CN102082754B - 一种ofdm信道估计方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种OFDM(正交频分复用)信道估计方法及装置，所述方法包括：提取导频信息，获得含噪导频位的信道估计时域冲击响应值；提取所述含噪导频位的信道估计时域冲击响应值的实部和虚部；对所述含噪导频位的信道估计时域冲击响应值的实部和虚部分别进行小波去噪处理；将小波去噪处理后的含噪导频位的信道估计时域冲击响应值的实部和虚部合并，得到去噪后的信道估计时域冲击响应值。本发明提高了OFDM信道估计的抗噪能力，有效减小了系统的误码率，能够高精度的估计信道参数，提高了系统的整体性能。

Description

一种OFDM信道估计方法及装置

技术领域

本发明涉及一种无线通信系统的信号处理方法，尤其涉及一种OFDM(Orthogonal Furequency Division Multiplexity，正交频分复用)信道估计方法及装置。

背景技术

OFDM技术是一种特殊的多载波传输方案，它将一个宽带信道分成多个相互正交的窄带平坦衰落信道同时传输数据，具有消除多径干扰、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，得到广泛的关注和应用。在无线通信系统中，相干检测比非相干检测多3-4dB增益，所以通常采用相干检测技术。实现相干检测需要在接收端进行信道估计，因此信道估计是OFDM系统的关键技术之一。

OFDM信道估计算法根据是否需要导频辅助分为盲信道估计、导频的信道估计；盲信道估计由于不需要导频辅助，一般收敛速度较慢，限制它在实际系统中的应用。所以通常使用基于导频的信道估计，可以提高信道估计的精确性。目前，使用较多的频域导频插入方法有块状导频、梳状导频和菱形状导频；块状导频就是将一个OFDM符号全部用于传输导频，并且将导频处的信道估计值作为后面OFDM符号处的信道估计值，直到下一个导频OFDM符号出现。而梳状导频就是将导频分布在整个时频域内。菱形状导频是将导频在时间和频域方向上离散间隔插入。

比较常见的信道估计方法有MMSE(Minimum MeanSquare Error，最小均方差)和LS(Least Squares，最小二乘)信道估计方法。MMSE算法在SNR(Signal to Noise Ratio，信噪比)上要优于LS算法10-15dB。然而随着移动通信的不断演进，要求无线通信系统具有更快的传输速率和更可靠地通信保障。这就要求OFDM信道估计技术具有更高的抗噪能力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种OFDM信道估计方法及装置，有效提高OFDM信道估计的准确性和抗噪声的能力。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种OFDM信道估计方法，包括：

提取导频信息，获得含噪导频位的信道估计时域冲击响应值；

提取所述含噪导频位的信道估计时域冲击响应值的实部和虚部；

对所述含噪导频位的信道估计时域冲击响应值的实部和虚部分别进行小波去噪处理；

将小波去噪处理后的含噪导频位的信道估计时域冲击响应值的实部和虚部合并，得到去噪后的信道估计时域冲击响应值。

进一步来说，所述将小波去噪处理后的含噪导频位的信道估计时域冲击响应值的实部和虚部合并的步骤之后，还包括：

进行加窗去噪处理。

进一步来说，所述方法还包括：

对所述去噪后的信道估计时域冲击响应值做快速傅立叶变换得到信道估计频域冲击响应值。

进一步来说，

所述获得含噪导频位的信道估计时域冲击响应值，包括：获得含噪导频位的信道估计频域冲击响应值，对所述含噪导频位的信道估计频域冲击响应值进行快速傅里叶逆变换。

进一步来说，

所述小波去噪处理，包括：小波分解、小波系数阈值处理、小波重构。

为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种OFDM信道估计装置，包括：

获取模块，用于提取导频信息，获得含噪导频位的信道估计时域冲击响应值；

分解模块，用于提取含噪导频位的信道估计时域冲击响应值的实部和虚部；

小波去噪模块，用于对所述含噪导频位的信道估计时域冲击响应值的实部和虚部分别进行小波去噪处理；

合并模块，用于将小波去噪处理后的含噪导频位的信道估计时域冲击响应值的实部和虚部合并，得到去噪后的信道估计时域冲击响应值。

进一步来说，所述装置还包括：

加窗处理模块，用于对所述合并模块输出的信道估计时域冲击响应值作加窗去噪处理，得到去噪后的信道估计时域冲击响应值。

进一步来说，所述装置还包括：

频域冲击响应值模块，用于对所述合并模块或者加窗处理模块输出的信道估计时域冲击响应值做快速傅立叶变换得到信道估计频域冲击响应值。

进一步来说，

所述获取模块，用于获得含噪导频位的信道估计频域冲击响应值，对所述获得的含噪导频位的信道估计频域冲击响应值进行快速傅里叶逆变换得到含噪导频位的信道估计时域冲击响应值。

进一步来说，

所述小波去噪模块，进一步用于对含噪导频位的信道估计时域冲击响应值的实部和虚部进行小波分解、小波系数阈值处理、小波重构。

采用本发明提供的基于小波和加窗去噪相结合的OFDM信道估计方法及装置，提高了OFDM信道估计的抗噪能力，有效减小了系统的误码率，能够高精度的估计信道参数，提高了系统的整体性能。

附图说明

图1为本发明的OFDM信道估计方法的简单流程图。

图2为小波去噪处理流程图。

图3为本发明的OFDM信道估计装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明的主要思想是在获得含噪导频位的信道估计频域冲击响应和时域冲击响应后，提取含噪信道估计时域冲击响应的实部和虚部，对所述实部和虚部分别进行小波去噪处理后，将去噪后信道估计的实部和虚部合并，得到小波去噪后的信道估计值。

为了达到更好的效果，本发明还可以对小波去噪后的信道估计值进行加窗去噪处理，从而更好地估计信道参数。

下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述。

参照图1所示，为本发明的OFDM信道估计方法的简单流程图

步骤101：提取导频信息，计算含噪导频位的信道估计频域冲击响应H_p；所述计算含噪导频位的信道估计频域冲击响应H_p采用常见的信道估计算法进行。

步骤102：IFFT(Inverse Fast Fourier Transform，快速傅里叶逆变换)变换得到含噪导频位时域冲击响应h_p；

步骤103：小波去噪；

步骤104：对经过小波去噪后的信号

作加窗去噪处理得

步骤如下：

1、计算窗长。

2、加窗去噪：保留窗内的信息，去除窗外的信息，得到信道估计值

步骤105：FFT(Fast Fourier Transform，快速傅里叶变换)变换：去噪处理的信道估计

做FFT变换得经过小波和加窗相结合去噪处理的信道估计的频率冲击响应

参照图2所示，体现了图1所示的步骤103中小波去噪的步骤，所述小波去噪的步骤如下：

1、小波分解：对含噪信道估计的时域响应h_preal(h_pimag)做小波分解。

2、小波系数阈值处理：选择合适的阈值和阈值函数，对小波系数进行阈值处理。

3、小波重构：阈值处理后的小波系数进行小波重构，得到小波去噪后的信道估计值。

需要说明的是，在本发明的整个方法中，在进行小波去噪前，要提取含噪导频位的信道估计时域冲击响应的实部和虚部，即包括分解的步骤；并且要将小波去噪处理之后，即小波阈值去噪后的信道估计的实部和虚部

合并，得到小波阈值去噪后的信道估计即包括合并的步骤。

具体来说，本发明实施例中的OFDM信道估计方法，包括以下步骤：

步骤一：提取导频信息，获得含噪导频位的信道估计时域冲击响应值；

步骤二：提取所述含噪导频位的信道估计时域冲击响应值的实部和虚部；

步骤三：对所述含噪导频位的信道估计时域冲击响应值的实部和虚部分别进行小波去噪处理；

步骤四：将小波去噪处理后的含噪导频位的信道估计时域冲击响应值的实部和虚部合并，得到去噪后的信道估计时域冲击响应值。

在本发明的一个实施例中，步骤四中所述将小波去噪处理后的含噪导频位的信道估计时域冲击响应值的实部和虚部合并的步骤之后，还包括：

进行加窗去噪处理，得到去噪后的信道估计时域冲击响应值。这样，经过小波去噪再进行加窗去噪，能获得更好地效果。

在本发明的又一个实施例中，所述方法还包括以下步骤：

对所述去噪后的信道估计时域冲击响应值做快速傅立叶变换得到信道估计频域冲击响应值。

在本发明的又一个实施例中，所述获得含噪导频位的信道估计时域冲击响应值，包括：获得含噪导频位的信道估计频域冲击响应值，对所述含噪导频位的信道估计频域冲击响应值进行快速傅里叶逆变换。

在本发明的又一个实施例中，所述小波去噪处理，包括：小波分解、小波系数阈值处理、小波重构。当然，所述小波去噪处理也可以包括其他的步骤，本发明对此不加以限定。

参照图3所示，为本发明的OFDM信道估计装置的结构示意图。所述OFDM信道估计装置，包括：

获取模块30，用于提取导频信息，获得含噪导频位的信道估计频域冲击响应值和含噪导频位的信道估计时域冲击响应值；

分解模块31，用于提取含噪导频位的信道估计时域冲击响应值的实部和虚部；

小波去噪模块32，用于对所述含噪导频位的信道估计时域冲击响应值的实部和虚部分别进行小波去噪处理；

合并模块33，用于将小波去噪处理后的含噪导频位的信道估计时域冲击响应值的实部和虚部合并，得到去噪后的信道估计的时域冲击响应值。

在本发明的一个优选实施例中，所述装置还包括：

加窗处理模块34，用于对所述合并模块输出的信道估计的时域冲击响应值作加窗去噪处理，得到去噪后的信道估计的时域冲击响应值。

在本发明的一个优选实施例中，所述装置还包括：

频域冲击响应值模块35，用于对所述合并模块或者加窗处理模块输出的信道估计的时域冲击响应值做快速傅立叶变换得到信道估计的频域冲击响应值。

在本发明的一个优选实施例中，所述获取模块30，用于对所述获得的含噪导频位的信道估计频域冲击响应值进行快速傅里叶逆变换得到含噪导频位的信道估计时域冲击响应值。

在本发明的一个优选实施例中，所述小波去噪模块32，进一步用于对含噪导频位的信道估计时域冲击响应值的实部和虚部进行小波分解、小波系数阈值处理、小波重构。

下面通过具体应用中的实例对本发明技术方案进行示例性说明。

见附图1所示，基于小波和加窗去噪相结合的OFDM信道估计处理的实现步骤如下：

第一步：提取导频信息；

本系统发射端采用块状导频结构，导频数据占用一个完整的OFDM符号，发射导频数据X(k)，k＝0，1，...，N-1，N为用户占用子载波数。接收端在对应位置提取含有导频的OFDM符号，计算出导频符号上的信道频率响应Y(k)。

第二步：计算含噪导频位的信道估计；

根据LS信道估算法得到导频子载波上含有噪声的信道估计的频率响应，公式如下：

H_p＝X^-1(k)·Y(k)    (1)

第三步：IFFT变换；

对上述信道估计的频率响应做傅里叶逆变换得到信道估计时域冲击响应h_p＝IFFT(H_p)。

第四步：小波去噪；

对第三步得到的含噪信道估计的时域冲击响应h_p进行小波阈值去噪处理得到

见附图2所示，具体步骤如下：

1、分解实部和虚部：提取含噪信道估计时域响应h_p的实部h_preal与虚部h_pimag，分别做如下步骤2-4的运算。

2、小波分解：对含噪信道估计的时域响应h_preal(h_pimag)做离散小波分解，得到小波系数D(j，k)(j表示层数，k表征该层的第k个小波系数)，分解公式如下：

$C(j,k)=\underset{n}{\mathrm{\Σ}}h(n-2k)C(j-1,n)---\left(2\right)$

$D(j,k)=\underset{n}{\mathrm{\Σ}}g(n-2k)C(j-1,n)---\left(3\right)$

C(j，k)是尺度系数，标识第j层的第k个尺度系数，h(n)和g(n)分别是高通滤波器和低通滤波器，n是该层小波系数的个数。

3、小波系数阈值处理：选择合适的阈值和阈值函数，对小波系数进行阈值处理得到D_w(j，k)。

常用的阈值函数有：

①硬阈值函数， $D_w(j,k)=\left\{\begin{array}{cc}D(j,k),& \left|D(j,k)\right|>\mathrm{\λ}\\ 0,& \left|D(j,k)\right|\≤\mathrm{\λ}\end{array}\right.---\left(4\right)$

②软阈值函数 $D_w(j,k)\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{sign}\left(D(j,k)\right)\left(\right|D(j,k)|-\mathrm{\λ}),& \left|D(j,k)\right|>\mathrm{\λ}\\ 0,& \left|D(j,k)\right|\≤\mathrm{\λ}\end{array}\right.---\left(5\right)$

常用的阈值λ主要有以下几种：

1、固定的阈值形式(sqtwolog)： $\mathrm{Th}1=\mathrm{\σ}\sqrt{21n\left(N\right)},$ 其中σ为噪声标准方差，N为信号的长度。

2、MinimaxShrink(最小极大方差阈值)：和上述1一样也是一种固定的阈值，使得所选的阈值产生最小的极大方差。

3、基于Stein无偏似然估计的软阈值估计(rigrsure)：给定一个阈值t，得到它的似然估计，再将非似然t最小化，就可得到所选的阈值。

4、Heursure：选择启发式阈值(heursure)：它是sqtwolog和rigrsure的综合，因为基于SURE(Stein unbiased risk esti-mate，无偏似然估计)产生的阈值在高信噪比的情况下降噪效果不明显，这种方法利用启发函数自动在sqtwolog和rigrsure阈值选择中选取一个。

5、小波重构：用阈值处理后的小波系数D_w(j，k)进行小波重构，得到小波去噪后的信道估计值，重构公式如下，

$C(j-1,m)=\underset{n}{\mathrm{\Σ}}C(j,n)h(m-2n)+\underset{n}{\mathrm{\Σ}}D(j,n)g(m-2n)---\left(6\right)$

6、合并：将小波阈值去噪后的信道估计时域冲击响应的实部和虚部

合并，得到小波阈值去噪后的信道估计 ${\stackrel{\·\·}{h}}_p={\tilde{h}}_{\mathrm{preal}}+j*{\tilde{h}}_{\mathrm{pimag}}.$

第五步：加窗去噪；

对经过小波去噪后的信号

作加窗去噪处理得

具体步骤如下：

1、计算窗长：计算目标用户的有效信道冲击响应窗长公式如下：

L_fore＝mL_c，L_post＝nL_c    (8)

L_fore是前窗长度，L_post是后窗的长度，N_user是目标用户占用子载波数，N_fft是FTT点数，l_CP是OFDM系统中循环前缀的长度，m和n是计算前窗和后窗长度的比例系数。

2、加窗去噪：根据步骤1计算的窗长，加窗去噪，即保留前窗和后窗内的信息，去除窗外的信息，得到加窗去噪处理后的信道估计的时域冲击响应

第六步：FFT变换。

对

作傅里叶变换得到经过小波和加窗相结合去噪处理的信道估计的频率冲击响应 ${\tilde{H}}_p\left(k\right)=\mathrm{FFT}\left({\widetilde{\stackrel{~}{h}}}_p\right).$

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种OFDM信道估计方法，其特征在于，包括：

提取导频信息，获得含噪导频位的信道估计时域冲击响应值；

提取所述含噪导频位的信道估计时域冲击响应值的实部和虚部；

对所述含噪导频位的信道估计时域冲击响应值的实部和虚部分别进行小波去噪处理；所述小波去噪处理，包括：对含噪信道估计的时域冲击响应的实部和虚部做小波分解；选择合适的阈值和阈值函数，对小波系数进行阈值处理；阈值处理后的小波系数进行小波重构，得到小波去噪处理后的信道估计时域冲击响应值的实部和虚部；

将小波去噪处理后得到的信道估计时域冲击响应值的实部和虚部合并，得到去噪后的信道估计时域冲击响应值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将小波去噪处理后得到的信道估计时域冲击响应值的实部和虚部合并的步骤之后，还包括：

进行加窗去噪处理。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

对所述去噪后的信道估计时域冲击响应值做快速傅立叶变换得到信道估计频域冲击响应值。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述获得含噪导频位的信道估计时域冲击响应值，包括：获得含噪导频位的信道估计频域冲击响应值，对所述含噪导频位的信道估计频域冲击响应值进行快速傅里叶逆变换。

5.一种OFDM信道估计装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于提取导频信息，获得含噪导频位的信道估计时域冲击响应值；

分解模块，用于提取含噪导频位的信道估计时域冲击响应值的实部和虚部；

小波去噪模块，用于对所述含噪导频位的信道估计时域冲击响应值的实部和虚部分别进行小波去噪处理；所述小波去噪处理包括：对含噪信道估计的时域冲击响应的实部和虚部做小波分解；选择合适的阈值和阈值函数，对小波系数进行阈值处理；用阈值处理后的小波系数进行小波重构，得到小波去噪处理后的信道估计时域冲击响应值的实部和虚部；

合并模块，用于将小波去噪处理后得到的信道估计时域冲击响应值的实部和虚部合并，得到去噪后的信道估计时域冲击响应值。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括：

加窗处理模块，用于对所述合并模块输出的信道估计时域冲击响应值作加窗去噪处理，得到加窗去噪后的信道估计时域冲击响应值。

7.如权利要求5或6所述的装置，其特征在于，还包括：

频域冲击响应值模块，用于对所述合并模块或者加窗处理模块输出的信道估计时域冲击响应值做快速傅立叶变换得到信道估计频域冲击响应值。

8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，

所述获取模块，用于获得含噪导频位的信道估计频域冲击响应值，对所述获得的含噪导频位的信道估计频域冲击响应值进行快速傅里叶逆变换得到含噪导频位的信道估计时域冲击响应值。

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