專利名稱：一種應用于無線傳感器網絡中的信道估計方法
技術領域：
本發明涉及無線通信領域，特別是涉及一種應用于無線傳感器網絡中的信道估計方法。
背景技術：
無線傳感器網絡(Wireless knsorNetwork，簡稱“WSN”)是由具有無線通信， 感知及計算能力的微型傳感器節點組成的“智能”網絡，它涉及多學科高度交叉、知識高度集成的前沿熱點研究領域，現已廣泛應用于軍事、農業、環境檢測、醫療衛生、エ業、智能交通等各種領域，正交頻分復用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，簡稱 “OFDM”)技術是無線傳感網中得核心技術之一，它既可以被看作是ー種調制技木，又可以被看作是ー種復用技木。具有頻譜利用率高和抗多徑衰落能力強等優點，已成為現代無線通信中得熱門技木，被廣泛應用于高速數字通信領域，比如IEEE802. Ila(WLAN)的物理層等。 大多數無線傳感器網絡應用中節點受資源、成本、功耗的限制，使得應用于無線傳感網中的 OFDM通信需滿足低資源消耗、大載波頻偏、低物理層開銷的要求。由于信道估計模塊部分是OFDM的關鍵模塊之一，因此研究在保證信道估計的準確度的條件，盡量節省資源的信道估計方法是很必要的。信道估計算法可以按照是否有導頻序列可以分為基于導頻的信道估計和盲均衡。 基于導頻信號的估計技術是在大多數無線系統中采用的信道估計方法。相反盲估計僅僅依賴于信號的統計特性，一般在OFDM系統中應用較少。基于導頻信道的信道估計方法主要有最小ニ乘(Least Square，簡稱“LS”)估計方法，基于最小均方差(Minimum Mean Square Error，簡稱“MMSE”)準則的維納濾波估計，奇異值分解(Singular Value Decomposition, 簡稱“SVD”)算法，通過變換域濾波處理的LS算法。在實際系統中，為避免其他系統的干擾及便于實現濾波器的設計，通常將傳輸帶寬的部分載波空置作為保護頻帶，由于保護頻段的存在，降低了信道估計的性能。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種應用于無線傳感器網絡中的信道估計方法，能夠以較小的資源消耗實現在無線傳感器網絡應用中的信道估計。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是提供一種應用于無線傳感器網絡中的信道估計方法，包括以下步驟(1)提取導頻經過信道后的信號；(2)利用最小ニ乘算法對信道參數進行估計，即將所述提取得到的信號與存在本地的導頻相除，得到信道參數；(3)將得到的信道參數映射到所對應的信道上，未傳輸信號的虛載波信道分為兩端的保護帶和中間的直流部分兩種情況兩端的保護帶的虛載波信道參數取與其相鄰子載波的信道參數的最小ニ乘算法估計值，兩端的保護帶的虛載波與相鄰的子載波相互対稱，即兩端的保護帶的寬度與提取的相鄰子載波的寬度相同；中間的直流部分的左半部分采用左邊相鄰信道參數的最小ニ乘算法估計值，右半部分采用右邊相鄰信道參數的最小ニ乘算法估計值，中間的信道參數采用兩邊相鄰的信道參數的平均值，將信道參數補齊；(4)將所述補齊后的信道參數進行頻域濾波，完成信道估計。所述步驟(1)中根據梳狀導頻的插入規則提取導頻經過信道后的信號。所述步驟(1)中還包括將所述提取導頻經過信道后的信號與對應信道上的信號進行相加的步驟。所述步驟(4)還包括以下子步驟(41)對補齊后的信道參數進行快速傅里葉變換，使補齊后的信道參數變換到頻域；(42)截取信道參數頻域變換值的低頻部分，將高頻部分置為零；(43)對頻域濾波后的信道進行快速傅里葉逆變換到時域，并截取信號傳輸過程中所用到的信道參數。所述的快速傅里葉變換和快速傅里葉逆變換在無線傳感器網絡中的正交頻分復用系統中完成。有益效果由于采用了上述的技術方案，本發明與現有技術相比，具有以下的優點和積極效果本發明采用了虛載波替換的方法，減小了由于虛載波的存在對信道估計參數的及精度的影響，提高了系統的性能。本發明利用了信道的慢衰落性能，信道參數的能量主要集中在低頻部分，而噪聲的能量分布在整個頻帶，在頻域進行濾波，可有效降低噪聲的影響。本發明中所采用快速傅里葉變換(Fast Fourier iTransformation，簡稱“FFT”)可用OFDM系統中的FFT共用ー套資源，不會帶來額外的開銷。本發明中沒有大量的運算，實現簡単，非常適合能量受限、計算能力受限、存儲資源受限以及通信能力受限的四大受限無線傳感器網絡的應用場景，在資源消耗，信道估計精度上均有較大優勢能力，能適應無線傳感器網絡中由于資源、成本、功耗受限的要求。


圖1是本發明的原理示意圖；圖2是本發明中導頻提取裝置示意圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例，進ー步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。本發明的實施方式涉及ー種應用于無線傳感器網絡中的信道估計方法，其采用虛載波替換和利用FFT減少噪聲影響的信道估計方法，通過虛載波替換消除空閑載波對邊緣信道參數的影響后利用FFT變換在頻域去除高斯噪聲的影響，在較低算法復雜度的條件下，提高了系統的靈敏度性能，因此能很好的應用于受資源、成本、功耗限制的無線傳感器網絡中，特別適合采用梳狀導頻，信道參數為慢衰落的OFDM系統的應用場景。下面以無線傳感網中OFDM系統的FFT點數為128點，兩邊預留保護帶為左邊 (-64:-50), (50:63)，直流部分保護帶為(_1，0，1)為例，進ー步說明本發明。如圖1所示，首先提取導頻經過信道后的信號。可利用如圖2所示的導頻提取裝置進行提取，即將接收的信號先存入ー塊RAM，隨后梳狀導頻的插入規則從RAM中提取出導頻經過信道后的信號，并將對應信道上的信號相加以減少噪聲的影響。接著，利用LS算法進行信道參數估計，將上述中得到的信號與存在本地的導頻相除，已知的本地導頻為ん與經過信道得到的信號Yk，則信道參數的最小ニ乘估計值Hk = Yk/ ん，得到信道參數的初歩結果。然后，將得到的信道參數映射到所對應的信道上，未傳輸信號的虛載波信道 (-64:-50)信道參數用(-35:-49)信道參數的LS估計值代替，(50:63)信道參數用(49:36) 信道參數的LS估計值代替，(-1)信道參數用(- 信道參數的LS估計值代替，(1)信道參數用( 信道參數的LS估計值代替，(0)信道參數用( ，(-2)信道參數的LS估計值的平均值代替，將信道參數補全。不難發現，本發明采用了虛載波替換的方法，減小了由于虛載波的存在對信道估計參數的及精度的影響，提高了系統的性能。最后，對補全后信道參數做128點的FFT變換，變換到頻域后，將得到的頻域變換值進行頻域濾波，即將得到的頻域變換值從15到113的值置為0，再對頻域濾波后的值進行 128點IFFT變換，最終對IFFT逆變換后的值中選取有用的信道(-49 -2)バ2 49)參數，完成信道估計。其中，FFT和IFFT在無線傳感器網絡中的正交頻分復用系統中完成。本發明利用了信道的慢衰落性能，信道參數的能量主要集中在低頻部分，而噪聲的能量分布在整個頻帶，在頻域進行濾波，可有效降低噪聲的影響。本發明中所采用FFT可用OFDM系統中的FFT共用ー套資源，不會帶來額外的開銷。由此可見，本發明中沒有大量的運算，實現簡単，非常適合能量受限、計算能力受限、存儲資源受限以及通信能力受限的四大受限無線傳感器網絡的應用場景，在資源消耗， 信道估計精度上均有較大優勢能力，能適應無線傳感器網絡中由于資源、成本、功耗受限的要求。
權利要求
1.一種應用于無線傳感器網絡中的信道估計方法，其特征在干，包括以下步驟(1)提取導頻經過信道后的信號；(2)利用最小ニ乘算法對信道參數進行估計，即將所述提取得到的信號與存在本地的導頻相除，得到信道參數；(3)將得到的信道參數映射到所對應的信道上，未傳輸信號的虛載波信道分為兩端的保護帶和中間的直流部分兩種情況兩端的保護帶的虛載波信道參數取與其相鄰子載波的信道參數的最小ニ乘算法估計值，兩端的保護帶的虛載波與相鄰的子載波相互對稱；中間的直流部分的左半部分采用左邊相鄰信道參數的最小ニ乘算法估計值，右半部分采用右邊相鄰信道參數的最小ニ乘算法估計值，中間的信道參數采用兩邊信道參數的平均值，將信道參數補齊；(4)將所述補齊后的信道參數進行頻域濾波，完成信道估計。
2.根據權利要求1所述的應用于無線傳感器網絡中的信道估計方法，其特征在干，所述步驟(1)中根據梳狀導頻的插入規則提取導頻經過信道后的信號。
3.根據權利要求1所述的應用于無線傳感器網絡中的信道估計方法，其特征在干，所述步驟(1)中還包括將所述提取導頻經過信道后的信號與對應信道上的信號進行相加的Mc ο
4.根據權利要求1所述的應用于無線傳感器網絡中的信道估計方法，其特征在干，所述步驟(4)還包括以下子步驟(41)對補齊后的信道參數進行快速傅里葉變換，使補齊后的信道參數變換到頻域；(42)截取信道參數頻域變換值的低頻部分，將高頻部分置為零；(43)對頻域濾波后的信道進行快速傅里葉逆變換到時域，并截取信號傳輸過程中所用到的信道參數。
5.根據權利要求4所述的應用于無線傳感器網絡中的信道估計方法，其特征在干，所述的快速傅里葉變換和快速傅里葉逆變換在無線傳感器網絡中的正交頻分復用系統中完成。
全文摘要
本發明涉及一種應用于無線傳感器網絡中的信道估計方法，包括以下步驟提取導頻經過信道后的信號；利用最小二乘算法對信道參數進行估計；通過虛載波替換消除空閑載波對邊緣信道參數，即兩端的保護帶的虛載波信道參數取與其相鄰子載波的信道參數的最小二乘算法估計值，兩端的保護帶的虛載波與相鄰的子載波相互對稱；中間的直流部分的左半部分采用左邊相鄰信道參數的最小二乘算法估計值，右半部分采用右邊相鄰信道參數的最小二乘算法估計值，中間的信道參數采用兩邊信道參數的平均值，將信道參數補齊；將補齊后的信道參數進行頻域濾波，完成信道估計。本發明能夠以較小的資源消耗實現在無線傳感器網絡應用中的信道估計。
文檔編號H04L25/02GK102546490SQ20121000745
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月11日 優先權日2012年1月11日
發明者丁承, 付耀先, 汪磊, 羅炬鋒 申請人:中國科學院上海微系統與信息技術研究所, 中國科學院嘉興無線傳感網工程中心