专利名称：无线通信系统中信道冲激响应有效阶数的估计方法
技术领域：
本发明涉及一种无线通信系统中信道冲激响应有效阶数的估计方法，在基于OFDM(正交频分复用)技术的无线通信系统中，针对LS(最小二乘)信道估计算法时域估计结果的构成特点，同时结合无线信道冲激响应在时域为有限冲激响应的特点，对LS信道估计算法的时域结果进行能量检测，并进行逆向搜索以得到信道有效阶数估计值。本发明属于无线通信技术领域。
背景技术：
OFDM系统利用FFT(快速傅立叶变换)在频域完成调制、解调和信道均衡。系统在频域使用一次抽头均衡器实现信道均衡；为了获得高的比特率和信道利用率，系统调制使用高阶调制方式，解调使用高效的相关解调方式；OFDM系统要完成相关解调和信道均衡，需要通过信道估计获得信道信息。OFDM系统中信道估计算法非常多，较经典的算法包括基于Pilot(导频符号)的LS信道估计算法，基于Pilot的MMSE(最小均方误差)信道估计算法；盲信道估计方法；MIMO-OFDM(多输入多输出正交频分复用)系统信道估计算法等。这些算法中，MMSE信道估计算法是以LS信道估计算法的结果为基础，一部分MIMO-OFDM系统也使用LS信道估计算法或者以其为基础进行信道估计。同时在现有的OFDM移动通信系统中，欧洲的DVB-T和DAB采用基于Pilot的LS信道估计算法。在与LS信道估计算法密切相关的算法中，许多都需要用到信道冲激响应的有效阶数，知道信道冲激响应有效阶数可以提高OFDM系统估计频率偏移的精度，可以简化MMSE信道估计算法的复杂度；系统可以利用信道冲激响应有效阶数的估计值提高LS信道估计算法对噪声和子信道间干扰(ICI)的鲁棒性。
在目前研究的信道有效阶数的方法当中，有以下两种典型方法(1)基于信道冲激响应单调衰减的信道冲激响应有效阶数估计
Songping Wu；Bar-Ness，Y.等人在“OFDM channel estimation in the presenceof frequency offset and phase noise”(Communications，2003.ICC ′03.IEEEInternational Conference on，Volume5，2003 Page(s)3366-3370)一文中提出了一种信道冲激响应有效阶数估计的方法，按照文献中的判决标准要得到信道冲激响应有效阶数的较好估计，信道冲激响应中各阶系数的功率须具有单调下降形式；同时算法性能容易受到噪声的影响；当信道各阶系数的功率具有瑞利衰落负指数功率延迟谱时，各阶系数的衰落起伏将影响该算法的判决，算法不能很好地估计出信道冲激响应的有效阶数。
Y.Li，L.J.Cimini Jr，and N.R.Sollenberger，等人在“Robust channelestimation for OFDM systems with rapid dispersive fading channels”(IEEE Trans.onCom.，vol.46，pp.902-915，Jul.1998.)中提出的信道冲激响应有效阶数的判定准则能够有效地检测各种信道的有效阶数，算法的前提条件是获得精度较高的自相关矩阵。在移动通信系统中，由于信道的时变性，精度较高的自相关矩阵很难得到。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种无线通信系统中信道冲激响应有效阶数的估计方法，该方法不依赖于信道冲激响应的的单调性，并且不易受噪声影响，能够提高对信道有效阶数进行估计的精度。
为了实现上述目的，本发明首先在时域采用最小二乘法得到估计的信道冲激响应序列，并对信道冲激响应序列中的每个元素求模，得到信道冲激响应的能量序列。然后在能量序列中选择一个基准元素，将基准元素及其之前的若干个元素求和，再将基准元素后面的全部元素求和，利用两个和的比值来定义有效阶数判决门限。若有效阶数判决门限小于阈值，则把原基准元素后面相邻的元素定为新的基准元素，继续进行求和并确定新的有效阶数判决门限；若有效阶数判决门限大于阈值，则原先选定的基准元素所对应的序号即为信道冲激响应的有效阶数。
本发明的方法包括如下具体步骤
(1)根据系统发射端导频序列及接收端与导频序列对应的响应序列，采用最小二乘法得到估计的信道冲激响应序列。
(2)对估计得到的信道冲激响应序列中的每一个元素做求模运算，得到信道冲激响应的能量序列。
(3)在信道冲激响应的能量序列中，选择位于序列中间的一个元素为基准元素，将基准元素及基准元素前的n个元素进行求和运算，再将基准元素后面的全部元素求和，将前后两个和进行比较得到一个比值；将信道冲激响应序列长度减去基准元素的序号得到一个差值，将前面所得比值和所得差值相乘得到一个乘积，将该乘积的二十分之一定义为有效阶数判决门限。其中，n取值为5～10。
(4)根据期望的信道冲激响应有效阶数的估计概率确定一个阈值，若有效阶数判决门限小于阈值，则把原先选定的基准元素后面相邻的元素定为新的基准元素，继续步骤3的处理；若有效阶数判决门限大于阈值，则原先选定的基准元素所对应的序号即为信道冲激响应的有效阶数。
本发明中，阈值的选定根据期望的信道冲激响应有效阶数的估计概率确定，可在2.5～2.6中选择。当期望的信道冲激响应有效阶数的估计概率达到90％时阈值为2.55，阈值越高，虚警概率越低，但具有相同功率的估计概率也要降低；反之，阈值降低，具有相同功率的信道冲激响应有效系数的估计概率越高，同时虚警概率也要提高。
本发明的信道冲激响应有效阶数估计方法中，采用信道冲激响应的能量作为估计对象，并对信道冲激响应的能量进行局部累加，降低了信道各阶系数的衰落起伏对算法判决结果的影响，降低了算法对噪声的敏感性，因此信道有效阶数的估计性能得到提高。本发明方法能够更好地估计具有瑞利衰落负指数功率延迟谱的移动通信信道的有效阶数，能够减小噪声对阶数估计结果的影响。
图1为本发明实施例的信道冲激响应有效阶数估计对象的曲线图。
图1中，信道冲激响应各阶系数幅值c＝0.08。
图2为本发明对信道冲激响应有效阶数估计的结果和已有文献对信道冲激响应有效阶数估计的结果比较。
图2中，横坐标表示估计的有效阶数，纵坐标表示估计的概率。
具体实施例方式
以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
图1给出实施例中的估计对象，信道冲激响应各阶系数幅值c＝0.08。
按照本发明提出的信道冲激响应有效阶数的估计方法，具体实施步骤如下(1)根据系统发射端的导频序列Xp及接收端与导频序列对应的响应序列Yp，采用LS最小二乘法得到估计的信道冲激响应序列 根据LS方法，按照Min{(Yp-XpFph)H(Yp-XpFph)}估计得到信道冲激响应序列h^ls=FPHXP-1YP.]]>其中，Xp为系统发射端发射的导频序列；Yp为系统接收端与发射端导频序列相应的响应序列；Fp为快速傅立叶变换矩阵。
(2)对估计得到的信道冲激响应序列 中的每一个元素做求模运算H^lss=|h)ls(s)|2,]]>得到信道冲激响应的能量序列H)ls=H)ls1H)ls2LH)lss.]]>(3)在信道冲激响应的能量序列中，选择位于序列中间的一个元素为基准元素，将基准元素及基准元素前的n个元素进行求和运算，再将基准元素后面的全部元素求和，将前后两个和进行比较。本实施例中，选定距离信道冲激响应的能量序列术尾为15的元素为基准元素，n＝9。即将基准元素及基准元素前面的9个元素共10个元素进行求和运算，再将基准元素后面的全部元素求和，将前后两个和进行比较得到一个比值；将信道冲激响应序列长度减去基准元素的序号得到一个差值，将前面所得比值和所得差值相乘得到一个乘积，将该乘积的二十分之一定义为有效阶数判决门限ks，即(Σs-9sH^LSs)/2*10(Σk=s+1NpH^LSk)/(2*(Np-s))]]>比值结果记为ks。
其中，Np为估计的信道冲激响应序列长度，s为信道冲激响应序列中基准元素所在的序号。
(4)根据期望的信道冲激响应有效阶数的估计概率确定一个阈值，实施例中取2.55。若有效阶数判决门限ks小于阈值，则把原先选定的基准元素后面相邻的元素定为新的基准元素，继续步骤3的处理；若有效阶数判决门限ks大于阈值，则原先选定的基准元素所对应的序号s即为信道冲激响应的有效阶数。
本实施例中，得到的作为有效阶数判决门限ks中s的取值从Np-15开始，递减到1；s的递减步长取为1。第一次满足ks≥2.55条件时的s值即被判为信道冲激响应的有效阶数。
本发明中，阈值的选定根据期望的信道冲激响应有效阶数的估计概率确定，可在2.5～2.6中选择。当期望的信道冲激响应有效阶数的估计概率达到90％时阈值为2.55，阈值越高，虚警概率越低，但具有相同功率的估计概率也要降低；反之，阈值降低，具有相同功率的信道冲激响应有效系数的估计概率越高，同时虚警概率也要提高。
图2给出的是本发明对信道冲激响应有效阶数估计的结果，同时给出了采用背景技术部分提及的已有文献基于信道冲激响应单调衰减的信道冲激响应有效阶数估计方法得到的估计结果。图2中横坐标表示估计的有效阶数，纵坐标表示估计的概率。将两种方法得到的结果进行比较可以看出，本发明能够对信道有效阶数进行有效的估计，性能优于已有文献所提供的方法。
综上所述，本发明提出的信道冲激响应有效阶数估计方法，可提高无线信道估计的精度，增强无线通信系统的性能。
权利要求
1.一种无线通信系统中信道冲激响应有效阶数的估计方法，其特征在于包括如下步骤1)根据系统发射端导频序列及接收端与导频序列对应的响应序列，采用最小二乘法得到估计的信道冲激响应序列；2)对估计得到的信道冲激响应序列中的每一个元素做求模运算，得到信道冲激响应的能量序列；3)在信道冲激响应的能量序列中，选择位于序列中间的一个元素为基准元素，将基准元素及基准元素前的n个元素进行求和运算，再将基准元素后面的全部元素求和，将前后两个和进行比较得到一个比值；将信道冲激响应序列长度减去基准元素的序号得到一个差值，将前面所得比值和所得差值相乘得到一个乘积，将该乘积的二十分之一定义为有效阶数判决门限；其中，n取值为5～10；4)根据期望的信道冲激响应有效阶数的估计概率确定一个阈值，若有效阶数判决门限小于阈值，则把原先选定的基准元素后面相邻的元素定为新的基准元素，继续步骤3的处理；若有效阶数判决门限大于阈值，则原先选定的基准元素所对应的序号即为信道冲激响应的有效阶数。
2.根据权利要求1的无线通信系统中信道冲激响应有效阶数的估计方法，其特征在于所述阈值选择2.55。
全文摘要
本发明涉及一种无线通信系统中信道冲激响应有效阶数的估计方法，采用最小二乘法得到估计的信道冲激响应序列并对序列中的每个元素求模，得到信道冲激响应的能量序列，在能量序列中选择一个基准元素，将基准元素及其之前的若干个元素求和，再将基准元素后面的全部元素求和，利用两个和的比值来定义有效阶数判决门限。若此判决门限小于阈值，则把基准元素后面相邻的元素定为新的基准元素，继续进行求和并确定新的有效阶数判决门限；若有效阶数判决门限大于阈值，则基准元素所对应的序号即为信道冲激响应的有效阶数。本发明根据信道冲激响应能量估计结果进行逆向搜索，并给出概率意义上的最佳判决门限，能够提高无线信道冲激响应有效阶数的估计性能。
文档编号H04L27/26GK1863180SQ20061002668
公开日2006年11月15日 申请日期2006年5月18日 优先权日2006年5月18日
发明者何晨, 袁清升, 蒋铃鸽 申请人:上海交通大学