专利名称：一种单载波频域均衡系统中信道追踪的方法
技术领域：
本发明涉及无线通信领域，特别是涉及一种单载波频域均衡系统中信道追踪的方法。
背景技术：
按照国际无线电咨询委员会CCIR(Consultative Committee of InternationalRadio)的划分，短波是指波长在100m 10m(频率为3MHz 30MHz)的电磁 波。利用短波进行的无线电通信称为短波通信。 短波通信都是采用天波传输的形式，也就是依靠电离层的一次或多次反射进行通 信，因此存在着严重的多径效应。短波的天波信道是变参信道，信号传输稳定性差。短波无 线电通信主要是依赖电离层进行远距离信号传输的，电离层作为信号反射媒质的弱点是参 量的可变性很大。它的特点是路径损耗、延时扩展、噪声和干扰，都随昼夜、频率、地点而不 断变化。电离层的变化使信号产生衰落，衰落的幅度和频次不断变化。因此信道的时变特 性相当强。 新一代短波通信系统主要是高速短波数字通信系统，存在并行和串行两种体制。 并行体制的主要思想就是将短波信道分割成若干并行的子信道，在每个子信道上传送一个 副载波，采用频分正交调制，用多个副载波并行传输的方法提高速率，又称为多音。串行体 制采用单一载波的发送方式，也称为单音，串行体制下要达到比较高的速率，码间串扰将十 分严重，同时考虑到信道较强的时变特性，应该采用适当的自适应均衡技术。串行体制中的 单载波频域均衡(SC-FDE， Single Carrier-Frequency Domain Equalization)系统是宽带 无线传输中一种很有效的对抗多径干扰的方法，适合采用自适应频域均衡技术对抗信道时 变特性。 均衡技术的核心问题就是补偿信道失真，而频域均衡着眼于补偿信道频域响应失 真，因此其核心问题就是估计当前信道频域响应以获取信道补偿系数(均衡系数)。自适应 频域均衡技术是基于SC-FDE技术提出的，其核心思想就是通过跟踪信道估计来自适应调 整均衡系数来补偿信道失真。最常用的自适应均衡算法主要有最小均方算法(LMS)或递归 最小二乘算法(RLS)。 LMS算法思想来源于最小均方误差准则，LMS算法收敛速度较慢，但是对短波信道 具有一定的跟踪能力，收敛时的稳态误差较小；RLS算法是基于最小二乘准则，RLS算法的 特点是收敛速度快，但是稳态误差大，跟踪性能很低，容易失调。跟踪过程中，如果单采用 LMS算法，虽然收敛时的稳态误差较小，但存在收敛速度较慢的缺点；如果单采用LMS算法， 虽然收敛速度快，但存在稳态误差大、跟踪性能很低、容易失调的缺点。
发明内容
本发明提供一种单载波频域均衡系统中信道追踪的方法，用以解决现有技术中存 在单独使用LMS算法或RLS算法都无法满足使用要求的问题。
为达上述目的，本发明提供一种单载波频域均衡系统中信道追踪的方法，所述方 法包括以下步骤 根据数据帧中的前导块序列，获取初始频域均衡系数W。 = W工=1/H ;
接收到第一包数据巧时，采用递归最小二乘算法进行信道追踪；
当接收第n包数据rn时，根据W。、 W"判断频域均衡系数Wn与Wn—工的差值的方差 o (Wn_Wn—》是否小于预先设置的阈值om，如果是，则根据最小均方算法得到频域均衡系数 W^，进行信道追踪；否则，根据递归最小二乘算法得到频域均衡系数W^，进行信道追踪；其 中，n为数据包的编号，n大于等于1。 进一步，所述前导块序列为UW序列，u = [u(l)， ... ， u(M)]，其傅立叶变化值为: Ufft = [U(l)…誦]。 进一步，根据数据帧中的前导块序列，得到频域均衡系数W。 = W工=1/H，具体包 括接收端接收的前导块对应的接收数据为r二 [r(l)...r(M)]，对向量r进行傅立叶
变换，得到Rfft: Rfft = [R(l) ， ， R(M)] = FFT(r);
根据Rfft、 Ufft，获取信道估计频域响应H : i/ = ," ",)] = ~ /"伊=尝雖)/f/("), 根据H，获取初始频域均衡系数W。、 W工
『。=『1=l/i/ = ^ 其中，IT为H的共轭；|H|为对向量H求模。 进一步，当接收第n包数据rn时，首先，根据Wn和rn，获取误差en。 进一步，根据Wn和rn，获取误差en，具体包括以下步骤 对rn做快速傅里叶变换得到序列Rn : Rn = FFT (rn); 根据Rn，获取均衡输出序列Zn : Zn = Wn Rn ; 对均衡输出序列Zn进行快速傅里叶逆变换，得到时域输出序列zn : zn = IFFT (Zn); 对时域输出序列zn进行解码，得到判决序列dn : dn = Dec [zn]; 根据判决序列dn和时域输出序列zn，获取误差序列en : en = dn_zn。 进一步，根据最小均方算法得到频域均衡系数W^，具体包括以下步骤 对误差序列en做快速傅里叶变换，得到E = FFT (en); 根据E，获取频域均衡系数Wn+1 : Wn+1 = Wn+ ii E Rn 其中，ii为用来控制自适应速度和稳定性的增益常数。
进一步，ii = 0. 03。 进一步，根据递归最小二乘算法得到频域均衡系数Ww，具体包括以下步骤 对误差序列en做快速傅里叶变换，得到序列E = FFT (en); 计算卡尔曼增益向量K:
K— △《 a + a.|r 「; 其中，A为相关序列，A为用来控制自适应速度和稳定性的增益常数，lf为R的 共轭； 更新A序列，对A进行迭代计算 ;l + a.|r 「. 根据Wn、 K、 E，获取频域均衡系数Wn+1 :
Wn+1 = Wn+K E 进一步，A = 0. 8， A序列初始值为
O.Ol-[l，l，...，l] 进一步，o m = 0. 1。
本发明有益效果如下 本发明对接收的第一包数据采用RLS算法进行快速收敛，在达到收敛后，采用跟 踪精度高、稳定性强的LMS算法进行跟踪，这样就结合了两者之间的优点，不仅跟踪速度 快，而且收敛精度高，保持较小的稳态误差和较好的跟踪性能，相比RLS算法还降低了计算 复杂度。
图1为本发明一种单载波频域均衡系统中信道追踪的方法的流程图；
图2为一帧数据的结构示意图。
具体实施例方式
以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述 的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。 在信道估计方面，对于变化较快的信道，都希望能找到一种收敛速度快，并且收敛 时稳态误差小、跟踪性能高的跟踪方法。跟踪主要分为两个阶段，先后顺序为收敛阶段和稳 态阶段，由于短波通信较强的时变特性，要求信道估计算法有快的收敛速度，因此需要用收 敛速度快的RLS算法，但考虑到LMS算法在均方差和失调的意义表现出来的优异的跟踪性 能，本发明提出了先采用RLS让估计器收敛，再用LMS跟踪信道变化的跟踪方法，即RLS和 LMS联合算法。 如图2所示，SC-FDE技术以符号块结构发送信号，需要在数据块中插入循环前缀
并进行频域均衡。其中一帧数据由l个前导块和若干个数据包组成。
本实施例针对上述数据帧，涉及一种针对短波信道的时变特性的单载波频域均衡 系统中信道追踪的方法，包括以下步骤 步骤S101，根据数据帧中的前导块序列，获取初始频域均衡系数W。 = W工=1/H。
前导块序列为UW序列，u = [u(l)， ... ， u(M)]，其傅立叶变化值为Ufft = [U(l). . . U(M) ] 。 UW序列独特字(Unique Word)序列， 一般为IEEE802. 16a标准规定的chu 序歹lj 、 frank-zadaf f序歹lj 、 PN序歹lj 。 根据数据帧中的前导块序列，得到频域均衡系数W。 = W工=1/H，具体包括
接收端接收的前导块对应的接收数据为r二 [r(l)...r(M)]，对向量r进行傅立叶 变换，得到Rfft: Rfft = [R(l) ， ， R(M) ] = FFT (r);
根据Rfft、 Ufft，获取信道估计频域响应H :"=…,翠)]=~ / = |j雖)/ "("). 根据H，获取初始频域均衡系数W。、 : ^=^=1/^ = ^ 其中，IT为H的共轭；|H|为对向量H求模。 步骤S102，接收到第一包数据巧时，采用递归最小二乘算法(RLS)进行信道追踪。 采用RLS算法先进行快速收敛，能够达到跟踪速度快的优点。 步骤S103，当接收第n(其中，n为数据包的编号，n大于等于l)包数据^时，根 据W。、Wp判断频域均衡系数Wn与Wn—J勺差值的方差o (Wn_Wn—》是否小于预先设置的阈值 o m，如果是，则转步骤S104 ;否则，则转步骤S105。 《-d) = 艺K (/) - vv —, (/))2 其中，Wn为当前的频域均衡系数，Wn—工为上一次更新时的频域均衡系数，频域均衡
系数是个向量，Wn二 [wn(l)，... ，wn(M)]，i = 1，2，......，M。方差值越大表明两次均衡系
数的变化越大， 信道跟踪功能是对Wn进行跟踪，并不断更新，由于RLS收敛速度快，当Wn迅速收敛 后，更新前后的W值的变化将很小，因此通过比较更新前后的Wn值的变化来判定是否需要
改变跟踪算法。而更新前后Wn的差值的方差能准确指示出Wn值的变化。
一般Om取值为
o m = 0. 1。 计算频域均衡系数Wn+1时，需要误差en，因此，首先，需要根据WjP rn，获取误差en， 具体包括以下步骤 对rn做快速傅里叶变换得到序列Rn : Rn = FFT (rn); 根据Rn，获取均衡输出序列Zn : Zn = Wn Rn ; 对均衡输出序列Zn进行快速傅里叶逆变换，得到时域输出序列zn : zn = IFFT (Zn);
对时域输出序列、进行解码，得到判决序列dn :
dn = Dec [zn]; 根据判决序列dn和时域输出序列zn，获取误差序列en :
en = dn_zn。 步骤S104，则根据最小均方(LMS)算法得到频域均衡系数Wn+1，进行信道追踪，具 体包括以下步骤 对误差序列en做快速傅里叶变换，得到E = FFT (en);
根据E，获取频域均衡系数Wn+1 :
Wn+1 = Wn+ ii E Rn 其中，ii为用来控制自适应速度和稳定性的增益常数。本实施例，P =0.03。
步骤S105，根据递归最小二乘算法得到频域均衡系数W^，进行信道追踪；具体包 括以下步骤 对误差序列en做快速傅里叶变换，得到序列E = FFT (en); 计算卡尔曼增益向量K: △ r—*
k=
共轭；
其中，A为相关序列，A为用来控制自适应速度和稳定性的增益常数，lf为R的
更新A序列，对A进行迭代计算 a
a
a+a-Ir |2
根据Wn、 K、 E，获取频域均衡系数Wn+1 : Wn+1 = Wn+K E。
本实施例中，A =0.8， A越大，收敛速度越快，但是越不稳定，越容易失调。A序 ^,、 A/ &、， O.Ol-[l,l，...，ll
列初始值为 ^v^J
M o 上述方法中，RLS算法和LMS算法是现有技术，是基本的自适应迭代算法，本发明 主要是针对上述算法，选取合适的参数，进而得到更优的效果。 由于可以根据前导块先计算出W。、 W"因此，当n = 1时，根据递归最小二乘算法， 即可得到W2，并且，可以计算得到e2。当n = 2时，即首先需要判断W2与W工的差值的方差 o (W2-W》是否小于预先设置的阈值om，如果是，则根据最小均方算法得到频域均衡系数 W3，否则，则根据递归最小二乘算法得到频域均衡系数W3，依次类推，求出接收各个数据包时 的频域均衡系数Wn。 RLS算法收敛速度块，但是跟踪精度低，稳定性差，而LMS算法收敛速度慢，但是跟 踪精度高，稳定性高。先用RLS算法进行快速收敛，在达到收敛后进行跟踪精度高稳定性强 的LMS算法进行跟踪，这样就同时具备了 LMS和RLS的优点，在保证信道估计收敛速度快的 同时，还能保证信道估计的精度，保持较小的稳态误差和较好的跟踪性能。相比RLS算法还 降低了计算复杂度。而判定RLS算法是否收敛的准则就是利用均衡系数的差分值的方差来
8判定。若相邻两次均衡系数的差分值的方差大，则表明处于快速收敛阶段，当相邻两次均衡 系数的差分值小，则表明处于稳态阶段。 此方法不仅针对短波信道，也适用于时变特性较强的信道。 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精 神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围 之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
一种单载波频域均衡系统中信道追踪的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤根据数据帧中的前导块序列，获取初始频域均衡系数W0＝W1＝1/H；接收到第一包数据r1时，采用递归最小二乘算法进行信道追踪；当接收第n包数据rn时，根据W0、W1，判断频域均衡系数Wn与Wn-1的差值的方差σ(Wn-Wn-1)是否小于预先设置的阈值σm，如果是，则根据最小均方算法得到频域均衡系数Wn+1，进行信道追踪；否则，根据递归最小二乘算法得到频域均衡系数Wn+1，进行信道追踪；其中，n为数据包的编号，n大于等于1。
2. 如权利要求1所述的单载波频域均衡系统中信道追踪的方法，其特征在于，所述前导块序列为UW序列，u = [u (1) ， . . . ， u (M)]，其傅立叶变化值为Ufft = [U (1). . . U (M)]。
3. 如权利要求2所述的单载波频域均衡系统中信道追踪的方法，其特征在于，根据数据帧中的前导块序列，得到频域均衡系数W。 = W工=1/H，具体包括接收端接收的前导块对应的接收数据为r = [r (1). . . r (M)]，对向量r进行傅立叶变换，得到Rfft :Rfft= [R(1)，…，R(M)] =FFT(r);根据Rfft、 Ufft，获取信道估计频域响应H ://=剛,…,舉)]=及,/"//(=|;雖)/"(")根据H，获取初始频域均衡系数W。、 W工。1 间2;其中，tf为H的共轭；lHl为对向量H求模。
4. 如权利要求1所述的单载波频域均衡系统中信道追踪的方法，其特征在于，当接收第n包数据rn时，首先，根据Wn和rn，获取误差en。
5. 如权利要求4所述的单载波频域均衡系统中信道追踪的方法，其特征在于，根据Wn和rn，获取误差en，具体包括以下步骤对rn做快速傅里叶变换得到序列Rn :Rn = FFT(rn);根据Rn，获取均衡输出序列Zn :Zn = Wn Rn ;对均衡输出序列Zn进行快速傅里叶逆变换，得到时域输出序列Zn :zn = IFFT (Zn);对时域输出序列、进行解码，得到判决序列《dn = Dec [zn];根据判决序列《和时域输出序列Zn，获取误差序列en :en = dn-zn。
6. 如权利要求5所述的单载波频域均衡系统中信道追踪的方法，其特征在于，根据最小均方算法得到频域均衡系数wn+1，具体包括以下步骤对误差序列en做快速傅里叶变换，得到E = FFT(en);根据E，获取频域均衡系数W^:<formula>formula see original document page 3</formula>其中，P为用来控制自适应速度和稳定性的增益常数。
7. 如权利要求6所述的单载波频域均衡系统中信道追踪的方法，其特征在于，= 0. 03。
8. 如权利要求5所述的单载波频域均衡系统中信道追踪的方法，其特征在于，根据递归最小二乘算法得到频域均衡系数Wn+1，具体包括以下步骤 对误差序列en做快速傅里叶变换，得到序列E = FFT(en); 计算卡尔曼增益向量K:<formula>formula see original document page 3</formula>其中，A为相关序列，A为用来控制自适应速度和稳定性的增益常数，lf为R的共轭；更新A序列，对A进行迭代计算<formula>formula see original document page 3</formula>根据Wn、 K、 E，获取频域均衡系数Wn+1 : Wn+1 = Wn+K E。
9.如权利要求8所述的单载波频域均衡系统中信道追踪的方法，其特征在于，A = 0. 8， A序列初始值为 <formula>formula see original document page 3</formula>
10.如权利要求1 9任一项所述的单载波频域均衡系统中信道追踪的方法，其特征在 于，o m = 0. 1。
全文摘要
本发明公开了一种单载波频域均衡系统中信道追踪的方法，包括根据数据帧中的前导块序列，获取初始频域均衡系数W0＝W1＝1/H；接收到第一包数据r1时，采用递归最小二乘算法进行信道追踪；当接收第n包数据rn时，根据W0、W1，判断频域均衡系数Wn与Wn-1的差值的方差σ(Wn-Wn-1)是否小于预先设置的阈值σm，如果是，则根据最小均方算法得到频域均衡系数Wn+1，进行信道追踪；否则，根据递归最小二乘算法得到频域均衡系数Wn+1，进行信道追踪。本发明对接收的第一包数据采用RLS算法进行快速收敛，在达到收敛后，采用LMS算法进行跟踪，结合了两种算法的优点，不仅跟踪速度快，而且收敛精度高，保持较小的稳态误差和较好的跟踪性能，相比RLS算法，还降低了计算复杂度。
文档编号H04L1/02GK101741783SQ200910243889
公开日2010年6月16日 申请日期2009年12月24日 优先权日2009年12月24日
发明者吴南润, 方立, 郑波浪 申请人:北京韦加航通科技有限责任公司