專利名稱：一種多徑衰落信道的信道路徑估計搜索方法
技術領域：
本發明涉及到第三代時分同步碼分多址移動通信系統(簡稱TD-SCDMA系統)的多徑衰落信道的信道路徑估計搜索方法。
背景技術：
在TD-SCDMA系統中信號的傳輸通常受到多徑衰落、噪聲和多址干擾的影響，特別是在受噪聲污染的高色散和多徑信道中，接收信號的同步越來越難以保持，用戶特征碼的正交性隨之降低，信道的準確估計愈來愈困難。
多徑信號具有與噪聲顯著不同的特征，多徑信號的能量分布通常集中在信號空間的較小范圍內，而噪聲譜通常均勻分布于較大的范圍內。同時，在慢衰落信道中，多徑信號幅度和相位比較延遲而言變化更快，而且更易受到噪聲的影響。通常，復雜的無線傳輸信道可由一個稀疏長度的有限沖激響應模擬，其中，信道特征參數包括復傳輸衰落和延時。如在典型的城市無線信道環境中，多徑數通常為2～6條。參數化的信道模型可以大大減小信道矩陣和信號子空間維數，提高估計器和均衡器的性能。因此，準確的信道估計和傳輸路徑搜索具有重要意義。
在現有技術Steiner信道估計器中，信道估計采用循環移位的基本訓練序列碼(簡稱為midamble碼)作為訓練序列，不同終端用戶使用不同位移來區分。根據循環移位的特點，可以利用快速離散傅立葉變換對接收的訓練序列計算它的頻率響應，然后與本地的參考訓練序列的頻率響應作比較，對比較后的輸出經過快速離散反傅立葉變換，得到初步的信道沖激響應估計。這種方法提供了一種快速、低代價的信道估計方法。但是，這種方法的輸出信號通常受到信道噪聲和處理過程中放大的噪聲的影響，導致接收端誤碼率上升，解調性能下降。
目前，現有技術中信道估計改進的方法，通常是直接對Steiner信道估計進行后級門限處理。其中一種方法是根據最強徑功率的一定比例選取門限，另一種方法是根據估計的噪聲功率的一定倍數設置門限。然后，根據選取的硬門限提取信道沖激響應。專利ZL01130907.5采用了迭代信道估計的方法，即在接收信號經過匹配濾波、多徑信號搜索和解擴解繞后，對分離的多徑信號進行第一級信道估計并去掉干擾。然后，對第一級去掉干擾后的多徑信號進行第二級的匹配濾波和解擴解繞，再進行第二級信道估計。此方法的缺點是需要進行多級信道估計，既增加了信息處理的復雜度又加大了估計時延。

發明內容
本發明搜索方法從降低噪聲的途徑實現信道估計、路徑搜索獲取概率的提高。所謂獲取概率是指根據仿真的3GPP多徑衰落信道模型，計算統計意義上的實際正確提取的信道沖激響應估計的多徑數與應該接收到的多徑數的比值。Teager-Kaiser算子(簡稱為TK算子)作為一個抑制噪聲提取信號特征的魯棒非線性濾波器，已被用來提取聲音特征參數以提高語音識別。由于對沖激噪聲不敏感，它也在圖像邊緣識別和增強中得到應用。根據無線傳輸信道參數模型通常可由一個稀疏長度的有限沖激響應模擬的特點，可以將Teager-Kaiser算子的局部平滑和高通特性應用于信道估計和路徑搜索。利用Teager-Kaiser算子通過低復雜度非線性能量處理抑制Steiner估計器輸出中的隨機噪聲，并且準確提取其中的多徑信號，從而達到提高信道路徑估計搜索精度的目的，使后級聯合檢測的性能得到提高。
本發明搜索方法采用Teager-Kaiser能量算子對Steiner信道估計器輸出的初步信道沖激響應信號進行處理，其Teager-Kaiser能量算子運算結果的共軛項消除了路徑相移隨機分布帶來的影響，差分項則較好的保持了信號，再利用經Teager-Kaiser算子處理的信道沖激響應信號計算功率和估計噪聲功率并設置門限，然后按門限分別提取每個用戶窗的信道沖激響應，受到抑制的噪聲被置零，這樣更加準確地提取了多徑信號。本發明搜索方法可以顯著區分有效多徑信號和噪聲所導致的偽徑，保留其中的有效多徑信息，去除了偽徑和噪聲。


圖1是TD-SCDMA系統突發結構示意2是Steiner估計器估計信道沖激響應后再取門限的現有技術信號處理流程示意3是本發明搜索方法信號處理流程示意4是采用本發明搜索方法和采用現有技術門限處理方法的信道路徑估計獲取概率比較5是采用本發明搜索方法和采用現有技術門限處理方法的ZF迫零聯合檢測性能比較圖下面結合附圖及實施例對本發明搜索方法作進一步的說明。
圖1是TD-SCDMA系統突發結構示意圖。如圖1所示，用戶終端和基站通信的信息放在數據符號塊兩邊，中間midamble碼144個碼片不經過編碼和擴頻等步驟直接作為訓練序列送到發送模塊。在同一小區中，所有用戶采用相同的基本midamble碼，但不同的用戶采用不同的midamble移位。在不同的小區中，采用不同的基本midamble碼，選取原則為它們之間的互相關性很小，通常假設在完全同步的情況下忽略不計。
圖2是Steiner估計器估計信道沖激響應后再取門限的現有技術信號處理流程示意圖。由圖可知，本地midamble碼和接收midamble碼分別輸入Steiner估計器，在Steiner估計器處理后得到初步的信道沖激響應信號，再經過功率計算和噪聲功率估計，然后選取門限并按照門限提取信道沖激響應。
圖3是本發明搜索方法流程示意圖。從圖3可知，與現有技術相比，在Steiner信道估計器估計輸出后，采用Teager-Kaiser能量算子對Steiner信道估計器得到的初步信道沖激響應信號進行處理。由于Teager-Kaiser算子作為一個抑制噪聲提取信號特征的魯棒非線性濾波器，Teager-Kaiser能量算子運算結果的共軛項消除了路徑相移隨機分布帶來的影響，差分項則較好的保持了有效多徑信號，降低了噪聲和去除了隨機相位。計算Teager-Kaiser能量算子運算結果的模值即得到初步信道沖激響應經處理后的功率值，在此基礎上估計的噪聲功率將比現有技術更為準確，然后，設置門限并按門限提取信道沖激響應。顯然，由于采用了Teager-Kaiser能量算子對Steiner信道估計器估計輸出初步信道沖激響應估計進行處理，有效的抑制了Steiner估計器輸出中的隨機噪聲，并且準確的提取了其中的多徑信號，從而提高了信道路徑估計搜索精度，使后續聯合檢測的性能得到提高。
運算分析假設連續時間Steiner信道估計每一條徑可表示為理想三角函數h(t)=Σl=1LαlΛ(t-τl,Tc)ejθl---(1)]]>其中 為一個具有長度2Tc，以零點為中心的三角函數。這里αl，θl，τl分別為第l條徑的幅度、相位和延遲。
考慮到隨機噪聲的影響，連續時間的Steiner信道估計的頻率響應可用下式表示H(ω)=Σl=1Lαle-j(ωτl-θl)+N(ω)---(3)]]>其中第一項是L條徑的頻率響應之和，第二項為隨機噪聲n(t)的頻率響應。
而連續時間的Steiner信道估計(1)經過Teager-Kaiser算子處理后可用下式表示ψc[h(t)]=h(t)h*(t)-12[h(t-1)h*(t+1)+h(t+1)h*(t-1)]]]>1Tc2[(Σl=1Lαlsgn(t-τl)Π(t-τl,Tc)cosθl)2+(Σl=1Lαlsgn(t-τl)Π(t-τl,Tc)sinθl)2]]]>+12Tc[h*(t)(Σl=0Lαlδ(t-τl)ejθl)+h(t)(Σl=0Lαlδ(t-τl)e-jθl)]---(4)]]>這里
為一個具有長度2Tc，以零點為中心的矩形函數，sgn(t)是符號函數，h*(t)表示對h(t)取共軛。
從式(3)和(4)的對比可以看出，Steiner信道估計輸出的初步信道沖激響應估計經過Teager-Kaiser算子的處理后，很明顯的是Teager-Kaiser算子的局部平滑特性抑制了其中的噪聲項，同時高通濾波很好地保持了有效多徑信號項。
在TD-SCDMA系統中，從144個訓練碼片去掉前端的16個可能受到符號間干擾的碼片，得到128個信道估計訓練碼片。經過128點離散傅立葉變換和離散反傅立葉變換后，得到128點的離散時間Steiner信道沖激響應估計。由于小區用戶數kcell＝8，則每個用戶窗的長度為16，經過Teager-Kaiser算子處理后，可用下式表示tk，m＝ψd[hk，m]，m＝1，…，16(6)這里hk，m是第k個用戶窗中的第m個信道沖激響應。
由于Teager-Kaiser算子為能量算子，計算式(6)的模值即為初步信道沖激響應經處理后的功率值pk，m＝||tk，m||，m＝1，…，16(7)根據功率最大值選取第一個門限λ1＝k1max(pk，m)(8)其中比例系數k1可根據實際情況在0.3～0.5中取值。
將大于該門限的判決為多徑信號，小于該門限的所有功率值視為噪聲，然后計算估計的噪聲方差σ2即得噪聲功率。
再根據噪聲功率的倍數選取第二個門限λ2＝k2σ2(9)其中倍數k2可根據實際情況在3～8中取整數值。然后確定總的門限λ=λ1ifλ1>λ2λ2ifλ1≤λ2---(10)]]>
根據門限從Steiner信道沖激響應估計中提取有用的多徑信號。
仿真試驗為驗證本發明搜索方法的實際效果，仿真試驗了TD-SCDMA下行鏈路。
仿真試驗條件小區用戶數kcell＝8、激活碼道數為8個、調制方式為QPSK、擴頻因子SF＝16、信道模型采用3GPP建議的多徑信道模型casel，該模型具有兩個不同的路徑，其中第二條路徑相對于第一條路徑的衰落和延遲分別為10dB和2928ns。
仿真試驗中，首先計算從10000點中實際搜索到的路徑，然后與理想的多徑數相比，得到統計意義上的獲取概率。
圖4是采用本發明搜索方法和采用現有技術中門限處理方法的信道路徑估計獲取概率比較圖。其中橫坐標是信噪比Eb/N0，縱坐標為有效多徑信號的獲取概率。曲線(1)表示采用本發明搜索方法，曲線(2)表示采用現有技術的Steiner估計器估計信道沖激響應后再取門限的方法。由曲線(1)、曲線(2)比較可知，在信噪比為-10至6dB的范圍內，采用本發明搜索方法提高了信道路徑估計獲取概率大約10％，其等價于約10dB，顯著抑制了噪聲，較大提高了信道沖激響應估計后多徑信號搜索的準確率。
圖5是采用本方法和采用常規門限處理方法的ZF迫零聯合檢測性能比較圖。其中橫坐標是信噪比Eb/N0，縱坐標為聯合檢測接收機接收判決的平均原始誤碼率。曲線(1)表示采用本發明搜索方法，曲線(2)表示采用現有技術的Steiner估計器估計信道沖激響應后再取門限的方法。。由曲線(1)、曲線(2)比較可知，在信噪比為0至20dB的范圍內，采用本發明搜索方法的平均原始誤碼率均比現有技術方法低，明顯的提高了聯合檢測性能。
本發明搜索方法還可有其他多種實施例，在不背離本發明搜索方法的精神及其實質的情況下，本領域技術人員當可相據本發明搜索方法作出各種相應的改變或變形，但這些相應的改變或變形均屬于本發明搜索方法的權利要求保護范圍。
權利要求
1.一種TD-SCDMA系統的多徑衰落信道的信道路徑估計搜索方法，采用Steiner信道估計器得到初步的信道沖激響應信號，設置門限提取信道沖激響應，其特征在于采用Teager-Kaiser能量算子對Steiner信道估計器輸出的初步信道沖激響應信號進行處理，其Teager-Kaiser能量算子運算結果的共軛項消除了路徑相移隨機分布帶來的影響，差分項則較好的保持了信號，再利用經Teager-Kaiser算子處理的信道沖激響應信號計算功率和估計噪聲功率并設置門限，然后按門限分別提取每個用戶窗的信道沖激響應。
2.根據權利要求1所述搜索方法，其特征在于計算Teager-Kaiser能量算子運算結果的模值即得到初步信道沖激響應經處理后的功率值。
3.根據權利要求1所述搜索方法，其特征在于功率門限為最大功率值的0.2-0.9倍。
4.根據權利要求1所述搜索方法，其特征在于噪聲門限為噪聲功率的3-10倍。
全文摘要
本發明搜索方法采用Teager－Kaiser能量算子對Steiner信道估計器輸出的初步信道沖激響應信號進行處理，其Teager－Kaiser能量算子運算結果的共軛項消除了路徑相移隨機分布帶來的影響，差分項則較好的保持了信號，再利用經Teager－Kaiser算子處理的信道沖激響應信號計算功率和估計噪聲功率并設置門限，然后按門限分別提取每個用戶窗的信道沖激響應，受到抑制的噪聲被置零，這樣更加準確地提取了多徑信號。本發明搜索方法可以顯著區分有效多徑信號和噪聲所導致的偽徑，保留其中的有效多徑信息，去除了偽徑和噪聲。
文檔編號H04J13/02GK1964203SQ20061009525
公開日2007年5月16日 申請日期2006年12月6日 優先權日2006年12月6日
發明者沈壁川, 鄭建宏, 申敏 申請人:重慶重郵信科股份有限公司