一種ofdm信道估計裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明設及通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是設及一種（FDM的rthogonal化equency DivisionMultiplexing,正交頻分復用）信道估計裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] OFDM技術(shù)是一種多載波調(diào)制技術(shù)。在一個OFDM通信系統(tǒng)中，一個緩慢衰落的寬帶 頻率選擇性信道被分成了一系列平行且相互正交的平坦衰落窄帶信道。該種實現(xiàn)方式有效 地消除了符號間干擾（ISI)和子載波間干擾（ICI)，因此得到了廣泛的應用，如地面數(shù)字電 視廣播標準，第四代移動通信標準，寬帶電力線標準等。
[0003]在復雜環(huán)境下通信，如無線電通信，電力線載波通信等，載波信號會受到折射、反 射、散射（無線）等物理效應的影響，形成多徑傳播。尤其在移動通信時，各路徑的復幅值 和路徑時延是時變的。多徑信道的沖激響應表達為：
[0004]
【主權(quán)項】
1. 一種OFDM信道估計裝置，用于獲取OFDM信道的復幅值的估計值，其特征在于，包括 幅值比較模塊、環(huán)路濾波模塊、預測值生成模塊和估計值生成模塊，所述幅值比較模塊的一 個輸入端用于接收觀測值，所述幅值比較模塊的另一個輸入端與所述預測值生成模塊的輸 出端連接，所述幅值比較模塊的輸出端與所述環(huán)路濾波模塊的輸入端連接，所述環(huán)路濾波 模塊的輸出端與所述預測值生成模塊的輸入端連接，所述幅值比較模塊輸出的誤差值在預 設誤差范圍內(nèi)時，所述估計值生成模塊的輸出的估計值為最終結(jié)果；其中， 所述幅值比較模塊，對第n時刻的觀測值與所述預測值生成模塊輸出的第n-1時刻的 預測值求差得到所述誤差值； 所述環(huán)路濾波模塊，包括第一濾波單元，所述第一濾波單元包括具有支路增益為U:的 增益電路，所述第一濾波單元將所述誤差值乘以支路增益U1得到第一修正值； 所述預測值生成模塊，對所述第n-1時刻的預測值和所述第一修正值求和得到第n時 刻的預測值； 所述估計值生成模塊，對所述第n-1時刻的預測值和所述第一修正值求和得到第n時 刻的估計值。
2. 如權(quán)利要求1所述的OFDM信道估計裝置，其特征在于，所述環(huán)路濾波模塊還包括與 所述第一濾波單元并聯(lián)的第二濾波單元，所述第二濾波單元用于對所述誤差值進行處理得 到第二修正值；所述第二濾波單元包括M條支路，其中，所述M條支路中的第m條支路包括 延時電路和具有支路增益為Um+1的增益電路，所述第一濾波單元和所述第二濾波單元構(gòu)成 的環(huán)路濾波模塊為低通濾波器，所述M為不大于2的正整數(shù)，m為不大于M的正整數(shù)。
3. 如權(quán)利要求2所述的OFDM信道估計裝置，其特征在于，所述第m條支路還包括加法 電路，當m等于1時，第1條支路的加法電路的兩個輸入端分別與所述幅值比較模塊的輸出 端以及第1條支路的延時電路的輸出端連接，第1條支路的加法電路的輸出端與第1條支 路的延時電路的輸入端以及第1條支路的增益電路的輸入端連接；當m大于1時，第m條支 路的加法電路的兩個輸入端分別與第m-1條支路的延時電路的輸出端以及第m條支路的延 時電路的輸出端連接，第m條支路的加法電路的輸出端與第m條支路的延時電路的輸入端 以及第m條支路的增益電路的輸入端連接。
4. 如權(quán)利要求1所述的OFDM信道估計裝置，其特征在于，所述OFDM信道估計裝置還包 括支路增益獲取模塊，所述支路增益獲取模塊包括： 傳遞函數(shù)獲取單元，用于獲取信道估計裝置的z域傳遞函數(shù)L(Z)與所述支路增益U1 之間的關(guān)系，以及獲取一階數(shù)字鎖相環(huán)的s域傳遞函數(shù)L(S)與物理參數(shù)之間的關(guān)系，所述 物理參數(shù)為一階數(shù)字鎖相環(huán)的截止角頻率； 動態(tài)均方誤差獲取單元，用于獲取由信道能量引起的動態(tài)均方誤差與信道復幅值的多 普勒譜密度的關(guān)系，從而得到所述動態(tài)均方誤差與所述物理參數(shù)的近似線性關(guān)系； 靜態(tài)均方誤差獲取單元，用于獲取由噪聲引起的靜態(tài)均方誤差與噪聲能量的關(guān)系，從 而得到所述靜態(tài)均方誤差與所述物理參數(shù)的近似線性關(guān)系； 物理參數(shù)獲取單元，信道估計裝置的總均方誤差為所述動態(tài)均方誤差與所述靜態(tài)均方 誤差之和，對所述總均方誤差求所述物理參數(shù)的偏導，并使偏導為0,獲取使得所述總均方 誤差最小的所述物理參數(shù)； 支路增益獲取單元，根據(jù)所述z域傳遞函數(shù)L(z)與所述s域傳遞函數(shù)L(s)的對應關(guān) 系，獲取使得所述總均方誤差最小的所述支路增益y i。
5. 如權(quán)利要求2或3所述的OFDM信道估計裝置，其特征在于，所述OFDM信道估計裝置 還包括支路增益獲取模塊，所述支路增益獲取模塊包括： 傳遞函數(shù)獲取單元，用于獲取信道估計裝置的z域傳遞函數(shù)L(Z)與所述支路增益U1 和所述第二濾波單元中第m條支路的支路增益y m+1之間的關(guān)系，以及獲取環(huán)路為M+1階的 數(shù)字鎖相環(huán)的s域傳遞函數(shù)L(S)與物理參數(shù)之間的關(guān)系，當M = 1時，所述物理參數(shù)為二 階數(shù)字鎖相環(huán)的自然角頻率和阻尼系數(shù)，當M = 2時，所述物理參數(shù)為三階數(shù)字鎖相環(huán)的自 然角頻率、阻尼系數(shù)和電容比參數(shù)； 動態(tài)均方誤差獲取單元，用于獲取由信道能量引起的動態(tài)均方誤差與信道復幅值的多 普勒譜密度的關(guān)系，從而得到所述動態(tài)均方誤差與所述物理參數(shù)的近似線性關(guān)系； 靜態(tài)均方誤差獲取單元，用于獲取由噪聲引起的靜態(tài)均方誤差與噪聲能量的關(guān)系，從 而得到所述靜態(tài)均方誤差與所述物理參數(shù)的近似線性關(guān)系； 物理參數(shù)獲取單元，信道估計裝置的總均方誤差為所述動態(tài)均方誤差與所述靜態(tài)均方 誤差之和，對所述總均方誤差分別求所述物理參數(shù)的偏導，并使偏導為0,獲取使得所述總 均方誤差最小的所述物理參數(shù)； 支路增益獲取單元，根據(jù)所述z域傳遞函數(shù)L (z)與所述s域傳遞函數(shù)L (s)的對應關(guān) 系，獲取使得所述總均方誤差最小的所述支路增益U i和所述第二濾波單元中第m條支路 的支路增益ym+1。
6. 如權(quán)利要求1所述的OFDM信道估計裝置，其特征在于，根據(jù)OFDM信道時延傅里葉 矩陣和OFDM信道的接收向量計算得到最小二乘估計矩陣，利用所述最小二乘估計矩陣對 OFDM信道的接收值進行線性處理得到所述觀測值，所述觀測值的長度與所述OFDM信道估 計裝置處理信號的長度相同。
7. -種使用如權(quán)利要求1所述的OFDM信道估計裝置進行信道估計的方法，其特征在 于，包括以下步驟： 51、 設定所述支路增益U1; 52、 將第n-1時刻的預測值賦初值0 ; 53、 對第n時刻的觀測值與所述預測值生成模塊輸出的第n-1時刻的預測值求差得到 誤差值； 54、 所述第一濾波單元將所述誤差值乘以所述支路增益U1得到第一修正值； 55、 對所述第n-1時刻的預測值和所述第一修正值求和得到第n時刻的預測值； 56、 對所述第n-1時刻的預測值和所述第一修正值求和得到第n時刻的估計值； 57、 獲取n+1時刻的觀測信號，重復步驟S3-S6 ;當所述誤差值在預設誤差范圍內(nèi)時，所 述估計值為最終結(jié)果。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，步驟Sl中的所述支路增益的計算包括： 511、 獲取信道估計裝置的z域傳遞函數(shù)L(Z)與所述支路增益U1之間的關(guān)系，以及獲 取一階數(shù)字鎖相環(huán)的s域傳遞函數(shù)L (s)與物理參數(shù)之間的關(guān)系，所述物理參數(shù)為一階數(shù)字 鎖相環(huán)的截止角頻率； 512、 獲取由信道能量引起的動態(tài)均方誤差與信道復幅值的多普勒譜密度的關(guān)系，從而 得到所述動態(tài)均方誤差與所述物理參數(shù)的近似線性關(guān)系； 513、 獲取由噪聲引起的靜態(tài)均方誤差與噪聲能量的關(guān)系，從而得到所述靜態(tài)均方誤差 與所述物理參數(shù)的近似線性關(guān)系； 514、 信道估計裝置的總均方誤差為所述動態(tài)均方誤差與所述靜態(tài)均方誤差之和，對所 述總均方誤差求所述物理參數(shù)的偏導，并使偏導為0,獲取使得所述總均方誤差最小的所述 物理參數(shù)； 515、 根據(jù)傳遞函數(shù)L(Z)與傳遞函數(shù)L(S)的對應關(guān)系，獲取使得所述總均方誤差最小 的所述支路增益yP
9. 一種使用如權(quán)利要求2或3所述的OFDM信道估計裝置進行信道估計的方法，其特征 在于，包括以下步驟： 51、 設定支路增益初值，所述支路增益包括所述第一濾波單元的支路增益y:和所述第 二濾波單元第m條支路的支路增益y 52、 將第n-1時刻的預測值和所述第二濾波單元第m支路增益電路第n-1時刻的輸入 值均賦初值〇 ; 53、 對第n時刻的觀測值與所述預測值生成模塊輸出的第n-1時刻的預測值求差得到 誤差值； 54、 所述第一濾波單元將所述誤差值乘以所述支路增益y:得到第一修正值，所述第二 濾波單元對所述誤差值進行處理得到第二修正值； 55、 對所述第n-1時刻的預測值、所述第一修正值以及所述第二修正值求和得到所述 第n時刻的預測值； 56、 對所述第n-1時刻的預測值和所述第一修正值求和得到第n時刻的估計值； 57、 獲取n+1時刻的觀測信號，重復步驟S3-S6 ;當所述誤差值在預設誤差范圍內(nèi)時，所 述估計值為最終結(jié)果。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，步驟Sl中的所述支路增益的計算包括： 511、 獲取信道估計裝置的z域傳遞函數(shù)L(Z)與所述支路增益U1和所述第二濾波單 元中第m條支路的支路增益ym+1之間的關(guān)系，以及獲取環(huán)路為M+1階的數(shù)字鎖相環(huán)的s域 傳遞函數(shù)L(S)與物理參數(shù)之間的關(guān)系，當M= 1時，所述物理參數(shù)為二階數(shù)字鎖相環(huán)的自 然角頻率和阻尼系數(shù)，當M= 2時，所述物理參數(shù)為三階數(shù)字鎖相環(huán)的自然角頻率、阻尼系 數(shù)和電容比參數(shù)； 512、 獲取由信道能量引起的動態(tài)均方誤差與信道復幅值的多普勒譜密度的關(guān)系，從而 得到所述動態(tài)均方誤差與所述物理參數(shù)的近似線性關(guān)系； 513、 獲取由噪聲引起的靜態(tài)均方誤差與噪聲能量的關(guān)系，從而得到所述靜態(tài)均方誤差 與所述物理參數(shù)的近似線性關(guān)系； 514、 信道估計裝置的總均方誤差為所述動態(tài)均方誤差與所述靜態(tài)均方誤差之和，對所 述總均方誤差分別求所述物理參數(shù)的偏導，并使偏導為0,獲取使得所述總均方誤差最小的 所述物理參數(shù)； 515、 根據(jù)傳遞函數(shù)L(Z)與傳遞函數(shù)L(S)的對應關(guān)系，獲取使得所述總均方誤差最小 的所述支路增益U1和所述第二濾波單元中第m條支路的支路增益y
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種OFDM信道估計裝置和方法，該OFDM信道估計裝置包括幅值比較模塊、環(huán)路濾波模塊、預測值生成模塊和估計值生成模塊，所述幅值比較模塊的一個輸入端用于接收觀測值，所述幅值比較模塊的另一個輸入端與所述預測值生成模塊的輸出端連接，所述幅值比較的輸出端與所述環(huán)路濾波模塊的輸入端連接，所述環(huán)路濾波模塊的輸出端與所述預測值生成模塊的輸入端連接，所述幅值比較模塊輸出的誤差值在預設誤差范圍內(nèi)時，所述估計值生成模塊的輸出的估計值為最終結(jié)果。本發(fā)明的信道估計裝置結(jié)構(gòu)清晰，實現(xiàn)簡單、占用計算資源少且性能優(yōu)于傳統(tǒng)方法使用一階自回歸模型的卡爾曼濾波器的性能。
【IPC分類】H04L25-02, H04L27-26
【公開號】CN104767704
【申請?zhí)枴緾N201510122866
【發(fā)明人】不公告發(fā)明人
【申請人】深圳市力合微電子股份有限公司
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年3月19日