專(zhuān)利名稱(chēng)：一種單載波頻域均衡實(shí)現(xiàn)方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于寬帶無(wú)線傳輸輸技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種單載波頻域均衡實(shí)現(xiàn) 方法及系統(tǒng)。
技術(shù)背景單載波步頁(yè)域均衡(single carrier frequency domain equalization, SC-FDE)是寬帶無(wú)線傳輸中一種很有效的對(duì)抗多徑干擾的方法。在無(wú)線通信系 統(tǒng)中，除了受各種噪聲的干擾，發(fā)射信號(hào)的多徑傳播也影響著數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼 率，引起碼間干擾(inter symbol interference, ISI )。隨著接入和數(shù)據(jù)傳 輸速率的較大提高，越來(lái)越高的傳輸帶寬造成了嚴(yán)重的時(shí)間色散，接收信號(hào)中 包含了經(jīng)歷衰減和時(shí)延的多徑波，引起頻率選擇性衰落，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的ISI。 這個(gè)時(shí)候，如果單用時(shí)域均衡減輕ISI,需要較多濾波器抽頭才能得到可接受的 均衡效果，這樣很難達(dá)到實(shí)時(shí)性要求，而且隨著多徑時(shí)延擴(kuò)展的增大，均衡復(fù) 雜度甚至可能成指數(shù)增長(zhǎng)。第四代(4G)移動(dòng)通信系統(tǒng)速率可達(dá)幾l OMbps甚至l00Mbps,在這樣高的系統(tǒng) 傳輸速率下的時(shí)域均衡是不實(shí)際的。于是人們首先提出了循環(huán)前綴(Cyclic Prefix, CP)，使接收端的頻域均衡變得簡(jiǎn)單；20世紀(jì)80年代，隨著高速數(shù)字 信號(hào)處理(Digital Signal Processing, DSP)芯片的快速發(fā)展，大規(guī)模集成 電路的出現(xiàn)使得快速傅立葉變換(FFT)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)不再是難以逾越的障礙，信 號(hào)時(shí)頻變換的復(fù)雜度也因此得到了大大的降低。這樣，傳統(tǒng)時(shí)域上的均衡變換 到頻域上實(shí)現(xiàn)就成為了可能。基于CP的分塊傳輸?shù)闹饕夹g(shù)一正交頻分復(fù)用 (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)和SC-FDE正是在這 樣的背景下被提出來(lái)的。CP最初用于OFDM系統(tǒng)，OFDM是一種高效的調(diào)制方式， 具有高的頻譜效率和強(qiáng)的抗ISI的優(yōu)點(diǎn)。然而，在OFDM的實(shí)驗(yàn)室研究日漸成熟，其峰均比(Peak-to-Average Power Ratio, PAPR)過(guò)高的弱點(diǎn)逐漸成為系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 和性能提高的瓶頸時(shí)，人們又重新發(fā)起對(duì)SC-FDE技術(shù)的討論，并就SC-FDE的原 理和性能，以及該系統(tǒng)特殊的符號(hào)結(jié)構(gòu)和信號(hào)處理算法開(kāi)始了研究。SC-FDE跟 OFDM有差不多相同的復(fù)雜度、頻譜效率和抗干擾能力，而SC-FDE的性能較OFDM 具有較大的優(yōu)勢(shì)。
SC-FDE采用頻域均衡消除頻率選擇性信道對(duì)信號(hào)的影響。頻域均衡技術(shù)一 般也是釆用傳統(tǒng)的時(shí)域均衡中的準(zhǔn)則和算法，與時(shí)域均衡不同的是頻域均衡的 算法在頻域上處理，這樣簡(jiǎn)化了抽頭個(gè)數(shù)，處理簡(jiǎn)單。同時(shí)，由于無(wú)線信道的 信道狀態(tài)是隨時(shí)間變化的，因此均衡模塊需要跟蹤這種變化。常用的自適應(yīng)跟 蹤算法有最小均方法(Least Mean square, LMS )、遞歸最小二乘法(Recursive Least Square, RLS )等。
單載波頻域均衡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖l所示，其包括信道估計(jì)模塊、均衡模塊和 信道跟蹤模塊，其中信道估計(jì)模塊用于根據(jù)接收信號(hào)r進(jìn)行信道估計(jì)，從而得到 均衡模塊的初始頻域均衡系數(shù)W1;均衡模塊用于對(duì)接收信號(hào)r進(jìn)行均衡處理，得 到均衡信號(hào)d，其具體方案為采用頻域均衡系數(shù)與接收信號(hào)的頻域數(shù)據(jù)相乘以得 到均衡數(shù)據(jù)；信道跟蹤模塊用于根據(jù)接收信號(hào)r、均衡模塊傳遞來(lái)的頻域均衡系 數(shù)W和誤差信號(hào)e進(jìn)行信道跟蹤處理，計(jì)算出新的頻域均衡系數(shù)，并送給均衡模 塊以更新均衡模塊的頻域均衡系數(shù)W。
連續(xù)傳輸模式下，傳統(tǒng)的單載波頻域均衡系統(tǒng)通常采用圖2所示的傳輸結(jié) 構(gòu)，相鄰數(shù)據(jù)塊之間有兩個(gè)相同的獨(dú)特字(Unique Word, UW)塊，其中第一個(gè) UW塊作為循環(huán)前綴，第二個(gè)UW則用于信道估計(jì)。
圖2所示的連續(xù)傳輸結(jié)構(gòu)，由于相鄰凝:據(jù)塊間需要兩個(gè)UW，因此增加了系統(tǒng) 開(kāi)銷(xiāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種成本較低的單載波頻域均衡實(shí)現(xiàn)方法 及系統(tǒng)。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明單載波頻域均衡實(shí)現(xiàn)方法包括
信道估計(jì)步驟、均衡步驟和信道跟蹤步驟；其中所述信道估計(jì)步驟用于根 據(jù)接收信號(hào)進(jìn)行信道估計(jì)，從而得到供所述均衡步驟使用的初始頻域均衡系數(shù)； 所述均衡步驟用于對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行均衡處理；所述信道跟蹤步驟用于通過(guò)信道 跟蹤，對(duì)所述均衡步驟使用的頻域均衡系數(shù)進(jìn)行更新；
所述各步驟采用的數(shù)據(jù)幀包括訓(xùn)練序列部分和傳輸數(shù)據(jù)部分，其中所述訓(xùn) 練序列部分在前，其包括兩個(gè)連續(xù)的相同訓(xùn)練塊；所述傳輸數(shù)據(jù)部分在后，其 包括若干個(gè)連續(xù)的傅立葉變換塊即FFT塊，所述任一個(gè)FFT塊的長(zhǎng)度為FFT大 小；所述任一個(gè)完整的FFT塊均由一個(gè)數(shù)據(jù)塊和一個(gè)UW塊組成，所述數(shù)據(jù)塊在 前，所述UW塊在后；
具體地，所述信道估計(jì)步驟是利用所述兩個(gè)相同的訓(xùn)練塊數(shù)據(jù)進(jìn)行信道估 計(jì)的。
作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述均衡步驟是采用噪聲預(yù)測(cè)判決反饋均衡算法 進(jìn)4亍均tf處理的。
作為本發(fā)明的另 一種優(yōu)選方案；所述信道跟蹤步驟是采用遞歸最小二乘算 法來(lái)進(jìn)行信道跟蹤處理的。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明單載波頻域均衡實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)包括 信道估計(jì)模塊、均衡模塊和信道跟蹤模塊；
該系統(tǒng)采用的數(shù)據(jù)幀包括訓(xùn)練序列部分和傳輸數(shù)據(jù)部分，其中所述訓(xùn)練序 列部分在前，其包括兩個(gè)連續(xù)的相同訓(xùn)練塊；所述傳輸數(shù)據(jù)部分在后，其包括 若干個(gè)連續(xù)的傅立葉變換塊即FFT塊，所述任一個(gè)FFT塊的長(zhǎng)度為FFT大??； 所述任一個(gè)完整的FFT塊均由一個(gè)數(shù)據(jù)塊和一個(gè)UW塊組成，所述數(shù)據(jù)塊在前， 所述UW塊在后；
所述信道估計(jì)模塊用于根據(jù)所述兩個(gè)相同的訓(xùn)練塊數(shù)據(jù)進(jìn)行信道估計(jì)，從 而得到供所述均衡模塊使用的初始頻域均衡系數(shù)； 所述均衡模塊用于對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行均衡處理；所述信道跟蹤模塊用于通過(guò)信道跟蹤，對(duì)所述均衡模塊使用的頻域均衡系 數(shù)進(jìn)行更新。作為 一種優(yōu)選方案，所述均衡模塊是采用噪聲預(yù)測(cè)判決反饋均衡算法進(jìn)行 均衡處理的。作為另 一種優(yōu)選方案，所述信道跟蹤模塊是采用遞歸最小二乘算法來(lái)進(jìn)行 信道跟蹤處理的。本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明采用了 一種高效的連續(xù)幀結(jié)構(gòu)，幀頭采用兩個(gè)連續(xù)的相同訓(xùn)練序列， 能夠快速地完成同步和信道估計(jì)。數(shù)據(jù)塊之間插入一個(gè)UW作為循環(huán)前綴。相比 于傳統(tǒng)的連續(xù)數(shù)據(jù)格式，本發(fā)明降低了無(wú)用數(shù)據(jù)的開(kāi)銷(xiāo)。同時(shí)本發(fā)明采用基于 噪聲預(yù)測(cè)的判決反饋?zhàn)赃m應(yīng)均衡算法對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行均衡處理，并利用前饋誤 差信號(hào)和噪聲預(yù)測(cè)誤差信號(hào)分別獨(dú)立地去更新前饋和反饋均衡系數(shù)，具有系統(tǒng) 性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，并具有較高的實(shí)用性。


圖1 ,是單載波頻域均^軒系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖2是單載波頻域均衡系統(tǒng)通常采用的幀結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)傳輸部分示意圖； 圖3是本發(fā)明單載波頻域均衡系統(tǒng)釆用的數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明采用的均衡模塊原理示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。 圖3是本發(fā)明單載波頻域均衡系統(tǒng)采用的數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示， 幀信號(hào)包括兩個(gè)完全相同的訓(xùn)練塊(Pilot Block, PB),該兩個(gè)相同的訓(xùn)練塊 用于信道估計(jì)，其后接連續(xù)的Q個(gè)FFT塊。 一個(gè)完整的FFT塊由一個(gè)數(shù)據(jù)塊和 一個(gè)UW塊組合而成，F(xiàn)FT塊的塊長(zhǎng)度N為FFT大小，其中UW段長(zhǎng)度為M。獨(dú)特字序列一般為IEEE802. 16a標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的chu序列或frank-zadaff序列， 其長(zhǎng)度一般為2的整次冪。本發(fā)明單載波頻域均衡實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)包括信道估計(jì)模塊、均衡模塊和信道跟蹤模塊，其中信道估計(jì)模塊利用接收信號(hào)數(shù)據(jù)幀中的PB段數(shù)據(jù)完成信道估計(jì)，并 計(jì)算出均衡模塊的初始頻域均衡系數(shù)Wl,送給均衡模塊用于初始化；均衡模塊 對(duì)接收信號(hào)數(shù)據(jù)幀中的傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行均衡得到均衡信號(hào)d，同時(shí)均衡模塊將當(dāng)前 的頻域均衡系數(shù)W、誤差信號(hào)e送給信道跟蹤模塊；信道跟蹤模塊利用均衡模塊 提供的頻域均衡系數(shù)W及誤差信號(hào)e,并根據(jù)接收信號(hào)r，計(jì)算出新的頻域均衡 系數(shù)W,送給均衡器用于下一FFT塊的均衡。下面對(duì)本發(fā)明系統(tǒng)各^^莫塊作詳細(xì)說(shuō)明一、信道估計(jì)模塊信道估計(jì)模塊首先計(jì)算得到信道沖激響應(yīng)。將接受信號(hào)r的兩個(gè)訓(xùn)練塊部 分經(jīng)FFT變換到頻域數(shù)據(jù)R，根據(jù)傅立葉變換的性質(zhì)兩個(gè)相同數(shù)據(jù)塊的頻域變換 數(shù)據(jù)的奇數(shù)頻點(diǎn)值為0,將R位于偶數(shù)頻點(diǎn)的值與PB數(shù)據(jù)的FFT數(shù)據(jù)X相除得 到信道頻域響應(yīng)估計(jì)值H,經(jīng)逆傅立葉變換(IFFT)得到時(shí)域信道沖激響應(yīng)估計(jì) 值h。通過(guò)降噪處理，對(duì)h截短至UW段長(zhǎng)度M并補(bǔ)零至FFT塊長(zhǎng)度N,得到降 噪后的頻域響應(yīng)估計(jì)值H。同時(shí)，對(duì)R的奇數(shù)頻點(diǎn)值的平方求平均得到噪聲方差 的估計(jì)值cj2。得到頻域信道響應(yīng)和a2后，按照如下公式計(jì)算第j個(gè)頻點(diǎn)的頻域均衡系數(shù)二、均衡模塊本實(shí)施例中，均衡模塊采用NP-DFE (噪聲預(yù)測(cè)判決反饋均衡)結(jié)構(gòu)，其工 作原理如圖4所示。相比于普通的的判決反饋均衡器，NP-DFE的前饋和反饋部 分是獨(dú)立計(jì)算的，非常適合于自適應(yīng)信道跟蹤的應(yīng)用場(chǎng)合。由于抽頭數(shù)為無(wú)限 時(shí)NP-DFE與DFE (判決反饋均衡，Decision Feedback Equalization)具有相 同的性能，而頻域均衡對(duì)應(yīng)的時(shí)域抽頭是無(wú)限的，因此采用NP-DFE與DFE相比 不會(huì)帶來(lái)任何性能上的損失。其中《.為第乂'個(gè)頻點(diǎn)的頻域響應(yīng)值，1《j《N。NP-FDE結(jié)構(gòu)中，利用前饋濾波信號(hào)z與判決信號(hào)d之間的誤差信號(hào)e去更 新前饋系數(shù)W，利用噪聲預(yù)測(cè)信號(hào)z—np與判決信號(hào)d之間的誤差信號(hào)el去更新 反饋系數(shù)c。前饋系數(shù)W是按傅立葉變換塊更新的，在頻域進(jìn)行。前塊得到的W、 e送給信道跟蹤模塊計(jì)算出新的頻域均衡系數(shù)W,作為下一塊接收數(shù)據(jù)的均衡系 數(shù)。反饋系數(shù)的更新在時(shí)域進(jìn)行，釆用LMS算法更新反饋系數(shù)c,計(jì)算公式為<formula>formula see original document page 9</formula>B為反饋抽頭數(shù)，//為步長(zhǎng)因子。 三、信道跟蹤模塊由于信道慢時(shí)變，需要不斷地調(diào)整均衡系數(shù)以跟蹤這種變化。信道跟蹤模 塊采用RLS (Recursive Least Squares,遞歸最小二乘)算法，對(duì)于傳輸幀中 的第k(l《k《Q)個(gè)傅立葉變換塊，目標(biāo)誤差函數(shù)表達(dá)式為<formula>formula see original document page 9</formula>其中e;為第i個(gè)FFT塊誤差向量的時(shí)域數(shù)據(jù)，Ei為第i個(gè)FFT塊誤差向量 的頻域數(shù)據(jù)，Ri為接收信號(hào)的頻域數(shù)據(jù)，Di為判決信號(hào)的頻域數(shù)據(jù)。1《j《N, j 表示其限定的數(shù)據(jù)為該傅立葉變換塊中的第j個(gè)數(shù)據(jù)。從上述函數(shù)表達(dá)式可知頻域均衡系數(shù)在各頻點(diǎn)是獨(dú)立更新的。釆用N維均 衡系數(shù)向量Wk來(lái)最小化目標(biāo)誤差函數(shù)，可得到其中，K為增益向量，表示第k個(gè)FFT塊；p為相關(guān)矩陣的逆；娜姆達(dá)為遺 忘因子。l.表示第k個(gè)FFT塊中第j個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的均衡系數(shù)，據(jù)此能夠得出第k 個(gè)FFT塊的頻域均衡系數(shù)Wk。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)注意的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，本領(lǐng) 域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范 圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求記載的技術(shù)方案 及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種單載波頻域均衡實(shí)現(xiàn)方法，包括信道估計(jì)步驟、均衡步驟和信道跟蹤步驟，其特征在于所述各步驟采用的數(shù)據(jù)幀包括訓(xùn)練序列部分和傳輸數(shù)據(jù)部分，其中所述訓(xùn)練序列部分在前，其包括兩個(gè)連續(xù)的相同訓(xùn)練塊；所述傳輸數(shù)據(jù)部分在后，其包括若干個(gè)連續(xù)的傅立葉變換塊即FFT塊，所述任一個(gè)FFT塊的長(zhǎng)度為FFT大??；所述任一個(gè)完整的FFT塊均由一個(gè)數(shù)據(jù)塊和一個(gè)UW塊組成，所述數(shù)據(jù)塊在前，所述UW塊在后；所述信道估計(jì)步驟是利用所述兩個(gè)相同的訓(xùn)練塊數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行信道估計(jì)的。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單載波頻域均衡實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于 所述均衡步驟是采用噪聲預(yù)測(cè)判決反饋均衡算法進(jìn)行均衡處理的。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的單載波頻域均衡實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于 所述信道跟蹤步驟是采用遞歸最小二乘算法來(lái)進(jìn)行信道跟蹤處理的。
4、 一種單載波頻域均衡實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，包括信道估計(jì)模塊、均衡模塊和信道跟 蹤模塊，其特征在于該系統(tǒng)采用的數(shù)據(jù)幀包括訓(xùn)練序列部分和傳輸數(shù)據(jù)部分，其中所述訓(xùn)練序 列部分在前，其包括兩個(gè)連續(xù)的相同訓(xùn)練塊；所述傳輸數(shù)據(jù)部分在后，其包括 若干個(gè)連續(xù)的傅立葉變換塊即FFT塊，所述任一個(gè)FFT塊的長(zhǎng)度為FFT大小； 所述任一個(gè)完整的FFT塊均由一個(gè)數(shù)據(jù)塊和一個(gè)UW塊組成，所述數(shù)據(jù)塊在前， 所述UW塊在后；所述信道估計(jì)模塊用于根據(jù)所述兩個(gè)相同的訓(xùn)練塊數(shù)據(jù)進(jìn)行信道估計(jì)，從 而得到供所述均衡模塊使用的初始頻域均衡系數(shù)； 所述均衡模塊用于對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行均衡處理；所述信道跟蹤模塊用于通過(guò)信道跟蹤，對(duì)所述均衡模塊使用的頻域均衡系 數(shù)進(jìn)行更新。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的單載波頻域均衡實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，其特征在于 所述均衡模塊是采用噪聲預(yù)測(cè)判決反饋均衡算法進(jìn)行均衡處理的。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的單載波頻域均衡實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，其特征在于: 所述信道跟蹤模塊是采用遞歸最小二乘算法來(lái)進(jìn)行信道跟蹤處理的。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種成本較低的單載波頻域均衡實(shí)現(xiàn)方法及系統(tǒng)，包括信道估計(jì)、均衡器和信道跟蹤三部分。該方法/系統(tǒng)采用的數(shù)據(jù)幀包括訓(xùn)練序列部分和傳輸數(shù)據(jù)部分，其中所述訓(xùn)練序列部分在前，其包括兩個(gè)連續(xù)的相同訓(xùn)練塊；所述傳輸數(shù)據(jù)部分在后，其包括若干個(gè)連續(xù)的傅立葉變換塊即FFT塊，所述任一個(gè)FFT塊的長(zhǎng)度為FFT大??；所述任一個(gè)完整的FFT塊均由一個(gè)數(shù)據(jù)塊和一個(gè)UW塊組成，所述數(shù)據(jù)塊在前，所述UW塊在后。該方法/系統(tǒng)是利用所述兩個(gè)相同的訓(xùn)練塊數(shù)據(jù)進(jìn)行信道估計(jì)的，相比傳統(tǒng)的連續(xù)數(shù)據(jù)格式，能夠降低無(wú)用數(shù)據(jù)的開(kāi)銷(xiāo)。本發(fā)明采用噪聲預(yù)測(cè)判決反饋均衡算法來(lái)進(jìn)行均衡處理，并采用遞歸最小二乘算法來(lái)進(jìn)行信道跟蹤處理。
文檔編號(hào)H04L27/26GK101409694SQ20081022591
公開(kāi)日2009年4月15日 申請(qǐng)日期2008年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月6日
發(fā)明者昊 吳, 立 方, 田金潔 申請(qǐng)人:北京韋加航通科技有限責(zé)任公司