一種基於動態導頻調整的信道估計方法
2023-04-30 06:17:31
專利名稱：一種基於動態導頻調整的信道估計方法
技術領域：
本發明屬於移動通信技術領域，涉及一種通過對導頻圖案進行疏密度動態調整從而實現信道估計的方法。
背景技術：
以正交頻分復用體制為代表的新一代移動通信技術日新月異。正交頻分復用體制是一種多載波的通信系統，它具有高於一般系統的頻譜利用率和很強的抗幹擾性能，這些優勢使得它在地面無線移動通信中得以廣泛應用，並且在衛星移動通信系統中也受到越來越廣泛的關注。然而，惡劣的衛星傳輸環境如無線信道中的多徑衰落、多徑延時、都卜勒頻偏等信道幹擾因素卻嚴重地影響了系統的性能，對接收信號的幅值和相位造成了不同程度的幹擾，這種影響主要反映在它會使符號星座圖發生偏轉(多徑延時)和畸變(多徑衰落)，從而影響接收信號的相位和幅度，造成一定的誤碼；在實際系統中，當移動接收臺處在中、高速移動情況(包括由於軌道漂移等因素造成的衛星與地面目標的相對移動以及地面移動車載接收機的本地運動等)時，除了上述多徑衰落信道幹擾因素外，還要考慮都卜勒頻率偏移對接收信號的影響，都卜勒頻偏對數據符號的幹擾主要反映在它會使符號星座圖的相位發生動態旋轉，而且旋轉速度會隨著相位誤差的增大而加快，從而造成大量誤碼，從而增加了系統的誤比特率。為了最大限度地消除信道幹擾帶來的種種負面影響，在接收端，必須對數據符號的信道響應進行有效的估計，從而提高系統性能，這就是信道估計的問題。目前，解決信道估計問題的方法普遍是在數據幀中插入各種導頻信息來跟蹤和估計信道響應的動態變化，這種導頻信息大多以某種圖案構型固定的導頻結構為主。通常情況下，衛星移動通信廣播信道是一種具有時間/頻率選擇性衰落特性的傳輸信道，信道的多徑衰落、多徑延時和都卜勒頻偏等幹擾因素都在時刻發生著變化，特別是在具有深度衰落和快速衰落的移動多徑衰落信道環境下，這種變化更為劇烈。這時，任何一種基於固定導頻圖案的信道估計方法都不能夠有效地並實時地跟蹤和估計數據符號複雜多變的信道響應，按照某一種特定導頻圖案模式設計的信道估計方法通常也只能適應某種單一的信道環境，現有信道估計方法普遍存在無法及時跟蹤信道響應大範圍動態波動的問題，這使得信道估計精度下降，系統誤碼率上升。
發明內容
本發明的技術解決問題是:針對現有技術的不足，提出了一種基於動態導頻調整的信道估計方法，採用本方法能獲得比傳統固定導頻圖案信道估計方法更高的估計精度，從而有效提升了通信系統在衛星移動多徑信道環境中的整體傳輸性能。本發明的技術解決方案:一種基於動態導頻調整的信道估計方法，至少包括以下步驟:獲取當前注入的數據幀；
對所述數據幀進行導頻圖案解析；根據所述導頻圖案解析結果進行信道估計，並獲得MSE值；對所述數據幀的MSE值進行MSE統計分析；所述MSE值進行統計分析用於獲取MSE的歷史統計數據最大值MAX(MSE)、MSE的歷史統計數據最小值MIN(MSE)、MSE的數學期望E(MSE)和 MSE 的方差 σ (MSE)，以及超過 MAX(MSE)次數 MaxCl、低於 MIN(MSE)次數 MinC2和σ (MSE)升高次數VarRMSC3 ；判斷所述數據幀是否需要調整導頻圖案；在需要調整所述導頻圖案時，利用導頻圖案調整算法確定導頻圖案調整策略，並調用導頻圖案庫中的導頻圖案進行調整；所述導頻圖案調整算法包括以下步驟:根據所述MSE值進行統計分析獲得的統計值進行如下判斷:若當前數據幀的MSE值超過MAX (MSE)或小於MIN(MSE)，則執行第一分支:則判斷MaxCl是否超過MaxCl的門限值；否則，執行第二分支:判斷VarRMSC3是否超過VarRMSC3的門限值；在所述第一分支中，若MaxCl超過MaxCl的門限值，則調密導頻間距；否則，判斷MinC2是否超過MinC2的門限值；在所述第二分支中，若VarRMSC3超過VarRMSC3的門限值，則調密導頻間距；否則，不調整導頻；在所述第一分支中，若MinC2超過MinC2的門限值，則調疏導頻圖案；否則，不調整導頻。本發明與現有技術相比的優點:本發明將導頻圖案設計為可變結構，通過動態調整實現對信道響應的更準確的跟蹤與估計，設計了一種導頻圖案的動態調整算法，建立了含有多種疏密度圖案的動態導頻圖案庫，拓展了基於導頻體制的信道估計方法。本發明採用動態導頻圖案調整機制，獲得了比傳統靜態/固定導頻圖案方法更優的信道估計精度，在相同的信噪比(SNR= 10 20dB)條件下，仿真數據統計研究表明，本發明方法比傳統方法在信道估計精度(MSE)方面平均提升約I 2個數量級，具有大約8 9dB的性能提升。本發明採用動態導頻圖案調整機制，使得動態導頻方法比傳統靜態導頻方法最大可以節省約20 %的系統子載波頻率資源，節省了的子載波頻率資源可供數據子載波使用，從而顯著提升了系統頻率資源的利用率。本發明方法在改善信道估計精度MSE性能的同時還優化了系統子載波頻率資源。
圖1為本發明方法流程圖；圖2為本發明導頻圖案動態調整算法流程圖；圖3為本發明一種調密導頻疏密度的動態導頻圖案結構；圖4為本發明一種調疏導頻疏密度的動態導頻圖案結構；圖5為C0ST-207信道模型下信道估計MSE性能對比；圖6為SFN-4信道模型下信道估計MSE性能對比；圖7為C0ST-207信道模型下動態導頻疏密度(間隔)變化曲線；
圖8為SFN-4信道模型下動態導頻疏密度(間隔)變化曲線；
具體實施例方式如圖1所示，本發明一種基於動態導頻調整的信道估計方法主要模塊包括:MSE統計分析模塊、導頻圖案調整算法模塊、導頻圖案庫模塊。如圖1所示，MSE(均方誤差)統計分析模塊負責對當前的和以往的MSE數據信息進行分析與處理，從而做出是否需要調整導頻圖案的判決，以及命令下一幀如何調整導頻圖案的疏密度。 在MSE統計分析模塊的數據信息處理過程中，要考慮MSE的歷史統計信息，這主要包括以下四個參數:a)MSE的歷史統計數據最大值，即MAX(MSE)；b)MSE的歷史統計數據最小值，即；MIN(MSE)；c)MSE的數學期望，即均值E (MSE)，按下式計算:
權利要求
1.一種基於動態導頻調整的信道估計方法，其特徵在於，至少包括以下步驟: 獲取當前注入的數據幀； 對所述數據幀進行導頻圖案解析； 根據所述導頻圖案解析結果進行信道估計，並獲得MSE值； 對所述數據幀的MSE值進行MSE統計分析；所述MSE值進行統計分析用於獲取MSE的歷史統計數據最大值MAX(MSE)、MSE的歷史統計數據最小值MIN(MSE)、MSE的數學期望E(MSE)和 MSE 的方差 σ (MSE)，以及超過 MAX (MSE)次數 MaxCl、低於 MIN(MSE)次數 MinC2和σ (MSE)升高次數VarRMSC3 ； 判斷所述數據幀是否需要調整導頻圖案； 在需要調整所述導頻圖案時，利用導頻圖案調整算法確定導頻圖案調整策略，並調用導頻圖案庫中的導頻圖案進行調整；所述導頻圖案調整算法包括以下步驟: 根據所述MSE值進行統計分析獲得的統計值進行如下判斷: 若當前數據幀的MSE值超過MAX (MSE)或小於MIN (MSE)，則執行第一分支:則判斷MaxCl是否超過MaxCl的門限值；否則，執行第二分支:判斷VarRMSC3是否超過VarRMSC3的門限值； 在所述第一分支中，若MaxCl超過MaxCl的門限值，則調密導頻間距；否則，判斷MinC2是否超過MinC2的門限值；在所述第二分支中，若VarRMSC3超過VarRMSC3的門限值，則調密導頻間距；否則，不調整導頻； 在所述第一分支中，若MinC2超過MinC2的門限值，則調疏導頻圖案；否則，不調整導頻。
全文摘要
本發明公開了一種基於動態導頻調整的信道估計方法，至少包括以下步驟獲取當前注入的數據幀；對所述數據幀進行導頻圖案解析；根據所述導頻圖案解析結果進行信道估計，並獲得MSE值；對所述數據幀的MSE值進行MSE統計分析；判斷所述數據幀是否需要調整導頻圖案；在需要調整所述導頻圖案時，利用導頻圖案調整算法確定導頻圖案調整策略，並調用導頻圖案庫中的導頻圖案進行調整。採用本方法能獲得比傳統固定導頻圖案信道估計方法更高的估計精度，從而有效提升了通信系統在衛星移動多徑信道環境中的整體傳輸性能。
文檔編號H04L27/26GK103117966SQ201310078229
公開日2013年5月22日 申請日期2013年3月12日 優先權日2013年3月12日
發明者楊童 申請人:中國空間技術研究院