CN1308417A - 无线电系统中用于信道估计的装置和方法 - Google Patents

Abstract

提供一种无线电通信系统中的信道估计装置和方法。在所述信道估计装置中,衰减估计器利用输入信号的预置符号对信道进行估计,第一内插器根据衰减估计对输入信号的其它符号进行内插,在第一反相器(inverter)和第一延迟之后,第一乘法器对信号进行初次补偿,第二内插器在各个符号前后的预定时间内对与初次补偿有关的输入信号的每个符号进行内插,在电平控制器、第二反相器和第二延迟之后,第二乘法器对信号进行二次补偿。

Description

无线电系统中用于信道估计的装置和方法

本发明一般说来涉及无线电通信系统中的数据解调，具体地说，涉及用于针对衰减或其它因素引起的信号失真而对数据进行解调的装置和方法。

无线电通信技术、主要是蜂窝通信技术已经得到迅速发展，并且GMPCS(全球移动个人通信系统-Global Mobile PersonalCommunication System)正被用于遍及全球的通信。对于利用卫星的无线电通信系统，由于卫星和移动台之间的长距离产生因衰减而引起的严重数据失真，因而已经对数据解调进行着积极的研究。

通常，在发送之前将预定符号(例如导引符号)插入在一帧中，并通过对所述预定符号的失真进行检测而对其它信息符号的失真进行补偿。即，发射机在发送之前将约定符号插入数据符号之间，而接收机提取这些约定符号用于信道估计。传统的信道估计依赖使用内插器或扩展符号辅助估计(ESAE：extended symbol-aidedestimation)。

关于先有技术的系统，图1是无线电通信系统中用于数据恢复的传统信道估计装置的示意方框图。图2是用于传统的无线电通信系统中的帧格式。图3是无线电通信系统中传统信道估计装置的详细方框图。图4是无线电通信系统中依赖ESAE的另一个传统信道估计装置的方框图，而图5从概念上说明依赖ESAE的数据恢复用的信道估计。

图1说明PSAM(导引符号辅助调制-Pilot Symbol AssistedModulation)系统中利用信道估计用的导引符号的信道估计装置。在PSAM系统中，导引符号插入器101周期地将导引符号插入数据符号之间，而在发送之前由脉冲整形器102对整个信号进行脉冲整形。乘法器103和加法器104分别对发送信号加入衰减和AWGN(加性高斯白噪声)。接收机使输入信号通过匹配滤波器而将输入信号分解成导引符号和数据符号并利用所述导引符号对数据符号的信道进行估计。对信道估计而言，需要内插器108，并利用内插结果来恢复数据。延迟106对通过内插器108的信号延迟进行补偿。

在一般的PSAM系统中的信道估计过程可以简要表达为：

        St(t)＝Re[zO(t)exp(j2πfct)]……(1)

        zO(t)＝zOi(t)+jzOq(t)       ……(2)

其中St(t)是发射机信号，Re[zO(t)exp(j2πfct)]表示zO(t)exp(j2πfct)的实数部分，fc是载频，zO(t)是带宽受发送滤波器限制的发送基带信号。如图2所示，把预置导引符号插入发送帧。由于衰减的缘故，到达接收机的发送信号表达如下：

        Sr(t)＝Re[c(t)zO(t)exp{j2π(fc-fo)t}+nc(t)exp{j2

     π(fc-fo)t}]                ……(3)

其中Sr(t)是接收信号，nc(t)是AWGN分量。信道复增益c(t)包括衰减和频偏，由下式给出：

        c(t)＝exp(j2πfot)g(t)      ……(4)

其中fo是剩余频偏，g(t)是c(t)的包络。于是，解调的基带信号表示为：

        U(t)＝C(t)Z(t)+n(t)         ……(5)

有必要估计C(t)来得到基带信号Z(t)。第k帧中的第m个符号的抽样值为：

        tk，n＝{k+(n/M)}TP          ……(6)

        而k＝0，1，2，3，…      n＝0，1，2，3，…M-1

其中TP、即导引符号插入周期是NT。每一个帧定时时刻解调的导引符号为：

        U(tk，0)＝C(tk，0)+n(tk，0)    ……(7)

通过用等式(7)的失真符号U(tk，0)除以导引符号b可计算接收到第k个导引符号时刻的衰减估计值。即：

       C(tk，0)＝U(tk，0)/b＝C(tk，0)+n(tk，0)/b……(8)

像等式(8)所表示的那样，利用内插器可以检测到因衰减引起的信息符号的失真。通常有两种内插方法：固定内插和自适应内插。对于固定内插，不管信道是否变化，在整个信道用同步(奈奎斯特)、高斯、线性、或三次内插器对信道失真进行估计；而对于自适应内插，例如，通过利用诸如多普勒频率和按功率谱密度分配的符号能量(Es/No)的参数对信道的改变进行自适应补偿，使用利用维纳(Wiener)滤波器的维纳内插器对信道进行精确地估计。

图3是利用同步内插器的衰减估计和补偿的概念图。如图3所示，为了进行信道估计，衰减估计器301对导引符号的衰减进行估计，而内插器302根据导引符号的信道估计对数据符号进行内插。信道估计结果反映在延迟304所延迟的输入信号中，由此对输入信号进行补偿。

图4和图5说明另一种信道估计方案ESAE。接收机使输入信号通过匹配滤波器401而将输入信号分解成导引符号和数据符号。为了进行信道估计，需要内插器403，并利用内插结果来恢复数据。第一延迟402对通过内插器403的信号延迟进行补偿。解调器405对所述信号进行解调。如图5所示，符号“S”之前恢复的数据与导引符号“P1”、“P2”、“P3”、和“P4”一道用来对符号“S”的信道进行估计。

尽管信道估计比较简单，但利用导引符号信道估计的数据估计方案和ESAE方案具有如下的不足：当接收信号强度弱或经受严重衰减时，信道估计不可靠。

因此，本发明的目的是提供即使在衰减引起严重失真的环境下也能够进行信道估计的信道估计装置和方法。

通过在无线电通信系统中提供信道估计装置和方法可以达到上述目的。在信道估计装置中，衰减估计器利用输入信号的预置符号对信道进行估计，第一内插器根据所述衰减估计对输入信号的其它符号进行内插，第一反相器(inverter)将第一内插器的输出信号反相，第一延迟将输入信号延迟预定时间，第一乘法器利用第一反相器的输出信号对第一延迟的输出信号进行初次补偿，第二内插器在各个符号前后的预定时段对与初次补偿后的符号有关的输入信号的所述每个符号进行内插，电平控制器对第二内插器的输出信号电平进行控制，第二反相器将电平控制器的输出信号反相，第二延迟将初次补偿的信号延迟预定时间，第二乘法器利用第二反相器的输出信号对第二延迟的输出信号进行二次补偿。

通过下面结合附图的详细描述，本发明的上述及其它目的、特征和优点将变得更加明显，附图中：

图1是无线电通信系统中的传统信道估计装置的示意方框图；

图2是用于传统的无线电通信系统中的帧格式；

图3是传统的无线电通信系统中的信道估计装置的详细方框图；

图4是无线电通信系统中依赖ESAE的另一个传统的信道估计装置的方框图；

图5是无线电通信系统中依赖ESAE的数据恢复用的信道估计的概念图；

图6是按照本发明实施例的信道估计装置的方框图；

图7是按照本发明实施例的数据恢复用的信道估计的概念图；

图8A到8D是说明按照本发明实施例的BER特性的曲线图。

下面将参考附图来描述本发明的优选实施例。在下面的说明中，对众所周知的功能和结构不进行描述，因为不必要的细节会使本发明模糊不清。

图6是按照本发明实施例的信道估计装置的方框图，而图7是按照本发明实施例的数据恢复用的信道估计的概念图。

参考图6，衰减估计器600利用输入信号中的预置导引符号对衰减进行估计。第一内插器610根据所述衰减估计对信息符号进行内插。维纳内插器可用作为第一内插器610。第一反相器620通过反相来得到第一内插器610的输出信号的反相值(reciprocal number)。第一延迟630将输入信号延迟预定时间，以便给衰减估计器600、第一内插器610、和第一反相器620提供作用时间。乘法器640利用第一反相器620反相的信道估计信号对从第一延迟630接收的延迟信号进行初次补偿。所述初次补偿后的信号被馈送到第二内插器650和第二延迟680。第二内插器650最好是同步或奈奎斯特内插器并对与所述初次补偿后的数据有关的衰减进行估计，如图7所示。

在图7中，第二内插器650在待估计的数据符号S前后对与初次补偿后的符号(标有斜线)有关的衰减进行估计。用于所述初次补偿的导引符号P1、P2、P3和P4可以与初次补偿后的符号一道用于二次信道估计。可以赋予初次补偿后的数据符号和导引符号相同或不同的权重。

继续参考图6，电平控制器660对估计值的电平进行控制。例如，如果基准符号是(1，0)和(-1，0)，则通过对其它正交相移键控(QPSK)符号(0，1)和(0，-1)进行统一化而将所有符号移到(1，0)域，用于得到信道估计值。第二反相器670将电平控制后的信号反相，而乘法器690通过将第二延迟680延迟的信号乘以从第二反相器670接收的反相信号而对从第二延迟680接收的延迟信号进行二次补偿。

按照本发明的实施例，通过利用导引符号的初次估计和利用奈奎斯特内插器650将借助维纳内插器610补偿的符号作为新导引符号的二次估计而对符号S的信道进行估计。

在维纳内插器610用于初次信道估计的同时，因为与其有关的初次补偿后的符号在待估计的符号附近，所以奈奎斯特内插器650用于二次信道估计。

按照本发明实施例的信道估计方法，随着信噪比(SNR)增加而更精确地对数据符号进行信道估计，并且与导引符号一道使用补偿后的数据增加了信道估计的可靠性。

图8A到8D说明按照本发明的实施例的BER特性。图8A到8D中的水平轴表示Es/No，而垂直轴表示BER的变化。表1列出了试验数据。

表1

图	K	fd
			8A	7dB	20Hz
8B	7dB	200Hz
			8C	12dB	20Hz
8D	12dB	200Hz

如图8A到8D所示，与传统的使用维纳内插器的方案中的性能相比较，本发明实施例的性能得到提高。

在表1中，K表示Ricean衰减因子，fd表示多普勒频率。归一化多普勒频率(fdT)是0.0011和0.011，即在符号率为每秒18000符号的情况下为20Hz和200Hz。在这里，导引插入周期M是20。在相干解调的情况下，假设接收机准确地知道所需的多普勒频率和按功率谱密度分配的符号能量(γ＝Es/No)。从模拟结果推知：在快速衰减(fdT＝0.011)的情况下，本发明的实施例优于传统的使用维纳内插器的方案，如图8B和8D所示。

按照上述的本发明，利用导引符号对信道进行初次估计，并且利用初次补偿后的符号对信道进行二次估计。因此，即使在因衰减而产生严重失真的情况下也能进行信道估计。

虽然参考本发明的一定优选实施例来示出并描述本发明，然而本领域的技术人员会知道：在不脱离后附权利要求书定义的本发明的精神和范围的情况下可以作出各种形式上和细节上的修改。

Claims (12)

1.一种无线电通信系统中的信道估计装置，所述装置包括：

衰减估计器，用于利用输入信号的预置符号对信道进行估计；

第一内插器，用于根据所述衰减估计对所述输入信号的其它符号进行内插；

第一反相器(inverter)，用于将所述第一内插器的输出信号反相；

第一延迟，用于将所述输入信号延迟预定的时间；

第一乘法器，用于利用所述第一反相器的所述输出信号对所述第一延迟的输出信号进行初次补偿；

第二内插器，用于在所述符号前后的预定时段内对与初次补偿后的符号有关的所述输入信号的每个符号进行内插；

电平控制器，用于对所述第二内插器的输出信号电平进行控制；

第二反相器，用于将所述电平控制器的输出信号反相；

第二延迟，用于将所述初次补偿后的信号延迟预定的时间；和

第二乘法器，用于利用所述第二反相器的所述输出信号对所述第二延迟的输出信号进行二次补偿。

2.权利要求1的信道估计装置，其特征在于：所述第一内插器是维纳内插器。

3.权利要求1的信道估计装置，其特征在于：所述第二内插器是同步内插器和奈奎斯特内插器之一。

4.权利要求2的信道估计装置，其特征在于：所述第二内插器是同步内插器和奈奎斯特内插器之一。

5.权利要求1的信道估计装置，其特征在于：所述预置符号是导引符号。

6.权利要求4的信道估计装置，其特征在于：所述预置符号是导引符号。

7.一种无线电通信系统中的信道估计方法，所述方法包括如下步骤：

利用预置符号对输入信号的其它符号进行初次补偿；和

在每个符号前后预定的时段内对与所述初次补偿后的符号有关的所述输入信号的每个符号进行二次补偿。

8.权利要求7的信道估计方法，其特征在于所述初次补偿步骤包括如下步骤：

利用所述预置符号对信道进行估计；

根据所述信道估计对所述输入信号的其它符号进行内插并将所述内插后的信号反相；和

利用所述反相信号对所述输入信号进行补偿。

9.权利要求7的信道估计方法，其特征在于所述二次补偿步骤包括如下步骤：

在所述符号前后预定的时段内对与所述初次补偿后的符号有关的每个符号进行内插并对所述内插后的符号的电平进行控制；和

把所述电平控制的信号反相并且对所述初次补偿后的信号进行二次补偿。

10.权利要求8的信道估计方法，其特征在于：所述二次补偿步骤包括如下步骤：

在所述符号前后预定的时段内对与所述初次补偿后的符号有关的每个符号进行内插并对所述内插后的符号的电平进行控制；和

把所述电平控制的信号反相并且对所述初次补偿后的信号进行二次补偿。

11.权利要求7的信道估计方法，其特征在于：所述预置符号是导引符号。

12.权利要求8的信道估计方法，其特征在于：所述预置符号是导引符号。

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