CN104468432B - 一种短波信道下单载波频域均衡的信道估计去噪声方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于短波通信技术领域，特别是涉及针对短波通信信道下单载波频域均衡(Single Carrier Frequency Domain Equalization,SC‐FDE)的信道估计方法。本发明提出了基于单载波频域均衡(SC‑FDE)技术的适用于短波信道下单载波频域均衡的信道估计去噪声。由于短波信道比较恶劣，加上高斯噪声的影响，很难获取精确的信道估计值，导致不能进行很准确的频域均衡以至于不能获得很好的系统性能。本发明通过最小二乘算法(LS)或者最小均方算法(LMMSE)等获得导频块数据初始信道估计值，然后通过滑动导频块的方法消除主径上的噪声和小能量路径上置零的方法来消除小能量路径上的噪声，来获得精确的信道估计值。
Description
技术领域
本发明属于短波通信技术领域，特别是涉及针对短波通信信道下单载波频域均衡(Single Carrier Frequency Domain Equalization,SC-FDE)的信道估计方法。
背景技术
按照国际无线电咨询委员会CCIR(Consultative Committee of InternationalRadio)的划分，短波是指波长在10m～100m，频率在3MHz～30MHz的电磁波。利用短波进行的无线电通信称为短波通信。短波通信实际是指使用的频率范围为1.5MHz～30MHz，可以使用的频率范围只有28.5MHz，按照国际规定，每个短波电台占用3.7kHz的频率宽度，现在最近提升了短波电台的频率宽度达到了6kHz～9kHz，但是通信的空间还是十分拥挤，在很大程度上限制了通信的容量和数据的传输速率。
短波通信基本上采用天波传输的形式，也就是靠电离层的一次或多次反射进行通信，因此存在严重的多径效应，统计表明，多径路数以3条出现的几率最高，多径延迟典型值为2～8ms，成为短波链路数据传输的主要限制。短波的天波信道是变参信道，信号的传输稳定性差。短波无线电通信主要是依靠电离层进行远距离信号传输的，电离层作为信号反射媒质的弱点是，参量的可变性很大。他的特点是路径损耗、延时扩展、噪声和干扰，都是随昼夜、频率、地点而不断变化着。一方面电离层的变化让信号产生衰落，衰落的幅度和频率不断的变化。另外，大气和工业无线电噪声干扰严重。大气和工业无线电噪声主要集中在无线电频谱低端，随着频率的升高，强度逐渐降低。虽然，在短波频段这类噪声干扰比中长波段低，但是强度仍然很高，严重影响短波的通信可靠性，尤其是脉冲型突发噪声，经常会使数据传输出现突发性错误，严重影响通信质量。
新一代短波通信系统主要是高速短波数字通信系统，存在并行和串行两种体制。并行体制的主要思想是将短波信道分割成若干并行的子信道，分别在每个子信道上传送一个副载波，采用正交调制，用多个副载波并行传输的方法提高速率，又称为多音。典型的系统有法国的Thomson(汤姆森)公司的实现途径，采用OFDM(Frequency DivisionMultiplexing，正交频分复用)体制，子载波的个数为79；但OFDM技术发射功率分散，信号峰均比很大，抗频率选择性衰落差，很难消除码间串扰。
串行体制采用单一载波的发送方式，因只采用一个载波，也称为单音。数据以串行方式调制发送，码元宽度短，要达到比较高的速率，如2.4kbps，码间串扰将十分严重。实际工作中则需采用适当的均衡技术来对抗码间串扰。针对短波通信领域，最为常用的均衡技术为单载波时域均衡(SC-TDE)技术。但是随着数据传输速率的提高，当传输带宽越接近信道的相干带宽，时间色散将越严重，此时接收信号随中包含了经历衰减和时延的多径波，引起频率选择性衰落，从而导致严重的码间串扰。如果单用时域均衡减少码间串扰，需要较多的滤波器抽头才能得到可接受的均衡效果，这样很难达到实时性的要求，而且随着多径时延扩展的增大，均衡复杂度甚至可以成指数增长。
单载波频域均衡(SC-FDE)技术宽带无线传输的一种有效对抗多径干扰的方法，相比较于正交频分复用(OFDM)技术，单载波频域均衡具有峰均比低，抗频率选择性衰落强，在相同条件下可以达到更高的传输速率和更低的误码率，相比较于一般的单载波时域均衡技术，复杂度也大大的降低，并使用与传输更高的速率。然而，不同的信道环境对系统性能影响不用，正确的信道估计方法成为SC-FDE的关键。
高斯白噪声对信道系数的影响主要表现为两个方面：一是噪声造成主径信道估计值出现起伏；二是估计信道系数估计出现很多真实信道不存在的小能量路径。
目前，传统的频域信道估计方法不能够很好的消除高斯噪声对系统性能的影响，提出一种针对短波信道的信道估计方法，采用滑动导频块和小能量路径置零的方法，从主径和小能量路径两方面来消除高斯噪声的影响，提高系统的传输性能。
发明内容
本发明提供一种短波信道下单载波频域均衡的信道估计去噪声方法，用于解决现有技术中信道估计算法中不能很好的消除高斯噪声的问题。单载波频域均衡系统是宽带无线传输的一种有效对抗多径干扰的方法。相比较于正交频分复用(OFDM)技术，单载波频域均衡具有峰均比低，抗频率选择性衰落强，在相同条件下可以达到更高的传输速率和更低的误码率，相比较于一般的单载波时域均衡技术，复杂度也大大的降低，并使用与传输更高的速率。
本发明提出了基于单载波频域均衡(SC-FDE)技术的适用于短波信道下单载波频域均衡的信道估计去噪声。由于短波信道比较恶劣，加上高斯噪声的影响，很难获取精确的信道估计值，导致不能进行很准确的频域均衡以至于不能获得很好的系统性能。本发明通过最小二乘算法(LS)或者最小均方算法(LMMSE)等获得导频块数据初始信道估计值，然后通过滑动导频块的方法消除主径上的噪声和小能量路径上置零的方法来消除小能量路径上的噪声，来获得精确的信道估计值。
一种短波信道下单载波频域均衡的信道估计去噪声方法，具体步骤如下：
S1、获得导频块数据的初始频域信道估计值；
S2、对S1所述初始频域信道估计值采用滑动导频块的信道估计算法来消除主径上的高斯噪声的影响；
S3、对S2所述消除主径上的高斯噪声的影响的频域信道估计值通过IDFT变换到时域上；
S4、在时域上对估计值进行小能量路径上置零来消除小能量路径上的噪声；
S6、获得时域信道估计值；
S7、对S6所述时域信道估计值进行DFT运算变换到频域上，进行频域均衡操作。
进一步地，S1所述获得导频块的初始信道估计值的方法包括：最小二乘法(LS)和均方均方法(LMMSE)。
进一步地，S1所述导频块数据为独特字序列(Unique Word，UW)，所述导频块数据的长度大于短波信道中的最大多径时延，所述导频块包括N个UW序列，其中，N≥2。
进一步地，S2所述滑动导频块的信道估计算法具体步骤如下：
S21、对K个SC-FDE数据块相同频率位置的信道估计值进行平均；
S22、将两块长度为Ng的第i和i+1个UW序列组成一个新的长度为2Ng的UW序列，即其中，y为接收到的UW序列；
S23、利用S22所述y中任意连续Ng个数据qa＝[qa(0)，...，qa(Ng-1)]来估计信道系数，得到若干个信道估计值，其中，a为序列qa在序列y中的起始位置，qa是在长度为2Ng的y序列中依次取长度为Ng的导频序列，每一组qa获得一组信道估计值；
S24、将S23所述若干个信道估计值进行求平均，若连续取K个数据块，则
进一步地，S4所述时域上对估计值进行小能量路径上置零，具体为：对所述估计值从大到小进行排序，选取前M个，对其他的值进行置零，其中，M小于等于5。
本发明的有益效果是：
本发明所述方法通过使用滑动导频块的信道估计算法和小能量路径置零的方法来高斯白噪声对信道系数的影响。相比较于传统单载波频域均衡的信道估计算法，本方法在原有算法的基础上增加了两个步骤来消除高斯白噪声对信道系数的影响主要表现为两个方面：一是噪声造成主径信道估计值出现起伏；二是估计信道系数估计出现很多真实信道不存在的小能量路径。从而使信道估计更加精确，获得更准确的数据，使系统性能提升。
附图说明
图1为本发明实施例中的一种针对短波信道下的单载波频域均衡的结构示意图。
图2为本发明实施例中的一种针对短波信道下单载波频域均衡的信道估计去噪声方法流程图。
图3为本发明实施例中一种针对短波信道下单载波频域均衡的信道估计去噪声方法原始单载波频域均衡帧结构。
图4为本发明实施例中一种针对短波信道下单载波频域均衡的信道估计去噪声方法改进帧结构。
图5为本发明实施例中一种针对短短信道下单载波频域均衡的信道估计去噪声方法的性能仿真图。
图6为实施例所用恶劣短波信道的参数。
具体实施方式
下面结合实施例和附图，详细说明本发明的技术方案。
实施例中选择的短波信道是国际无线咨询委员会(CCIR)提出的恶劣短波信道，具体参数如图6所示。由于短波信道比较恶劣，加上高斯噪声的影响，很难获取精确的信道估计值，导致不能进行很准确的频域均衡以至于不能获得很好的系统性能。本发明通过滑动导频和小能量路径置零的方法来消除高斯噪声的影响，获得精确的信道估计值。
首先获取通过信道后的导频块，采用最小二乘频域信道估计(LS)算法获取初始信道估计值其中，始信道估计值和真实信道参数H关系是： 其中，Y是接收到UW序列，X是发送原始UW序列，通过上述的公式可以看出LS算法不能消除噪声n’。
高斯白噪声对信道系数的影响主要表现为两个方面：一是噪声造成主径信道估计值出现起伏；二是估计信道系数估计出现很多真实信道不存在的小能量路径。实际中一般的无线通信信道为“稀疏多径”特性(即信道冲击响应绝大部分能量集中于少数的采样点上)，估计值中实际中不存在的小能量路径将对性能有很大影响。
首先，为了消除主径上的噪声，提出一种改进的帧结构如图4所示。该帧结构相比较于一般的SC-FDE系统中的帧结构是每个导频块由两个UW序列构成，利用相邻两个导频块提出一种滑动导频块的信道估计算法。
该算法的基本思想是：
对K个SC-FDE数据块相同频率位置的信道估计值进行平均。
1.将两块长度为Ng的第i和i+1个UW序列组成一个新的长度为2Ng的UW序列，即
2.利用y中任意连续Ng个数据qa＝[qa(0)，...，qa(Ng-1)]来估计信道系数，得到若干个信道估计值。a为序列qa在序列y中的起始位置，qa是在长度为2Ng的y序列中依次取长度为Ng的导频序列，每一组qa获得一组信道估计值。
3.将所有的信道估计值进行求平均，能够达到减少高斯噪声的影响。
如连续取K个数据块时：
由上式可见，当K趋于无穷大时，噪声项这样可以达到减噪的目的。但是实际中不可能取K值无穷大，应该在性能和计算量折衷选取合适的K值。
通过滑动导频块获得频域上的信道估计值通过IDFT运算变换到时域得到
将时域信道估计值的的Ng个数据进行比较，本实施例中选取最大的5条径放回原有的位置，将其余系数置零，最后通过FFT运算将置零后的变换到频域得大量实测数据的统计在协议ITU-R F.中表明，短波信道中出现多径的条数一般为2～4条，其中以3条的概率最高，其次为2条和4条。
通过采用滑动导频块以及小能量路径置零的方法能够较好的消除噪声对估计值的影响。
利用滑动导频块和小能量路径置零能够消除一定的高斯噪声获得更加精确的信道估计值，从而获得更加准确频域均衡系数，使系统性能得到提升。
Claims (3)
1.一种短波信道下单载波频域均衡的信道估计去噪声方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、获得导频块数据的初始频域信道估计值，其中，所述获得导频块的初始频域信道估计值的方法包括：最小二乘法LS和最小均方算法LMMSE；
S2、对S1所述初始频域信道估计值采用滑动导频块的信道估计算法来消除主径上的高斯噪声的影响；
S3、对S2所述消除主径上的高斯噪声的影响的频域信道估计值通过IDFT变换到时域上；
S4、在时域上对估计值进行小能量路径上置零来消除小能量路径上的噪声，具体为：对所述估计值从大到小进行排序，选取前M个，对其他的值进行置零，其中，M小于等于5；
S5、获得时域信道估计值；
S6、对S5所述时域信道估计值进行DFT运算变换到频域上，进行频域均衡操作。
2.根据权利要求1所述的一种短波信道下单载波频域均衡的信道估计去噪声方法，其特征在于：S1所述导频块数据为独特字序列(Unique Word，UW)，所述导频块数据的长度大于短波信道中的最大多径时延，所述导频块包括N个UW序列，其中，N≥2。
3.根据权利要求1所述的一种短波信道下单载波频域均衡的信道估计去噪声方法，其特征在于：S2所述滑动导频块的信道估计算法具体步骤如下：
S21、对K个SC-FDE数据块相同频率位置的信道估计值进行平均；
S22、将两块长度为Ng的第i和i+1个UW序列组成一个新的长度为2Ng的UW序列，即其中，y为接收到的UW序列；
S23、利用S22所述y中任意连续Ng个数据qa＝[qa(0),…,qa(Ng-1)]来估计信道系数，得到若干个信道估计值，其中，a为序列qa在序列y中的起始位置，qa是在长度为2Ng的y序列中依次取长度为Ng的导频序列，每一组qa获得一组信道估计值；
S24、将S23所述若干个信道估计值进行求平均，若连续取K个数据块，则
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101394198A (zh) * | 2008-10-27 | 2009-03-25 | 北京韦加航通科技有限责任公司 | 一种对存在较大频偏的块信号的频偏捕获方法 |
| CN103269321A (zh) * | 2013-04-22 | 2013-08-28 | 东南大学 | 单载波频域均衡系统中基于独特字的信道估计方法 |
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|---|---|---|---|---|
| CN101394198A (zh) * | 2008-10-27 | 2009-03-25 | 北京韦加航通科技有限责任公司 | 一种对存在较大频偏的块信号的频偏捕获方法 |
| CN103269321A (zh) * | 2013-04-22 | 2013-08-28 | 东南大学 | 单载波频域均衡系统中基于独特字的信道估计方法 |
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