[发明专利]基于正交频分复用系统的信道估计方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别涉及基于正交频分复用系统的信道估计技术。 

背景技术

近些年来，以正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，简称“OFDM”)为代表的多载波传输技术受到了人们的广泛关注。多载波传输把数据流分解为若干个独立的子数据流，每个子数据流将具有低得多的比特速率。用这样低比特率形成的低速率多状态符号去调制相应的子载波，就构成了多个低速率符号并行发送的传输系统。 

OFDM作为一种复用技术，将多路信号复用在不同正交子载波上。通过传统的频分复用(Frequency Division Multiplexing，简称“FDM”)技术将带宽分成几个子信道，它们同时发送数据。OFDM系统比传统的FDM系统要求的带宽要少得多。由于使用无干扰正交载波技术，单个载波间无需保护频带。这样使得可用频谱的使用效率更高。另外，OFDM技术可动态分配在子信道上的数据。为获得最大的数据吞吐量，多载波调制器可以智能地分配更多的数据到噪声小的子信道上。 

OFDM将经过编码的待传输数据作为频域信息，将其调制为时域信号，并在信道上传输，而在接收端则进行逆过程解调。OFDM系统的调制和解调可以分别由逆离散傅立叶变换(Inverse Discrete Fourier Transform，简称“IDFT”)和离散傅立叶变换(Discrete Fourier Transform，简称“DFT”)来代替。通过N点IDFT运算，把频域数据符号变换为时域数据符号，经过 载波调制之后，发送到信道中。在接收端，将接收信号进行相干解调，然后将基带信号进行N点DFT运算，即可获得发送的数据符号。在实际应用中，IDFT/DFT采用逆快速傅立叶变换(Inverse Fast Fourier Transform，简称“IFFT”)和快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform，简称“FFT”)来实现。FFT技术的采用使得OFDM系统的复杂度大大降低，再加上高性能信息处理器件的发展和应用，使得OFDM系统的实现更加容易，成为应用最广的一种多载波传输方案。 

由于在OFDM系统中，接收端的相干检测需要用到信道的信息，因此信道估计是影响接收端接收信号性能的重要环节。信道估计的方法有许多，对于OFDM系统，由于导频子载波可以在OFDM符号内灵活地分布，因此通常采用导频符号来辅助信道估计，使得信道估计更加灵活。导频符号辅助方法是在发送端的信号中某些固定位置插入一些已知的符号，在接收端利用这些导频符号先估计出导频位置上的信道系数，然后，在时域和频域两个维度上进行处理，得到非导频位置上的信道系数。现有获取非导频位置上信道系数的方案主要有插值法、变换域估计法和滤波法三种。 

插值法和变换域估计方法都是基于导频子载波上的信道估计结果准确的前提下进行的。其中，插值法中最常用的是线性插值。它在确定导频子载波的信道估计结果的情况下，利用邻近子载波上信道的相关性，采用线性的方法估计相邻导频间非导频子载波上的信道响应。它包括一阶线性插值、二阶线性插值等。插值阶数越高信道估计的结果也越准确，但复杂度也越高。线性插值方案实现简单，但由于是采用线性方法估计相邻两导频之间非导频子载波上的信道响应，因此估计得到的结果与实际信道响应的拟合程度不高。 

基于变换域的信道估计克服了线性插值的缺点，同时可以在变换域上进行消除噪声的处理，能实现更准确的信道估计。但它只适用于等间隔的导频结构，且在边界导频附近的估计结果会发生畸变，需要进行修正。运算量仍 较大。 

滤波法采用Wiener(维纳)滤波的原理，在时域和频域上分别利用信道的时域相关性(由多普勒功率谱的反傅立叶变换得到)和频域相关性(由延时功率谱的傅立叶变换得到)，得到非导频位置上的信道系数。Wiener滤波器遵循最小均方误差准则，它的抽头系数由正交性准则得到。根据系统所处的环境掌握了信道的相关特性，就可以利用滤波法得到对信道系数的估计。这种估计方法可以使估计结果的均方误差最小化。 

滤波法的信道估计技术(请参考佟学俭、罗涛，OFDM移动通信技术原理与应用，人民邮电出版社，2003年6月，pp.123～131)以一定大小的时频块为单位，通过对其中导频子载波的信道系数进行滤波的方法得到非导频子载波上的信道系数。滤波器的系数利用导频位置与非导频位置的信道相关系数得到。本发明的发明人发现，这种信道估计方法存在如下缺陷：