CN101611580B - 用于ofdm系统的插值法、信道估计方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于OFDM系统的插值法、信道估计方法和装置。根据本发明的一个方面，提出了一种用于OFDM系统的插值法，在所述OFDM系统中每个OFDM符号都具有插入其中的分散导频，所述方法包括步骤：S602，在通过线性滤波获得传输OFDM符号中的分散导频的子信道的信道状态信息(CSI)之后，将首分散导频的至少一个副本插入到每个OFDM符号中所述首分散导频之前作为虚拟导频，并将末分散导频的至少一个副本插入到每个OFDM符号中所述末分散导频之后作为虚拟导频；和S604，由FIR滤波器采用所述信道状态信息进行插值。

Description

用于OFDM系统的插值法、信道估计方法和装置

技术领域

本发明总体上涉及通信技术，更具体地，涉及用于OFDM系统的插值法以及信道估计方法和装置。 

背景技术

OFDM技术是用于无线宽带通信中的多径(multi-path)信道条件的主要解决方案之一。在许多导频辅助的基于OFDM的系统中，信道估计利用频域滤波技术(例如Wiener滤波器)来差拍测量(beat)多径信道条件(“通过Wiener滤波的两维导频信号辅助的信道估计”)。为了精确地计算信道系数，通常使用FIR滤波器来实现信道估计装置。频域插值器通常将OFDM符号分为三个部分进行处理：始部(the beginning part)、本体部(thebody part)和端部(the end part)。应用在这些部分上的插值法是不同的。但是，这种特殊的处理导致硬件设计成本升高，因为需要更多的存储器资源来存储这些在许多周期中只使用一次的系数。另外，寄存器的缓存滤波器的内容需要频繁更新，这将导致复杂的控制逻辑和更高的电力消耗。 

发明内容

为了解决上述技术问题其中之一，本发明提出了一种用于OFDM系统的插值法、信道估计方法和装置。 

根据本发明的一个方面，提出了一种用于OFDM系统的插值法，在所述OFDM系统中每个OFDM符号都具有插入其中的分散导频，所述方法包括步骤：在通过线性滤波获得传输OFDM符号中的分散导频的子信道的信道状态信息(CSI)之后，将首分散导频的至少一个副本插入到每个OFDM符号中所述首分散导频之前作为虚拟导频，并将末分散导频的至少一个副本插入到每个OFDM符号中所述末分散导频之后作为虚拟导频；和由FIR滤波器采用所述信道状态信息进行插值。

根据本发明的一个方面，提出了一种用于OFDM系统的信道估计方法，包括步骤：通过将传送的已知分散导频进行分组以估计OFDM符号中接收到的分散导频的信道状态信息；对OFDM符号进行线性滤波以获得传输所述分散导频的子信道的信道状态信息；和将首分散导频的至少一个副本插入到每个OFDM符号中所述首分散导频之前作为虚拟导频，并将末分散导频的至少一个副本插入到每个OFDM符号中所述末分散导频之后作为虚拟导频，并使用FIR滤波器采用所述信道状态信息进行插值以进行信道估计。 

根据本发明的一个方面，提出了一种用于OFDM系统的信道估计装置，包括：预处理器，用于对OFDM符号中的分散导频进行信道估计；时域插值模块，其连接至所述预处理器，用于对OFDM符号进行线性滤波以获得传输所述分散导频的子信道的信道状态信息；和频域插值模块，其连接至所述时域插值模块，用于将首分散导频的至少一个副本插入到每个OFDM符号中所述首分散导频之前作为虚拟导频，并将末分散导频的至少一个副本插入到每个OFDM符号中所述末分散导频之后作为虚拟导频，并使用FIR滤波器采用所述信道状态信息进行插值以进行信道估计。 

根据本发明的一个方面，根据下列公式进行插值： 

$\mathrm{csi}\_f\_\mathrm{int\; p}(m,n)=\underset{i=1}{\overset{\mathrm{fil}\_\mathrm{len}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{csi}\_t\_\mathrm{int\; p}(m,n-\frac{3}{2}\·\mathrm{fil}\_\mathrm{len}+3\mathrm{gi}-2)\·\mathrm{fil}\_\mathrm{co}\left(i\right)$

通过下面参照附图对本发明实施方式的详细说明，本发明其他目的、优点和新颖的特征将变得更为易于理解。 

可以理解，上述总体原理的说明以及下面的详细描述都是示例性和说明性的，并非意欲限制本发明的范围。 

附图说明

本发明的附图有助于进一步理解本发明并构成说明书的一部分，说明书的文字描述部分与附图一起用来解释本发明的原理，其中 

图1是分散导频的示意图； 

图2是CSI已知的子载波的示意图； 

图3是中部的传统频域插值； 

图4是始部的传统频域插值； 

图5是端部的传统频域插值；和 

图6是根据本发明实施方式的用于OFDM系统的插值法的流程图； 

图7是根据本发明实施方式的用于OFDM系统的信道估计方法的流程图； 

图8是根据本发明实施方式的用于OFDM系统的信道估计装置的框图； 

图9是根据本发明实施方式的始部的改进的频域插值；和 

图10是根据本发明实施方式的端部的改进的频域插值。 

具体实施方式

下面将结合实施方式对本发明的技术特征进行详细说明。所述实施方式只是优选的实施例，并不限制本发明的范围。通过结合附图对本发明的实施方式进行的详细说明，本发明将更容易得到理解。 

在导频辅助的OFDM系统中，信道估计处理通常通过OFDM信号中包含的分散导频信息来进行。在每个OFDM符号中，分散导频每隔n个OFDM子载波提供具有已知振幅和相位的参考信号。通过在时域和频域上进行插值可以获得信道估计。通常使用滤波作为频域插值法。 

DVB-T系统中的频域插值法和12-tap Wiener滤波器可以作为例子。DVB-T系统中的分散导频示于图1中。在图1中，黑点表示分散导频而白点表示接收的数据、TPS(Transmission Parameter Signal)和连续导频。 

图2显示了在时域插值之后CSI已知的子载波。这些子载波是分散导频子载波或者在时域中插入的子载波。 

对于OFDM符号的中部中的白点，12-tap Wiener滤波器利用其前面的6个黑点和其后面的6个黑点进行插值。对于所述中部中的黑点，Wiener滤波器利用其前面的6个黑点和其后面的5个黑点以及其自身进行插值。如图3所示，两个白点和一个黑点可以构成一组以形成频域插值。公式(6)-(8)示出了计算这些子载波的CSI的方法。 

$\mathrm{csi}\_f\_\mathrm{int\; p}(m,n-1)=\underset{i=1}{\overset{\mathrm{fil}\_\mathrm{len}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{csi}\_t\_\mathrm{int\; p}(m,(n-1)-\frac{3}{2}\·\mathrm{fil}\_\mathrm{len}+3\mathrm{gi}-1)\·\mathrm{fil}\_\mathrm{co}\left(i\right)---\left(6\right)$

$\mathrm{csi}\_f\_\mathrm{int\; p}(m,n)=\underset{i=1}{\overset{\mathrm{fil}\_\mathrm{len}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{csi}\_t\_\mathrm{int\; p}(m,n-\frac{3}{2}\·\mathrm{fil}\_\mathrm{len}+3\mathrm{gi}-2)\·\mathrm{fil}\_\mathrm{co}\left(i\right)---\left(7\right)$

$\mathrm{csi}\_f\_\mathrm{int\; p}(m,n+1)=\underset{i=1}{\overset{\mathrm{fil}\_\mathrm{len}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{csi}\_t\_\mathrm{int\; p}(m,(n+1)-\frac{3}{2}\·\mathrm{fil}\_\mathrm{len}+3\mathrm{gi}-1)\·\mathrm{fil}\_\mathrm{co}\left(i\right)---\left(8\right)$

但是，OFDM符号的始部和端部需要进行特殊处理。在始部中，在黑点之前没有足够的黑点来进行Wiener滤波。因此，前12个黑点用于全部前16个黑点的插值。并且应当分别计算每个点的系数。对于端部中的点也是这样进行。最后的15个点应当与中部的点分开处理。 

因此，应当计算出34组Wiener滤波系数并将其存储以用于频域插值。另外，需要加入某些控制逻辑以在处理OFDM符号的头(head)和尾(tail)时更新系数。这就导致了低效率的设计，因为只有这三组系数被频繁使用并且控制逻辑只在很少时钟周期内工作。 

根据发明人对本领域的了解，频域插值法通常对OFDM符号的始部和端部进行特别处理。为了节省更多的存储空间和电能消耗，本发明的实施方式提出在处理之前插入伪导频，因而就可以免除对于每个OFDM符号的始部和端部的特殊处理。通过将第一和最后的导频子载波的副本插入到OFDM符号的头和尾作为虚拟导频，可以按照与中部相同的方式处理始部和端部中的子载波。因此，滤波器系数组的数量可以得到极大的降低，从而占用更少的存储器资源，简化控制逻辑和消耗更少的电能。 

为了解决该问题，本发明的实施方式提出了一种用于OFDM系统的插值方法。图6示出了一种用于OFDM系统的插值方法，在所述OFDM系统中每个OFDM符号都具有插入其中的分散导频，所述方法包括步骤：S602，在通过线性滤波获得传输OFDM符号中的分散导频的子信道的信道状态信息(CSI)之后，将首分散导频的至少一个副本插入到每个OFDM符号中所述首分散导频之前作为虚拟导频，并将末分散导频的至少一个副本插入到每个OFDM符号中所述末分散导频之后作为虚拟导频；和S604， 由FIR滤波器采用所述信道状态信息进行插值。 

图7示出了一种用于OFDM系统的信道估计方法，包括步骤：S702，通过将传送的已知分散导频进行分组以估计OFDM符号中接收到的分散导频的信道状态信息；S704，对OFDM符号进行线性滤波以获得传输所述分散导频的子信道的信道状态信息；和S706，将首分散导频的至少一个副本插入到每个OFDM符号中所述首分散导频之前作为虚拟导频，并将末分散导频的至少一个副本插入到每个OFDM符号中所述末分散导频之后作为虚拟导频，并使用FIR滤波器采用所述信道状态信息进行插值以进行信道估计。 

请参看图8，其示出了根据本发明实施方式的信道估计装置。频域信道估计装置包括预处理器802、时域插值模块804和频域插值模块806。 

预处理器802用于对OFDM符号中的分散导频进行信道估计。 

时域插值模块804连接至所述预处理器，用于对OFDM符号进行线性滤波以获得传输所述分散导频的子信道的信道状态信息。在时域插值模块804中，RAM用作FIFO以缓存接收的数据和计算的CSI。所述线性过滤可以简单地通过移相器和加法器来实现。 

频域插值模块806连接至所述时域插值模块，用于将首分散导频的至少一个副本插入到每个OFDM符号中所述首分散导频之前作为虚拟导频，并将末分散导频的至少一个副本插入到每个OFDM符号中所述末分散导频之后作为虚拟导频，并使用FIR滤波器采用所述信道状态信息进行插值以进行信道估计。 

频域插值模块806的主要单元是Wiener滤波器。另外，其需要存储 Wiener滤波器系数的ROM和用来缓存所述系数的一组寄存器。 

在上述方法和装置中，可以根据下列公式进行插值： 

$\mathrm{csi}\_f\_\mathrm{int\; p}(m,n)=\underset{i=1}{\overset{\mathrm{fil}\_\mathrm{len}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{csi}\_t\_\mathrm{int\; p}(m,n-\frac{3}{2}\·\mathrm{fil}\_\mathrm{len}+3\mathrm{gi}-2)\·\mathrm{fil}\_\mathrm{co}\left(i\right)$

插入的分散导频之间的间隔满足Nyquist采样定理。虚拟导频的数量设定为FIR滤波器的一半长度。 

如图9和10所示，某些灰点被加入到始部的左侧和端部的右侧。这些灰点表示第一黑点(图4)和最后的黑点(图5)的副本。然后按照与中部中的点相同的方式对所有点进行插值。例如，第一白点可以利用第二至第六灰点、其前面的黑点和其后面的6个黑点来进行滤波。 

通过加入某些虚拟导频，只有3组系数需要被存储。另外，由于系数的更新变成周期性的，系数的控制逻辑也得到了极大简化。 

在DVB-T系统中模拟了BER(比特误码率)性能。从下面的表1可以看出，本发明提出的“虚拟导频”和传统滤波器的性能对比。 

表1：三种方法之间的对比 

	BER	硬件资源成本
			传统滤波器(wiener)	1.2545e-004	4896位RAM  复杂控制逻辑
具有虚拟导频的滤波   器(wiener)	1.4295e-004	432位RAM   简单控制逻辑

BER性能模拟是在DVB-T系统中进行的。模拟参数列于表2中。为了精确地知道频域插值的性能，频域插值模块使用定点模拟，而其他模块利用浮点模拟。 

表2：BER性能模拟参数设置 

码率	2/3
		调制	16QAM
SNR	12.2dB
		信道	Rayleigh(ETSI)
FFT长度	2K
		字长	12bits

采用本发明实施方式的方法，如果滤波用于插值，OFDM符号的始部和端部不再需要进行特殊处理。相比而言需要很少存储资源来存储滤波器系数，控制逻辑也极大地简化。因此节省了大量存储器和电能。 

具体的应用可以是基于导频的多载波系统的接收机的信道估计模块，例如DVB-T解调器IP核、DVB-T解调器芯片、DVB-H解调器IP核、DVB-H解调器芯片、802.16a解调器IP核、802.16a解调器芯片等。用于处理多径信道的接收器的复杂程度将得到极大地降低。 

虽然结合目前优选实施例对本发明进行了说明，但是可以理解本发明并不局限于公开的实施例。而且，在本发明的原理和范围之内，可以对本发明进行修改以引入本说明书未说明的任何变化、改变、替换或者等同设置。因此，本发明不应被视为由上述说明来限制，而是由所附权利要求的范围来限定。 

Claims (10)

1.一种用于OFDM系统的插值法，在所述OFDM系统中每个OFDM符号都具有插入其中的分散导频，所述方法包括：

步骤(S602)，在获得传输OFDM符号中的分散导频的子信道的信道状态信息(CSI)之后，将首分散导频的至少一个副本插入到每个OFDM符号中所述首分散导频之前作为虚拟导频，并将末分散导频的至少一个副本插入到每个OFDM符号中所述末分散导频之后作为虚拟导频；和

由FIR滤波器采用所述信道状态信息进行插值的步骤(S604)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述信道状态信息通过对OFDM符号进行线性滤波获得。

3.根据权利要求1所述的方法，其中插入的分散导频之间的间隔满足Nyquist采样定理。

4.根据权利要求1-3中任一所述的方法，其中虚拟导频的数量设定为FIR滤波器的一半长度。

5.一种用于OFDM系统的信道估计方法，包括：

通过将传送的已知分散导频进行分组以估计OFDM符号中接收到的分散导频的信道状态信息的步骤(S702)；

通过对OFDM符号进行线性滤波而获得传输所述分散导频的子信道的信道状态信息的步骤(S704)；和

步骤(S706)，将首分散导频的至少一个副本插入到每个OFDM符号中所述首分散导频之前作为虚拟导频，并将末分散导频的至少一个副本插入到每个OFDM符号中所述末分散导频之后作为虚拟导频，并使用FIR滤波器采用所述子信道的信道状态信息进行插值以进行信道估计。

6.根据权利要求5所述的方法，其中插入的分散导频之间的间隔满足Nyquist采样定理。

7.根据权利要求5-6中任一所述的方法，其中虚拟导频的数量设定为FIR滤波器的一半长度。

8.一种用于OFDM系统的信道估计装置，包括：

预处理器，用于估计OFDM符号中的所接收的分散导频的信道状态信息；

时域插值模块，其连接至所述预处理器，用于通过对所述OFDM符号进行线性滤波而获得传输所述分散导频的子信道的信道状态信息；和

频域插值模块，其连接至所述时域插值模块，用于将首分散导频的至少一个副本插入到每个OFDM符号中所述首分散导频之前作为虚拟导频，并将末分散导频的至少一个副本插入到每个OFDM符号中所述末分散导频之后作为虚拟导频，并使用FIR滤波器采用所述子信道的信道状态信息进行插值以进行信道估计。

9.根据权利要求8所述的信道估计装置，其中插入的分散导频之间的间隔满足Nyquist采样定理。

10.根据权利要求8-9中任一所述的信道估计装置，其中虚拟导频的数量设定为FIR滤波器的一半长度。

Images