CN201467163U - 一种基于离散导频的信道估计与均衡装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于离散导频的信道估计与均衡装置，包括数据与导频分离器(1)、导频子载波信道估计器(2)、数据子载波信道估计器(3)、数据暂存器(4)、MMSE均衡器(5)；特别适用于多径频率选择性衰落OFDM传输系统中作信道估计与均衡装置，采用数字信号处理技术，利用OFDM系统中的离散导频估计出导频子载波位置处的信道频域响应，并通过两级插值的方法得到数据子载波位置处的信道频域响应，最后通过MMSE均衡恢复出原始发送信号。且本实用新型还具有电路结构简单、集成化程度高、性能稳定可靠、可移植性好、实时性能好、成本低廉等特点。

Description

一种基于离散导频的信道估计与均衡装置

技术领域

本实用新型公开一种基于离散导频的信道估计与均衡装置，特别适用于多径频率选择性衰落OFDM传输系统中作信道估计与均衡装置。

背景技术

传统的OFDM系统多采用块状或梳状分布的导频，块状分布的导频可以很好的抗多径时延引起的码间干扰，但是对于抗多普勒频移引起的频谱展宽和信道频率选择性衰落的性能较差，适用于平坦衰落多径复杂的信道；而梳状分布的导频正好相反，适用于多径时延较小的频率选择性衰落信道。实际应用时，一般均需采用较复杂的算法，占用较多的系统资源，尤其是应用于移动且多径复杂的信道时，这两种导频分布的信道估计与均衡器的性能都受到了极大的限制。

实用新型内容

本实用新型的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种占用系统资源较少、估计精度高的基于离散分布导频的信道估计与均衡器。本实用新型可以同时兼顾多径时延与多普勒频移的要求，还可以降低高斯噪声带来的影响，实现简单，占用系统资源较少，具有集成化程度高、体积小、可移植性好等特点。

本实用新型的目的是这样实现的：

它包括数据与导频分离器、导频子载波信道估计器、数据子载波信道估计器、数据暂存器、MMSE均衡器；所述的数据与导频分离器的输入端口1、2分别与外部输入端口A、B端口相连，用于接收外部输入的接收信号的I路和Q路，其输出端口3、4分别与导频子载波信道估计器的输入端口1、2相连，用于将I路和Q路信号输出至导频子载波信道估计器，输出端口5、6分别与数据暂存器的输入端口1、2相连，用于将I路和Q路数据输出至据暂存器；导频子载波信道估计器的输出端口3、4分别与数据子载波信道估计器的输入端口1、2相连，用于将I路和Q路信号输出至数据子载波信道估计器；数据子载波信道估计器的输出端口3、4分别与MMSE均衡器的输入端口1、2相连，用于将I路和Q路信号输出至MMSE均衡器；数据暂存器的输出端口3、4分别与MMSE均衡器的输入端口3、4相连，用于将I路和Q路信号输出至MMSE均衡器；MMSE均衡器的输出端口5、6分别与外部输出端口C、D相连，用于将I路和Q路信号输出；电源6出端+V电压端与各部件相应电源端并接，提供各个部件工作电源。

导频子载波信道估计器由LS估计器、维纳系数存储器、维纳滤波器构成；所述LS估计器的输入端口1、2分别与数据与导频分离器的输出端口3、4相连，用来接收分离出的导频的I路和Q路信号，用于LS估计；LS估计器的输出端口3、4分别与维纳滤波器的输入端口1、2相连，用于输出经过LS估计后的I路和Q信号；维纳系数存储器的输出端口1、2分别和维纳滤波器的输入端口3、4相连，用于输出维纳系数的I路和Q路信号；维纳滤波器的输出端口分别与数据子载波信道估计器的输入端口1、2相连，用于输出经过维纳滤波后的I路和Q路信号.

数据子载波信道估计器由插值系数存储器、频域插值器A和频域插值器B、时域插值器A和时域插值器B构成。插值系数存储器的输出端口1与分别频域插值器A和频域插值器B的输入端口2相连，用于输出频域的插值系数；频域插值器A和频域插值器B的输入端口1分别与导频子载波信道估计器2的输出端口3、4相连，用于输入I路和Q路数据，输出端口3分别与时域插值器A和时域插值器B的输入端口1相连；时域插值器A和时域插值器B的输出端口2分别与MMSE均衡器5的输入端口1、2相连，用于输出I路和Q路信号。

本实用新型相比背景技术具有如下优点：

1.本实用新型导频子载波信道估计器2采用的维纳滤波算法，将LS估计出的导频信道信息进行维纳滤波，降低噪声对估计结果的影响，提高了估计精度。

2.本实用新型LS估计器7根据所采用的导频序列的特点，采用“相加-截位”的方式完成，无需采用除法器，减小了处理时间，节省了系统资源。

3.本实用新型的数据子载波信道估计器3采用了两级插值器，由于本系统采用的是离散导频，若采用一级2维插值器，系统实现复杂，需要耗费极大的FPGA资源，且性能并不会比两级1维插值器优越很多，所以本系统采用后者。两级插值器中的频域插值器A、频域插值器B无需采用乘法器，采用“相加-截位”的方式完成，复杂度仅依赖于时域插值器A、时域插值器B。

3.本实用新型的组成部件采用一片FPGA器件制作，因此可通过配置不同的程序灵活地实现对工作参数的修改，使结构大大简化，成本显著降低。

4.本实用新型集成化程度高，因此体积小，重量轻，性能稳定可靠，维修方便，设备机动能力明显提高。

附图说明

图1是本实用新型的电原理方框图；

图2是导频子载波信道估计器2实施例的电原理图；

图3是数据子载波信道估计器3实施例的电原理图。

具体实施方式

参照图1至图3，本实用新型由数据与导频分离器1、导频子载波信道估计器2、数据子载波信道估计器3、数据暂存器4、MMSE均衡器5、电源6组成.图1是本实用新型的电原理方框图，实施例按图1连接线路.其中数据与导频分离器1的作用是从经过FFT变换后的OFDM符号中提取出接收导频，并去除虚载波，且分离出的数据存入数据暂存器4，以供MMSE均衡器5使用.导频子载波信道估计器2的作用是将分离出的导频进行LS估计，并进行维纳滤波，以得到导频子载波位置的信道频域相应.数据子载波信道估计器3的作用是根据系统所使用的导频图案，用导频子载波位置的信道频域响应插值得到数据子载波位置的信道频域响应.MMSE均衡器5的作用是根据数据子载波信道估计器3估计出的数据子载波位置的信道频域响应，将数据暂存器4中的数据进行MMSE均衡，以恢复出原始的发送信号，供后续判决模块等使用.实施例数据与导频分离器1、导频子载波信道估计器2、数据子载波信道估计器3、数据暂存器4、MMSE均衡器5、电源6均采用同一块美国Altera公司生产Stratix II系列FPGA芯片制作。

本实用新型电源6提供各部件的直流工作电压，实施例采用市售通用集成稳压直流电源块制作，其输出+V电压为+3.3V、供电电流为1A。

本实用新型简要工作原理如下：

本实用新型实现OFDM系统中的信道估计，并进行数据均衡。数据与导频分离器1从经过FFT变换后的OFDM符号中去除虚载波，提取出接收导频，接收导频送入导频子载波信道估计器2进行处理，首先经过LS估计器7进行LS估计，初步得到导频位置的信道频域响应，再经过维纳滤波器9进行维纳滤波处理后，得到抑制噪声后的导频子载波信道频域响应。数据子载波信道估计器3根据导频位置的信道频域响应，通过进行两级1维插值的方法得到数据位置的信道频域响应。MMSE均衡器5根据估计出的数据位置的信道频域响应，将接收到的数据进行校正，以恢复出发送信号。

本实用新型安装结构如下：

所有电路器件按图1至图3连接线路，通过一块美国Altera公司生产StratixII系列FPGA芯片实现，安装在一块长、宽分别为217×150mm的印制板上，印制板上安装I路信号输入端口A、Q路信号输入端口B的电缆插座、均衡器I路信号输出端口C、Q路信号输出端口D的电缆插座，组装成本实用新型。

Claims (3)

1.一种基于离散导频的信道估计与均衡装置，包括数据与导频分离器(1)、导频子载波信道估计器(2)、数据子载波信道估计器(3)、数据暂存器(4)、MMSE均衡器(5)，其特征在于：所述的数据与导频分离器(1)的输入端口1、2分别与外部输入端口A、B端口相连，其输出端口3、4分别与导频子载波信道估计器(2)的输入端口1、2相连，输出端口5、6分别与数据暂存器(4)的输入端口1、2相连；导频子载波信道估计器(2)的输出端口3、4分别与数据子载波信道估计器(3)的输入端口1、2相连；数据子载波信道估计器(3)的输出端口3、4分别与MMSE均衡器(5)的输入端口1、2相连；数据暂存器(4)的输出端口3、4分别与MMSE均衡器(5)的输入端口3、4相连；MMSE均衡器(5)的输出端口5、6分别与外部输出端口C、D相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于离散导频的信道估计与均衡装置，其特征在于：导频子载波信道估计器(2)由LS估计器(7)、维纳系数存储器(8)、维纳滤波器(9)构成；所述LS估计器(7)的输入端口1、2分别与数据与导频分离器(1)的输出端口3、4相连；LS估计器(7)的输出端口3、4分别与维纳滤波器(9)的输入端口1、2相连；维纳系数存储器(8)的输出端口1、2分别和维纳滤波器(9)的输入端口3、4相连；维纳滤波器(9)的输出端口分别与数据子载波信道估计器(3)的输入端口1、2相连。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于离散导频的信道估计与均衡装置，其特征在于：数据子载波信道估计器(3)由插值系数存储器(10)、频域插值器A(11-1)、频域插值器B(11-2)、时域插值器A(12-1)、时域插值器B(12-2)构成；插值系数存储器(10)的输出端口1分别与频域插值器A(11-1)、频域插值器B(11-2)的输入端口2相连；频域插值器A(11-1)和频域插值器B(11-2)的输入端口1分别与导频子载波信道估计器(2)的输出端口3、4相连，输出端口3分别与时域插值器A(12-1)、时域插值器B(12-2)的输入端口1相连；时域插值器A(12-1)、时域插值器B(12-2)的输出端口2分别与MMSE均衡器(5)的输入端口1、2相连。

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