RU2713378C1 - Method of estimating channel parameters in ofdm systems - Google Patents

Method of estimating channel parameters in ofdm systems Download PDF

Info

Publication number
RU2713378C1
RU2713378C1 RU2019118426A RU2019118426A RU2713378C1 RU 2713378 C1 RU2713378 C1 RU 2713378C1 RU 2019118426 A RU2019118426 A RU 2019118426A RU 2019118426 A RU2019118426 A RU 2019118426A RU 2713378 C1 RU2713378 C1 RU 2713378C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
channel
estimation
rays
estimate
matrix
Prior art date
Application number
RU2019118426A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Константин Анатольевич Зимовец
Александр Николаевич Матыцин
Михаил Викторович Ахромеев
Original Assignee
Акционерное общество "Концерн "Созвездие"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Концерн "Созвездие" filed Critical Акционерное общество "Концерн "Созвездие"
Priority to RU2019118426A priority Critical patent/RU2713378C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2713378C1 publication Critical patent/RU2713378C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00Baseband systems
    • H04L25/02Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/0202Channel estimation
    • H04L25/0212Channel estimation of impulse response
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00Baseband systems
    • H04L25/02Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/0202Channel estimation
    • H04L25/022Channel estimation of frequency response
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00Baseband systems
    • H04L25/02Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/0202Channel estimation
    • H04L25/0224Channel estimation using sounding signals
    • H04L25/0228Channel estimation using sounding signals with direct estimation from sounding signals
    • H04L25/023Channel estimation using sounding signals with direct estimation from sounding signals with extension to other symbols

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Transmission In General (AREA)

Abstract

FIELD: radio equipment.SUBSTANCE: invention relates to the field of radio equipment. AFC channel estimation is carried out by means of estimation of time position and complex amplitudes of beams and is performed by means of superresolution method (MUSIC), at that initial estimation is performed by sequence of pilot symbols by means of method of least squares (LS-estimation), constructing correlation evaluation matrix, calculating eigenvectors and eigenvalues of said matrix and calculating estimates of time positions of beams, performing complex amplitude amplification of beams, channel estimate for all points is constructed, modulated data symbols are corrected.EFFECT: invention can be used in radio communication systems of multiple access with orthogonal frequency-multiplexed signals (OFDM) and is intended to increase accuracy of estimation of AFC channel.1 cl, 5 dwg

Description

Предлагаемый способ относится к области радиотехники и может быть использовано в системах радиосвязи множественного доступа с ортогональными частотно-мультиплексированными сигналами (OFDM) для повышения точности оценки характеристик канала распространения.The proposed method relates to the field of radio engineering and can be used in multiple access radio communication systems with orthogonal frequency-multiplexed signals (OFDM) to improve the accuracy of estimating the characteristics of the distribution channel.

В системах беспроводной связи модулированный радиочастотный сигнал, распространяясь от передатчика, может достигать приемника различными путями. В системах OFDM осуществляется разделение полосы частот рабочего диапазона канала связи на N ортогональных поддиапазонов, которые могут испытывать различные эффекты замирания (фединга), эффекты многолучевого распространения и могут, следовательно, характеризоваться различными комплексными коэффициентами передачи. При этом на приемной стороне наблюдается сложный сигнал, который представляет собой сумму копий передаваемого сигнала с различными неизвестными задержками, амплитудами и фазами. In wireless communication systems, the modulated radio frequency signal, propagating from the transmitter, can reach the receiver in various ways. In OFDM systems, the bandwidth of the working range of the communication channel is divided into N orthogonal subbands, which can experience various fading effects, multipath effects, and can therefore be characterized by various complex transmission coefficients. At the same time, a complex signal is observed at the receiving side, which is the sum of copies of the transmitted signal with various unknown delays, amplitudes, and phases.

Тенденция развития современных систем радиосвязи направлена в сторону увеличения скорости передачи информации, а также повышения надежности связи. Поэтому для выполнения высоких требований, предъявляемых к современным телекоммуникационным системам, при разработке приемных цифровых устройств, базирующихся на OFDM и работающих в условиях многолучевого распространения, необходимо качественное решение задачи синтеза алгоритма оценки параметров канала. Точность такого алгоритма является определяющим фактором качества работы системы. The development trend of modern radio communication systems is aimed at increasing the speed of information transfer, as well as improving the reliability of communication. Therefore, in order to meet the high requirements of modern telecommunication systems in the development of digital reception devices based on OFDM and operating in multipath conditions, a high-quality solution to the synthesis problem of the channel parameter estimation algorithm is necessary. The accuracy of such an algorithm is a determining factor in the quality of the system.

Оценка состояния канала, как правило, осуществляется посылкой пилотных символов от передатчика и их измерением в приемнике. Среди наиболее известных алгоритмов оценки канала можно выделить метод максимального правдоподобия (MLE) (см. М. Morelli, U. Mengali. A Comparison of Pilot-Aided Channel Estimation Methods for OFDM Systems IEEE, Transactions on Signal Processing, vol.49, no.12 December 2001 pp. 3065-3073) [1] для оценки импульсной характеристики (ИХ) канала в OFDM-системах по пилот-символам. В соответствии описанной в работе [1] методике, оценка ИХ имеет видThe channel condition is usually estimated by sending pilot symbols from the transmitter and measuring them at the receiver. Among the most well-known channel estimation algorithms, the maximum likelihood method (MLE) can be distinguished (see M. Morelli, U. Mengali. A Comparison of Pilot-Aided Channel Estimation Methods for OFDM Systems IEEE, Transactions on Signal Processing, vol. 49, no. December 12, 2001 pp. 3065-3073) [1] for estimating the impulse response (ИХ) of a channel in OFDM systems using pilot symbols. In accordance with the technique described in [1], the estimate of their appearance has the form

Figure 00000001
Figure 00000001

где D – квадратная матрица размерности L×Lwhere D is a square matrix of dimension L × L

Figure 00000002
Figure 00000002

где B – матрица размерностью Np×L видаwhere B is a matrix of dimension N p × L of the form

Figure 00000003
Figure 00000003

где Np – число пилот-символов в одном OFDM-символе,

Figure 00000004
– положение n-го пилот-символа, L – длина канала (длина импульсной характеристики канала в отчетах), N – общее число поднесущих, Z – вектор значений комплексных огибащих пилот-символов. where N p is the number of pilot symbols in one OFDM symbol,
Figure 00000004
Is the position of the nth pilot symbol, L is the channel length (the length of the channel impulse response in the reports), N is the total number of subcarriers, Z is the vector of the values of the complex envelopes of the pilot symbols.

В патенте RU 2359420 H04L 25/02 [2] рассмотрен способ оценки канала радиосвязи, в котором на первом этапе с помощью регрессии выполняется коррекция пилот-символов, а на втором – путем интерполяции первого порядка пилот-символов, выполняется коррекция модулированных данных, т.к. регрессия менее чувствительна к точности оценки пилот-символов, чем интерполяция.Patent RU 2359420 H04L 25/02 [2] describes a method for estimating a radio channel in which, at the first stage, pilot symbols are corrected by regression, and at the second stage, by modulating first-order interpolation of pilot symbols, modulated data is corrected, t. to. Regression is less sensitive to the accuracy of pilot symbol estimates than interpolation.

Недостатком перечисленных известных способов является то, что разрешающая способность оценки амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) не выше, чем расстояние между отсчетами сигнала.The disadvantage of these known methods is that the resolution of the estimate of the amplitude-frequency characteristic (AFC) is not higher than the distance between the samples of the signal.

Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемому является способ оценки канала для системы связи OFDM, основанный на модификации метода наименьших квадратов, приведенный в патенте RU 2341023  H04B 17/00, по п. 1 формулы изобретения [3], принятый за прототип. The closest analogue in technical essence to the proposed one is a channel estimation method for an OFDM communication system based on a least squares modification described in patent RU 2341023 H04B 17/00 according to claim 1 of the claims [3] adopted as a prototype.

В способе-прототипе более эффективная оценка отклика беспроводного канала связи достигается за счет того, что полная полоса частот рабочего диапазона канала связи разбивается на группы поддиапазонов. Начальную оценку частотного отклика канала получают для первой группы поддиапазонов, исходя из передачи пилот-символа, принятого в поддиапазонах первой группы. Первая группа может включать в себя или все, или только подгруппу поддиапазонов, используемых для передачи данных. Затем оценку импульсного отклика канала получают, исходя из начальной оценки частотного отклика и первой матрицы дискретного преобразования Фурье (ДПФ) для поддиапазонов в первой группе. Затем получают улучшенную оценку частотного отклика для второй группы поддиапазонов, исходя из оценки импульсного отклика и второй матрицы ДПФ для поддиапазонов второй группы. Вторая группа может включать в себя или все, или только подгруппу используемых поддиапазонов, а также должна включать в себя, по меньшей мере, один дополнительный поддиапазон, не включенный в первую группу, если она не включает в себя все используемые поддиапазоны.In the prototype method, a more effective assessment of the response of the wireless communication channel is achieved due to the fact that the full frequency band of the working range of the communication channel is divided into groups of subbands. An initial channel frequency response estimate is obtained for the first group of subbands based on the transmission of the pilot symbol received in the subbands of the first group. The first group may include either all or only a subgroup of subbands used for data transmission. Then, the channel impulse response estimate is obtained based on the initial frequency response estimate and the first discrete Fourier transform matrix (DFT) for the subbands in the first group. An improved frequency response estimate for the second group of subbands is then obtained based on the impulse response estimate and the second DFT matrix for the subbands of the second group. The second group may include either all or only a subgroup of the used subbands, and should also include at least one additional subband not included in the first group if it does not include all used subbands.

Анализ предложенных в [1], [2] и [3] решений показывает, что их недостатком является то, что они имеют разрешающую способность оценки амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) не выше, чем расстояние между отсчетами сигнала. Если временное положение луча, порожденного каналом, то есть отсчета импульсной характеристики (ИХ) канала, не совпадает с временным положением отсчета сигнала, то точность оценки АЧХ канала снижается. An analysis of the solutions proposed in [1], [2], and [3] shows that their disadvantage is that they have a resolution of the amplitude-frequency characteristic (AFC) that is no higher than the distance between the signal samples. If the temporary position of the beam generated by the channel, that is, the reference impulse response (ИХ) of the channel, does not coincide with the temporary position of the signal reference, then the accuracy of the channel response is reduced.

На фиг. 1 и фиг. 2 в качестве примера представлены графики оценки АЧХ методом максимального правдоподобия совместно с истинной АЧХ канала для луча с задержкой, совпадающей с временным положением отсчета и не совпадающей для канала с 2 лучами.In FIG. 1 and FIG. Figure 2 shows, as an example, the graphs for estimating the frequency response by the maximum likelihood method together with the true channel frequency response for a beam with a delay that coincides with the time position of the reference and does not coincide for a channel with 2 rays.

Таким образом, анализируя недостатки известных решений, можно сделать вывод о том, что до сих пор не предложен алгоритм оценки характеристик канала распространения сигнала OFDM, обладающего и высокой разрешающей способностью, и учитывающего нестационарность канала. Сопоставительный анализ заявляемого способа с прототипом, а также другими техническими решениями в данной области техники не позволил выявить признаки, заявленные в отличительной части формулы изобретения. Thus, analyzing the shortcomings of the known solutions, it can be concluded that an algorithm for assessing the characteristics of the OFDM signal propagation channel, which has both high resolution and takes into account the non-stationarity of the channel, has not yet been proposed. A comparative analysis of the proposed method with the prototype, as well as other technical solutions in the art did not allow to identify the features claimed in the characterizing part of the claims.

Графические материалы, используемые для пояснения, представлены на следующих чертежах: Graphic materials used for explanation are presented in the following drawings:

фиг. 1 – график оценки АЧХ методом максимального правдоподобия совместно с истинной АЧХ канала для луча с задержкой, совпадающей с временным положением отсчета для канала с 2 лучами; FIG. 1 is a graph of the estimation of the frequency response by the maximum likelihood method together with the true frequency response of the channel for the beam with a delay coinciding with the time position of the reference for the channel with 2 rays;

фиг. 2 – график оценки АЧХ методом максимального правдоподобия совместно с истинной АЧХ канала для луча с задержкой, не совпадающей с временным положением отсчета для канала с 2 лучами; FIG. 2 is a graph for estimating the frequency response by the maximum likelihood method together with the true frequency response of the channel for the beam with a delay that does not coincide with the time position of the reference for the channel with 2 rays;

фиг. 3 – последовательность действий, предшествующих оценке; FIG. 3 - a sequence of actions preceding the assessment;

фиг. 4 – блок-схема алгоритма предлагаемой оценки; FIG. 4 is a flowchart of the proposed estimation algorithm;

фиг. 5 – результат моделирования предлагаемого метода оценки. FIG. 5 is a simulation result of the proposed evaluation method.

Задача предлагаемого технического решения – выполнение оценки АЧХ канала посредством оценки временного положения и комплексных амплитуд лучей, представляя импульсную характеристику канала в дискретном виде, и осуществляя ее при помощи суперразрешающего метода (MUSIC).The objective of the proposed technical solution is to evaluate the frequency response of the channel by evaluating the temporal position and complex amplitudes of the rays, representing the impulse response of the channel in a discrete form, and realizing it using the superresolution method (MUSIC).

(Суперразрешающий метод (MUSIC) известен, см. например, в Steven M. Kay. Modern Spectral Estimation: theory & application).(The Super Resolution Method (MUSIC) is known, see, for example, Steven M. Kay. Modern Spectral Estimation: theory & application).

Для решения поставленной задачи в способе оценки характеристик канала распространения в приемнике системы, использующей OFDM-сигналы, основанный на посылке пилотных символов от передатчика и измерении их в приемнике, согласно изобретению, оценку АЧХ канала производят посредством оценки временного положения и комплексных амплитуд лучей и выполняют при помощи суперразрешающего метода (MUSIC), при этом начальную оценку выполняют по последовательности пилотных символов с помощью метода наименьших квадратов (LS-оценка), строят корреляционную матрицу оценки, рассчитывают собственные векторы и собственные значения этой матрицы и производят расчет оценок временных положений лучей, выполняют оценку комплексных амплитуд лучей, строят оценку канала для всех точек, корректируют модулированные символы данных. To solve the problem in a method for evaluating the characteristics of a propagation channel in a receiver of a system using OFDM signals, based on sending pilot symbols from a transmitter and measuring them in a receiver, according to the invention, the frequency response of the channel is estimated by estimating the temporal position and complex amplitudes of the beams and performed using the superresolving method (MUSIC), while the initial estimation is performed according to the sequence of pilot symbols using the least squares method (LS-estimation), the correlation m evaluation matrix, calculate the eigenvectors and eigenvalues of this matrix and calculate the estimates of the temporal positions of the rays, evaluate the complex amplitudes of the rays, construct a channel estimate for all points, and correct modulated data symbols.

Основной отличительный признак предлагаемого технического решения состоит в использовании информации, содержащейся в системе собственных векторов корреляционной матрицы входных сигналов, при этом подпространство источников сигнала рассматривается как подпространство, натянутое на собственные векторы, соответствующие М наибольшим собственным значениям, а подпространство шума – как натянутое на остальные собственные векторы.The main distinguishing feature of the proposed technical solution is the use of information contained in the system of eigenvectors of the correlation matrix of input signals, while the subspace of the signal sources is considered as the subspace spanned by the eigenvectors corresponding to the M largest eigenvalues, and the noise subspace as spanned by the other eigenvectors vectors.

Предлагаемый способ осуществляется устройством, схема которого приведена на фиг. 3, где обозначено: The proposed method is carried out by a device, a diagram of which is shown in FIG. 3, where indicated:

1 – антенна;1 - antenna;

2 – преобразователь частоты;2 - frequency converter;

3 – аналого-цифровой преобразователь (АЦП);3 - analog-to-digital Converter (ADC);

4 – цифровой сигнальный процессор (ЦСП).4 - digital signal processor (DSP).

Устройство содержит последовательно соединенные антенну 1, преобразователь частоты 2, АЦП 3 и ЦСП 4. The device contains a series-connected antenna 1, a frequency converter 2, ADC 3 and DSP 4.

Работает устройство следующим образом.The device operates as follows.

Принятая реализация OFDM-сигнала поступает с антенны 1 на вход преобразователя частоты 2, в котором осуществляется перенос спектра в низкочастотную область, далее сигнал поступает на аналого-цифровой преобразователь 3, после которого на вход цифрового сигнального процессора 4 поступают отсчеты сигнала в виде синфазной и квадратурной составляющих. В цифровом процессоре осуществляются процедуры частотно-временной синхронизации, удаления защитного интервала и быстрое преобразование Фурье (БПФ), после чего переходят к процессу оценки характеристик канала. The adopted implementation of the OFDM signal is transmitted from the antenna 1 to the input of the frequency converter 2, in which the spectrum is transferred to the low-frequency region, then the signal is fed to the analog-to-digital converter 3, after which the signal samples in the form of in-phase and quadrature are received at the input of the digital signal processor 4 components. The digital processor implements the procedures of time-frequency synchronization, removal of the guard interval and fast Fourier transform (FFT), after which they proceed to the process of evaluating the channel characteristics.

Последовательность действий, которые предшествуют непосредственно процедуре оценки характеристик канала и могут быть выполнены на существующей современной элементной базе, например, в качестве преобразователя частоты использовать микросхему ADL5350, в качестве АЦП – микросхему AD7767, ЦСП – микросхему TMS320С6670.The sequence of actions that immediately precede the channel characteristics estimation procedure and can be performed on the existing modern element base, for example, use the ADL5350 chip as a frequency converter, AD7767 chip as an ADC, and TMS320C6670 chip as a DSP.

Для оценки канала обработке доступен вектор данных во временной области. Обозначим его через

Figure 00000005
. Обозначим через U длину БПФ, номера пилотных поднесущих через
Figure 00000006
,
Figure 00000007
.A data vector in the time domain is available for channel estimation. Denote it by
Figure 00000005
. We denote by U the FFT length, the numbers of pilot subcarriers by
Figure 00000006
,
Figure 00000007
.

Задача оценки канала состоит в том, что по принятому OFDM-символу X[u] необходимо произвести оценку ЧХ канала

Figure 00000008
. После этого оценка будет применена к пилотному символу (пилот-символу) по правилуThe objective of channel estimation is that, according to the received OFDM symbol X [u], it is necessary to estimate the frequency response of the channel
Figure 00000008
. After that, the score will be applied to the pilot symbol (pilot symbol) according to the rule

Figure 00000009
Figure 00000009

На фиг. 4 представлена блок-схема алгоритма этой оценки.In FIG. 4 is a flowchart of this estimation algorithm.

Рассмотрим последовательно процедуру этой оценки.Let us consider the procedure for this assessment sequentially.

В программном модуле 5 проводится оценка канала в пилотных точках методом наименьших квадратов (Hls-оценка):In program module 5, the channel is evaluated at the pilot points using the least squares method (Hls estimate):

Figure 00000010
Figure 00000010

где

Figure 00000011
– заранее известные приёмной стороне значения пилотов на соответствующих поднесущих.Where
Figure 00000011
- pilot values previously known to the receiving side on the respective subcarriers.

Количество оцениваемых лучей Lest считается известным.The number of estimated rays Lest is considered known.

В программном модуле 6 для расчета корреляционной матрицы задается окно усреднения WIND такое, чтобы разность длины вектора

Figure 00000012
и окна WIND была больше, чем предполагаемое количество лучей
Figure 00000013
In program module 6, for calculating the correlation matrix, a WIND averaging window is set such that the difference in the length of the vector
Figure 00000012
and windows wind was larger than the estimated number of rays
Figure 00000013

Figure 00000014
Figure 00000014

Затем строятся матрица

Figure 00000015
размером
Figure 00000016
по формулеThen the matrix is built
Figure 00000015
the size
Figure 00000016
according to the formula

Figure 00000017
Figure 00000017

и матрица

Figure 00000018
размером
Figure 00000019
так, что у неё стоят единицы на побочной диагонали, а все остальные элементы равны нулю. Далее строится автокорреляционная матрица по формулеand matrix
Figure 00000018
the size
Figure 00000019
so that she has units on the side diagonal, and all other elements are equal to zero. Next, an autocorrelation matrix is constructed according to the formula

Figure 00000020
Figure 00000020

В программном модуле 7 рассчитываются собственные значения матрицы Rxx и записываются в действительный вектор

Figure 00000021
,
Figure 00000022
. Собственные вектора матрицы Rxx будут записаны в матрице
Figure 00000023
по столбцам. То есть вектор W[m] будет собственным для матрицы Rxx еслиIn program module 7, the eigenvalues of the matrix Rxx are calculated and written into the real vector
Figure 00000021
,
Figure 00000022
. The eigenvectors of the matrix Rxx will be written in the matrix
Figure 00000023
by columns. That is, the vector W [m] will be eigenvalue for the matrix Rxx if

Figure 00000024
Figure 00000024

для фиксированного значения

Figure 00000025
.for a fixed value
Figure 00000025
.

После расчёта собственных значений и собственных векторов следует выделить Lest наибольших собственных значений. Выписываются Lest собственных векторов, соответствующих Lest наибольшим собственным значениям в матрицу

Figure 00000026
:After calculating the eigenvalues and eigenvectors, it is necessary to select the Lest of the largest eigenvalues. Lest of eigenvectors corresponding to Lest the largest eigenvalues in the matrix are written out
Figure 00000026
:

Figure 00000027
Figure 00000027

Символ

Figure 00000028
во втором аргументе
Figure 00000029
означает, что используются не первые Lest собственных векторов, а Lest собственных векторов, соответствующие Lest наибольшим собственным значениям.Symbol
Figure 00000028
in the second argument
Figure 00000029
means that not the first Lest eigenvectors are used, but Lest eigenvectors corresponding to Lest the largest eigenvalues.

В программном модуле 8 задаются три временных параметра: длина интервала наблюденийIn program module 8, three time parameters are set: the length of the observation interval

Figure 00000030
Figure 00000030

а также максимальное и минимальное значения временных положений лучей Tmin и Tmax, где fs – частота дискретизации, а Nfft – длина БПФ.as well as the maximum and minimum values of the temporal positions of the rays Tmin and Tmax, where fs is the sampling frequency and Nfft is the FFT length.

Задаётся количество точек дискретизации априорного интервала возможных значений временных положений лучей

Figure 00000031
, которое можно задавать через шаг дискретизацииThe number of sampling points of the a priori interval of possible values of the temporal positions of the rays is set
Figure 00000031
which can be set through the sampling step

Figure 00000032
Figure 00000032

Разрешающая способность оценки временного положения составляет половину шага дискретизации

Figure 00000033
.Time position estimation resolution is half the sampling step
Figure 00000033
.

Производится расчёт таблицы

Figure 00000034
размером
Figure 00000035
Table calculation
Figure 00000034
the size
Figure 00000035

Figure 00000036
Figure 00000036

Figure 00000037
Figure 00000037

Далее рассчитывается действительный массив для каждого значения nn=0,…,NN-1Next, a valid array is calculated for each value nn = 0, ..., NN-1

Figure 00000038
Figure 00000038

Теоретически, значения массива

Figure 00000039
лежат на отрезке
Figure 00000040
и могут выходить из него только за счёт ошибок дискретизации. Причём, в случае отсутствия шума и при бесконечно малом шаге дискретизации (то есть, при
Figure 00000041
), значения
Figure 00000042
, для которых выполняется условиеTheoretically, array values
Figure 00000039
lie on the segment
Figure 00000040
and can come out of it only due to sampling errors. Moreover, in the absence of noise and at an infinitely small sampling step (i.e., at
Figure 00000041
), values
Figure 00000042
for which the condition

Figure 00000043
Figure 00000043

соответствуют временным положениям лучей. В случае наличия шума, оценкам временных положений лучей будут соответствовать положения ярко выраженных максимумов массива

Figure 00000039
. Условие яркой выраженности максимумов необходимо учитывать, используя субъективный подход. correspond to the temporary positions of the rays. In the case of noise, the estimates of the temporal positions of the rays will correspond to the positions of pronounced array maxima
Figure 00000039
. The condition for the pronounced severity of the maxima must be taken into account using a subjective approach.

Обозначим индексы Lest наибольших ярко выраженных максимумов через

Figure 00000044
. Значения оценок временных положений лучей в секундахDenote the Lest indices of the largest pronounced maxima by
Figure 00000044
. The values of the estimates of the temporal positions of the rays in seconds

Figure 00000045
Figure 00000045

Задания оценок временных положений лучей в отсчётахTasks for estimating the temporal positions of rays in samples

Figure 00000046
Figure 00000046

На этом оценка временных положений лучей закончена.This completes the assessment of the temporal positions of the rays.

На этапе оценки комплексных амплитуд лучей (программный модуль 9) известны оценка количества лучей Lest, оценки временных положений лучей

Figure 00000047
,
Figure 00000048
и LS-оценка канала, построенная по пилот-символам. Оценка амплитуд лучей производится в соответствии с методом максимального правдоподобия. Комплексную амплитуду l-го луча обозначим
Figure 00000049
At the stage of evaluating the complex amplitudes of the rays (program module 9), an estimate of the number of rays Lest and estimates of the temporal positions of the rays are known
Figure 00000047
,
Figure 00000048
and LS channel estimation based on pilot symbols. The amplitudes of the rays are estimated in accordance with the maximum likelihood method. We denote the complex amplitude of the lth ray
Figure 00000049

На этапе построения оценки канала для всех точек (блок 10) известны оценки Lest,

Figure 00000047
и
Figure 00000050
. Одномерная оценка ЧХ канала строится по формулеAt the stage of constructing the channel estimate for all points (block 10), the Lest estimates are known,
Figure 00000047
and
Figure 00000050
. One-dimensional estimation of the frequency channel is constructed according to the formula

Figure 00000051
Figure 00000051

где

Figure 00000052
– номера поднесущих, используемых для передачи всего сигнала.Where
Figure 00000052
- subcarrier numbers used to transmit the entire signal.

В программном модуле 11 производится учёт оценки канала по правилуIn program module 11, channel estimation is calculated according to the rule

Figure 00000009
Figure 00000009

Эффективность предложенного решения была проверена в процессе моделирования. При моделировании были выбраны следующие параметры:The effectiveness of the proposed solution was tested in the modeling process. During the simulation, the following parameters were selected:

- размер OFDM-символа (длительность ДПФ) – 2048;- size of the OFDM symbol (DFT duration) - 2048;

- количество пилот-символов – 128;- the number of pilot symbols is 128;

- истинное количество лучей канала – 2 или 3;- the true number of channel rays is 2 or 3;

- временное положение луча не обязательно совпадает с временным положением отсчета сигнала;- the temporary position of the beam does not necessarily coincide with the temporary position of the signal reference;

- частота дискретизации – 48 КГц;- sampling frequency - 48 kHz;

- окно усреднения WIND – 32;- WIND averaging window - 32;

- количество точек дискретизации априорного интервала возможных значений временных положений лучей – 10000.- the number of sampling points of the a priori interval of possible values of the temporal positions of the rays is 10000.

На фиг. 5 показан вид АЧХ в пилотных точках истинного канала и канала после оценки сверхразрешающим методом. Как видно из фиг. 5, предлагаемый алгоритм позволяет выполнить оценку АЧХ канала посредством оценки временного положения лучей для случая, когда временное положение луча не совпадает с временным положением отсчета сигнала. In FIG. Figure 5 shows the frequency response at the pilot points of the true channel and channel after estimation by the superresolution method. As can be seen from FIG. 5, the proposed algorithm makes it possible to estimate the frequency response of the channel by estimating the temporal position of the rays for the case where the temporal position of the beam does not coincide with the temporal position of the signal reference.

Таким образом, в предлагаемом способе, в отличие от уже известных способов, оценка АЧХ канала происходит не только по пилот-символам в точках, соответствующих отсчетам сигнала, а дополнительно с высокой разрешающей способностью выполняется оценка временного положения и амплитуд лучей с использованием всех априорных знаний, а также информации, содержащейся в системе собственных векторов корреляционной матрицы входных сигналов, с максимальной эффективностью.Thus, in the proposed method, in contrast to the already known methods, the frequency response of the channel is estimated not only by the pilot symbols at the points corresponding to the signal samples, but also with high resolution, the temporal position and amplitudes of the rays are estimated using all a priori knowledge as well as information contained in the system of eigenvectors of the correlation matrix of input signals, with maximum efficiency.

Claims (1)

Способ оценки характеристик канала распространения в приемнике системы, использующей OFDM-сигналы, основанный на посылке пилотных символов от передатчика и измерении их в приемнике, отличающийся тем, что оценку АЧХ канала производят посредством оценки временного положения и комплексных амплитуд лучей и выполняют при помощи суперразрешающего метода (MUSIC), при этом начальную оценку выполняют по последовательности пилотных символов с помощью метода наименьших квадратов (LS-оценка), строят корреляционную матрицу оценки, рассчитывают собственные векторы и собственные значения этой матрицы и производят расчет оценок временных положений лучей, выполняют оценку комплексных амплитуд лучей, строят оценку канала для всех точек, корректируют модулированные символы данных. A method for evaluating the characteristics of a propagation channel in a receiver of a system using OFDM signals based on sending pilot symbols from a transmitter and measuring them in a receiver, characterized in that the channel frequency response is estimated by estimating the temporal position and complex amplitudes of the rays and is performed using the superresolving method ( MUSIC), in this case, the initial assessment is performed according to the sequence of pilot symbols using the least squares method (LS-estimate), the correlation matrix of the estimate is built, and the These vectors and eigenvalues of this matrix also calculate the estimates of the temporal positions of the rays, estimate the complex amplitudes of the rays, construct a channel estimate for all points, and correct modulated data symbols.
RU2019118426A 2019-06-14 2019-06-14 Method of estimating channel parameters in ofdm systems RU2713378C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019118426A RU2713378C1 (en) 2019-06-14 2019-06-14 Method of estimating channel parameters in ofdm systems

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019118426A RU2713378C1 (en) 2019-06-14 2019-06-14 Method of estimating channel parameters in ofdm systems

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2713378C1 true RU2713378C1 (en) 2020-02-05

Family

ID=69625381

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019118426A RU2713378C1 (en) 2019-06-14 2019-06-14 Method of estimating channel parameters in ofdm systems

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2713378C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2341023C2 (en) * 2002-10-29 2008-12-10 Квэлкомм Инкорпорейтед Channel state estimate for ofdm communication systems
RU2359420C2 (en) * 2006-12-13 2009-06-20 Закрытое акционерное общество "Кодофон" Method for assessment of radio communication channel
RU2374775C2 (en) * 2004-12-22 2009-11-27 Квэлкомм Инкорпорейтед Limited switching of channels in wireless communication systems
JP2011066902A (en) * 2004-05-04 2011-03-31 Qualcomm Inc Staggered pilot transmission for channel estimation and time tracking

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2341023C2 (en) * 2002-10-29 2008-12-10 Квэлкомм Инкорпорейтед Channel state estimate for ofdm communication systems
JP2011066902A (en) * 2004-05-04 2011-03-31 Qualcomm Inc Staggered pilot transmission for channel estimation and time tracking
RU2374775C2 (en) * 2004-12-22 2009-11-27 Квэлкомм Инкорпорейтед Limited switching of channels in wireless communication systems
RU2359420C2 (en) * 2006-12-13 2009-06-20 Закрытое акционерное общество "Кодофон" Method for assessment of radio communication channel

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100810180B1 (en) Method and apparatus for reduced rank channel estimation in a communications system
US6658261B1 (en) Method for sinusoidal modeling and prediction of fast fading processes
US7424062B2 (en) Efficient doppler compensation method and receiver for orthogonal-frequency-division-multiplexing (OFDM) systems
Vasylyshyn Channel estimation method for OFDM communication system using adaptive singular spectrum analysis
Towliat et al. Self-interference channel characterization in underwater acoustic in-band full-duplex communications using OFDM
Li et al. Cross power spectral density based beamforming for underwater acoustic communications
Bai et al. Impulsive noise mitigation with interleaving based on MUSIC in power line communication
Kitamura et al. The impulsive noise reduction using it's replica signal under class-A impulsive channel
GB2506711A (en) An adaptive beamformer which uses signal envelopes to correct steering
Hsiao et al. Super-resolution time-of-arrival estimation using neural networks
CN111539323B (en) Frequency estimation method and device for cyclic prefix linear frequency modulation signal
RU2713378C1 (en) Method of estimating channel parameters in ofdm systems
CN110233687B (en) Multi-channel data signal joint decision detection method
CN108900210B (en) Method and system for eliminating parallel interference of multimode measurement and control signals
CN109188345A (en) Coherent signal source DOA estimation method based on structure when removing predelay sky
Chambers et al. A statistical knowledge autocorrelation-based algorithm for spectrum sensing of OFDM signals in channels with frequency offset
Zidane et al. Broadband radio access network channel identification and downlink MC-CDMA equalization
US10859615B2 (en) Method and apparatus for VSWR estimation using cross-correlation and real sampling without the need for time alignment
CN113938358B (en) Time delay determination method and terminal
CN110120925B (en) Time delay estimation method based on short wave diversity signals
US20110237198A1 (en) Method and System for Super-Resolution Blind Channel Modeling
Manzoor et al. Novel SNR estimation technique in Wireless OFDM systems
Tamim et al. Hilbert transform of FFT pruned cross correlation function for optimization in time delay estimation
KR100733596B1 (en) System and method for estimating channel state information used in adaptive wireless transceiver
RU2719396C2 (en) Method of receiving ofdm signals