CN102710564B - 一种信道时域冲激响应滤波方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种信道时域冲激响应滤波方法，用于通过两级滤波改善信道估计精度。本发明实施例方法包括：接收信号多径指示位置与本地伪随机序列循环卷积，得到信道的时域冲激粗响应，对所述信道的时域冲激粗响应进行归一化，根据归一化后的时域冲激粗响应，以及预置的噪声径的上下两级门限值进行滤波。

Description

一种信道时域冲激响应滤波方法及装置

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种信道时域冲激响应滤波方法及装置。

背景技术

数字化是当今所有通信及信息系统发展的趋势，任何一个通信或信息系统都可以用一个简单的模型表示，包括信源(图像，声音，音乐，数据)，传输以及接收(显示，存储，输出)。一个全数字化系统包括了信源的数字化、传输的数字化，以及接收处理的数字化。为了促进数字电视的推广普及，世界各国政府和科研机构都积极研究和制定数字电视的传输标准。这些标准包括使用卫星传输，有线传输和地面无线传输等多种传输方式。其中地面无线传输的标准由于其应用广泛而备受关注。我国颁布了《数字电视地面广播系统帧结构、信道编码和调制》，标准号为GB20600-2006的国家强制标准，分为两种模式，一种是多载波模式，采用时域同步正交频分复用(TDS-OFDM，Time Domain Synchronous-Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术；另一种是单载波模式，我国数字电视标准的特点是同时融合了多载波和单载波传输技术。

现代数字通信系统的传输速率一般比较高，其符号周期远小于无线信道的多径时延扩展，因而在信道的传输过程中，会引起符号间干扰。接收端为了对发送信号进行正确的检测，必须通过信道估计与均衡等关键技术来克服信道的频率选择性衰落和符号间干扰(ISI，Inter-Symbol Interference)。

现有技术中，信道粗估计之后得到的不同路径的复数增益hi的处理方法一般是设置参数作为门限值，当hi大于门限值的位置看作是多径，设估计出的多径数为K，反之则视为噪声，强制为零，再找出max{hi}，0≤n≤K-1，作为信道响应的主径，联合K-1条径归一化。然而PN序列在相移键控(BPSK，Binary Phase Shift Keying)映射方式下，循环自相关值为：

$R_{\mathrm{pp}}\left(n\right)=\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}p\left(i\right)p\left({(n+i)}_N\right)=\left\{\begin{array}{c}N,n=0\\ -1,n\≠0,n=1,\·\·\·,N-1\end{array}\right.$

由此可见，在上述现有技术中，本地伪随机序列(PN，Pseudo randomSequence)的循环自相关值并不是理想的δ函数，因而通过相关检测会引入额外的旁瓣干扰，降低了信道估计的精度。

发明内容

本发明实施例提供了一种信道时域冲激响应滤波方法及装置，用以通过两级滤波改善信道估计精度，解决PN循环自相关值的非正交性而引入的旁瓣干扰问题。

本发明实施例提供了一种信道时域冲激响应滤波方法，包括：

接收信号多径指示位置与本地伪随机序列PN循环卷积，得到信道的时域冲激粗响应；对所述信道的时域冲激粗响应进行归一化；根据归一化后的时域冲激粗响应，以及预置的噪声径的上下两级门限值进行滤波。

本发明实施例提供了一种信道时域冲激响应滤波装置，包括：

接收单元，用于接收信号多径指示位置与本地伪随机序列PN循环卷积，得到信道的时域冲激粗响应；第一归一化单元，用于对所述信道的时域冲激粗响应进行归一化；第一滤波单元，用于根据归一化后的时域冲激粗响应，以及预置的噪声径的上下两级门限值进行滤波。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：接收信号多径指示位置与本地PN循环卷积，得到信道的时域冲激粗响应，对该信道的时域冲激粗响应进行归一化处理，根据归一化后的时域冲激粗响应，以及预置的噪声径的上下两级门限值进行滤波，从而提高信道估计精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中信道时域冲激响应滤波方法的一个实施例示意图；

图2为本发明实施例中的数字电视地面多媒体广播信号帧帧头结构示意图；

图3为本发明实施例中信道时域冲激响应滤波方法的另一个实施例示意图；

图4为本发明实施例中的信道估计结果示意图；

图5为本发明实施例中信道时域冲激响应滤波装置的一个实施例示意图；

图6为本发明实施例中信道时域冲激响应滤波装置的另一个实施例示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明实施例的技术方案，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，本领域技术人员在没有做出创造性劳动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。

本发明实施例提供了一种信道时域冲激响应滤波方法及装置，用于通过两级滤波改善信道估计精度。

假设信道是一个广义平稳非相关散射下的多径时变信道，它的信道冲激响应CIR(Channel Impulse Response)为：

$h\left(t\right)=\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{h}_i\mathrm{\δ}(t-{\mathrm{\τ}}_i)$

其中{h_i}为第i条路径的复数增益，{τ_i}为第i条路径的延时，N是总路径数。假定各条路径之间互不相关。

设发射信号为s(t)，则接收信号为：

$y\left(t\right)=s\left(t\right)*h\left(t\right)+n\left(t\right)=\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{i}s(t-{\mathrm{\τ}}_i)+n\left(t\right)$

式中*表示卷积运算。n(t)为t时刻的噪声。

将上式数字化，得到：

$y\left(n\right)=\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{i}s(t-k_i)+n\left(n\right)$

若已知伪随机序列为p(n)，0≤n≤N-1，N是伪随机序列长度，与接收信号y(n)作相关，可以得到：

$\begin{array}{c}R\left(n\right)=\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}p\left(i\right)y(n+i)\\ =\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}p\left(i\right)[\underset{l=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{l}s(n+i-k_l)+n(n+i)]\\ =\underset{l=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{h}_l[\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}p\left(i\right)s(n+i-k_l)+\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}p\left(i\right)n(n+i)],n=0,\·\·\·,N-1\\ =\underset{l=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{h}_l[R_{\mathrm{py}}+R_{\mathrm{pn}}]\end{array}$

R_py为接收信号与本地PN的互相关函数，R_pn为噪声与本地PN的互相关函数。由于国标中伪随机序列的循环自相关值并不是理想的脉冲函数，因而通过相关检测会引入额外的旁瓣干扰，降低了信道估计的准确性。

请参阅图1，本发明实施例中的信道时域冲激响应滤波方法的一个实施例包括：

101、接收信号多径指示位置与本地PN循环卷积，得到信道的时域冲激粗响应；

从接收首径指示帧头提前128个数据开窗开始，做循环相关得到信道的时域冲激粗响应

首先定义信号帧头的模式，定义信号帧长度LH为420，595，945之一，接收信号为r(n)，其中帧头部分为rh(k),0≤k≤LH。则：

$\tilde{h}\left(i\right)=\underset{k=0}{\overset{\mathrm{LH}}{\mathrm{\Σ}}}\{r_h(k+i)*p{n}_l^{*}\left(k\right)\},0\≤k\≤\mathrm{LH}$

式中*表示卷积运算。

其中，r_h(k+i)是一个基于LH+128长度的循环接收序列，为本地帧头信息符号的复共轭。

请参阅图2，图2为本发明实施例中的数字电视地面多媒体广播(DTMB，Digital Television Terrestrial Multimedia Broadcasting)信号帧帧头结构示意图。

102、对得到信道的时域冲激粗响应进行归一化；

进一步对得到信道的时域冲激粗响应进行归一化处理。

103、根据归一化后的时域冲激粗响应，以及预置的噪声径的上下两级门限值进行滤波。

具体为，设置门限值gate,再取中大于gate的位置看作为多径，设估计出的多径数为其余的径视为噪声，预置噪声径的上下两级门限值，根据预置的噪声径的上下两级门限值进行滤波。

本发明实例中，接收信号多径指示位置与本地PN循环卷积，得到信道的时域冲激粗响应，对该信道的时域冲激粗响应进行归一化处理，根据归一化后的时域冲激粗响应，以及预置的噪声径的上下两级门限值进行滤波，从而提高信道估计精度。

为便于理解，下面详细描述信道时域冲激响应滤波方法，请参阅图3，本发明实施例中的信道时域冲激响应滤波方法的另一个实施例包括：

201、接收信号多径指示位置与本地PN循环卷积，得到信道的时域冲激粗响应；

从接收首径指示帧头提前128个数据开窗开始，做循环相关得到信道的时域冲激粗响应

首先定义信号帧头的模式，定义信号帧长度LH为420，595，945之一，接收信号为r(n)，其中帧头部分为rh(k),0≤k≤LH。则：

$\tilde{h}\left(i\right)=\underset{k=0}{\overset{\mathrm{LH}}{\mathrm{\Σ}}}\{r_h(k+i)*p{n}_l^{*}\left(k\right)\},0\≤k\≤\mathrm{LH}$

式中*表示卷积运算。

其中，r_h(k+i)是一个基于LH+128长度的循环接收序列，为本地帧头信息符号的复共轭。

202、对得到信道的时域冲激粗响应进行归一化；

进一步对得到信道的时域冲激粗响应进行归一化处理。

具体地，

a)设置参数gate作为门限,再取中大于gate的位置看作为多径，设估计出的多径数为其余的径视为噪声；

b)找出中峰值最大的值及其对应的位置序列号k₀，可近似认为该处就是信道响应的主径，然后通过下式消除其对其他多径的影响。其中，α₀为中最强径。

${\tilde{h}}^{\left(1\right)}=\left\{\begin{array}{cc}\tilde{h}+{\mathrm{\α}}_0/N,& n\≠k_0\\ \tilde{h},& n=k_0\end{array}\right.---(7-8)$

c)找出中第二大的峰值及其对应的位置序列号k₁类似地用上式(7-8)消除它对其他多径的干扰，迭代L次,最后把处置0，即在迭代L次后，找出最强径α₀，其余多径认定为噪声干扰或计算得到的误差，从而得到归一化的信道的冲激响应：

$h\left(n\right)=R_{\mathrm{py}}^{\left(\tilde{L}\right)},n=\mathrm{0,1},\·\·\·,N-1$

可以使更准确地得到信道冲激响应h(n)。

但是，由于伪随机序列的非正交性，导致在低信噪比和门限参数设置非最佳的时候，反而恶化信道估计。

203、根据归一化后的时域冲激粗响应，以及预置的噪声径的上下两级门限值进行滤波；

具体地：

a)在得到归一化的信道时域冲激h(n)，取其中最大一根径h_max作为主径，再取相对比较大的5根径作为多径，其余L-6径视为噪声径；

b)将噪声径h_i凡是大于上限值α·h_max，例如，α≤0.05，强设置成上限值α·h_max；

c)将噪声径h_i凡是小于下限值β·h_max，例如，0≤β≤0.5α，强设置成下限值β·h_max；

d)噪声径h_i为β·h_max≤h_i≤α·h_max，保持其值不变。

需要说明的是，以上各式中的α和β表示基于最强径h_max的比例范围，通过限制噪声径h_i的上限值和下限值进行两级滤波，提升信道估计精度，可以理解的，本发明实施例中的α和β的具体值可以根据实际应用进行设置，此处不作具体限定。

204、根据归一化后的信道的冲激响应，计算出本帧PN对数据的影响以及下帧PN对本帧PN的影响，以此重构帧体数据；

具体地，如下式所示：

$\mathrm{rx}\_c\left(n\right)=x\left(n\right)\⊗h\left(n\right)=\underset{k=0}{\overset{k=N+L-1}{\mathrm{\Σ}}}x\left(k\right)h(n-k)$

其中，在计算PN对数据的影响时，x(n)则表示PN数据，N表示PN的长度，而L是h(n)的长度。PN对数据的影响则是rx_c(n)的N+1～N+L-1的部分。

进一步地，重构帧体数据d(n)

$d\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{rx}\left(n\right)-\mathrm{rx}\_c\_\mathrm{pre}(N+n+1)+\mathrm{rx}\_c\_\mathrm{post}\left(n\right)& n\∈\left[\begin{array}{cc}0& L-1\end{array}\right)\\ \mathrm{rx}\left(n\right)& n\∈\left[\begin{array}{cc}L& 3780\end{array}\right)\end{array}\right.$

其中：rx_c_pre(N+n+1)表示前帧PN对本帧的影响；

rx_c_post(n)＝rx(3780+n)-rx_c_post(n)表示数据对下帧PN的影响。rx_c_post(n)表示下帧PN对下下帧数据的影响。

rx(n)表示接收到数据和下一帧的PN的数据。

205、消除上帧以及本帧帧体数据对本帧帧头数据的影响，并重新计算归一化后的信道的冲激响应，进行迭代运算。

本发明实施例中的消除上帧以及本帧帧体数据对本帧帧头数据的影响，具体可与步骤204同样的方法，按照步骤201至步骤203重新计算h(n)，从此进行迭代运算，进一步提高信道估计精度。

请参阅图4，图4为本发明实施例中的信道估计结果示意图。通过图4可以知道，接收信号和多径信道之间的关系。如图4所示，接收信号(3)中包含了两条多径(a)、(b)，其所对应的数据分别为(1)、(2)。本专利所进行的信道估计目的就是从接收信号(3)中通过信道冲激值h(n)(其按照图4包含两条径(a)、(b))得到发射信号(1)。

本发明实例中，接收信号多径指示位置与本地PN循环卷积，得到信道的时域冲激粗响应，利用帧头PN序列本身自相关的特点实现了信道时域冲激响应，对得到的信道的时域冲激粗响应进行归一化处理，根据预置的噪声径的上下两级门限值进行滤波，保留部分有效的多径成分以及噪声多径成份，使得信道时域冲激响应的准确度有所改善，特别是在低信噪比情况下，改善效果更为明显，根据归一化后的信道的冲激响应，计算出本帧PN对数据的影响以及下帧PN对本帧PN的影响，以此重构帧体数据，消除上帧以及本帧帧体数据对本帧帧头数据的影响，并重新计算，进行迭代运算，进一步提高信道估计精度。

下面介绍本发明实施例中的信道时域冲激响应滤波装置，请参阅图5，本发明实施例中的信道时域冲激响应滤波装置包括：

接收单元301，用于接收信号多径指示位置与本地PN循环卷积，得到信道的时域冲激粗响应；

第一归一化单元302，用于对所述信道的时域冲激粗响应进行归一化；

第一滤波单元303，用于根据归一化后的时域冲激粗响应，以及预置的噪声径的上下两级门限值进行滤波。

本发明实施例中，信道时域冲激响应滤波装置中各单元实现各自功能的过程，请参见前述图2所示实施例中各步骤所描述的具体内容，此处不再赘述。

本发明实施例中，接收单元301接收信号多径指示位置与本地PN循环卷积，得到信道的时域冲激粗响应，第一归一化单元302对所述信道的时域冲激粗响应进行归一化，第一滤波单元303根据归一化后的时域冲激粗响应，以及预置的噪声径的上下两级门限值进行滤波，从而提高信道估计精度。

下面详细描述本发明实施例中的信道时域冲激响应滤波装置，请参阅图6，本发明实施例中的信道时域冲激响应滤波装置包括：

接收单元401，用于接收信号多径指示位置与本地PN循环卷积，得到信道的时域冲激粗响应；

第一归一化单元402，用于对所述信道的时域冲激粗响应进行归一化；

第一滤波单元403，用于根据归一化后的时域冲激粗响应，以及预置的噪声径的上下两级门限值进行滤波。

其中，第一归一化单元402可以进一步包括：

预置单元4021，用于预置门限值；

获取单元4022，用于将所述信道的时域冲激粗响应中大于所述门限值的位置看作为多径，并获取多径数；

消除单元4023，用于根据所述信道的时域冲激粗响应的最大峰值及所述最大峰值对应的位置序列号，消除主径对其他多径的影响；

所述消除单元4023，还用于根据所述信道的时域冲激粗响应的第二大峰值及其对应的位置序列号，消除主径对其他多径的影响；

第二归一化单元4024，用于当迭代次数与所述多径数相同，则将所述信道的时域冲激粗响应进行归一化处理。

第一滤波单元403可以进一步包括：

选取单元4031，用于选取归一化的粗响应中的最大径作为主径，并选取余下径中最大的五根径作为多径；

设置单元4032，用于设置所述噪声径的上限值及下限值；

第二滤波单元4033，用于保持所述噪声径不变，进行滤波，所述上限值为所述主径与第一参数的乘积，所述下限值为所述主径与第二参数的乘积，所述第二参数为小于第一参数的正数。

需要说明的是，本发明实施例中的信道时域冲激响应滤波装置还可以进一步包括：

重构单元404，用于根据归一化的所述信道的时域冲激粗响应，计算本帧PN对数据的影响以及下帧PN对本帧PN的影响，重构帧体数据；

计算单元405，用于消除上帧以及本帧帧体数据对本帧帧头数据的影响，重新计算信道冲激响应。

本发明实施例中，信道时域冲激响应滤波装置中各单元实现各自功能的过程，请参见前述图6所示实施例中各步骤所描述的具体内容，此处不再赘述。

本发明实例中，接收单元401接收信号多径指示位置与本地PN循环卷积，得到信道的时域冲激粗响应，第一归一化单元402对所述信道的时域冲激粗响应进行归一化，具体地，预置单元4021预置门限值，获取单元4022将所述信道的时域冲激粗响应中大于所述门限值的位置看作为多径，并获取多径数，消除单元4023根据所述信道的时域冲激粗响应的最大峰值及所述最大峰值对应的位置序列号，消除主径对其他多径的影响，根据所述信道的时域冲激粗响应的第二大峰值及其对应的位置序列号，消除主径对其他多径的影响，当迭代次数与所述多径数相同，第二归一化单元4024则将所述信道的时域冲激粗响应进行归一化处理，进一步地，第一滤波单元403根据预置的噪声径的上下两级门限值进行滤波，具体地，选取单元4031选取归一化的粗响应中的最大径作为主径，并选取余下径中最大的五根径作为多径，设置单元4032设置所述噪声径的上限值及下限值，第二滤波单元4033保持所述噪声径不变，进行滤波，利用帧头PN序列本身自相关的特点实现了信道时域冲激响应，对得到的信道的时域冲激粗响应进行归一化处理，根据预置的噪声径的上下两级门限值进行滤波，保留部分有效的多径成分以及噪声多径成份，使得信道时域冲激响应的准确度有所改善，特别是在低信噪比情况下，改善效果更为明显，而后，重构单元404根据归一化的所述信道的时域冲激粗响应，计算本帧PN对数据的影响以及下帧PN对本帧PN的影响，重构帧体数据，计算单元405消除上帧以及本帧帧体数据对本帧帧头数据的影响，重新计算信道冲激响应，进行迭代运算，进一步提高信道估计精度。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上对本发明所提供的一种信道时域冲激响应滤波方法及装置进行了详细介绍，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种信道时域冲激响应滤波方法，其特征在于，包括：

接收信号多径指示位置与本地伪随机序列PN循环卷积，得到信道的时域冲激粗响应；

预置门限值，将所述信道的时域冲激粗响应中大于所述门限值的位置看作为多径，并获取多径数；

根据所述信道的时域冲激粗响应的最大峰值及所述最大峰值对应的位置序列号，消除主径对其他多径的影响；

根据所述信道的时域冲激粗响应的第二大峰值及其对应的位置序列号，消除主径对其他多径的影响；

当迭代次数与所述多径数相同，找出最强径，其余多径认定为噪声干扰或计算得到的误差，从而得到归一化的信道的冲激响应；

根据归一化后的时域冲激粗响应，以及预置的噪声径的上下两级门限值进行滤波。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据归一化后的时域冲激粗响应，以及预置的噪声径的上下两级门限值进行滤波包括：

选取归一化的信道的时域冲激粗响应中的最大径作为主径，并选取余下径中最大的五根径作为多径；

为所述噪声径设置上限值及下限值，并保持所述噪声径不变，进行滤波，所述上限值为所述主径与第一参数的乘积，所述下限值为所述主径与第二参数的乘积，所述第二参数为小于第一参数的正数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据归一化后的时域冲激粗响应，以及预置的噪声径的上下两级门限值进行滤波之后包括：

根据归一化的所述信道的时域冲激粗响应，计算本帧PN对数据的影响以及下帧PN对本帧PN的影响，重构帧体数据。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述重构帧体数据之后包括：

消除上帧以及本帧帧体数据对本帧帧头数据的影响，重新计算信道冲激响应。

5.一种信道时域冲激响应滤波装置，其特征在于，包括：

接收单元，用于接收信号多径指示位置与本地伪随机序列PN循环卷积，得到信道的时域冲激粗响应；

第一归一化单元，用于对所述信道的时域冲激粗响应进行归一化；

第一滤波单元，用于根据归一化后的时域冲激粗响应，以及预置的噪声径的上下两级门限值进行滤波；

其中，所述第一归一化单元包括：

预置单元，用于预置门限值；

获取单元，用于将所述信道的时域冲激粗响应中大于所述门限值的位置看作为多径，并获取多径数；

消除单元，用于根据所述信道的时域冲激粗响应的最大峰值及所述最大峰值对应的位置序列号，消除主径对其他多径的影响；

所述消除单元，还用于根据所述信道的时域冲激粗响应的第二大峰值及其对应的位置序列号，消除主径对其他多径的影响；

第二归一化单元，用于当迭代次数与所述多径数相同，找出最强径，其余多径认定为噪声干扰或计算得到的误差，从而得到归一化的信道的冲激响应。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一滤波单元包括：

选取单元，用于选取归一化的粗响应中的最大径作为主径，并选取余下径中最大的五根径作为多径；

设置单元，用于设置所述噪声径的上限值及下限值；

第二滤波单元，用于保持所述噪声径不变，进行滤波，所述上限值为所述主径与第一参数的乘积，所述下限值为所述主径与第二参数的乘积，所述第二参数为小于第一参数的正数。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

重构单元，用于根据归一化的所述信道的时域冲激粗响应，计算本帧PN对数据的影响以及下帧PN对本帧PN的影响，重构帧体数据。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

计算单元，用于消除上帧以及本帧帧体数据对本帧帧头数据的影响，重新计算信道冲激响应。