CN110943946B - 一种信道均衡处理***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种信道均衡处理***及方法，***获取发送数据帧***的训练序列和导频训练序列，接收端接收信号，获取接收信号的信道冲击响应；***对接收到的信号一路进行补零处理获得接收数据矢量，另一路进行导频处理及信道估计，对信号进行均值处理，并获取频率响应与频域响应；***获取噪声方差，计算均衡系数，对信号进行均衡处理并反馈结果至信号处理单元；***计算并输出信号。本发明提高了信道估计的准确性和稳定性，提高频域均衡性能，增强了均衡收敛性能。

Description

一种信道均衡处理***及方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种信道均衡处理***及方法。
背景技术
在高速无线链路传输中，发射信号在传播过程中会受到吸收、反射、折射和衍射的影响，导致信号分量从多径方向到达接收机，会产生不同的传播时延，造成相位和振幅呈现随机特性，从而导致信号失真、波形展宽，严重的影响信号到达接收机的准确性。
传统在信道估计中，环境噪声和相位噪声的随机性导致信道估计不稳定，同时FFT运算对于信道的冲击响应的波动更为敏感，导致了均衡收敛不佳。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种信道均衡处理***，包括信道接收模块、补零处理模块、导频处理模块、信道估计模块、数据处理单元、噪声方差计算单元、均衡器、反馈单元与输出单元；
所述信道接收模块第一输出端通过补零处理模块与数据处理单元第一输入端相连；所述信道接收模块第二输出端、导频处理模块、信道估计模块、数据处理单元第二输入端依次相连；
所述数据处理单元输出端分别与均衡器第一输入端、反馈单元第一输入端、输出单元相连；
所述噪声方差计算单元与所述均衡器第二输入端相连；所述均衡器输出端与反馈单元第二输入端相连；所述反馈单元输出端与数据处理单元第三输入端相连。
一种信道均衡处理方法，包括如下步骤：
S1:***获取发送数据帧***的训练序列和导频训练序列，接收端接收信号，获取接收信号的信道冲击响应；
S2:***对接收到的信号一路进行补零处理获得接收数据矢量，另一路进行导频处理及信道估计，对信号进行均值处理，并获取频率响应与频域响应；
S3:***获取噪声方差，计算均衡系数，对信号进行均衡处理并反馈结果至信号处理单元；
S4:***计算并输出信号。
本发明的有益效果在于：本发明通过均衡处理，改进了传统信道估计，通过补零达到满足FPGA IP核的限定长度，利用前后导频的均值作为先验信息，实现估计信道的实时响应，更加接近于信道的线性值，进一步减少信道噪声带来的影响，从而提高信道估计的准确性，同时减少信道冲击响应点数，截取有效部分，大大提高频域均衡性能，增强了均衡收敛性能。
附图说明
图1是本发明的***框图；
图2是本发明的原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如附图1所示，本发明一种信道均衡处理***，包括信道接收模块、补零处理模块、导频处理模块、信道估计模块、数据处理单元、噪声方差计算单元、均衡器、反馈单元与输出单元。
所述信道接收模块第一输出端通过补零处理模块与数据处理单元第一输入端相连；所述信道接收模块第二输出端、导频处理模块、信道估计模块、数据处理单元第二输入端依次相连；所述数据处理单元输出端分别与均衡器第一输入端、反馈单元第一输入端、输出单元相连；所述噪声方差计算单元与所述均衡器第二输入端相连；所述均衡器输出端与反馈单元第二输入端相连；所述反馈单元输出端与数据处理单元第三输入端相连。
进一步的，所述数据处理单元为FPGA IP核。
进一步的，所述均衡器为SC-FDE频域均衡器。
一种信道均衡处理方法，包括如下步骤：
S1:***获取发送数据帧***的训练序列和导频训练序列，接收端接收信号，获取接收信号的信道冲击响应；
S2:***对接收到的信号一路进行补零处理获得接收数据矢量，另一路进行导频处理及信道估计，对信号进行均值处理，并获取频率响应与频域响应；
S3:***获取噪声方差，计算均衡系数，对信号进行均衡处理并反馈结果至信号处理单元；
S4:***计算并输出信号。
进一步的，所述接收端接收信号的并进行处理具体包括：设n为有效信号长度，n为正整数，发送信号为x'n，所述发送信号包括前训练字uw1、发送数据比特xn与后训练字uw2，hn为接收端信道冲击响应，vn为加性高斯白噪声，接收信号为yn，令
Figure GDA0003770014010000031
则接收信号：
Figure GDA0003770014010000032
进一步的，设n+m满足FPGAIP核的长度，yk'为补零处理后的接收数据矢量，即：
yk'＝[yn,zerosm]。
进一步的，所述导频处理具体包括：接收信号UW1为前训练字变换响应值、UW2为后训练字变换响应值，频域值的均值为UWave
UW1＝fft(uw1')；
UW2＝fft(uw2')；
Figure GDA0003770014010000041
进一步的，所述信道估计具体包括：设H为信道频率响应，h'为信道估计冲击响应，hn'为补零后的信道冲击响应，H'为信道估计下的频率响应，UWave为频域值的均值，UW3为信号频域上的训练序列，i为导频训练序列路数，则
Figure GDA0003770014010000042
h'＝ifft(H)；
H'＝fft(hn')。
进一步的，所述均衡系数计算过程为：设H'为信道估计下的频率响应，H'*为H'的共轭，P为信号的功率，σ2为加性高斯白噪声方差，则均衡系数Wk为：
Figure GDA0003770014010000043
进一步的，所述输出信号计算过程为：设Yk为信号频域响应，Yk'为信号均衡处理后的反馈信号，则
Yk'＝Wk*Yk
则输出信号：
yk＝ifft(Yk')。
***首先要对帧结构进行处理，由于前后导频的长度必须大于数据传输的最大时延，则在此项目中选择训练字长度为128，并且在发送数据帧的前后都***128bit的导频训练序列，得到[uw1,xn,uw2]，并且在连续的数据流中为了节约带宽，导频在信道估计中复用，也就是时候第一个帧的uw2会继续用作第二个帧的uw1
在导频处理模块中，将频域上已***的前后训练序列UW1，UW2进行均值处理求得UWave。
在信道估计模块中，将求得的均值训练序列UWave与已知训练序列UW3联合求得预估的信道冲击响应。由于信道中的噪声影响，在做快速傅里叶运算时只截取有效的冲击响应前10个比特，其余的4086位数据补零处理，并进入FPGA IP核处理。
本发明通过均衡处理，改进了传统信道估计，通过补零达到满足FPGA IP核的限定长度，利用前后导频的均值作为先验信息，实现估计信道的实时响应，更加接近于信道的线性值，进一步减少信道噪声带来的影响，从而提高信道估计的准确性和稳定性，同时减少信道冲击响应点数，截取有效部分，大大提高频域均衡性能，增强了均衡收敛性能。
本发明采用FPGA IP核的复用操作，由状态机控制输入输出，并且由寄存器和计数器对数据进行延时输入，避免了输入数据的重合和冲突。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种信道均衡处理***，其特征在于，包括信道接收模块、补零处理模块、导频处理模块、信道估计模块、数据处理单元、噪声方差计算单元、均衡器、反馈单元与输出单元；
所述信道接收模块第一输出端通过补零处理模块与数据处理单元第一输入端相连；所述信道接收模块第二输出端、导频处理模块、信道估计模块、数据处理单元第二输入端依次相连；
所述数据处理单元输出端分别与均衡器第一输入端、反馈单元第一输入端、输出单元相连；
所述噪声方差计算单元与所述均衡器第二输入端相连；所述均衡器输出端与反馈单元第二输入端相连；所述反馈单元输出端与数据处理单元第三输入端相连。
2.根据权利要求1所述一种信道均衡处理***，其特征在于，所述数据处理单元为FPGAIP核。
3.根据权利要求1所述一种信道均衡处理***，其特征在于，所述均衡器为SC-FDE频域均衡器。
4.一种信道均衡处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1:***获取发送数据帧***的训练序列和导频训练序列，接收端接收信号，获取接收信号的信道冲击响应；
S2:***对接收到的信号一路进行补零处理获得接收数据矢量，另一路进行导频处理及信道估计，对信号进行均值处理，并获取频率响应与频域响应；
S3:***获取噪声方差，计算均衡系数，对信号进行均衡处理并反馈结果至信号处理单元；
S4:信号处理单元通过从S3获得的均衡系数，计算并输出信号；
计算过程为：
设Yk为信号频域响应，Wk为均衡系数，Y′k为信号均衡处理后的反馈信号，则
Y′k＝Wk*Yk
则输出信号：
yk＝ifft(Y′k)。
5.根据权利要求4所述一种信道均衡处理方法，其特征在于，步骤S1中，接收端接收信号具体包括：
设n为有效信号长度，n为正整数，发送信号为x'n，所述发送信号包括前训练字uw1、发送数据比特xn与后训练字uw2，hn为接收端信道冲击响应，vn为加性高斯白噪声，接收信号为yn，令
Figure FDA0003770014000000021
则接收信号：
Figure FDA0003770014000000022
6.根据权利要求5所述一种信道均衡处理方法，其特征在于，所述补零处理具体包括：设FFT FPGA IP核的输入数据长度为k，其中有效信号长度为n，zerosm为在yn后补入的零，其长度为m＝k-n，yk'为补零处理后的接收数据矢量，yk'的数据长度为k，即：
yk'＝[yn,zerosm]。
7.根据权利要求5所述一种信道均衡处理方法，其特征在于，所述导频处理具体包括：
接收信号UW1为前训练字变换响应值、UW2为后训练字变换响应值，频域值的均值为UWave
UW1＝fft(uw1')；
UW2＝fft(uw2')；
Figure FDA0003770014000000031
8.根据权利要求4所述一种信道均衡处理方法，其特征在于，所述信道估计具体包括：
设H为信道频率响应，h'为信道估计冲击响应，hn'为补零后的信道冲击响应，H'为信道估计下的频率响应，UWave为频域值的均值，UW3为信号频域上的训练序列，i为导频训练序列路数，则
Figure FDA0003770014000000032
h'＝ifft(H)；
H'＝fft(hn')。
9.根据权利要求4所述一种信道均衡处理方法，其特征在于，所述均衡系数计算过程为：设H'为信道估计下的频率响应，H'*为H'的共轭，P为信号的功率，σ2为加性高斯白噪声方差，则均衡系数Wk为：
Figure FDA0003770014000000033
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