CN114006664A - 一种wlan系统的信道估计方法及接收机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种WLAN系统的信道估计方法及接收机，该方法包括：对接收信号进行定时同步，得到所述接收信号的提前量；对所述接收信号的信令域进行调解，获得所述接收信号的信号带宽和空间流数目；对所述接收信号进行信道估计，得到信道估计值；对所述接收信号进行信噪比估计，得到信噪比估计值；根据所述信号带宽、所述提前量和所述空间流数目，对所述信道估计值进行修正；当所述信噪比估计值小于等于预设的门限值时，对修正后的信道估计值进行平滑滤波处理；对平滑滤波后的信道估计值进行修正补偿，得到最终的信道估计值。本发明能有效减小时延，提高信道估计的实时性，适用于实时性要求高的WLAN通信系统。

Description

一种WLAN系统的信道估计方法及接收机
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种WLAN系统的信道估计方法及接收机。
背景技术
在WLAN(Wireless Local Area Network，无线局域网)通信系统中，由于受到大尺度衰落和小尺度衰落的影响，无线信道一般具有较大的随机性，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，在宽带无线通信系统中，信道具有频域选择性衰落和时间选择性衰落。在接收端，为了恢复出发送端发送的信号，需要进行信道估计和均衡，以便于去除接收信号中由信道带来的影响。在OFDM(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing，正交频分复用)系统中，采用了简单的频域均衡替代复杂的高阶时域均衡的方法，但是忽略了噪声的影响，使其信道估计值对噪声比较敏感。一般而言，信道在相邻子载波之间具有一定连续性，所以可以在信道估计基础上，对信道估计结果进行平滑处理，这可以在一定程度上降低噪声的影响。但是，在信道平滑的过程中，现有的方法一般是先进行IFFT得到PDP，然后从PDP中搜寻定时同步的偏移量，而IFFT在硬件实现时将会带来较大延迟，并不适用于实时性要求高的WLAN通信系统。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种WLAN系统的信道估计方法及接收机，能有效减小时延，提高信道估计的实时性，适用于实时性要求高的WLAN通信系统。
第一方面，本发明实施例提供了一种WLAN系统的信道估计方法，包括：
对接收信号进行定时同步，得到所述接收信号的提前量；
对所述接收信号的信令域进行调解，获得所述接收信号的信号带宽和空间流数目；
对所述接收信号进行信道估计，得到信道估计值；
对所述接收信号进行信噪比估计，得到信噪比估计值；
根据所述信号带宽、所述提前量和所述空间流数目，对所述信道估计值进行修正；
当所述信噪比估计值小于等于预设的门限值时，对修正后的信道估计值进行平滑滤波处理；
对平滑滤波后的信道估计值进行修正补偿，得到最终的信道估计值。
作为上述方案的改进，所述根据所述信号带宽、所述提前量和所述空间流数目，对所述信道估计值进行修正，包括：
根据所述信号带宽，对所述信道估计值进行相位修正；
根据所述提前量和所述空间流数目，对相位修正后的信道估计值进行定时偏移修正。
作为上述方案的改进，所述对平滑滤波后的信道估计值进行修正补偿，得到最终的信道估计值，包括：
对平滑滤波后的信道估计值进行定时偏移恢复；
对定时偏移恢复后的信道估计值进行相位恢复，得到最终的信道估计值。
作为上述方案的改进，所述根据所述信号带宽，对所述信道估计值进行相位修正，包括：
根据所述信号带宽，获得所述接收信号在设定带宽上的相位旋转参数；
采用所述相位旋转参数对所述信道估计值进行相位修正。
作为上述方案的改进，所述根据所述提前量和所述空间流数目，对相位修正后的信道估计值进行定时偏移修正，包括：
根据所述空间流数目，获得各个空间流的循环移位参数，并根据所述循环移位参数，得到各个空间流的时延参数；
根据所述提前量和所述时延参数，得到定时偏移量；
采用所述定时偏移量对相位修正后的信道估计值进行定时偏移修正。
作为上述方案的改进，所述根据所述提前量和所述时延参数，得到定时偏移量，包括：
对所述提前量和所述时延参数进行加和运算，得到定时偏移量。
作为上述方案的改进，所述采用所述定时偏移量对相位修正后的信道估计值进行定时偏移修正，包括：
采用公式(1)，对相位修正后的信道估计值进行定时偏移修正；
Figure BDA0003282203490000031
其中，
Figure BDA0003282203490000032
表示相位修正后的信道估计值，k表示子载波序号，T表示一个OFDM符号的持续时间，j表示虚数单位；τoffset表示所述定时偏移量，τoffset＝τ+τCSD，τ表示所述提前量，τCSD表示所述时延参数。
作为上述方案的改进，所述对平滑滤波后的信道估计值进行定时偏移恢复，包括：
采用所述定时偏移量，对平滑滤波后的信道估计值进行定时偏移恢复。
作为上述方案的改进，所述对定时偏移恢复后的信道估计值进行相位恢复，得到最终的信道估计值，包括：
采用所述相位旋转参数，对定时偏移恢复后的信道估计值进行相位恢复，得到最终的信道估计值。
作为上述方案的改进，所述对接收信号进行定时同步，得到所述接收信号的提前量，包括：
对所述接收信号进行定时同步，获取所述接收信号的起始位置；
将所述接收信号的起始位置进行提前处理，并获取所述起始位置的提前量。
第二方面，本发明实施例提供了一种接收机，包括：
定时同步模块，用于对接收信号进行定时同步，得到所述接收信号的提前量；
信号调解模块，用于对所述接收信号的信令域进行调解，获得所述接收信号的信号带宽和空间流数目；
信道估计模块，用于对所述接收信号进行信道估计，得到信道估计值；
信噪比估计模块，用于对所述接收信号进行信噪比估计，得到信噪比估计值；
信道修正模块，用于根据所述信号带宽、所述提前量和所述空间流数目，对所述信道估计值进行修正；
信道平滑模块，用于当所述信噪比估计值小于等于预设的门限值时，对修正后的信道估计值进行平滑滤波处理；
信道补偿模块，用于对平滑滤波后的信道估计值进行修正补偿，得到最终的信道估计值。
相对于现有技术，本发明实施例的有益效果在于：通过对接收信号进行定时同步，得到所述接收信号的提前量；然后结合接收信号的信号带宽和空间流数目进行修正，能避免现有IFFT和PDP中搜寻定时同步的偏移量带来的较大时延，减小时延，有效提高后续信道估计的实时性，适用于实时性要求高的WLAN通信系统。
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是本发明实施例提供的一种WLAN系统的信道估计方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的WLAN系统的信道估计的原理框图；
图3是使用本发明和不做信道平滑时的系统丢包性能对比示意图；
图4是使用本发明和现有技术的系统丢包性能对比示意图；
图5是本发明实施例提供的一种接收机的示意图。
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作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。
实施例一
请参阅图1，本发明提供了一种WLAN系统的信道估计方法，包括：
S1：对接收信号进行定时同步，得到所述接收信号的提前量；
示例性的，在WLAN系统中，可以采用基于前导训练序列前后相关以及相关峰值搜索的定时同步方法，将定时同步的误差控制在±0.1us以内，保证定时同步的精确性，以提升WLAN系统的性能。
S2：对所述接收信号的信令域进行调解，获得所述接收信号的信号带宽和空间流数目；
具体的，本发明实施例对接收信号的前导SIG于进行解调译码，获取SIG域的比特，并解映射为帧配置信息，所述帧配置信息记录了接收信号的信号带宽BW和空间流数据N_STS。
S3：对所述接收信号进行信道估计，得到信道估计值；
示例性的，可采用LS(最小二乘)、MMSE(最小均方误差)等算法进行信道估计，但是在本发明实施例中，在信道估计过程中，接收机直接存储本地长训练序列求逆之后的序列，其中，所述本地长训练序列为各流中相同子载波构成的矩阵；且本地长训练序列不做CSD(Cyclic Shift Diversity，循环移位参数)和phase rotation(相位旋转)；接收信号做时频域转换后，也不做CSD和phase rotation，得到初步估计的信道估计值
Figure BDA0003282203490000061
S4：对所述接收信号进行信噪比估计，得到信噪比估计值；
其中，信噪比估计可以基于接收信号的前导训练序列进行，记信噪比估计值为SNR。
S5：根据所述信号带宽、所述提前量和所述空间流数目，对所述信道估计值进行修正；
S6：当所述信噪比估计值小于等于预设的门限值时，对修正后的信道估计值进行平滑滤波处理；
S7：对平滑滤波后的信道估计值进行修正补偿，得到最终的信道估计值。
示例性的，可以采用滑动平均算法进行平滑滤波。在进行平滑滤波时，判断信噪比估计值是否大于预设的门限值，若是，则直接输出经过修正后的信道估计值
Figure BDA0003282203490000062
若否，则对修正后的信道估计值
Figure BDA0003282203490000063
在子载波之间做平滑滤波处理，记平滑滤波后的信道估计值为
Figure BDA0003282203490000064
对
Figure BDA0003282203490000065
进行修正补补偿后输出，其中，修正补偿为上述步骤S5的逆过程。在本发明实施例中，信道在相邻子载波之间具有一定连续性，对信道估计进行平滑可以在一定程度上降低噪声的影响。但是，当信道条件很好，信噪比比较高时，噪声对信道估计的影响可以忽略不计，因此无需进行信道平滑，直接输出修正后的信道估计值
Figure BDA0003282203490000066
避免引入平滑干扰，造成性能的下降。本发明实施例在存在噪声的信道条件下，利用信道在子载波之间连续性，对信道进行平滑处理，可以提高系统性能。
在本发明实施例中，通过对接收信号进行定时同步，得到所述接收信号的提前量；然后结合接收信号的信号带宽和空间流数目进行修正，能避免现有IFFT和PDP中搜寻定时同步的偏移量带来的较大时延，减小时延，有效提高后续信道估计的实时性，适用于实时性要求高的WLAN通信系统。
在一种可选的实施例中，S5：根据所述信号带宽、所述提前量和所述空间流数目，对所述信道估计值进行修正，包括：
步骤S51：根据所述信号带宽，对所述信道估计值进行相位修正；
进一步的，根据所述信号带宽，获得所述接收信号在设定带宽上的相位旋转参数；
采用所述相位旋转参数对所述信道估计值进行相位修正；
示例性的，所述设定带宽为每隔20MHz的带宽。根据所述信号带宽，获取每20MHz带宽上的相位旋转参数，并对所述信道估计值
Figure BDA0003282203490000071
做相位旋转修正，得到相位旋转修正后的信道估计值
Figure BDA0003282203490000072
由于在WLAN系统中，当传输带宽大于20MHz时，会做每20MHz的相位旋转，因此，本发明实施例每20MHz带宽进行相位旋转修正，考虑了WLAN系统中每20MHz做phase rotation对信道估计连续性的影响，使信道平滑能够更好地进行，避免由于在信道估计过程中出现相位发生跳变，而无法进行信道平滑的情况。
步骤S52：根据所述提前量和所述空间流数目，对相位修正后的信道估计值进行定时偏移修正；
进一步，根据所述空间流数目，获得各个空间流的循环移位参数，并根据所述循环移位参数，得到各个空间流的时延参数；
根据所述提前量和所述时延参数，得到定时偏移量；
采用所述定时偏移量对相位修正后的信道估计值进行定时偏移修正；
在本发明实施例中，根据所述空间流数目N_STS，可以获取IEEE802.11协议定义的各流的CSD，作为各流的时延参数τCSD。
然后，对所述提前量τ和所述时延参数τCSD进行加和运算，得到定时偏移量τoffset＝τ+τCSD；
对相位旋转修正后的信道估计值
Figure BDA0003282203490000081
进行定时偏移修正，得到修正后的信道估计值为
Figure BDA0003282203490000082
则
Figure BDA0003282203490000083
为：
Figure BDA0003282203490000084
其中，
Figure BDA0003282203490000085
表示相位修正后的信道估计值，k表示子载波序号，T表示一个OFDM符号的持续时间，j表示虚数单位。所述OFDM符号不包括循环前缀。
在本发明实施例中，通过对在定时同步中标定接收信号的起始位置的提前量，并结合IEEE 802.11协议定义的各流的CSD参数，得到信道估计的定时偏移量，避免了复杂的IFFT和PDP搜寻最大径时延的过程，能有效减少时延，具有更好的实时性。
在一种可选的实施例中，所述对平滑滤波后的信道估计值进行修正补偿，得到最终的信道估计值，包括：
对平滑滤波后的信道估计值进行定时偏移恢复；
进一步的，采用所述定时偏移量，对平滑滤波后的信道估计值进行定时偏移恢复。
对定时偏移恢复后的信道估计值进行相位恢复，得到最终的信道估计值。
进一步的，采用所述相位旋转参数，对定时偏移恢复后的信道估计值进行相位恢复，得到最终的信道估计值。
在本发明实施例中，定时偏移恢复为上述步骤S52的定时偏移修正的逆过程，恢复的定时偏移量为τoffset＝τ+τCSD，同样的，相位恢复为上述步骤S51的相位修正的逆过程，具体可参见上述步骤S51、S52进行逆推导得出最终的信道估计值
Figure BDA0003282203490000086
而最终得到的信道估计值
Figure BDA0003282203490000087
将被送入信道均衡模块，实现对接收信号的恢复。
如图2所示，其是本发明实施例的工作原理框图，通过依次设计phase rotation修正、定时偏移修正、平滑滤波、定时偏移恢复、phase rotation恢复过程，可以有效降低算法运算复杂度，在提高性能的同时，能够满足硬件实时性要求，且非常易于硬件实现。
在一种可选的实施例中，所述对接收信号进行定时同步，得到所述接收信号的提前量，包括：
对所述接收信号进行定时同步，获取所述接收信号的起始位置；
将所述接起始位置进行提前处理，并获取所述起始位置的提前量。
具体的，通过对所述接收信号进行定时同步，获取所述接收信号的起始位置，然后基于定时同步得到的起始位置，做适当提前，记起始位置的提前量τ；通过对接收信号的起始位置做提前处理，可以避免信号间的干扰。
为了更好的说明相对于现有技术本发明实施例所述的信道估计方法的优势效果，进行以下仿真对比：
在802.11ac协议下进行仿真，对比使用本发明方法后的系统丢包率和不使用本发明，即不做信道平滑的WLAN系统丢包率，其中，MSC为0，PSDU长度为2000字节，信道编码为LDPC码，信道平滑采用滑动平均方法，窗口长度为9，仿真结果如图3所示；由图3可以得知，相比于不做信道平滑，本发明实施例的信道轨迹方法可以使WLAN系统10％丢包率对应的信噪比下降约2dB。
在802.11ac协议下进行仿真，对比使用本发明方法后的WLAN系统丢包率和使用相似技术方法的系统丢包率，其中，MSC为0，PSDU长度为2000字节，信道编码为LDPC码，信道平滑采用滑动平均方法，窗口长度为9，仿真结果如图4所示；由图4可以得知，两种方案性能类似，但是本发明方法通过直接获取定时偏移量，避免了复杂的IFFT和PDP搜寻最大径时延的过程，在硬件如FPGA中实现时可减小时延，并且一定程度上节约硬件资源。
实施例二
请参阅图5，本发明实施例提供了一种接收机，包括：
定时同步模块1，用于对接收信号进行定时同步，得到所述接收信号的提前量；
信号调解模块2，用于对所述接收信号的信令域进行调解，获得所述接收信号的信号带宽和空间流数目；
信道估计模块3，用于对所述接收信号进行信道估计，得到信道估计值；
信噪比估计模块4，用于对所述接收信号进行信噪比估计，得到信噪比估计值；
信道修正模块5，用于根据所述信号带宽、所述提前量和所述空间流数目，对所述信道估计值进行修正；
信道平滑模块6，用于当所述信噪比估计值小于等于预设的门限值时，对修正后的信道估计值进行平滑滤波处理；
信道补偿模块7，用于对平滑滤波后的信道估计值进行修正补偿，得到最终的信道估计值。
在一种可选的实施例中，所述信道修正模块5包括：
相位修正单元，用于根据所述信号带宽，对所述信道估计值进行相位修正；
定时偏移修正单元，用于根据所述提前量和所述空间流数目，对相位修正后的信道估计值进行定时偏移修正。
在一种可选的实施例中，所述信道补偿模块7包括：
定时偏移恢复单元，用于对平滑滤波后的信道估计值进行定时偏移恢复；
相位恢复单元，用于对定时偏移恢复后的信道估计值进行相位恢复，得到最终的信道估计值。
在一种可选的实施例中，所述相位修正单元包括：
相位旋转参数获取单元，用于根据所述信号带宽，获得所述接收信号在设定带宽上的相位旋转参数；
相位旋转修正单元，用于采用所述相位旋转参数对所述信道估计值进行相位修正。10-1
在一种可选的实施例中，所述定时偏移修正单元包括：
时延参数获取单元，用于根据所述空间流数目，获得各个空间流的循环移位参数，并根据所述循环移位参数，得到各个空间流的时延参数；
定时偏移量计算单元，用于根据所述提前量和所述时延参数，得到定时偏移量；
进一步的，对所述提前量和所述时延参数进行加和运算，得到定时偏移量；
定时偏移单元，用于采用所述定时偏移量对相位修正后的信道估计值进行定时偏移修正。
进一步的，采用公式(1)，对相位修正后的信道估计值进行定时偏移修正；
Figure BDA0003282203490000111
其中，
Figure BDA0003282203490000112
表示相位修正后的信道估计值，k表示子载波序号，T表示一个OFDM符号的持续时间，j表示虚数单位；τoffset表示所述定时偏移量，τoffset＝τ+τCSD，τ表示所述提前量，τCSD表示所述时延参数。
在一种可选的实施例中，所述定时偏移恢复单元，具体用于采用所述定时偏移量，对平滑滤波后的信道估计值进行定时偏移恢复。
在一种可选的实施例中，所述相位恢复单元，具体用于采用所述相位旋转参数，对定时偏移恢复后的信道估计值进行相位恢复，得到最终的信道估计值。
在一种可选的实施例中，所述定时同步模块1包括：
起始位置获取单元，用于对所述接收信号进行定时同步，获取所述接收信号的起始位置；
提前量获取单元，用于将所述接收信号的起始位置进行提前处理，并获取所述起始位置的提前量。
其中，本发明实施例所述装置的工作原理和技术效果与实施例一相同，在此不在重复赘述。
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 (11)

1.一种WLAN系统的信道估计方法，其特征在于，包括：
对接收信号进行定时同步，得到所述接收信号的提前量；
对所述接收信号的信令域进行调解，获得所述接收信号的信号带宽和空间流数目；
对所述接收信号进行信道估计，得到信道估计值；
对所述接收信号进行信噪比估计，得到信噪比估计值；
根据所述信号带宽、所述提前量和所述空间流数目，对所述信道估计值进行修正；
当所述信噪比估计值小于等于预设的门限值时，对修正后的信道估计值进行平滑滤波处理；
对平滑滤波后的信道估计值进行修正补偿，得到最终的信道估计值。
2.如权利要求1所述的WLAN系统的信道估计方法，其特征在于，所述根据所述信号带宽、所述提前量和所述空间流数目，对所述信道估计值进行修正，包括：
根据所述信号带宽，对所述信道估计值进行相位修正；
根据所述提前量和所述空间流数目，对相位修正后的信道估计值进行定时偏移修正。
3.如权利要求2所述的WLAN系统的信道估计方法，其特征在于，所述对平滑滤波后的信道估计值进行修正补偿，得到最终的信道估计值，包括：
对平滑滤波后的信道估计值进行定时偏移恢复；
对定时偏移恢复后的信道估计值进行相位恢复，得到最终的信道估计值。
4.如权利要求3所述的WLAN系统的信道估计方法，其特征在于，所述根据所述信号带宽，对所述信道估计值进行相位修正，包括：
根据所述信号带宽，获得所述接收信号在设定带宽上的相位旋转参数；
采用所述相位旋转参数对所述信道估计值进行相位修正。
5.如权利要求2所述的WLAN系统的信道估计方法，其特征在于，所述根据所述提前量和所述空间流数目，对相位修正后的信道估计值进行定时偏移修正，包括：
根据所述空间流数目，获得各个空间流的循环移位参数，并根据所述循环移位参数，得到各个空间流的时延参数；
根据所述提前量和所述时延参数，得到定时偏移量；
采用所述定时偏移量对相位修正后的信道估计值进行定时偏移修正。
6.如权利要求5所述的WLAN系统的信道估计方法，其特征在于，所述根据所述提前量和所述时延参数，得到定时偏移量，包括：
对所述提前量和所述时延参数进行加和运算，得到定时偏移量。
7.如权利要求6所述的WLAN系统的信道估计方法，其特征在于，所述采用所述定时偏移量对相位修正后的信道估计值进行定时偏移修正，包括：
采用公式(1)，对相位修正后的信道估计值进行定时偏移修正；
Figure FDA0003282203480000021
其中，
Figure FDA0003282203480000022
表示相位修正后的信道估计值，k表示子载波序号，T表示一个OFDM符号的持续时间，j表示虚数单位；τoffset表示所述定时偏移量，τoffset＝τ+τCSD，τ表示所述提前量，τCSD表示所述时延参数。
8.如权利要求6所述的WLAN系统的信道估计方法，其特征在于，所述对平滑滤波后的信道估计值进行定时偏移恢复，包括：
采用所述定时偏移量，对平滑滤波后的信道估计值进行定时偏移恢复。
9.如权利要求4所述的WLAN系统的信道估计方法，其特征在于，所述对定时偏移恢复后的信道估计值进行相位恢复，得到最终的信道估计值，包括：
采用所述相位旋转参数，对定时偏移恢复后的信道估计值进行相位恢复，得到最终的信道估计值。
10.如权利要求1所述的WLAN系统的信道估计方法，其特征在于，所述对接收信号进行定时同步，得到所述接收信号的提前量，包括：
对所述接收信号进行定时同步，获取所述接收信号的起始位置；
将所述接收信号的起始位置进行提前处理，并获取所述起始位置的提前量。
11.一种接收机，其特征在于，包括：
定时同步模块，用于对接收信号进行定时同步，得到所述接收信号的提前量；
信号调解模块，用于对所述接收信号的信令域进行调解，获得所述接收信号的信号带宽和空间流数目；
信道估计模块，用于对所述接收信号进行信道估计，得到信道估计值；
信噪比估计模块，用于对所述接收信号进行信噪比估计，得到信噪比估计值；
信道修正模块，用于根据所述信号带宽、所述提前量和所述空间流数目，对所述信道估计值进行修正；
信道平滑模块，用于当所述信噪比估计值小于等于预设的门限值时，对修正后的信道估计值进行平滑滤波处理；
信道补偿模块，用于对平滑滤波后的信道估计值进行修正补偿，得到最终的信道估计值。
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