CN102143098B - 一种正交频分复用系统中的信道估计方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种正交频分复用系统中的信道估计方法及装置，用于提高系统中信道估计的精度。本发明实施例方法通过生成泄漏矩阵，构造出时域滤波矩阵，然后使用该时域滤波矩阵对估计时域信道系数进行了线性滤波，并通过傅里叶变换得到了频域信道系数，使用该频域信道系数可以减少能量泄漏，提高系统中信道估计的精度。

Description

一种正交频分复用系统中的信道估计方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种正交频分复用系统中的信道估计方法及装置。

背景技术

正交频分复用（OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技术由于具有高的频谱效率以及简单的均衡结构抵抗频率选择性衰落的能力，在各种规范标准和一些新兴的无线多媒体通信应用中被广泛采用作为传输技术。

为保证OFDM系统在无线移动通信环境中的良好性能，接收机多采用相干检测的方式对传输信息进行恢复，由于相干检测需要接收机进行信道估计，因此，信道估计的性能对整个系统的性能起到至关重要的作用。OFDM系统中大多采用基于导频辅助的信道估计方式，主要分为块状导频和梳状导频的插入方式。其中，梳状导频方式是指在一个待发射的OFDM符号中选择出若干子载波放入接收端已知的导频数据，然后由接收端根据导频位置接收数据与已知导频来计算出信道参数的估计。在得到导频位置的信道参数后，系统需利用内插的方法来获取导频之间所有频点出的信道参数，内插的方式有时域内插和频域内插。其中基于离散傅立叶变换（DFT，Discrete FourierTransform）的方法属于时域内插法，需要导频具有等间距分布的插入方式，并且频域导频的数量要大于信道抽头的数量，保证频域过采样。

在实际的OFDM系统中设计大多采用虚拟子载波（VC，Virtual Carrier）构成过渡带以便于发送和接收滤波器的实现而不对传输数据产生影响，进而避免邻道干扰。虚拟子载波是OFDM符号中不发送任何数据的空闲载波，这些子载波的存在使梳状导频内插信道估计中导频位置不再满足等间距的条件，破坏了DFT/IDFT的正交性，从而对逆离散傅立叶变换（IDFT，InverseDiscrete Fourier Transform）后时域信道响应造成影响，这种影响称为“泄漏”（leakage）：即原本能量集中的信道冲击响应（CIR，Impulse response ofchannel）在整个符号内扩散，这种扩散导致了对信道估计精度的下降。

在现有技术的OFDM系统中，在使用DFT内插的信道估计方法时通过分析发现在靠近虚拟子载波频点附近的几个梳状导频之间的频点处泄漏对估计出的信道响应影响最大，这些泄漏的影响是由虚拟子载波中的信道响应产生的。利用这些明显的影响，系统设计在已经插好的梳状导频的基础上再挑选临近虚拟子载波附近的三至四组梳状导频正中间的频点再插入一些导频，利用这些新近插入的导频可以用最小二乘信道估计方法得到这些频点处的信道响应，并估计出存在泄漏时这些频点处的信道响应，两者相减可以得到这些频点处的具体泄漏的大小；利用这些泄漏可以最终估计出虚拟子载波频点中对应位置中的信道系数，从而在频域中利用恢复矩阵来恢复梳状导频等间距的条件，接着再使用DFT内插的信道估计方法进行新的信道估计内插。

但是，现有技术中的处理方式需要再插入额外的导频资源，降低了频谱利用率，并且另外现有技术的处理方式中恢复矩阵对噪声十分敏感，导致恢复的信道频率响应并不准确，不能有效地消除能量泄漏，系统中信道估计的性能没有得到提高。

发明内容

本发明实施例提供了一种正交频分复用系统中的信道估计方法及装置，用于提高系统中信道估计的精度。

本发明实施例提供的正交频分复用系统中的信道估计方法，包括：接收OFDM符号，其中，OFDM符号包括导频子载波，数据子载波和虚拟子载波，导频子载波是以相等数目子载波间隔的方式插入到数据子载波中的；根据导频子载波的插入格式，获得在导频子载波位置的估计频域信道系数；根据估计频域信道系数，获取估计时域信道系数；计算出每一个估计时域信道系数的能量，将每一个估计时域信道系数的能量作为一个对角方阵的对角线元素，构成估计时域信道系数的相关矩阵；由OFDM符号中的帧头信息获取估计噪声功率；根据导频子载波的间隔和导频子载波的数目，生成估计时域信道系数的泄漏矩阵，所述根据所述导频子载波的间隔和所述导频子载波的数目，生成估计时域信道系数的泄漏矩阵具体为如下方式：

获取到的泄漏矩阵S为

的矩阵，所述泄漏矩阵的第l行第q列的元素为

${\left[S\right]}_{\mathrm{lq}}=\frac{\sin \left[\frac{\mathrm{\π}{D}_p}{N}{N}_p^{\mathrm{half}}(l-q)\right]}{\sin \left[\frac{{\mathrm{\πD}}_p}{N}(l-q)\right]}{e}^{j\frac{\mathrm{\π}{D}_p}{N}(N_p^{\mathrm{half}}-1)(l-q)}[1+e^{j\frac{2\mathrm{\π}{D}_p}{N}(N_p^{\mathrm{vc}}+N_p^{\mathrm{half}})(l-q)}]$

其中，D_p为导频子载波间隔，

为频域导频子载波数量的一半，N为OFDM符号中的子载波总数，

是导频按照D_p间隔分布时虚拟子载波中能容纳的导频数量；

根据估计噪声功率，估计时域信道系数的相关矩阵和估计时域信道系数的泄漏矩阵，获取到时域滤波矩阵；使用时域滤波矩阵对估计时域信道系数进行时域线性滤波，得到滤波后的时域信道系数，对滤波后的时域信道系数进行离散傅里叶变换得到频域信道系数。

本发明实施例提供的正交频分复用系统中的信道估计装置，包括：OFDM符号接收模块，用于接收OFDM符号，其中，OFDM符号包括导频子载波，数据子载波和虚拟子载波，导频子载波是以相等数目子载波间隔的方式插入到数据子载波中的；估计频域信道系数获取模块，用于根据导频子载波的插入格式，获得在导频子载波位置的估计频域信道系数；估计时域信道系数获取模块，用于根据估计的频域信道系数，获取估计时域信道系数；相关矩阵获取模块，用于计算出每一个估计时域信道系数的能量，将每一个估计时域信道系数的能量作为一个对角方阵的对角线元素，构成估计时域信道系数的相关矩阵；估计噪声功率获取模块，用于由OFDM符号中的帧头信息获取估计噪声功率；泄漏矩阵获取模块，用于根据导频子载波的间隔和导频子载波的数目，生成估计时域信道系数的泄漏矩阵，所述根据所述导频子载波的间隔和所述导频子载波的数目，生成估计时域信道系数的泄漏矩阵具体为如下方式：

获取到的泄漏矩阵S为的矩阵，所述泄漏矩阵的第l行第q列的元素为

${\left[S\right]}_{\mathrm{lq}}=\frac{\sin \left[\frac{\mathrm{\π}{D}_p}{N}{N}_p^{\mathrm{half}}(l-q)\right]}{\sin \left[\frac{{\mathrm{\πD}}_p}{N}(l-q)\right]}{e}^{j\frac{\mathrm{\π}{D}_p}{N}(N_p^{\mathrm{half}}-1)(l-q)}[1+e^{j\frac{2\mathrm{\π}{D}_p}{N}(N_p^{\mathrm{vc}}+N_p^{\mathrm{half}})(l-q)}]$

其中，D_p为导频子载波间隔，

为频域导频子载波数量的一半，N为OFDM符号中的子载波总数，是导频按照D_p间隔分布时虚拟子载波中能容纳的导频数量；

时域滤波矩阵获取模块，用于根据估计噪声功率，估计时域信道系数相关矩阵和估计时域信道系数的泄漏矩阵，获取到时域滤波矩阵；频域信道系数获取模块，用于使用时域滤波矩阵对估计时域信道系数进行时域线性滤波，得到滤波后的时域信道系数，对滤波后的时域信道系数进行离散傅里叶变换得到频域信道系数。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

在本发明实施例中，通过生成泄漏矩阵，构造出时域滤波矩阵，然后使用该时域滤波矩阵对估计时域信道系数进行了线性滤波，并通过傅里叶变换得到了频域信道系数，由于该频域信道系数为使用时域滤波矩阵进行线性滤波的估计时域信道系数的傅里叶变换结果，即该频域信道系数相对于估计频域系数而言是经过估计修正的，使用该频域信道系数可以减少能量泄漏，提高系统中信道估计的精度。

附图说明

图1是本发明实施例中正交频分复用系统中的信道估计方法一个实施例示意图；

图2是本发明实施例中正交频分复用系统中的信道估计方法中一个OFDM符号中插入导频子载波的示意图；

图3是本发明实施例中正交频分复用系统中的信道估计方法的信道估计均方误差示意图；

图4是本发明实施例中正交频分复用系统中的信道估计方法的系统误码率性能示意图；

图5是本发明实施例中正交频分复用系统中的信道估计装置一个实施例示意图；

图6是本发明实施例中正交频分复用系统中的信道估计装置的一个总体框图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种正交频分复用系统中的信道估计方法及装置，用于提高系统中信道估计的精度。

请参阅图1，本发明实施例中正交频分复用系统中的信道估计方法一个具体实施例包括：

101、接收OFDM符号；

在一带有虚拟子载波的OFDM宽带无线传感器网络中，作为信宿节点的接收端首先接收到作为信源节点的发射端发送的OFDM符号，其中，OFDM符号包括导频子载波，数据子载波和虚拟子载波，导频子载波在每个频域OFDM符号中以相等数目子载波间隔的方式插入到数据子载波中，虚拟子载波中不插入导频子载波。

需要说明的是，在本发明实施例中，将导频子载波插入到数据子载波中可以采用以梳状导频方式，或，也可以采取以块状导频方式，具体由用户配置的宽带无线传感器网络环境决定，此处不作限定。另外，在本发明实施例中，OFDM符号的子载波配置方式，即导频子载波，数据子载波和虚拟子载波的数量的比例由系统设计带宽、多径环境下的可分径数目、数据传输的速率等参数指标决定。

102、获得在导频子载波位置的估计频域信道系数；

根据步骤101获取到的导频子载波的插入格式，可以获取到在每一个导频子载波位置的估计频域信道系数，在本发明实施例中可以由具体的宽带无线传感器网络环境决定采取不同的方式获取到估计频域信道系数，例如，可以使用最小二乘信道估计方法获取导频所在位置的估计频域信道系数，但也可以采取其它的实现方式，此处不作限定。

103、获取估计时域信道系数；

根据步骤102中获取到的估计频域信道系数，可以获取到估计时域信道系数，其中，估计时域信道系数也就是时域中有效地时延位置的可分径系数，其按系统采样时间为单位确定的长度为L，在确定时域信道系数的长度L时可以使用确定信道有效时延位置可分径个数的方法，本发明将在后续实施例中作出介绍。

104、构造估计时域信道系数的相关矩阵；

当获取到估计时域信道系数之后，计算出每一个估计时域信道系数的能量，将每一个估计时域信道系数的能量作为一个对角方阵的对角线元素，构造出估计时域信道系数的相关矩阵。

105、计算估计噪声功率；

在本发明实施例中，可以根据OFDM符号中的帧头信息，计算出估计噪声功率。

106、生成估计时域信道系数的泄漏矩阵；

其中，泄漏矩阵由子载波配置参数决定，如导频子载波的间隔和导频子载波的数目，泄漏矩阵表示的是OFDM系统中信道能量损失以矩阵表现出来的结果。

107、获取时域滤波矩阵；

根据上述步骤中获取到的估计噪声功率，估计时域信道系数的相关矩阵和估计时域信道系数的泄漏矩阵，可以计算得到时域滤波矩阵，时域滤波矩阵相当于泄漏矩阵的伪逆，对估计时域信道系数进行线性滤波，可以降低泄漏矩阵的影响。

108、获取频域信道系数；

当获取到时域滤波矩阵之后，使用该时域滤波矩阵对步骤103中获取到的估计时域信道系数进行时域线性滤波，得到滤波后的时域信道系数，并对滤波后的时域信道系数进行离散傅里叶变换得到频域信道系数，然后，可以使用该频域信道系数对接收到的频域数据子载波进行均衡处理。

在本发明实施例中，通过生成泄漏矩阵，构造出时域滤波矩阵，然后使用该时域滤波矩阵对估计时域信道系数进行了线性滤波，并通过傅里叶变换得到了频域信道系数，由于该频域信道系数为使用时域滤波矩阵进行线性滤波的估计时域信道系数的傅里叶变换结果，即该频域信道系数相对于估计频域系数而言是经过估计修正的，使用该频域信道系数可以减少能量泄漏，提高系统中信道估计的精度。

如下举具体实例对本发明实施例进行描述：

在一带有虚拟子载波采用梳状导频插入方式的OFDM宽带无线传感器网络中，首先如图2所示，一个OFDM符号有N个子载波，其中用于传输数据的有效子载波数目为N_u，整个频段中部空闲出的子载波为虚拟子载波，以等间距梳状的方式从直流频点开始将导频数据插入到OFDM符号里，在图2中导频子载波均匀分布在两段数据子载波间，而虚拟子载波中没有导频子载波，设导频的间距为D_p，两段数据子载波中导频数目分别为与是导频按照D_p间隔分布时虚拟子载波中能容纳的导频数量，整个OFDM符号中数据子载波的集合为Φ_u（card(Φ_u)=N_u），导频子载波的集合为

虚拟子载波的集合为Φ_vc（card(Φ_vc)=N_vc），满足

该OFDM符号被作为信宿节点的接收端接收到以后，首先经过离散傅里叶变换到频域，其中，第i个子载波上的数据可以表示为：

Y_n(i)=H_n(i)X_n(i)+N_n(i)，i∈Φ_u∪Φ_p

其中，n表示时间上的第n个OFDM符号；X_n(i)是OFDM符号中第i个子载波上的发送数据，设置其具有单位能量；H_n(i)是第i个子载波上的频域信道响应，N_n(i)是复高斯随机噪声，均值为0，方差为

使用最小二乘信道估计方法获取导频所在位置的估计频域信道系数，通过如下方式：

${\tilde{H}}_{\mathrm{LS}}^p\left({\mathrm{kD}}_p\right)=X_n^{-1}\left({\mathrm{kD}}_p\right)\·Y_n\left({\mathrm{kD}}_p\right)=H_n\left({\mathrm{kD}}_p\right)+\frac{N_n\left({\mathrm{kD}}_p\right)}{X_n\left({\mathrm{kD}}_p\right)}=H_n\left({\mathrm{kD}}_p\right)+N_n^{\′}\left({\mathrm{kD}}_p\right)$

其中kD_p∈Φ_p， $0\≤k\≤N_p^L-1\∪N_p^{\mathrm{vc}}+N_p^L\≤k\≤N_p^{\mathrm{vc}}+N_p^L+N_p^R-1,$

是导频处的估计频域信道系数，是导频按照D_p间隔分布时虚拟子载波中能容纳的导频数量，

是一个OFDM符号中的导频子载波的数目，并且 $N_p^{\mathrm{half}}=N_p^L=N_p^R.$

然后，将其他子载波位置的信道系数置0，再对在相应导频子载波位置上的频域信道系数及其他子载波位置的信道系数实施长度为OFDM符号长度的逆离散傅里叶变换，再将得到的结果乘以一个功率归一化系数

得到估计时域信道系数 ${\tilde{h}}_{\mathrm{LS}}=\{{\tilde{h}}_{\mathrm{LS}}(0,n),{\tilde{h}}_{\mathrm{LS}}(1,n),...,{\tilde{h}}_{\mathrm{LS}}(L-1,n)\},$

${\tilde{h}}_{\mathrm{LS}}(l,n)=\frac{1}{\sqrt{(N_p^L+N_p^R)L}}\underset{i\∈{\mathrm{\Φ}}_p}{\mathrm{\Σ}}{\tilde{H}}_{\mathrm{LS}}^p(i,n)e^{j\frac{2\mathrm{\π}}{N}\mathrm{il}}$

其中，

为估计时域信道系数；l表示第l个可分径；L表示总的可分径数量；其中n表示时间上的第n个OFDM符号，估计时域信道系数也就是时域的可分径系数，其按系统采样时间为单位确定的长度为L。

在得到所在OFDM符号中的估计时域信道系数后，对估计时域信道系数的每一径做取模运算，得到能量： ${\mathrm{\ξ}}_{\mathrm{path}}=\{{\left|{\tilde{h}}_{\mathrm{LS}}(0,n)\right|}^2,{\left|{\tilde{h}}_{\mathrm{LS}}(1,n)\right|}^2,...,{\left|{\tilde{h}}_{\mathrm{LS}}(L-1,n)\right|}^2\},$ 将这些能量作为一个对角方阵的对角线元素构成估计时域信道系数的相关矩阵R_h：

然后，由OFDM符号的帧头信息，作为信宿节点的接收端计算出估计噪声功率值

根据导频子载波的间隔和导频子载波的数目，生成估计时域信道系数的泄漏矩阵，具体通过如下方式：

获取到的泄漏矩阵S为

的矩阵，其第l行第q列的元素为

${\left[S\right]}_{\mathrm{lq}}=\frac{\sin \left[\frac{\mathrm{\π}{D}_p}{N}{N}_p^{\mathrm{half}}(l-q)\right]}{\sin \left[\frac{{\mathrm{\πD}}_p}{N}(l-q)\right]}{e}^{j\frac{\mathrm{\π}{D}_p}{N}(N_p^{\mathrm{half}}-1)(l-q)}[1+e^{j\frac{2\mathrm{\π}{D}_p}{N}(N_p^{\mathrm{vc}}+N_p^{\mathrm{half}})(l-q)}]$

其中，D_p为导频子载波间隔，

为频域导频子载波数量的一半，N为OFDM符号中的子载波总数。泄漏矩阵中的每个元素由能量泄漏部分和相位旋转因子部分组合而成。

根据估计噪声功率，估计时域信道系数的相关矩阵和估计时域信道系数的泄漏矩阵确定基于最小均方误差准则的时域滤波矩阵；在确定时域滤波矩阵时，可采用以下方法：对估计时域信道系数采用基于最小均方误差准则的滤波：

${\hat{h}}_{\mathrm{mmse}}=W{\tilde{h}}_{\mathrm{LS}}$

其中，

是最小均方误差准则滤波后的时域信道系数，W是滤波矩阵，

为估计时域信道系数；

带入如下公式：

${\tilde{h}}_{\mathrm{LS}}=\frac{1}{\sqrt{2N_p^{\mathrm{half}}L}}\mathrm{Sh}+N_T$

其中，h为原始时域信道系数，N_T为估计噪声；

可得，

${\tilde{h}}_{\mathrm{mmse}}=\frac{1}{\sqrt{2N_p^{\mathrm{half}}L}}\mathrm{WSh}+W{N}_T$

以这个式子为基础通过找到最佳均方误差来获得滤波矩阵：

$\mathrm{mse}=\mathrm{tr}\left\{E\right[(h-{\hat{h}}_{\mathrm{mmse}}){(h-{\hat{h}}_{\mathrm{mmse}})}^H\left]\right\}/L$

其中，mse为均方误差，tr{}为矩阵的迹。通过最小化这个均方误差mse，可以得到的滤波矩阵为：

${\tilde{W}}_{\mathrm{mmse}}=\frac{1}{\sqrt{2N_p^{\mathrm{half}}L}}{R}_h{S}^H\·{(\frac{1}{2N_p^{\mathrm{half}}L}{\mathrm{SR}}_h{S}^H+{\mathrm{\σ}}_N^{2}I)}^{-1}$

其中L为统计可分径的数目，为复高斯随机噪声的方差，即噪声的能量，I为的单位矩阵。将前述步骤中得到的估计时域信道系数的相关矩阵，泄漏矩阵，估计噪声功率及以上的系统参数带入时域滤波矩阵的表达式中可以得到具体的时域滤波矩阵。

作为信宿节点的接收端使用所确定的时域滤波矩阵对估计时域信道系数进行时域线性滤波，再对滤波后的估计时域信道系数进行离散傅立叶变换得到频域信道系数，使用该频域信道系数对所接收到的频域数据子载波进行均衡处理。

请参阅图3，为通过上述实施例的正交频分复用系统中的信道估计方法的信道估计均方误差示意图，为了说明本发明实施例能够提高系统的信道估计的精度，特将无虚拟子载波采用梳状导频并用离散傅里叶变换内插方法的信道估计均方误差和现有技术中插入额外的三至四组梳状导频然后利用最小平方信道估计均方误差进行了比较，并给出了均方误差的下界，由图3中可以看出采用本发明实施例的信道估计方法进行的信道估计精度要比无虚拟子载波情况下更高，并且本发明的方法在信道估计均方误差最小的意义上是最优的。

再请参见图4，为采用本发明实施例的信道估计方法的系统误码率（BER，Bit Error Rate）性能示意图，为了说明本发明实施例能够提高系统的信道估计的精度，特将无虚拟子载波采用梳状导频并用离散傅里叶变换内插方法的BER性能和现有技术中插入额外的三至四组梳状导频然后利用最小平方信道估计的BER性能进行了比较，从图4中可以看出，采用本发明实施例的信道估计方法，系统BER性能要明显优于无虚拟子载波方法。

以上内容对本发明实施例中的正交频分复用系统中的信道估计方法进行了描述，下面对正交频分复用系统中的信道估计装置进行描述，请参阅图5，本发明实施例的正交频分复用系统中的信道估计装置的一个例子包括：

OFDM符号接收模块501，用于接收OFDM符号，其中，OFDM符号包括导频子载波，数据子载波和虚拟子载波，导频子载波是以相等数目子载波间隔的方式插入到OFDM符号的数据子载波中的；

估计频域信道系数获取模块502，用于根据导频子载波的插入格式，获得在导频子载波位置的估计频域信道系数；

估计时域信道系数获取模块503，用于根据估计的频域信道系数，获取估计时域信道系数；

相关矩阵获取模块504，用于计算出每一个估计时域信道系数的能量，将每一个估计时域信道系数的能量作为一个对角方阵的对角线元素，构成估计时域信道系数相关矩阵；

估计噪声功率获取模块505，用于由OFDM符号中的帧头信息获取估计噪声功率；

泄漏矩阵获取模块506，用于根据导频子载波的间隔和导频子载波的数目，生成估计时域信道系数的泄漏矩阵；

时域滤波矩阵获取模块507，用于根据估计噪声功率，估计时域信道系数相关矩阵和估计时域信道系数的泄漏矩阵，获取到时域滤波矩阵；

频域信道系数获取模块508，用于使用时域滤波矩阵对估计时域信道系数进行时域线性滤波，得到滤波后的时域信道系数，对滤波后的时域信道系数进行离散傅里叶变换得到频域信道系数。

在本发明实施例中，正交频分复用系统中的信道估计装置通过生成泄漏矩阵，构造出时域滤波矩阵，然后使用该时域滤波矩阵对估计时域信道系数进行了线性滤波，并通过傅里叶变换得到了频域信道系数，由于该频域信道系数为使用时域滤波矩阵进行线性滤波的估计时域信道系数的傅里叶变换结果，即该频域信道系数相对于估计频域系数而言是经过估计修正的，使用该频域信道系数可以减少能量泄漏，提高系统中信道估计的精度。

在本发明实施例中，图5所示的正交频分复用系统中的信道估计装置为正交频分复用系统中的信道估计方法对应的虚拟装置实施例，是为了示例和描述起见而给出的，而不是无遗漏的或者将本发明限定于公开的形式，很多修改和变化对本领域的技术人员而言是显然易见的，例如在实际应用场景中，各模块之间的组合和变换可根据具体的硬件实现而不同。如图6，为本发明实施例中正交频分复用系统中的信道估计装置的总体框图：

接收前端处理模块601，用于对接收到的OFDM符号进行模数转换（A/D，Analog/Digital）、下采样滤波、自动增益控制、自动频偏控制、同步等处理；

噪声估计模块602，用于利用OFDM符号的帧头信息进行噪声功率估计；

解调模块603，用于对时域OFDM符号进行去掉循环前缀以及离散傅里叶变换处理到频域并提取导频数据；

信道估计模块604，用于对提取出的导频子载波位置的频率点进行基于最小二乘准则的信道估计；

逆傅里叶变换模块605，用于对估计信道频域信道系数进行逆傅里叶变换处理，得到估计时域信道系数；

时域信道相关模块606，用于对估计时域信道系数的每条径进行求取能量的处理得到估计时域信道系数的相关矩阵；

泄漏矩阵模块607，用于存储着由子载波配置参数决定的泄漏矩阵的系数；

时域滤波矩阵模块608，用于利用相关矩阵、泄漏矩阵以及估计噪声功率计算出基于最小均方误差准则的线性滤波矩阵；

时域滤波模块609，用于利用计算出的时域滤波矩阵对估计时域信道系数进行线性滤波；

傅里叶变换模块610，用于对滤波后的估计时域信道系数进行傅里叶变换到频域获得OFDM符号中每个频点的频域信道系数。

需要说明的是，以上实施例只是具体应用场景中的一种正交频分复用系统中的信道估计装置实现方式，各模块的组成也可以采取其它的实现方式，此处不作限定。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上对本发明所提供的一种正交频分复用系统中的信道估计方法及装置进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种正交频分复用系统中的信道估计方法，其特征在于，包括：

接收正交频分复用OFDM符号，所述OFDM符号包括导频子载波，数据子载波和虚拟子载波，所述导频子载波是以相等数目子载波间隔的方式插入到数据子载波中的；

根据所述导频子载波的插入格式，获得在导频子载波位置的估计频域信道系数；

根据所述估计频域信道系数，获取估计时域信道系数；

计算出每一个估计时域信道系数的能量，将所述每一个估计时域信道系数的能量作为一个对角方阵的对角线元素，构成估计时域信道系数的相关矩阵；

由所述OFDM符号中的帧头信息获取估计噪声功率；

根据所述导频子载波的间隔和所述导频子载波的数目，生成估计时域信道系数的泄漏矩阵，所述根据所述导频子载波的间隔和所述导频子载波的数目，生成估计时域信道系数的泄漏矩阵具体为如下方式：

获取到的泄漏矩阵S为

的矩阵，所述泄漏矩阵的第l行第q列的元素为

${\left[S\right]}_{\mathrm{lq}}=\frac{\sin \left[\frac{\mathrm{\π}{D}_p}{N}{N}_p^{\mathrm{half}}(l-q)\right]}{\sin \left[\frac{{\mathrm{\πD}}_p}{N}(l-q)\right]}{e}^{j\frac{\mathrm{\π}{D}_p}{N}(N_p^{\mathrm{half}}-1)(l-q)}[1+e^{j\frac{2\mathrm{\π}{D}_p}{N}(N_p^{\mathrm{vc}}+N_p^{\mathrm{half}})(l-q)}]$

其中，D_p为导频子载波间隔，

为频域导频子载波数量的一半，N为OFDM符号中的子载波总数，

是导频按照D_p间隔分布时虚拟子载波中能容纳的导频数量；

根据所述估计噪声功率，所述估计时域信道系数的相关矩阵和所述估计时域信道系数的泄漏矩阵，获取到时域滤波矩阵；

使用所述时域滤波矩阵对所述估计时域信道系数进行时域线性滤波，得到滤波后的时域信道系数，对所述滤波后的时域信道系数进行离散傅里叶变换得到频域信道系数。

2.根据权利要求1所述的正交频分复用系统中的信道估计方法，其特征在于，

将导频子载波以梳状导频方式插入到数据子载波中；

或，

将导频子载波以块状导频方式插入到数据子载波中。

3.根据权利要求1所述的正交频分复用系统中的信道估计方法，其特征在于，采用最小二乘信道估计方法获得在导频子载波位置的估计频域信道系数。

4.根据权利要求1所述的正交频分复用系统中的信道估计方法，其特征在于，所述根据所述估计频域信道系数，获取估计时域信道系数包括：

将除导频子载波位置以外的子载波位置的频域信道系数置0；

将所述导频子载波位置的估计频域信道系数以及除导频子载波位置以外的子载波位置的频域信道系数进行长度为OFDM符号长度的逆离散傅里叶变换，再乘以功率归一化系数，得到估计时域信道系数。

5.根据权利要求4所述的正交频分复用系统中的信道估计方法，其特征在于，所述功率归一化系数为

$\frac{1}{\sqrt{2N_p^{\mathrm{half}}L}}$

其中，

是导频子载波的数目，L是可分径的数目。

6.根据权利要求1所述的正交频分复用系统中的信道估计方法，其特征在于，所述根据所述估计噪声功率，所述估计时域信道系数的相关矩阵和所述估计时域信道系数的泄漏矩阵，获取到时域滤波矩阵是通过最小均方误差准则进行的。

7.根据权利要求6所述的正交频分复用系统中的信道估计方法，其特征在于，所述获取的时域滤波矩阵具体为

${\tilde{W}}_{\mathrm{mmse}}=\frac{1}{\sqrt{2N_p^{\mathrm{half}}L}}{R}_h{S}^H\·{(\frac{1}{2N_p^{\mathrm{half}}L}S{R}_h{S}^H+{\mathrm{\σ}}_N^{2}I)}^{-1}$

其中，

为频域导频子载波数量的一半，L为可分径的数目，

为复高斯随机噪声的方差，I为

的单位矩阵，所述R_h为所述估计时域信道系数的相关矩阵，所述S为所述泄漏矩阵。

8.一种正交频分复用系统中的信道估计装置，其特征在于，包括：

OFDM符号接收模块，用于接收OFDM符号，所述OFDM符号包括导频子载波，数据子载波和虚拟子载波，所述导频子载波是以相等数目子载波间隔的方式插入到数据子载波中的；

估计频域信道系数获取模块，用于根据所述导频子载波的插入格式，获得在导频子载波位置的估计频域信道系数；

估计时域信道系数获取模块，用于根据所述估计的频域信道系数，获取估计时域信道系数；

相关矩阵获取模块，用于计算出每一个估计时域信道系数的能量，将所述每一个估计时域信道系数的能量作为一个对角方阵的对角线元素，构成估计时域信道系数的相关矩阵；

估计噪声功率获取模块，用于由所述OFDM符号中的帧头信息获取估计噪声功率；

泄漏矩阵获取模块，用于根据所述导频子载波的间隔和所述导频子载波的数目，生成估计时域信道系数的泄漏矩阵，所述根据所述导频子载波的间隔和所述导频子载波的数目，生成估计时域信道系数的泄漏矩阵具体为如下方式：

获取到的泄漏矩阵S为的矩阵，所述泄漏矩阵的第l行第q列的元素为

${\left[S\right]}_{\mathrm{lq}}=\frac{\sin \left[\frac{\mathrm{\π}{D}_p}{N}{N}_p^{\mathrm{half}}(l-q)\right]}{\sin \left[\frac{{\mathrm{\πD}}_p}{N}(l-q)\right]}{e}^{j\frac{\mathrm{\π}{D}_p}{N}(N_p^{\mathrm{half}}-1)(l-q)}[1+e^{j\frac{2\mathrm{\π}{D}_p}{N}(N_p^{\mathrm{vc}}+N_p^{\mathrm{half}})(l-q)}]$

其中，D_p为导频子载波间隔，

为频域导频子载波数量的一半，N为OFDM符号中的子载波总数，

是导频按照D_p间隔分布时虚拟子载波中能容纳的导频数量；

时域滤波矩阵获取模块，用于根据所述估计噪声功率，所述估计时域信道系数相关矩阵和所述估计时域信道系数的泄漏矩阵，获取到时域滤波矩阵；

频域信道系数获取模块，用于使用所述时域滤波矩阵对所述估计时域信道系数进行时域线性滤波，得到滤波后的时域信道系数，对所述滤波后的时域信道系数进行离散傅里叶变换得到频域信道系数。

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