[发明专利]一种适用于直接序列扩频超宽带系统的信道估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超宽带无线通信系统中的信道估计方法，属于宽带无线通信技术领域。

背景技术

随着信息技术的快速发展和普及应用，人们对高速、短距离无线数据传输的要求越来越高。超宽带（UWB：ultra-wideband）是在20世纪90年代以后发展起来的一种新型无线通信技术，被认为是未来短距离无线通信最具潜力的备选技术。超宽带信号占据500兆赫兹（MHz）以上至几个吉赫兹（GHz）的带宽，且辐射功率谱密度极低。因此，具有传输容量大、截获概率低、抗干扰能力强等优点。目前，超宽带无线通信技术已经被美国IEEE标准化委员会确定为无线个域网（WPAN：wireless personal area network）标准IEEE802.15.4a的物理层技术。超宽带无线通信技术在未来的无线个域网、无线体域网（WBAN：wireless body area network）、无线传感器网络（WSN：wireless sensor network）中具有广阔的应用前景。

直接序列扩频超宽带（DS-UWB：direct sequence ultra-wideband）系统是适用于高速数据传输的调制方案之一，它采用伪随机序列对数据符号进行扩频，然后对极窄的超宽带脉冲进行幅度调制。由于超宽带信道表现出强烈的多径传播效应，致使超宽带信号在时间上产生严重弥散，出现脉冲间干扰（IPI：intra-pulse interference）和符号间干扰（ISI：inter-symbol interference），导致接收机性能严重下降。在直接序列扩频超宽带系统中，为了提高接收机输出信噪比，通常采用瑞克（Rake）接收机捕获多径能量，但瑞克接收机无法克服符号间干扰。为了进一步克服符号间干扰，须采用均衡器（Equalizer）进行补偿。最大比合并(MRC：maximal ratio combining)瑞克接收机和均衡器都需要获得精确的信道信息。因此，信道估计是直接序列扩频超宽带系统中的重要技术环节。

针对超宽带无线通信系统的信道估计问题，Vinezo Lottici等人提出了有辅助符号信道估计（DA：data-aided channel estimation）和无辅助符号信道估计（NDA：nondata-aided channel estimation）两种方法（详见文献：Vinezo Lottici,Aldo D’Andrea and Umberto Mengali,Channel Estimation for ultra-wideband communication,IEEE J.Select.Areas in Commun.,vol.20,No.9,pp.1638-1645,Dec.2002.）。有辅助符号信道估计利用训练符号辅助实现信道估计，无辅助符号信道估计利用信号结构先验信息实现信道估计，二者需要奈奎斯特速率采样，计算复杂度很高。Bartosz Mielczarek等人将滑动窗口法（SW：sliding window）和连续删除法（SC：successive cancellation）应用于超宽带信道估计（详见文献：Bartosz Mielczarek,Matts-Ola Wessman and Arne Svensson,Performance of coherent UWB rake receivers with channel estimators,IEEE58th Vehicular Technology Conference(VTC),vol.3,pp1880-1884,Oct.2003.），这两种算法一定程度上降低了复杂度，但在估计精度上付出较高代价。上述信道估计方法仅适用于无符号间干扰的低速传输系统。对于高速直接序列扩频超宽带系统而言，信道的多径传播效应将同时引起脉冲间干扰和符号间干扰，在这种情形下，如何精确地估计信道信息仍是需要深入研究的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种适用于直接序列扩频超宽带系统的信道估计方法。所提出的信道估计方法基于分层估计思路，在同时存在脉冲间干扰和符号间干扰的情形下，可以对多径信道信息进行准确估计，从而有效地提高接收机性能。

本发明的技术方案如下：