CN104135453A - 一种e波段高速无线传输系统的均衡方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种E波段高速无线传输系统的均衡方法和装置，方法包括：将训练序列和数据序列从接收信号中分离出来；根据接收到的训练序列和本地训练序列进行信道估计，由信道频率响应估计值确定均衡器的权系数；对接收到的数据序列进行滑动提取；对滑动提取出来的数据进行傅立叶变换、均衡补偿和傅里叶逆变换；对每次得到的数据序列抽取中间若干个符号进行拼接级联，输出连续的时域信号。装置包括训练序列/数据序列分离模块、均衡器权系数估计模块、滑动数据提取模块、傅里叶变换模块、傅里叶逆变换变换模块、数据拼接模块和窗信号控制模块。本发明以较低的系统复杂度实现了系统传输速率的提升以及多径效应的消除。

Description

一种E波段高速无线传输系统的均衡方法及装置

技术领域

本发明涉及E波段高速无线传输技术领域，特别是涉及一种E波段高速无线传输系统的均衡方法及装置。

背景技术

随着智能终端的普及和通信技术的发展，未来10年移动数据业务将呈现爆发式增长。就运营商而言，移动业务的快速增长导致回传网络所需的承载带宽大幅增加，传统的微波网络(6-38GHz)频谱资源有限，数据传输速率较低，系统复杂度高，在未来4G和5G时代下难以满足G比特级无线回传网络的需求；另一方面企业网内部以光纤接入为主的互联方式，面临布设困难、光纤价格昂贵以及覆盖范围有限等问题，迫切需要一个低成本、高容量的以太网解决方案。在此背景下，E波段无线传输系统应运而生，该系统工作在71-76GHz和81-86GHz两个频段，能够提供10Gbps以上的数据传输速率，具有很好的发展前景。

微波传输以视距传播为主，无线信道特性相对较好，但是难以避免会受到大气、地面、高大建筑物的折射和反射等影响，并且收发机的非理想特性也会导致信号的衰落和失真。多径信道的影响须在接收机中进行均衡予以消除，其中频域均衡因复杂度低得到较多应用。

传统的频域均衡需要在数据块之间添加循环前缀，并要求循环前缀的长度需大于多径信道的最大时延，以避免数据块之间的混叠干扰，却会带来传输效率上的损失。因此，E波段无线传输系统采用了不添加循环前缀的单载波块传输方式，可以避免循环前缀的巨大开销，有效提高带宽利用率，更好的实现高速宽带的数据传输。

E波段无线传输系统是超大容量点到点的无线传输系统，具有超宽的带宽，能够实现无线环境下的超高速数据传输，是国际上公认的未来无线回传网络的解决方案。然而，在E波段微波传输过程中，无线信道的多径效应会引起符号间干扰(ISI)，从而影响通信可靠性。其中，单载波频域均衡是一种十分有效的对抗多径干扰的方法，由于其具有相对于时域均衡有较低的复杂度以及相对于正交频分复用(OFDM)有较低的峰均比这两个优势，成为目前公认的可用于对抗多径衰落的单载波解决方案。

类似于OFDM系统，单载波频域均衡在接收端利用了高效的FFT/IFFT运算，数据传输部分以块结构来实现，通过对每个数据块添加循环前缀来抵抗多径干扰，从而消除符号间干扰(ISI)和块间干扰(IBI)。其中，循环前缀的长度应该大于多径信道的最大时延，这样可以使得原来的线性卷积转换成圆周卷积。不同的多径延迟在频域上表现为在不同频率上具有不同的相位旋转，多个时延信号的叠加则表现为频率选择性衰落，在信道条件已知的情况下，在频域进行信道补偿之后将整块频域数据通过IFFT转换到时域进行判决，即完成了频域均衡。但是传统的单载波频域均衡要求添加循环前缀，这将带来巨大的传输开销，无法满足E波段高速无线传输系统的10Gbps以上的数据传输速率要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种E波段高速无线传输系统的均衡方法及装置，不添加循环前缀的单载波块传输方式，在接收端采用一种频域交叠均衡技术，以较低的系统复杂度实现了系统传输速率的提升以及多径效应的消除。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种E波段高速无线传输系统的均衡方法，包括以下步骤：

(1)将训练序列和数据序列从接收信号中分离出来；

(2)根据接收到的训练序列和本地训练序列进行信道估计，由信道频率响应估计值确定均衡器的权系数；

(3)对接收到的数据序列进行滑动提取；

(4)对滑动提取出来的数据进行傅立叶变换、均衡补偿和傅里叶逆变换；

(5)对每次得到的数据序列抽取中间若干个符号进行拼接级联，输出连续的时域信号。

所述步骤(2)中采用最小二乘信道估计算法进行信道估计。

所述步骤(2)中均衡器采用最小均方误差准则。

所述步骤(3)中滑动窗口的大小等于傅里叶变换的长度N，每次滑动的符号个数为M＝N-2×D，其中，D为数据块边缘受到块间干扰影响的符号个数。

所述步骤(5)中在拼接级联时滑动窗的大小与每次滑动的符号个数相同。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：还提供一种E波段高速无线传输系统的均衡装置，包括：训练序列/数据序列分离模块、均衡器权系数估计模块、滑动数据提取模块、傅里叶变换模块、傅里叶逆变换变换模块、数据拼接模块和窗信号控制模块；所述训练序列/数据序列分离模块用于将训练序列和数据部分从接收信号中分离出来；所述均衡器权系数估计模块用于根据接收到的训练序列和本地训练序列进行信道估计，由得到的信道频率响应估计值确定均衡器的权系数；所述滑动数据提取模块用于对分离出来的数据序列进行滑动提取；所述傅里叶变换模块对滑动提取出来的数据进行傅里叶变换输出后经过均衡补偿由所述傅里叶逆变换模块进行傅里叶逆变换；所述数据拼接模块用于对每次抽取得到的数据序列进行级联，以输出连续的时域信号；所述窗信号控制模块用于对滑动数据提取模块和数据拼接模块进行滑动窗控制。

所述均衡器权系数估计模块采用最小二乘信道估计算法进行信道估计。

所述均衡器权系数估计模块采用最小均方误差准则确定均衡器的权系数。

所述窗信号控制模块对滑动数据提取模块进行滑动窗控制时，滑动窗口的大小等于傅里叶变换的长度N，每次滑动的符号个数为M＝N-2×D，其中，D为数据块边缘受到块间干扰影响的符号个数。

所述窗信号控制模块对数据拼接模块进行滑动窗控制时，滑动窗的大小与每次滑动的符号个数相同。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明主要用于E波段高速无线传输系统接收装置中，用来消除多径信道引入的符号间干扰(ISI)和块间干扰(IBI)，解决了传统单载波频域均衡系统的循环前缀开销大、带宽利用低的问题，特别适用于超高速宽带无线通信系统中。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是频域交叠均衡技术原理图；

图3是本发明中采用的帧结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的第一实施方式涉及一种E波段高速无线传输系统的均衡方法，包括以下步骤：将训练序列和数据序列从接收信号中分离出来；根据接收到的训练序列和本地训练序列进行信道估计，由信道频率响应估计值确定均衡器的权系数；对接收到的数据序列进行滑动提取；对滑动提取出来的数据进行傅立叶变换、均衡补偿和傅里叶逆变换；对每次得到的数据序列抽取中间若干个符号进行拼接级联，输出连续的时域信号。

如图3所示，本实施方式采用的帧结构包括前导序列、头信息和数据序列。其中，前导序列由循环前缀和训练序列构成，训练序列为频域恒包络序列；数据序列为若干个数据块，数据块之间没有插入循环前缀。

如图2所示，训练序列和数据序列从接收信号中分离出来，其中训练序列用于信道估计。假设本地训练序列为{x_n}，接收到的训练序列为{y_n}，分别对{x_n}和{y_n}进行N点的FFT变换，得到序列{X_k}、{Y_k}。当采用最小二乘(LS)信道估计算法时，将{X_k}、{Y_k}进行复数除法运算即可得到信道频率响应估计值{H_k}为：

由信道频率响应估计值可{H_k}以确定均衡器的权系数{W_k}。当采用最小均方误差(MMSE)准则时，均衡系数为：0≤k≤N-1其中，为噪声能量，H^*(k)信道频率响应估计值的复共轭、H(k)为信道频率响应估计值；

对接收到的数据序列进行N点滑动提取，滑动窗W1每次滑动的符号个数为M＝N-2×D个，其中，D表示数据块边缘受到块间干扰影响的符号个数；经过FFT变换、均衡补偿以及IFFT变换后，对每次得到的数据序列抽取中间M个符号，最后经过M点数据拼接即可输出连续的时域信号。在进行M点数据拼接时，滑动窗W2大小为M，每次滑动的符号个数为M。

本发明的第二实施方式涉及E波段高速无线传输系统的均衡装置，如图1所示，包括：训练序列/数据序列分离模块、均衡器权系数估计模块、滑动数据提取模块、傅里叶变换模块、傅里叶逆变换变换模块、数据拼接模块和窗信号控制模块；所述训练序列/数据序列分离模块用于将训练序列和数据部分从接收信号中分离出来；所述均衡器权系数估计模块用于根据接收到的训练序列和本地训练序列进行信道估计，由得到的信道频率响应估计值确定均衡器的权系数；所述滑动数据提取模块用于对分离出来的数据序列进行滑动提取；所述傅里叶变换模块对滑动提取出来的数据进行傅里叶变换输出后经过均衡补偿由所述傅里叶逆变换模块进行傅里叶逆变换；所述数据拼接模块用于对每次抽取得到的数据序列进行级联，以输出连续的时域信号；所述窗信号控制模块用于对滑动数据提取模块和数据拼接模块进行滑动窗控制。

其中，所述均衡器权系数估计模块采用最小二乘信道估计算法进行信道估计，采用最小均方误差准则确定均衡器的权系数。所述窗信号控制模块对滑动数据提取模块进行滑动窗控制时，滑动窗口的大小等于傅里叶变换的长度N，每次滑动的符号个数为M＝N-2×D，其中，D为数据块边缘受到块间干扰影响的符号个数。所述窗信号控制模块对数据拼接模块进行滑动窗控制时，滑动窗的大小与每次滑动的符号个数相同。

Claims (10)

1.一种E波段高速无线传输系统的均衡方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将训练序列和数据序列从接收信号中分离出来；

(2)根据接收到的训练序列和本地训练序列进行信道估计，由信道频率响应估计值确定均衡器的权系数；

(3)对接收到的数据序列进行滑动提取；

(4)对滑动提取出来的数据进行傅立叶变换、均衡补偿和傅里叶逆变换；

(5)对每次得到的数据序列抽取中间若干个符号进行拼接级联，输出连续的时域信号。

2.根据权利要求1所述的E波段高速无线传输系统的均衡方法，其特征在于，所述步骤(2)中采用最小二乘信道估计算法进行信道估计。

3.根据权利要求1所述的E波段高速无线传输系统的均衡方法，其特征在于，所述步骤(2)中均衡器采用最小均方误差准则。

4.根据权利要求1所述的E波段高速无线传输系统的均衡方法，其特征在于，所述步骤(3)中滑动窗口的大小等于傅里叶变换的长度N，每次滑动的符号个数为M＝N-2×D，其中，D为数据块边缘受到块间干扰影响的符号个数。

5.根据权利要求1所述的E波段高速无线传输系统的均衡方法，其特征在于，所述步骤(5)中在拼接级联时滑动窗的大小与每次滑动的符号个数相同。

6.一种E波段高速无线传输系统的均衡装置，其特征在于，包括：训练序列/数据序列分离模块、均衡器权系数估计模块、滑动数据提取模块、傅里叶变换模块、傅里叶逆变换变换模块、数据拼接模块和窗信号控制模块；所述训练序列/数据序列分离模块用于将训练序列和数据部分从接收信号中分离出来；所述均衡器权系数估计模块用于根据接收到的训练序列和本地训练序列进行信道估计，由得到的信道频率响应估计值确定均衡器的权系数；所述滑动数据提取模块用于对分离出来的数据序列进行滑动提取；所述傅里叶变换模块对滑动提取出来的数据进行傅里叶变换输出后经过均衡补偿由所述傅里叶逆变换模块进行傅里叶逆变换；所述数据拼接模块用于对每次抽取得到的数据序列进行级联，以输出连续的时域信号；所述窗信号控制模块用于对滑动数据提取模块和数据拼接模块进行滑动窗控制。

7.根据权利要求6所述的E波段高速无线传输系统的均衡装置，其特征在于，所述均衡器权系数估计模块采用最小二乘信道估计算法进行信道估计。

8.根据权利要求6所述的E波段高速无线传输系统的均衡装置，其特征在于，所述均衡器权系数估计模块采用最小均方误差准则确定均衡器的权系数。

9.根据权利要求6所述的E波段高速无线传输系统的均衡装置，其特征在于，所述窗信号控制模块对滑动数据提取模块进行滑动窗控制时，滑动窗口的大小等于傅里叶变换的长度N，每次滑动的符号个数为M＝N-2×D，其中，D为数据块边缘受到块间干扰影响的符号个数。

10.根据权利要求6所述的E波段高速无线传输系统的均衡装置，其特征在于，所述窗信号控制模块对数据拼接模块进行滑动窗控制时，滑动窗的大小与每次滑动的符号个数相同。