一種無線寬帶通信信道迭代均衡的優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無限寬帶通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種無線寬帶通信信道迭代均衡的 優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著無線多媒體業(yè)務(wù)和Internet業(yè)務(wù)的迅速增長，無線通信技術(shù)得到 了迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，用戶對無線通信設(shè)備的傳輸速率、信道帶寬、通信距離、移動接收 及抗干擾能力方面分別提出高要求，進(jìn)而需要無線通信設(shè)備能夠支持高的移動性和傳輸質(zhì) 量，以及提供高的頻譜利用率和用戶數(shù)據(jù)速率。無線通信技術(shù)經(jīng)歷了從窄帶到寬帶、從低速 到高速的演變，產(chǎn)生了無線寬帶移動通信系統(tǒng)。然而，在移動應(yīng)用環(huán)境中，無線寬帶移動通 信系統(tǒng)中寬帶數(shù)據(jù)的傳輸對信道的時變非常敏感，并且該寬帶數(shù)據(jù)的帶寬增加會使其采樣 間隔小于信道的時延擴展，使得產(chǎn)生了多徑環(huán)境下信道的頻率選擇性衰落；同時無線通信 設(shè)備之間的相對高速移動會帶來多普勒效應(yīng)，多普勒效應(yīng)使得傳輸信道隨時間改變而快速 發(fā)生變化，從而引起信道的時間選擇性衰落，所述信道的頻率選擇性衰落和所述信道的時 間選擇性衰落，即為時頻雙選擇性衰落信道，無線寬帶移動通信系統(tǒng)將會受到時頻雙選擇 性衰落信道的影響，產(chǎn)生碼間干擾，該碼間干擾會使無線寬帶移動通信系統(tǒng)的接收信號惡 化，誤碼率增加，無線寬帶移動通信系統(tǒng)的性能降低，甚至還會使得該無線寬帶移動通信系 統(tǒng)無法繼續(xù)正常工作。為了在高速移動環(huán)境下提供穩(wěn)定的接收性能，無線寬帶移動通信系 統(tǒng)需要快速準(zhǔn)確的信道估計與均衡，信道估計與均衡是寬帶系統(tǒng)區(qū)別窄帶系統(tǒng)的一個明顯 特征。
[0003] 信道估計與均衡通常可分為兩類：第一類是非盲信道估計，即基于導(dǎo)頻的信道估 計均衡方法，具體是指利用發(fā)送端發(fā)送的己知導(dǎo)頻序列或訓(xùn)練序列，通過對帶有信道信息 的己知導(dǎo)頻訓(xùn)練序列判決接收，從而提取出所需的信道特征參數(shù)，然后再進(jìn)行信道均衡；第 二類是盲信道估計，所述盲信道估計不使用導(dǎo)頻訓(xùn)練序列，通過在接收端采用相應(yīng)的信號 處理技術(shù)來獲得信道時域響應(yīng)估計值或信道頻域響應(yīng)估計值，進(jìn)而再進(jìn)行信道均衡。與非 盲信道估計方法相比，盲信道估計方法會使信道傳輸系統(tǒng)的傳輸效率大大提高，但其計算 復(fù)雜度較高，收斂速度較慢。因此又出現(xiàn)了所謂的半盲信道估計方法，該方法在采用信號處 理技術(shù)的基礎(chǔ)上，使用較少的訓(xùn)練序列或?qū)ьl序列來獲得信道時域響應(yīng)估計值或信道頻域 響應(yīng)估計值。
[0004] 無線寬帶信號經(jīng)過帶限、非理想信道時，通常會產(chǎn)生碼間串?dāng)_，采用均衡器可以彌 補該帶限、非理想信道的幅頻特性和群延時特性，使得包括均衡器在內(nèi)的整個帶限、非理想 信道的總頻率特性滿足無碼間干擾的傳輸條件，進(jìn)而能夠有效克服無線寬帶信號在帶限、 非理想信道傳輸中的多徑干擾和碼間串?dāng)_，使得信道中采用的均衡器特性能夠隨著信道特 性的變化而變化，達(dá)到正確估計信道特性、消除碼間干擾的雙重目的，使得需要根據(jù)自適應(yīng) 算法來跟蹤信道的變化而進(jìn)行信道均衡，這就是自適應(yīng)均衡原理。
[0005] 在工程實現(xiàn)中，均衡通常采用迫零（Zero-Forcing，ZF)算法和最小均方誤差 (MinimumMeanSquare-Error，MMSE)算法；ZF算法簡單、容易實現(xiàn)，但是在頻率選擇性信道 中，尤其當(dāng)該頻率選擇性信道畸變嚴(yán)重時其噪聲會加強，使得接收門限性能下降；麗SE算 法在信道具有頻率深衰落極點時性能優(yōu)于ZF算法，但會存在殘余碼間干擾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對以上現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提出一種無線寬帶通信信道迭 代均衡的優(yōu)化方法，使用該方法得到的均衡器濾波器最佳系數(shù)能夠彌補帶限、非理想信道 的幅頻特性和群延時特性，并且能夠有效克服無線寬帶信號在帶限、非理想信道傳輸中的 多徑干擾和碼間串?dāng)_。
[0007] 本發(fā)明的主要思路為：設(shè)定導(dǎo)頻訓(xùn)練序列，接收端接收到的導(dǎo)頻訓(xùn)練序列，初始信 道估計，對初始信道估計和接收端接收到的導(dǎo)頻訓(xùn)練序列分別進(jìn)行快速傅里葉變換，分別 得到頻域初始信道估計值和頻域響應(yīng)，利用迫零算法得到第i次迭代后的均衡導(dǎo)頻訓(xùn)練序 列X'（N+i)，進(jìn)而計算得到第i次迭代后的信噪比SNR1，求取第i次迭代后的信噪比SNR1的 倒數(shù)，并利用最小均方誤差（MMSE)算法得到第i次迭代后的均衡濾波器系數(shù)W(N+i)，進(jìn)而 計算得到第i次迭代后的誤差函數(shù)E(N+i)，并據(jù)此得到第i次迭代后的均衡濾波器更新系 數(shù)f(N+i)，再將該第i次迭代后的均衡濾波器更新系數(shù)W' (N+i)替換到第i次迭代后 的均衡濾波器系數(shù)W(N+i)，重復(fù)上述過程，直到得到誤差函數(shù)值滿足設(shè)計要求，迭代停止， 此時得到的第i次迭代后的均衡濾波器更新系數(shù)W' (N+i)為均衡器濾波器最佳系數(shù)。
[0008] 為達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。
[0009] -種無線寬帶通信信道迭代均衡的優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0010] 步驟1，設(shè)定導(dǎo)頻訓(xùn)練序列為CHU(N)，接收端接收到的序列為X(n)，X(n)為所述 導(dǎo)頻訓(xùn)練序列經(jīng)過通信信道到達(dá)接收端的序列，初始信道估計值為h(η)，對初始信道估計 值h(n)和接收端接收到的導(dǎo)頻訓(xùn)練序列Χ(η)分別進(jìn)行快速傅里葉變換，分別得到Η(Ν)和 Χ(Ν)，Η(Ν)為頻域初始信道估計值，Χ(Ν)為頻域響應(yīng)；
[0011] 步驟2，初始化，i的初始值為1，i表示迭代次數(shù)；
[0012] 步驟3,依次計算得到第i次迭代后的初始均衡濾波器系數(shù)WAu(N+i)和第i次迭 代后的均衡導(dǎo)頻訓(xùn)練序列估計值X'（N+i);其中，η表示時域序列，N表示頻域序列；
[0013] 步驟4,根據(jù)第i次迭代后的均衡導(dǎo)頻訓(xùn)練序列估計值X'（N+i)，計算得到第i次 迭代后的信噪比SNR1，求取第i次迭代后的信噪比SNR1的倒數(shù)，并計算得到第i次迭代后 的均衡濾波器系數(shù)W(N+i)，再根據(jù)頻率響應(yīng)X(N)，計算第i次迭代后的均衡導(dǎo)頻訓(xùn)練序列 優(yōu)化值X"(N+i)，然后根據(jù)設(shè)定的導(dǎo)頻訓(xùn)練序列CHU(N)，計算得到第i次迭代后的誤差函數(shù) 值E(N+i);
[0014] 若此時得到的第i次迭代后的誤差函數(shù)E(N+i)不滿足設(shè)定的閾值要求，則根據(jù) 第i次迭代后的均衡濾波器系數(shù)W(N+i)、第i次迭代后的誤差函數(shù)值E(N+i)和頻域響應(yīng) X(N)，計算得到第i次迭代后的均衡濾波器更新系數(shù)W' (N+i)，并將第i次迭代后的均衡 濾波器更新系數(shù)W' (N+i)替換第i次迭代后的初始均衡濾波器系數(shù)Wehu(N+i)，令i加1， 返回步驟3;
[0015]若此時得到的第i次迭代后的誤差函數(shù)E(N+i)滿足設(shè)定的閾值要求，迭代停 止，此時根據(jù)第i次迭代后的誤差函數(shù)值E(N+i)得到的第i次迭代后的均衡濾波器系數(shù) W(N+i)，為均衡器濾波器最佳系數(shù)；其中，η表示時域序列，N表示頻域序列。
[0016] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提出的迭代均衡優(yōu)化方法利用導(dǎo)頻訓(xùn)練序列不斷校正 均衡濾波器系數(shù)，使得均衡濾波器系數(shù)處于最佳值附近后，再對均衡濾波器系數(shù)進(jìn)行均衡 校正，使得本發(fā)明提出的迭代均衡方法與傳統(tǒng)均衡方法相比，不僅能夠有效去除殘余碼間 干擾，在低信噪比下提高解調(diào)性能，而且在頻率選擇性衰落信道中性能更好、復(fù)雜度更低、 易于工程實現(xiàn)。
【附圖說明】
[0017] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0018] 圖1為本發(fā)明的一種無線寬帶通信信道迭代均衡的優(yōu)化方法的流程示意圖；
[0019] 圖2為基于導(dǎo)頻的信道估計均衡方法中的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0020] 本發(fā)明實施例提供了一種利用迫零算法和最小均方誤差（MMSE)算法對無線寬帶 通信信道進(jìn)行迭代均衡的優(yōu)化方法，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而 不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動 前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0021] 參照圖1，為本發(fā)明的一種無線寬帶通信信道的流程示意圖，該種無線寬帶通信 信道均衡算法的優(yōu)化方法，包括以下步驟：
[0022] 步驟1，設(shè)定導(dǎo)頻訓(xùn)練序列為CHU(N)，接收端接收到的序列為X(n)，X(n)為所述 導(dǎo)頻訓(xùn)練序列經(jīng)過通信信道到達(dá)接收端的序列，初始信道估計值為h(η)，對初始信道估計 值h(n)和接收端接收到的導(dǎo)頻訓(xùn)練序列Χ(η)分別進(jìn)行快速傅里葉變換，分別得到Η(Ν)和 Χ(Ν)，Η(Ν)為頻域初始信道估計值，Χ(Ν)為頻域響應(yīng)。
[0023] 具體地，在工程實現(xiàn)中需要綜合考慮計算復(fù)雜度、硬件實現(xiàn)可行性和實現(xiàn)后的性 能指標(biāo)效果等各個方面，然后折中選擇最適合的信道估計算法：復(fù)雜度太大的話，運算處理 會需要較大的工程代價，并且成本也會提高。在不降低性能要求的情況下，實際的工程實現(xiàn) 中常使用非盲信道估計方法。
[0024] 非盲信道估計方法，即基于導(dǎo)頻的信道估計均衡方法，通常采用基于導(dǎo)頻訓(xùn)練序 列的自適應(yīng)均衡器，參照圖2,為基于導(dǎo)頻的信道估計均衡方法中的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)示意圖；基 于導(dǎo)頻的信道估計均衡方法中包括Μ個數(shù)據(jù)幀，假設(shè)該Μ個數(shù)據(jù)幀中的每個數(shù)據(jù)幀包括兩 個訓(xùn)練序列符號和四個數(shù)據(jù)符號，所述兩個訓(xùn)練序列符號分別選用Chu同步序列，該Chu同 步序列屬于恒包絡(luò)零自相關(guān)（ConstantAmplitudeZeroAuto_Correlation，CAZAC)序列， 具備恒幅、零自相關(guān)性的優(yōu)良特性，并且CAZAC序列經(jīng)快速傅里葉變換（FFT)后，也為CAZAC 序列，據(jù)此可以獲得性能很好的頻率偏移估計算法。
[0025] 為了能夠提高同步及信道估計性能，該Chu同步序列采用"循環(huán)前綴"和"循環(huán)后 綴"措施，以此保證兩個訓(xùn)練序列符號在接收信號前后都不會受到多徑擴展影響，并且利用 CAZAC序列的延遲相關(guān)實現(xiàn)Chu同步序列的粗同步，再利用CAZAC序列的互相關(guān)特性實現(xiàn) Chu同步序列的細(xì)同步，進(jìn)而達(dá)到Chu同步序列的精確同步，并在此過程中完成頻偏校正。
[0026] 其中，所述Μ個數(shù)據(jù)幀中的每個數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)、符號長度、循環(huán)前綴長度分別由無 線寬帶通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)速率、帶寬、信道特性參數(shù)決定。
[0027] 為了防止ZF均衡導(dǎo)致衰落子信道過度放大噪聲影響均衡效果，在均衡之前對信 道估計進(jìn)行一次預(yù)處理：凡是低于信道估計最大值5 %的子信道統(tǒng)一設(shè)置成某個閾值，使 得整個信道響應(yīng)的"動態(tài)范圍"約為|20*lg(5% ) | = 26dB。
[0028]步驟2,初始化，i的初始值為1，i表示迭代次數(shù)。
[0029] 步驟3,利用迫零算法依次計算得到第i次迭代后的初始均衡濾波器系數(shù) WAu(N+i)和第i次迭代后的均衡導(dǎo)頻訓(xùn)練序列估計值X'（N+i);其中，η表示時域序列，N表 示頻域序列。
[0030] 具體地，利用迫零算法計算得到第i次迭代后的初始均衡濾波器系數(shù)W_(N+i)， 并根據(jù)頻域響應(yīng)X(N)，得到第i次迭代后的均衡導(dǎo)頻訓(xùn)練序列估計值X'（N+i)，其表達(dá)式 為：
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