專利名稱：：一種窄帶信道增益估計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于無線數(shù)字通信
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是一種窄帶信道增益估計方法。
背景技術(shù)：
：雖然窄帶通信的帶寬窄、速率慢、信息量少，但是依然被很普遍地使用著，如海洋通信、無線集群、白組織無線網(wǎng)等等都是窄帶通信的典型例子，可以說，窄帶通信依然是現(xiàn)代通信不可或缺的組成部分。信道是通信系統(tǒng)的重要組成部分，無線通信的發(fā)展追求高速率和高頻譜利用率，而移動無線信道與其他通信信道相比，又是最為復(fù)雜的一種。在實際的通信系統(tǒng)中，信道的狀態(tài)信息往往是不確知的，然而這些狀態(tài)信息對于信號解調(diào)、同步檢波等技術(shù)又是必不可少的，因此，需要使用信道增益估計方法來獲得。在無線通信中，發(fā)射信號在傳播過程中往往會受到環(huán)境中的各種物體所引起的遮擋、吸收、反射、折射和衍射的影響，形成多條路徑信號分量，具有不同的傳播時延、相位和振幅，并附加有信道噪聲，它們的疊加會使復(fù)合信號相互抵消或增強，導(dǎo)致嚴重的衰落?？梢?，最佳信道機的實現(xiàn)離不開信道增益估計的完成。目前，3G的商業(yè)應(yīng)用在不斷展開，并且存在著重大的產(chǎn)業(yè)發(fā)展機遇。與此同時，對于4GLTE系統(tǒng)的研究也在如火如荼地進行中，這就要求接收機的移動速度更高，在4GLTE系統(tǒng)中信道參數(shù)變化速率的動態(tài)范圍大，在大范圍變化的衰落信道下實現(xiàn)相干接收是非常困難的，其關(guān)鍵在于信道增益估計的實現(xiàn)，設(shè)計高效且低復(fù)雜度的信道增益估計算法是實現(xiàn)信道均衡、聯(lián)合檢測和智能天線等技術(shù)的基礎(chǔ)，也是能否極大改善系統(tǒng)性能的關(guān)鍵。研究信道增益估計的一般出發(fā)點是尋求性能、開銷和復(fù)雜度三者的折中，最終目標(biāo)就是以較低的實現(xiàn)復(fù)雜度獲得較好的估計性能?，F(xiàn)在很多很多的估計方法都是基于訓(xùn)練序列或?qū)ьl的算法，這是一個大的信道估計的分類，主要步驟中的核心是利用矩陣、插值等數(shù)學(xué)計算方法計算訓(xùn)練序列和導(dǎo)頻的信道響應(yīng)，這樣計算量就會很大。其中，插值方法利用的主要準(zhǔn)則有最大似然ML、最小二乘LS和最小均方誤差MMSE準(zhǔn)則。利用這些準(zhǔn)則的估計方法除了占用系統(tǒng)資源開銷、復(fù)雜度相對較高外，都只是孤立地看待信號的估計過程，不利用之前的估計資源，使得計算量加大，而且準(zhǔn)確度也有待提高；另外，對于不同的用戶應(yīng)該分別考慮，因為不同的用戶擁有不同的用戶特征，如城市和農(nóng)村所處的電波傳播環(huán)境差異很大，行走和開車時信號的衰落不同等等。
發(fā)明內(nèi)容為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明要設(shè)計一種計算量小、準(zhǔn)確度高并充分考慮不同用戶特征的窄帶信道增益估計方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種窄帶信道增益估計方法，包括以下步驟A、分析窄帶信道的特性并推導(dǎo)出信道模型在移動通信中，隨著發(fā)信機和接收機之間距離以及發(fā)信機與接收機之間相對移動速度的變化，將會產(chǎn)生信號衰落；比較接收信號功率的時變速度的不同，可以分為慢衰落和快衰落；慢衰落的表現(xiàn)形式主要有兩種第一種是路徑衰減，存在于收發(fā)信機之間的距離衰減隨著接收機到基站的距離增大相應(yīng)增加，假設(shè)接收機距基站的距離為d，那么接收功率反比于d的α次方，即cT，α大體上介于3到4之間；第二種是遮擋衰減，由于基站與接收機之間的建筑物等對電波的遮擋與反射，電波能量在到達接收機數(shù)十米到數(shù)百米范圍內(nèi)緩慢變動，即遮擋衰減，如果遮擋衰減δ(t)用dB來表示的話，那么δ(t)是服從于標(biāo)準(zhǔn)方差為610的高斯過程緩慢地變動；快衰落主要是指多徑衰落，它是由于在接收機周圍幾米或十幾米小范圍內(nèi)的樹木、建筑物和車輛等對電波產(chǎn)生反射、折射與散射作用，當(dāng)接收機在移動時就會接收到許多強度相同但方向和頻率不同的電波，這些電波相互疊加，在某些時刻接收信號的功率得到加強，某些時刻得到減弱，形成了信號幅度的快速變化；概括地說，信道模型可以表示為權(quán)利要求一種窄帶信道增益估計方法，其特征在于包括以下步驟A、分析窄帶信道的特性并推導(dǎo)出信道模型在移動通信中，隨著發(fā)信機和接收機之間距離以及發(fā)信機與接收機之間相對移動速度的變化，將會產(chǎn)生信號衰落；比較接收信號功率的時變速度的不同，可以分為慢衰落和快衰落；慢衰落的表現(xiàn)形式主要有兩種第一種是路徑衰減，存在于收發(fā)信機之間的距離衰減隨著接收機到基站的距離增大相應(yīng)增加，假設(shè)接收機距基站的距離為d，那么接收功率反比于d的α次方，即dα，α大體上介于3到4之間；第二種是遮擋衰減，由于基站與接收機之間的建筑物等對電波的遮擋與反射，電波能量在到達接收機數(shù)十米到數(shù)百米范圍內(nèi)緩慢變動，即遮擋衰減，如果遮擋衰減δ(t)用dB來表示的話，那么δ(t)是服從于標(biāo)準(zhǔn)方差為6～10的高斯過程緩慢地變動；快衰落主要是指多徑衰落，它是由于在接收機周圍幾米或十幾米小范圍內(nèi)的樹木、建筑物和車輛等對電波產(chǎn)生反射、折射與散射作用，當(dāng)接收機在移動時就會接收到許多強度相同但方向和頻率不同的電波，這些電波相互疊加，在某些時刻接收信號的功率得到加強，某些時刻得到減弱，形成了信號幅度的快速變化；概括地說，信道模型可以表示為Sr(t)＝St(t)ξ(t)+n(t)(1)其中，St(t)表示發(fā)射信號，Sr(t)表示接收信號，ξ(t)表示信道增益，n(t)表示噪聲信號；發(fā)送信號的變化速率表示為<mrow><mfrac><mrow><msub><mi>s</mi><mi>t</mi></msub><mrow><mo>(</mo><msub><mi>t</mi><mn>2</mn></msub><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub><mi>s</mi><mi>t</mi></msub><mrow><mo>(</mo><msub><mi>t</mi><mn>1</mn></msub><mo>)</mo></mrow></mrow><mi>Δt</mi></mfrac><mo>=</mo><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><mn>0</mn></mtd><mtd><mi>Δt</mi><mo><</mo><mi>T</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>C</mi></mtd><mtd><mi>T</mi><mo>≤</mo><mi>Δt</mi><mo>≤</mo><mn>2</mn><mi>T</mi></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>式中，Δt＝t2t1，T為一個碼的時長；信道增益ξ(t)的變化速率為噪聲信號n(t)的變化速率為<mrow><mfrac><mrow><mi>dn</mi><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow></mrow><mi>dt</mi></mfrac><mo>≠</mo><mn>0</mn><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>4</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>在發(fā)送端持續(xù)發(fā)送一已知信號作為導(dǎo)頻信號，即得到<mrow><mover><mrow><mi>r</mi><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>‾</mo></mover><mo>=</mo><mover><mrow><mi>ξ</mi><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mi>n</mi><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>‾</mo></mover><mo>=</mo><mover><mrow><mi>ξ</mi><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>‾</mo></mover><mo>+</mo><mover><mrow><mi>n</mi><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>‾</mo></mover><mo>=</mo><mover><mrow><mi>ξ</mi><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>‾</mo></mover><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>5</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>這里，噪聲n(t)服從均值為0的高斯分布；根據(jù)上面的分析，為了估計信道增益，我們通過對信號增益ξ(t)的大量觀察和分析，以fDT為步長對信號增益ξ(t)進行抽樣，進行概率統(tǒng)計來獲取有效的衰落特征；其中，fDT為傳輸帶寬通過信碼長度，fD為最大多普勒頻移，T為一個碼的時長；假設(shè)發(fā)射信號St(t)＝Acos[2πfct+ψ(t)]，fc為載波頻率，ψ(t)是調(diào)制相位，與信道無關(guān)；若接收機的移動速度為ν，第n路波的到來方向與接收機移動方向的夾角為θn，且滿足其中是一個隨機數(shù)，則多普勒頻移為fn，doppler＝fDcosθn，其中為最大多普勒頻移；θn為各路波到來的瞬時相位，是(0，2π)的隨機數(shù)；接收信號可以表示為式中，式中，ξ(t)是信道增益，N是天線接收到的強度相同但方向不同的平面波的數(shù)量，A是載波振幅，fD是最大多普勒頻率，Ψ(t)是發(fā)送波的角度，θn是第n個平面波的到來方向，φn是第n個接收平面波的方向；B、窄帶信道模型的離散數(shù)學(xué)表示和仿真計算信道增益是時間連續(xù)的，信道仿真器是通過對ξ(t)進行時間離散化來實現(xiàn)的，即對接收信號以T秒為時間間隔進行抽樣，就可得到離散的信道增益；第k個數(shù)據(jù)的接收時點t＝kT的信道增益如下這樣，信道的衰落模型就以離散形式，通過最大多普勒頻移fD與信碼長度T為參數(shù)表現(xiàn)出來；利用計算機編程語言進行窄帶信道模型的仿真，包括以下步驟B1、啟動主程序；B2、運行作圖程序；B3、進行衰落角度與相位的初始設(shè)定；B4、按照公式(8)進行衰落仿真計算；B5、計算和記錄信道增益的振幅；B6、如果循環(huán)次數(shù)小于1000次，則返回步驟B4，否則，仿真結(jié)束；C、對窄帶信道模型離散化處理的結(jié)果進行統(tǒng)計分析、建立振幅大小與變化趨勢的集合通過上一步驟窄帶信道模型的仿真得到每一個取樣點的幅值，并順次連接信道增益曲線上相鄰兩點，通過計算連線的斜率K1、K2、K3；這樣，假設(shè)有1000個步長，我們就得到了1000個斜率樣本，這就是一個包含信道衰落曲線的先驗概率集合；然后，將每一次仿真所得到的上述幅值和斜率樣本集合統(tǒng)計和分析，并存儲到數(shù)據(jù)庫中；D、進行信道增益估計根據(jù)樣本集合，如果要估計后一點的信道增益，只需查找數(shù)據(jù)庫中的樣本集合，找到相同點的下一個值，便可得到估計結(jié)果。FDA0000031405490000012.tif,FDA0000031405490000023.tif,FDA0000031405490000024.tif,FDA0000031405490000025.tif,FDA0000031405490000026.tif,FDA0000031405490000027.tif,FDA0000031405490000028.tif,FDA0000031405490000031.tif全文摘要本發(fā)明公開了一種窄帶信道增益估計方法，包括以下步驟分析窄帶信道的特性并推導(dǎo)出信道模型；窄帶信道模型的離散數(shù)學(xué)表示和仿真計算；對窄帶信道模型離散化處理的結(jié)果進行統(tǒng)計分析、建立振幅大小與變化趨勢的集合；進行信道增益估計。本發(fā)明從分析無線信道增益特征開始考慮，然后進行信道特性的衰落仿真、獲取信道增益、抽取信道增益樣本，再到計算概率，條理十分清晰，引入信道增益差分概率的思想，根據(jù)抽樣獲取的概率樣本集合進行估計，由于樣本集合可以在每一次的估計過程中都直接利用，即直接查找已知的數(shù)據(jù)庫，簡化了信道增益估計的復(fù)雜度，估計速度快，有效地節(jié)省了能源，結(jié)果具備很高的可靠性和穩(wěn)定性。文檔編號H04B1/707GK101984562SQ20101053677公開日2011年3月9日申請日期2010年11月9日優(yōu)先權(quán)日2010年11月9日發(fā)明者房媛,浦良,潘登,王智森申請人:大連工業(yè)大學(xué)