一種信道估計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及地面廣播傳輸領(lǐng)域，尤其涉及一種信道的估計(jì)方法。一種信道估計(jì)方法，應(yīng)用于對(duì)下一載波信號(hào)幀的信道進(jìn)行估計(jì)，所述信道估計(jì)方法包括：對(duì)當(dāng)前的信號(hào)幀和所述當(dāng)前的信號(hào)幀所在的信道進(jìn)行載波均衡，得到所述當(dāng)前的信號(hào)幀的發(fā)送序列和所述當(dāng)前的信號(hào)幀的信噪比，通過(guò)對(duì)所述發(fā)送序列進(jìn)行計(jì)算，得到參考信道；根據(jù)所述信號(hào)幀的信噪比，完成初始的信道估計(jì)；通過(guò)自適應(yīng)濾波的方法對(duì)估計(jì)的初始信道和所述參考信道進(jìn)行處理，得到下一個(gè)信號(hào)幀的估計(jì)信道。
【專利說(shuō)明】
_種信道估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及地面廣播傳輸領(lǐng)域，尤其涉及一種信道的估計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有的對(duì)信道的估計(jì)方法需要對(duì)輸入信號(hào)通過(guò)相關(guān)器或者通過(guò)頻域除法，得到初 始的信道估計(jì)；之后對(duì)初始的信道估計(jì)，用固定系數(shù)的濾波器進(jìn)行頻域?yàn)V波，得到信道估 計(jì);或者是對(duì)初始的信道估計(jì)，通過(guò)時(shí)域挑選多徑的方法，得到信道估計(jì)。
[0003] 但是現(xiàn)有技術(shù)中初始的信道估計(jì)質(zhì)量較差，因?yàn)橛行盘?hào)對(duì)PN的干擾，在進(jìn)行信道 估計(jì)時(shí)，固定系數(shù)濾波不能得到最佳的信道估計(jì)，因?yàn)樾诺赖奶匦允俏粗?，只能做一個(gè)最 保守的低通濾波，無(wú)法去除帶內(nèi)的噪聲;此外，挑選多徑的方法會(huì)導(dǎo)致魯棒性不好，很多小 的多徑，難以被挑中，導(dǎo)致性能大幅度下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種信道的估計(jì)方法，能夠在低信噪 比，難以分辨的多徑信道的信道環(huán)境中，提高接收機(jī)的性能。
[0005] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] -種信道估計(jì)方法，應(yīng)用于對(duì)下一載波信號(hào)幀的信道進(jìn)行估計(jì)，所述信道估計(jì)方 法包括：
[0007] 對(duì)當(dāng)前的信號(hào)幀和所述當(dāng)前的信號(hào)幀所在的信道進(jìn)行載波均衡，得到所述當(dāng)前的 信號(hào)幀的發(fā)送序列和所述當(dāng)前的信號(hào)幀的的信噪比，通過(guò)對(duì)所述發(fā)送序列進(jìn)行計(jì)算，得到 參考信道；
[0008] 根據(jù)所述信號(hào)幀的信噪比，完成初始的信道估計(jì)；
[0009] 通過(guò)自適應(yīng)濾波的方法對(duì)估計(jì)的初始信道和所述參考信道進(jìn)行處理，得到下一個(gè) 信號(hào)幀的估計(jì)信道。
[0010]優(yōu)選的，所述信道估計(jì)方法中，所述信號(hào)幀包括PN序列和連接在所述PN序列尾部 的數(shù)據(jù)塊，其中所述PN序列的長(zhǎng)度不變。
[0011]優(yōu)選的，所述信道估計(jì)方法中，所述信號(hào)幀為經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換、變頻、濾波、采樣率變 換后的基帶信號(hào)；以及
[0012] 所述基帶信號(hào)的速率為單倍的符號(hào)率。
[0013] 優(yōu)選的，所述信道估計(jì)方法中，得到所述信噪比和所述參考信道的方法中包括：
[0014] 將所述當(dāng)前的信號(hào)幀中PN序列的尾部去除；
[0015] 在所述當(dāng)前的信號(hào)幀的數(shù)據(jù)塊中加入所述當(dāng)前的信號(hào)幀的數(shù)據(jù)塊在下一信號(hào)幀 的PN序列頭部的拖尾；
[0016] 得到重構(gòu)的循環(huán)卷積信號(hào)。（其中，所述循環(huán)卷積信號(hào)為滿足循環(huán)卷積的信號(hào)。）
[0017] 優(yōu)選的，所述信道估計(jì)方法中，得到所述信噪比和所述參考信道的方法中還包括：
[0018] 根據(jù)所述循環(huán)卷積信號(hào)的信道，通過(guò)slicer函數(shù)的硬判決，得到估計(jì)的發(fā)送序列；
[0019] 對(duì)所述發(fā)送序列進(jìn)行計(jì)算得到所述參考信道。
[0020] 優(yōu)選的，所述信道估計(jì)方法中，完成初始的信道估計(jì)的方法中包括：
[0021] 運(yùn)用所述Slicer函數(shù)，去除當(dāng)前的信號(hào)幀PN序列的頭部，其中去除的該當(dāng)前信號(hào) 幀PN序列的頭部為前一信號(hào)幀的數(shù)據(jù)塊的尾部對(duì)所述當(dāng)前的信號(hào)幀PN序列的頭部的干擾； [0022]將所述當(dāng)前的信號(hào)幀PN序列的尾部在當(dāng)前的信號(hào)幀數(shù)據(jù)塊的頭部的拖尾去掉； [0023]得到線性卷積信號(hào)。（其中所述線性卷積信號(hào)滿足線性卷積構(gòu)造。）
[0024]優(yōu)選的，所述信道估計(jì)方法中，完成初始的信道估計(jì)的方法還包括：
[0025]對(duì)多徑信號(hào)、所述線性卷積信號(hào)的PN序列和估計(jì)的所述信噪比進(jìn)行頻域除法，得 到所述當(dāng)前信號(hào)幀信道的頻域響應(yīng)。（其中，所述多徑信號(hào)為所述線性卷積信號(hào)的PN序列的 多徑信號(hào)。）
[0026]優(yōu)選的，所述信道估計(jì)方法中，完成初始的信道估計(jì)的方法還包括：
[0027]對(duì)所述當(dāng)前信號(hào)幀信道的頻域響應(yīng)進(jìn)行濾波和/或抽樣，得到初始的信道。
[0028]優(yōu)選的，所述信道估計(jì)方法中，
[0029] 根據(jù)初始的信道和所述參考信道，對(duì)所述當(dāng)前的信號(hào)幀的所有子載波進(jìn)行系數(shù)更 新，并且利用更新的系數(shù)生成下一信號(hào)幀的信道估計(jì)。
[0030] 本發(fā)明的有益效果是：
[0031] 本發(fā)明通過(guò)將信號(hào)幀中的data去除，然后對(duì)線性卷積信號(hào)做最小均方誤差頻域除 法，可以得到較好的初始信道估計(jì);對(duì)初始信道估計(jì)做自適應(yīng)濾波，得到最佳的信道估計(jì)， 在本發(fā)明中去除了信號(hào)幀內(nèi)，信號(hào)幀之間的干擾，能夠提高接收機(jī)的性能。
【附圖說(shuō)明】
[0032]圖1為本發(fā)明DTMB系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)；
[0033]圖2為本發(fā)明多載波的信道估計(jì)和均衡；
[0034]圖3為本發(fā)明去除PN序列的示意圖；
[0035]圖4為本發(fā)明去除數(shù)據(jù)塊data的示意圖；
[0036]圖5為本發(fā)明自適應(yīng)濾波的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，下述技術(shù)方案，技術(shù)特征之間可以相互組合。 [0038]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的說(shuō)明：
[0039]如圖1所示，本實(shí)施例的信號(hào)幀（以下簡(jiǎn)稱Symbol)包括幀頭和幀體，幀頭可以為PN 序列（以下簡(jiǎn)稱PN)，幀體可以為數(shù)據(jù)塊（以下簡(jiǎn)稱data)，各個(gè)信號(hào)幀之間前一信號(hào)幀的 data與后一信號(hào)幀的PN連接，例如圖1中前一信號(hào)幀symbol 0的data 0與后一信號(hào)幀 symbol 1的PN1連接，以此類推，與此相同，此處不進(jìn)行贅述，本實(shí)施例的PN序列有三種可 能，分別為PN420，PN595和PN945，對(duì)應(yīng)的PN序列的長(zhǎng)度分別為420，595和945;各個(gè)symbol的 PN，他們可能是不變的，也有可能是變化的，本實(shí)施例只描述不變的情況。本實(shí)施例的DATA 有兩種可能，分別對(duì)應(yīng)著單載波和多載波，data的長(zhǎng)度為3780，如果DATA是單載波的話，各 個(gè)symbol中的PN都是一致的，他們構(gòu)成了循環(huán)相關(guān)。本實(shí)施例中所有涉及到的FFT和IFFT (傅里葉變換和傅里葉逆變換)運(yùn)算的長(zhǎng)度f(wàn)Ttlen，data的長(zhǎng)度都是3780。圖2是多載波的信 道估計(jì)和均衡，分為3個(gè)部分，1、均衡;2、初始信道(H_drm)的獲取;3、自適應(yīng)濾波。
[0040]圖2中的多載波均衡器，通過(guò)已知的信號(hào)幀（eqin)和信道估計(jì)H_flt，可以選擇任 意的方法來(lái)完成均衡(比如說(shuō)MMEQ)，得到估計(jì)的發(fā)送序列（slicer_out)以及當(dāng)前信號(hào)幀的 SNR(信噪比）：估計(jì)的snr_ esti。圖中的eqin，是對(duì)模數(shù)變換(ADC)之后的信號(hào)，進(jìn)行下變頻， 濾波，采樣率變換之后，轉(zhuǎn)換成的基帶信號(hào)，信號(hào)的速率為單倍的符號(hào)率，在DTMB系統(tǒng)中，可 以為 7.56MHz。
[0041 ]本實(shí)施例中多載波的均衡，主要包含了PN去除，發(fā)送信號(hào)估計(jì)，H_ref計(jì)算，SNR估 計(jì)等步驟，首先1.1:PN去除的功能是把eqin中的PN去掉，然后通過(guò)信號(hào)重構(gòu)，組成滿足循環(huán) 卷積的信號(hào)。如圖3所示：
[0042] Pn2_x_hl
[0043]※是線性卷積，我們可以用FFT來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)計(jì)算。
[0044] PN2 = fft( [pn2zeros(3780-pn_len)])；
[0045] 這是對(duì)pn2后向補(bǔ)零到3780的長(zhǎng)度，然后做fft。
[0046] ΡΝ2_χ_Η1=ΡΝ2*Η1；
[0047] HI是datal的信道響應(yīng)估計(jì)，是自適應(yīng)濾波器在datalsymbol的輸出。
[0048] Pnl_x_hO = ifft(PNl_x_HO)；
[0049] PN1 =fft( [pnlzeros(3780-pn_len)])；
[0050] 這是對(duì)pnl后向補(bǔ)零到3780的長(zhǎng)度，然后做fft。
[0051] ΡΝ1_χ_Η0 = ΡΝ1*Η0；
[0052] Pnl_x_hO = ifft(PNl_x_HO)；
[0053 ] H0是dataO的信道響應(yīng)估計(jì)，是自適應(yīng)濾波器在dataOsymbo 1的輸出。
[0054 ] Pa th_d i s t是多徑的長(zhǎng)度，是由其他模塊估計(jì)出來(lái)的。
[0055] y = eqin(0:Path_dist+378〇-l)；
[0056] eqin(0)是第一條多徑的發(fā)送datal的第一個(gè)采樣點(diǎn)。
[0057] data_tail(0:Path_dist_l)=y(3780:3780+Path_dist_l)_pn2_x_hl(0:Path_ dist-1)；
[0058] y(0:Path_dist_l)=y(0:Path_dist_l)+data_tail(0:Path_dist_l)-pnl_x_h0 (pn_len:pn_len+Path_dist_l);
[0059] y會(huì)送入發(fā)送信號(hào)估計(jì)模塊進(jìn)行下一步的處理。
[0060] 1.2發(fā)送信號(hào)估計(jì)：
[0061] Y = fft(y)
[0062] SLICER_IN=Y/H_flt
[0063] SLICER_OUT = slicer(SLICER_IN)；
[0064] slicer_out = ifft(SLICER_0UT)
[0065 ] s 1 i cer函數(shù)為硬判決，即輸出為星座圖上離輸入信號(hào)最近的點(diǎn)。
[0066] 1 · 3H_ref 估計(jì)：
[0067] H_ref = Y/SLICER_0UT；
[0068]之后第二步進(jìn)行初始信道(H_drm)的獲取，H_drm是通過(guò)在eqin中去除估計(jì)到的時(shí) 域發(fā)送信號(hào)，然后進(jìn)行信道估計(jì)得到的。
[0069]第二步中首先進(jìn)彳丁的是2.1 :data去除，如圖4:
[0070] X = fft( [sclier_out(0:pn_len-l)zeros(3780-pn_len])；
[0071 ]這是把81;^1'_〇111:(〇311_1611-1)后面補(bǔ)零到€;1^1611的長(zhǎng)度，然后做€;1^。
[0072] DATA1_HEAD=X*H1;
[0073] datal_head = ifft(DATAl_HEAD)；
[0074] HI為datal的信道響應(yīng)估計(jì)，是自適應(yīng)濾波器在datalsymbol的輸出，與均衡中所 用的H_flt相同。
[0075] X = fft( [zeros(3780-pn_len)
[0076] sclier_out(378〇-pn_len:3780-1)])；
[0077] 這是把81;[061'_0111:(3780111_1611:3780-1)前向補(bǔ)零到€;1^1611的長(zhǎng)度，然后做打七
[0078] DATA1_TAIL=X*H1;
[0079] datal_tail=ifft(DATAl_TAIL)；
[0080 ] data l_ta i 1為當(dāng)前信號(hào)幀的尾部，在給下一幀計(jì)算data去除的時(shí)候使用。
[00811當(dāng)我們得到datal_head之后，我們可以對(duì)pnl進(jìn)行data去除的計(jì)算。
[0082] r=[eqin(-pn_len:pn_len-l)]；
[0083] r中包含了所有的pnl的多徑信號(hào)。
[0084] r(0:pn_len-l)=r(0:pn_len-l)-data0_tai1(0:pn_len-l)；
[0085] r(pn_len:2*pn_len-l)=r(pn_len:2*pn_len-l)-datal_head(0:pn_len-l)；
[0086] dataO_tail是上一幀信號(hào)的尾部·
[0087] 2.2頻域除法
[0088 ]已知輸入r，pn，和snr_e sti我們可以通過(guò)頻域的除法來(lái)完成信道估計(jì)。
[0089] 把pn補(bǔ)零到fftlen的長(zhǎng)度，，然后做fft，可以得到X
[0090] 把r補(bǔ)零到fftlen的長(zhǎng)度，然后做fft，可以得到Y(jié)
[0095] 2.3濾波與抽樣
[0096 ] 做濾波和抽樣，就可以得到H_drm。H_drm_c是信道的頻域響應(yīng)，一般來(lái) 說(shuō)，多徑信道的長(zhǎng)度不會(huì)超過(guò)pn序列的長(zhǎng)度pnlen，不然會(huì)引起DATA之間的干擾ISI。因此， 可以通過(guò)濾波，來(lái)把H_drm_c的噪聲濾除。濾波器的帶寬為pn 1 en。可以通過(guò)設(shè)個(gè)濾波器 來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，也可以通過(guò)fft變換的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。fft變換本質(zhì)上也是一個(gè)濾波器。fft 變換濾波的方法如下：
[0099] H_drm_f = fft(h2)
[0100] 為了節(jié)約數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的空間，可以做抽樣之后，再用于自適應(yīng)濾波。
[0102] 其中，ds_ratio為抽樣率，取值原則是小于3780/pnlen的整數(shù)。
[0103]第三步為：自適應(yīng)濾波
[0104] 到目前為止，H_drn^H_ref已經(jīng)得到，可以通過(guò)自適應(yīng)濾波的方法來(lái)得到信道估 計(jì)^1如圖5所示，H_drm為輸入信號(hào)，通過(guò)自適應(yīng)濾波來(lái)生成最后的輸出信號(hào)為 參考信號(hào)。自適應(yīng)濾波有多種方式，比如說(shuō)LMS和RLS等等。下面以LMS為例來(lái)說(shuō)明。通常的 LMS分為兩個(gè)部分，濾波(生成H_updt)和系數(shù)更新(更新coeff)。在本文中，在這兩個(gè)部分的 基礎(chǔ)上，還需要增加一個(gè)新的部分，新數(shù)據(jù)生成(生成數(shù)組idx指示了濾波器的取值 范圍。
[0105] idx= [-pre:post]；
[0106] 對(duì)于所有的子載波m(m的取值為0〈 = m〈fftlen-l)，可以用如下3個(gè)公式進(jìn)行系數(shù) 的更新。H_drm_array [ η，m ]的意思是第η個(gè)symbo 1的信號(hào)所產(chǎn)生的子載波m的信道響應(yīng)H_ drm[m]。例如，對(duì)symbol η進(jìn)行完均衡之后，得到第η個(gè)symbol的的H_drn^PH_ref，然后開始 進(jìn)行系數(shù)更新。
[0108] err[m] =H_ref [m]-H_updt[m]；
[0109] 對(duì)所有的coeff進(jìn)行系數(shù)更新：
[0110] coeff[idx]
[0111] =coeff [ idx]+stepsize*err[m]
[0112] *H_drm_array[n-l,idx+m]*
[0113]其中，Stepsize為系數(shù)更新的步長(zhǎng)，可以根據(jù)需要先驗(yàn)設(shè)定。
[0114]在對(duì)所有的子載波都更新了系數(shù)之后，可以利用最新的coeff來(lái)生成下一個(gè) symbol n+1的信道估計(jì)H_flt，子載波111的!1_;^1:的生成公式如下：
[0116]綜上所述，本發(fā)明通過(guò)將信號(hào)幀中的data去除，然后對(duì)線性卷積信號(hào)做最小均方 誤差頻域除法，可以得到較好的初始信道估計(jì);對(duì)初始信道估計(jì)做自適應(yīng)濾波，得到最佳的 信道估計(jì)，在本發(fā)明中去除了信號(hào)幀內(nèi)，信號(hào)幀之間的干擾，能夠提高接收機(jī)的性能。
[0117]通過(guò)說(shuō)明和附圖，給出了【具體實(shí)施方式】的特定結(jié)構(gòu)的典型實(shí)施例，基于本發(fā)明精 神，還可作其他的轉(zhuǎn)換。盡管上述發(fā)明提出了現(xiàn)有的較佳實(shí)施例，然而，這些內(nèi)容并不作為 局限。
[0118]對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，閱讀上述說(shuō)明后，各種變化和修正無(wú)疑將顯而易見。 因此，所附的權(quán)利要求書應(yīng)看作是涵蓋本發(fā)明的真實(shí)意圖和范圍的全部變化和修正。在權(quán) 利要求書范圍內(nèi)任何和所有等價(jià)的范圍與內(nèi)容，都應(yīng)認(rèn)為仍屬本發(fā)明的意圖和范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種信道估計(jì)方法，其特征在于，應(yīng)用于對(duì)下一載波信號(hào)幀的信道進(jìn)行估計(jì)，所述信 道估計(jì)方法包括： 對(duì)當(dāng)前的信號(hào)幀和所述當(dāng)前的信號(hào)幀所在的信道進(jìn)行載波均衡，得到所述當(dāng)前的信號(hào) 幀的發(fā)送序列和所述當(dāng)前的信號(hào)幀的信噪比，通過(guò)對(duì)所述發(fā)送序列進(jìn)行計(jì)算，得到參考信 道； 根據(jù)所述信號(hào)幀的信噪比，完成初始的信道估計(jì)； 通過(guò)自適應(yīng)濾波的方法對(duì)估計(jì)的初始信道和所述參考信道進(jìn)行處理，得到下一個(gè)信號(hào) 幀的估計(jì)信道。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的信道估計(jì)方法，其特征在于，所述信道估計(jì)方法中，所述信號(hào) 幀包括PN序列和連接在所述PN序列尾部的數(shù)據(jù)塊，其中所述PN序列的長(zhǎng)度不變。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的信道估計(jì)方法，其特征在于，所述信道估計(jì)方法中，所述信號(hào) 幀為經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換、變頻、濾波、采樣率變換后的基帶信號(hào)；以及 所述基帶信號(hào)的速率為單倍的符號(hào)率。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的信道估計(jì)方法，其特征在于，所述信道估計(jì)方法中，得到所述 信噪比和所述參考信道的方法中包括： 將所述當(dāng)前的信號(hào)幀中PN序列的尾部去除； 在所述當(dāng)前的信號(hào)幀的數(shù)據(jù)塊中加入所述當(dāng)前的信號(hào)幀的數(shù)據(jù)塊在下一信號(hào)幀的PN 序列頭部的拖尾； 得到重構(gòu)的循環(huán)卷積信號(hào)。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的信道估計(jì)方法，其特征在于，所述信道估計(jì)方法中，得到所述 信噪比和所述參考信道的方法中還包括： 根據(jù)所述循環(huán)卷積信號(hào)的信道，通過(guò)slicer函數(shù)的硬判決，得到估計(jì)的發(fā)送序列； 對(duì)所述發(fā)送序列進(jìn)行計(jì)算得到所述參考信道。6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的信道估計(jì)方法，其特征在于，所述信道估計(jì)方法中，完成初始 的信道估計(jì)的方法中包括： 運(yùn)用所述slicer函數(shù)，去除當(dāng)前的信號(hào)幀PN序列的頭部，其中去除的該當(dāng)前信號(hào)幀PN 序列的頭部為前一信號(hào)幀的數(shù)據(jù)塊的尾部對(duì)所述當(dāng)前的信號(hào)幀PN序列的頭部的干擾； 將所述當(dāng)前的信號(hào)幀PN序列的尾部在當(dāng)前的信號(hào)幀數(shù)據(jù)塊的頭部的拖尾去掉； 得到線性卷積信號(hào)。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的信道估計(jì)方法，其特征在于，所述信道估計(jì)方法中，完成初始 的信道估計(jì)的方法還包括： 對(duì)多徑信號(hào)、所述線性卷積信號(hào)的PN序列和估計(jì)的所述信噪比進(jìn)行頻域除法，得到所 述當(dāng)前信號(hào)幀信道的頻域響應(yīng)。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的信道估計(jì)方法，其特征在于，所述信道估計(jì)方法中，完成初始 的信道估計(jì)的方法還包括： 對(duì)所述當(dāng)前信號(hào)幀信道的頻域響應(yīng)進(jìn)行濾波和/或抽樣，得到初始的信道。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的信道估計(jì)方法，其特征在于，所述信道估計(jì)方法中， 根據(jù)初始的信道和所述參考信道，對(duì)所述當(dāng)前的信號(hào)幀的所有子載波進(jìn)行系數(shù)更新， 并且利用更新的系數(shù)生成下一信號(hào)幀的信道估計(jì)。
【文檔編號(hào)】H04L1/00GK106027431SQ201610298413
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月6日
【發(fā)明人】張錦紅, 牛進(jìn), 劉小同, 王純
【申請(qǐng)人】晶晨半導(dǎo)體(上海)有限公司