[发明专利]一种正交频分复用系统的速度敏感型信道估计装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于移动多媒体技术领域，尤其涉及移动多媒体领域的速度敏感型信道估计装置及其信道估计方法。

背景技术

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)系统是一种多载波通信系统，可用于传输速率较大的数据，如欧洲的DVB(Digital Video Broadcasting，数字视频广播)系统、中国的CMMB(ChinaMobile Multimedia Broadcasting，中国移动多媒体广播)系统等都采用了OFDM技术作为调制传输技术。

在基于OFDM的新一代无线通信系统中，系统对频偏比较敏感，所以一般使用相干检测(coherent detection)。由于传输速率较高，并且需要使用相干检测技术获得较高的性能，因此通常使用非盲估计获得较好的估计效果，这样可以更好地跟踪无线信道的变化，提高信道估计装置性能。

OFDM信道估计的非盲估计算法，其基本过程是：在发送端适当位置插入导频，接收端利用导频恢复出导频位置的信道信息，然后利用某种处理手段(如内插，滤波，变换等)获得所有时段的信道信息。

可见，在OFDM系统中，通常预先在发射机发射的信号的帧结构中插入导频(Pilot)，利用导频来辅助信道估计装置进行快速高效的信道估计，从而可以对抗多种多样的信道类型，如高速移动信道、多径延时信道等。例如中国的CMMB(China Mobile Multimedia Broadcasting，中国移动多媒体广播)系统就是在频域中插入了离散导频来辅助信道估计装置进行信道估计。

参照图1所示，为中国国家广播电影电视总局颁布的广播电影电视行业标准《移动多媒体广播第1部分：广播信道帧结构、信道编码和调制》(GY/T220.1-2006号)中的信号分布示意图。图中示出了离散导频的分布。Nv为频率方向的有效子载波个数，时间方向上TS表示时隙，1个时隙包括53个OFDM符号。图中的黑块代表离散导频信号。

导频的选择与插入是实现基于导频的信道估计的基础。

无线信道的两个最重要参数是延时扩展(Delay Spread)和Doppler(多普勒)频偏。一般说来，静态多径信道的主要参数是延时扩展，动态多径信道的主要参数是Doppler频偏。当延时扩展较大时，如在SFN(SingleFrequency Network，单频网)的环境下，信道估计装置需要正确跟踪频率方向上的信道变化才能确保最终获得正确的信道估计结果，因此，在频率方向上的导频越密集，则信道估计性能就越好。当Doppler频偏较大时，如在高速公路的环境下，信道估计装置需要快速跟踪时间方向上的信道变化才能确保最终获得正确的信道估计结果，因此，在时间方向上的导频越密集，则信道估计性能就越好。很明显，这两项需求是自相矛盾的。但所幸的是，在SFN的环境中，出现延时扩展和Doppler频偏数值同时都很大的情况是极其少见的。这为我们分别针对两种情况进行信道估计提供了可能。

对于相干解调信道估计装置来说，利用导频进行信道估计的方法一般有3种，二维Wiener(维纳)滤波器方法、基于FFT(Fast Fourier Transform，快速傅立叶变换)的时域频域相互变换信道估计方法以及两次一维Wiener滤波器方法。3种方法可以说各有其优缺点：其中二维Wiener滤波器方法理论上性能最好但复杂度也最高，FFT方法理论性能次之复杂度也次之，原因在于FFT方法由于无法获得确切的信道多径加权因子，导致其性能大受影响。两次一维Wiener滤波器方法复杂度远远低于前两种方法但理论性能相对最差。在以往的接收系统中，采用的两次一维Wiener滤波器方法常常无法同时兼顾多种多样的信道类型。

但事实上，若滤波器系数设计合理，两次一维Wiener滤波器方法性能上完全可以做到近似于二维Wiener滤波器方法，而其复杂度却远远低于另两种方法。

可见，传统的OFDM系统的信道估计方案或者性能不好，或者实现复杂度太高，通常无法兼顾系统性能和实现复杂度，尤其其中的两次一维Wiener滤波器方法虽然复杂度较低，但常常无法同时兼顾多种多样的信道类型，更重要的是无法满足对动态多径信道进行信道估计的需求，所以两次一维Wiener滤波器方法在信道估计性能上存在欠缺。

发明内容