1、    結(jié)合統(tǒng)計特性的WCDMA信道分形插值估計方法        曹 敦，傅 明 時間:2009年01月12日     字 體: 大 中 小        關(guān)鍵詞:        ? 摘? 要：?關(guān)鍵詞： 信道估計；WCDMA；分形；插值；統(tǒng)計? 根據(jù)導(dǎo)頻段信道參數(shù)的估計值對數(shù)

2、據(jù)段信道進(jìn)行估計，傳統(tǒng)的算法有線性內(nèi)插法1-2和自適應(yīng)濾波法3，但對高速多徑信道，準(zhǔn)確度較差。參考文獻(xiàn)4運(yùn)用分形理論研究復(fù)雜地形及表面環(huán)境中的無線電波傳播，指出了電波傳播的分形特性。參考文獻(xiàn)5從多徑衰落信號產(chǎn)生的動力學(xué)機(jī)制出發(fā)，分析了多徑衰落信號的分形特性。參考文獻(xiàn)6從非線性科學(xué)的角度出發(fā)建立了多徑信道的分?jǐn)?shù)布朗運(yùn)動模型。這些研究結(jié)論開辟了研究無線信道的新方法。?1 系統(tǒng)模型及信道估計問題?P個導(dǎo)頻碼和Nd個數(shù)據(jù)碼，如圖1所示。? 接收端接收的信號經(jīng)匹配濾波器解擴(kuò)后，分為通過不同路徑傳播的基帶信號。多徑傳輸使得信號具有不同的增益和相位變化，用信道估計器估計出的信道參數(shù)復(fù)共軛乘以時隙中數(shù)據(jù)符號并

3、與其他路徑的信號進(jìn)行最大比合并，合并輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)過解交織即軟判決維特比譯碼恢復(fù)出發(fā)送的數(shù)據(jù)。? 假設(shè)在匹配濾波器中，每徑的相關(guān)器理想同步于相應(yīng)徑的時延，在第l徑分支中，接收信號經(jīng)過相關(guān)解擴(kuò)后所得的第n個時隙第m個符號位置上的輸出為：?式中：d(m，n)是第n個時隙第m個發(fā)送符號；al(m，n)是第l徑第n個時隙第m個符號信道衰落參數(shù)；wl(m，n)為背景噪聲和干擾造成的0均值復(fù)加性高斯白噪聲的采樣。設(shè)導(dǎo)頻符號d(m，n)(m=0，1，NP-1)等于復(fù)定值dP，這樣首先利用第n個時隙NP個導(dǎo)頻符號所得到的導(dǎo)頻段瞬時信道估計值為：?式中：m=0，1，NP-1，第l徑第n個時隙數(shù)據(jù)段的信道可根據(jù)上述

4、導(dǎo)頻段瞬時信道估計值通過某種內(nèi)插算法得到。?2 結(jié)合統(tǒng)計特性的分形插值信道估計? D=2-H? (3)? 將信道衰減系數(shù)BH(t)作為一分?jǐn)?shù)維布朗運(yùn)動。已知相鄰導(dǎo)頻段信道衰減系數(shù)BH(t0)、BH(t1)，利用逐次隨機(jī)累加模型，按照下式構(gòu)造兩點(diǎn)的中點(diǎn)?式中：1是均值為0、方差為12的高斯隨機(jī)變量。同理，為新的端點(diǎn)可以擬合BH，進(jìn)行第2層迭代。由分形理論可依此類推，在第n層迭代中，n的方差為：? 多徑衰落是由于周圍環(huán)境對發(fā)射信號綜合作用的結(jié)果，蘊(yùn)含著大量移動信道的信息，不同的環(huán)境和移動速度具有不同的傳播特性，接收信號的強(qiáng)度也表現(xiàn)出不同的變化趨勢。因此，分形維數(shù)體現(xiàn)出傳播環(huán)境對接收信號強(qiáng)度的影響，

5、其值越大，表明信道衰落變化越快，越復(fù)雜。另一方面，幅度衰落的方差2量化表示信道衰減的深度，其值越大，表明信道衰減變化越深，越劇烈。? WCDMA系統(tǒng)支持可變速率的傳輸方式，時隙中數(shù)據(jù)的符號個數(shù)可變，而上述分形內(nèi)插的點(diǎn)數(shù)只能是2n-1，線性插值不適合對具有分形特性的無線信道非1/2點(diǎn)進(jìn)行插值。此時利用多徑信道在一般條件下服從Raleigh或Rice分布的先驗條件，采用式（6）對非1/2點(diǎn)進(jìn)行插值。?式中，tl<Ti<Tr，BH(tr)和BH(tl)是與BH(ti)相鄰的1/2插值點(diǎn)；i是服從Raleigh和Rice分布的隨機(jī)變量。對非1/2點(diǎn)進(jìn)行隨機(jī)插值，其與相鄰的1/2插值點(diǎn)具有關(guān)

6、聯(lián)性，且符合多徑信道統(tǒng)計分布特性。? 結(jié)合無線信道的統(tǒng)計特性基于分形插值的信道估計方法可以分下列3步完成。? (1) 確定兩端點(diǎn)的值? 第n個時隙導(dǎo)頻段瞬時信道估計值的均值為：? (2)采用隨機(jī)累加模型對1/2點(diǎn)進(jìn)行分形插值? 根據(jù)以上分析，可以按照(10)式計算兩者中點(diǎn)進(jìn)行第一層插值:?式中,1是均值為0、方差為12的高斯隨機(jī)變量； 為取整運(yùn)算。依次類推，總共進(jìn)行N=log2(Nd)層插值，各層的方差n2如式（7）。? (3)利用統(tǒng)計特性進(jìn)行非1/2點(diǎn)插值? 利用無線信道衰落在一般情況下服從Raleigh和Rice分布這一先驗條件對非1/2點(diǎn)進(jìn)行插值，如下式：?式中，服從Raleigh和Ri

7、ce分布的隨機(jī)變量。?3 仿真結(jié)果及分析? 在Matlab中進(jìn)行算法仿真。根據(jù)WCDMA標(biāo)準(zhǔn)，信號的調(diào)制方式為QPSK，碼率為3.84Mb/s。本文以Raleigh衰落信道模型建立信道，Rake合并徑數(shù)為6。信號傳輸速率為120kb/s，導(dǎo)頻長度Np=7，數(shù)據(jù)碼長度Nd=33。仿真時假設(shè)在接收端碼片、符號及幀已經(jīng)同步。? 圖2示出fd=30Hz（載頻為2GHz時對應(yīng)于移動速度16.2km/h）時分別應(yīng)用基于區(qū)間平均1、多時隙加權(quán)2基本問題給出的結(jié)合統(tǒng)計特性和基于分形插值信道估計方法得到的不同信噪比下信道參數(shù)估計誤碼率曲線。從圖可看出，相對另外兩種傳統(tǒng)方法，本文提出的方法能更準(zhǔn)確地估計出信道的參

8、數(shù)，而且信噪比越大，誤碼率越低。? 圖3示出fd=500Hz(移動速度270km/h)時三種方法得到的不同信噪比的下信道參數(shù)估計誤差曲線。從圖可看出，在移動臺高速運(yùn)動時，采用兩種傳統(tǒng)方法，誤碼率高且隨著信噪比提高，估計精度也沒有明顯地改善。采用本文提出的方法隨著信噪比增大，估計精度也得到有效的改善，在信噪比大于7dB時，誤碼率已低于10-2。? 在分析多徑衰落信道的分形特性的基礎(chǔ)上，本文提出適用于WCDMA信道的分形插值估計算法，結(jié)合信道符合Raleigh和Rice分布的先驗條件，可實(shí)現(xiàn)對任意速率的信道估計。在充分分析無線信道的分形特性并考慮信道的統(tǒng)計特性基礎(chǔ)上，從仿真結(jié)果可看出，本算法不但改

9、進(jìn)了快衰落的信道估計精度，而且對于高速運(yùn)動的接收機(jī)性能有顯著的改善。保證在不同的傳播環(huán)境中，及時有效地跟蹤信道的變化，擴(kuò)展了接收機(jī)正常工作運(yùn)動速度的范圍。?參考文獻(xiàn)?1 AMMARI M L，GAGNON F.Iterative channel estimation?and decoding of turbo-coded OFDM symbols in selective?Rayleigh channel. Electrical and Computer Engineering，Canadian Journal of.Winter 2007，32(1)：9-18.?2 HARADA H，HERNANDEZ M，KOHNO R. Channel estimation for wavelet packet based UWB transmissions；Spread spectrum techniques and applications.2006 IEEE?Ninth International Symposium on.Aug. 2006：178-182.?3 SONG S，SINGER C