(一)技术交底书的要求:
□应清楚、完整地写明发明或实用新型的内容;
□使所属技术领域的普通技术人员能够根据此内容实施发明创造;
□使上述人员相信本发明确实可以解决现有技术不能解决的问题。
□应力争挖掘出解决技术问题的思路并在交底书中描述。在交底书中给出"______的问题,通过______来解决"这样的描述,力争在交底书中写出"如果用一句话来概括,这件专利想要解决的问题以及解决这个问题的核心是什么?"这句话。
一种时域同步正交频分复用系统的抗长时延多径的信道估计方法
2)所属技术领域:
技术领域:
本发明涉及一种时域同步正交频分复用系统的抗长时延多径的信道估计方法。
3)背景技术
3.1)详细介绍技术背景,并描述申请人所知的与发明方案最接近的已有技术(应详细介绍,以不需再去看文献即可领会该技术内容为准,如果现有技术出自专利、期刊、书籍,则提供出处);
(注:专利检索可选网站如下:1、http://pss-system.cnipa.gov.cn/sipopublicsearch/portal/uilogin-forwardLogin.shtml;2、http://www.soopat.com/;3、https://www.baiten.cn/;4、https://www.patenthub.cn/;5、http://www.innojoy.com/)
3.2)对现有技术存在的缺点进行客观的评述(现有技术的缺点是针对于本发明的优点来说的;如果找不出对比技术方案及其缺点,可用反推法,根据本发明的优点来找对应的缺点;本发明不能解决的缺点,不需提供;缺点可以是成本高、处理时间慢等类似问题)。
3.3)如果自己或本课题组/研发团队此前针对本申请的主题发表过内容相近的论文或申请过比较接近的专利,请列出并进行详细说明,包括论文投稿日期、公开日期、刊名刊号、卷期号、专利申请日期、公告日期、专利申请号等,以及文章或专利内容的简述。
背景技术:
传统的正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,简称OFDM)系统通过引入循环前缀,消除前一个符号带来的相邻符号间干扰(Inter Signal Interference,简称ISI),使得每一个OFDM符号的由多径信道带来的干扰都是自己本身,而在时域同步正交频分复用(Time Domain Synchronous-Orthogonal Frequency Division Multiplexing,简称TDS-OFDM)系统中,时域同步头伪随机(PN)序列取代了循环段前缀,填充在反快速傅里叶逆变换(IFFT)后的时域发射信号之前。如图1、2所示,在发送端传输的信号帧可以分成在时间上互不重叠的两部分,即PN序列和数据部分。如图3、4所示,由于多径效应的存在,在接收端接收信号却由混叠的两部分所构成:表示PN序列和信道冲激响应的线性卷积结果;以及则表示数据部分和信道冲激响应的线性卷积结果。
正是由于多径时延扩展现象,导致了接收信号的混叠,在没有保护前缀的情况下,就会产生ICI和ISI的干扰。因此需要采取一定的措施对干扰进行消除,实现接收信号和的分离,而对信道的估计则是消除干扰的基础。
4)发明内容:
4.1)正面描述本发明所要解决的技术问题(对应现有技术的所有缺点;本发明解决不了的,不需提供);
4.2)清楚完整的叙述发明创造的技术方案,应结合工艺流程图、原理框图、电路图、仿真图、布局图、设备结构图进行说明(越详细越好,包括本发明的总体构成(列出本发明的完整部件/流程及其连接关系/时序关系),可与第6部分合写;发明中每一功能的实现都要有相应的技术实现方案,不能只有原理,也不能只做功能介绍;需要详细提供与现有技术的区别技术和关联技术;每个附图都应有对应的文字描述,以他人不看附图即可明白技术方案为准;所有英文缩写都应中文注释):
对于机械产品的发明创造应详细说明每一个结构零部件的形状、构造、部件之间的连接关系、空间位置关系、工作原理等;
对于电器产品应描述电器元件的组成、连接关系;
对于无固定形状和结构的产品,如粉状或流体产品、化学品、药品,应描述其组分及其含量、制造工艺条件和工艺流程等;
对于方法发明,应描述操作步骤、工艺参数等; 注意请务必给出流程图,并对流程图的各个方框进行标号,并借助标号指出每个方框在正文中所对应的说明文字的位置。
4.3)简单点明本发明的关键点和欲保护点(逐项列出1、2、3、、、),并简单介绍与最接近的现有技术相比,本发明有何优点(一两个自然段即可;结合技术方案来描述,做到有理有据,即用推理或因果关系的方式推理说明;可以对应所要解决的技术问题或发明目的来描述)。
应力争挖掘出解决技术问题的思路并在交底书中描述。在交底书中给出"______的问题,通过______来解决"这样的描述,力争在交底书中写出"如果用一句话来概括,这件专利想要解决的问题以及解决这个问题的核心是什么?"这句话(用不超过30个字说明本发明的发明点)。
发明内容:
本发明所要解决的技术问题就是为了克服以上的不足,提出了一种时域同步正交频分复用系统的抗长时延多径的信道估计方法。
本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决:
一种时域同步正交频分复用系统的抗长时延多径的信道估计方法,包括如下步骤:第一步:将时域同步头PN系列中的第3个PN序列PN3位置所对应的接收数据去除相邻符号间干扰和相邻码间干扰,得到的值记为;第二步:将第一步所得到的值与PN3序列进行循环相关,并得到信道估计值,其中表示时域同步头PN系列中的第3部分,L为多径的长度,K为相关长度。
所述相邻符号间干扰通过如下方法得到:(1)、对第i-1帧数据进行迫零均衡重构,得到第i-1帧数据的时域形式;(2)、根据第i-1帧的信道估计值构建矩阵,并计算,得到相邻符号间干扰。
所述第i-1帧数据的时域形式通过如下方法得到:将消除噪声后的接收数据先进行循环重构;然后直接进行N点的DFT频域均衡,再进行IDFT变换,得到第i-1帧数据的时域形式;最后截取最后的k项,得到。
所述相邻码间干扰通过如下方法得到:(11)、基于已知的前两个信号帧的信道冲激响应,通过线性插值得到当前帧的初始信道估计值;(22)、根据当前帧的初始信道估计值得到,计算,得到相邻码间干扰。
在步骤(11)中还将初始信道冲激响应的迭代序号置一初始值;在第二步中还将信道估计值的迭代序号加1;所述第二步后还包括如下步骤:第三步:判断迭代序号是否达到预设值,如否则返回步骤(22),并将第二步中得到的信道估计值作为当前帧的初始信道估计值,继续迭代;如是则迭代停止,第二步得出的信道估计值即最终信道估计值。
所述迭代序号的初始值为0,所述第三步中的预设值为2或3。
本发明与现有技术对比的有益效果是:
本发明的时域同步正交频分复用的信道估计方法可以对长时延信道进行精确估计,而且处理简单,容易实现,且占用资源少。在得到信道估计值后,即可采取一定的措施对干扰进行消除。(即:多径时延扩展现象导致接收信号混叠从而产生ICI和ISI的干扰的技术问题,通过采用时域同步正交频分复用的信道估计方法来解决)
5)附图:实用新型专利必须提供附图,附图中构成件可以有标记,尺寸和参数不必标注。
附图说明
图1是发送信号帧的结构示意图;
图2是发送信号帧的时域分解示意图;
图3是接收信号帧的结构示意图;
图4是接收信号帧的时域分解示意图;
图5是TDS-OFDM系统时域同步头的填充方式示意图;
图6是循环卷积和线性卷积的关系示意图;
图7是多径长度的示意图;
图8是本发明具体实施方式的ISI和ICI干扰消除示意图;
图9是本发明具体实施方式的流程示意图。
6)优选具体实施方式(可与第4部分合写,具体实施方式中包括:实验例的完整描述及实验数据及对实验数据的解读,以及比较例的完整描述及比较例的数据结果和对数据结果的解读;尽量写明所有同样能完成发明目的的替代方案,所述替代可以是部分结构、器件、方法步骤的替代,也可以是完整的技术方案):
对于产品发明应描述产品构成、电路构成或者化学成分、各部分之间的相互关系、工作过程或操作步骤;对于方法发明应写明步骤、参数、工艺条件等,可提供多个具体实施方式。
具体实施方式:
如图5所示,时域同步头包含3个带重叠部分的完整PN序列,当采用PN3这个窗口来进行相关信道估计的时候,时域同步头前面的2、1部分就相当于PN3的保护前缀,由于循环卷积和线性卷积具有如图6所示的关系,因此多径长度不能大于(为时域同步头的长度,而表示PN序列的周期)。一旦多径长度大于,就破坏了PN序列良好的相关特性,产生ISI和ICI的干扰。为了抗较长的多径时延,使得抗多径能力达到,就需要在进行相关信道估计之前,先消除ISI和ICI。
根据如图7所示的多径接收示意图,当多径长度时,PN3窗口接收的数据就会受到前一帧数据的ISI干扰和PN3本身的ICI干扰,可以用下面的公式来表示:
(1)
其中,表示PN3部分的本地PN序列。
,,, (2)
(3)
(4)
由公式(3)和(4)可以看出,ICI和ISI都是超出长度的那部分冲击响应所造成的。
如图8、9所示,一种时域同步正交频分复用系统的抗长时延多径的信道估计方法,包括如下步骤:
第一步:将PN3位置所对应的接收数据去除相邻符号间干扰和相邻码间干扰,得到。 (5)
所述相邻符号间干扰通过如下方法得到:(1)、对前一帧(第i-1帧)数据进行迫零均衡重构,得到第i-1帧数据的时域形式;(2)、根据第i-1帧的信道估计值构建矩阵,并计算,得到相邻符号间干扰ISI。
所述第i-1帧数据的时域形式通过如下方法得到:将消除噪声后的接收数据先进行循环重构;然后直接进行N点的DFT频域均衡,再进行IDFT,得到第i-1帧数据的时域形式;最后截取最后的k项,得到。
所述相邻码间干扰通过如下方法得到:
(11)、当第i帧数据进入接收机时,基于已知的前两个信号帧的信道冲激响应、,通过线性插值得到当前帧的初始信道估计值。同时将迭代序号I置一初始值,所述初始值可以为0或1或其他值。
(22)、根据当前帧的初始信道估计值得到,计算,得到相邻码间干扰。
第二步:利用第一步所得到的值与PN3部分的PN序列作循环相关,就可以准确的估计出当前帧信道冲激响应。最后循环相关的结果如下:
(8)
由(8)式,可以推导得到
(9)
通过公式(9),就可以得到较精确信道的冲激响应。
为了获得更加准确的信道冲激响应,可以对迭代序号I进行累加,继续将中的值换成当前帧信道响应(根据公式(9)的结果),再次进行ICI消除,直到到达预先设定的迭代次数J,从而获得更加满意的结果。具体可以进行如下第三步。
第三步:判断迭代序号I是否达到预设值,如否则返回步骤(22),并将第二步中得到的信道估计值作为当前帧的初始信道估计值,继续迭代;如是则迭代停止,第二步得出的信道估计值即最终信道估计值。所述预设值根据初始值变化,若迭代序号I的初始值为0,则本步中的预设值可为2或3。经试验证明,此时得到的信道估计值比较精确,而且处理比较简单。
本发明基于TDS-OFDM系统,将迭代算法和相关算法相结合,在消除PN序列与OFDM数据部分之间的符号间干扰(ISI)和载波间干扰(ICI)基础上,克服了传统相关算法无法抗长时延多径的不足,精确的估计出长时延多径信道的特性。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。
图1
图2
图3
图4
图5
图6
图7
图8
图9