CN112995073B - 一种信道估计方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种信道估计方法、装置、设备及存储介质，该信道估计方法包括：对接收到的信号进行信道估计，得到信道的估计值；根据所述估计值计算所述信道各条径的延时；根据所述信道各条径的延时调整所述估计值，并对调整后的估计值进行平滑处理，根据所述信道各条径的延时和平滑处理后的估计值，得到最终的多径信道；通过采用延时调整初始得到的信道估计后进行平滑处理，减去小噪声对信道估计的影响，有效提高多径信道下的信道估计的精确度。

Description

一种信道估计方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种信道估计方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

在无线通信系统中，由于受到大尺度衰落和小尺度衰落的影响，使得无线信道具有较大的随机性，接收信号会产生幅度和相位失真。此外，由于多径效应和多普勒频移的影响，在无线通信系统中，信道具有频域选择性衰落和时间选择性衰落的特性。在接收端，为了恢复出发送端发送的信号，需要进行信道估计，并去除信道估计中的噪声影响。目前，传统的方法是根据功率时延(PDP)谱的最大值估计出定时偏移量，估计值减少定时偏移以修正估计值，使用滑动平均减小修正后的估计值中的噪声，为平滑后的估计值在增加定时偏移；通过估计定时偏移量，去除掉定时偏移量后，对估计值进行平滑，减弱噪声对信道估计的影响。但是，传统去噪方法是在信道处于理想状态下，而在多径信道下，修正定时偏移后的信道估计仍有较大的波动，使用滑动平均反而会改变信道的形状，从而引入更多的畸变，影响信道估计的精确度。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种信道估计方法、装置、设备及存储介质，其能有效提高多径信道下的信道估计的精确度。

第一方面，本发明实施例提供了一种信道估计方法，包括：

对接收到的信号进行信道估计，得到信道的估计值；

根据所述估计值计算所述信道各条径的延时；

根据所述信道各条径的延时调整所述估计值，并对调整后的估计值进行平滑处理；

根据所述信道各条径的延时和平滑处理后的估计值，得到最终的多径信道。

作为上述方案的改进，所述根据所述估计值计算所述信道各条径的延时，包括：

对所述估计值进行傅里叶反变换，获得功率时延谱；

对所述功率时延谱进行峰值搜索，获得所述信道各条径对应的延时。

作为上述方案的改进，所述对所述功率时延谱进行峰值搜索，获得所述信道各条径对应的延时，包括：

将所述功率时延谱中第i条径对应的第z个功率值与设定阈值进行比较；

当第z个功率值大于所述设定阈值时，将第z个功率值在功率时延谱中对应的延时作为所述第i条径的延时。

作为上述方案的改进，所述根据所述信道各条径的延时调整所述估计值，并对调整后的估计值进行平滑处理，包括：

采用所述信道各条径的延时对所述估计值进行调整，得到加性高斯白噪声信道；

对所述加性高斯白噪声信道进行平滑处理。

作为上述方案的改进，所述加性高斯白噪声信道的函数表达为：

其中，τ表示频率时延谱的下标，N表示IFFT点数，H_f(k)表示待平滑的估计值；τ_mp表示每条径对应的延时在功率时延谱中的下标，τ_mp＝τ|h^PDP(τ)>threshold，h^PDP(τ)表示功率时延谱，threshold表示搜索峰值时预设的设定阈值；k表示子载波下标，f表示频率。

作为上述方案的改进，所述对所述加性高斯白噪声信道进行平滑处理，包括：

采用FIR滤波器对所述加性高斯白噪声信道进行平滑处理，得到平滑信道估计

h_m＝[1,...,1]/M

其中，M表示滤波时截取的

的长度。

作为上述方案的改进，所述多径信道的函数表达为：

第二方面，本发明实施例提供了一种信道估计装置，包括：

第一信道估计模块，用于对接收到的信号进行信道估计，得到信道的估计值；

延时计算模块，用于根据所述估计值计算所述信道各条径的延时；

信道调整模块，用于根据所述信道各条径的延时调整所述估计值，并对调整后的估计值进行平滑处理；

第二信道估计模块，用于根据所述信道各条径的延时和平滑处理后的估计值，得到最终的多径信道。

第三方面，本发明实施例提供了一种信道估计设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面中任意一项所述的信道估计方法。

第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如第一方面中任意一项所述的信道估计方法。

相对于现有技术，本发明实施例的有益效果在于：通过对接收到的信号进行信道估计，得到信道的估计值；根据所述估计值计算所述信道各条径的延时；根据所述信道各条径的延时调整所述估计值，并对调整后的估计值进行平滑处理，根据所述信道各条径的延时和平滑处理后的估计值，得到最终的多径信道；通过采用延时调整初始得到的信道估计后进行平滑处理，减去小噪声对信道估计的影响，有效提高多径信道下的信道估计的精确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式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发明的一些实施方式，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1是本发明第一实施例提供的一种信道估计方法的流程图；

图2是本发明提供的信道的PDP谱曲线图；

图3是本发明提供的无线通信系统的丢包率的第一对比示意图；

图4是本发明提供的无线通信系统的丢包率的第二对比示意图；

图5是本发明第二实施例提供的一种信道估计装置的示意图；

图6是本发明第三实施例提供的一种信道估计设备的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，其是本发明第一实施例提供的一种信道估计方法的流程图；所述信道估计方法，包括：

S1：对接收到的信号进行信道估计，得到信道的估计值。

在本发明实施例中，对信道估计的方式不进行具体的限定，例如可以基于参考信号进行信道估计的方法、利用调制信号本身固有的、与具体承载信息比特无关的一些特征或是采用判决反馈的方法来进行信道估计的盲估计方法，或者结合盲估计与基于训练序列估计这两种方法的信道估计方法。无线通信系统的接收端通过对接收到的信号进行初步的信道估计，得到包含噪声的估计值。

S2：根据所述估计值计算所述信道各条径的延时。

具体地，可以通过功率时延谱(PDP谱)获得信道每条径的延时，功率时延谱描述了信道在时间上的色散，通过功率时延谱的峰值即可得到多径信道中每条径的延时；或者可以通过利用ESPRIT(estimation of signal parameters via rotational invariancetechniques，通过旋转不变子空间估计信号参数)算法估计每条径的延时；又或者可以通过用全极点模型表示多径信道的频域响应，得到多径信道模型的全极点表达，对建立的全极点模型进行极点搜索，由搜索的极点得到多径信道的延时。

S3：根据所述信道各条径的延时调整所述估计值，并对调整后的估计值进行平滑处理。

具体地，将所述信道各条径的估计值减去对应的延时，然后进行滑动平均，可以减小噪声对信道估计的影响。

S4：根据所述信道各条径的延时和平滑处理后的估计值，得到最终的多径信道。

具体地，将平滑处理后的信道各条径的估计值加上步骤S2计算出的各条径对应的延时，可得到最终的多径信道。通过采用计算出的延时调整初始得到的信道估计后进行平滑处理，然后添加上之前减去的延时，恢复为多径信道，可以减去小噪声对信道估计的影响，有效提高多径信道下的信道估计的精确度。

在一种可选的实施例中，所述根据所述估计值计算所述信道各条径的延时，包括：

对所述估计值进行傅里叶反变换，获得功率时延谱；

对所述功率时延谱进行峰值搜索，获得所述信道各条径对应的延时。

具体地，通过对信道各条径的估计值进行傅里叶反变换(IFFT变换)，可以得到功率时延谱：

其中，N表示IFFT点数，即离散时间信号的记录长度，根据频率分辨率F决定；τ表示频率时延谱的下标，

表示待平滑的估计值，j表示虚数符号。

在一种可选的实施例中，所述对所述功率时延谱进行峰值搜索，获得所述信道各条径对应的延时，包括：

将所述功率时延谱中第i条径对应的第z个功率值与设定阈值进行比较；

当第z个功率值大于所述设定阈值时，将第z个功率值在功率时延谱中对应的延时作为所述第i条径的延时。

在一种可选的实施例中，所述根据所述信道各条径的延时调整所述估计值，并对调整后的估计值进行平滑处理，包括：

采用所述信道各条径的延时对所述估计值进行调整，得到加性高斯白噪声信道；

对所述加性高斯白噪声信道进行平滑处理。

在一种可选的实施例中，所述加性高斯白噪声信道的函数表达为：

其中，τ表示频率时延谱的下标，N表示IFFT点数，H_f(k)表示待平滑的估计值；τ_mp表示每条径对应的延时在功率时延谱中的下标，τ_mp＝τ|h^PDP(τ)>threshold，h^PDP(τ)表示功率时延谱，threshold表示搜索峰值时预设的设定阈值；k表示子载波下标，f表示频率。Threshold为功率时延谱最大值的1/2。

在本发明实施例中，还需要对平滑处理后的加性高斯白噪声信道进行归一化处理，其中，归一化处理的过程对应上述公式(2)中

通过对加性高斯白噪声信道进行归一化处理，可以在消除多径信道带来的小噪声影响的同时，还可以减少功率时延谱冲击的幅值带来的影响。

在一种可选的实施例中，所述对所述加性高斯白噪声信道进行平滑处理，包括：

采用FIR滤波器对所述加性高斯白噪声信道进行平滑处理，得到平滑信道估计

h_m＝[1,...,1]/M

其中，M表示滤波时截取的

的长度。M优选为9，即滑动平均窗口的长度为9。

在一种可选的实施例中，所述多径信道的函数表达为：

为了更加清楚说明本发明，下面结合在VHT协议下进行信道估计仿真结果进行简单描述。

设置信道为多径信道，截取其中一次仿真数据的PDP谱，如图2所示，此时的PDP谱中存在多个冲击，即此时的信道为多径信道。

设置MSC(调制编码策略)为0，PSDU(PLCP子层业务数据单元)长度为1000字节，译码方法为viterbi译码，threshold为PDP谱最大值的1/2，滑动平均窗口长度为9进行如下仿真：

1、对比不使用本发明实施例的方法和使用本发明实施例的方法进行信道估计后无线通信系统的丢包率，如图3所示，无线通讯系统的10％丢包率的信噪比下降了1.2dB，系统性能得到了改善和提升。

2、对比使用传统的未考虑多径信道影响信道估计方法和使用本发明实施例的方法进行信道估计后无线通信系统的丢包率，如图4所示，无线通讯系统的丢包率的信噪比也明显下降，系统性能得到了改善和提升。

相对于现有技术，本发明实施例的有益效果在于：将初步估计得到的估计值减去步骤S2计算出的延时，得到近似的加性高斯白噪声信道，然后对加性高斯白噪声信道进行滑动平均，得到平滑信道估计，最后添加上步骤S2计算出的延时，将信道变换回多径信道，用于后续的信号处理，通过上述信道估计可以去除信道估计中的噪声影响，有效提高多径信道下的信道估计的精确度；同时可以降低无线通信系统的丢包率的信噪比，改善系统的丢包率性能。

请参阅图5，本发明第二实施例提供了一种信道估计装置，包括：

第一信道估计模块1，用于对接收到的信号进行信道估计，得到信道的估计值；

延时计算模块2，用于根据所述估计值计算所述信道各条径的延时；

信道调整模块3，用于根据所述信道各条径的延时调整所述估计值，并对调整后的估计值进行平滑处理；

第二信道估计模块4，用于根据所述信道各条径的延时和平滑处理后的估计值，得到最终的多径信道。

在一种可选的实施例中，所述延时计算模块包括：

傅里叶反变换单元，用于对所述估计值进行傅里叶反变换，获得功率时延谱；

峰值搜索单元，用于对所述功率时延谱进行峰值搜索，获得所述信道各条径对应的延时。

在一种可选的实施例中，所述峰值搜索单元包括：

比较单元，用于将所述功率时延谱中第i条径对应的第z个功率值与设定阈值进行比较；

延时获取单元，用于当第z个功率值大于所述设定阈值时，将第z个功率值在功率时延谱中对应的延时作为所述第i条径的延时。

在一种可选的实施例中，所述信道调整模块包括：

加性高斯白噪声信道获得单元，用于采用所述信道各条径的延时对所述估计值进行调整，得到加性高斯白噪声信道；

平滑处理单元，用于对所述加性高斯白噪声信道进行平滑处理。

在一种可选的实施例中，所述加性高斯白噪声信道的函数表达为：

其中，τ表示频率时延谱的下标，N表示IFFT点数，H_f(k)表示待平滑的估计值；τ_mp表示每条径对应的延时在功率时延谱中的下标，τ_mp＝τ|h^PDP(τ)>threshold，h^PDP(τ)表示频率时延谱，threshold表示搜索峰值时预设的设定阈值；k表示子载波下标，f表示频率。

在一种可选的实施例中，所述平滑处理单元，用于采用FIR滤波器对所述加性高斯白噪声信道进行平滑处理，得到平滑信道估计

h_m＝[1,...,1]/M

其中，M表示滤波时截取的

的长度。

在一种可选的实施例中，所述多径信道的函数表达为：

参见图6，是本发明第五实施例提供的信道估计设备的示意图。如图6所示，该信道估计设备包括：至少一个处理器11，例如CPU，至少一个网络接口14或者其他用户接口13，存储器15，至少一个通信总线12，通信总线12用于实现这些组件之间的连接通信。其中，用户接口13可选的可以包括USB接口以及其他标准接口、有线接口。网络接口14可选的可以包括Wi-Fi接口以及其他无线接口。存储器15可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatilememory)，例如至少一个磁盘存储器。存储器15可选的可以包含至少一个位于远离前述处理器11的存储装置。

在一些实施方式中，存储器15存储了如下的元素，可执行模块或者数据结构，或者他们的子集，或者他们的扩展集:

操作系统151，包含各种系统程序，用于实现各种基础业务以及处理基于硬件的任务；

程序152。

具体地，处理器11用于调用存储器15中存储的程序152，执行上述实施例所述的信道估计方法，例如图1所示的步骤S1。或者，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如第一信道估计模块。

示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述信道估计设备中的执行过程。

所述信道估计设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述信道估计设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，所述示意图仅仅是信道估计设备的示例，并不构成对信道估计设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件。

所称处理器11可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器11是所述信道估计设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个信道估计设备的各个部分。

所述存储器15可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器11通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述信道估计设备的各种功能。所述存储器15可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器15可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

其中，所述信道估计设备集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

本方发明第六实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如第一实施例中任意一项所述的信道估计方法。

需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种信道估计方法，其特征在于，包括：

对接收到的信号进行信道估计，得到信道的估计值；

根据所述估计值计算所述信道各条径的延时；

根据所述信道各条径的延时调整所述估计值，并对调整后的估计值进行平滑处理；

根据所述信道各条径的延时和平滑处理后的估计值，得到最终的多径信道；

所述根据所述信道各条径的延时调整所述估计值，并对调整后的估计值进行平滑处理，包括：

采用所述信道各条径的延时对所述估计值进行调整，得到加性高斯白噪声信道；

所述加性高斯白噪声信道的函数表达为：

其中，τ表示频率时延谱的下标，N表示IFFT点数，H_f(k)表示待平滑的估计值；τ_mp表示每条径对应的延时在功率时延谱中的下标，τ_mp＝τh^PDP(τ)>threshold，h^PDP(τ)表示功率时延谱，threshold表示搜索峰值时预设的设定阈值；k表示子载波下标，f表示频率；

对所述加性高斯白噪声信道进行平滑处理。

2.如权利要求1所述的信道估计方法，其特征在于，所述根据所述估计值计算所述信道各条径的延时，包括：

对所述估计值进行傅里叶反变换，获得功率时延谱；

对所述功率时延谱进行峰值搜索，获得所述信道各条径对应的延时。

3.如权利要求2所述的信道估计方法，其特征在于，所述对所述功率时延谱进行峰值搜索，获得所述信道各条径对应的延时，包括：

将所述功率时延谱中第i条径对应的第z个功率值与设定阈值进行比较；

当第z个功率值大于所述设定阈值时，将第z个功率值在功率时延谱中对应的延时作为所述第i条径的延时。

4.如权利要求1所述的信道估计方法，其特征在于，所述对所述加性高斯白噪声信道进行平滑处理，包括：

采用FIR滤波器对所述加性高斯白噪声信道进行平滑处理，得到平滑信道估计

h_m＝[1,...,1]/M

其中，M表示滤波时截取的

的长度。

5.如权利要求4所述的信道估计方法，其特征在于，所述多径信道的函数表达为：

6.一种信道估计装置，其特征在于，包括：

第一信道估计模块，用于对接收到的信号进行信道估计，得到信道的估计值；

延时计算模块，用于根据所述估计值计算所述信道各条径的延时；

信道调整模块，用于根据所述信道各条径的延时调整所述估计值，并对调整后的估计值进行平滑处理；

第二信道估计模块，用于根据所述信道各条径的延时和平滑处理后的估计值，得到最终的多径信道；

所述信道调整模块包括：

加性高斯白噪声信道获得单元，用于采用所述信道各条径的延时对所述估计值进行调整，得到加性高斯白噪声信道；

所述加性高斯白噪声信道的函数表达为：

其中，τ表示频率时延谱的下标，N表示IFFT点数，H_f(k)表示待平滑的估计值；τ_mp表示每条径对应的延时在功率时延谱中的下标，τ_mp＝τ|h^PDP(τ)>threshold，h^PDP(τ)表示功率时延谱，threshold表示搜索峰值时预设的设定阈值；k表示子载波下标，f表示频率；

平滑处理单元，用于对所述加性高斯白噪声信道进行平滑处理。

7.一种信道估计设备，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求中1-5任意一项所述的信道估计方法。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求1-5中任意一项所述的信道估计方法。

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