CN114401170A - 一种ofdm***的信道估计和均衡方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种OFDM***的信道估计和均衡方法，考虑到除了导频位置上的接收信号包含信道信息之外，数据也包含信道信息，所以先利用前一个符号的信道估计值对当前符号进行均衡，之后判决，利用判决的结果，对当前符号的信道重新进行估计，然后用前后符号的信道估计值进行适当的组合，得到新的信道估计值用于下一个符号的均衡。通过这样的处理，充分利用了数据中包含的信道信息，减少了信道估计误差，降低均衡后的错误率。

Description

一种OFDM***的信道估计和均衡方法

技术领域

本发明涉及通信***接收端的信道估计和均衡技术，具体涉及一种OFDM***的信道估计和均衡方法。

背景技术

部分的有线通信***的信道，如光纤通信等，信道虽然是恒参信道，但一般是多径的，从而造成数字通信中的符号间产生码间干扰需要均衡，单载波通信中，随着多径扩展的增大，所需要的横向滤波器的抽头数显著增加，提高了均衡的复杂度。正交多载波（OFDM）通信，因加入了适当长度的循环前缀，使得均衡变得简单。无论单载波还是多载波通信，均衡都需要信道的估计值。对于OFDM***，如果是恒参信道，传统的作法是只用一个OFDM符号作为导频，然后利用该导频进行信道估计，用该信道估计值对后续所有数据符号进行均衡。这样的做法没有考虑到数据符号也包含信道信息，在一定程度上降低的估计的准确性，导致均衡后的错误率比较高。所以如果能充分利用这些数据符号中包含的信道信息，将能有效地提高估计的准确度，降低均衡后的误码率。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种OFDM***的信道估计和均衡方法，通过充分利用数据符号中的信道信息，降低***均衡后的误比特率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种OFDM***的信道估计和均衡方法，在时间和频率同步的状态下，对来自前置的相干解调模块的输出序列，按以下步骤进行信号处理：

步骤S1:定义M表示OFDM信号的子载波数，N表示一个分组中的OFDM符号数，V1，V2均表示由M个数构成的向量，V1./V2表示V1中的各个数分别除以V2中相同位置的各个数；

步骤S2:发送端，以预设规律，对发送的序列进行分组，使用的导频记为X1=[X1₁,X1₂,…,X1_M]；

步骤S3:接收端，对所有OFDM时域符号，都分别进行去循环前缀、傅里叶变换的处理，得到所有的OFDM频域符号；然后以一组N个OFDM频域符号，对傅里叶变换后的符号序列进行分组，对每一个分组，取该组的第一个OFDM频域符号，记为Y1=[Y1₁,Y1₂,…,Y1_M]，并使用发送端同组的X1，求得H1=Y1./X1;

步骤S4:对每个分组，从第二个OFDM频域符号开始，依次计算每个符号的信道频率响应估计值，并进行均衡，直至分组中的所有符号都处理完毕。

进一步的，所述预设规律具体为：N个OFDM频域符号作为一组，一个OFDM频域符号长度为M，每组的第一个OFDM频域符号位置上***导频，不发送数据。

进一步的，所述步骤S4具体为:计算当前OFDM符号的信道频率响应估计值H2，并和前一个符号的信道频率响应估计值H1，按照预设比例，进行组合计算，结果记为H2_new，用H2_new对当前符号进行均衡，然后用H2_new替代原来的H1，接着把下一个OFDM符号作为当前OFDM符号，循环过程，直至分组中的所有OFDM符号都完成信道估计和均衡。

进一步的，所述循环过程，直至分组中的所有OFDM符号都完成信道估计和均衡，具体为：

步骤S41：令i=2；

步骤S42：取该组的第i个OFDM频域符号作为当前符号，记为Y2，并求得X2=Y2./H1；

步骤S43：按照数字调制使用的星座图的映射规则，对X2进行判决，得到的复数序列，记为X2_new；

步骤S44：计算H2=Y2./X2_new；

步骤S45：计算H2_new=a*H1+b*H2，a和b均取0到1之间的实数；

步骤S46：计算X2_equ = Y2./H2_new，并按照数字调制使用的星座图的映射规则，对X2_equ进行判决，得到二进制序列，该序列作为第i个符号的均衡结果；

步骤S47：判断i是否等于N，如果不等，令H1=H2_new，i=i+1，并返回S41继续计算，否则，完成信道估计和均衡。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明联合当前符号的信道估计值和前一个符号的信道估计值，对它们进行适当的整合，通过充分利用数据符号中的信道信息，有效降低***均衡后的误比特率。

附图说明

图1是本发明方法示意图；

图2是本发明实施例1的误比特率曲线。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

请参照图1，本发明提供一种OFDM***的信道估计和均衡方法，在时间和频率同步的状态下，对来自前置的相干解调模块的输出序列，按以下步骤进行信号处理：

步骤S1:定义M表示OFDM信号的子载波数，N表示一个分组中的OFDM符号数，V1，V2均表示由M个数构成的向量，V1./V2表示V1中的各个数分别除以V2中相同位置的各个数；

步骤S2:发送端，以“N个OFDM频域符号作为一组，一个OFDM频域符号长度为M，每组的第一个OFDM频域符号位置上***导频，不发送数据”的规律，对发送的序列进行分组，使用的导频记为X1=[X1₁,X1₂,…,X1_M]；

步骤S3:接收端，对所有OFDM时域符号，都分别进行去循环前缀、傅里叶变换的处理，得到所有的OFDM频域符号；然后也以“一组N个OFDM频域符号”的规律，对傅里叶变换后的符号序列进行分组，对每一个分组，取该组的第一个OFDM频域符号，记为Y1=[Y1₁,Y1₂,…,Y1_M]，并使用发送端同组的X1，求得H1=Y1./X1；

步骤S4:对每个分组，从第二个OFDM频域符号开始，计算当前OFDM符号的信道频率响应估计值H2，并和前一个符号的信道频率响应估计值H1，按照一定的比例，进行组合计算，结果记为H2_new，用H2_new对当前符号进行均衡，然后用H2_new替代原来的H1，接着把下一个OFDM符号作为当前OFDM符号，循环该过程，直至分组中的所有OFDM符号都完成信道估计和均衡；

优选的，步骤S4具体为：

步骤S41：令i=2；

步骤S42：取该组的第i个OFDM频域符号作为当前符号，记为Y2，并求得X2=Y2./H1；

步骤S43：按照数字调制使用的星座图的映射规则，对X2进行判决，得到的复数序列，记为X2_new；

步骤S44：计算H2=Y2./X2_new；

步骤S45：计算H2_new=a*H1+b*H2，a和b均取0到1之间的实数；

步骤S46：计算X2_equ = Y2./H2_new，并按照数字调制使用的星座图的映射规则，对X2_equ进行判决，得到二进制序列，该序列作为第i个符号的均衡结果；

步骤S47：判断i是否等于N，如果不等，令H1=H2_new，i=i+1，并返回S41继续计算，否则，完成信道估计和均衡。

实施例1

OFDM的子载波数M=1024，循环前缀长度L=64，每一组的OFDM符号数N=1000，一共20个分组。信道叠加高斯白噪声。 使用QPSK的星座图，映射关系如下：00——1+i，01—— -1+i，11—— -1-i，10——1-i。使用的信道冲激响应用行矢量的形式表示为：

[0.1148 - 0.1886i，0 ，0，0.8147 + 0.0166i，0，0，0，0，-0.3245 + 0.1297i，0，0，0.0404 + 0.1520i，0，-0.3737 + 0.0260i]

下面以第1个接收符号分组的处理进行说明。其它接收分组，除了发送数据、接收数据不同之外，其它的处理和使用的公式均和第1个接收符号分组相同。

步骤S1：V1，V2均表示由M个数构成的向量，V1./V2表示V1中的各个数分别除以V2中相同位置的各个数；

步骤S2：发送端，以“N=1000个OFDM频域符号作为一组，一个OFDM频域符号长度为M=1024，每组的第一个OFDM频域符号位置上***导频，不发送数据”的规律，对发送的序列进行分组，使用的导频记为X1=[X1₁,X1₂,…,X1_M]=[1+i,1+i,...,1+i]；

步骤S3：接收端，对所有OFDM时域符号，都分别进行去循环前缀、傅里叶变换的处理，得到所有的OFDM频域符号；然后也以“一组N=1000个OFDM频域符号”的规律，对傅里叶变换后的符号序列进行分组，对每一个分组，取该组的第一个OFDM频域符号，记为Y1=[Y1₁,Y1₂,…,Y1_M]，并使用发送端同组的X1，求得H1=Y1./X1；

步骤S4：计算当前OFDM符号的信道频率响应估计值H2，并和前一个符号的信道频率响应估计值H1，按照一定的比例，进行组合计算，结果记为H2_new，用H2_new对当前符号进行均衡，然后用H2_new替代原来的H1，接着把下一个OFDM符号作为当前OFDM符号，循环过程，直至分组中的所有OFDM符号都完成信道估计和均衡；

根据上述的方法，其特征在于，所述步骤S4的具体实现过程如下：

步骤S41：令i=2；

步骤S42：取该组的第i个OFDM频域符号作为当前符号，记为Y2，并求得X2=Y2./H1；

步骤S43：按照数字调制使用的星座图的映射规则，对X2进行判决，X2中的某个复数，如果相角大于等于0，小于90度，则判为1+i，如果相角大于等于90度，小于180度，则判为-1+i，如果相角大于等于180度，小于270度，则判为-1-i，如果相角大于等于270度，小于360度，则判为1-i，X2中所有复数都判决完毕之后，新的序列，记为X2_new;

步骤S44：计算H2=Y2./X2_new；

步骤S45：计算H2_new=a*H1+b*H2，此处，取a=1，b=0.1；

步骤S46：计算X2_equ = Y2./H2_new，并按照数字调制使用的星座图的映射规则，对X2_equ进行判决，X2_equ中的某个复数，如果相角大于等于0，小于90度，则判为00，如果相角大于等于90度，小于180度，则判为01，如果相角大于等于180度，小于270度，则判为11，如果相角大于等于270度，小于360度，则判为10，X2_equ中所有复数都判决完毕之后，得到的二进制序列就是当前符号的均衡结果；

步骤S47：判断i是否等于1000，如果不等，令H1=H2_new，i=i+1，并返回S41继续计算，否则，完成信道估计和均衡。

根据上述步骤，如图2所示，得到的均衡后的误码率比传统的仅用导频的基于LS的信道估计和均衡方法，在低信噪比下，有大约1dB的增益，在高信噪比情形下，增益逐渐提高，在21dB开始，与用完全准确的信道估计值进行均衡的误码率相同，体现的本发明方法的优势。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (4)

1.一种OFDM***的信道估计和均衡方法，其特征在于，在时间和频率同步的状态下，对来自前置的相干解调模块的输出序列，按以下步骤进行信号处理：

步骤S1:定义M表示OFDM信号的子载波数，N表示一个分组中的OFDM符号数，V1，V2均表示由M个数构成的向量，V1./V2表示V1中的各个数分别除以V2中相同位置的各个数；

步骤S2:发送端，以预设规律，对发送的序列进行分组，使用的导频记为X1=[X1₁,X1₂,…,X1_M]；

步骤S3:接收端，对所有OFDM时域符号，都分别进行去循环前缀、傅里叶变换的处理，得到所有的OFDM频域符号；然后以一组N个OFDM频域符号，对傅里叶变换后的符号序列进行分组，对每一个分组，取该组的第一个OFDM频域符号，记为Y1=[Y1₁,Y1₂,…,Y1_M]，并使用发送端同组的X1，求得H1=Y1./X1;

步骤S4:对每一个分组，从第二个OFDM频域符号开始，依次计算每个符号的信道频率响应估计值，并进行均衡，直至分组中的所有符号都处理完毕。

2.根据权利要求1所述的一种OFDM***的信道估计和均衡方法，其特征在于，所述预设规律具体为：N个OFDM频域符号作为一组，一个OFDM频域符号长度为M，每组的第一个OFDM频域符号位置上***导频，不发送数据。

3.根据权利要求1所述的一种OFDM***的信道估计和均衡方法，其特征在于，所述步骤S4具体为:计算当前OFDM符号的信道频率响应估计值H2，并和前一个符号的信道频率响应估计值H1，按照预设比例，进行组合计算，结果记为H2_new，用H2_new对当前符号进行均衡，然后用H2_new替代原来的H1，接着把下一个OFDM符号作为当前OFDM符号，循环过程，直至分组中的所有OFDM符号都完成信道估计和均衡。

4.根据权利要求3所述的一种OFDM***的信道估计和均衡方法，其特征在于，所述循环过程，直至分组中的所有OFDM符号都完成信道估计和均衡，具体为：

步骤S41：令i=2；

步骤S42：取该组的第i个OFDM频域符号作为当前符号，记为Y2，并求得X2=Y2./H1；

步骤S43：按照数字调制使用的星座图的映射规则，对X2进行判决，得到的复数序列，记为X2_new；

步骤S44：计算H2=Y2./X2_new；

步骤S45：计算H2_new=a*H1+b*H2，a和b均取0到1之间的实数；

步骤S46：计算X2_equ = Y2./H2_new，并按照数字调制使用的星座图的映射规则，对X2_equ进行判决，得到二进制序列，该序列作为第i个符号的均衡结果；

步骤S47：判断i是否等于N，如果不等，令H1=H2_new，i=i+1，并返回S41继续计算，否则，完成信道估计和均衡。

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