信号帧进行迭代信道估计时，按以下流程步骤操作：

B1.在一组信号帧的开始，利用接收信号中OFDM系统帧结构携带的训练信息，获得初始信道估计结果；

B2.对一组信号帧第一个信号帧的第一次迭代，将初始信道估计结果设置为已知信道估计结果；对其它信号帧的第一次迭代，将前一信号帧的信道估计结果设置为已知信道估计结果；对所有信号帧的非第一次迭代，将当前信号帧的前次迭代信道估计结果设置为已知信道估计结果；

B3.利用接收信号，构建时域发送数据块和信道冲击响应的循环卷积；

B4.利用已知信道估计结果和步骤3的循环卷积结果，解调恢复频域数据符号；

B5.对每个接收信号帧，利用部分或全部恢复的频域数据符号进行当前信号帧信道估计获得数据指导信道估计结果；

B6.对数据指导信道估计结果进行后处理，得到当前帧本次迭代的信道估计。

B7..返回B1，处理下一组信号帧；或返回B2进行下一信号帧信道估计；或返回步骤B2进行当前信号帧下次迭代信道估计。

所述信道估计结果的表现形式是信道冲击响应或信道频域响应，二者互为离散傅立叶变换或反变换。

所述OFDM系统帧结构携带的训练信息包括但不限于训练信号帧、保护间隔填充的时域训练序列、频域数据块包含的导频、或与信号帧叠加的训练序列。

所述选通已知信道估计结果的输入包括但不限于初始信道估计结果、前一帧的信道估计结果、或当前帧前次迭代的信道估计结果。

所述解调恢复频域数据符号的具体操作如下：根据步骤3的循环卷积结果和已知信道估计结果，解调得到频域数据块的估计值；根据频域数据块的估计值，结合部分判决方法，得到部分或全部恢复的频域数据符号。

所述部分判决方法具体为：根据频域符号的调制方式、已知的部分信道信息、和OFDM系统当前工作模式下的信噪比门限，将整个频域符号空间划分成硬判决区域和不判决区域，其中每个硬判决区域包括一个且只包括一个符号调制的星座点，每个不判决区域不包括符号调制的任意星座点；对频域数据块的每个符号，如果符号估计值位于硬判决区域，则对应的频域符号恢复为判决区域内的符号调制星座点，符号位置对应频域数据块的已估计位置；对频域数据块的每个符号，如果符号估计值位于不判决区域，则对应的频域符号不进行恢复，符号位置对应频域数据块的未估计位置。

所述数据指导信道估计的具体操作如下：对所述频域数据块的已估计位置，直接利用所述频域数据符号估计值和所述循环卷积结果，得到对应位置的信道频率响应估计值；对所述频域数据块的未估计位置，优选采用如下方法得到对应位置的信道频率响应估计值：令未估计位置的信道频率响应估计值等于已知信道频率响应相应位置的估计值；或，令未估计位置的信道频率响应估计值为零；或，利用已估计位置的信道频率响应估计值经过频域插值得到未估计位置的信道频率响应估计值。

所述信道估计后处理的具体操作为：根据信道冲击响应长度有限的特征，对信道冲击响应结果进行时域滤波；根据当前接收信号信噪比信息，对信道估计结果进行限幅去噪；利用已有信道估计结果和当前信道估计结果的加权平均，对信道估计结果进行时域或频域平滑；根据信道冲击响应能量的参考值，将信道冲击响应乘以能量归一化补偿因子。

本发明进一步提出用于OFDM系统的数据指导信道估计实现装置，包括初始信道估计模块、信道估计选通模块、循环卷积构建模块、频域数据块解调模块、数据指导信道估计模块、信道估计后处理模块、和控制模块。初始信道估计模块，利用OFDM系统帧结构携带的训练信息，获得初始信道估计结果；信道估计选通模块，根据控制信号，选通得到已知信道估计结果；循环卷积构建模块利用接收信号构建时域发送信号帧和信道冲击响应的循环卷积；频域数据块解调模块，根据控制信号、已知信道估计结果和循环卷积结果，解调当前信号帧频域数据块；数据指导信道估计模块，利用部分或全部恢复的频域数据符号实现数据指导的信道估计；信道估计后处理模块，对数据指导信道估计结果进行时域滤波、限幅去噪、平滑去噪、和能量归一化等后处理；控制模块，产生整个信道估计实现装置的时序控制信号送给其它模块。

本发明实施例提供的技术方案利用OFDM系统待传输符号在符号调制过程中携带的隐藏信息，结合少量训练信息提供的初始信道估计，完成接收信号所有信号帧的信道估计；其有益效果是降低信道估计复杂度，提高信道估计精度，提高系统频谱利用率，和提高系统移动性能等。此外，信道均衡可以和本发明的信道估计融合为一体，简化OFDM系统接收机实现。

附图说明

图1是一种TDS-OFDM系统的帧结构示意图；

图2是一种无导频CP-OFDM系统的帧结构示意图；

图3是一种有导频ZP-OFDM系统的帧结构示意图；

图4是一种循环后缀OFDM系统的帧结构示意图；

图5是用于OFDM系统的数据指导非迭代信道估计流程图；

图6是用于OFDM系统的对一组信号帧进行数据指导迭代信道估计的流程图；

图7是4-PAM符号调制技术的判决区域示意图；

图8是16-QAM符号调制技术的判决区域示意图；

图9是用于OFDM系统的数据指导信道估计实现装置框图；

图10是数据指导信道估计方法用于一种QPSK符号调制的TDS-OFDM系统的误符号率性能曲线；

图11是数据指导信道估计方法用于一种16-QAM符号调制的TDS-OFDM系统的误符号率性能曲线。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

如背景技术所述，OFDM系统包含了多种OFDM块调制技术，保护间隔填充技术，训练信息携带技术，和符号调制技术。

参照图1，表示实施例之一，一种TDS-OFDM系统的帧结构示意图。第i帧待传输频域符号为X_i(k)，可以选择任意符号调制技术。待传输频域符号组成长度为M的频域数据块{X_i(k)}_i＝0 ^M-1，不包括导频，也不包括虚拟子载波。频域数据块{X_i(k)}_i＝0 ^M-1经离散傅立叶反变换后得到时域数据块{x_i[n]}_i＝0 ^M-1，时域数据块之间的保护间隔填充长度为L的已知训练序列{c_i[n]}_i＝0 ^L-1。时域数据块(帧体)和保护间隔(帧头)一起组成信号帧。一组信号帧和一个时隙头构成一个完整的时隙，时隙头与第一个信号帧的保护间隔相同。

参照图2，表示实施例之2，一种无导频CP-OFDM系统(例2)的帧结构示意图。第i帧待传输频域符号为X_i(k)，可以选择任意符号调制技术。待传输频域符号和虚拟子载波一起组成长度为M的频域数据块{X_i(k)}_i＝0 ^M-1，不包括导频。频域数据块{X_i(k)}_i＝0 ^M-1经离散傅立叶反变换后得到时域数据块{x_i[n]}_i＝0 ^M-1。时域数据块之前的保护间隔填充长度为L的时域数据块循环前缀。时域数据块(帧体)和循环前缀(帧头)一起组成信号帧。一个训练信号帧和一组数据信号帧构成一个完整的时隙。训练信号帧和数据信号帧的结构相同，但是训练信号帧的数据块{d[n]}_i＝0 ^M-1为已知，即频域数据块有效子载波携带已知频域符号。

参照图3，表示实施例之3，一种有导频ZP-OFDM系统(例3)的帧结构示意图。第i帧待传输频域符号为X_i(k)，可以选择任意符号调制技术。待传输频域符号和虚拟子载波一起组成长度为M的频域数据块{X_i(k)}_i＝0 ^M-1，其中某些待传输频域符号是已知的，即频域数据块包含导频。频域数据块{X_i(k)}_i＝0 ^M-1经离散傅立叶反变换后得到时域数据块{x_i[n]}_i＝0 ^M-1。时域数据块之前的保护间隔填充长度为L的零符号。时域数据块(帧体)和零符号保护间隔(帧头)一起组成信号帧。一组信号帧构成一个完整的时隙，不同信号帧数据块包含的虚拟子载波是相同的，但导频可以不同，例如导频可有规律变化，又例如每个时隙的第一个信号帧包含更多的导频符号。

参照图4，表示实施例之4，一种循环后缀OFDM系统(例4)的帧结构示意图。第i帧待传输频域符号为X_i(k)，可以选择任意符号调制技术。M-L个待传输频域符号和L个数据依赖的导频符号一起组成长度为M的频域数据块{x_i[n]}_i＝0 ^M-1。频域数据块{X_i(k)}_i＝0 ^M-1经离散傅立叶反变换后得到时域数据块{x_i[n]}_i＝0 ^M-1，其中时域数据块的最后L个符号是固定已知训练序列{c[n]}_i＝0 ^L-1(即循环后缀)。数据依赖的导频符号由待传输频域符号和固定已知训练序列计算得到，目的是得到时域数据块的固定的已知循环后缀。一个时域数据块就是一个信号帧，上一信号帧的最后L个符号可以看成当前信号帧的循环前缀。一组信号帧构成一个完整的时隙。

参照图5，表示本发明提出的用于OFDM系统的数据指导信道估计方法对接收信号帧进行非迭代信道估计时的流程图，也作为本申请的实施例5，其根本思路是利用待传输频域数据符号在符号调制(如QPSK和16-QAM调制)过程中携带的隐藏信息，结合少量训练信息提供的初始信道估计，直接指导并实现接收端信号帧的信道估计，减少系统对训练信息的需求和提高系统频谱利用率。其中信道估计结果包括两种表现形式，即信道冲击响应或信道频域响应，二者互为离散傅立叶变换或反变换。

在接收端，信道估计运算和符号解调运算之间存在互相制约关系，为了初始化数据指导的信道估计运算，需要不依赖于频域数据符号解调的初始信道估计结果。其次，每个信号帧数据指导信道估计的出发点是已知信道估计结果，可以是初始信道估计结果或已知的数据指导信道估计结果等。第三，OFDM系统在频域传输信息，为了解调频域数据符号，需要构建时域数据块和信道冲击响应的循环卷积。第四，利用时域数据块和信道冲击响应的循环卷积，结合符号调制的已知特征，解调得到频域数据符号。第五、根据已解调的频域数据符号，可以得到数据指导信道估计结果。最后，对数据指导信道估计结果进行必要的后处理，如时域滤波、限幅去噪，平滑去噪、和能量归一化等，得到当前帧信道估计结果。

用于OFDM系统的数据指导信道估计方法的所述步骤A1和步骤A3与OFDM系统的具体技术密切相关，而其它步骤是OFDM系统的共同特性，与系统帧结构、最大延时扩展、接收信号信噪比、符号调制方式等相关。本发明以四个不同的OFDM系统实例具体说明数据指导信道估计方法的实现步骤。它们包括：

步骤A1.计算初始信道估计结果，与OFDM系统训练信息携带技术相关。

初始信道估计结果由OFDM传输系统帧结构的训练信息经计算获得。根据系统帧结构的不同，训练信息包括但不限于训练信号帧、保护间隔填充的时域训练序列、或频域数据块包含的导频等。

对例1的TDS-OFDM系统，时隙头可以看作第一个信号帧保护间隔的循环前缀，因此第一个信号帧保护间隔填充的已知训练序列{c₀[n]}_i＝0 ^L-1可直接用于计算初始信道估计结果。

对例2的CP-OFDM系统，时隙的第一个信号帧是训练信号帧，其数据块是已知的，并且数据块由循环前缀提供保护，因此训练信号帧的已知数据块可直接用于计算初始信道估计结果。对虚拟子载波位置，信道频域响应值设置为零。

对例3的ZP-OFDM系统，系统帧结构携带的训练信息是导频。利用接收信号的一个或多个信号帧携带的导频，可以直接得到部分或全部信道频率响应。通过频域插值的方法可以得到除虚拟子载波外的初始信道频率响应估计结果。

对例4的循环后缀OFDM系统，训练信息是固定的已知循环后缀。利用接收信号的一个循环后缀或多个循环后缀的加权平均，可直接用于计算初始信道估计结果。值得注意的是，循环后缀本身没有循环前缀的保护，因此在延时扩展下后会受到之前发送符号的多径干扰，影响信道估计精度。

步骤A2.选通已知信道估计结果，与OFDM系统帧结构相关；

已知信道估计结果用于每个信号帧的信道估计，已知信道估计结果可以是初始信道估计结果、前一信号帧信道估计结果、和当前信号帧前次迭代的信道估计结果。优选实施例为，对一组信号帧第一个信号帧的第一次迭代，将初始信道估计结果设置为已知信道估计结果；对其它信号帧的第一次迭代，将前一信号帧的信道估计结果设置为已知信道估计结果；对所有信号帧的非第一次迭代，将当前信号帧的前次迭代信道估计结果设置为已知信道估计结果。

由于数据指导信道估计运算和符号解调运算之间存在互相制约关系，数据指导信道估计方法存在误差积累等不稳定因素，而初始信道估计结果是稳定可靠的，因此定期(如每个时隙开始)将初始信道估计设置为已知信道估计，有助于消除误差积累，保持信道估计的稳定性。

步骤A3.构建时域发送数据块和信道冲击响应的循环卷积，与OFDM系统调制技术和保护间隔填充技术相关。

为了解调出发送的频域数据符号，需要根据接收信号构建时域发送数据块{x_i[n]}_i＝0 ^M-1和信道冲击响应{h_i[n]}_i＝0 ^M-1的循环卷积{y_i[n]}_i＝0 ^M-1，及其离散傅立叶变换{Y_i(k)}_i＝0 ^M-1。

对例2的CP-OFDM系统，每个信号帧由循环前缀提供保护，因此可以直接从接收信号得到循环卷积{y_i[n]}_i＝0 ^M-1。

对例3的ZP-OFDM系统，每个信号帧由零符号填充提供保护，因此可以直接得到时域发送数据块和信道冲击响应的线性卷积。利用循环卷积的性质，可以由线性卷积经简单运算构建循环卷积。

对例1的TDS-OFDM系统，首先在接收信号中，消除保护间隔填充的训练序列{c_i[n]}_i＝0 ^L-1对时域数据块{x_i[n]}_i＝0 ^M-1的干扰。具体做法是从接收信号中减去训练序列和已知信道冲击响应的线性卷积。消除训练序列干扰后的接收信号，可以看成是零符号填充的ZP-OFDM系统，构建循环卷积的方法与例3的ZP-OFDM系统相同。如果每个信号帧均填充固定的已知训练序列{c[n]}_i＝0 ^M-1，则循环卷积{y_i[n]}_i＝0 ^M-1的构建可简化，本发明不作详细描述。

对例4的循环后缀OFDM系统，每个信号帧由前一信号帧的循环后缀提供保护，与CP-OFDM系统类似，可以直接从接收信号得到循环卷积{y_i[n]}_i＝0 ^M-1。

需要注意的是，由于信道噪声和残留IBI的影响，实际得到的循环卷积结果可能包括叠加噪声。为描述发明的方便，以下提到的时域发送数据块和信道冲击响应的循环卷积结果均不考虑叠加噪声。

步骤A4.解调恢复频域数据符号，与OFDM系统符号调制技术相关。

根据时域发送数据块{x_i[n]}_i＝0 ^M-1和信道冲击响应{h_i[n]}_i＝0 ^M-1的循环卷积{y_i[n]}_i＝0 ^M-1，结合已知信道估计结果，即信道冲击响应或信道频率响应经过频域均衡，可以解调得到频域数据块的估计结果

其中 ${\hat{X}}_i\left(k\right)={\hat{Y}}_i\left(k\right)/{\hat{H}}_i\left(k\right),$

是{y_i[n]]_i＝0 ^M-1的离散傅立叶变换。

由于信道噪声和信道估计误差，频域数据块的估计结果包含了估计误差，需要经过硬判决才能恢复发送的频域数据符号。即 ${\hat{X}}_i\left(k\right)=X_i\left(k\right)+{\mathrm{\ϵ}}_i\left(k\right),$ ε_i(k)是频域符号X_i(k)的估计误差，需要经过硬判决才能从

恢复X_i(k)。实际传输环境下，每个信号帧所经历的信道传输特性可能是不同的，即信道可能存在频率选择性和时间选择性，并且频域均衡的除法运算会放大噪声，因此频域均衡解调结果的可靠性可能是不同的并且是随时间变化的，即每个频域数据符号估计结果的估计方差可能是不同的。为了抑制估计误差，减小符号判决错误，已有专利提出部分判决技术，用于恢复部分或全部频域数据符号，参见“中国发明专利申请号200710175301.8，用于TDS-OFDM系统的信道估计方法，申请日期2007-09-28”和“UnitedStates Patent，Publication No.20080025384，Method and apparatus for frequency domainequalization based upon a decision feedback in a TDS-OFDM receiver，filed on October 17，2006”。部分判决定义为：将符号空间划分为判决区域和不判决区域，对于不判决区域内的符号不进行判决，仅对判决区域内的符号进行判决。技术上，判决包括软判决和硬判决。部分判决技术背后的基本思想是，判决概率与判决区域划分和噪声方差直接相关。判决正确有利于信道估计，判决错误会恶化信道估计，不进行判决对信道估计没有帮助。判决区域的划分可以实现高正确判决概率和低错误判决概率之间的折衷。

根据频域符号的调制方式、已知的部分信道信息、和OFDM系统当前工作模式下信噪比门限等信息，部分判决技术将整个频域符号空间划分为硬判决区域和不判决区域，其中每个硬判决区域包括一个且只包括一个符号调制的星座点，每个不判决区域不包括符号调制的任意星座点。

回到图5中的步骤A5.利用恢复的频域数据符号，计算数据指导的信道估计结果。

根据步骤A3构建的时域发送数据块和信道冲击响应的循环卷积，进行离散傅立叶变换，可以得到频域发送数据块{X_i(k)}_i＝0 ^M-1和信道频率响应{H_i(k)}_i＝0 ^M-1的乘积{Y_i(k)}_i＝0 ^M-1。对频域数据块的已估计位置k，假设经过部分判决后频域符号估计值为X′_i(k)，则对应位置的信道频率响应估计值为H′_i(k)＝Y_i(k)/X′_i(k)。对频域数据块的未估计位置u，由于没有频域符号估计值，对应位置的信道频率响应估计值也是未知的。为了得到完整的信道频率响应估计结果，优选采用如下方法得到未估计位置u的信道频率响应估计值：

1.令未估计位置的信道频率响应估计值等于已知信道频率响应相应位置的估计值，即 $H_i^{\′}\left(u\right)={\hat{H}}_i\left(u\right);$ 或，

2.令未估计位置的信道频率响应估计值为零，即H′_i(u)＝0；或

3.利用已估计位置的信道频率响应估计值{H′_i(k)}经过频域插值得到未估计位置的信道频率响应估计值{H′_i(u)}。

完整的信道频率响应估计结果{H′_i(k)}_i＝0 ^M-1及其离散傅立叶反变换{h′_i[n]}_i＝0 ^M-1就是数据指导信道估计结果。

步骤A6.信道估计结果后处理。

步骤A5得到的数据指导信道估计结果，其信道冲击响应{h′_i[n]}_i＝0 ^M-1的长度为数据块长度，通常远远超过最大延时扩展，需要时域滤波进行处理。数据指导信道估计结果，包含了信道噪声等估计误差，通常需要进行限幅和平滑等噪声抑制的处理。数据指导信道估计结果可以用于信道均衡，当前帧下一迭代的信道估计，和/或下一帧的信道估计，通常需要根据参考值进行能量归一化。因此，本发明提出对数据指导信道估计结果进行如下后处理，得到当前帧的信道估计结果：其操作程序是，

1.根据信道冲击响应长度有限的特征，对信道冲击响应结果进行时域滤波，例如将信道冲击响应结果截断至已知长度；

2.根据当前接收信号信噪比信息，设定信道幅度门限，将信道冲击响应结果幅度低于信道幅度门限的位置设置为零；

3.利用已有信道估计结果和当前信道估计结果的加权平均，对信道估计结果进行时域或频域平滑；

4.根据信道冲击响应能量的参考值，将信道冲击响应乘以能量归一化补偿因子。

上述数据指导信道估计方法可以用于一个信号帧的信道估计，也可以用于一组信号帧的信道估计；可以用于连续系统的信道估计，也可以用于突发系统的信道估计；

参照图6，表示在上述的发明方法中，对一组信号帧进行迭代信道估计时的流程图，为了提高信道估计精度和系统的移动特性，还可以对每个信号帧进行迭代信道估计。本发明进一步提出对OFDM系统的一组接收信号帧进行迭代信道估计的数据指导信道估计方法，包括如下步骤：

步骤B1.在一组信号帧的开始，利用接收信号中OFDM系统帧结构的训练信息，获得初始信道估计结果；

步骤B2.对一组信号帧第一个信号帧的第一次迭代，将初始信道估计结果设置为已知信道估计结果；对其它信号帧的第一次迭代，将前一信号帧的信道估计结果设置为已知信道估计结果；对所有信号帧的非第一次迭代，将当前信号帧的前次迭代信道估计结果设置为已知信道估计结果；

步骤B3.利用接收信号，构建时域发送数据块和信道冲击响应的循环卷积；

步骤B4.利用已知信道估计结果和步骤3的循环卷积结果，解调恢复频域数据符号；

步骤B5.对每个接收信号帧，利用部分或全部恢复的频域数据进行当前信号帧信道估计获得数据指导信道估计结果；

步骤B6.对信道估计结果进行后处理，得到当前帧本次迭代的信道估计。

步骤B7.返回步骤B1，处理下一组信号帧；或返回步骤B2进行下一信号帧信道估计；

或返回步骤B2进行当前信号帧下次迭代信道估计。

参照图7、图8，分别表示采用4-PAM符号调制的OFDM系统及采用16-QAM符号调制的OFDM系统的判决区域示意图。采用4-PAM符号调制的OFDM系统，其频域符号的取值为-1、+1、-3、和+3四个值，频域符号空间为整个实数空间。参照图7，表示4-PAM符号调制的判决区域示意图，其中0≤β＜1。阴影部分表示不判决区域，不包括任何符号调制星座点；阴影部分隔开的四个区域为硬判决区域，分别包括符号调制星座点-1、+1、-3、和+3。采用16-QAM调制的OFDM系统，其频域符号有16种取值，频域符号空间为整个复数空间。参照图8，表示16-QAM符号调制的判决区域示意图。圆点表示符号调制星座点，每个圆点周围的虚线方框表示硬判决区域，共16个；虚线方框外表示不判决区域，不包含任何符号调制星座点。

显然，估计方差很小的情况下，频域符号估计结果有很大概率落在硬判决区域；估计方差很大的情况下，频域符号估计结果有很大概率落在硬判决区域外。具体判决方法为：如果频域符号估计值位于硬判决区域，则对应的频域符号恢复为判决区域内的符号调制星座点，符号位置对应频域数据块的已估计位置；如果频域符号估计值位于不判决区域，则对应的频域符号不进行恢复，符号位置对应频域数据块的未估计位置。

参照图9，本发明进一步提出用于OFDM系统的数据指导信道估计实现装置，包括初始信道估计模块、信道估计选通模块、循环卷积构建模块、频域数据块解调模块、数据指导信道估计模块、信道估计后处理模块、和控制模块。初始信道估计模块，利用OFDM系统帧结构的训练信息，获得初始信道估计结果；信道估计选通模块，根据控制信号，选通得到已知信道估计结果；循环卷积构建模块利用接收信号构建时域发送信号帧和信道冲击响应的循环卷积；频域数据块解调模块，根据控制信号、已知信道估计结果和循环卷积结果，解调当前信号帧频域数据块；数据指导信道估计模块，利用部分或全部恢复的频域数据符号实现数据指导的信道估计；信道估计后处理模块，对数据指导信道估计结果进行时域滤波、限幅去噪、平滑去噪、和能量归一化等后处理；控制模块，产生整个信道估计实现装置的时序控制信号送给其它模块，其中时序控制信号包括但不限于信道冲击响应能量参考值、当前接收信号帧信噪比、当前工作模式信噪比门限、当前帧序号、和迭代次数等。

针对例1的TDS-OFDM系统，对本发明提出的用于OFDM系统的信道估计方法进行了计算机仿真，主要仿真参数如表1所示，两种信道模型如表2所示。其中，所示信道I是中国广播电影电视管理总局(State Administration of Radio Film and Television，SARFT)在数字电视测试报告中提出的单频网模型，该多径信道包含延时长达30us的0dB回波。所示信道II是巴西场地测试使用的信道模型A。

表1

符号率	7.56M符号/秒
		子载波符号调制	QPSK，16QAM
OFDM子载波数M	3780
		保护间隔长度L	420
保护间隔填充	PN420(PN255的循环扩展)
		时隙信号帧数F	20
最大多普勒扩散	0Hz(静态多径)/20Hz(动态多径)

表2

参照图10，表示QPSK符号调制的TDS-OFDM系统在多径信道下的SER(Symbol ErrorRate，误符号率)仿真曲线图，图中横轴为接收信号的SNR(Signal-to-Noise Ratio，信噪比)；图中的最小下界表示理想信道估计情况下的系统误码特性。可以看出，在信道I和信道II下，采用本实施例提供的数据指导信道估计方法，得到的TDS-OFDM系统的误码性能在无需迭代的情况下可以逼近最小下界。参照图11，表示16-QAM符号调制的TDS-OFDM系统在多径信道下的SER仿真曲线图，由图中可以得到类似于QPSK系统的结论。

本发明实施例使用OFDM系统的频域数据符号指导信道估计，充分利用了OFDM系统符号调制携带的隐藏信息，结合少量训练信息提供的初始信道估计，完成所有信号帧的信道估计。数据指导信道估计方法适用于包括各种OFDM块调制技术、保护间隔填充技术、训练信息携带技术、和符号调制技术的OFDM系统，有利于降低信道估计复杂度，提高信道估计精度，提高系统频谱利用率，和提高系统移动性能等。

上面对本发明的具体实施例进行了详细说明，但本发明并不限制于上述实施例。在本发明权利要求的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于OFDM系统的数据指导信道估计方法，其特征在于，所述方法在OFDM系统的接收端，首先解调和恢复频域数据符号，然后利用恢复的频域数据符号直接进行信道估计，其中，

A.对于所述OFDM系统接收的信号帧进行非迭代信道估计时，按以下流程步骤操作：

A1.利用接收信号中OFDM系统帧结构携带的训练信息，计算初始信道估计结果；

A2.选通已知信道估计结果；

A3.构建时域发送数据块和信道冲击响应的循环卷积；

A4.解调和恢复频域数据符号；

A5.计算数据指导信道估计结果；

A6.信道估计结果后处理；

其中步骤A2和A3的顺序可以互换；

B.对于所述OFDM系统接收的一组信号帧进行迭代信道估计时，按以下流程步骤操作：

B1.在一组信号帧的开始，利用接收信号中OFDM系统帧结构携带的训练信息，获得初始信道估计结果；

B2.对一组信号帧第一个信号帧的第一次迭代，将初始信道估计结果设置为已知信道估计结果；对其它信号帧的第一次迭代，将前一信号帧的信道估计结果设置为已知信道估计结果；对所有信号帧的非第一次迭代，将当前信号帧的前次迭代信道估计结果设置为已知信道估计结果；

B3.利用接收信号帧，构建时域发送数据块和信道冲击响应的循环卷积，得到循环卷积结果；

B4.利用所述已知信道估计结果和所述循环卷积结果，解调和恢复频域数据符号；

B5.对每个接收信号帧，利用部分或全部恢复的频域数据符号进行当前信号帧信道估计获得数据指导信道估计结果；

B6.对数据指导信道估计结果进行后处理，得到当前帧本次迭代的信道估计。

B7.返回步骤B1，处理下一组信号帧；或返回步骤B2进行下一信号帧信道估计；或返回步骤B2进行当前信号帧下次迭代信道估计。

2.如权利要求1所述的数据指导信道估计方法，其特征在于，所述信道估计结果的表现形式是信道冲击响应或信道频域响应，二者互为离散傅立叶变换或反变换。

3.如权利要求1所述的数据指导信道估计方法，其特征在于，所述OFDM系统帧结构携带的训练信息包括但不限于训练信号帧、保护间隔填充的时域训练序列、频域数据块包含的导频、或与信号帧叠加的训练序列。

4.如权利要求1所述的数据指导信道估计方法，其特征在于，所述选通已知信道估计结果的输入包括但不限于初始信道估计结果、前一帧的信道估计结果、或当前帧前次迭代的信道估计结果。

5.如权利要求1所述的数据指导信道估计方法，其特征在于，所述解调和恢复频域数据符号的具体操作如下：根据所述循环卷积结果和已知信道估计结果，解调得到频域数据块的估计值；根据频域数据块的估计值，结合部分判决，得到部分或全部恢复的频域数据符号。

6.如权利要求5所述的数据指导信道估计方法，其特征在于，所述部分判决体操作为：根据频域符号的调制方式、已知的部分信道信息、和OFDM系统当前工作模式下的信噪比门限，将整个频域符号空间划分成硬判决区域和不判决区域，其中每个硬判决区域包括一个且只包括一个符号调制的星座点，每个不判决区域不包括符号调制的任意星座点；对频域数据块的每个符号，有以下两种情况，

i..如果频域符号估计值位于硬判决区域，则对应的频域符号恢复为判决区域内的符号调制星座点，符号位置对应频域数据块的已估计位置；

ii.如果频域符号估计值位于不判决区域，则对应的频域符号不进行恢复，符号位置对应频域数据块的未估计位置。

7.如权利要求1或6所述的数据指导信道估计方法，其特征在于，所述计算数据指导信道估计的具体操作为：对所述频域数据块的已估计位置，直接利用所述频域数据符号估计值和所述循环卷积结果，得到对应位置的信道频率响应估计值；对所述频域数据块的未估计位置，优选采用如下方法得到对应位置的信道频率响应估计值：令未估计位置的信道频率响应估计值等于已知信道频率响应相应位置的估计值；或，令未估计位置的信道频率响应估计值为零；或，利用已估计位置的信道频率响应估计值经过频域插值得到未估计位置的信道频率响应估计值。

8.如权利要求1所述的数据指导信道估计方法，其特征在于，所述信道估计结果后处理的具体操作为：根据信道冲击响应长度有限的特征，对信道冲击响应结果进行时域滤波；根据当前接收信号信噪比信息，对信道估计结果进行限幅去噪；利用已有信道估计结果和当前信道估计结果的加权平均，对信道估计结果进行时域或频域平滑；根据信道冲击响应能量的参考值，将信道冲击响应乘以能量归一化补偿因子。

9.一种用于OFDM系统的数据指导信道估计方法的实现装置，其特征在于，所述装置在OFDM系统的接收端，包括初始信道估计模块、信道估计选通模块、循环卷积构建模块、频域数据块解调模块、数据指导信道估计模块、信道估计后处理模块、和控制模块共七个模块，其中，

控制模块，产生整个信道估计，实现装置的时序控制信号送给其它模块；

初始信道估计模块连接到接收信号输入端，利用OFDM系统帧结构携带的训练信息，获得初始信道估计结果，送给信道估计选通模块；

信道估计选通模块，根据控制信号，选通初始信道估计结果和信道估计后处理模块的输出得到已知信道估计结果，送给频域数据块解调模块和数据指导信道估计模块；

循环卷积构建模块连接到接收信号输入端，利用接收信号构建时域发送信号帧和信道冲击响应的循环卷积结果，送给频域数据块解调模块和数据指导信道估计模块；

频域数据块解调模块根据控制信号、已知信道估计结果和循环卷积结果，解调当前信号帧频域数据块得到部分或全部恢复的频域数据符号，送给数据指导信道估计模块；

数据指导信道估计模块根据控制信号、已知信道估计结果、循环卷积结果和恢复的频域数据符号，进行信道估计得到数据指导信道估计结果，送给信道估计后处理模块；

信道估计后处理模块，对数据指导信道估计结果进行时域滤波、限幅去噪、平滑去噪、和能量归一化等后处理，得到最后的信道估计输出，送给信道估计选通模块。

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