專利名稱：利用導(dǎo)頻格式設(shè)計(jì)的WiMAX信道估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信中的通信信號(hào)處理方法，特別是提供了一種基于導(dǎo)頻格式設(shè)計(jì)的
WiMAX信道估計(jì)方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今，第三代和第四代數(shù)字移動(dòng)通信發(fā)展迅速，以IEEE 802. 16e標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的WiMAX (World Interoperability for Microwave Access,全球微波接入互操作性)寬帶無線接入 技術(shù)已作為一種有效的寬帶無線接入解決方案得到了全球移動(dòng)產(chǎn)業(yè)的認(rèn)可。隨著未來移動(dòng)通 信系統(tǒng)的不斷演進(jìn)，無線通信系統(tǒng)將會(huì)提供越來越高的數(shù)據(jù)速率和更加可靠的通信質(zhì)量保障。 為了滿足人們對(duì)傳輸速率閂益增長(zhǎng)和高速移動(dòng)性的要求，WiMAX為移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)提供"最后 一公里"的高速寬帶接入移動(dòng)通信業(yè)務(wù)，其可支持的移動(dòng)終端的移動(dòng)速度最高可達(dá)120km/h。
同時(shí)，在移動(dòng)通信物理層系統(tǒng)中，對(duì)傳輸信號(hào)的無線信道進(jìn)行準(zhǔn)確的估計(jì)最為關(guān)鍵。無 線通信信道估計(jì)問題是信息與通信處理領(lǐng)域中經(jīng)典問題，近幾十年來，各類信道估計(jì)方法得 到較大的發(fā)展，信道估計(jì)技術(shù)也就成了無線通信的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。由于移動(dòng)信道中信道估計(jì)的 精度是影響通信質(zhì)量的主要因素，因此，如何有效地抑制WiMAX信道千擾并準(zhǔn)確的估計(jì)信道 就成為現(xiàn)代移動(dòng)通信技術(shù)中最重要、最關(guān)鍵的問題之一。信道估計(jì)是WiMAX系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵 技術(shù)，其準(zhǔn)確程度極大地影響著系統(tǒng)性能，尤其是在諸如WiMAX這種MIMO-OFDM系統(tǒng)中。信 道估計(jì)方法主要分基于導(dǎo)頻(Pilot)信號(hào)輔助的信道估計(jì)方法和盲信道估計(jì)方法。實(shí)際中一般 應(yīng)用基于導(dǎo)頻的信道估計(jì)方法，其估計(jì)算法主要有基于最小平方(LS)的頻域信道估計(jì)，有 基于傅立葉變換(FFT)的信道估計(jì)，有基于LS準(zhǔn)則和最小均方誤差(MMSE)準(zhǔn)則的時(shí)域信道估 計(jì)，L醒SE(線性最小均方誤差)、ML(最大似然)估計(jì)算法等。
然而，現(xiàn)有的信道估計(jì)算法中只是普遍考慮導(dǎo)頻的功率和導(dǎo)頻數(shù)據(jù)的內(nèi)容信息，忽略了 導(dǎo)頻的格式設(shè)計(jì)對(duì)信道估計(jì)算法的影響。復(fù)雜的估計(jì)算法要利用到信道的統(tǒng)計(jì)特性，而實(shí)際 環(huán)境決定了在使用中無法得到準(zhǔn)確的信道統(tǒng)計(jì)特性。如盲信道估計(jì)，它利用信號(hào)的一些統(tǒng)計(jì) 特性，如循環(huán)平穩(wěn)的統(tǒng)計(jì)特性等進(jìn)行估計(jì)。由于不需要傳輸專門的導(dǎo)頻信號(hào)，從而節(jié)省了開 銷，提高了系統(tǒng)的有效傳輸速率。但這類方法往往需要處理大量的數(shù)據(jù)，算法復(fù)雜，運(yùn)算量 大，收斂速度也比較慢，因此在實(shí)際系統(tǒng)中使用得較少。
實(shí)際上， 一個(gè)合適的導(dǎo)頻格式可以顯著提升信道估計(jì)的性能，現(xiàn)有的信道估計(jì)方法很少 考慮導(dǎo)頻格式的設(shè)計(jì)。導(dǎo)頻格式的設(shè)計(jì)問題主要涉及利用導(dǎo)頻的抽樣點(diǎn)位置來決定位置設(shè)置導(dǎo)頻信號(hào)比較合理，并且提高頻譜利用率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種估計(jì)精度高、復(fù)雜度低及頻譜利用率高的利用導(dǎo) 頻格式設(shè)計(jì)的WiMAX信道估計(jì)方法，用于從接收端信號(hào)中的導(dǎo)頻序列中估計(jì)出WiMAX信道參 數(shù)信息，只利用了較少的導(dǎo)頻信息。
本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案，包括下列步驟
(1) 將信源轉(zhuǎn)變?yōu)榇齻鬏斢行?shù)據(jù)將信源信息進(jìn)行信源編碼、加擾碼、信道編碼、交
織、串并s/p轉(zhuǎn)換及調(diào)制映射后變成;v個(gè)子載波上的待傳輸有效數(shù)據(jù)x，信道編碼方法采用
LDPC或Turbo或RS-CC編碼或Woven巻積碼，調(diào)制映射和解映射采用QPSK或16QAM映射， 加擾的擾碼采用2"-1，" = 15的偽隨機(jī)序列發(fā)生器產(chǎn)生，解擾也由同樣的擾碼器處理；
(2) 導(dǎo)頻與數(shù)據(jù)復(fù)用產(chǎn)生與信道頻域抽樣位置相對(duì)應(yīng)的子載波導(dǎo)頻數(shù)據(jù)戶，并以丄為 導(dǎo)頻數(shù)據(jù)間隔，導(dǎo)頻數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度等于WiMAX傳輸系統(tǒng)幀長(zhǎng)度的八分之一，導(dǎo)頻的分配方案為 非均勻的載波分配，奇偶載波的分配信息內(nèi)容不相同，將導(dǎo)頻數(shù)據(jù)按照導(dǎo)頻格式設(shè)計(jì)方案與 待傳輸數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)復(fù)用，即完成導(dǎo)頻插入步驟，在導(dǎo)頻分配方案中在WiMAX符號(hào)第一 幀的幀頭前加入了一個(gè)前導(dǎo)碼，主要用于多小區(qū)實(shí)施方案中的各種估計(jì)，基站間相對(duì)位置的 計(jì)算，及獲得鄰近基站接收信號(hào)的功率和質(zhì)量等信息，導(dǎo)頻格式設(shè)計(jì)方案中的導(dǎo)頻的數(shù)據(jù)內(nèi) 容信息為奇載波上的導(dǎo)頻為P = ￡pexpC/2;r""/A0, A = l,..,iV/Z，丄為導(dǎo)頻數(shù)據(jù)間隔，
五p為歸一化導(dǎo)頻功率；偶載波上的導(dǎo)頻為尸-^exp(力'2;r^^/A0 ;
(3) 加循環(huán)前綴將復(fù)用后的數(shù)據(jù)經(jīng)過N點(diǎn)的IFFT處理后，在其中每一個(gè)碼元的符號(hào) 頭前加上循環(huán)前綴并組成WiMAX數(shù)據(jù)幀JT ，每個(gè)碼元加入循環(huán)前綴的長(zhǎng)度為個(gè)抽樣點(diǎn)，
Wep的取值由傳輸無線信道的時(shí)延最大擴(kuò)展值來決定，為時(shí)延最大擴(kuò)展值抽樣點(diǎn)的四倍；
(4) 數(shù)據(jù)采樣濾波將WiMAX數(shù)據(jù)幀Y'經(jīng)過升采樣FIR濾波、并串P/S轉(zhuǎn)換及數(shù)模D/A 變換后得到信號(hào)波形信息s(O， f為時(shí)間變量，然后將s(O在WiMAX發(fā)射端發(fā)射，經(jīng)歷無線衰
落信道/KO和加性噪聲"(,)后，接收端接收到的信號(hào)為KO，即有KO = W)*W) + W)，其
中*表示時(shí)域巻積；升采樣FIR濾波操作中的升采樣采用四倍過采樣，其步驟如下將數(shù)據(jù) 通過內(nèi)插FIR濾波器。假設(shè)I路輸入數(shù)據(jù)是[x(O)， x(l)， x(2), x(3)， x(4)…x(n)]:那么 經(jīng)過4倍頻后變成[x(0)， 0， 0， 0， x(l)， 0， 0， 0.…x(n)， 0， 0， 0]。Q路輸入數(shù)據(jù)是:[y(O)， y(l)， y(2)， y(3)， y(4)…y(n)]，那么經(jīng)過四倍升采樣內(nèi)插后變成[y(0) ， 0， 0， 0， y(l)，0， 0， 0.…y(n)， 0， 0， 0]，兩路同時(shí)經(jīng)過內(nèi)插FIR濾波器，假設(shè)輸出分別是[I (0) ， 1(1)， 1(2)， 1(3)…]和[Q(0), Q(l)， Q(2)， Q(3)…]。再分別與cos(wt)和sin(wt)信號(hào)相乘進(jìn)行 上變頻，由于采用了4倍釆樣率，同時(shí)中頻采用采樣率的1/4,將cos(wt)和sin(wt)采樣在 0, 90， 180和270度上，則可以采用矩陣[l， 0， -1， 0 ]和[O， 1， 0， -l]來表示cos(wt) 和sin(wt)。數(shù)據(jù)與[l， 0， -1， 0]，
相乘后相加，可以得到[I(O), Q(l)， -1(2)， -Q(3).…]，以此類推便得到了采樣后的數(shù)據(jù)；FIR濾波器為64階的均方根升余弦濾波器， 滾降系數(shù)為27/128，本發(fā)明采用4個(gè)16階的FIR來并行實(shí)現(xiàn)；
(5)接收信號(hào)濾波及頻偏估計(jì)將接收信號(hào)KO經(jīng)過模數(shù)A/D變換、串并S/P轉(zhuǎn)換及降
采樣FIR濾波后進(jìn)行頻偏估計(jì)與校正，頻偏估計(jì)與校正方法主要利用循環(huán)前綴和前導(dǎo)碼，所 用算法如下
歸一化頻偏為p-A/r，則前導(dǎo)碼的過相關(guān)和為-、<formula>formula see original document page 8</formula>
則估計(jì)的粗頻偏為<formula>formula see original document page 8</formula>然后設(shè)置JV,丁，得<formula>formula see original document page 8</formula>估計(jì)得到的頻偏為<formula>formula see original document page 8</formula>其中，<*>表示取接近于零的整數(shù)，/ 為歸一化頻偏，A/為多普勒頻偏，r為系統(tǒng)碼元
抽樣時(shí)間，卜l表示取模值，iV為碼元長(zhǎng)度，[，]表示取整數(shù)，argW表示取主值區(qū)間；
(6)提取導(dǎo)頻進(jìn)行信道估計(jì)將F依據(jù)導(dǎo)頻格式設(shè)計(jì)方案進(jìn)行導(dǎo)頻提取，并對(duì)每個(gè)碼元
進(jìn)行信道估計(jì)，信道估計(jì)方法如下將接收信號(hào)數(shù)據(jù)幀y按照與發(fā)射端相同的導(dǎo)頻格式設(shè)計(jì)
方案進(jìn)行解復(fù)用提取導(dǎo)頻提取，將對(duì)應(yīng)WiMAX頻域抽樣位置上的接收導(dǎo)頻數(shù)據(jù)
<formula>formula see original document page 8</formula>和傳輸有效數(shù)據(jù)Z)'分離出來，其中H為對(duì)應(yīng)導(dǎo)頻抽樣點(diǎn)上的信道系
數(shù)；將解復(fù)用得到的接收導(dǎo)頻數(shù)據(jù),送入信道估計(jì)，分別對(duì)各個(gè)抽樣子載波得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行 最小二乘估計(jì)，其算法應(yīng)用如下
經(jīng)過無線信道的衰減作用后，整個(gè)導(dǎo)頻數(shù)據(jù)變?yōu)?lt;formula>formula see original document page 9</formula>
上式中的『M為整個(gè)信道中產(chǎn)生的零均值加性高斯白噪聲。
接收端在前導(dǎo)或?qū)ьl點(diǎn)上接收到的信號(hào)為
式中的下標(biāo)p代表導(dǎo)頻點(diǎn)或前導(dǎo)符號(hào)中子載波索引，Cp為由導(dǎo)頻i;,。,組成的矩陣，可以 得到一種簡(jiǎn)單的信道估計(jì)如式所示。其中的Yp、 ；^都是pxi的列向量，cpp是對(duì)角元素為
Cp的pXp對(duì)角陣。
對(duì)上式求導(dǎo)得 3/
眠s
其均方誤差= rrace(cr2(C^Cp/)—1)，其中,race("表示該矩陣的根軌跡。
并將估計(jì)得到的信道值進(jìn)行線性內(nèi)插得到所有子載波位置上的信道估計(jì)初始系數(shù)A';將
得到的信道估計(jì)初始系數(shù)》'進(jìn)行N點(diǎn)IFFT處理，得到對(duì)應(yīng)的時(shí)域抽頭系數(shù)《，并將《按照抽
頭功率大小進(jìn)行排序處理，并保留最大的/個(gè)抽頭，將剩下的抽頭系數(shù)全部進(jìn)行置零處理；將 經(jīng)過置零處理后得到的/個(gè)非零信道抽頭進(jìn)行N點(diǎn)FFT頻域內(nèi)插處理，得到最終的對(duì)應(yīng)的時(shí)刻
的N個(gè)WiMAX時(shí)變信道頻域抽樣值》；利用估計(jì)得到的信道頻域抽樣值A(chǔ)完成WiMAX各個(gè)子 信道上的數(shù)據(jù)均衡和后續(xù)處理；
然后利用估計(jì)得到的信道頻域抽樣值A(chǔ)完成WiMAX各個(gè)子信道上的數(shù)據(jù)均衡，并對(duì)處理 后的數(shù)據(jù)解映射，并串p/s轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行解交織，信道譯碼和解擾，由信源解碼后得到恢復(fù) 的信源信息。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性的特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn) 所述發(fā)明方法使用導(dǎo)頻格式信息來估計(jì)各個(gè)子載波抽樣位置上的信道頻域系數(shù)值，本發(fā)
明方法統(tǒng)具有計(jì)算復(fù)雜度低、估計(jì)精度高等優(yōu)點(diǎn)。
附圖說

圖1為使用本發(fā)明方法的WiMAX通信系統(tǒng)工作流程示意圖； 圖2為本發(fā)明的導(dǎo)頻子載波分配方案示意圖；
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說明。本利用導(dǎo)頻格式設(shè)計(jì)的WiMAX信道 估計(jì)方法，其特征在于首先產(chǎn)生與WiMAX子載波中心頻點(diǎn)相同的復(fù)指數(shù)導(dǎo)頻數(shù)據(jù)，建立導(dǎo)頻 設(shè)計(jì)格式方案，并依據(jù)WiMAX信道的特點(diǎn)來選用導(dǎo)頻的設(shè)計(jì)方案，然后將產(chǎn)生的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)插 入至導(dǎo)頻格式方案的指定抽樣點(diǎn)位置處，在接收端，將對(duì)應(yīng)導(dǎo)頻格式位置上的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)進(jìn)行 最小二乘估計(jì)，得到初始信道頻域估計(jì)數(shù)據(jù)并經(jīng)過插值處理，得到所有子載波上的信道頻域 信道參數(shù)；具體操作步驟如下
參見圖1， (1)將信源轉(zhuǎn)變?yōu)榇齻鬏斢行?shù)據(jù)將信源信息進(jìn)行信源編碼、加擾碼、信 道編碼、交織、串并S/P轉(zhuǎn)換及調(diào)制映射后變成W個(gè)子載波上的待傳輸有效數(shù)據(jù)Z，信道編 碼方法采用LDPC或Turbo或RS-CC編碼或Woven巻積碼，調(diào)制映射和解映射采用QPSK或16QAM
映射，加擾的擾碼采用2"-1，" = 15的偽隨機(jī)序列發(fā)生器產(chǎn)生，解擾也由同樣的擾碼器處理；
(2)導(dǎo)頻與數(shù)據(jù)復(fù)用產(chǎn)生與信道頻域抽樣位置相對(duì)應(yīng)的子載波導(dǎo)頻數(shù)據(jù)P，并以Z為導(dǎo)頻 數(shù)據(jù)間隔，導(dǎo)頻數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度等于WiMAX傳輸系統(tǒng)幀長(zhǎng)度的八分之一，導(dǎo)頻的分配方案為非均 勻的載波分配，奇偶載波的分配信息內(nèi)容不相同，將導(dǎo)頻數(shù)據(jù)按照導(dǎo)頻格式設(shè)計(jì)方案與待傳 輸數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)復(fù)用，即完成導(dǎo)頻插入步驟，在導(dǎo)頻分配方案中在WiMAX符號(hào)第一幀的 幀頭前加入了一個(gè)前導(dǎo)碼，主要用于多小區(qū)實(shí)施方案中的各種估計(jì)，基站間相對(duì)位置的計(jì)算， 及獲得鄰近基站接收信號(hào)的功率和質(zhì)量等信息，導(dǎo)頻格式設(shè)計(jì)方案中的導(dǎo)頻的數(shù)據(jù)內(nèi)容信息 為奇載波上的導(dǎo)頻為i^&exp(乂'2;rA:Z"/iV)， A: = 1，…,A7Z ， Z為導(dǎo)頻數(shù)據(jù)間隔，&為
歸一化導(dǎo)頻功率；偶載波上的導(dǎo)頻為戶-^exp(-/2;r紅n/A0; (3)加循環(huán)前綴將復(fù)用后 的數(shù)據(jù)經(jīng)過N點(diǎn)的IFFT處理后，在其中每一個(gè)碼元的符號(hào)頭前加上循環(huán)前綴并組成WiMAX數(shù) 據(jù)幀義'，每個(gè)碼元加入循環(huán)前綴的長(zhǎng)度為A^個(gè)抽樣點(diǎn)，A^的取值由傳輸無線信道的時(shí) 延最大擴(kuò)展值來決定，為時(shí)延最大擴(kuò)展值抽樣點(diǎn)的四倍；(4)數(shù)據(jù)采樣濾波將WiMAX數(shù)據(jù) 幀X'經(jīng)過升采樣FIR濾波、并串P/S轉(zhuǎn)換及數(shù)模D/A變換后得到信號(hào)波形信息j(/)， /為時(shí)
間變量，然后將力)在WiMAX發(fā)射端發(fā)射，經(jīng)歷無線衰落信道A(r)和加性噪聲W)后，接收端
接收到的信號(hào)為Kr)，即有"f)=^(r)*/Kr) + "(r),其中*表示時(shí)域巻積；升采樣FIR濾波操
作中的升采樣采用四倍過采樣，其步驟如下將數(shù)據(jù)通過內(nèi)插FIR濾波器。假設(shè)I路輸入數(shù)據(jù)是[x(O)， x(l)， x(2)， x(3)' x(4)…x(n)]:那么經(jīng)過4倍頻后變成[x(O) ， 0， 0， 0， x(l)， 0， 0， 0.…x(n)， 0， 0， O]。 Q路輸入數(shù)據(jù)是:[y(O)， y(l)， y(2)， y(3)， y(4)…y(n)], 那么經(jīng)過四倍升采樣內(nèi)插后變成[y(O)， 0， 0， 0， y(l)， 0， 0， 0.…y(n)， 0， 0， 0 ]，兩 路同時(shí)經(jīng)過內(nèi)插FIR濾波器，假設(shè)輸出分別是[I(O)， 1(1)， 1(2)， 1(3)…]和[Q(0)， Q(l)， Q(2)， Q(3)…]。再分別與cos(wt)和sin(wt)信號(hào)相乘進(jìn)行上變頻，由于采用了 4倍采樣率， 同時(shí)中頻采用采樣率的1/4，將cos(wt)和sin(wt)釆樣在0， 90， 180和270度上，則可以 采用矩陣[l， 0， -1， O]和[O， 1， 0， -l]來表示cos(wt)和sin(wt)。數(shù)據(jù)與[l， 0， _1， 0]，
相乘后相加，可以得到[I(O)， Q(l)， -1(2)， -Q(3).…]，以此類推便得到了 采樣后的數(shù)據(jù)；FIR濾波器為64階的均方根升余弦濾波器，滾降系數(shù)為27/128，本發(fā)明采 用4個(gè)16階的FIR來并行實(shí)現(xiàn)；(5)接收信號(hào)濾波及頻偏估計(jì)將接收信號(hào)K/)經(jīng)過模數(shù)A/D 變換、串并S/P轉(zhuǎn)換及降采樣FIR濾波后進(jìn)行頻偏估計(jì)與校正，頻偏估計(jì)與校正方法主要利 用循環(huán)前綴和前導(dǎo)碼，所用算法如下歸一化頻偏為p = A/7\則前導(dǎo)碼的過相關(guān)和為
/=0 /=0
則估計(jì)的粗頻偏為p二^"arg[^]
2;r | /|
然后設(shè)置ivd，得/C = 2>(/)/(/+^) = e— 4Z|_y(/)|2
估計(jì)得到的頻偏為p-〈larg[^]〉+larg[f^〗
2;r 同 2;r |J]
其中， <，>表示取接近于零的整數(shù)，p為歸一化頻偏，A/為多普勒頻偏，r為系統(tǒng)碼元
抽樣時(shí)間，卜l表示取模值，W為碼元長(zhǎng)度，W表示取整數(shù)，arg[，]表示取主值區(qū)間；
(6)提取導(dǎo)頻進(jìn)行信道估計(jì)將y依據(jù)導(dǎo)頻格式設(shè)計(jì)方案進(jìn)行導(dǎo)頻提取，并對(duì)每個(gè)碼元
進(jìn)行信道估計(jì)，信道估計(jì)方法如下將接收信號(hào)數(shù)據(jù)幀y按照與發(fā)射端相同的導(dǎo)頻格式設(shè)計(jì)
方案進(jìn)行解復(fù)用提取導(dǎo)頻提取，將對(duì)應(yīng)WiMAX頻域抽樣位置上的接收導(dǎo)頻數(shù)據(jù)
尸=Aexp(/2;ry^"/iV)，和傳輸有效數(shù)據(jù)ZT分離出來，其中A為對(duì)應(yīng)導(dǎo)頻抽樣點(diǎn)上的信道系
數(shù)；將解復(fù)用得到的接收導(dǎo)頻數(shù)據(jù),送入信道估計(jì)，分別對(duì)各個(gè)抽樣子載波得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行 最小二乘估計(jì)，其算法應(yīng)用如下經(jīng)過無線信道的衰減作用后，整個(gè)導(dǎo)頻數(shù)據(jù)變?yōu)?br> (",p)eMy,/，_/ = l,2
上式中的『M為整個(gè)信道中產(chǎn)生的零均值加性高斯白噪聲。
接收端在前導(dǎo)或?qū)ьl點(diǎn)上接收到的信號(hào)為
& "1，2，…，P
式中的下標(biāo)p代表導(dǎo)頻點(diǎn)或前導(dǎo)符號(hào)中子載波索引，Cp為由導(dǎo)頻i;,。,組成的矩陣，可以 得到一種簡(jiǎn)單的信道估計(jì)如式所示。其中的Yp、 ；^都是pxi的列向量，cpp是對(duì)角元素為
Cp的pXp對(duì)角陣。
對(duì)上式求導(dǎo)得
= -2d _C //n )"C = 0 => = d ^々'=//,s
其均方誤差MS￡ = /race(^(C^Cp/)-')，其中表示該矩陣的根軌跡。
并將估計(jì)得到的信道值進(jìn)行線性內(nèi)插得到所有子載波位置上的信道估計(jì)初始系數(shù)A';將
得到的信道估計(jì)初始系數(shù)A'進(jìn)行n點(diǎn)ifft處理，得到對(duì)應(yīng)的時(shí)域抽頭系數(shù)《，并將《按照抽
頭功率大小進(jìn)行排序處理，并保留最大的/個(gè)抽頭，將剩下的抽頭系數(shù)全部進(jìn)行置零處理；將 經(jīng)過置零處理后得到的/個(gè)非零信道抽頭進(jìn)行n點(diǎn)fft頻域內(nèi)插處理，得到最終的對(duì)應(yīng)的時(shí)刻
的n個(gè)WiMAX時(shí)變信道頻域抽樣值A(chǔ) ;利用估計(jì)得到的信道頻域抽樣值A(chǔ)完成WiMAX各個(gè)子
信道上的數(shù)據(jù)均衡和后續(xù)處理；然后利用估計(jì)得到的信道頻域抽樣值A(chǔ)完成WiMAX各個(gè)子信 道上的數(shù)據(jù)均衡，并對(duì)處理后的數(shù)據(jù)解映射，并串p/s轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行解交織，信道譯碼和解 擾，由信源解碼后得到恢復(fù)的信源信息。
如圖2所示，本發(fā)明方法的導(dǎo)頻子載波分配方案為非均勻的載波分配，奇偶載波的分配 信息內(nèi)容不相同。導(dǎo)頻分配方案中在WiMAX符號(hào)第一幀的幀頭前加入了一個(gè)前導(dǎo)碼，主要用 于多小區(qū)實(shí)施方案中的各種估計(jì)，基站間相對(duì)位置的計(jì)算，及獲得鄰近基站接收信號(hào)的功率 和質(zhì)量等信息。導(dǎo)頻的數(shù)據(jù)內(nèi)容信息為奇載波上的導(dǎo)頻為尸二&exp(y2;r^^/A0，A4，…,7V/丄，丄為導(dǎo)頻數(shù)據(jù)間隔，^為歸一化導(dǎo)頻功率；偶載波上的導(dǎo)頻為 P = ￡peXp(-j'2;rW:"/A0;圖中，直流子載波的編號(hào)為0，奇載波是指以直流子載波兩旁的奇 數(shù)號(hào)的載波，如±5,±3,±1等編號(hào)，偶載波是指以直流子載波兩旁的偶數(shù)號(hào)的載波，如±4，±2等 編號(hào)，以此類推。
綜上所述，本發(fā)明提供了一種利用導(dǎo)頻格式設(shè)計(jì)的WiMAX信道估計(jì)方法。本發(fā)明方法解 決了現(xiàn)有方案中無法利用導(dǎo)頻格式特點(diǎn)來提高信道估計(jì)精度低的缺陷，而且具有性能穩(wěn)定、 高魯棒性及少計(jì)算冗余等優(yōu)點(diǎn)，為移動(dòng)WiMAX無線接入技術(shù)提供重要的理論基礎(chǔ)和實(shí)用化技 術(shù)。
權(quán)利要求
1、一種利用導(dǎo)頻格式設(shè)計(jì)的WiMAX信道估計(jì)方法，其特征在于首先產(chǎn)生與WiMAX子載波中心頻點(diǎn)相同的復(fù)指數(shù)導(dǎo)頻數(shù)據(jù)，建立導(dǎo)頻設(shè)計(jì)格式方案，并依據(jù)WiMAX信道的特點(diǎn)來選用導(dǎo)頻的設(shè)計(jì)方案，然后將產(chǎn)生的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)插入至導(dǎo)頻格式方案的指定抽樣點(diǎn)位置處，在接收端，將對(duì)應(yīng)導(dǎo)頻格式位置上的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘估計(jì)，得到初始信道頻域估計(jì)數(shù)據(jù)并經(jīng)過插值處理，得到所有子載波上的信道頻域信道參數(shù)；具體操作步驟如下(1)將信源轉(zhuǎn)變?yōu)榇齻鬏斢行?shù)據(jù)將信源信息進(jìn)行信源編碼、加擾碼、信道編碼、交織、串并S/P轉(zhuǎn)換及調(diào)制映射后變成N個(gè)子載波上的待傳輸有效數(shù)據(jù)X；(2)導(dǎo)頻與數(shù)據(jù)復(fù)用產(chǎn)生與信道頻域抽樣位置相對(duì)應(yīng)的子載波導(dǎo)頻數(shù)據(jù)P，并以L為導(dǎo)頻數(shù)據(jù)間隔，將導(dǎo)頻數(shù)據(jù)按照導(dǎo)頻格式設(shè)計(jì)方案與待傳輸數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)復(fù)用，即完成導(dǎo)頻插入步驟；(3)加循環(huán)前綴將復(fù)用后的數(shù)據(jù)經(jīng)過N點(diǎn)的IFFT處理后，在其中每一個(gè)碼元的符號(hào)頭前加上循環(huán)前綴并組成WiMAX數(shù)據(jù)幀X′，每個(gè)碼元加入循環(huán)前綴的長(zhǎng)度為Ncp個(gè)抽樣點(diǎn)；(4)數(shù)據(jù)采樣濾波將WiMAX數(shù)據(jù)幀X′經(jīng)過升采樣FIR濾波、并串P/S轉(zhuǎn)換及數(shù)模D/A變換后得到信號(hào)波形信息s(t)，t為時(shí)間變量，然后將s(t)在WiMAX發(fā)射端發(fā)射，經(jīng)歷無線衰落信道h(t)和加性噪聲n(t)后，接收端接收到的信號(hào)為r(t)，即有r(t)＝s(t)*h(t)+n(t)，其中*表示時(shí)域卷積；(5)接收信號(hào)濾波及頻偏估計(jì)將接收信號(hào)r(t)經(jīng)過模數(shù)A/D變換、串并S/P轉(zhuǎn)換及降采樣FIR濾波后進(jìn)行頻偏估計(jì)與校正，得到一組碼元，每個(gè)碼元的長(zhǎng)度為Ncp+N，同時(shí)去除循環(huán)前綴并做N點(diǎn)FFT處理，得到接收信號(hào)頻域數(shù)據(jù)幀Y；(6)提取導(dǎo)頻進(jìn)行信道估計(jì)將Y依據(jù)導(dǎo)頻格式設(shè)計(jì)方案進(jìn)行導(dǎo)頻提取，并對(duì)每個(gè)碼元進(jìn)行信道估計(jì)，然后利用估計(jì)得到的信道頻域抽樣值 id="icf0001" file="A2009101965790002C1.tif" wi="3" he="4" top= "209" left = "110" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>完成WiMAX各個(gè)子信道上的數(shù)據(jù)均衡，并對(duì)處理后的數(shù)據(jù)解映射，并串P/S轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行解交織，信道譯碼和解擾，由信源解碼后得到恢復(fù)的信源信息；
2、 如權(quán)利要求l所述的利用導(dǎo)頻格式設(shè)計(jì)的WiMAX信道估計(jì)方法，其特征在于步驟(1) 中的信道編碼方法采用LDPC或Turbo或RS-CC編碼或Woven巻積碼，步驟(2)中產(chǎn)生導(dǎo) 頻數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度等于WiMAX系統(tǒng)幀長(zhǎng)度的八分之一，導(dǎo)頻的分配方案為非均勻的載波分配， 奇偶載波的分配信息內(nèi)容不相同。
3、 如權(quán)利要求l所述的利用導(dǎo)頻格式設(shè)計(jì)的WiMAX信道估計(jì)方法，其特征在于步驟(2)中的導(dǎo)頻分配方案，在WiMAX符號(hào)第一幀的幀頭前加入了一個(gè)前導(dǎo)碼，主要用于多小區(qū)實(shí) 施方案中的各種估計(jì)，基站間相對(duì)位置的計(jì)算，及獲得鄰近基站接收信號(hào)的功率和質(zhì)量等{曰息。
4、 如權(quán)利要求l所述的利用導(dǎo)頻格式設(shè)計(jì)的WiMAX信道估計(jì)方法，其特征在于步驟(3) 中Wcp的取值由傳輸無線信道的時(shí)延最大擴(kuò)展值來決定，為時(shí)延最大擴(kuò)展值抽樣點(diǎn)的四 倍。
5、 如權(quán)利要求1所述的利用導(dǎo)頻格式設(shè)計(jì)的WiMAX信道估計(jì)方法，其特征在于步驟(4) 的升釆樣FIR濾波操作中的升采樣采用四倍過采樣，其步驟如下將數(shù)據(jù)通過內(nèi)插FIR濾 波器；假設(shè)I路輸入數(shù)據(jù)是[x(O)， x(l)， x(2)， x(3)， x(4)…x(n)]:那么經(jīng)過4倍頻后 變成[x(O)， 0， 0， 0， x(l)， 0， 0， 0.…x(n)， 0， 0， 0] 。 Q路輸入數(shù)據(jù)是:[y(O)， y(l)， y(2)， y(3)， y(4)…y(n)]，那么經(jīng)過四倍升采樣內(nèi)插后變成[y(0) ， 0， 0， 0， y(l)， 0， 0， 0.…y(n)， 0， 0， 0]，兩路同時(shí)經(jīng)過內(nèi)插FIR濾波器，假設(shè)輸出分別是[I (0) ， 1(1)， 1(2)， 1(3)…]和[Q(0), Q(l)， Q(2)， Q(3)…]。再分別與cos(wt)和sin(wt)信號(hào)相乘 進(jìn)行上變頻，由于采用了4倍采樣率，同時(shí)中頻采用釆樣率的1/4，將cos(wt)和sin(wt) 采樣在O， 90， 180和270度上，則可以采用矩陣[l， 0， -1， O]和[O， 1， 0， -l]來表示 cos(wt)和sin(wt)。數(shù)據(jù)與[l， 0， -1， O]，
相乘后相加，可以得到[I(O)， Q(l)， -1(2)， -Q(3).…]，以此類推便得到了采樣后的數(shù)據(jù)。
6、 如權(quán)利要求l所述的利用導(dǎo)頻格式設(shè)計(jì)的WiMAX信道估計(jì)方法，其特征在于步驟(4) 的升采樣FIR濾波操作中的FIR濾波器為64階的均方根升余弦濾波器，滾降系數(shù)為 27/128，采用4個(gè)16階的FIR來并行實(shí)現(xiàn)。
7、 如權(quán)利要求1所述的利用導(dǎo)頻格式設(shè)計(jì)的WiMAX信道估計(jì)方法，其特征在于步驟(5) 中頻偏估計(jì)與校正方法主要利用循環(huán)前綴和前導(dǎo)碼，所用算法如下歸一化頻偏為p = A/T，則前導(dǎo)碼的過相關(guān)和為<formula>formula see original document page 3</formula>則估計(jì)的粗頻偏為p = ^arg[^]<formula>formula see original document page 3</formula>然后設(shè)置ivd，得"1>(0/(/ + ^)"—卻"Zly(/)12估計(jì)得到的頻偏為<formula>formula see original document page 4</formula>其中， <，>表示取接近于零的整數(shù)，p為歸一化頻偏，A/為多普勒頻偏，r為系統(tǒng)碼元抽樣 時(shí)間，卜l表示取模值，JV為碼元長(zhǎng)度，W表示取整數(shù)，arg[，]表示取主值區(qū)間。
8、如權(quán)利要求1所述的利用導(dǎo)頻格式設(shè)計(jì)的WiMAX信道估計(jì)方法，其特征在于步驟(6) 中信道估計(jì)方法如下將接收信號(hào)數(shù)據(jù)幀y按照與發(fā)射端相同的導(dǎo)頻格式設(shè)計(jì)方案進(jìn)行解 復(fù)用提取導(dǎo)頻提取，將對(duì)應(yīng)WiMAX頻域抽樣位置上的接收導(dǎo)頻數(shù)據(jù)P' = AexpC/2;^S" / A0，和傳輸有效數(shù)據(jù)ZT分離出來，其中/T為對(duì)應(yīng)導(dǎo)頻抽樣點(diǎn)上的信道系數(shù)；將解復(fù)用得到的 接收導(dǎo)頻數(shù)據(jù),送入信道估計(jì)，分別對(duì)各個(gè)抽樣子載波得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘估計(jì)，其算法應(yīng)用如下 經(jīng)過無線信道的衰減作用后，整個(gè)導(dǎo)頻數(shù)據(jù)變?yōu)槭街械南聵?biāo)p代表導(dǎo)頻點(diǎn)或前導(dǎo)符號(hào)中子載波索引，Cp為由導(dǎo)頻j;,。,組成的矩陣，可以得到一種簡(jiǎn)單的信道估計(jì)如式所示；其中的Yp、 /^都是PX1的列向量，C卯是對(duì)角元素為Cp的 pXp對(duì)角陣；對(duì)上式求導(dǎo)得<formula>formula see original document page 4</formula>其均方誤差<formula>formula see original document page 4</formula>其中rrace("表示該矩陣的根軌跡； 并將估計(jì)得到的信道值進(jìn)行線性內(nèi)插得到所有子載波位置上的信道估計(jì)初始系數(shù)々'；將得到<formula>formula see original document page 4</formula>上式中的『 為整個(gè)信道中產(chǎn)生的零均值加性高斯白噪聲;接收端在前導(dǎo)或?qū)ьl點(diǎn)上接收到的信號(hào)為:的信道估計(jì)初始系數(shù)A'進(jìn)行N點(diǎn)IFFT處理，得到對(duì)應(yīng)的時(shí)域抽頭系數(shù)《，并將《按照抽頭功率大小進(jìn)行排序，保留最大的/個(gè)抽頭，將剩下的抽頭系數(shù)全部進(jìn)行置零處理，將經(jīng)過置零處 理后得到的/個(gè)非零信道抽頭進(jìn)行N點(diǎn)FFT頻域內(nèi)插處理，得到最終的對(duì)應(yīng)的時(shí)刻的N個(gè)WiMAX時(shí)變信道頻域抽樣值A(chǔ) ，利用估計(jì)得到的信道頻域抽樣值A(chǔ)完成WiMAX各個(gè)子信道上的數(shù)據(jù) 均衡和后續(xù)處理。
9、 如權(quán)利要求l所述的利用導(dǎo)頻格式設(shè)計(jì)的WiMAX信道估計(jì)方法，其特征在于步驟(1) 和步驟(6)中的調(diào)制映射和解映射采用QPSK或16QAM映射，加擾的擾碼采用2"-1, = 15的偽隨機(jī)序列發(fā)生器產(chǎn)生，解擾也由同樣的擾碼器處理。
10、 如權(quán)利要求1所述的利用導(dǎo)頻格式設(shè)計(jì)的WiMAX信道估計(jì)方法，其特征在于步驟(2) 和步驟(6)中的導(dǎo)頻格式設(shè)計(jì)方案中的導(dǎo)頻的數(shù)據(jù)內(nèi)容信息為奇載波上的導(dǎo)頻為 尸二五pexpC/2;r辻"/A0， A:-l，…，iV/丄，丄為導(dǎo)頻數(shù)據(jù)間隔，五p為歸一化導(dǎo)頻功率，偶載波上的導(dǎo)頻為P^^exp(-j'2;r^:"/A0 。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用導(dǎo)頻格式設(shè)計(jì)的WiMAX信道估計(jì)方法。本方法是首先產(chǎn)生與WiMAX子載波中心頻點(diǎn)相同的復(fù)指數(shù)導(dǎo)頻數(shù)據(jù)，建立導(dǎo)頻設(shè)計(jì)格式方案，并依據(jù)WiMAX信道的特點(diǎn)來選用導(dǎo)頻的設(shè)計(jì)方案，然后將產(chǎn)生的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)插入至導(dǎo)頻格式方案的指定抽樣點(diǎn)位置處，在接收端，將對(duì)應(yīng)導(dǎo)頻格式位置上的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘估計(jì)，得到初始信道頻域估計(jì)數(shù)據(jù)并經(jīng)過插值處理，得到所有子載波上的信道頻域信道參數(shù)。本發(fā)明方法解決了現(xiàn)有方案中無法有效利用導(dǎo)頻格式特點(diǎn)來提高信道估計(jì)精度的缺陷，而且具有估計(jì)精度高、復(fù)雜度低及頻譜利用率高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04L25/02GK101662434SQ200910196579
公開日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2009年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月27日
發(fā)明者勇 方, 強(qiáng) 石 申請(qǐng)人:上海大學(xué)