專利名稱：信道頻域相關(guān)性計算方法及裝置、信道估計方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及無線通信。具體而言，本發(fā)明涉及一種信道頻域相關(guān)性計算方法及其裝置、以及信道估計方法及其裝置。
背景技術(shù)：
受到周圍建筑物、物體、行人、車輛以及地面等的影響，無線信號可能會在傳輸過程中發(fā)生反射、折射、衍射以及散射等。因此，接收端接收到的無線信號通常都經(jīng)歷了嚴(yán)重的衰落和時延擴(kuò)展。為了恢復(fù)發(fā)送的數(shù)據(jù)，接收機(jī)需要對信號經(jīng)歷的無線信道進(jìn)行估計，再對接收信號所受的損失進(jìn)行補(bǔ)償。對信道進(jìn)行估計的模塊叫做信道估計模塊，對接收信號進(jìn)行補(bǔ)償?shù)哪K叫做均衡模塊。信道估計模塊對于無線系統(tǒng)是至關(guān)重要的，信道估計的性能越好，則系統(tǒng)的誤碼性能越好，也就是系統(tǒng)正確接收的數(shù)據(jù)越多。(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) ^^ 是近年新興的傳輸技術(shù)。OFDM系統(tǒng)首先在發(fā)送端對待發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行IFFT (Inverse Fast Fourier Transform，快速傅里葉逆變換)變換將其變?yōu)闀r域信號，隨后該信號在時域傳播。 在接收端，接收信號首先由FFT (Fast Fourier Transform，快速傅里葉變換)變換至頻域， 再進(jìn)行均衡、解調(diào)以及解碼等操作以恢復(fù)發(fā)送數(shù)據(jù)。由于傳輸信號在時域經(jīng)歷的具有一定時延擴(kuò)展的多徑信道在變換至頻域后會等效轉(zhuǎn)換為平衰落信道，因此OFDM系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗衰落能力，并在近些年得到了廣泛的應(yīng)用，如Wimax (Worldwide Interoperability for Microwave Access，全球微波互聯(lián)接入)系統(tǒng)和LTE (Long Term Evolution，長期演進(jìn)) 等無線通信系統(tǒng)，以及 DMB-T (Digital Multimedia Broadcast-Terrestrial，數(shù)字多媒體廣播-地面)、CMMB (China Mobile Multimedia Broadcasting，中國移動多媒體廣播)以及DVB(Digital Video Broadcasting，數(shù)字視頻廣播)等數(shù)字電視廣播系統(tǒng)。在此，令第1個OFDM符號中的第k個子載波所承載的頻域數(shù)據(jù)為Xk, 與之對應(yīng)的頻域等效接收信號Yu可以表示為Yka = Hk, Aa+Nk,! ⑴其中Hu為Xu經(jīng)歷的等效頻域平衰落信道，Nka為頻域等效加性高斯白噪聲，其均值為零，方差為σΝ2。OFDM系統(tǒng)的信道估計即是對等效頻域信道響應(yīng)Hkil進(jìn)行估計。最小均方誤差 (Minimum Mean Square Error, MMSE)準(zhǔn)則是一種令估計誤差均值最小的準(zhǔn)則?；贛MSE 準(zhǔn)則的信道估計算法是最優(yōu)信道估計算法之一。依據(jù)MMSE信道估計算法，第1個OFDM符號中的第k個子載波處的信道頻域響應(yīng)的估計值可以根據(jù)式(2)計算。Hkl = ^lfill(1)上式中，變量反，,為子載波(k，l)處的信道頻域響應(yīng)的估計值，向量I1是匪SE信道估計器的濾波器系數(shù)，向量為由預(yù)先選定的用于估計子載波(k，1)處的信道頻域響應(yīng)的導(dǎo)頻點的信道沖激響應(yīng)估計值排列而成。假設(shè)每個數(shù)據(jù)子載波利用M個觀察點進(jìn)行MMSE信道估計，且這M個觀察點的序號分別為(^,I1), (k2，l2)，···，(kM，1M)，那么向量
可以表示為下面的公式(3)。
Hk,i = [^klJ1 h^I1 ... HkM,iM(3)依據(jù)匪SE準(zhǔn)則，I1S使函數(shù)J(I1)最小的解，其中函數(shù)J(Wu)由式(4)給出。J(^kj)= Εψκι-Hk^(4)根據(jù)正交原理，Wu可以由下面的公式(5)計算。 W^(5)其中，θ"*子載波(k，1)處頻域信道響應(yīng)與M個觀察點接收值的互相關(guān)向量， 它可以表示為= [ek_kiJ_h ek_hi_h …θ一J(6)公式(6)中的互相關(guān)值約α,η，m= 1，2，...，M可以表示為0k_kmJ_L =E^Hky Hkj^(7)在公式(5)中，矩陣為M個觀察點接收值的自相關(guān)矩陣，它可以表示為
ΦΦφ
-K λ-hki ~ki h ~hkM -h Jm ~hΦ,,= Φ”Α、0WdΦ^ιΜ-ι2(8)
ΦΦφ
_λ~1Μk2~kMkM 'kM ’1 M ~lM 釋
其中自相關(guān)'Vm',m = 1，2，· · ·，M的表達(dá)式為Φ ‘-… ,=五{U、;}(9)式(7)和式(9)中給出的相關(guān)值既包含了時域相關(guān)性又包含了頻域相關(guān)性。一般情況下，可以認(rèn)為該相關(guān)值中的時域相關(guān)性和頻域相關(guān)性彼此獨立，因此式(7)和式(9)可以分別表示成時域相關(guān)值和頻域相關(guān)值之積，如下面的公式(10)和(11)所示。ek_kmJ_L =e￥{k-km)-0M{l-lm)(10)Φ =N°\(kmiflm') + e^ —O0 丄氣.)⑴)其中Ntl為噪聲的單邊帶功率譜密度，％ ，Es(km，Iffl)為子載波(km，Iffl)承載的發(fā)送信號能量，函數(shù)S (km-km'，Im-Im')的表達(dá)式如下所示。
f、 fl if k…=k. and Im=I ,外、S{km-km lm-lm) = \ m . m m(12)從上面的分析中可以看出，已知時域相關(guān)值θ Δ (I-Im)和頻域相關(guān)值θ M(k_km) 是MMSE信道估計算法可以順利實施的前提條件。其中，時域相關(guān)值θ Δ (I-Im)與發(fā)送端和接收端的相對移動速度以及信道所經(jīng)歷的Doppler衰落的類型有關(guān)。例如，當(dāng)信道的Doppler功率譜是最常見的Clarke模型(又稱為Jakes模型)的時候，時域相關(guān)值θ Δ (I-Im)可以表示為其中，函數(shù)Jtl為第一類零階貝塞爾函數(shù)，Ts為系統(tǒng)基帶采樣周期，fd為單邊帶最大 Doppler頻率，它與發(fā)送端和接收端的相對移動速度有關(guān)，可由下面的公式(14)計算。
權(quán)利要求
1.一種信道頻域相關(guān)性計算方法，包括 分析樣本信道的路徑時延分布；分析樣本信道的路徑能量分布；根據(jù)樣本信道的路徑時延分布和路徑能量分布構(gòu)建信道模型；以及根據(jù)構(gòu)建的信道模型計算信道頻域相關(guān)性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信道頻域相關(guān)性計算方法，還包括 根據(jù)時延擴(kuò)展選定多個分析區(qū)間；以及其中，針對每一個分析區(qū)間分析樣本信道的路徑時延分布，并且針對每一個分析區(qū)間分析樣本信道的路徑能量分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的信道頻域相關(guān)性計算方法，其中各個分析區(qū)間內(nèi)的多個路徑的時延呈均勻分布或者等差遞增分布；以及各個分析區(qū)間內(nèi)每個路徑的能量分布呈線性遞減分布或者呈指數(shù)遞減分布或者呈等能量均勻分布。
4.一種信道頻域相關(guān)性計算裝置，包括路徑時延分析單元，配置為分析樣本信道的路徑時延分布； 路徑能量分析單元，配置為分析樣本信道的路徑能量分布；信道模型構(gòu)建單元，配置為根據(jù)樣本信道的路徑時延分布和路徑能量分布構(gòu)建信道模型；以及頻域相關(guān)性計算單元，配置為根據(jù)構(gòu)建的信道模型計算信道頻域相關(guān)性。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的信道頻域相關(guān)性計算裝置，還包括 分析區(qū)間選擇單元，配置為根據(jù)時延擴(kuò)展選定多個分析區(qū)間；以及其中，路徑時延分析單元針對每一個分析區(qū)間分析樣本信道的路徑時延分布，并且路徑能量分析單元針對每一個分析區(qū)間分析樣本信道的路徑能量分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的信道頻域相關(guān)性計算裝置，其中信道模型構(gòu)建單元按照各個分析區(qū)間內(nèi)的多個路徑的時延呈均勻分布或者等差遞增分布、以及各個分析區(qū)間內(nèi)每個路徑的能量分布呈線性遞減分布或者呈指數(shù)遞減分布或者呈等能量均勻分布的原則構(gòu)建信道模型。
7.一種信道估計方法，包括計算導(dǎo)頻子載波的最小二乘信道估計； 讀取預(yù)存的信道頻域相關(guān)性； 估計接收端相對于發(fā)送端的移動速度； 根據(jù)接收端相對于發(fā)送端的移動速度計算信道時域相關(guān)性； 利用計算的信道時域相關(guān)性和讀取的信道頻域相關(guān)性計算MMSE濾波器系數(shù)；以及根據(jù)計算的MMSE濾波器系數(shù)和導(dǎo)頻子載波的最小二乘信道估計獲取數(shù)據(jù)子載波的信道估計，其中，所述預(yù)存的信道頻域相關(guān)性根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一所述的信道頻域相關(guān)性計算方法來獲取。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的信道估計方法，其中在利用計算的信道時域相關(guān)性和讀取的信道頻域相關(guān)性計算匪SE濾波器系數(shù)中，利用計算的信道時域相關(guān)性和讀取的信道頻域相關(guān)性計算導(dǎo)頻子載波的MMSE濾波器系數(shù)； 以及根據(jù)計算的MMSE濾波器系數(shù)和導(dǎo)頻子載波的最小二乘信道估計獲取數(shù)據(jù)子載波的信道估計包括利用計算的導(dǎo)頻子載波的匪SE濾波器系數(shù)對導(dǎo)頻子載波的最小二乘信道估計進(jìn)行匪SE濾波；以及根據(jù)MMSE濾波后的導(dǎo)頻子載波對數(shù)據(jù)子載波的信道進(jìn)行估計以獲取數(shù)據(jù)子載波的信道估計。
9.一種信道估計裝置，包括導(dǎo)頻信道估計單元，配置為計算導(dǎo)頻子載波的最小二乘信道估計； 頻域相關(guān)性讀取單元，配置為讀取預(yù)存的信道頻域相關(guān)性； 移動速度估計單元，配置為估計接收端相對于發(fā)送端的移動速度； 時域相關(guān)性計算單元，配置為根據(jù)接收端相對于發(fā)送端的移動速度計算信道時域相關(guān)性；MMSE濾波器系數(shù)計算單元，配置為利用計算的信道時域相關(guān)性和讀取的信道頻域相關(guān)性計算MMSE濾波器系數(shù)；以及數(shù)據(jù)信道估計單元，配置為根據(jù)計算的MMSE濾波器系數(shù)和導(dǎo)頻子載波的最小二乘信道估計獲取數(shù)據(jù)子載波的信道估計，其中，所述預(yù)存的信道頻域相關(guān)性由根據(jù)權(quán)利要求4至6中的任一所述的信道頻域相關(guān)性計算裝置來獲取。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的信道估計裝置，其中MMSE濾波器系數(shù)計算單元利用計算的信道時域相關(guān)性和讀取的信道頻域相關(guān)性計算導(dǎo)頻子載波的MMSE濾波器系數(shù)；以及數(shù)據(jù)信道估計單元包括導(dǎo)頻MMSE濾波器單元，配置為利用計算的導(dǎo)頻子載波的MMSE濾波器系數(shù)對導(dǎo)頻子載波的最小二乘信道估計進(jìn)行MMSE濾波；以及數(shù)據(jù)信道估計器，配置為根據(jù)MMSE濾波后的導(dǎo)頻子載波對數(shù)據(jù)子載波的信道進(jìn)行估計以獲取數(shù)據(jù)子載波的信道估計。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種信道頻域相關(guān)性計算方法及裝置、信道估計方法及裝置。根據(jù)本發(fā)明的信道頻域相關(guān)性計算方法包括分析樣本信道的路徑時延分布；分析樣本信道的路徑能量分布；根據(jù)樣本信道的路徑時延分布和路徑能量分布構(gòu)建信道模型；和根據(jù)構(gòu)建的信道模型計算信道頻域相關(guān)性。根據(jù)本發(fā)明的信道估計方法包括計算導(dǎo)頻子載波的最小二乘信道估計；讀取預(yù)存的信道頻域相關(guān)性；估計接收端相對于發(fā)送端的移動速度；根據(jù)接收端相對于發(fā)送端的移動速度計算信道時域相關(guān)性；利用計算的信道時域相關(guān)性和讀取的信道頻域相關(guān)性計算MMSE濾波器系數(shù)；以及根據(jù)計算的MMSE濾波器系數(shù)和導(dǎo)頻子載波的最小二乘信道估計獲取數(shù)據(jù)子載波的信道估計，其中，所述預(yù)存的信道頻域相關(guān)性通過上述信道頻域相關(guān)性計算方法來獲取。
文檔編號H04L27/26GK102158436SQ20101011173
公開日2011年8月17日 申請日期2010年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月11日
發(fā)明者嚴(yán)閎中, 張磊, 王昕 申請人:富士通株式會社