基于ofdm調制的微功率無線通信系統(tǒng)的信道估計方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及微功率無線通信領域，尤其涉及一種基于OFDM調制的微功率無線通 信系統(tǒng)的信道估計方法。
【背景技術】
[0002] -般意義上，只要通信雙方通過無線電波傳輸信息，并且發(fā)射功率限制在很小的 范圍內(nèi)（通常IOOmw以下），就可以稱為微功率無線通信。
[0003] 隨著我國智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，微功率無線通信技術也應用于用電信息采集。目 前主流的微功率無線收發(fā)芯片的調制解調技術主要是基于（G) FSK，此類技術存在占用頻帶 比較寬，頻帶利用率較低、靈敏度不夠等缺陷。針對中國智能電網(wǎng)"全采集、全預付費"的建 設目標，為了進一步提高微功率無線通信系統(tǒng)的性能和頻帶利用率，實現(xiàn)通信的高可靠性 及實時性，需要開發(fā)基于OFDM的微功率無線通信系統(tǒng)。
[0004] 正交頻分復用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，縮寫為0FDM)具 有高速的數(shù)據(jù)傳輸能力、高效的頻譜利用率和抗多徑干擾能力，因而在無線通信領域被廣 泛關注。其主要思想是在頻域內(nèi)將給定信道分成許多正交子信道，在每個子信道上使用一 個子載波進行調制，并且各子載波并行傳輸。這樣，盡管總的信道是非平坦的，具有頻率選 擇性，但是每個子信道是相對平坦的，在每個子信道上進行的是窄帶傳輸，信號帶寬小于信 道的相應帶寬，因此就可以大大消除信號波形間的干擾。由于在OFDM系統(tǒng)中各個子信道的 載波相互正交，它們的頻譜是相互重疊的，這樣不但減小了子載波間的相互干擾，同時又提 高了頻譜利用率。
[0005] 無線信號由發(fā)射端發(fā)出后，電波傳播所經(jīng)過的所有路徑統(tǒng)稱為無線信道。無線信 道作為無線電波傳播的路徑對無線通信的信號質量有決定性的作用。通常，由于墻、建筑物 或者地面等的發(fā)射和散射，發(fā)送信號通常會經(jīng)過多條路徑以不同時延和變化幅度到達接收 天線，從而形成多徑現(xiàn)象，造成頻率選擇性衰落。
[0006] 在OFDM系統(tǒng)中使用相干檢測，就必須獲得信道狀態(tài)信息（簡稱CSI)，因此信道估 計對于采用相干檢測的OFDM系統(tǒng)是非常重要的，信道估計的準確性將直接影響整個系統(tǒng) 的性能，準確的信道估計是提高接收機接收性能和數(shù)據(jù)傳輸質量的關鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 在實際的OFDM系統(tǒng)中，為了避免由于過采樣或發(fā)送/接收濾波對數(shù)據(jù)信號帶來 畸變，系統(tǒng)一般都需要引入虛擬子載波。然而，虛擬子載波的引入等效于在頻域上引入矩形 窗，從而導致時域上信道能量的泄漏，給接收系統(tǒng)信道估計帶來不利影響，影響信道估計的 準確性。
[0008] 因此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于OFDM調制的微功率無線通信系統(tǒng)的 信道估計方法，以提高信道估計的準確性。
[0009] 本發(fā)明提供以下技術方案：
[0010] 一種基于OFDM調制的微功率無線通信系統(tǒng)的信道估計方法，包括：
[0011] A、對接收端有效導頻子載波執(zhí)行信道估計，以獲得有效導頻子載波的頻域信道估 計值；
[0012] B、基于傅立葉變換函數(shù)、時域信道沖激響應的長度、位置變換矩陣以及所述有效 導頻子載波的頻域信道估計值，構建虛擬導頻子載波的頻域信道估計值以及全頻帶導頻子 載波的第一頻域信道估計值；
[0013] C、計算對應于所述第一頻域信道估計值的第一時域信道沖激響應估計值；
[0014] D、基于時域信道沖激響應的噪聲門限動態(tài)評估算法，評估所述第一時域信道估計 值中時域信道沖激響應的長度，并濾除信道噪聲以得到第二時域信道估計值；
[0015] E :對所述第二時域信道沖激響應估計值做FFT變換，得到全頻帶導頻子載波的第 二頻域信道估計值。
[0016] 在OFDM系統(tǒng)中引入虛擬子載波后，虛擬子載波邊緣的信道會發(fā)生嚴重的畸變，導 致能量泄漏，本發(fā)明提供的以上技術方案，由于重新構建了虛擬導頻子載波的頻域信道響 應估計，一方面準確地估計出虛擬子載波上的頻域信道響應，避免了邊緣子載波的嚴重信 道畸變導致的能量泄漏以及信道的失配，消除了地板效應，同時結合MMSE最佳信道估計門 限判決方法，準確地對信道估計的有效多徑和無效多徑加以區(qū)分，有效地濾除信道噪聲，從 而極大地提高信道估計的準確性。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本發(fā)明提供的信道估計方法的一種【具體實施方式】的流程圖；
[0018] 圖2是導頻信號中有效子載波和虛擬子載波映射的一種【具體實施方式】；
[0019] 圖3是【具體實施方式】的基本OFDM符號數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結構示意圖；
[0020] 圖4是本發(fā)明提供的信道估計方法與傳統(tǒng)的信道估計方法性能比較示意圖。
【具體實施方式】
[0021] 下面對照附圖并結合優(yōu)選的實施方式對本發(fā)明作進一步說明。
[0022] 本發(fā)明的【具體實施方式】提供一種基于OFDM調制的微功率無線通信系統(tǒng)的信道估 計方法，用于在系統(tǒng)的接收端執(zhí)行頻域信道估計，該方法包括以下步驟10~50,同時可參 考圖1 :
[0023] 10、對有效導頻子載波執(zhí)行信道估計，以獲得有效導頻子載波的頻域信道估計值 />*，此步驟可以采用常規(guī)的信道估計方法，例如最小二乘法或者最小均方誤差法；
[0024] 20、基于傅立葉變換函數(shù)、時域信道沖激響應的長度、位置變換矩陣以及有效導頻 子載波的頻域信道估計值構建虛擬導頻子載波的頻域信道估計值// w>-以及全頻帶 導頻子載波的第一頻域信道估計值，其中，所述第一頻域信道估計值/廣"由有效導頻子 載波的頻域信道估計值//"^和虛擬導頻子載波的頻域信道估計值./F vw構成；
[0025] 30、計算對應于所述第一頻域信道估計值的第一時域信道估計值I;
[0026] 40、基于時域信道沖激響應的噪聲門限動態(tài)評估算法，評估所述第一時域信道估 計值石中時域信道沖激響應的長度L，并濾除信道噪聲以得到第二時域信道估計值;
[0027] 50、對所述第二時域信道估計值/?·叫故FFT變換，得到全頻帶導頻子載波的第二頻 域信道估計值，即得到精確度高的頻域信道估計值。
[0028] 下面給出一個具體的微功率無線通信系統(tǒng)，參數(shù)如表1所示，該系統(tǒng)的調制機制 為0FDM，具體調制方式采用QPSK (Quadrature Phase Shift Keying,四相相移鍵控），通過 上述方法，對該系統(tǒng)在接收端進行信道估計的的方法和過程具體如下。
[0029] 表1 OFDM微功率無線通信系統(tǒng)參數(shù)
[0030]
【主權項】
1. 一種基于OFDM調制的微功率無線通信系統(tǒng)的信道估計方法，其特征在于，包括W下 步驟： A、 對接收端有效導頻子載波執(zhí)行信道估計，W獲得有效導頻子載波的頻域信道估計 值； B、 基于傅立葉變換函數(shù)、時域信道沖激響應的長度、位置變換矩陣W及所述有效導頻 子載波的頻域信道估計值，構建虛擬導頻子載波的頻域信道估計值W及全頻帶導頻子載波 的第一頻域信道估計值； C、 計算對應于所述第一頻域信道估計值的第一時域信道估計值； D、 基于時域信道沖激響應的噪聲口限動態(tài)評估算法，評估所述第一時域信道估計值中 時域信道沖激響應的長度，并濾除信道噪聲W得到第二時域信道估計值； E;對所述第二時域信道估計值做FFT變換，得到全頻帶導頻子載波的第二頻域信道估 計值。
2. 如權利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟A中通過最小二乘法計算接收端 有效導頻子載波的頻域信道估計值。
3. 如權利要求2所述的方法，其特征在于：所述步驟A中采用最小二乘法計算接收端 有效導頻子載波的頻域信道估計值具體包括： II: ，iE有效導頻子載波位置； 其中，Yi、Xi分別表示第i個有效導頻子載波上的接收信號和發(fā)送信號，有效導頻子載 波的頻域信道估計值為矩陣々iww: =[化]，矩陣列數(shù)為1，行數(shù)為有效導頻子載波的 個數(shù)。
4. 如權利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟B具體包括： B1、定義虛擬導頻子載波的頻域信道估計值為矩陣片并定義NXN的位置變 換矩陣P，W得到按照子載波序號排列的全頻帶導頻子載波的第一頻域信道估計值
其中N為OFDM系統(tǒng)的子載波總數(shù)； B2、定義NXN的DFT矩陣W為；W= [Wn，k]NXN,其 4
n= 0， 1，…，N-l，k= 0，l，…，N-1;根據(jù)時域信道與頻域信道的傅里葉對應關系，有
其中為所述第一時域信道估計值的時域信道沖激響應且長度 為L; B3、將步驟B2中的DFT矩陣W表示為；W= [Wi，W2]，其中Wi為矩陣W的前L列，W2為矩 陣W的后N-L列，則有
其中WsH為W2的共輛轉置矩陣； B4、將步驟B3中的W2中表示為W2中二DT…，wvwuai]，其中礦3…的列數(shù)與的行數(shù) 相同，wvwual的列數(shù)與勺行數(shù)相同，則WValidHvalid+wvirtualHvirtual二 0 ; 65、根據(jù)步驟B4得虛擬導頻子載波的頻域信道估計值=-其中（wvwual)-l為wvwual的偽逆矩陣。
5. 如權利要求4所述的方法，其特征在于：所述步驟C中計算所述第一時域信道估計 值I具體為：
6. 如權利要求5所述的方法，其特征在于：所述步驟D具體包括： D1、通過設置噪聲口限的方法評估得到所述時域信道沖激響應hj勺長度以或者直接取 循環(huán)前綴的長度作為L; D2、根據(jù)所述時域信道沖激響應電的長度以對信道噪聲平均功率進行評估，
D3、基于頻域信道響應最小均方誤差準則，可得
其中Hk為理想的頻域信道響應矩陣H中的第k+1個元素，信噪比SNR和目因子分別為：
目取決于星座調制的方式； D4、根據(jù)最小均方誤差，設置最佳時域信道濾波口限值
W評估時域信道沖激響應的有效多徑長度，并通過 將小于該口限的值視為噪聲置零，W消除時域信道沖激響應中的噪聲，獲得所述 第二時域信道沖激響應估計值為NX1的矩陣1^，其中的第m+1個元素/i"為：
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于OFDM調制的微功率無線通信系統(tǒng)信道估計方法，包括：A、求取有效導頻子載波的頻域信道估計值；B、構建虛擬導頻子載波的頻域信道估計值以及全頻帶導頻子載波的第一頻域信道估計值；C、計算對應于所述第一頻域信道估計值的第一時域信道沖激響應估計值；D、基于時域信道沖激響應的噪聲門限動態(tài)評估算法，評估時域信道沖激響應的長度，并濾除信道噪聲以得到第二時域信道沖激響應估計值；E：對所述第二時域信道沖激響應估計值做FFT變換，得到全頻帶導頻子載波的第二頻域信道估計值。本發(fā)明提供的方法，避免了因引入虛擬子載波帶來的信道能量泄漏、信道畸變的問題，并結合自適應信道噪聲濾除方法，提高了信道估計的準確性。
【IPC分類】H04L25-02
【公開號】CN104796359
【申請?zhí)枴緾N201410759378
【發(fā)明人】不公告發(fā)明人
【申請人】無錫景芯微電子有限公司
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2014年12月10日