CN101083515A - 一种发射分集的正交频分复用的信道估计方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种发射分集的正交频分复用的信道估计方法及装置，利用线性系统对复指数信号具有响应形式的不变性原理，在时域的各个帧结构中插入复指数形式的导频数据块，并在接收端利用简单的最小二乘估计技术和FFT处理来得到一个数据帧内的OFDM信道频域系数，同时在时间上将各个发射—接收天线链路对之间的导频数据块插入位置错开，所发明的导频数据在时域具有恒包络特性，平均降噪处理使得本发明的发射分集的OFDM信道估计具有很好的估计精度，整个信道估计装置的实现也具有较低的计算复杂度。

Description

一种发射分集的正交频分复用的信道估计方法及装置

技术领域

本发明涉及通信信号处理方法及装置，特别涉及一种发射分集的OFDM(正交频分复用)的信道估计方法及装置。

背景技术

未来移动通信系统中需要提供高速数据传输能力，OFDM能够将频率选择性无线信道转换成一组并行的频率平坦性衰落信道，使得各个子信道能够利用简单的单抽头就可以实现有效的信道均衡，同时，各个子信道的带宽变窄，使得符号的持续时间变长，使用循环前缀处理就可以消除码间干扰。因此OFDM技术已经在宽带无线接入WLAN和WiMAX、数字视频传输DVB-T和数字多媒体广播DMB等领域得到了日益广泛的应用。

在无线通信中分集是一种有效的对抗衰落的技术，目前发展的空时编码技术能够有效地实现空间、时间和频率分集，具有很高的编码效率，并提高整个传输系统的可靠性。但是空时译码需要准确的信道参数信息，对于带有发射分集技术的OFDM无线传输信道估计来说，由于在估计一个天线链路对之间的信道参数的时候，同时会受到其他发射接收天线链路对之间的干扰，因此在估计的时候信噪比很低，很难实现高精度的信道估计。通常的方法是在发射端的频域数据复用时，在不同天线的不同位置插入特殊设计的导频数据，使得接收端收到的经过各个发射-接收天线链路对的衰减作用之后的导频数据在频域上可以相互错开，从而完成各个天线链路对之间的信道参数的估计，但是在频域插入导频会使得发射时域波形峰均功率比难以控制，因此选择时域导频插入技术具有比频域导频插入技术更好的峰均功率比增益。

发明内容

本发明提供的一种发射分集OFDM的信道估计方法及装置，用于从接收端的时域导频数据块中估计出各个发射、接收天线链路对之间的频域信道参数，同时保持具有较好的时域发射峰均功率比性能。

为了达到上述目的，本发明提供了一种发射分集OFDM的信道估计方法，包含以下步骤：

步骤1、对发射端的两路调制数据进行处理，得到时域有效数据X_Di，(i＝1、2)；

步骤1.1、将发射端的两路调制数据在串并转换电路中进行串并转换；

步骤1.2、对步骤1.1输出的数据在空时编码器中进行空时编码处理；

步骤1.3、对步骤1.2输出的两路输出信号分别进行N点IFFT(快速傅立叶逆变换)运算，得到时域有效数据X_D1和X_D2；其中，N表示OFDM数据的子载波的个数，N点FFT是实现OFDM调制技术的方式；

步骤2、导频数据产生单元同时产生两根发射天线所需要的时域导频数据块向量：

X_P＝[exp(j*2π*B*0*(0:1:L+K-1)/N)L exp(j*2π*B*k*(0:1:L+K-1)/N)L]_1×b，其中，B为OFDM数据的频域子载波抽样间隔，L为循环前缀的长度，b为一个OFDM块内的时域抽样点数，K是平均降噪长度，K的取值必须满足(L+K)*B＝b，j表示复数信号 $j=\sqrt{-1},$ N表示OFDM数据中子载波的个数，k表示自然数，0:1:L表示变化范围是从0到L，步长为1；

步骤3、分别将步骤1得到的时域有效数据X_D1和X_D2和步骤2得到的时域导频数据块向量X_P送入各自对应发射端的导频和有效数据时域复用单元i，i＝1、2，在时域上将X_P复用在对应发射天线的不同时间位置，形成对应的数据帧：

在导频和有效数据时域复用单元1中，数据帧每一帧的第一个数据块填入时域导频数据块向量X_P，每一帧的第二个数据块填入零，后面所有的数据块都直接填入有效数据X_D1；

在导频和有效数据时域复用单元2中，数据帧每一帧的第二个数据块填入时域导频数据块向量X_P，每一帧的第一个数据块填入零，后面所有的数据块都直接填入有效数据X_D2；

步骤4、将步骤3得到的对应的两路数据帧进行加入循环前缀处理，即将每个OFDM数据帧的后面L个数据复制到各个数据帧的前面来，形成足够的保护间隔后，将得到的两路数据分别从不同的发射天线进行发射；

步骤5、将接收端天线上收到的信号进行去循环前缀处理，即将接收到的信号的每个符号的前面L个数据去除；

步骤6、将步骤5得到的数据送入导频和数据解复用单元进行解复用处理，按照步骤3中导频和有效数据的插入位置将接收到的导频数据和有效数据分开，得到对应的各个发射、接收天线链路之间对应的导频数据Y_Pi(i＝1、2)，和有效数据Y_D，对有效数据Y_D进行N点FFT频域内插处理；

步骤7、将导频数据Y_P1和Y_P2送入时域最小二乘信道估计装置，得到所有OFDM子载波位置上的信道频域参数

步骤7.1、最小二乘估计单元首先估计出初始OFDM子载波抽样位置的信道频域参数 ${\hat{H}}_{\mathrm{Pi}}^{\′}={X_P}^H{Y}_{\mathrm{Pi}},(i=\mathrm{1,2}),$ X_p是步骤2中得到的参考导频数据块向量，H代表进行共轭转置运算；

步骤7.2、丢污降噪处理单元将

的每组L+K个信道估计值的前面L个值丢掉；

步骤7.3、丢污降噪处理单元对每组

后面的K个估计值进行平均降噪处理，得到各个抽样子载波上对应的信道频域参数

步骤7.4、IFFT电路利用IFFT将

变换到时域，得到

步骤7.5、抽头系数获取单元按照抽头功率大小对

进行排序，然后选择其中最大的L个抽头系数，找到L个重要的时域抽头参数

步骤7.6、FFT频域内插处理电路对这L个重要的时域抽头

补上N-L个零后，进行N点FFT频域内插处理，得到所有OFDM子载波位置上的信道频域参数

步骤8、将经过导频和有效数据解复用单元处理得到的有效数据Y_D和估计得到的信道频域参数

在空时解码器中进行空时译码处理；

步骤9、将步骤8得到的数据在并串转换电路中进行并串转换，恢复出与发射端相对应的调制数据。

本发明还提供了一种发射分集OFDM的信道估计装置，包含依次电路连接的最小二乘估计单元、丢污降噪处理单元、IFFT电路、抽头系数获取单元和FFT频域内插处理电路；

所述的最小二乘估计单元，主要用于从接收导频块向量Y_Pi，(i＝1，2)中得到抽样子载波位置上的初始最小二乘信道估计数据 ${\hat{H}}_{\mathrm{Pi}}^{\′}={X_P}^H{Y}_{\mathrm{Pi}},(i=\mathrm{1,2});$

所述的丢污降噪处理单元，用于从初始最小二乘信道估计数据

中将每组信道的L+K个估计数据的前面L个数据丢掉，然后对每组信道的后面K个数据进行平均降噪处理；

所述的IFFT电路，用于将

变换到时域，得到

所述的抽头系数获取单元，用于从时域的N个抽头数据

中找到L个重要的抽头系数

也就是先对

按照功率大小进行排列，然后选择其中最大的L个抽头系数

所述的FFT频域内插处理电路，用于对L个重要的时域抽头

补上N-L个零后进行N点FFT频域内插处理，得到所有OFDM子载波位置上的信道频域参数

本发明利用线性系统对复指数信号具有响应形式的不变性原理，在时域的各个帧结构中插入复指数形式的导频数据块，并在接收端利用简单的最小二乘估计技术和FFT处理来得到一个数据帧内的OFDM信道频域系数，同时在时间上将各个发射一接收天线链路对之间的导频数据块插入位置错开，所发明的导频数据在时域具有恒包络特性，平均降噪处理使得本发明的发射分集的OFDM信道估计具有很好的估计精度，整个信道估计装置的实现也具有较低的计算复杂度。

附图说明

图1是本发明提供的一种发射分集OFDM的信道估计方法的流程图；

图2是本发明提供的一种发射分集OFDM的信道估计方法的导频和有效数据时域复用单元1的帧结构示意图；

图3是本发明提供的一种发射分集OFDM的信道估计方法的导频和有效数据时域复用单元2的帧结构示意图；

图4是本发明提供的一种发射分集OFDM的信道估计装置的结构示意图。

具体实施方式

以下根据图1～图4，具体说明本发明的较佳实施方式：

如图1所示，本发明提供了一种发射分集OFDM的信道估计方法，包含以下步骤：

步骤1、对发射端的两路调制数据进行处理，得到时域有效数据X_Di，(i＝1、2)；

步骤1.1、将发射端的两路调制数据在串并转换电路中进行串并转换；

步骤1.2、对步骤1.1输出的数据在空时编码器中进行空时编码处理；

步骤1.3、对步骤1.2输出的两路输出信号分别进行N点IFFT(快速傅立叶逆变换)运算，得到时域有效数据X_D1和X_D2；

步骤2、导频数据产生单元同时产生两根发射天线所需要的时域导频数据序列：

X_P＝[exp(j*2π*B*0*(0:1:L+K-1)/N)L exp(j*2π*B*k*(0:1:L+K-1)/N)L]_1×b

，其中，B为OFDM数据的频域子载波抽样间隔，L为循环前缀的长度，b为一个OFDM块内的时域抽样点数，K是平均降噪长度，K的取值必须满足(L+K)*B＝b，j表示复数信号 $j=\sqrt{-1},$ N表示OFDM数据中子载波的个数，k表示自然数，0:1:L表示变化范围是从0到L，步长为1；

步骤3、分别将时域有效数据X_D1和X_D2和时域导频数据X_P送入各自对应发射端的导频和有效数据时域复用单元i，(i＝1、2)，在时域上将X_P复用在对应发射天线的不同时间位置，形成对应的数据帧；

一个时域数据帧由若干个数据块组成，每个数据块包括若干个OFDM符号，这些数量可以根据实际使用条件来设定，每个数据块内的数据点数为b；

如图2所示，导频和有效数据时域复用单元1中，数据帧每一帧的第一个数据块填入导频数据块X_P，为了与第二个发射、接收天线链路对之间的信道估计分开，每一帧的第二个数据块填入零，后面所有的数据块都直接填入有效数据X_D1；

如图3所示，导频和有效数据时域复用单元2中，数据帧每一帧的第二个数据块填入导频数据块X_P，为了与第一个发射、接收天线链路对之间的信道估计分开，每一帧的第一个数据块填入零，后面所有的数据块都直接填入有效数据X_D2；

步骤4、将步骤3得到的对应的两路数据帧进行加入循环前缀处理，即将每个OFDM数据帧的后面L个数据复制到各个数据帧的前面来，形成足够的保护间隔后，将得到的两路数据分别从不同的发射天线进行发射；

步骤5、将接收端天线上收到的信号进行去循环前缀处理；

步骤6、将步骤5得到的数据送入导频和数据解复用单元进行解复用处理，得到对应的各个发射、接收天线链路之间对应的导频数据Y_Pi(i＝1、2)，和有效数据Y_D，对有效数据Y_D进行N点FFT频域内插处理；

步骤7、将导频数据Y_P1和Y_P2，送入时域最小二乘信道估计装置，得到所有OFDM子载波位置上的信道频域参数

步骤7.1、最小二乘估计单元101首先估计出初始OFDM子载波抽样位置的信道频域参数 ${\hat{H}}_{\mathrm{Pi}}^{\′}={X_P}^H{Y}_{\mathrm{Pi}},(i=\mathrm{1,2})$ ，X_p是参考导频数据块向量，H代表进行共轭转置运算；

步骤7.2、丢污降噪处理单元102将

的每组L+K个信道估计值的前面L个值丢掉；

步骤7.3、丢污降噪处理单元102对每组

后面的K个估计值进行平均降噪处理，得到各个抽样子载波上对应的信道频域参数

步骤7.4、IFFT电路103利用IFFT将 变换到时域，得到

步骤7.5、抽头系数获取单元104按照抽头功率大小对

进行排序，后选择其中最大的L个抽头系数，找到L个重要的时域抽头参数

步骤7.6、FFT频域内插处理电路105对这L个重要的时域抽头

补上N-L个零后，进行N点FFT频域内插处理，得到所有OFDM子载波位置上的信道频域参数

步骤8、将经过导频和有效数据解复用单元处理得到的有效数据Y_D和估计得到的信道频域参数

在空时解码器中进行空时译码处理；

步骤9、将步骤8得到的数据在并串转换电路中进行并串转换，恢复出与发射端相对应的调制数据。

如图4所示，本发明还提供了一种发射分集OFDM的信道估计装置，包含依次电路连接的最小二乘估计单元101、丢污降噪处理单元102、IFFT电路103、抽头系数获取单元104和FFT频域内插处理电路105；

所述的最小二乘估计单元101，主要用于从接收导频块向量Y_Pi，(i＝1，2)中得到抽样子载波位置上的初始最小二乘信道估计数据 ${\hat{H}}_{\mathrm{Pi}}^{\′}={H_P}^H{Y}_{\mathrm{Pi}},(i=\mathrm{1,2});$

所述的丢污降噪处理单元102，用于从初始最小二乘信道估计数据 由将每组信道的L+K个估计数据的前面L个数据丢掉，然后对每组信道的后面K个数据进行平均降噪处理；

所述的IFFT电路103，用于将

变换到时域，得到

所述的抽头系数获取单元104，用于从时域的N个抽头数据

中找到L个重要的抽头系数

也就是先对

按照功率大小进行排列，然后选择其中最大的L个抽头系数

所述的FFT频域内插处理电路105，用于对L个重要的时域抽头

补上N-L个零后进行N点FFT频域内插处理，得到所有OFDM子载波位置上的信道频域参数

本发明利用线性系统对复指数信号具有响应形式的不变性原理，在时域的各个帧结构中插入复指数形式的导频数据块，并在接收端利用简单的最小二乘估计技术和FFT处理来得到一个数据帧内的OFDM信道频域系数，同时在时间上将各个发射一接收天线链路对之间的导频数据块插入位置错开，所发明的导频数据在时域具有恒包络特性，平均降噪处理使得本发明的发射分集的OFDM信道估计具有很好的估计精度，整个信道估计装置的实现也具有较低的计算复杂度。

Claims (6)

1.一种发射分集OFDM的信道估计方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1、对发射端的两路调制数据进行处理，得到时域有效数据X_Di，i＝1、2；

步骤2、导频数据产生单元同时产生两根发射天线所需要的时域导频数据块向量：

X_P＝[exp(j*2π*B*0*(0∶1∶L+K-1)/N)L exp(j*2π*B*k*(0∶1∶L+K-1)/N)L]_1×b，其中，B为OFDM数据的频域子载波抽样间隔，L为循环前缀的长度，b为一个OFDM块内的时域抽样点数，K是平均降噪长度，K的取值必须满足(L+K)*B＝b，j表示复数信号 $j=\sqrt{-1},$ N表示OFDM数据中子载波的个数，k表示自然数，0∶1∶L表示变化范围是从0到L，步长为1；

步骤3、分别将步骤1得到的时域有效数据X_D1和X_D2和步骤2得到的时域导频数据X_P送入各自对应发射端的导频和有效数据时域复用单元i，i＝1、2；在时域上将X_P复用在对应发射天线的不同时间位置，形成对应的数据帧；

在导频和有效数据时域复用单元1中，数据帧每一帧的第一个数据块填入时域导频数据块向量X_P，每一帧的第二个数据块填入零，后面所有的数据块都直接填入有效数据X_D1；

在导频和有效数据时域复用单元2中，数据帧每一帧的第二个数据块填入时域导频数据块向量X_P，每一帧的第一个数据块填入零，后面所有的数据块都直接填入有效数据K_D2；

步骤4、将步骤3得到的对应的两路数据帧进行加入循环前缀处理，即将每个OFDM数据帧的后面L个数据复制到各个数据帧的前面来，形成足够的保护间隔后，将得到的两路数据分别从不同的发射天线进行发射；

步骤5、将接收端天线上收到的信号进行去循环前缀处理，即将接收到的信号的每个符号的前面L个数据去除；

步骤6、将步骤5得到的数据送入导频和数据解复用单元进行解复用处理，按照步骤3中导频和有效数据的插入位置将接收到的导频数据和有效数据分开，得到对应的各个发射、接收天线链路之间对应的导频数据Y_Pi，i＝1、2，和有效数据Y_D，对有效数据Y_D进行N点FFT频域内插处理；

步骤7、将导频数据Y_P1和Y_P2送入时域最小二乘信道估计装置，得到所有OFDM子载波位置上的信道频域参数

步骤8、将经过导频和有效数据解复用单元处理得到的有效数据Y_D和估计得到的信道频域参数

在空时解码器中进行空时译码处理；

步骤9、将步骤8得到的数据在并串转换电路中进行并串转换，恢复出与发射端相对应的调制数据。

2.如权利要求1所述的发射分集OFDM的信道估计方法，其特征在于，所述的步骤1包含以下步骤：

步骤1.1、将发射端的两路调制数据在串并转换电路中进行串并转换；

步骤1.2、对步骤1.1输出的数据在空时编码器中进行空时编码处理；

步骤1.3、对步骤1.2输出的两路输出信号分别进行N点快速傅立叶逆变换运算，得到时域有效数据X_D1和X_D2。

3.如权利要求1所述的发射分集OFDM的信道估计方法，其特征在于，所述的步骤2中：K的取值满足(L+K)*B＝b。

4.如权利要求1所述的发射分集OFDM的信道估计方法，其特征在于，所述的步骤3中，数据帧的形成过程为：

在导频和有效数据时域复用单元1中，数据帧每一帧的第一个数据块填入时域导频数据块向量X_P，每一帧的第二个数据块填入零，后面所有的数据块都直接填入有效数据X_D1；

在导频和有效数据时域复用单元2中，数据帧每一帧的第二个数据块填入时域导频数据块向量X_P，每一帧的第一个数据块填入零，后面所有的数据块都直接填入有效数据X_D2。

5.如权利要求1所述的发射分集OFDM的信道估计方法，其特征在于，所述的步骤7包含以下步骤：

步骤7.1、首最小二乘估计单元(101)先估计出初始OFDM子载波抽样位置的信道频域参数 ${\hat{H}}_{\mathrm{Pi}}^{\′}={X_P}^H{Y}_{\mathrm{Pi}},$ i＝1，2，X_p是步骤2得到的参考导频数据块向量，H代表进行共轭转置运算；

步骤7.2、将丢污降噪处理单元(102)

的每组L+K个信道估计值的前面L个值丢掉；

步骤7.3、丢污降噪处理单元(102)对每组

后面的K个估计值进行平均降噪处理，得到各个抽样子载波上对应的信道频域参数

步骤7.4、IFFT电路(103)利用IFFT将

变换到时域，得到

步骤7.5、抽头系数获取单元(104)按照抽头功率大小对

进行排序，然后选择其中最大的L个抽头系数，找到L个重要的时域抽头参数

步骤7.6、FFT频域内插处理电路(105)对这L个重要的时域抽头

补上N-L个零后，进行N点FFT频域内插处理，得到所有OFDM子载波位置上的信道频域参数

6.一种发射分集OFDM的信道估计装置，其特征在于，包含依次电路连接的最小二乘估计单元(101)、丢污降噪处理单元(102)、IFFT电路(103)、抽头系数获取单元(104)和FFT频域内插处理电路(105)。

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