本發(fā)明涉及一種信道估計方法，特別涉及一種地面數(shù)字廣播電視系統(tǒng)中的幀頭PN595模式下的信道估計與均衡方法。
背景技術：
：DTMB系統(tǒng)是2006年8月發(fā)布的中國數(shù)字電視標準(GB20600-2006，簡稱DTMB，全稱DigitalTelevisionTerrestrialMultimediaBroadcasting，數(shù)字多媒體廣播-地面國家數(shù)字電視廣播標準)。DTMB采用了創(chuàng)新的TDS－OFDM(時域同步正交頻分復用)調制方式。DTMB為提高信道容量，沒有導頻，使用特殊設計的PN序列作，為同步信號填充OFDM保護間隔，實現(xiàn)了同步的高效性，也用于信道估計。DTMB由PN幀頭和幀體數(shù)據(jù)組成。其中PN幀頭有三種模式：PN420、PN595、PN945，幀體數(shù)據(jù)都是由3780個符號組成。其中幀頭PN420和幀頭PN945序列滿足周期PN相關特性，通常采用接收數(shù)據(jù)和本地PN序列相關法進行信道估計；而幀頭PN595采用10階最大長度偽隨機二進制序列截短而成，幀頭信號的長度為595個符號，是長度為1023的偽隨機序列的前595個碼片，其并不能構成一個完整的周期PN序列，通常采用時域方法進行信道估計。在PN595模式，一般利用時域PN序列進行時域均衡，通常采用PN序列作為訓練序列，利用時域橫向濾器方法進行信道估計，也可以采用利用時域循環(huán)前綴碼進行信道估計，如專利《基于時域導頻序列的信道估計裝置及方法》和專利《利用循環(huán)前綴碼進行信道估計的方法和裝置》，其中，中國發(fā)明專利申請公開說明書(CN101997790A)于2011年3月30日公開的《基于時域導頻序列的信道估計裝置及方法》其將PN序列作為訓練序列，進行時域橫向濾：根據(jù)估計出的信道變化的快慢自動調整時域自適應濾波器的抽頭更新步長；估計出時域導頻序列的信道響應；利用本地PN序列和時域自適應濾波器輸出的抽頭濾波求和運算結果相減得到估計誤差，并作為時域自適應濾波器的抽頭更新的誤差；恢復出當前幀的信道響應值。其主要不足在于：1，實際DTMB無線傳輸信道具有很高的階數(shù)，為了得到比較準確的信道估計，自適應橫向濾波器需要非常多的抽頭數(shù)目，至少通常具有兩倍于最大時延擴展徑的抽頭數(shù)目，這就導致了自適應橫向濾波器需要很長的時間才能達到收斂，同時大大增加了接收系統(tǒng)的復雜度。中國發(fā)明專利申請公開說明書(CN101958856A)于2011年1月26日公開的《利用循環(huán)前綴碼進行信道估計的方法和裝置》，該專利首先從接收包含循環(huán)前綴碼和訓練序列的數(shù)據(jù)中，獲取循環(huán)前綴中的未受到其他數(shù)據(jù)多徑干擾的數(shù)據(jù)，將未受到其他數(shù)據(jù)多徑干擾的數(shù)據(jù)與其在該訓練序列中的對應位置的數(shù)據(jù)進行合并，得到重構后的訓練序列，最后利用重構后的訓練序列進行信道估計。其主要不足在于：由于DTMB系統(tǒng)PN595模式下并不存在時域循環(huán)前綴，不能直接利用這種方法。但是可以采用其利用未受到其他數(shù)據(jù)多徑干擾的數(shù)據(jù)進行信道估計的思想，在DTMB系統(tǒng)幀頭模式PN595中，可利用接收PN序列中的沒有受到其他數(shù)據(jù)多徑干擾的數(shù)據(jù)進行信道估計，但同時由于幀體數(shù)據(jù)的均衡是在頻域內均衡，需要盡選擇恰當?shù)臎]有受到其他數(shù)據(jù)多徑干擾的PN數(shù)據(jù)段，既沒有受到其他數(shù)據(jù)段的干擾，又要盡可能的攜帶足夠多的頻域信息。發(fā)射信號在傳輸過程中，還會受到噪聲的影響，采取適當?shù)臅r域去噪因子去噪(將信道沖激響應h中能量較小的徑置零)可以有效減少噪聲對系統(tǒng)解調精度的影響。中國發(fā)明專利申請公開說明書(CN102223323A)于2011年10月19日公開的《DTMB系統(tǒng)及其多載波DTMB中的信道估計方法》，通過從接收信號幀特定的位置開始和本地相關序列相關得到信道估計的時域沖擊響應，然后對時域沖擊響應進行時域去噪泄漏處理來消除噪聲和干擾，獲得準確的估計信道時域沖擊響應，但是該方法存在不足：1，對時域沖擊響應進行時域濾波去噪時，沒有針對在不同QAM調制方式下，設定不同的時域去噪因子，導致時域去噪效果效果不佳；發(fā)射信號在傳輸過程中，由于多徑信道的存在，會帶來碼間干擾即拖尾效應，參見圖7。圖7a是發(fā)送的信號示意圖，包含兩個PN幀頭和一個幀體數(shù)據(jù)，圖7b是兩個PN幀頭、幀體數(shù)據(jù)受到多徑影響示意圖，圖7c是實際接收到的受到多徑影響的信號示意圖。由圖可以看出，兩個PN幀頭、幀體數(shù)據(jù)之間會互相干擾，這種干擾會嚴重影響數(shù)據(jù)均衡精度，消除幀頭、幀體之間的相互干擾可以大大提高信道估計與均衡的準確度。在DTMB系統(tǒng)中消除幀頭、幀體之間的相互干擾，主要采用重構幀體數(shù)據(jù)的方法，如專利《TDS-OFDM信道估計均衡方法及系統(tǒng)》。中國發(fā)明專利申請公開說明書(CN104394105A)于2015年3月4日公開的《TDS-OFDM信道估計均衡方法及系統(tǒng)》，是通過對當前信息幀的數(shù)據(jù)部分進行處理，以獲取去除了當前信息幀的幀頭的拖尾干擾的數(shù)據(jù)時域信號s1，然后再利用獲取的頻率響應對數(shù)據(jù)時域信號s1進行頻域均衡，以獲取數(shù)據(jù)符號序列，該方法存在不足：1，該方法需要重構信息幀的數(shù)據(jù)部分，過程比較繁瑣，需要至少2次進行卷積運算，至少4次454點傅里葉變換、至少2次4375點FFT變換、一次4375點復數(shù)除法，運算復雜。在DTMB系統(tǒng)幀頭模式PN595下，由于在該模式下，PN幀頭序列都是一樣的，可以將其視為OFDM系統(tǒng)中的用于保護間隔的循環(huán)前綴，進而利用基于OFDM系統(tǒng)循環(huán)前綴的方法消除碼間干擾，這種方法不需要復雜的重構信息幀的數(shù)據(jù)部分，只需要2次4375點FFT變換、一次4375點復數(shù)除法即可實現(xiàn)。技術實現(xiàn)要素：對于以上提出的問題，本發(fā)明提出一種DTMB系統(tǒng)、幀頭PN595模式下的信道估計方法，采用從接收到的PN序列中截取合適的一段進行信道估計，又選擇了適用于不同QAM調制方式下的時域去燥因子去除噪聲和干擾，最后在均衡階段又采用了基于OFDM系統(tǒng)循環(huán)前綴的方法消除符號間的相互干擾，能夠對DTMB系統(tǒng)PN幀頭595模式下接收到的幀體信號進行快速準確的均衡。本發(fā)明采取了如下技術方案：DTMB系統(tǒng)PN幀頭595模式下的信道估計與均衡方法，其包括步驟如下：步驟1，從經過時域同步、頻偏補償?shù)腄TMB系統(tǒng)PN幀頭595模式下的時域信號中，獲取數(shù)據(jù)段r，r長度為4970。所述數(shù)據(jù)段r中包含2個PN幀頭數(shù)據(jù)pn1、pn2和兩者之間的幀體時域數(shù)據(jù)，PN幀頭數(shù)據(jù)pn1、pn2的長度均為l1,幀體時域數(shù)據(jù)的長度為l2，其中l(wèi)1＝595，l2＝3780；步驟2，利用本地偽隨機二進制序列器產生本地PN595幀頭數(shù)據(jù)pn3，pn3長度同樣為l1；步驟3，從步驟1中得到的PN幀頭數(shù)據(jù)pn1中截取一段長度為N的數(shù)據(jù)，做N點快速傅里葉變換得到頻域數(shù)據(jù)PN1；從步驟1中得到的PN幀頭數(shù)據(jù)pn2中同樣的位置處截取一段度為N的數(shù)據(jù)，做N點快速傅里葉變換得到頻域數(shù)據(jù)PN2；從步驟2中得到的本地PN595幀頭數(shù)據(jù)pn3中同樣的位置截取一段長度為N的數(shù)據(jù)，做N點快速傅里葉變換得到本地頻域數(shù)據(jù)PN3；PN幀頭數(shù)據(jù)pn1、pn2、本地PN595幀頭數(shù)據(jù)截取一段長度為N的數(shù)據(jù)方法一致：從幀頭數(shù)據(jù)段中的第n1個數(shù)據(jù)開始取數(shù)據(jù)，包含第n1個數(shù)據(jù)，直至到第n2個數(shù)據(jù)，一共N個數(shù)據(jù),其中n1＝71，n2＝524，N＝454；步驟4，用由步驟3中得到的頻域數(shù)據(jù)PN1，除以由步驟3中得到的本地頻域數(shù)據(jù)PN3，得到信道頻率響應H1，并對信道頻率響應H1作做N點快速傅里葉逆變換得到信道時域沖激響應h1；步驟5，用由步驟3中得到的頻域數(shù)據(jù)PN2，除以由步驟3中得到的本地頻域數(shù)據(jù)PN3，得到信道頻率響應H2，并對信道頻率響應H2作做N點快速傅里葉逆變換得到信道時域沖激響應h2；步驟6，對步驟4中得到的信道時域沖激響應h1和步驟5中得到的信道時域沖激響應h2作平均，得到信道時域沖激響應均值：h‾=h1+h22]]>步驟7，設置接收信號在不同調制方式下的時域濾波去噪系數(shù)η，設QAM為信號調制方式，在DTMB系統(tǒng)中QAM有4、16、32、64四種取值方式：η=0.00017,QAM=4;0.00152,QAM=16;0.00111,QAM=32;0.00341,QAM=64;]]>步驟8，利用從步驟7總得到的η，對步驟6中得到信道時域沖激響應均值進行時域濾波去噪，得到信道時域脈沖響應終值h，時域濾波去噪指的是將信道時域沖激響應均值中能量較小的徑置零：h(i)=h‾(i),|h‾(i)|>η*|h‾|max0,|h‾(i)|<η*|h‾|max]]>其中，||表示取模運算，表示模值的最大值，i＝1,2，3，…，454；步驟9，將步驟8中得到的信道時域脈沖響應終值h中間補零至4375長度，作4375點快速傅里葉變換得到信道頻率響應終值H，；步驟10，從步驟1中得到的包含2個PN幀頭pn1、pn2和兩者之間的幀體時域數(shù)據(jù)段r中，截取4375長度的數(shù)據(jù)段s，作4375點快速傅里葉變換得到頻域數(shù)據(jù)S，截取的4375長度的數(shù)據(jù)段s是時域數(shù)據(jù)段r中間一段，數(shù)據(jù)段s關于數(shù)據(jù)段r中間左右對稱；步驟11，將步驟10中得到的頻域數(shù)據(jù)S除以步驟9中獲取的信道頻率響應終值H，得到經過頻域均衡的數(shù)據(jù)，取中幀體數(shù)據(jù)位置處的3780個數(shù)據(jù)，即為幀體數(shù)據(jù)均衡結果。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下有益技術效果：1，從接受到的PN序列中選擇恰當?shù)臎]有受到干擾的PN序列，將其變換到頻域，作為導頻序列，進而和本地PN序列一塊進行信道估計，方法十分簡單可靠，只需要從接受到的PN序列中選擇出合適的PN序列段；2，對于不同QAM調制方式采用特定的去噪因子進行時域濾波去噪，使信道估計結果更準確；3，在幀體數(shù)據(jù)均衡階段又利用PN595模式特定的幀頭結構，應用OFDM系統(tǒng)中作為保護間隔的循環(huán)前綴進行幀體數(shù)據(jù)均衡，不需要復雜的幀體數(shù)據(jù)重構過程，能夠準確的消除符號間的相互干擾，均衡過程簡單準確；附圖說明圖1是本發(fā)明的整體處理流程示意圖。圖2是包含2個PN幀頭、一個幀體數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)段r示意圖。圖3是產生本地PN595幀頭序列移位寄存器結構示意圖。圖4是從幀頭數(shù)據(jù)中截取中間一段示意圖。圖5是從數(shù)據(jù)段r中截取4375長度數(shù)據(jù)段s示意圖。圖6是從4375長度的頻域均衡之后的數(shù)據(jù)中，選取頻域均衡之后的幀體數(shù)據(jù)方法示意圖。圖7是多徑信道造成信號的拖尾現(xiàn)象示意圖。具體實施方式下面將結合附圖對本發(fā)明的技術方案進行清楚、完整的描述。在下面的描述中將以DTMB系統(tǒng)PN幀頭595模式下信道估計與幀體數(shù)據(jù)頻域均衡為實施例對本發(fā)明進行說明。通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。參見圖1,本發(fā)明施例的一種DTMB系統(tǒng)PN幀頭595模式下的信道估計與均衡方法，包括以下步驟：A，從經過時域同步、頻偏補償?shù)腄TMB系統(tǒng)PN幀頭595模式下的時域信號中接收并存儲時域數(shù)據(jù)段r，數(shù)據(jù)段r中包含2個PN幀頭數(shù)據(jù)pn1、pn2和兩者之間的幀體時域數(shù)據(jù)；B，利用當幀頭數(shù)據(jù)pn1、幀頭數(shù)據(jù)pn2進行信道估計和本地幀頭PN序列，獲取信道的頻率響應；C，利用頻率響應對幀體數(shù)據(jù)時域信號進行頻域均衡，以獲取數(shù)據(jù)符號序列。具體實現(xiàn)過程如下：步驟A，從經過時域同步、頻偏補償?shù)腄TMB系統(tǒng)PN幀頭595模式下的時域信號中接收并存儲時域數(shù)據(jù)段r，長度為4970。數(shù)據(jù)段r中包含2個PN幀頭數(shù)據(jù)pn1、pn2和兩者之間的幀體時域數(shù)據(jù)，PN幀頭數(shù)據(jù)pn1、pn2的長度均為l1,幀體時域數(shù)據(jù)的長度為l2，其中l(wèi)1＝595，l2＝3780；數(shù)據(jù)段r參見圖2；步驟B，利用當前信息幀的幀頭pn1、下一信息幀的幀頭pn2進行信道估計和本地幀頭PN595序列，獲取信道的頻率響應。具體的，在本發(fā)明的一個實施例中，步驟B包括：S11，利用本地偽隨機二進制序列器產生本地PN595幀頭序列pn3，pn3長度同樣為l1。該偽隨機二進制序列是10比特移位寄存器產生的長度為1023的m序列的前595個碼片，并將該序列經“0”到+1值、“1“到-1值的映射，將原來碼元為0和1的偽隨機二進制序列變?yōu)榇a元為1和-1的非歸零的二進制序列，其中該偽隨機二進制序列的生成多項式為：G＝1+x3+x10初始相位為：0000000001；產生該偽隨機二進制序列的移位寄存器結構參見圖3。S12，從步驟A中得到的PN幀頭數(shù)據(jù)pn1中截取一段長度為N的數(shù)據(jù)，做N點快速傅里葉變換得到頻域數(shù)據(jù)PN1；從步驟1中得到的PN幀頭數(shù)據(jù)pn2中同樣的位置處截取一段度為N的數(shù)據(jù)，做N點快速傅里葉變換得到頻域數(shù)據(jù)PN2；從步驟2中得到的本地PN595幀頭數(shù)據(jù)pn3中同樣的位置截取一段長度為N的數(shù)據(jù)，做N點快速傅里葉變換得到本地頻域數(shù)據(jù)PN3,PN幀頭數(shù)據(jù)pn1、pn2、本地PN595幀頭數(shù)據(jù)截取一段長度為N的數(shù)據(jù)方法一致，其中N＝454：從幀頭數(shù)據(jù)段中第71個數(shù)據(jù)后開始取數(shù)據(jù)，包含第71個數(shù)據(jù)，直至到第524個數(shù)據(jù)，一共454個數(shù)據(jù)，取法參見圖4。S13，用由步驟s12中得到的頻域數(shù)據(jù)PN1除以本地頻域數(shù)據(jù)PN3,，獲取信道頻率響應H1。S14,對由步驟s13中得到的信道頻率響應H1作做N點快速傅里葉逆變換得到信道時域沖激響應h1。S15，用由步驟s12中得到的頻域數(shù)據(jù)PN2除以本地頻域數(shù)據(jù)PN3,，獲取信道頻率響應H2。S16，對由步驟s15中得到的信道頻率響應H2作做N點快速傅里葉逆變換得到信道時域沖激響應h2。S17，對由步驟S14中得到的信道時域沖激響應h1和由步驟S16中得到的信道時域沖激響應h2作平均，得到信道時域沖激響應均值h‾=h1+h22]]>S18，根據(jù)系統(tǒng)QAM調制方式，設定系統(tǒng)時域濾波去噪系數(shù)η，DTMB系統(tǒng)中QAM調制方式有4、16、32、64四種QAM調制方式:η=0.00017,QAM=4;0.00152,QAM=16;0.00111,QAM=32;0.00341,QAM=64;]]>S19，利用從步驟S18總得到的時域濾波去噪系數(shù)η，對步驟S17中得到的信道時域沖激響應均值進行時域濾波去噪，得到信道時域脈沖響應終值h，時域濾波去噪指的是將信道時域沖激響應均值中能量較小的徑置零：h(i)=h‾(i),|h‾(i)|>η*|h‾|max0,|h‾(i)|<η*|h‾|max]]>其中，||表示取模運算，表示模值的最大值，i＝1,2，3，…，454。S20，由步驟S19中得到的信道時域脈沖響應終值h補零至4375長度，作4375點快速傅里葉變換得到信道頻率響應終值H，補零方法是在信道時域脈沖響應終值h的中間位補3921個零。步驟C，利用步驟B中S19中獲取的頻率響應，對幀體數(shù)據(jù)時域信號進行頻域均衡，以獲取數(shù)據(jù)符號序列。具體的，在本發(fā)明的一個實施例中，步驟C包括：S21，從步驟1中得到的包含2個PN幀頭pn1、pn2和兩者之間的幀體時域數(shù)據(jù)段r中，截取4375長度的數(shù)據(jù)段s，作4375點快速傅里葉變換得到頻域數(shù)據(jù)S，截取4375長度的數(shù)據(jù)段s方法如下：從包含2個PN幀頭pn1、pn2和兩者之間的幀體時域數(shù)據(jù)段r中的第n3個數(shù)據(jù)開始取數(shù)據(jù)，包含第n3個數(shù)據(jù)，直至到第n4個數(shù)據(jù)，一共K個數(shù)據(jù),其中n3＝298，n4＝4672，K＝4375，從數(shù)據(jù)段r中截取4375長度數(shù)據(jù)段s參見圖5。S22，將步驟S21中得到的頻域數(shù)據(jù)S除以步驟B中S20中獲取的信道頻率響應終值H，得到經過頻域均衡的數(shù)據(jù)取中幀體數(shù)據(jù)位置處的3780個數(shù)據(jù)，即為幀體數(shù)據(jù)均衡結果，其中幀體數(shù)據(jù)是指中從第n5個數(shù)據(jù)開始取數(shù)據(jù)，包含第n5個數(shù)據(jù)，直至到第n6個數(shù)據(jù)，共M個數(shù)據(jù)，其中n5＝298，n6＝4077，M＝3780。其中，從4375長度的頻域均衡之后的數(shù)據(jù)中，選取頻域均衡之后的幀體數(shù)據(jù)方法參見圖6。當前第1頁1 2 3