CN102664839B - 信道估计方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种信道估计的方法，包括：循环Barker相关器上保存的本地Barker序列中的-1设置为0，符号判决模块接收第一Barker相关器输出的第一前导数据符号，接收第二Barker相关器输出的第二前导数据符号，所述第一前导数据符号和第二前导数据符号相邻；乘积模块将所述符号判决模块输出的结果与循环Barker相关器输出的相关结果相乘后得到信道估计响应，然后输出给时域信道存储器；所述时域信道存储器接收所述乘积模块输出的信道估计响应，并进行平均，所述平均后的结果即为降低噪声后的信道估计响应。本发明实施例以很少的硬件资源和很低的计算复杂度提供了一种信道估计的方法和装置。

Description

信道估计方法及装置

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种信道估计方法及装置。

背景技术

无线通信系统中，信号都不可避免的受到地形或者障碍物的影响而导致多径失真。时变信道脉冲响应通常表示为时域离散的FIR滤波器形式：因此接收到的宽带信号中通常都会存在复杂的多径干扰，在频域上表现为频域选择性衰落，通常接收机都必须通过均衡操作来消除多径的影响。

多径信道通常都存在一条最强的路径称为主径，位置有可能在最前面，也有可能在中间某个位置，最强径前面的多径称为前向多径，最强径后面的多径称为后向多径，于是整个多径传输环境是由前径、主径、后径三个部分组成，共同影响了系统传输的性能。

无线局域网802.11b的帧结构如图1所示，主要包括前导序列，帧头序列和数据序列这三个部分，1Mbps的前导数据经DBPSK调制后Barker(巴克)扩频传输，随后的帧头数据部分速率可以是1Mbps或者2Mbps，分别经过DBPSK或者DQPSK调制后Barker扩频传输，有效数据部分可以以1Mbps，2Mbps，5.5Mbps和11Mbps这四种速率传输。

802.11b系统的信道估计通常都要在前导序列接收期间完成，前导序列分长帧和短帧两种帧格式，长帧前导序列的持续时间为144微秒，短帧前导序列的持续时间为72微秒，分别对应144和72个前导比特。前导比特又可以分成同步比特和检测比特，长帧的同步比特为128个连续的1，短帧的同步比特为56个连续的0，检测比特长度为16，长帧和短帧有着不同的检测比特。接收机通过识别检测比特来判断前导序列的结束以及该帧是长帧还是短帧。所有的前导比特经过一个扰码模块消除长串的0和1以加强随机性，然后经过DBPSK调制得到同样长度的前导符号，DBPSK调制表参见表1，然后每个前导符号经过长度为11的Barker序列b_k＝[+1-1+1+1-1+1+1+1-1-1-1]扩频以后进行传输。这样速率为1M的前导数据经过调制和Barker序列扩频后就得到了速率为11M的前导序列。

表1：DBPSK调制表

输入比特	0	1
			相位变化	0	π

802.11b系统的信道估计通常利用Barker码的相关性来完成，标准中规定的Barker序列的自相关函数表示为 $R\left(k\right)=\left\{\begin{array}{c}11,k=0\\ -1,k\≠0\end{array}\right.,$ 因此当本地Barker码与接收序列中的Barker码对齐的时候匹配结果出现峰值，如果没有对齐则相关结果较小。

与许多其他伪随机序列一样，Barker序列本身并不是完全正交的，这从自相关函数不难看出，从而导致直接利用本地Barker码匹配不能得到准确的信道估计响应。

发明内容

本发明以很少的硬件资源和很低的计算复杂度提供了一种信道估计的方法和装置。

本发明提供了一种实现序列正交性的方法，包括：

将本地相关器保存的第一序列中数量较少的符号设置为0，设置后的序列称为第二序列；

所述本地相关器将接收到的序列与保存在本地的第二序列进行相关，所述本地相关器输出的结果即为获得完全正交性的结果。

本发明提供了一种信道估计的方法，包括：

循环Barker相关器上保存的本地Barker序列中的-1设置为0，

符号判决模块接收第一Barker相关器输出的第一前导数据符号，接收第二Barker相关器输出的第二前导数据符号，所述第一前导数据符号和第二前导数据符号相邻；

乘积模块将所述符号判决模块输出的结果与循环Barker相关器输出的相关结果相乘后得到信道估计响应，然后输出给时域信道存储器；

所述时域信道存储器接收所述乘积模块输出的信道估计响应，并进行平均，所述平均后的结果即为降低噪声后的信道估计响应。

本发明提供了一种信道估计的装置，包括：

第一Barker相关器，第二Barker相关器，循环Barker相关器，接收序列存储器，符号判决模块，乘积模块以及时域信道存储器，其中

所述第一Barker相关器，用于将接收序列存储器中的前一个Barker序列与本地保存的原始Barker序列进行相关，输出第一前导数据符号给所述符号判决模块；

所述第二Barker相关器，用于将接收序列存储器中的后一个Barker序列与本地保存的原始Barker序列进行相关，输出第二前导数据符号给所述符号判决模块；

所述符号判决模块，用于将接收到的所述第一前导数据符号和第二前导数据符号进行比较，并输出判决结果给乘积模块，

所述循环Barker相关器，用于选择接收序列存储器中前一个Barker序列和后一个Barker序列的部分序列循环相关后发送给所述乘积模块；

所述乘积模块，用于将所述符号判决模块的输出结果和所述循环Barker相关器的输出结果相乘以后得到信道估计响应输出给所述时域信道存储器；

所述时域信道存储器，用于将多次得到信道响应进行平均以降低噪声的影响。

本发明实施例所提供的方法和装置，在进行本地Barker序列循环相关之前，先将本地保存的Barker序列进行转换，这样循环相关后的结果就能获得完全正交性，降低了信道估计结果的噪声干扰，保证了信道估计结果的准确性。

附图说明

图1为802.11b物理层传输帧结构示意图；

图2为本发明实施例信道估计装置的结构图；

图3为直接利用原始Barker序列进行相关得到的结果；

图4为本发明实施例中利用本地置零转换后的Barker序列进行相关得到的结果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例所提供的方法和装置进行详细的描述。

实施例一：

本发明实施例提供了一种实现序列正交性的方法，包括：

101、将本地相关器保存的第一序列中数量较少的符号设置为0，设置后的序列称为第二序列；

102、所述本地相关器接收到的序列与保存在本地的第二序列进行相关，所述本地相关器输出的结果即为获得完全正交性的结果。

在本发明的另外一个实施例中，所述将本地相关器保存的第一序列中数量较少的符号设置为0，包括：

当第一序列中的符号是+1或者-1时，如果+1的个数比-1多一个，则将-1设置为0；或者

如果-1的个数比+1多一个，则将+1设置为0。

在本发明的另外一个实施例中，所述第一序列是Barker序列或者m序列。

本发明实施例中，可以对原始Barker序列稍作处理，即在进行循环Barker相关时将本地Barker序列中的-1设置为0，然后再将设置为0以后的本地序列与接收到的Barker序列进行循环相关，这样的相关结果就消除了非完全正交性，不再需要任何额外的处理。其中当第一序列是802.11b中的Barker序列时，所述Barker序列为：b_k＝[+1-1+1+1-1+1+1+1-1-1-1]，则所述第二序列可以表示为：g_k＝[+10+1+10+1+1+1000]。

而在实际中，其他的很多伪随机序列都可以利用这个方式来进行处理，比如最常见的m序列，m序列是周期序列，周期长度为2^m-1，每个周期中+1和-1的总数相差1个。如果是+1的个数比-1的个数多1个，那就在相关时将本地序列中的-1设置为0；如果+1的个数比-1少1个，那就在相关时将本地序列中的+1设置0，通过这种处理就可以获得完全正交的相关结果。

实施例二：

本发明实施例提供了一种信道估计的方法，包括：

200、将循环Barker相关器上保存的本地Barker序列中的-1设置为0，

如果原来保存的本地Barker序列表示为b_k，b_k＝[+1-1+1+1-1+1+1+1-1-1-1]，则转换后的Barker序列为g_k，g_k＝[+10+1+10+1+1+1000]。

202、符号判决模块接收第一Barker相关器输出的第一前导数据符号，接收第二Barker相关器输出的第二前导数据符号，所述第一前导数据符号和第二前导数据符号相邻；

其中：信道估计操作通常必须在前导序列接收期间完成，在信道估计开始前，接收机需要完成定时同步，本发明实施例假设接收机已经定时同步到了最强径位置，也就是说，接收到的前一个Barker序列和后一个Barker序列分别在第一Barker相关器和第二Barker相关器中与本地Barker序列相关之后正好输出前后两个相邻的前导数据符号，即第一前导数据符号和第二前导数据符号；

在本发明的另外一个实施例中，所述第一Barker相关器将接收到的前一个Barker序列与本地Barker序列进行匹配，所述匹配公式为：其中L为本地Barker序列的长度，L＝11，b_k(k＝0，1，...，L-1)表示本地Barker序列，r_n+k(k＝0，1，...，L-1)为接收到的前一个Barker序列。

在本发明的另外一个实施例中，所述第二Barker相关器将接收到的后一个Barker序列与本地Barker序列进行匹配，所述匹配公式为：其中L为本地Barker序列的长度，L＝11，b_k(k＝0，1，...，L-1)表示本地Barker序列，r_n+L+k(k＝0，1，...，L-1)为接收到的后一个Barker序列。

204、乘积模块将所述符号判决模块输出的结果与所述循环Barker相关器输出的相关结果相乘后得到信道估计响应，然后输出给时域信道存储器；

在本发明的另外一个实施例中，所述符号判决模块输出的结果为0、+1或-1，其中：

当所述第一前导数据符号和第二前导数据符号不同时，输出结果为0；

当所述第一前导数据符号和第二前导数据符号都为-1时，输出结果为-1；

当所述第一前导数据符号和第二前导数据符号都为+1时，输出结果为+1。

其中循环Barker相关器选择接收到的前一个Barker序列和后一个Barker序列中的部分序列进行循环相关，具体包括：

将对齐的后一个Barker序列提前n个点(n＝0，1，...，L-1)，取出对应的一段与Barker序列长度相同的序列，记为(r₀，r₁，...，r_L-1)

所述循环Barker相关器将本地转换后的第二Barker序列g_k和(r₀，r₁，...，r_L-1)进行循环相关，其中

所述循环相关的公式为：(n＝0，1，2，...，L-1)，其中mod(L)表示对L取模，g_k为循环barker相关器中经过转换后的第二Barker序列，g_k＝[+10+1+10+1+1+1000]。

需要说明的是：事实上，利用本发明方法进行正确进行信道估计的前提是相邻的两个前导数据符号必须相同，因此相邻的两个前导数据符号不一样时，符号判决模块输出值为0，这样这部分结果就被丢弃了。此外两个相邻的前导数据符号有可能取-1或者+1，因此相应的符号判决模块也会输出-1或者+1来补偿。

206、时域信道存储器接收所述乘积模块输出的信道估计响应，并进行平均，所述平均后的结果即为降低噪声后的信道估计响应。

估计出来的信道响应送入时域信道存储器并将进行累加取平均以充分降低噪声的影响，从而可以得到更加准确的信道脉冲响应。

其中，如果不将本地Barker序列进行转换来进行信道估计，即按照公式(n＝0，1，2，...，10)直接用原始Barker序列的相关结果没有消除Barker序列本身的非完全正交性，如图3所示，除了峰值11之外其他值都是-1而不是0，即当k＝0时，R(k)＝11，当k＝其他时，R(k)＝-1，许多其他伪随机序列的自相关性也存在这个问题。

本发明实施例通过对原始Barker序列进行转换，即在进行循环Barker相关时将本地Barker序列中的-1设置为0，然后再将转换以后的序列与接收到的序列进行循环相关，这样的相关结果就消除了非完全正交性，不再需要任何额外的处理，如图4所示，除了峰值6以外，其他的都是0，即当k＝0时，R(k)＝6，当k＝其他时，R(k)＝0。

本发明实施例所提供的方法，在进行Barker本地相关循环之前，先将本地保存的Barker序列进行转换，这样循环后的结果就能实现完全正交性，保证了信道估计结果的正确性。

实施例三：

本发明实施例提供了一种信道估计的装置，包括：

第一Barker相关器301，第二Barker相关器302，循环Barker相关器303，接收序列存储器304，符号判决模块305，乘积模块306以及时域信道存储器307，其中

所述第一Barker相关器，用于将接收序列存储器中的前一个Barker序列与本地保存的原始Barker序列进行相关，输出第一前导数据符号给所述符号判决模块；

所述第二Barker相关器，用于将接收序列存储器中的后一个Barker序列与本地保存的原始Barker序列进行相关，输出第二前导数据符号给所述符号判决模块；

所述符号判决模块，用于将接收到的所述第一前导数据符号和第二前导数据符号进行比较，并输出判决结果给乘积模块，

所述循环Barker相关器，用于选择接收序列存储器中前一个Barker序列和后一个Barker序列的部分序列进行循环相关后发送给所述乘积模块；

所述乘积模块，用于将所述符号判决模块的输出结果和所述循环Barker相关器的输出结果相乘以后得到信道估计响应输出给所述时域信道存储器；

所述时域信道存储器，用于将多次得到信道响应进行平均以降低噪声的影响。

在本发明的另外一个实施例中，所述第一Barker相关器，第二Barker相关器使用原始的Barker序列，而循环Barker相关器使用转换后的Barker序列。

本发明实施例所提供的装置，在进行本地Barker序列循环相关之前，先将本地保存的Barker序列进行转换，这样循环相关后的结果就能实现完全正交性，保证了信道估计结果的正确性。

以上是本发明实施例一些较佳的实施方式而已，任何人在熟悉本领域技术的前提下，在不背离本发明的精神和不超出本发明涉及的技术范围的前提下，可以对本发明描述的细节作各种补充和修改。本发明的保护范围不限于实施例所列举的范围，本发明的保护范围以权利要求为准。

Claims (6)

1.一种信道估计的方法，其特征在于，包括：

循环Barker相关器上保存的本地Barker序列中的-1设置为0，

符号判决模块分别接收第一前导数据符号和第二前导数据符号，其中，前一个Barker序列和后一个Barker序列分别在第一Barker相关器和第二Barker相关器中与本地Barker序列相关，使得输出的第一前导数据符号和第二前导数据符号相邻；

乘积模块将所述符号判决模块输出的结果与循环Barker相关器输出的相关结果相乘后得到信道估计响应，然后输出给时域信道存储器；

所述符号判决模块输出的结果为0、+1或-1，其中：当所述第一前导数据符号和第二前导数据符号不同时，输出结果为0；当所述第一前导数据符号和第二前导数据符号都为-1时，输出结果为-1；当所述第一前导数据符号和第二前导数据符号都为+1时，输出结果为+1；

所述循环Barker相关器将接收到的前一个Barker序列和后一个Barker序列中的部分序列进行循环相关，具体包括：将对齐的后一个Barker序列提前n个点，所述n＝0，1，…，L-1，取出对应的一段与Barker序列长度相同的序列，记为(r₀，r₁，…，r_L-1)；所述循环Barker相关器将本地转换后的第二Barker序列和(r₀，r₁，…，r_L-1)进行循环相关，其中L为本地Barker序列的长度，L＝11；

所述时域信道存储器接收所述乘积模块输出的信道估计响应，并进行平均，所述平均后的结果即为降低噪声后的信道估计响应。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：所述第一Barker相关器将接收到的前一个Barker序列与本地保存的Barker序列进行相关，公式为：b_k表示本地Barker序列，其中k＝0，1，…，L-1，r_n+k为接收到的前一个Barker序列，其中k＝0，1，…，L-1，n＝0，1，…，L-1。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：所述第二Barker相关器将接收到的后一个Barker序列与本地的Barker序列进行相关，公式为：其中L为本地Barker序列的长度，L＝11，b_k表示本地Barker序列，其中k＝0，1，…，L-1，r_n+L+k为接收到的后一个Barker序列，其中k＝0，1，…，L-1，n＝0，1，…，L-1。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

所述循环相关的公式为：g_kr_(k-n)mod(L)，其中所述n＝0，1，…，L-1，mod(L)表示对L取模，g_k为循环barker相关器中经过转换后的第二Barker序列，g_k＝[+10+1+10+1+1+1000]。

5.一种信道估计的装置，其特征在于，包括：

第一Barker相关器，第二Barker相关器，循环Barker相关器，接收序列存储器，符号判决模块，乘积模块以及时域信道存储器，其中

所述第一Barker相关器，用于将接收序列存储器中的前一个Barker序列，与本地保存的原始Barker序列进行相关，输出第一前导数据符号给所述符号判决模块；

所述第二Barker相关器，用于将接收序列存储器中的后一个Barker序列，与本地保存的原始Barker序列进行相关，输出第二前导数据符号给所述符号判决模块；

所述符号判决模块，分别接收第一前导数据符号和第二前导数据符号，其中，前一个Barker序列和后一个Barker序列分别在第一Barker相关器和第二Barker相关器中与本地Barker序列相关，使得输出的第一前导数据符号和第二前导数据符号相邻；

所述循环Barker相关器，用于选择接收序列存储器中前一个Barker序列和后一个Barker序列的部分序列循环相关后发送给所述乘积模块；所述循环Barker相关器将接收到的前一个Barker序列和后一个Barker序列中的部分序列进行循环相关，具体包括：将对齐的后一个Barker序列提前n个点，所述n＝0，1，…，L-1，取出对应的一段与Barker序列长度相同的序列，记为(r₀，r₁，…，r_L-1)；所述循环Barker相关器将本地转换后的第二Barker序列和(r₀，r₁，…，r_L-1)进行循环相关，其中L为本地Barker序列的长度，L＝11；

所述乘积模块，用于将所述符号判决模块的输出结果和所述循环Barker相关器的输出结果相乘以后得到信道估计响应输出给所述时域信道存储器；

所述时域信道存储器，用于将多次得到信道响应进行平均以降低噪声的影响。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一Barker相关器，第二Barker相关器使用原始的Barker序列，而循环Barker相关器使用转换后的Barker序列。