CN104052555A - 一种ofdm系统下无线信道多径参数估计的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种OFDM系统下无线信道多径参数估计的方法，方法包括以下步骤：1、对接收信号做符号定时粗同步，提取接收到的参考信号；2、利用接收端参考信号和本地参考信号得到无线信道功率时延谱，确定多径数量，利用功率时延谱与同步误差的关系，补偿同步误差，并估计第一径强度；3、对上一步补偿后的信道冲击响应做处理，消去第一径，利用功率时延谱与相对时延的关系，估计并补偿后一径相对消去径的相对时延，得到后一径强度；4、重复3步骤直到最后一径相对前一径相对时延以及最后一径强度被估计出；5、最后补偿了同步误差，得到了各径强度以及各径相对第一径时延。本发明实现了准确估计了OFDM系统下无线信道多径参数，抗噪性能优良，复杂度低。

Description

一种OFDM系统下无线信道多径参数估计的方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种OFDM系统下无线信道多径参数估计的方法。

背景技术

信道测量是无线通信的基础之一，基于信道测量获得的信道模型是链路仿真、系统仿真的关键依据，是通信系统研发必不可少的工具。目前，信道测量方法主要分为时域测量和频域测量。时域测量主要是周期脉冲测量和伪随机序列相关测量，频域测量一个是线性调频法，一个是多载波法，同时发送不同权值不同相位的不同频点的正弦波，而其优选激励信号就是正交频分复用OFDM信号。

另外在宽带通信系统中，多径问题影响整个系统的性能。信道测量中，准确估计信道的多径强度和多径时延，既对功率时延谱PDP的估计，意义重大，它能够还原最真实的信道，对建立相应的信道模型至关重要。

发明内容

针对以上现有技术的不足，本发明提供一种OFDM系统下无线信道多径参数估计的方法，以提高了对无线信道多径参数估计的准确性，复杂度低抗噪能力强。

一种OFDM系统下无线信道多径参数估计的方法，所述方法包括以下步骤：

1)对接收信号做符号定时粗同步，再提取接收端的参考信号；

2)根据接收端参考信号和本地参考信号得到无线信道PDP，确定多径数量，利用PDP与定时误差的关系，估计补偿定时误差，并准确估计第一径强度及补偿后的CFR；

3)对所述补偿后的信道频率响应CFR进行IFFT得到补偿后的信道冲击响应CIR，并对其消去主径，利用PDP与相对时延的关系，估计并补偿后一径相对消去径的相对时延，估计得到后一径强度；

4)重复3步骤直到最后一径相对前一径相对时延以及最后一径强度被估计出；

5)最后补偿了定时误差，得到了各径强度以及各径相对第一径时延。

所述步骤1对接收信号做符号定时粗同步，再提取接收到的参考信号包括首先对接收数据作符号定时粗同步，将得到的同步头往CP推若干点，然后按照无线帧结构确定包含参考信号信息的数据，去掉CP，提取包含参考信号信息的数据。

所述步骤2利用接收端参考信号和本地参考信号得到无线信道PDP包括将接收端参考信号R_k,t除以本地参考信号S_k,t，得到信道频率响应CFR，即H_k,t，对CFR做M点IDFT得到CIR，即h_n,t，n＝0,1,2…M-1；对若干时间上的CIR取模平方再平均得到PDP,即 $\mathrm{PDP}\left(n\right)={|\underset{t=0}{\overset{\mathrm{snapshot}-1}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{n,t}/\mathrm{snapshot}|}^2.$

所述估计第一径强度为：确定PDP上第一径到原点距离N_i，根据需要的精度穷举N_f,穷举次数为exhausttimes，穷举范围为[-0.5,0.5]，穷举定时误差N_i+N_f,n，n＝0,1,2...exhausttimes-1，分别按照定时误差与信号相位关系补偿到CFR上,即重新计算得到exhausttimes个PDP_n'，判断哪个穷举误差N_i+N_f,n对应的PDP原点值最大，既将第一径搬移至原点并抑制它的泄漏,N_i+N'_f下，PDP原点值最大，则定时误差为Δτ₀＝N_i+N'_f，此时PDP原点值为第一径强度P₀,并得到补偿后的CFR，

所述步骤3估计并补偿后一径相对消去径的相对时延及估计后一径强度具体为：对补偿后的CFR通过IFFT得到补偿过后的CIR,利用线性插值消去补偿过后的CIR的第一径即，h″_0,t＝(h′_1,t+h'_M-1,t)/2；但这里不限于用线性插值的方法，可以选用最小二乘拟合或函数逼近或更好的方法代替。消除了第一径后的CIR,h″_n,t可视作新的CIR，它存在定时误差,定时误差等于当前第一径与被消去径的相对时延，用步骤2中的方法估计出定时误差以及新的第一径强度，以及补偿后的CFR，这时得到的定时误差其实是该径相对前一径的相对时延Δτ₁。

本发明的有益效果如下：

本发明利用相对时延差与PDP的关系以及在CIR函数上逐次消除各径影响的方法，准确的估计了各径强度以及相对时延，具有良好的抗噪性能，且复杂度低。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明方法流程图。

图2示出LTE主同步信号滑动相关结果。

图3示出未补偿定时误差时的PDP。

图4示出不同穷举误差下补偿后PDP原点强度示意图。

图5示出补偿定时误差后的PDP。

图6示出消去第一径后的PDP。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明提供一种OFDM系统下无线信道多径参数估计的方法，包括以下步骤：

A、对接收信号做符号定时粗同步，再提取接收到的参考信号；

B、利用接收端参考信号和本地参考信号得到无线信道PDP，确定多径数量，再利用PDP与定时误差的关系，估计补偿定时误差，并准确估计第一径强度；

C、对上一步补偿后的CIR做处理，消去主径，利用PDP与相对时延的关系，估计并补偿后一径相对消去径的相对时延，估计得到后一径强度；

D、重复C步骤直到最后一径相对前一径相对时延以及最后一径强度被估计出；

E、最后补偿了定时误差，得到了各径强度以及各径相对第一径时延。

在步骤A中，首先对接收数据作符号定时粗同步，将得到的同步头往CP推若干点，然后按照无线帧结构确定包含参考信号信息的数据，去掉CP，提取包含参考信号信息的数据。对于FFT长度为N的OFDM系统，对包含参考信号的数据做N点FFT，再根据实际系统载波情况提取得到接收端参考信号R_k,t，k＝0,1,2...M-1，M为参考信号占用载波数目,t为时间。

在步骤B中，首先将接收端参考信号R_k,t除以本地参考信号S_k,t，得到信道频率响应(CFR)，即H_k,t，对CFR做M点IDFT得到CIR，即h_n,t，n＝0,1,2…M-1；对若干时间上的CIR取模平方再平均得到PDP,即Snapshot为统计的CIR个数，要求取得信道冲击响应在相干时间内。根据PDP确定多径数目，tap。确定PDP上第一径到原点距离N_i，根据需要的精度穷举N_f,穷举次数为exhausttimes，穷举范围为[-0.5,0.5]，穷举定时误差N_i+N_f,n，n＝0,1,2...exhausttimes-1，分别按照定时误差与信号相位关系补偿到CFR上,即重新计算得到exhausttimes个PDP_n'。判断哪个穷举误差N_i+N_f,n对应的PDP原点值最大。N_i+N'_f下，PDP原点值最大，则定时误差为Δτ₀＝N_i+N'_f，此时PDP原点值为第一径强度P₀,并得到补偿后的CFR， $H_{k,t}^{\′}=H_{k,t}{e}^{j2\mathrm{\π}(N_i+N_{f,n})/N}.$

在步骤C中，先将B步骤中得到的补偿后的CFR通过IFFT得到补偿过后的CIR,再利用线性插值消去的补偿过后的CIR第一径即，h″_0,t＝(h′_1,t+h'_M-1,t)/2；但这里不限于用线性插值的方法，可以选用最小二乘拟合或函数逼近或更好的方法代替。将消除了第一径的CIR,h″_n,t视作新的CIR，它存在定时误差,定时误差等于当前第一径与前一径的相对时延，用步骤B中的方法估计出定时误差以及新的第一径强度，以及补偿后的CFR，这时得到的定时误差其实是该径相对前一径的相对时延Δτ₁。

在步骤D中，重复C步骤直到得到最后一径相对前一径相对时延Δτ₀,Δτ₁,Δτ₂...Δτ_tap-1，最后一径强度P₀,P₁,P₂...P_tap-1。

在步骤E中，有为各径对第一径相对时延，P₀,P₁,P₂...P_tap-1为各径强度；T＝Δτ₀为定时误差，此步骤是重复D步骤，将所有的相对时延和强度估计出。

下面以FDD-LTE为例，其中带宽20M，利用信道衰落模块仿真信道，信道设置为三径瑞利信道，参数如下：

表1实验设定瑞利多径信道参数

步骤A：首先将接收基带信号与本地PSS信号做滑动相关，图2为相关结果，找到同步头head＝72549，再将同步头向cp内移动cplength/4的长度，cplength＝144为CP长度，head＝head-cplength/4＝72549-144/4＝72513。根据LTE协议进行帧同步，得到无线帧帧头，然后按照无线帧结构去除CP，然后将数据进行2048点FFT转到频域，得到时频网格图，按照协议提取参考信号R_k,t，k＝0,1,2...199。

在步骤B中，首先将接收端参考信号R_k,t除以本地参考信号S_k,t，得到信道频率响应(CFR)，即H_k,t，对CFR做M点IDFT得到CIR，即h_n,t，n＝0,1,2…M-1；对若干时间上的CIR取模平方再平均得到PDP,即snapshot＝600。

图3是存在定时误差时得到的信道PDP，根据多径门限-30dB,多径数目tap＝3。确定PDP上第一径到原点距离为21，精度穷举0.1,穷举次数11，穷举范围为[-0.5,0.5]，穷举定时误差N_i+N_f,n＝21+0.1*n-0.5，n＝0,1,2...10，分别按照定时误差与信号相位关系补偿到CFR上,即重新计算得到11个PDP_n'，结果如图4。

由图4可见N_i+N_f,n＝21+0.1*6-0.5＝21.1对应的PDP原点值最大，则定时误差为Δτ₀＝N_i+N'_f＝21.1，此时PDP原点值为第一径强度P₀＝8.8854e+07,并得到补偿后的CFR， $H_{k,t}^{\′}=H_{k,t}{e}^{j2\mathrm{\π}(N_i+N_{f,n})/N}.$

在步骤C中，先将B步骤中得到的补偿后的CFR通过IFFT得到补偿过后的CIR，图5为补偿了定时偏差后的PDP.再利用线性插值消去的第一径既，h″_0,t＝(h′_1,t+h'_M-_1,t)/2；但这里不限于用线性插值的方法，可以选用最小二乘拟合或函数逼近或更好的方法代替。将消除了第一径的CIR,h″_n,t视作新的CIR，它存在定时误差,定时误差等于当前第一径与被消去径的相对时延，图6为消除第一径后的PDP。用步骤B中的方法估计出定时误差以及新的第一径强度，以及补偿后的CFR，这时得到的定时误差其实是该径相对前一径的相对时延Δτ₁＝25.4，P₁＝8.787e+06。

在步骤D中，重复C步骤第三径相对第二径相对时延Δτ₂＝74.1以及第三径强度P₂＝7.516e+05。

在步骤E中，有τ₀＝0,τ₁＝25.4,τ₂＝99.5为各径对第一径相对时延，P₀＝8.8854e+07,P₁＝8.787e+06,P₂＝7.516e+05为各径强度；T＝21.1为定时误差。对功率做归一化以及对数化，得参数表如下：

表2估计得瑞利多径信道参数

可见该方法准确估计了信道的多径参数。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (5)

1.一种OFDM系统下无线信道多径参数估计的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)对接收信号做符号定时粗同步，再提取接收端的参考信号；

2)根据接收端参考信号和本地参考信号得到无线信道PDP，确定多径数量，利用PDP与定时误差的关系，估计补偿定时误差，并估计第一径强度及补偿后的CFR；

3)对所述补偿后的CFR进行IFFT得到补偿后的CIR，并对其消去主径，利用PDP与相对时延的关系，估计并补偿后一径相对消去径的相对时延，估计得到后一径强度；

4)重复3步骤直到最后一径相对前一径相对时延以及最后一径强度被估计出；

5)最后补偿定时误差，得到了各径强度以及各径相对第一径时延。

2.根据权利要求1所述的一种OFDM系统下无线信道多径参数估计的方法，其特征在于，所述步骤1对接收信号做符号定时粗同步，再提取接收到的参考信号包括首先对接收数据作符号定时粗同步，将得到的同步头往CP推若干点，然后按照无线帧结构确定包含参考信号信息的数据，去掉CP，提取包含参考信号信息的数据。

3.根据权利要求1所述的一种OFDM系统下无线信道多径参数估计的方法，其特征在于，所述步骤2利用接收端参考信号和本地参考信号得到无线信道PDP包括将接收端参考信号R_k,t除以本地参考信号S_k,t，得到信道频率响应CFR，即H_k,t，对CFR做M点IDFT得到CIR，即h_n,t，n＝0,1,2…M-1；对若干时间上的CIR取模平方再平均得到PDP,即 $\mathrm{PDP}\left(n\right)={|\underset{t=0}{\overset{\mathrm{snapshot}-1}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{n,t}/\mathrm{snapshot}|}^2.$

4.根据权利要求1所述的一种OFDM系统下无线信道多径参数估计的方法，其特征在于，所述估计第一径强度为：确定PDP上第一径到原点距离N_i，根据需要的精度穷举N_f,穷举次数为exhausttimes，穷举范围为[-0.5,0.5]，穷举定时误差N_i+N_f,n，n＝0,1,2...exhausttimes-1，分别按照定时误差与信号相位关系补偿到CFR上,即重新计算得到exhausttimes个PDP_n'，判断哪个穷举误差N_i+N_f,n对应的PDP原点值最大，既将第一径搬移至原点并抑制它的泄漏,N_i+N'_f下，PDP原点值最大，则定时误差为Δτ₀＝N_i+N'_f，此时PDP原点值为第一径强度P₀,并得到补偿后的CFR，

5.根据权利要求1所述的一种OFDM系统下无线信道多径参数估计的方法，其特征在于，所述步骤3估计并补偿后一径相对消去径的相对时延及估计后一径强度具体为：对补偿后的CFR通过IFFT得到补偿过后的CIR,利用线性插值消去补偿过后的CIR的第一径即，h″_0,t＝(h′_1,t+h'_M-1,t)/2；消除了第一径后的CIR,h″_n,t视作新的CIR，它存在定时误差,定时误差等于当前第一径与被消去径的相对时延，用步骤2中的方法估计出定时误差以及新的第一径强度，以及补偿后的CFR，这时得到的定时误差其实是该径相对前一径的相对时延Δτ₁。