CN113132278B - 一种无线ofdm系统的信道平滑方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到通信领域，尤其涉及一种无线OFDM系统的信道平滑方法及系统方法，包括：步骤S1，预先根据信道的信道理想值和信道估计结果构建关联于信道参数的信道平滑系数的求解公式；步骤S2，根据预置的多个信道的信道参数处理求解公式，获取对应于多个信道的信道平滑系数；步骤S3，获取当前信道的当前信道参数以及当前信道估计结果，根据当前信道参数从所有信道平滑系数中获取对应的信道平滑系数并作为当前信道平滑系数，根据当前信道平滑系数和当前信道估计结果获取当前信道的信道平滑结果。本发明的技术方案有益效果在于：提供一种无线OFDM通信系统的信道平滑方法及系统，能够提升信道估计结果的准确性，提高接收机的接收性能。

Description

一种无线OFDM系统的信道平滑方法及系统

技术领域

本发明涉及到通信领域，尤其涉及一种无线OFDM系统的信道平滑方法及系统。

背景技术

随着LTE和WIFI等无线通信技术的发展，对接收机的解调能力提出了越来越高的要求。信道估计是接收信号处理流程中一个至关重要的环节，需要很高的准确度。因此，在接收机处理流程中需要对估计结果进行平滑处理，能够降低信道噪声提高信噪比，最终提高接收机的性能。

现有的信道平滑方法主要是通过对相邻子载波位置的信道估计结果添加权重，然后进行取平均和归一化处理来得到新的信道估计结果。这种方法虽然能在一定程度上提高信噪比，但是没有充分考虑到载波之间的相关性和信道特性，最终的平滑结果不准确。

发明内容

针对现有技术中的问题，现提供一种无线OFDM通信系统的信道平滑方法及系统。

其中，一种无线OFDM通信系统的信道平滑方法，包括：

步骤S1，预先根据信道的信道理想值和信道估计结果构建关联于信道参数的信道平滑系数的求解公式，使所述求解公式求解的信道平滑系数结合所述信道估计结果匹配所述信道理想值；

步骤S2，根据预置的多个信道的信道参数处理所述求解公式，获取对应于多个信道的信道平滑系数；

步骤S3，获取当前信道的当前信道参数以及当前信道估计结果，根据所述当前信道参数从所有所述信道平滑系数中获取对应的信道平滑系数并作为当前信道平滑系数，根据所述当前信道平滑系数和所述当前信道估计结果获取当前信道的信道平滑结果。

优选的，步骤S1包括：

步骤S11，预先根据信道的信道理想值和信道估计结果构建代价函数；

步骤S12，对所述代价函数的偏导数进行求解处理，生成所述信道平滑系数的求解公式。

优选的，构建的所述代价函数为：

J(H_MMSE)＝E{||H-w·H_LS||²}＝E{(H-w·H_LS)^H·(H-w·H_LS)}

其中，

w用于表示所述信道平滑系数；

H_LS用于表示所述信道估计结果；

H_MMSE用于表示信道平滑结果，其中H_MMSE＝w·H_LS；H用于表示所述信道理想值；

下标MMSE用于表示最小均方差方法。

优选的，所述求解公式为：

其中，

w用于表示所述信道平滑系数；

用于表示H的自相关函数，其中，H用于表示所述信道理想值；

SNR用于表示所述信道的信噪比；

I用于表示单位矩阵。

优选的，每个所述信道的信道参数均包括信噪比和信道频段；

针对于每个所述信道，所述步骤S2包括：

步骤S21，对所述信噪比所处的数值进行划分，生成多个信噪比区段并配置对应的多径时延拓展值；

步骤S22，根据所述信道频段配置多个子载波，并确定每个所述子载波的周围子载波；

步骤S23，根据所述多径时延拓展值以及多个所述子载波，获取多个对应的所述信道理想值的自相关函数；

步骤S24，根据所述信噪比和多个所述信道理想值的自相关函数获取多个信道平滑系数并构建对应于所述信道的信道平滑系数矩阵；

步骤S25，对所述信道平滑系数矩阵进行归一化处理，以获取所述信道的信道平滑系数。

优选的，所述步骤S21中，将数值大于25dB的信噪比划分为第一信噪比区段，配置对应的第一多径时延拓展值为15ns；

将数值处于25dB和15dB之间的信噪比划分为第二信噪比区段，配置对应的第二多径时延拓展值为30ns；

将数值处于15dB和5dB之间的信噪比划分为第三信噪比区段，配置对应的第三多径时延拓展值为50ns；

将数值小于5dB之间的信噪比划分为第四信噪比区段，配置对应的第四多径时延拓展值为100ns。

优选的，所述自相关函数采用下述公式表示为：

其中，

用于表示H的自相关函数，其中，H用于表示信道的信道理想值；

τ用于表示对应于不同信噪比区段的多径时延拓展；

k用于表示所述子载波，k′用于表示所述子载波的周围子载波；

Δf用于表示子载波间隔。

优选的，所述归一化处理采用下述公式表示为：

其中，

w用于表示所述信道平滑系数；

W用于表示所述信道平滑系数矩阵。

其中，一种无线OFDM通信系统的信道平滑系统，包括：

一构建模块，用于根据信道的信道理想值和信道估计结果构建关联于信道参数的信道平滑系数的求解公式，使所述求解公式求解的信道平滑系数结合所述信道估计结果匹配所述信道理想值；

一处理模块，连接所述构建模块，用于根据预置的多个信道的信道参数处理所述求解公式，获取对应于多个信道的信道平滑系数；

一信道平滑模块，用于获取当前信道的当前信道参数以及当前信道估计结果，根据所述当前信道参数从所有所述信道平滑系数值中获取对应的信道平滑系数值并作为当前信道平滑系数，根据所述当前信道平滑系数和所述当前信道估计结果获取当前信道的信道平滑结果。

本发明的技术方案有益效果在于：提供一种无线OFDM通信系统的信道平滑方法及系统，能够提升信道估计结果的准确性，提高接收机的接收性能。

附图说明

图1为本发明优选实施方式中，一种无线OFDM通信系统的信道平滑方法的流程示意图；

图2为本发明优选实施方式中，步骤S1的流程示意图；

图3为本发明优选实施方式中，步骤S2的流程示意图；

图4为本发明优选实施方式中，一种无线OFDM通信系统的信道平滑系统的结构示意图。

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作出创造性劳动的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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明提供一种无线OFDM通信系统的信道平滑方法及系统。其中，其中，一种无线OFDM通信系统的信道平滑方法，如图1所示，包括：

步骤S1，预先根据信道的信道理想值和信道估计结果构建关联于信道参数的信道平滑系数的求解公式，使求解公式求解的信道平滑系数结合信道估计结果匹配信道理想值；

步骤S2，根据预置的多个信道的信道参数处理求解公式，获取对应于多个信道的信道平滑系数；

步骤S3，获取当前信道的当前信道参数以及当前信道估计结果，根据当前信道参数从所有信道平滑系数中获取对应的信道平滑系数并作为当前信道平滑系数，根据当前信道平滑系数和当前信道估计结果获取当前信道的信道平滑结果。

具体地，考虑到无线通信系统中，为了实现稳定高速的无线通信，需要准确的信道估计结果，然而，传统的信道平滑方法既没有充分利用到多载波之间的相关性，也没有考虑到信号本身的情况，通常只是做一些简单的加权平均处理，使得最终的信道估计结果没有充分逼近信道的真实数值，影响最终接收机的接收性能，由此，本发明提供一种基于自相关函数的信道平滑方法，将该信道平滑方法应用到无线OFDM通信系统，可以提升信道估计结果的准确性，提高接收机的接收性能。

如图2所示，本发明优选的实施方式中，步骤S1包括：

步骤S11，预先根据信道的信道理想值和信道估计结果构建代价函数；

步骤S12，对代价函数的偏导数进行求解处理，生成信道平滑系数的求解公式。

具体地，首先执行步骤S11，对信道估计结果H_LS进行加权求和得到H_MMSE＝ω·H_LS，并利用MMSE(Minimum Mean Square Error，最小均方误差)方法构建代价函数，表示为：

J(H_MMSE)＝E{||H-w·H_LS||²}＝E{(H-w·H_LS)^H·(H-w·H_LS)}

其中，

w用于表示信道平滑系数；

H_LS用于表示信道估计结果；

H_MMSE用于表示信道平滑结果，其中H_MMSE＝w·H_LS；

下标MMSE用于表示最小均方差方法；

H用于表示信道理想值。

随后执行步骤S12，对代价函数的偏导数

进行求解，得到信道平滑系数的求解公式，表示为：

其中，

w用于表示信道平滑系数；

用于表示H的自相关函数，其中，H用于表示信道理想值；

SNR用于表示信道的信噪比；

I用于表示单位矩阵。

由此，通过步骤S11和步骤S12，可以获取求解信道平滑系数的求解公式，于实际操作中，利用求解公式求解的信道平滑系数，对信道估计结果进行加权求和处理，能够使处理后的信道估计结果更接近信道理想值，进而提升接收机的接收性能。

具体地，基于上述得到的信道平滑系数的求解公式，涉及到自相关函数的具体数值和信噪比，基于本发明应用的无线OFDM系统，假设在多径时延扩展τ内信道功率谱密度恒定，自相关函数的具体数值可对应表示为：

其中，

用于表示H的自相关函数，其中，H用于表示信道的信道理想值；

τ用于表示多径时延拓展；

k用于表示子载波，k′用于表示子载波的周围子载波；

Δf用于表示子载波间隔。

由此，针对于不同的信道，如图3所示，可执行下述步骤获取对应的信道平滑系数：

步骤S21，对信噪比所处的数值进行划分，生成多个信噪比区段并配置对应的多径时延拓展值；

步骤S22，根据信道频段配置多个子载波，并确定每个子载波的周围子载波；

步骤S23，根据多径时延拓展值以及多个子载波，获取多个对应的信道理想值的自相关函数；

步骤S24，根据信噪比和多个信道理想值的自相关函数获取多个信道平滑系数并构建对应于信道的信道平滑系数矩阵；

步骤S25，对信道平滑系数矩阵进行归一化处理，以获取信道的信道平滑系数。

具体地，为提前获取每个信道的信道平滑系数，以便于后续平滑处理时能够直接使用，对应预置不同的信道参数的具体数值，需要注意的是，此处的信道参数包括信噪比和信道频段。

其中，考虑到自相关函数涉及到多径时延拓展，而多径时延拓展由信道的类型决定，由此根据信道的信噪比配置不同的多径时延拓展，即，执行步骤S21，对信噪比所处的数值进行划分生成多个信噪比区段并配置对应的多径时延拓展值。

进一步地，本发明优选的实施方式中，步骤S21中，将数值大于25dB的信噪比划分为第一信噪比区段，配置对应的第一多径时延拓展值为15ns；将数值处于25dB和15dB之间的信噪比划分为第二信噪比区段，配置对应的第二多径时延拓展值为30ns；将数值处于15dB和5dB之间的信噪比划分为第三信噪比区段，配置对应的第三多径时延拓展值为50ns；将数值小于5dB之间的信噪比划分为第四信噪比区段，配置对应的第四多径时延拓展值为100ns。

其中，考虑到自相关函数涉及到多载波，而多载波的个数由信道的信道频段决定，由此执行步骤S22，根据信道频段配置多个子载波，并根据每个子载波所处的位置确定每个子载波的周围子载波，需要注意的是，周围子载波指的是处于当前子载波周围的载波，具体地，可对子载波的位置进行划分，如果该子载波离边缘位置小于n，则认为是该子载波为边缘子载波，该子载波的周围子载波则是从最边缘开始选取的2n+1个子载波，相应地，计算自相关时对应采用从最边缘开始选取的2n+1个子载波；如果是该子载波离边缘位置不小于n，则认为该子载波是中间子载波，该子载波的周围子载波则是前后各选取的n个子载波，相应地，计算自相关时对应采用从前后选取的n个子载波。例如，当信道带宽为20M时，OFDM技术将20MHz频段划分成每个312.5khz宽的子带共形成64个子载波，并考虑有16个子载波没有用于数据传输，并在802.11n中增加4个额外的子载波进行数据传输，由此共配置52个子载波，相应地，此处的若n＝6时，2n+1＝13，对所有子载波依序编号，若该子载波为序号为2的子载波，与处于边缘位置的序号为1的子载波，序号相差1，即该子载波为边缘子载波，该子载波的周围子载波为序号为1，3，……13个子载波，若该子载波为序号为9的子载波，与处于边缘位置的序号为1的子载波，序号相差8，即该子载波为中间子载波，该子载波的周围子载波为序号为3，4，5，……15个子载波。

随后执行步骤S23，根据不同信噪比区段的多径时延拓展值以及子载波的周围子载波，获取多个对应的信道理想值的自相关函数；

执行步骤S24，根据信噪比和多个信道理想值的自相关函数获取多个预置信道平滑系数并构建对应于信道的信道平滑系数矩阵，例如，信道带宽为20M时配置52个子载波，信噪比划分成4个区段，多径时延拓展值具有4种数值，由此针对于一个信道，获取4×52个预置信道平滑系数，组成一个信道平滑系数矩阵W。

最后，执行步骤S25，对信道平滑系数矩阵进行归一化处理，以获取信道的信道平滑系数。进一步地，本发明优选的实施方式中，归一化处理采用下述公式表示为：

其中，

w用于表示所述信道平滑系数；

W用于表示所述信道平滑系数矩阵。

基于上述所述，最终获取该信道对应的信道平滑系数。进一步地，为充分提高计算性能，于实际操作中，将预先执行步骤S1和步骤S2，以预先获取不同信道的信道平滑系数并存储于寄存器或其他存储装置中，以便于后续进行信道平滑时，可以直接使用。

也就是说，实际操作中，可以获取当前信道的当前信道参数以及当前信道估计结果，根据当前信道参数从预先存储的对应于所有信道的信道平滑系数中获取对应于当前信道参数的信道平滑系数并作为当前信道平滑系数，最后将当前信道平滑系数

和当前信道估计结果H_LS′进行相乘，获取当前信道的信道平滑结果。

其中，一种无线OFDM通信系统的信道平滑系统，如图4所示，包括：

一构建模块1，用于根据信道的信道理想值和信道估计结果构建关联于信道参数的信道平滑系数的求解公式，使求解公式求解的信道平滑系数结合信道估计结果匹配信道理想值；

一处理模块2，连接构建模块1，用于根据预置的多个信道的信道参数处理求解公式，获取对应于多个信道的信道平滑系数；

一信道平滑模块3，用于获取当前信道的当前信道参数以及当前信道估计结果，根据当前信道参数从所有信道平滑系数值中获取对应的信道平滑系数值并作为当前信道平滑系数，根据当前信道平滑系数和当前信道估计结果获取当前信道的信道平滑结果。

具体地，本发明还提供一种无线OFDM通信系统的信道平滑系统，通过构建模块1构建关联于信道参数的信道平滑系数的求解公式，通过处理模块2预先获取对应于多个信道的信道平滑系数，最后通过信道平滑模块3，根据当前信道参数从所有信道平滑系数值中获取对应的信道平滑系数值并作为当前信道平滑系数，最后根据当前信道平滑系数和当前信道估计结果获取当前信道的信道平滑结果，具体的处理过程已于上述说明清楚，此处不再赘述。

本发明的技术方案有益效果在于：提供一种无线OFDM通信系统的信道平滑方法及系统，能够提升信道估计结果的准确性，提高接收机的接收性能。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种无线OFDM通信系统的信道平滑方法，其特征在于，包括：

步骤S1，预先根据信道的信道理想值和信道估计结果构建关联于信道参数的信道平滑系数的求解公式，使所述求解公式求解的信道平滑系数结合所述信道估计结果匹配所述信道理想值；

步骤S2，根据预置的多个信道的信道参数处理所述求解公式，获取对应于多个信道的信道平滑系数；

步骤S3，获取当前信道的当前信道参数以及当前信道估计结果，根据所述当前信道参数从所有所述信道平滑系数中获取对应的信道平滑系数并作为当前信道平滑系数，根据所述当前信道平滑系数和所述当前信道估计结果获取当前信道的信道平滑结果；

每个所述信道的信道参数均包括信噪比和信道频段；

步骤S1包括：

步骤S11，预先根据信道的信道理想值和信道估计结果构建代价函数；

步骤S12，对所述代价函数的偏导数进行求解处理，生成所述信道平滑系数的求解公式；

所述步骤S11中，构建的所述代价函数为：

其中，

下标MMSE用于表示最小均方差方法；

用于表示所述信道平滑系数；

H_LS用于表示所述信道估计结果；

H_MMSE用于表示信道平滑结果，其中

H用于表示所述信道理想值；

所述步骤S12中，所述求解公式为：

其中，

用于表示所述信道平滑系数；

用于表示H的自相关函数，其中，H用于表示所述信道理想值；

SNR用于表示所述信道的信噪比；

I用于表示单位矩阵。

2.根据权利要求1所述的一种无线OFDM通信系统的信道平滑方法，其特征在于，每个所述信道的信道参数均包括信噪比和信道频段；

针对于每个所述信道，所述步骤S2包括：

步骤S21，对所述信噪比所处的数值进行划分，生成多个信噪比区段并配置对应的多径时延拓展值；

步骤S22，根据所述信道频段配置多个子载波，并确定每个所述子载波的周围子载波；

步骤S23，根据所述多径时延拓展值以及多个所述子载波，获取多个对应的所述信道理想值的自相关函数；

步骤S24，根据所述信噪比和多个所述信道理想值的自相关函数获取多个预置信道平滑系数并构建对应于所述信道的信道平滑系数矩阵；

步骤S25，对所述信道平滑系数矩阵进行归一化处理，以获取所述信道的信道平滑系数。

3.根据权利要求2所述的一种无线OFDM通信系统的信道平滑方法，其特征在于，所述步骤S21中，将数值大于25dB的信噪比划分为第一信噪比区段，配置对应的第一多径时延拓展值为15ns；

将数值处于25dB和15dB之间的信噪比划分为第二信噪比区段，配置对应的第二多径时延拓展值为30ns；

将数值处于15dB和5dB之间的信噪比划分为第三信噪比区段，配置对应的第三多径时延拓展值为50ns；

将数值小于5dB之间的信噪比划分为第四信噪比区段，配置对应的第四多径时延拓展值为100ns。

4.根据权利要求2所述的一种无线OFDM通信系统的信道平滑方法，其特征在于，所述自相关函数采用下述公式表示为：

其中，

用于表示H的自相关函数，其中，H用于表示信道的信道理想值；

τ用于表示对应于不同信噪比区段的多径时延拓展；

k用于表示所述子载波，k′用于表示所述子载波的周围子载波；

Δf用于表示子载波间隔。

5.根据权利要求2所述的一种无线OFDM通信系统的信道平滑方法，其特征在于，所述归一化处理采用下述公式表示为：

其中，

用于表示所述信道平滑系数；

用于表示所述信道平滑系数矩阵。

6.一种无线OFDM通信系统的信道平滑系统，其特征在于，应用如权利要求1-5中任意一项所述的无线OFDM通信系统的信道平滑方法，包括：

一构建模块，用于根据信道的信道理想值和信道估计结果构建关联于信道参数的信道平滑系数的求解公式，使所述求解公式求解的信道平滑系数结合所述信道估计结果匹配所述信道理想值；

一处理模块，连接所述构建模块，用于根据预置的多个信道的信道参数处理所述求解公式，获取对应于多个信道的信道平滑系数；

一信道平滑模块，用于获取当前信道的当前信道参数以及当前信道估计结果，根据所述当前信道参数从所有所述信道平滑系数值中获取对应的信道平滑系数值并作为当前信道平滑系数，根据所述当前信道平滑系数和所述当前信道估计结果获取当前信道的信道平滑结果。

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