一种短波信道下单载波频域均衡的信道估计去噪声方法
【专利摘要】本发明属于短波通信【技术领域】，特别是涉及针对短波通信信道下单载波频域均衡(Single Carrier Frequency Domain Equalization,SC‐FDE)的信道估计方法。本发明提出了基于单载波频域均衡(SC-FDE)技术的适用于短波信道下单载波频域均衡的信道估计去噪声。由于短波信道比较恶劣，加上高斯噪声的影响，很难获取精确的信道估计值，导致不能进行很准确的频域均衡以至于不能获得很好的系统性能。本发明通过最小二乘算法(LS)或者最小均方算法(LMMSE)等获得导频块数据初始信道估计值，然后通过滑动导频块的方法消除主径上的噪声和小能量路径上置零的方法来消除小能量路径上的噪声，来获得精确的信道估计值。
【专利说明】一种短波信道下单载波频域均衡的信道估计去噪声方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于短波通信【技术领域】，特别是涉及针对短波通信信道下单载波频域均衡 (SingleCarrierFrequencyDomainEqualization,SC-FDE)的信道估计方法。
【背景技术】
[0002] 按照国际无线电咨询委员会CCIR(ConsultativeCommitteeofInternational Radio)的划分，短波是指波长在10m?100m，频率在3MHz?30MHz的电磁波。利用短波进 行的无线电通信称为短波通信。短波通信实际是指使用的频率范围为1. 5MHz?30MHz，可 以使用的频率范围只有28. 5MHz，按照国际规定，每个短波电台占用3. 7kHz的频率宽度，现 在最近提升了短波电台的频率宽度达到了 6kHz?9kHz，但是通信的空间还是十分拥挤，在 很大程度上限制了通信的容量和数据的传输速率。
[0003] 短波通信基本上采用天波传输的形式，也就是靠电离层的一次或多次反射进行通 信，因此存在严重的多径效应，统计表明，多径路数以3条出现的几率最高，多径延迟典型 值为2?8ms，成为短波链路数据传输的主要限制。短波的天波信道是变参信道，信号的传 输稳定性差。短波无线电通信主要是依靠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。他的特点是路径损耗、延时扩展、噪声和干扰，都是 随昼夜、频率、地点而不断变化着。一方面电离层的变化让信号产生衰落，衰落的幅度和频 率不断的变化。另外，大气和工业无线电噪声干扰严重。大气和工业无线电噪声主要集中 在无线电频谱低端，随着频率的升高，强度逐渐降低。虽然，在短波频段这类噪声干扰比中 长波段低，但是强度仍然很高，严重影响短波的通信可靠性，尤其是脉冲型突发噪声，经常 会使数据传输出现突发性错误，严重影响通信质量。
[0004] 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是将短波信道分割成若干并行的子信道，分别在每个子信道上传送 一个副载波，采用正交调制，用多个副载波并行传输的方法提高速率，又称为多音。典型 的系统有法国的Thomson(汤姆森）公司的实现途径，采用OFDM(FrequencyDivision Multiplexing，正交频分复用）体制，子载波的个数为79 ;但OFDM技术发射功率分散，信号 峰均比很大，抗频率选择性衰落差，很难消除码间串扰。
[0005] 串行体制采用单一载波的发送方式，因只采用一个载波，也称为单音。数据以串行 方式调制发送，码元宽度短，要达到比较高的速率，如2. 4kbps，码间串扰将十分严重。实际 工作中则需采用适当的均衡技术来对抗码间串扰。针对短波通信领域，最为常用的均衡技 术为单载波时域均衡（SC-TDE)技术。但是随着数据传输速率的提高，当传输带宽越接近信 道的相干带宽，时间色散将越严重，此时接收信号随中包含了经历衰减和时延的多径波，弓丨 起频率选择性衰落，从而导致严重的码间串扰。如果单用时域均衡减少码间串扰，需要较多 的滤波器抽头才能得到可接受的均衡效果，这样很难达到实时性的要求，而且随着多径时 延扩展的增大，均衡复杂度甚至可以成指数增长。
[0006] 单载波频域均衡（SC-FDE)技术宽带无线传输的一种有效对抗多径干扰的方法， 相比较于正交频分复用（OFDM)技术，单载波频域均衡具有峰均比低，抗频率选择性衰落 强，在相同条件下可以达到更高的传输速率和更低的误码率，相比较于一般的单载波时域 均衡技术，复杂度也大大的降低，并使用与传输更高的速率。然而，不同的信道环境对系统 性能影响不用，正确的信道估计方法成为SC-FDE的关键。
[0007] 高斯白噪声对信道系数的影响主要表现为两个方面：一是噪声造成主径信道估计 值出现起伏；二是估计信道系数估计出现很多真实信道不存在的小能量路径。
[0008] 目前，传统的频域信道估计方法不能够很好的消除高斯噪声对系统性能的影响， 提出一种针对短波信道的信道估计方法，采用滑动导频块和小能量路径置零的方法，从主 径和小能量路径两方面来消除高斯噪声的影响，提高系统的传输性能。
【发明内容】
[0009] 本发明提供一种短波信道下单载波频域均衡的信道估计去噪声方法，用于解决现 有技术中信道估计算法中不能很好的消除高斯噪声的问题。单载波频域均衡系统是宽带无 线传输的一种有效对抗多径干扰的方法。相比较于正交频分复用（OFDM)技术，单载波频域 均衡具有峰均比低，抗频率选择性衰落强，在相同条件下可以达到更高的传输速率和更低 的误码率，相比较于一般的单载波时域均衡技术，复杂度也大大的降低，并使用与传输更高 的速率。
[0010] 本发明提出了基于单载波频域均衡（SC-FDE)技术的适用于短波信道下单载波频 域均衡的信道估计去噪声。由于短波信道比较恶劣，加上高斯噪声的影响，很难获取精确的 信道估计值，导致不能进行很准确的频域均衡以至于不能获得很好的系统性能。本发明通 过最小二乘算法（LS)或者最小均方算法（LMMSE)等获得导频块数据初始信道估计值，然后 通过滑动导频块的方法消除主径上的噪声和小能量路径上置零的方法来消除小能量路径 上的噪声，来获得精确的信道估计值。
[0011] 一种短波信道下单载波频域均衡的信道估计去噪声方法，具体步骤如下：
[0012] S1、获得导频块数据的初始频域信道估计值；
[0013] S2、对S1所述初始频域信道估计值采用滑动导频块的信道估计算法来消除主径 上的高斯噪声的影响；
[0014]S3、对S2所述消除主径上的高斯噪声的影响的频域信道估计值通过IDFT变换到 时域上；
[0015]S4、在时域上对估计值进行小能量路径上置零来消除小能量路径上的噪声；
[0016] S6、获得时域信道估计值；
[0017]S7、对S6所述时域信道估计值进行DFT运算变换到频域上，进行频域均衡操作。
[0018] 进一步地，S1所述获得导频块的初始信道估计值的方法包括：最小二乘法（LS)和 均方均方法（LMMSE)。
[0019]进一步地，S1所述导频块数据为独特字序列（UniqueWord，UW)，所述导频块数据 的长度大于短波信道中的最大多径时延，所述导频块包括N个UW序列，其中，2。
[0020] 进一步地，S2所述滑动导频块的信道估计算法具体步骤如下：
[0021] S21、对K个SC-FDE数据块相同频率位置的信道估计值进行平均；
[0022] S22、将两块长度为Ng的第i和i+1个UW序列组成一个新的长度为2\的冊序列， ，其中，y为接收到的UW序 列；
[0023] S23、利用S22所述y中任意连续Ng个数据qa= [qa(0)，…，qa(Ng_l)]来估计信道 系数，得到若干个信道估计值，其中，a为序列qa在序列y中的起始位置，qa是在长度为2Ng 的y序列中依次去长度为Ng的导频序列，每一组q3获得一组信道估计值；
[0024] S24、将S23所述若干个信道估计值进行求平均，若连续取K个数据块，则
【权利要求】
1. 一种短波信道下单载波频域均衡的信道估计去噪声方法，其特征在于，包括如下步 骤： 51、 获得导频块数据的初始频域信道估计值； 52、 对Sl所述初始频域信道估计值采用滑动导频块的信道估计算法来消除主径上的 高斯噪声的影响； 53、 对S2所述消除主径上的高斯噪声的影响的频域信道估计值通过IDFT变换到时域 上； 54、 在时域上对估计值进行小能量路径上置零来消除小能量路径上的噪声； 56、 获得时域信道估计值； 57、 对S6所述时域信道估计值进行DFT运算变换到频域上，进行频域均衡操作。
2. -种短波信道下单载波频域均衡的信道估计去噪声方法，其特征在于：S1所述获得 导频块的初始信道估计值的方法包括：最小二乘法和均方均方法。
3. -种短波信道下单载波频域均衡的信道估计去噪声方法，其特征在于：S1所述导频 块数据为独特字序列（UniqueWord，UW)，所述导频块数据的长度大于短波信道中的最大多 径时延，所述导频块包括N个UW序列，其中，N多2。
4. 一种短波信道下单载波频域均衡的信道估计去噪声方法，其特征在于：S2所述滑动 导频块的信道估计算法具体步骤如下： 521、 对K个SC-FDE数据块相同频率位置的信道估计值进行平均； 522、 将两块长度为Ng的第i和i+Ι个UW序列组成一个新的长度为2N8的UW序列，即 y=Lyi.yi+i] =Lyi(O),…,yi(Ng -i),yi+1(〇),…,_9i+1(Ng-i)]，其中，y 为接收到的uw序 列； 523、 利用S22所述y中任意连续Ng个数据qa=[qa (0)，. . .，qa (Ng-I)]来估计信道系 数，得到若干个信道估计值，其中，a为序列qa在序列y中的起始位置，qa是在长度为2N8的 y序列中依次去长度为Ng的导频序列，每一组q3获得一组信道估计值； 524、 将S23所述若干个信道估计值进行求平均，若连续取K个数据块，则
5. -种短波信道下单载波频域均衡的信道估计去噪声方法，其特征在于：S4所述时 域上对估计值进行小能量路径上置零，具体为：对所述估计值从大到小进行排序，选取前M 个，对其他的值进行置零，其中，M小于等于5。
【文档编号】H04L25/02GK104468432SQ201410852805
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月31日 优先权日:2014年12月31日
【发明者】何旭, 朱青云 申请人:电子科技大学