CN102957637B - 一种单载波频域均衡高速业务的信道估计方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及通信技术领域，特别是一种单载波频域均衡高速业务的信道估计方法和装置，所述方法包括：对接收的时域数据进行分离，将所述时域数据中的导频信号和有用数据提取M点取数，得到处理后的导频信号和处理后的有用数据；估计得到所述导频信号的时域信道；在所述导频信号的时域信道冲击响应之后进行补零处理，补零至所述有用数据的长度，得到估计的有用数据的时域信道；将得到的所述有用数据的时域信道变换到频域，得到所述有用数据的频域信道。本申请提供的技术方案估计得到的信道与数据真实信道非常接近，从而有效地避免了信道冲击响应尾部翘起的影响，信道估计准确，误差小，可以保证高速业务中信道的性能稳定可靠。

Description

一种单载波频域均衡高速业务的信道估计方法和装置

技术领域

本申请涉及通信技术领域，特别是涉及一种单载波频域均衡高速业务的信道估计方法和装置。

背景技术

在单载波系统中，高速业务往往会选择高阶调制的方式来提高系统的性能，例如16QAM(Quadrature Amplitude Modulation，正交调幅)、64QAM等高阶调制的方式。然而高阶调制对信道估计非常敏感，对信道估计的性能要求很高。

信道是发送端与接收端传送消息信号的通道，是消息信号传输的媒介。在消息信号传输过程中，消息信号会受到信道以及外来干扰的影响，使得信号出现一定程度的变形和失真。为了能够在接收端正确地解调出接收的信号，就需要进行信道估计。信道估计是根据一定的准则，尽可能准确的描述出信道对消息信号的影响，即估计出信道参数信息，进而准确地恢复发送端发送的信号。

信道估计一般分为盲估计和基于参考信息的估计两种方法。其中，基于参考信息的估计方法是在发送端信号的某些固定位置插入一些已知的导频信号或者训练序列，在接收端利用这些导频信号或训练序列按照一定方法进行信道估计。

现有技术中存在一种信道估计的方法。这种方法发送的信号由前导(Preamble)和数据(Data)部分组成。在发送端发送固定的前导信号来估计前导的信道，然后根据前导的信道参数信息来估计数据的信道。具体的，在估计出前导的频域信道后，通过逆快速傅里叶变换(IFFT)得到时域信道冲击响应。由于前导的长度小于数据部分的长度，因此需要在前导时域信道冲击响应之后进行补零处理，补零至数据信道的长度，以此得出数据的时域信道。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：在理想情况下，经由信道估计得到的时域信道冲击响应通常全部集中在信道前端，而在时域信道末端的点的值一般为零。而在具体实现过程中，由于收发两端的滤波器以及多径信道的共同作用，会使得经由信道估计得到的时域信道冲击响应发生能量扩散现象，即时域信道冲击响应能量较大的点不一定全部集中在信道前端，而在时域信道末尾会出现若干能量较大点，具体表现为时域信道冲击响应的尾部有若干尾部翘起。在这里，尾部翘起为时域信道冲击响应的末端能量较大点组成的图形。参见图1A为前导的时域信道，在末端128点处有若干翘起；图2A为数据的时域信道，在末端512点处有若干翘起。现有技术的处理方法是在前导的时域信道冲击响应的尾部翘起之后进行补零，补零至有用数据信道的长度，以此得出有用数据的信道。这样估计出来的有用数据的信道(图2A)与数据的真实信道(图2B)并不符合，会产生较大误差。从图2A和图2B可以看出二者尾部翘起的位置不一致，由此会带来一定的误差。而高速业务一般都采用高阶调制方式，高阶调制对信道估计非常敏感，这些误差会导致解调错误，并导致解调性能降低。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种单载波频域均衡高速业务的信道估计方法和装置，可以有效避免由于信道冲击响应尾部翘起的影响而带来的信道估计不准确的问题，本申请实施例提供的方法信道估计准确，误差小，可以保证高速业务中信道的性能稳定可靠。

技术方案如下：

一种单载波频域均衡高速业务的信道估计方法，所述方法包括：

对接收的时域数据进行分离，将所述时域数据中的导频信号和有用数据提前M点取数，得到处理后的导频信号和处理后的有用数据；

估计得到所述导频信号的时域信道；

在所述导频信号的时域信道冲击响应之后进行补零处理，补零至所述有用数据的长度，得到估计的有用数据的时域信道；

将得到的所述有用数据的时域信道变换到频域，得到所述有用数据的频域信道。

优选的，所述时域数据由导频信号和有用数据构成，在所述导频信号的前端和所述有用数据的前端插有循环前缀CP。

优选的，所述m大于所述冲击响应的尾部翘起的点数，小于所述导频信号的循环前缀CP的点数。

优选的，所述估计得到所述导频信号的时域信道具体包括：

对所述导频信号进行快速傅里叶变换，得到所述导频信号的频域信号；

对所述导频信号的频域信号与预存的导频信号的频域信号进行最小二乘信道估计，得到所述导频信号的频域信道；

将所述导频信号的频域信道变换到时域，得到所述导频信号的时域信道。

优选的，在得到所述导频信号的时域信道之后、在所述导频信号的时域信道冲击响应之后进行补零处理之前，所述方法进一步包括：

对所述导频信号的时域信道进行降噪处理。

本申请还公开了一种单载波频域均衡高速业务的信道估计装置，所述装置包括：

分离单元，用于对接收的时域数据进行分离，将所述时域数据中的导频信号和有用数据提前M点取数，得到处理后的导频信号和处理后的有用数据；

时域信道估计单元，用于估计得到所述导频信号的时域信道；

补零单元，用于在所述导频信号的时域信道冲击响应之后进行补零处理，补零至所述有用数据的长度，得到估计的有用数据的时域信道；

频域信道获取单元，用于将得到的所述时域信道变换到频域，得到所述有用数据的频域信道。

优选的，所述M大于所述冲击响应的尾部翘起的点数，小于所述导频信号的循环前缀CP的点数。

优选的，所述时域信道估计单元具体包括：

频域信号获取单元，用于对所述导频信号进行快速傅里叶变换，得到所述导频信号的频域信号；

最小二乘估计单元，用于对所述导频信号的频域信号与预存的导频信号的频域信号进行最小二乘信道估计，得到所述导频信号的频域信道；

时域变换单元，用于将所述导频信号的频域信道变换到时域，得到所述导频信号的时域信道。

优选的，所述装置进一步包括：

降噪单元，用于对所述导频信号的时域信道进行降噪处理。

本申请的有益效果为：本申请提供的技术方案通过在对接收的时域数据进行分离时，将所述时域数据中的有用数据和导频信号提取M点取数，得到有用数据和导频信号，估计得到导频信号的时域信道，进而对导频信号的时域信道的冲击响应的尾部翘起之后进行补零处理，得到估计的有用数据的时域信道，并转换为有用数据的频域信道。在本申请提供的实施例中，在分离导频信号和有用数据时，是将所述时域数据中的有用数据和导频信号提前M点取数，得到处理后的有用数据和处理后的导频信号。由于导频信号和有用数据都提前M点取数，则得到的导频和有用数据的时域信道也会提前M点，由于时域信道是周期性循环的，因此，提前取数就会把得到的导频和有用数据的时域信道的冲击响应尾部的翘起搬移到头部。这时，在获取的导频信号的时域信道冲击响应之后进行补零处理，补零至所述有用数据的长度得到有用数据的时域信道。这样得出的信道与有用数据的真实信道非常接近，从而有效地避免了冲击响应尾部翘起的影响，信道估计准确，误差小，可以保证高速业务中信道的信能稳定可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1A为现有技术前导信号的时域信道冲击响应尾部翘起示意图；

图1B为现有技术有用数据的时域信道冲击响应尾部翘起示意图；

图2A为现有技术直接在前导信号的时域信道尾部进行补零处理得到的时域信道示意图；

图2B为有用数据真实时域信道示意图；

图3为本申请提供的信道估计方法实施例流程图；

图4为本申请实施例一个时隙的时域数据帧结构图；

图5为本申请实施例取数方法示意图；

图6A本申请实施例提供的方法得到的时域信道图示意图；

图6B为有用数据的真实信道的示意图；

图7为本申请提供的信道估计装置实施例示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供了一种单载波频域均衡高速业务的信道估计方法和装置，可以有效避免冲击响应尾部翘起的影响，误差小，可以保证高速业务中信道的信能稳定可靠。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

首先对本申请一种单载波频域均衡高速业务的信道估计方法进行说明。

在单载波频域均衡系统中，接收端为了准确地恢复发送端的数据，就需要知道数据经过的信道。由于希望系统开销尽量小，因此在单载波系统中导频的chip数会大大少于有用数据的chip数，当导频信号和有用数据的时间间隔在相干时间内时，导频信号的信道就近似等于数据的信道，因此可以利用导频信号的信道信息估计数据的信道。一般而言，信道随着时间的变化越慢，则导频信道就越接近数据的信道。此时，可以在单载波系统中在发送端发送固定的导频来估计导频的信道，然后根据导频的信道信息通过内插来估计数据的信道。这里，导频可以是前导(preamble)，也可以是中导(midamble)，本申请不做具体的限定。

参见图3，为本申请提供的信道估计方法实施例流程图。

本申请提供了一种单载波频域均衡高速业务的信道估计方法，所述方法包括：

S301，对接收的时域数据进行分离，将所述时域数据中的导频信号和有用数据提前M点取数，得到处理后的导频信号和处理后的有用数据。

参见图4，为本申请实施例一个时隙的时域数据帧结构图。

如图4所示，在本申请实施例中，所述时域数据由导频信号和有用数据(DATA)构成，具体的，在本申请实施例中，所述导频信号具体为前导(Preamble)。在所述导频信号的前端和所述有用数据的前端均插入CP(循环前缀，Cyclic Prefix)。一般的，有用数据的长度大于导频信号的长度。具体的，可以设置所述有用数据的点数为所述导频信号的点数的整数倍。具体到本申请实施例，在图2中，N2为有用数据的点数，N1为前导(Preamble)的点数，N2＝aN1，其中a为正整数。CP的点数N根据具体多径环境的最大时延来确定。

在本申请实施例中，对接收的时域数据和本地时域导频序列进行相关运算，以此找到同步点，即确定导频开始的位置。对应到图4，同步点为图4所示的第1点，即图4所示的时域数据的最前端。

从同步点处取导频，分离导频和有用数据。

参见图5，为本申请实施例取数方法示意图。

由于导频信号和有用数据都添加了CP来保护数据免受多径的影响，因此要取出信道估计用的点数为N1的前导preamble和均衡用的点数为N2的有用数据，取数过程如图5所示。在现有技术的做法中，分离导频和有用数据时，一般是直接丢弃导频的前端和有用数据的前端的CP，然后取导频和有用数据。而在本申请实施例提供的方法，分离时域数据时，是将时域数据中的有用数据和导频信号都提前M点取数。具体的，是将所述时域数据中的有用数据和导频信号都提前M点取数，保留导频信号前端以及有用数据前端的循环前缀CP的后M点，去除剩余部分，得到处理后的导频信号和处理后的有用数据。

优选的，所述M大于所述冲击响应的尾部翘起的点数，小于所述导频信号的CP的点数。具体的，在图6中，M取8，这是由于在图6所示的实施例中，冲击响应尾部翘起的点数为8。

这里，需要确定冲击响应尾部翘起的长度。具体的，所述尾部翘起的点数一般与滤波器的陡降性能有关。当滤波器的过渡带下降很快时，这个翘起的点数就很短，反之亦然。尾部翘起的点数的确定既可以通过对尾部的功率进行门限比较，也可以通过仿真确定一个大概的数字。例如在本实施例中，尾部翘起的点数为8。因此，提前取数时，将时域数据中的有用数据和导频信号都往前取M点，其中，M满足：

A≤M≤N

这里，A为尾部翘起的点数，N为循环前缀CP的点数。

S302，估计得到所述导频信号的时域信道。

具体的，步骤S302具体可以包括：

S302A，对所述导频信号进行快速傅里叶变换，得到所述导频信号的频域信号。

S302B，对所述导频信号的频域信号与预存的导频信号的频域信号进行最小二乘信道估计，得到所述导频信号的频域信道。

将所述导频信号的频域信号除以本地预存的导频的频域信号，得到所述导频信号的频域信道，所述频域信道的长度为所述导频信号的点数，即得到导频信号的点数为N1的频域信道。

S302C，将所述导频信号的频域信道变换到时域，得到所述导频信号的时域信道。

将所述导频信号的点数为N1的频域信道经过IFFT(逆快速傅里叶变换)，得到所述导频信号的点数为N1的时域信道。

优选的，在S302C之后、S303之前，所述方法进一步包括：

对所述导频信号的时域信道进行降噪处理。

在这里需要说明的是，本申请提供的第一实施例中，是基于在时域补零(在频域反映为内插)得到有效数据的信道。而LS(Least Square，最小二乘)信道估计是在频域进行的，即本来可以直接在得到导频的频域信道后进行插值得到有用数据的频域信道，但是由于LS信道估计没有考虑噪声的影响，因此得到的信道准确度较低，故很有必要对信道进行降噪处理，而降噪只能在时域处理。正是由于以上原因，因此需要将所述导频信号的频域信道变换到时域，得到所述导频信号的时域信道，对所述导频信号的时域信道进行降噪处理。然后，在降噪后的时域信道上补零后变换到频域，得到估计的有用数据的频域信道。

S303，在所述导频信号的时域信道的冲击响应之后进行补零处理，补零至所述有用数据的长度，得到估计的有用数据的时域信道。

具体的，是在导频信号的时域信道最后一点开始补零，补零至所述有用数据的长度得到有用数据的时域信道。

S304，将得到的所述有用数据的时域信道变换到频域，得到所述有用数据的频域信道。

参见图1A、图1B，图1A为现有技术前导信号的时域信道冲击响应尾部翘起示意图；图1B为现有技术有用数据的时域信道冲击响应尾部翘起示意图。

由于收发两端的滤波器以及多径信道的共同作用，会使得经由信道估计得到的时域信道冲击响应发生能量扩散现象，即时域信道冲击响应能量较大的点不一定集中在信道前端，而在时域信道末尾会出现若干能量较大点，具体表现为时域信道冲击响应的尾部有若干尾部翘起。参见图1A、图1B，进行信道估计得到的前导信号Preamble的时域信道(如图1A所示)和有用数据的时域信道(如图1B所示)尾部都会有翘起。

参见图2A、图2B，为直接在前导信号的时域信道尾部补零和真实有用数据时域信道的对比示意图。

为了消除时域信道的冲击响应的尾部翘起给信道估计带来的影响，一种可能的做法是直接在第N1点前导信号preamble的时域信道的冲击响应之后即尾部翘起之后补零到N2点，即有用数据的长度，以其作为有用数据的时域信道，参见图2A。参见图2B为真实有用数据的时域信道。对比图2A与图2B可以看出，图2A中的方法得到的信道显然与数据的真实信道不符，这种处理带来的误差不为高阶调制(16QAM和64QAM等)所容忍，会导致解调错误。

另外一种可能的做法是将前导信号preamble的时域信道尾部的翘起给抹掉再补零到有用数据的点数，这种方法会较前一种方法有所改善，但是由于这种近似还是存在较大误差，因此改善程度有限。

本申请提供的技术方案为了利用导频信号的时域信道去精确估计有用数据的信道，有效避免导频信号的时域信道尾部翘起的影响，进行如下处理：在步骤S301中，对得到的时域信号进行分离处理时，将所述时域数据中的有用数据和导频信号都提取M点取数，保留循环前缀CP的后M点，去除剩余部分，得到有用数据和导频信号。进而对这样得到的导频信号估计得到其时域信道，并在对导频信号的时域信道的冲击响应之后进行补零处理，得到有用数据的时域信道。由于导频信号和有用数据都提取M点取数，则得到的导频和有用数据的时域信道也会提前M点，由于时域信道是周期性循环的，因此，提前取数就会把得到的导频和有用数据的时域信道的冲击响应尾部的翘起搬移到头部。这样估计出来的信道就能较高程度的接近有用数据的信道。

所述尾部翘起的点数一般与滤波器的陡降性能有关。当滤波器的过渡带下降很快时，这个翘起的点数就很短，反之亦然。尾部翘起的点数的确定既可以通过对尾部的功率进行门限比较，也可以通过仿真确定一个大概的数字。例如在本实施例中，尾部翘起的点数为8。因此，进行补零时，可以先确定尾部翘起的点数，将零补在尾部翘起之后。

下面来证明一下数据前移取数对时域信道的影响：

下面以导频信号为前导(Preamble)为例进行说明。设本地存的时域前导preamble序列为x(n)，其频域为X(k)，收到的时域前导preamble序列为y(n)，频域为Y(k)，则LS(最小二乘)信道估计方法估计的频域信道为

H(k)＝Y(k)/X(k)                                        (1)

h(n)＝IFFT(H(k))＝IFFT(Y(k)/X(k))                      (2)

如果提前M点取数，则

y′(n)＝y(n-M)，即 $Y^{\′}\left(k\right)=Y\left(k\right)\exp \left(\frac{-j2\mathrm{\πMk}}{N}\right)---\left(3\right)$

$H^{\′}\left(k\right)=Y^{\′}\left(k\right)/X\left(k\right)=H\left(k\right)\exp \left(\frac{-j2\mathrm{\πMk}}{N}\right)---\left(4\right)$

$h^{\′}\left(n\right)=\mathrm{IFFT}\left(H^{\′}\left(k\right)\right)=\mathrm{IFFT}\left(H\left(k\right)\exp \left(\frac{-j2\mathrm{\πMk}}{N}\right)\right)=h(n-M)---\left(5\right)$

由上式可知，如果前导preamble提前M点取数，则得到的时域信道也会提前M点。又由于时域信道是周期性循环的，因此，提前取数就会把尾部的翘起搬移到头部。

下面证明一下提前取数对频域均衡是没有影响的。

假设数据提前取M点，则由公式知，其频域上的变化为即在原数据频域上乘了一个相移因子如果时域信道和时域数据都前移相同的点数，即对应的频点上乘了相同的相移因子进行线性均衡时，用数据除以信道即可将相移因子抵消，均衡的结果等效于数据和信道(即导频)都不前移。

由此可知，虽然提前取数，使有用数据在时域上进行了移位，在频域上各点都乘了一个相移因子，但是由于对前导preamble也提前取数，从而估计出来的也是乘了同一个相移因子的频域信道，因此，在频域进行线性均衡对性能没有任何影响。

如图6A、图6B所示，为本申请实施例的方法得到的时域信道与有用数据的真实信道的对比示意图。如图6A所示，为取前导preamble和有用数据时均前移M点取到CP里面以后估计得到的前导preamble冲击响应尾部补零后得到有用数据的信道，图6B为有用数据的真实信道。从图中可以看出这两个信道基本一致，因此，本申请提供的方法信道估计非常准确，误差较小。

参见图7，为本申请提供的信道估计装置实施例示意图。

本申请还公开了一种单载波频域均衡高速业务的信道估计装置，所述装置包括：

分离单元701，用于对接收的时域数据进行分离，将所述时域数据中的导频信号和有用数据提前M点取数，得到处理后的导频信号和处理后的有用数据。

具体的，所述M大于所述冲击响应的尾部翘起的点数，小于所述导频信号的循环前缀CP的点数。

导频信道估计单元702，用于估计得到所述导频信号的时域信道。

补零单元703，用于在所述导频信号的时域信道的冲击响应之后进行补零处理，补零至所述有用数据的长度，得到估计的有用数据的时域信道。

频域信道获取单元704，用于将得到的所述有用数据的时域信道变换到频域，得到所述有用数据的频域信道。

具体的，所述时域信道估计单元702具体包括：

频域信号获取单元，用于对所述导频信号进行快速傅里叶变换，得到所述导频信号的频域信号；

最小二乘估计单元，用于对所述导频信号的频域信号与预存的导频信号的频域信号进行最小二乘信道估计，得到所述导频信号的频域信道；

时域变换单元，用于将所述导频信号的频域信道变换到时域，得到所述导频信号的时域信道。

具体的，所述装置可以进一步包括：

降噪单元，用于对所述导频信号的时域信道进行降噪处理。

本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (7)

1.一种单载波频域均衡高速业务的信道估计方法，其特征在于，所述方法包括：

对接收的时域数据进行分离，将所述时域数据中的导频信号和有用数据提前M点取数，得到处理后的导频信号和处理后的有用数据；

估计得到所述导频信号的时域信道；

在所述导频信号的时域信道冲击响应之后进行补零处理，补零至所述有用数据的长度，得到估计的有用数据的时域信道；

将得到的所述有用数据的时域信道变换到频域，得到所述有用数据的频域信道；

其中，所述M大于或等于所述冲击响应的尾部翘起的点数，小于或等于所述导频信号的循环前缀CP的点数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述时域数据由导频信号和有用数据构成，在所述导频信号的前端和所述有用数据的前端插有循环前缀CP。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述估计得到所述导频信号的时域信道具体包括：

对所述导频信号进行快速傅里叶变换，得到所述导频信号的频域信号；

对所述导频信号的频域信号与预存的导频信号的频域信号进行最小二乘信道估计，得到所述导频信号的频域信道；

将所述导频信号的频域信道变换到时域，得到所述导频信号的时域信道。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在得到所述导频信号的时域信道之后、在所述导频信号的时域信道冲击响应之后进行补零处理之前，所述方法进一步包括：

对所述导频信号的时域信道进行降噪处理。

5.一种单载波频域均衡高速业务的信道估计装置，其特征在于，所述装置包括：

分离单元，用于对接收的时域数据进行分离，将所述时域数据中的导频信号和有用数据提前M点取数，得到处理后的导频信号和处理后的有用数据；

时域信道估计单元，用于估计得到所述导频信号的时域信道；

补零单元，用于在所述导频信号的时域信道冲击响应之后进行补零处理，补零至所述有用数据的长度，得到估计的有用数据的时域信道；

频域信道获取单元，用于将得到的所述时域信道变换到频域，得到所述有用数据的频域信道；

其中，所述M大于或等于所述冲击响应的尾部翘起的点数，小于或等于所述导频信号的循环前缀CP的点数。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述时域信道估计单元具体包括：

频域信号获取单元，用于对所述导频信号进行快速傅里叶变换，得到所述导频信号的频域信号；

最小二乘估计单元，用于对所述导频信号的频域信号与预存的导频信号的频域信号进行最小二乘信道估计，得到所述导频信号的频域信道；

时域变换单元，用于将所述导频信号的频域信道变换到时域，得到所述导频信号的时域信道。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括：

降噪单元，用于对所述导频信号的时域信道进行降噪处理。