一种基于路径合成的多径时延估计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于路径合成的多径时延估计方法，包括以下步骤：在预处理阶段发送端首先向接收端发送一次大功率导频信号；接收端根据接收到的导频信号获取信道的多径时延结构，完成时延估计的预处理；信号发送端向接收端发送常规功率的导频信号，信号接收端根据接收到的导频信号和参考导频信号利用算法计算得到峰值函数；根据计算得到的峰值函数和预先估计到的多径时延结构利用路径合成算法估计信号多径时延。本发明专利技术能够获得比常规的多径时延估计算法更精准的时延估计。与其他时延估计方法相比，本发明专利技术设计方法具有估计精度高，计算复杂度小的优点；不仅仅能在单用户系统中适用，而且在多用户系统中也有较好的估计效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于路径合成的多径时延估计方法
本专利技术属于多用户单天线系统信号处理
，更具体地，涉及一种基于路径合成的多径时延估计方法。
技术介绍
过去的几年中，时延估计由于其在雷达，声纳定位以及通信系统中的广泛应用而受到了极大的关注。同步问题是进行数字通信的前提和基础，同步性能的好坏直接影响着通信系统的性能。在通信系统中，能否正确估计信号的时延是解决信号同步问题的关键所在。对于单径信道中信号的时延估计问题现有的相关函数法(Cross-Correlation)已经能够很好的解决。而后为了更好的抑制噪声干扰又出现了基于广义相关法(GCC)及其加权算法(PHAT-GCC,ROTH-GCC,SCOT-GCC)。上述算法在高信噪比环境和单径信道中的时延估计结果精确度较高，然而这些算法在低信噪比环境和多径信道中的表现却不尽人意。极大似然估计算法(ML)虽然提升了多径信道中时延估计结果的精度，但是该算法低信噪比环境中的估计精度以及该算法较高的计算复杂度使得该算法仍然不能令人满意；随着通信技术的发展，通信系统变得越来越庞大，时延估计问题也变得越发复杂，对于时延估计算法的性能要求也越来越高。现有的时延估计方法已经不能适用当下大规模无线通信系统中的时延估计。虽然现在已经出现了大量的新型算法，使得时延估计的精度大大提升，然而这些新型时延估计算法获得较为精准的估计结果的代价是庞大的计算复杂度。此外，目前申请人尚未发现适用于多用户单天线系统中又能保证良好的时延估计精度的多径信号的时延估计的算法。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或不足，本专利技术提供一种基于路径合成的多径时延估计方法，克服现有技术存在的计算复杂度高、低信噪比环境下的估计精度低，无法对多用户单天线系统多径信号时延进行有效估计等技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供一种基于路径合成的多径时延估计方法，所述方法包括以下步骤：(1)时延估计预处理(1-1)信号发送端向接收端发送导频信号sp；(1-2)信号接收端根据接收到的导频信号估计信道的多径时延结构T；所述时延结构T是由每条传输路径上的信号时延与时延最短路径的时延的差值，按从小到大顺序排列组成的向量，表示为T＝[0,Δ2…,Δm-1,Δm]，其中Δi,i＝1,2…,m是第i条路径与时延最短路径的时延差，m表示信道的多径数目；Δ1是时延最短路径的时延与其自身的差值，这里直接用0替代；(2)多径时延估计(2-1)信号发送端向接收端发送带有导频信号x的通信信号，信号接收端根据接收到的通信信号y和导频信号x，计算得到峰值函数r；计算方法包括ROTH-GCC算法和互相关算法；所述峰值函数r是关于时延的函数，该峰值函数中不为零的函数值即峰值所对应的时延值，即为通信信号y的时延(相对于发送端通信信号)；在通信信号受到的噪声干扰较弱时峰值函数有且仅有与多径数目一致的峰值数目，并且这些峰值对应的时延值即为每条路径上的通信信号的时延；当通信信号噪声干扰较强时，会出现峰值数目多于多径数目的情况，使得峰值和时延不能够一一对应，造成估计结果出现错误；(2-2)根据峰值函数r和步骤(1-2)中得到的多径时延结构T，利用路径合成法提取出信号每条路径的时延，完成多径信道中通信信号的时延估计。优选地，步骤(1-1)所述的导频信号sp大功率信号，确保获取精准的信号时延结构；其它步骤发送的导频信号为正常功率信号，以减少发送端功耗。优选地，步骤(1-2)中所述的信道的多径时延结构T是在高信噪比条件下获取的。本专利技术中，高信噪比指信噪比大于等于20dB。优选地，步骤(2-1)中峰值函数r可由通信信号y和导频信号x互相关计算得到；优选地，步骤(2-2)中所述的提取信号的时延的路径合成法具体为：(a)对峰值函数r的函数值按照实部值从大到小进行排序，选取排序后函数值中的前n个，n≥2，用这n个函数值按从大到小的顺序构建行向量a＝[a1,a2,a3…,an-1,an]，并找到这n个函数值各自在峰值函数r中所对应的时延值，将这n个时延值作为时延最短路径的时延候选，表示为行向量d＝[d1,d2,d3…,dn-1,dn]；实际上，由于噪声的存在，在进行时延估计的时候会出现峰值函数的峰值所对应的时延值并不是通信信号的时延的情况，这种情况会造成时延估计结果出错，这也是现有的时延估计方法精度不高的原因之一；故而本申请选取多个峰值作为候选从而提高估计正确率；(b)将步骤(a)中得到的时延最短路径的时延候选向量d中的元素dj,j＝1,2,…,n与多径时延结构T中的每个元素Δi,i＝1,2,…,m相加，得到时延最短路径的时延候选dj所对应的多径时延候选行向量tj，可表示为行向量tj＝[dj,dj+Δ2,…,dj+Δm-1,dj+Δm],j＝1,2,…,n，多径时延候选行向量数目与时延候选向量d中的元素个数一致都为n；(c)依次找到n个多径时延候选向量tj中的每个元素所对应的峰值函数r的函数值vj,i(vj,i表示第j个多径时延候选tj中第i个元素所对应的函数值)；则多径时延候选向量tj对应的峰值函数的函数值可表示为行向量vj＝[vj,1,vj,2,…,vj,n-1,vj,n]；(d)对每个多径时延候选向量tj所对应的函数值行向量vj中的所有元素进行求和，和值最大的行向量所对应的多径时延候选向量tj就是最终确定的多径时延估计。由于噪声的期望为零，所以噪声值之和在统计意义上是趋近于零的；由于信道时延结构的限制，若是候选的时延最短路径的时延对应的数值是噪声，则其他路径的时延所对应的数值点也是噪声，也就是说这些路径所对应的数值点之和会趋近于零；反之，若候选的时延最短路径的时延是正确的时延，则所有路径的时延所对应的数值之和会随着路径数增长而累积。故而数值和最大的多径时延候选即可作为估计结果，进而完成多径信道中的信号时延估计。总体而言，按照本专利技术点的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：1、与其他时延估计方法相比，本专利技术设计方法具有估计精度高，计算复杂度小的优点；2、与其他时延估计方法相比，本专利技术设计方法在多用户系统中也能够得以使用；3、本专利技术提出的多径时延估计方法具有一定的可实施性及实用推广价值，因而使得本专利技术可应用于通信系统的用户同步当中。附图说明图1为本专利技术一种基于路径合成的多径时延估计方法的流程图；图2为本专利技术实施例的单天线系统上行传输模型的示意图；图3为本专利技术实施例与基于ROTH-GCC算法和峰值检测在单用户单天线系统中的时延估计正确率对比曲线图；图4为本专利技术实施例与基于互相关算法和峰值检测在单用户单天线系统中的时延估计正确率对比曲线图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。图1所示为本专利技术基于路径合成的多径时延估计方法的流程图，具体包括以下步骤：(1)时延估计预处理(1-1)信号发送端向接收端发送导频信号sp，所述的导频信号sp是大功率信号，确保获取精准的信号时延结构；其它步骤发送的导频信号为正常功率信号，以减少发送端功耗；(1-2)信号接收端根据接收到的导频信号估计信道的多径时延结构T；所述时延结构是由每条传输路径上的信号时延与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于路径合成的多径时延估计方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)时延估计预处理(1‑1)信号发送端向接收端发送导频信号sp；(1‑2)信号接收端根据接收到的导频信号

【技术特征摘要】
1.一种基于路径合成的多径时延估计方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)时延估计预处理(1-1)信号发送端向接收端发送导频信号sp；(1-2)信号接收端根据接收到的导频信号估计信道的多径时延结构T；所述时延结构T是由每条传输路径上的信号时延与时延最短路径的时延的差值，按从小到大顺序排列组成的向量，表示为T＝[0,Δ2…,Δm-1,Δm]，其中Δi,i＝1,2…,m是第i条路径与时延最短路径的时延差，m表示信道的多径数目；Δ1是时延最短路径的时延与其自身的差值，这里直接用0替代；(2)多径时延估计(2-1)信号发送端向接收端发送带有导频信号x的通信信号，信号接收端根据接收到的通信信号y和导频信号x，计算得到峰值函数r；计算方法包括ROTH-GCC算法和互相关算法；所述峰值函数r是关于时延的函数，该峰值函数中不为零的函数值即峰值所对应的时延值，即为通信信号y相对于发送端通信信号的时延；(2-2)根据峰值函数r和步骤(1-2)中得到的多径时延结构T，利用路径合成法提取出信号每条路径的时延，完成多径信道中通信信号的时延估计。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1-1)所述的导频信号sp为大功率信号，确保获取精准的信号时延结构；其它步骤发送的导频信号为正常功率信号，以减少发送端功耗。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1-2)中所述的信道的多径时延结构T是在高信噪比条件下获取的。4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(2-1)中峰...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭薇，赵学辉，江涛，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42