CN115460045A - 一种抗功率泄露的信道估计方法和系统 - Google Patents

一种抗功率泄露的信道估计方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种抗功率泄露的信道估计方法和系统，将当前的多径频域信道估计变换成多径时域信道估计；从多径时域信道估计中搜索最强径；将最强径的时域信道估计变换成对应的频域信道估计；由多径频域信道估计减去最强径的频域信道估计得到的差值作为更新后的多径频域信道估计；迭代次数累加一次；判断最新的迭代次数是否大于最大径数：若是，输出搜索到的每一条信道路径。若否，使用更新后的多径频域信道估计作为当前的多径频域信道估计重复步骤A2‑A6；通过时域‑频域‑时域迭代搜索，排除最强径的干扰，降低功率泄露造成的影响，得到更为准确的信道估计；并且，只需要在信道两端补零，不需要插值，降低复杂度，简化算法。

Description

一种抗功率泄露的信道估计方法和系统
技术领域
本发明涉及通信技术领域中的信道估计技术领域，尤其涉及一种抗功率泄露的信道估计方法和系统。
背景技术
3GPP（3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划）4G、5G无线通信系统中，系统带宽较大，此时准确的信道估计非常重要。基于fft的变换域估计算法，由于实现简单，不需要先验信息，广泛运用于4G、5G无线通信系统的信道估计中。但系统的实际带宽包含的子载波数目并不为
Figure 316859DEST_PATH_IMAGE001
，导致在使用基于快速傅里叶变换fft的变换域估计算法时，存在功率泄露以及多径之间的干扰，导致信道估计误差大的情况。现有的专利往往采用不同的方式来抑制能量泄露带来的影响，例如在信道的两端进行插值，以降低能量泄露带来的影响，或者舍弃fft变换，直接在时域估计信道。在两端进行插值，等价于在频域加窗，会导致时域多径扩展，多径窗长变大，功率泄露，时域多径之间互相干扰。参考图1（a）-1（b），图1（a）-1（b）中横坐标表示采样时间点，纵坐标表示信道功率，考虑一个多径数量为3，功率为[20，10，2]/32，位置分别为[1，3，5]的多径信道，其在频域的信道长度为192，那么下图1（a）-1（b）中展示原始时域信道和插值到256之后的存在功率泄露的信道，可以看到原始的信道功率为[0.625，0.3125，0.0625]，经过插值之后三条径的功率分别为[0.3925，0.1886，0.01168]，这是因为功率泄露导致的多径能量变换，而位置为5的径已经被淹没在功率泄露而产生的伪径当中。结合图2（a）-2（c），三条径单独插值过信道之后，可以看到第三条径信道功率为0.035，而一起过信道时，由于多径之间的影响，每条径相位不同，且产生泄露，导致功率降低到0.01168。因此，传统fft信道估计的算法会导致时域多径扩展，多径窗长变大，功率泄露，时域多径之间互相干扰。
发明内容
基于现有的技术问题，本发明提供一种抗功率泄露的信道估计方法和系统，旨在解决现有技术中时域fft的信道估计算法存在功率泄露导致信道估计误差大的情况。
一种抗功率泄露的信道估计方法，包括：步骤A1，获取初始的多径频域信道估计；步骤A2，将当前的多径频域信道估计变换成多径时域信道估计；步骤A3，从多径时域信道估计中搜索最强径；步骤A4，将最强径的时域信道估计变换成对应的频域信道估计；步骤A5，由多径频域信道估计减去最强径的频域信道估计得到的差值作为更新后的多径频域信道估计；步骤A6，迭代次数累加一次；步骤A7，判断最新的迭代次数是否大于最大径数：若是，则继续步骤A8；若否，使用更新后的多径频域信道估计作为当前的多径频域信道估计，重复步骤A2-A6；步骤A8，输出搜索到的每一条信道路径的时域信道估计。
进一步的，在步骤A2之前还包括：在步骤A2中，先对当前的多径频域信道估计进行补零处理，再变换成多径时域信道估计。
进一步的，在步骤A2中，对多径频域信道估计的两端均进行补零处理。
进一步的，步骤A2中，使用快速傅里叶逆变换形成多径时域信道估计。
进一步的，在步骤A3中，通过计算多径时域信道估计的功率值，将所有信道路径中功率值最大的路径作为最强径。
进一步的，在步骤A4中，使用快速傅里叶变换形成最强径的频域信道估计。
进一步的，在步骤A5包括：步骤A51，将最强径的频域信道估计的补零位置截断，得到截断后的最强径的频域信道估计；步骤A52，使用补零前的多径频域信道估计减去截断后的最强径的频域信道估计得到差值，将差值作为更新后的多径频域信道估计。
进一步的，步骤A1包括：步骤A11，获取原始的多径时域信道估计；步骤A12，对原始的多径时域信道估计进行快速傅里叶变换形成原始的多径频域信道估计；步骤A13，截断因快速傅里叶变换过程导致的原始的多径频域信道估计存在的干扰项，形成初始的多径频域信道估计。
一种抗功率泄露的信道估计系统，使用前述的一种抗功率泄露的信道估计方法，包括：信号获取模块，用于获取初始的多径频域信道估计；信道搜索模块，连接信号获取模块，用于根据输入的多径频域信道估计执行信道搜索过程，信道搜索过程包括：将当前的多径频域信道估计变换成多径时域信道估计；从多径时域信道估计中搜索最强径；将最强径的时域信道估计变换成对应的频域信道估计；用多径频域信道估计减去最强径的频域信道估计得到的差值作为更新后的多径频域信道估计；计数器，连接信道搜索模块，用于在信道搜索模块完成一次信道搜索后，将迭代次数累加一次；判断模块，连接计数器，用于判断最新的迭代次数是否大于一最大径数，输出判断结果；信道搜索模块还连接判断模块，用于当判断结果为迭代次数不大于一最大径数时，以更新后的多径频域信道估计作为输入再次执行信道搜索；输出模块，分别连接信道搜索模块以及判断模块，用于当判断结果为迭代次数大于一最大径数时，输出搜索到的每一条信道路径的时域信道估计。
进一步的，信道搜索模块在执行信道搜索过程，使用快速傅里叶逆变换将当前的多径频域信道估计变换成多径时域信道估计。
本发明的有益技术效果在于，本发明通过时域-频域-时域迭代搜索，排除最强径的干扰，降低功率泄露造成的影响，得到更为准确的信道估计；并且，只需要在信道两端补零，不需要插值，降低复杂度，简化算法。
附图说明
图1（a）-1（b）、图2（a）-2（c）为现有技术方法进行信道估计产生的泄漏示意图；
图3-5为本发明一种抗功率泄露的信道估计方法的步骤流程图；
图6为本发明一种抗功率泄露的信道估计系统的模块示意图。
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。
参见图3，本发明提供一种抗功率泄露的信道估计方法，包括：步骤A1，获取初始的多径频域信道估计；步骤A2，将当前的多径频域信道估计变换成多径时域信道估计；步骤A3，从多径时域信道估计中搜索最强径；步骤A4，将最强径的时域信道估计变换成对应的频域信道估计；步骤A5，由多径频域信道估计减去最强径的频域信道估计得到的差值作为更新后的多径频域信道估计；步骤A6，迭代次数累加一次；步骤A7，判断最新的迭代次数是否大于最大径数：若是，则继续步骤A8；若否，使用更新后的多径频域信道估计作为当前的多径频域信道估计，重复步骤A2-A6；步骤A8，输出搜索到的每一条信道路径的时域信道估计。
参见图4，进一步的，步骤A1包括：步骤A11，获取原始的多径时域信道估计；步骤A12，对原始的多径时域信道估计进行快速傅里叶变换形成原始的多径频域信道估计；步骤A13，截断因快速傅里叶变换过程导致的原始的多径频域信道估计存在的干扰项，形成初始的多径频域信道估计。
在步骤A11-A12中，原始的多径时域信道估计如下所示：
Figure 635845DEST_PATH_IMAGE002
；
其中，
Figure 882150DEST_PATH_IMAGE003
为原始的多径时域信道估计，
Figure 628389DEST_PATH_IMAGE004
为第一条径的时域信道，
Figure 186409DEST_PATH_IMAGE005
为第L条时域信道估计，L为最大径数。
令W为fft信道矩阵，
Figure 450031DEST_PATH_IMAGE006
表示其第1条径对应的列，
Figure 409897DEST_PATH_IMAGE007
表示第L条径的列，H为原始的多径频域信道估计，则：
Figure 733562DEST_PATH_IMAGE008
；
考虑到从时域变换成频域两端存在干扰，原本为0的位置出现干扰频率，因此进行截断得到截断后的多径频域信道估计
Figure 310037DEST_PATH_IMAGE009
。
进一步的，在步骤A2之前还包括：在步骤A2中，先对当前的多径频域信道估计进行补零处理，再变换成多径时域信道估计。
进一步的，在步骤A2中，对多径频域信道估计的两端均进行补零处理。
进一步的，步骤A2中，使用快速傅里叶逆变换形成多径时域信道估计。
截断后的频域信道估计值
Figure 610306DEST_PATH_IMAGE009
的长度为N-M，N为2的整数倍，M为需要补零的长度，对截断后的频域信道估计值
Figure 955837DEST_PATH_IMAGE009
进行补零，以便进行ifft变换，得到多径时域信道估计
Figure 715982DEST_PATH_IMAGE010
。
进一步的，在步骤A3中，通过计算多径时域信道估计的功率值，将所有信道路径中功率值最大的路径作为最强径。
在时域中寻找最强径，计算多径时域信道估计
Figure 248595DEST_PATH_IMAGE010
的功率P，如下所示：
Figure 588440DEST_PATH_IMAGE011
；
找到最大功率所在的位置
Figure 522898DEST_PATH_IMAGE012
，如下所示：
Figure 453945DEST_PATH_IMAGE013
；
其中，argmax是一种函数，是对函数求参数(集合)的函数。
Figure 739433DEST_PATH_IMAGE014
，则表示当
Figure 670521DEST_PATH_IMAGE015
取
Figure 866011DEST_PATH_IMAGE016
的时候，得到
Figure 827013DEST_PATH_IMAGE015
取值范围的最大值，即取
Figure 944005DEST_PATH_IMAGE012
时为最大功率。最大功率所在的位置
Figure 750287DEST_PATH_IMAGE012
即最强径所在的位置
Figure 659337DEST_PATH_IMAGE012
，得到最强径的时域信道估计
Figure 774930DEST_PATH_IMAGE017
，并记录下来。
进一步的，在步骤A4中，使用快速傅里叶变换形成最强径的频域信道估计。
参见图5，进一步的，在步骤A5包括：步骤A51，将最强径的频域信道估计的补零位置截断，得到截断后的最强径的频域信道估计；步骤A52，使用补零前的多径频域信道估计减去截断后的最强径的频域信道估计得到差值，将差值作为更新后的多径频域信道估计。
步骤A4-A5是进行频域重构强径的信道响应，对
Figure 35010DEST_PATH_IMAGE017
进行N点fft变换，得到频域信道估计
Figure 520349DEST_PATH_IMAGE018
，其中，
Figure 549485DEST_PATH_IMAGE019
表示最强径对应的fft信道矩阵中的列。然后截断之前补零的位置，得到截断后的频域信道估
Figure 462077DEST_PATH_IMAGE020
。
步骤A52中，去除最强径，实现频域迭代干扰抵消，更新方式如下：
Figure 943874DEST_PATH_IMAGE021
；
参见图6，本发明还提供一种抗功率泄露的信道估计系统，使用前述的的一种抗功率泄露的信道估计方法，包括：信号获取模块（1），用于获取初始的多径频域信道估计；信道搜索模块（2），连接信号获取模块（1），用于根据输入的多径频域信道估计执行信道搜索过程，信道搜索过程包括：将当前的多径频域信道估计变换成多径时域信道估计；从多径时域信道估计中搜索最强径；将最强径的时域信道估计变换成对应的频域信道估计；用多径频域信道估计减去最强径的频域信道估计得到的差值作为更新后的多径频域信道估计；计数器（3），连接信道搜索模块（2），用于在信道搜索模块（2）完成一次信道搜索后，将迭代次数累加一次；判断模块（4），连接计数器（3），用于判断最新的迭代次数是否大于一最大径数，输出判断结果；信道搜索模块（2）还连接判断模块（4），用于当判断结果为迭代次数不大于一最大径数时，以更新后的多径频域信道估计作为输入再次执行信道搜索；输出模块（5），分别连接信道搜索模块（2）以及判断模块（4），用于当判断结果为迭代次数大于一最大径数时，输出搜索到的每一条信道路径的时域信道估计。
进一步的，信道搜索模块（2）在执行信道搜索过程，使用快速傅里叶逆变换将当前的多径频域信道估计变换成多径时域信道估计。
本发明具有以下优点：（1）不需要两端进行插值，只需要补0，降低了复杂度，简化了设计复杂度；（2）利用fft快速算法，在时域根据多径能量，找到较强的多径，在频域构建频域信道响应，通过截断，去除fft变换在信道响应为0的子载波处所产生的频域干扰；（3）进行干扰抵消，如此迭代多次，可以完全去除多径能量泄露的影响，得到准确的信道估计。
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 (10)

1.一种抗功率泄露的信道估计方法，其特征在于，包括：步骤A1，获取初始的多径频域信道估计；步骤A2，将当前的所述多径频域信道估计变换成多径时域信道估计；步骤A3，从所述多径时域信道估计中搜索最强径；步骤A4，将所述最强径的时域信道估计变换成对应的频域信道估计；步骤A5，由所述多径频域信道估计减去所述最强径的所述频域信道估计得到的差值作为更新后的所述多径频域信道估计；步骤A6，迭代次数累加一次；步骤A7，判断最新的所述迭代次数是否大于最大径数：若是，则继续步骤A8；若否，使用更新后的所述多径频域信道估计作为当前的所述多径频域信道估计，重复所述步骤A2-A6；步骤A8，输出搜索到的每一条信道路径的所述时域信道估计。
2.如权利要求1所述的一种抗功率泄露的信道估计方法，其特征在于，在所述步骤A2之前还包括：在所述步骤A2中，先对当前的所述多径频域信道估计进行补零处理，再变换成多径时域信道估计。
3.如权利要求2所述的一种抗功率泄露的信道估计方法，其特征在于，在所述步骤A2中，对所述多径频域信道估计的两端均进行补零处理。
4.如权利要求2所述的一种抗功率泄露的信道估计方法，其特征在于，所述步骤A2中，使用快速傅里叶逆变换形成所述多径时域信道估计。
5.如权利要求1所述的一种抗功率泄露的信道估计方法，其特征在于，在所述步骤A3中，通过计算多径时域信道估计的功率值，将所有信道路径中功率值最大的路径作为所述最强径。
6.如权利要求1所述的一种抗功率泄露的信道估计方法，其特征在于，在所述步骤A4中，使用快速傅里叶变换形成所述最强径的所述频域信道估计。
7.如权利要求2所述的一种抗功率泄露的信道估计方法，其特征在于，在所述步骤A5包括：步骤A51，将所述最强径的所述频域信道估计的补零位置截断，得到截断后的所述最强径的所述频域信道估计；步骤A52，使用补零前的所述多径频域信道估计减去所述截断后的所述最强径的所述频域信道估计得到所述差值，将所述差值作为更新后的所述多径频域信道估计。
8.如权利要求1所述的一种抗功率泄露的信道估计方法，其特征在于，所述步骤A1包括：步骤A11，获取原始的多径时域信道估计；步骤A12，对原始的多径时域信道估计进行快速傅里叶变换形成原始的多径频域信道估计；步骤A13，截断因快速傅里叶变换过程导致的原始的所述多径频域信道估计存在的干扰项，形成初始的所述多径频域信道估计。
9.一种抗功率泄露的信道估计系统，其特征在于，使用如权利要求1-8任意一项所述的一种抗功率泄露的信道估计方法，包括：信号获取模块，用于获取初始的多径频域信道估计；信道搜索模块，连接所述信号获取模块，用于根据输入的所述多径频域信道估计执行信道搜索过程，所述信道搜索过程包括：将当前的所述多径频域信道估计变换成多径时域信道估计；从所述多径时域信道估计中搜索最强径；将所述最强径的时域信道估计变换成对应的频域信道估计；用所述多径频域信道估计减去所述最强径的所述频域信道估计得到的差值作为更新后的所述多径频域信道估计；计数器，连接所述信道搜索模块，用于在所述信道搜索模块完成一次信道搜索后，将迭代次数累加一次；判断模块，连接所述计数器，用于判断最新的所述迭代次数是否大于一最大径数，输出判断结果；所述信道搜索模块还连接所述判断模块，用于当所述判断结果为所述迭代次数不大于一最大径数时，以更新后的所述多径频域信道估计作为输入再次执行所述信道搜索；输出模块，分别连接所述信道搜索模块以及所述判断模块，用于当所述判断结果为所述迭代次数大于一最大径数时，输出搜索到的每一条信道路径的所述时域信道估计。
10.如权利要求9所述的一种抗功率泄露的信道估计系统，其特征在于，所述信道搜索模块在执行信道搜索过程，使用快速傅里叶逆变换将当前的所述多径频域信道估计变换成所述多径时域信道估计。
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