一种应用于正交频分复用系统的信道估计方法.pdf

本发明公开了一种应用于正交频分复用系统的信道估计方法，包括以下步骤：10）根据导频点已知的发送信号和接收信号，估计导频点的信道值；20）根据步骤10）估计的导频点的信道值预测边界外的虚拟导频点的信道值；30）根据步骤10）估计的导频点的信道值预测直流子载波两侧的虚拟导频点的信道值；40）利用步骤10）得到的真实导频点的信道值以及步骤20）和步骤30）得到的虚拟导频点的信道值，估计数据点的信道值。该信道估计方法利用了边界子载波附近的强相关导频点信息，降低了边界效应；还考虑到直流子载波存在的特殊情况，使用虚拟导频点代替那些间距不等的真实导频点，有效抑制了直流子载波效应。

权利要求书一种应用于正交频分复用系统的信道估计方法，其特征在于，该信道估计方法包括以下步骤：10）设正交频分复用系统的导频点的数量为N，直流子载波的位置处于第D号导频点和第D+1号导频点之间，N为大于等于3的整数，且D+1<N；根据导频点已知的发送信号和接收信号，估计导频点的信道值；20）根据步骤10）估计的导频点的信道值预测边界外的虚拟导频点的信道值；30）根据步骤10）估计的导频点的信道值预测直流子载波两侧的虚拟导频点的信道值；40）利用步骤10）得到的真实导频点的信道值以及步骤20）和步骤30）得到的虚拟导频点的信道值，估计数据点的信道值。根据权利要求1所述的应用于正交频分复用系统的信道估计方法，其特征在于，在所述的步骤10）中，采用如式（1）所示的最小二乘准则估计导频点的信道值，H^p=[Y(k)/X(k)]T]]>式（1）其中，为最小二乘准则估计出的导频点信道值；Y(k)为第k个导频点的接收信号；X(k)为第k个导频点的发送信号，k=1,2,…N；T为数学符号，表示转置。根据权利要求1所述的应用于正交频分复用系统的信道估计方法，其特征在于，所述的步骤20）包括如下步骤：201）采用M阶的自回归模型进行前向预测：首先，利用估计出的第1号至第M号导频点的信道值，预测位于第1号导频点前一个虚拟导频点的信道值，标记为第0号导频点的信道值；M的取值范围为1<M<N，且M为整数；然后，利用估计出的第0号至第M‑1号导频点的信道值，预测位于第0号导频点前一个虚拟导频点的信道值，标记为第‑1号导频点的信道值；依次递推，直至预测出第‑M/2+1号导频点的信道值；202）采用M阶的自回归模型进行后向预测：首先，利用估计出的第N‑M+1号至第N号导频点的信道值，预测位于第N号导频点后一个虚拟导频点的信道值，标记为第N+1号导频点的信道值；然后，利用估计出的第N‑M+2号至第N+1号导频点的信道值，预测位于N+1号导频点后一个虚拟导频点的信道值，标记为第N+2号导频点的信道值；依次递推，直至预测出第N+M/2号导频点的信道值。根据权利要求1所述的应用于正交频分复用系统的信道估计方法，其特征在于，所述的步骤30）包括以下步骤：301）采用M阶的自回归模型进行前向预测：3011）利用估计出的第D+1号至第D+M号导频点的信道值，估计位于第D+1号导频点前一个数据子载波上的虚拟导频点的信道值；3012）利用估计出的第D+2号至第D+M+1号导频点的信道值，估计位于第D+2号导频点前一个数据子载波上的虚拟导频点的信道值；3013）依此类推，直到预测出第D+M/2号导频点前一个数据子载波上的虚拟导频点的信道值，从而得到第D+1号至第D+M/2号共M/2个位于直流子载波后面的虚拟导频点的信道值；302）采用M阶的自回归模型进行后向预测：3021）利用估计出的第D‑M+1号至第D号导频点的信道值，估计位于第D号导频点后一个数据子载波上的虚拟导频点的信道值；3022）利用估计出的第D‑M号至第D‑1号导频点的信道值，估计位于第D‑1号导频点后一个数据子载波上的虚拟导频点的信道值；3023）依此类推，直到估计出第D‑M/2+1号导频点后一个数据子载波上的虚拟导频点的信道值，从而得到第D‑M/2+1号至第D号共M/2个位于直流子载波前面的虚拟导频点的信道值。根据权利要求1所述的应用于正交频分复用系统的信道估计方法，其特征在于，所述的步骤40），根据M阶自回归滑动平均模型，对于位于第k号导频点和第k+1号导频点之间的子载波，其信道值由位于该子载波两边各M/2个导频点的信道值加权相加得到，加权系数为滤波系数。根据权利要求5所述的应用于正交频分复用系统的信道估计方法，其特征在于，若k<M/2，选择第k‑M/2+1号至第0号的边界外虚拟导频点与第1号至第k+M/2号真实导频点组合成的导频序列，进行滤波，得到信道值；若k>N‑M/2，选择第k‑M/2+1号至第N号真实导频点与第N+1号至第k+M/2号的边界外虚拟导频点组合成的导频序列，进行滤波，得到信道值；若k>D‑M/2，且待估计数据点子载波位于直流子载波之前，选择第k‑M/2+1号至第D号的真实导频点与第D+1号至第k+M/2号直流子载波后虚拟导频点组合成的导频序列，进行滤波，得到信道值；若k<D+M/2，且待估计数据点子载波位于直流子载波之后，选择第k‑M/2+1号至第D号的直流子载波前虚拟导频点与第D+1号至第k+M/2号真实导频点组合成的导频序列，进行滤波，得到信道值；对于位于其他位置的数据点子载波，选择两边各M/2个真实导频点为导频序列，进行滤波，得到信道值。根据权利要求2至6任一项所述的应用于正交频分复用系统的信道估计方法，其特征在于，所述的自回归模型和自回归滑动平均模型都为最小均方意义上的线性滤波，采用自回归模型和自回归滑动平均模型进行信道估计时，采用M阶线性最小均方误差准则，如式（2）所示，H^LMMSE=cHH^p=RHHp(RHpHp+βSNRI)-1H^p]]>式（2）其中，为数据点的信道值，c为M×1阶滤波系数向量，为M×1阶用于滤波的导频点的信道值向量，为1×M阶数据点与导频点向量的互相关向量，为M×M阶导频点的自相关矩阵，β为调制系数，SNR为信噪比，I为单位阵。

说明书一种应用于正交频分复用系统的信道估计方法 
技术领域
本发明属于正交频分复用系统中信道估计技术领域，具体来说，涉及一种应用于正交频分复用系统的信道估计方法。 
背景技术
信道估计是对移动通信信道的多径衰落瞬时响应进行估计的技术，也就是从接收信号中估计出信道的冲激响应。信道估计技术是正交频分复用（英文全称为Orthogonal Frequency Division Multiplexing，简称为OFDM）系统的关键技术之一，也是系统可靠性与有效性的保障。 
目前，OFDM系统的信道估计方法主要是基于导频信号的信道估计，OFDM系统对导频信号在点阵结构中等距离排列以实现信道最优估计。估计过程主要是先估计出导频点处信道值，然后再由导频点信道值估计数据点处的信道值。信道估计准则主要有最小二乘(英文全称为Least Square，简称为LS)准则、线性最小均方误差(英文全称为Linear Minimum Mean Square Error，简称为LMMSE)准则等。其中LS算法简单，但受噪声和符号间干扰的影响很大。为了提高信道估计精度，主要使用LMMSE估计准则，但是其计算复杂度较高。 
为了便于实现，一般实际系统中，对基于导频信号的OFDM系统信道估计时，首先利用LS算法估计导频点信道值，然后使用简化的LMMSE算法估计数据点信道值。简化的LMMSE算法主要包括：利用矩形模型来模拟信道延时谱、仅利用数据点周围强相关导频点信息进行估计等。此外，这些算法还利用了导频点等距排列的特征减少LMMSE滤波系数的存储量。 
对于边界子载波附近的数据点，由于它们与用于估计的导频点位置关系各不相同，因此滤波系数也不同，为了降低存储量和计算量，这些算法一般都对边界附近子载波估计采用了进一步降低LMMSE滤波阶数的方法。然而，边界子载波附近的数据点信道估计可用信息少于一般的子载波，这种情况下再降低边界估计时候的滤波阶数，会带来边界估计性能的严重恶化。 
为了避开系统中的直流干扰，实际OFDM系统中在数据中间位置插有直流子载波。直流子载波不用于传输信息，它的存在造成了可用子载波的不连续性，由 于它仅占一个子载波的空间，这些算法直接忽略直流子载波的对整个信道估计的影响。但是，对于高信噪比下、时延较大的信道，相关系数对LMMSE滤波系数起主要影响，而子载波间隔正是影响了滤波系数计算中的相关系数，因此这种情形下直流子载波位置附近的信道估计性能也很差。 
发明内容
技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种应用于正交频分复用系统的信道估计方法，该信道估计方法利用了边界子载波附近的强相关导频点信息，很好地降低了边界效应；还考虑到直流子载波存在的特殊情况，使用虚拟导频点代替那些间距不等的真实导频点，有效抑制了直流子载波效应，解决现有信道估计方法边界子载波附近和直流子载波附近性能较差的问题。 
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是： 
一种应用于正交频分复用系统的信道估计方法，该信道估计方法包括以下步骤： 
10）设正交频分复用系统的导频点的数量为N，直流子载波的位置处于第D号导频点和第D+1号导频点之间，N为大于等于3的整数，且D+1<N；根据导频点已知的发送信号和接收信号，估计导频点的信道值； 
20）根据步骤10）估计的导频点的信道值预测边界外的虚拟导频点的信道值； 
30）根据步骤10）估计的导频点的信道值预测直流子载波两侧的虚拟导频点的信道值； 
40）利用步骤10）得到的真实导频点的信道值以及步骤20）和步骤30）得到的虚拟导频点的信道值，估计数据点的信道值。 
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： 
1.降低了边界效应。本发明所提出的信道估计方法对于边界附近数据点进行信道估计时，利用已知导频点预测边界外的虚拟导频点信道值，并将虚拟导频点与真实导频点结合共同用于数据点的信道估计，这样充分利用了边界子载波附近的强相关导频点信息，很好地降低了边界效应。 
2.有效抑制了直流子载波效应。本发明对直流子载波附近数据点信道估计时充分考虑到了直流子载波导致的导频点间距不等的情况，对估计进行了特殊处 理：先利用已知导频点预测直流子载波两侧的虚拟导频点信道值，然后将虚拟导频点与真实导频点结合组成的间距相等的导频序列，再利用此导频序列进行数据点的信道估计，可以有效抑制直流子载波效应。 
3.信道估计方法更加高效简便。针对边界效应和直流子载波效应，本方法统一采用了预测虚拟导频点的方法，在进行信道估计的时候，使用虚拟导频点与真实导频点结合的方法，使得边界附近数据点和直流子载波附近数据点能够与一般数据点采用同样的滤波系数，使得信道估计更加高效简便。 
4.本发明中预测同一边界外虚拟导频点时，每预测一个虚拟导频点时所用到的导频点序列之间的距离特征不变，因此预测所用滤波系数相同，从而减少了存储量。 
5.本发明中预测直流子载波同一侧的虚拟导频点时，每预测一个虚拟导频点时所用到的导频点序列之间的距离特征不变，因此预测所用滤波系数相同，从而减少了存储量。 
6.本发明中，若待估计的数据子载波与所用到的导频点序列之间的距离特征相同，则这些待估计的数据子载波信道估计时所用滤波系数相同，从而减少了存储量。 
附图说明
图1为本发明的信道估计流程图。 
图2为本发明例举的实施例中OFDM系统导频点示意图。 
图3为本发明例举的实施例中，使用本发明预测边界外虚拟导频点示意图。 
图4为本发明例举的实施例中，使用本发明预测直流子载波附近虚拟导频点示意图。 
具体实施方式
下面结合附图，以一具体实例说明本发明的具体实施方式，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。 
如图1所示，一种应用于正交频分复用系统的信道估计方法，包括以下步骤： 
10）设正交频分复用系统的导频点的数量为N，直流子载波的位置处于第D号导频点和第D+1号导频点之间，N为大于等于3的整数，且D+1<N；根据导频点已知的发送信号和接收信号，估计导频点的信道值。 
在步骤10）中，采用如式（1）所示的最小二乘准则估计导频点的信道值，