一種基於最優導頻的mimo-ofdm系統信道估計方法
2023-05-24 04:20:36
一種基於最優導頻的mimo-ofdm系統信道估計方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於最優導頻的MIMO-OFDM系統信道估計方法，包括：設計最優導頻序列；將最優導頻序列經過STBC編碼得到專用導頻序列；將多個專用導頻序列設計為相移關係；對專用導頻序列進行處理；採用迭代導頻估計法估計所有時間點的信道響應。與現有技術相比，本發明的方法應用MSE和PAPR雙準則設計最優導頻，採用STBC編碼導頻設計簡化了接收機的處理，將多個專用導頻序列設計為相移關係，從而將多維矩陣的LS運算轉化為一維矩陣運算，降低了運算複雜度，便於硬體實現，且該方法基於系統上優化思想，提升了傳統信道估計方法性能，擴大其SNR適用範圍。
【專利說明】—種基於最優導頻的MIMO-OFDM系統信道估計方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及通信信道估計【技術領域】，更具體地涉及一種基於最優導頻的MIM0-0FDM系統信道估計方法。
【背景技術】
[0002]隨著人們對無線音頻音質要求的提高，無線音頻技術越來越受到人們的重視。
[0003]目前，無線音頻的傳輸技術主要有藍牙、W1-FI以及MM0-0FDM。藍牙技術的傳輸距離短，數據傳輸率低、抗幹擾能力弱，幾乎無法在高品質的無線音頻系統方面使用。W1-FI技術覆蓋範圍廣、傳輸速率快、抗幹擾能力強，目前已經在世界範圍內廣泛使用，是當今無線音頻技術的主流技術。但，目前的W1-FI技術依然存在其自身的局限性，因此，為應對更高品質音頻的要求，具有頻譜利用率高、信號傳輸穩定、傳輸速率高的優點的MIM0-0FDM技術成為新一代無線音頻傳輸晶片的核心技術。
[0004]其中，在接收端，信道估計對實際無線MMO信道的多徑衰落特徵進行估計，是MIM0-0FDM系統的關鍵技術之一，對寬帶無線通信系統的性能具有非常重要的影響，可將估計得到的發送載波信息，用於接收端均衡、相干解調、檢測和解碼模塊。
[0005]目前有三大類對信道估計的研究，分別為:基於導頻的信道估計、盲估計或半盲估計。其中基於導頻的信道估計一直是研究熱點，應用較為廣泛，基於此的估計算法如最大似然法(ML,maximum 1丨1^1;[1100(1)、最小二乘法(1^, least squares)、最小均方誤差法(MMSE，mimimum meam square error)等算法都得到了廣泛的研究。而盲估計算法或半盲信道估計還處於理論研究階段。`
[0006]在前人的研究中，基於最優導頻的LS (最小二乘)信道估計，都有設計導頻開銷，耗費頻譜資源的問題。特別是對於一個Nt個發射天線的MIM0-0FDM系統，傳統LS估計則需要進行NtNOXNtNO維的矩陣求逆操作，其中NO為子載波數，當Nt大於I時，算法計算複雜度較高，很難在硬體上實現。另外由於OFDM系統是多載波疊加的，存在較大的峰值平均功率It (PAPR,Peak-to-Average power Ratio)問題,會對整個系統的性能、效率有直接的影響。而MM0-0FDM系統同樣存在這個問題，因此必須考慮降低信號的峰均比值，提高系統的整體性能。此外，在實際應用中，LS信道估計易受到高斯白噪聲和子載波幹擾(Inter-ChannelInterference, ICI)的影響,在低信噪比時準確度受到一定的限制。
【發明內容】
[0007]本發明的需解決的技術問題是提供一種適用於頻率選擇性衰落信道環境下，基於最優導頻的MIM0-0FDM系統信道估計方法，降低信道估計時算法的複雜度，以便於硬體的實現。
[0008]為解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案是提供一種基於最優導頻的MIM0-0FDM系統信道估計方法，包括:
[0009](I)發送端基於MSE和PAPR雙準則設計最優導頻序列；[0010](2)將所述最優導頻序列經過STBC編碼及OFDM調製後得到專用導頻序列，以簡化接收端的處理；
[0011](3)所述接收端將多個所述專用導頻序列設計為相移關係；
[0012](4)對具有相移關係的多個所述專用導頻序列進行處理；
[0013](5)採用迭代導頻估計法估計所有時間點的信道響應以實現MMO-OFDM的系統信道估計。
[0014]與現有技術相比，本發明的方法充分考慮了無線音頻傳輸晶片MMO-OFDM系統的頻率選擇性衰落信道特性、信道估計中導頻開銷和硬體實現的複雜度問題，應用MSE和PAPR雙準則設計最優導頻，採用STBC編碼導頻設計簡化了接收機的處理，將多個專用導頻序列設計為相移關係，從而將多維矩陣的LS運算轉化為一維矩陣運算，降低了運算複雜度，便於硬體實現，且該方法基於系統上優化思想，提升了傳統信道估計方法性能，擴大其SNR適用範圍。
[0015]通過以下的描述並結合附圖，本發明將變得更加清晰，這些附圖用於解釋本發明的實施例。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明基於最優導頻的MIM0-0FDM系統信道估計方法的流程圖。
[0017]圖2為圖1所示步驟S107的子流程圖。
[0018]圖3為信道估計總體結構框圖。
[0019]圖4為採用迭代導頻估計進行信道上估計時的數據處理示意圖。
【具體實施方式】
[0020]現在參考附圖描述本發明的實施例，附圖中類似的元件標號代表類似的元件。
[0021]請參考圖1及圖2，本發明基於最優導頻的MMO-OFDM系統信道估計方法包括:
[0022]S101，採用塊狀導頻插入的方式周期性地將OFDM塊狀導頻符號插入所有載波。需要說明的是，對於頻率選擇性信道，信道是準靜態或者慢時變的，用基於快跑導頻的信道估計，在所有載波上周期性地插入塊狀導頻信號，將具有更高的估計精度。以如圖3所示的2X2MM0系統為例，收發天線之間是相關的。設某OFDM符號子載波數N=64，循環前綴Ncp=IB0發射天線I發送比特流XI，發射天線2發送比特流X2，這裡令X2=X1。採用塊狀導頻插入方式，令四個OFDM符號為一個周期，其中第一個OFDM符號為導頻符號，第二個OFDM符號為數據符號，第三個OFDM符號為數據符號，第四個OFDM符號為數據符號。對於一個
OFDM符號導頻，為了描述方便，令OFDM符號裡Np個導頻分別為& = [Ar A W…，/)',、]'。
[0023]S102，將最優導頻序列均勻地分布於多個OFDM符號上。
[0024]原最優導頻序列設計使得MMO-OFDM系統信道估計MSE最小。在文獻[王晗，汪晉寬，MIM0-0FDM時域信道估計中的最優導頻設計算法研究[J].2009]指出最優導頻序列必須滿足條件:(I) 一個OFDM符號中的導頻數量必須大於或等於LNt，其中Nt為發射天線數，L信道的最大多徑延時。(2)在頻域方向上導頻必須是等距離分布的。(3)所有導頻的能量是相等的。(4)在所有·的天線上的導頻結構是相等的。第Ni個發射天線的最優導頻序列可以表示成[0025]
【權利要求】
1.一種基於最優導頻的MIMO-OFDM系統信道估計方法，其特徵在於，包括: (1)發送端基於MSE和PAPR雙準則設計最優導頻序列； (2)將所述最優導頻序列經過STBC編碼及OFDM調製後得到專用導頻序列，以簡化接收端的處理； (3)所述接收端將多個所述專用導頻序列設計為相移關係； (4)對具有相移關係的多個所述專用導頻序列進行處理； (5)採用LS算法及迭代導頻估計法估計所有時間點的信道響應以實現MIM0-0FDM的系統信道估計。
2.如權利要求1所述的信道估計方法，其特徵在於，步驟(I)之前還包括: 採用塊狀導頻插入的方式周期性地將OFDM塊狀導頻符號插入所有載波。
3.如權利要求2所述的信道估計方法，其特徵在於，將所述OFDM塊狀導頻符號插入所有載波之後還包括: 將所述最優導頻序列均勻地分布於多個OFDM符號上。
4.如權利要求2或3所述的信道估計方法，其特徵在於，步驟(5)具體包括: (51)所述接收端接收經處理後的所述專用導頻序列，並採用數據分離單元將所述專用導頻序列分離為OFDM數據符號和所述OFDM塊狀導頻符號； (52)將所述OFDM塊狀導頻符號輸入迭代估計單元進行首次信道估計以得到信道狀態信息； (53)將所述信道狀態信息用於對緊鄰的OFDM數據符號的信道進行估計以得到第一個信道估計值； (54)將所述第一個信道估計值輸入所述迭代估計單元以得到緊鄰的下一個所述OFDM數據符號所在時間點的信道狀態信息，依次類推，以得到一個周期內所有時間點的信道狀態息。
5.如權利要求4所述的信道估計方法，其特徵在於，步驟(4)具體為: (41)對多個所述專用導頻序列進行fft變換以及去除循環前綴； (42)對多個所述專用導頻序列進行低通濾波以及OFDM解調。
6.如權利要求5所述的信道估計方法，其特徵在於，步驟(5)之後還包括: (6)所述接收端進行STBC解碼； (7)通過加窗均衡模塊降低信道中的ICI幹擾。
7.如權利要求1所述的信道估計方法，其特徵在於，所述最優導頻序列的能量相等且呈等間隔排列。
【文檔編號】H04L27/26GK103685096SQ201310719125
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月23日 優先權日:2013年12月23日
【發明者】陸許明, 徐永鍵, 戴健強, 譚洪舟 申請人:廣州市花都區中山大學國光電子與通信研究院