一種用於四相調製系統的信道估計方法
2023-05-28 01:42:26
專利名稱：一種用於四相調製系統的信道估計方法
技術領域：
本發明屬於數字通信領域，具體涉及一種用於四相調製OFDM系統中的信道估計方法。
背景技術：
在正交頻分復用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)系統中，信道 估計的準確度直接影響頻域信號的均衡效果，進而影響整個OFDM系統的性能。傳統的 OFDM系統中的信道估計方法包括非盲信道估計方法和盲信道估計方法兩種。非盲信道估 計方法通常釆用插入訓練序列或者插入導頻的方式來進行信道估計。這種方法增加了冗餘 信息，降低了系統傳輸效率，但是可以實時跟蹤信道變化。為了達到儘可能高的數據傳輸 效率，某些OFDM系統並沒有發送專門用於信道估計的訓練序列和導頻，因此無法採用非 盲信道估計方法進行信道估計。盲信道估計方法主要包括基於判決反饋的估計方法，這種方法無需增加冗餘信息，傳 輸效率高。 一種常用的盲信道估計方法是基於判決反饋的信道估計方法。該方法將判決後 的數據進行符號調製後反饋回信道估計器，信道估計器通過將接收數據和判決後的調製數 據之間的除法運算去除調製信息，從而得到信道響應估計結果。但是，這種方法由於需要 將數據進行判決，信道估計的準確度依賴於判決數據的正確性。當某個子載波長時間處於 深衰落或者長時間受到單頻幹擾的影響時，易出現錯誤傳播現象，導致較大的信道估計誤 差。發明內容本發明的目的是提出一種適用於時變特性不顯著的信道條件下的用於四相調製 OFDM系統中的信道估計方法，其直接利用接收的四相調製信號分別估計信道響應的幅度 和相位，進而得到信道響應估計結果。本發明的信道估計方法的技術方案如下一種用於四相調製OFDM系統中的信道估計方法，其步驟包括a) 發送端，將二進位序列S,(m)進行四相調製，得到符號序列X,(";b) 將頻域符號序列X,(A:)進行IFFT (Inverse Fast Fourier Transform,快速傅立葉逆變換)或IDFT (Inverse Discrete Fourier Transform,離散傅立葉逆變換)，得到發送的時域序 列x,(n)，該時域序列、(")通過信道到達接收端，接收端接收到時域序列A("、c) 接收端，將接收到的時域序列A(")進行FFT (Fast Fourier Transformation,快速傅 裡葉變換)或DFT (Discrete Fourier Transform,離散傅立葉變換)，得到接收的頻域序列 ，；d) 計算頻域序列i;("的幅度和相位，得到幅度序列4(A:)和相位序列p(A:)。該幅度 序列即為信道響應的幅度。e) 將相位序列p(/t)進行相位旋轉，得到相位序列《t)。f) 對相位序列g(A:)進行相位修正，得到修正後的相位序列。該相位序列^(A)即 為信道響應/Z的相位。進一步，上述步驟a)中，對二進位序列B,(w)進行四相調製的方法如下依次將序列5,(附)中每兩個輸入比特按照四相調製星座圖映射為一個調製符號。其中， 星座圖上的四個星座點的幅度相同，相鄰星座點的相位相差;r/2，第一象限的星座點的相位為[o,i)之間的任意值。進一步，上述步驟e)中，對相位序列p(A:)進行相位旋轉的方法如下對相位序列p(A:) 中的每個相位值依次進行乘4、模2;r和除4運算，從而得到相位序列《(A)。進一步，上述步驟f)中，對相位序列《("進行相位修正的方法如下設置門限r，從相位序列《(it)的第二個頻點開始，依次進行如下判斷(1) 計算該頻點《(&)與前一個頻點& (fc。 -1)的相位差=《(&)-《-l);(2) 若A&r，《(&)=《(。一吾；若A"-r，+ 否則，若丄 麼|A0|<r，《(&)保持不變，頻點序號加l,即&=^+1;(3) 重複步驟(1)和(2)，直到完成最後一個頻點的相位修正。本發明的優點和技術效果在於1、 本發明直接利用接收的四相調製符號來進行 道估計，無需進行判決反饋，避 免錯誤判決對於信道估計精度的影響。2、 將信道響應的幅度和相位分開估計，其幅度由四相調製符號的幅度得到，其相位由相位旋轉和相位修正過程得到。3、相位旋轉和相位修正過程僅需移位、比較、相加運算，實現簡單，複雜度低。
圖l本發明提出的發射機結構框圖；圖2本發明提出的信道估計方法實施框圖；圖3本發明提出的四相調製星座圖；圖4 (a)為相位修正前的信道估計相位曲線；圖4 (b)為相位修正後的信道估計相位曲線；圖5 (a)為採用本發明給出的信道估計算法得到的信道估計的幅度曲線；圖5 (b)為採用本發明給出的信道估計算法得到的信道估計的相位曲線。
具體實施方式
以下結合附圖詳細說明本發明所述的適用於時變特性不顯著的信道條件下的用於四 相調製系統的信道估計方法，但不構成對本發明的限制。如圖1所示，本發明提出在發送端，對二進位序列^o^進行四相調製，得到頻域符號序列Z,(先)。其中，四相調製星座圖如圖3所示，a表示第一象限的星座點的相位。然 後，將頻域符號序列X,Ofc)進行IFFT或IDFT，得到發送的時域序列jc,(")。 圖2給出了本發明提出的信道估計方法實施框圖，具體描述如下1- -接收端，將接收到的時域序列K(")進行FFT或DFT，得到接收的頻域序列i;("。2- 計算頻域序列i;("的幅度和相位，得到幅度序列4^("和相位序列^0t)。該幅度 序列即為信道響應的幅度。3 將相位序列p(A:)進行相位旋轉，得到相位序列《Ot)。其相位旋轉方法如下對相 位序列p("中的每個相位值依次進行乘4、模2;r和除4運算，從而得到相位序列《("。4-對相位序列《(A:)進行相位修正，得到修正後的相位序列&(A:)。該相位序列&(A:) 即為信道響應/f的相位。其相位修正方法如下設置門限r，從相位序列《("的第二個 頻點開始，依次進行如下判斷(1)計算該頻點《(&)與前一個頻點《— 1)的相位差=《(&)-《-1)。(2) 若A"r， = y;若A"-r， = + [否則，若 |a^|<r，《(&)保持不變，頻點序號加i，即a。-^+i。(3) 重複步驟(1)和(2)，直到完成最後一個頻點的相位修正。下面列舉個具體的實施例來說明本發明提出的信道估計方法。設OFDM系統的總子載 波數目為256，有效子載波數目為210。四相調製星座圖中第一象限的星座點相位"取為0。 二進位序列A(w)到調製符號序列J^Ofc)的映射關係採用格雷編碼映射，如下表所示。發送 端將《(A:)進行256點的IFFT，得到發送的時域序列;c,(")。該時域序列;c,(")通過高斯信 道到達接收端，接收端接收到時域序列》(")AO0A(w —l)，)，)00i10-j01j11-l接收端將時域序列;a")進行256點的FFT，選取210個有效子載波上的複數值作為頻域序列K("。計算i;(w的幅度和相位得到幅度序列^^("和相位序列^(w。其中，幅度序列4/^)即為信道響應//的幅度。將相位序列p(^)中的每個相位值依次進行乘4、模2;r 和除4的相位旋轉操作，得到相位序列《(fc)。例如，{伊(1)，伊(2)，...,<^(10)}={-1.8568, -1.8692， -1.8815, -1.8937， -0.3317, 1.2309, -1.9302, -0.3697, -1.9544, 1.1810}，經過相位旋轉操作後， {《(1),《(2),...，《(10)} ={1.2848， 1.2724, 1.2601, 1.2479， 1.2391, 1.2309, 1.2113， 1.2011, 1.1872, 1.1810}。然後，對相位序列《("進行如下相位修正操作設置門限7^=2，從相位序列《("的4第二個頻點開始，依次進行如下判斷(1 )計算該頻點《)與前一個頻點《-1)的相位差=《(&)-《-1)。(2) 若A"r， = 若A"-r， = 否則，若|Ae|<r，《(A:。)保持不變，頻點序號加l，即&=&+1。(3) 重複步驟(1)和(2)，直到完成最後一個頻點的相位修正。圖4所示分別為相位修正前、後的信道估計相位曲線(即相位序列《(W和&(ifc))。修正後的相位序列^("即為信道響應/Z的相位。可以看到，相位修正操作消除了相位曲線中的跳變點，使得相位曲線變得連續。圖5所示為在高斯信道下，信噪比為31dB，採用 本發明給出的信道估計算法得到的信道估計的幅度曲線和相位曲線。考慮到系統中發端和 收端低通濾波器的影響，幅度和相位估計曲線與高斯信道的幅度和相位理論曲線近似一 致。儘管為說明目的公開了本發明的具體實施方法和附圖，其目的在於幫助理解本發明的 內容並據以實施，但是本領域的技術人員可以理解在不脫離本發明及所附的權利要求的 精神和範圍內，各種替換、變化和修改都是可能的。本發明不應局限於本說明書和附圖所 公開的內容，本發明要求保護的範圍以權利要求書界定的範圍為準。
權利要求
1、一種用於四相調製OFDM系統中的信道估計方法，其步驟包括a)發送端，將二進位序列Bt(m)進行四相調製，得到頻域符號序列Xi(k)；b)將頻域符號序列Xi(k)進行快速傅立葉逆變換或離散傅立葉逆變換，得到發送的時域序列xt(n)，該時域序列xt(n)通過信道到達接收端，接收端接收到時域序列yr(n)；c)接收端將接收到的時域序列yr(n)進行快速傅立葉變換或離散傅立葉變換，得到接收的頻域序列Yr(k)；d)計算頻域序列Yr(k)的幅度和相位，得到幅度序列AH(k)和相位序列 top= "92" left = "161"/>該幅度序列AH(k)即為信道響應H的幅度；e)將相位序列 top= "111" left = "56"/>進行相位旋轉，得到相位序列θH0(k)；f)對相位序列θH0(k)進行相位修正，得到修正後的相位序列θH(k)，該相位序列θH(k)即為信道響應H的相位。
2、 如權利要求l所述的方法，其特徵在於，上述步驟a)中，依次將序列《(附)中每兩個輸入比特按照四相調製星座圖映射為 一個調製符號。
3、 如權利要求2所述的方法，其特徵在於，星座圖上的四個星座點的幅度相同，相鄰星座點的相位相差;r/2，第一象限的星座點的相位為[O，i)之間的任意值。
4、 如權利要求2或3所述的方法，其特徵在於，上述步驟e)中，對相位序列p(A:)中 的每個相位值依次進行乘4、模2;r和除4運算，從而得到相位序列《("。
5、 如權利要求l所述的方法，其特徵在於，上述步驟f)中，設置門限r，從相位序列《("的第二個頻點開始，依次進行如下判斷1) 計算該頻點《(&)與前一個頻點《(A。 -1)的相位差AP -1);2) 若Ae^r，若AP《-r，《(^)=《(^)+1;否則，若|A^|<r，《(&)保持不變，頻點序號加l，即&=&+1;3) 重複步驟l)和2)，直到完成最後一個頻點的相位修正。
全文摘要
本發明公開了一種用於四相調製系統的信道估計方法，屬於數字通信領域。該方法包括發送端將二進位序列Bt(m)進行四相調製，得到頻域符號序列Xt(k)，將符號序列Xt(k)進行IFFT或IDFT，得到發送的時域序列xt(n)，接收端將接收到的時域序列yr(n)進行FFT或DFT，得到接收的頻域序列Yr(k)，計算頻域序列Yr(k)的幅度和相位，得到幅度序列AH(k)和相位序列(k)，該幅度序列AH(k)即為信道響應H的幅度，將相位序列(k)進行相位旋轉，得到相位序列θ0H(k)，對相位序列θ0H(k)進行相位修正，得到修正後的相位序列θH(k)，該相位序列θH(k)即為信道響應H的相位。本發明直接利用接收的四相調製符號來進行信道估計，無需進行判決反饋，避免錯誤判決對於信道估計精度的影響。
文檔編號H04L27/26GK101621489SQ20091008961
公開日2010年1月6日 申請日期2009年7月24日 優先權日2009年7月24日
發明者吳毅凌, 李紅濱, 趙玉萍, 瑜 韓 申請人:北京大學;北京三梯通網絡技術有限公司