[发明专利]一种应用于无线传感网的信道估计装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于OFDM体制的无线传感网络的传输节点，尤其涉及其无线接收机中的信道估计装置。

背景技术

随着通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的飞速发展和日益成熟，具有感知能力、计算能力和通信能力的无线传感器节点开始出现，并且引起了人们的极大关注。这种无线传感器节点构成无线传感网能够协调地感知、采集和处理网络覆盖区域内的各种环境或监测对象信息，并发布给需要这些信息的用户。无线传感网将逻辑上的信息世界与真实的物理世界融合在一起，深刻地改变了人与自然的交互方式；可以广泛地应用于军事、工农业控制、生物医疗、环境监测等诸多领域。

目前，传感器网络研究的一个重要方面是在能量严重受限的微型节点上如何实现简单的环境数据(如温度、湿度、光强等)采集、传输与处理。然而，随着监测环境的日趋复杂多变，由这些传统传感器网络所获取的简单数据愈加不能满足人们对环境监测的全面需求，迫切需要将信息量丰富的图像、音频、视频等媒体引入到以传感器网络为基础的环境监测活动中来，实现细粒度、精准信息的环境监测。这样就要求每个节点能够在有限的频谱资源上传输丰富多彩的内容。OFDM传输体制凭借其简单易与实现，频谱效率高的特性，被引入到无线传感网中，提供高速多媒体服务。

在大多数的OFDM接收机中，信道估计都是基于频域估计和内插方式实现的。大多数的OFDM接收机中的信道估计器如图1所示，包括多载波解调装置，导频子载波提取装置，信道估计装置。所述的多载波解调装置则利用各个子载波之间的正交性，对时域的采样信号尽心FFT变换，解调出每个子载波上所传输的符号。所述的导频子载波提取装置根据预先设定的导频子载波插入位置，从多载波解调装置解调出的各个子载波数据中提取出导频子载波信号。导频子载波提取装置输出一个与解调结果对应的导频子载波指示信号，高电平表示当前子载波是导频子载波。所述的信道估计装置包括信道估计器和内插器两个模块。信道估计器与导频提取装置相连，且自身包括一个ROM，用于存放导频符号。根据导频子载波提取装置输出的导频子载波指示信号来提取出的导频子载波上的解调信号，同时从ROM中读取导频符号，采用最小二乘(LS)算法或者最小均方误差(MMSE)算法进行信道估计，估计出各个导频子载波上的信道响应。内插器则根据导频子载波上估计出的信道响应来对数据子载波上的信道响应进行内插，估计出各个数据子载波上的信道响应。

在现有的信道估计器中，MMSE算法的信道估计器具有最优的性能，但实现复杂度高，不适合无线传感网的应用。LS算法实现简单，能应用于无线传感网节点中，但与MMSE算法在估计误差性能上有15dB的差距，性能较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于无线传感网的信道估计装置，通过对基于LS算法的信道估计器进行改进，引入频域滤波器，在增加系统少量的复杂度的情况下，改善系统的性能。

本发明要解决的技术问题是：现有MMSE算法的信道估计器由于实现复杂度高，不适合无线传感网的应用；而LS算法的信道估计器虽实现简单，能应用于无线传感网节点中，但存在估计误差，性能较差。

本发明的技术方案是：本发明至少包括导频子载波提取装置、LS信道估计装置、内插装置、频域滤波装置。LS信道估计装置与导频子载波提取装置相连，内插装置与LS信道估计装置相连，频域滤波装置与内插装置相连。

所述的导频子载波提取装置由一个计数器和一个ROM组成，计数器用于计算当前输入的符号对应的子载波序号；ROM用于存放导频子载波图谱，以子载波序号作为ROM的地址，每个地址中存放一比特的符号，用于标记当前子载波是否导频子载波，若是则置1，若否则置0。

所述的LS信道估计装置遵照导频子载波提取装置给出的指示信号，将导频子载波上解调出的信号与发射的导频符号相除，从而对信道响应进行估计。

所述的内插装置则根据当前子载波临近的两个导频子载波上的估计结果和当前子载波与两个导频子载波之间的距离来对数据子载波上的信道响应进行插值估计。在设置导频子载波的位置时，保证在一个相干带宽的范围内有多个导频子载波，这样两个导频子载波之间的数据子载波上的信道响应与导频子载波上的信道响应有很强的相关性，于是可以采用一阶线形插值的方式来对数据子载波上的信道响应进行估计。插值表达式可以表示为：