一種信道估計方法及系統與流程
2023-10-23 01:43:27
本發明涉及無線通信技術領域，特別涉及一種信道估計方法及系統。
背景技術：
毫米波通信自由路損的急劇增加，早期關於毫米波通信的研究大多集中於室內場景。然而，得益於毫米等級的波長，大規模的毫米波通信系統天線陣列可以密集排列在較小體積的印製電路板上，因此基於大規模天線陣列的波束成形技術被廣泛應用於實際的毫米波通信系統以對抗劇烈的路徑損耗。紐約理工大學根據曼哈頓地區的室外實測數據指出，結合波束成形技術，毫米波通信系統中單個微基站的覆蓋範圍最高可達200米，與當前微小區在相同功耗條件下的覆蓋範圍相當。然而，在毫米波多天線系統中，高效的混合模擬數字波束成形設計是以準確的信道狀態信息(channelstateinformation，csi)為前提的。即若csi未知，則混合波束成形的設計需要分兩個步驟：首先確定模擬域的波束旋轉方向，再完成基帶部分的設計。相反地，若給定csi，則可通過矩陣分解同時實現模擬和基帶部分的波束成形設計，使用較少的頻譜資源獲得更高的天線陣列增益。因此，要設計新的毫米波無線通信系統，信道估計是首要解決的問題。然而，僅基於導頻實現信道估計需要在傳輸信號中插入大量的訓練符號，產生大量的導頻訓練負載，嚴重降低了系統的頻譜效率。基於傳輸信號的信道估計能夠有效解決這個問題，大幅提高系統平鋪效率。而另一方面，由於信號檢測性能的好壞將直接影響到信道估計的精度，甚至整個多入多出(multiple-inputmultiple-output，mimo)系統性能的好壞，設計高性能的mimo信號檢測算法已成為mimo通信中一項具有重大意義的關鍵技術。
對現有技術進行檢索發現，pejoskislavche等在2015年ieeewirelesscommunicationsletters上發表的estimationofsparsetimedispersivechannelsinpilotaidedofdmusingatomicnorm(基於原子範數的導頻輔助正交頻分復用系統的稀疏時間彌散信道估計)和zhangpeng等在2015年的ieeeinternationalconferenceoncommunications上發表的atomicnormdenoising-basedchannelestimationformassivemultiusermimosystems(基於原子範數解噪的大規模多用戶多入多出系統的信道估計)中基於導頻序列，採用一維原子範數最小化方法分別在[0,2π)和[-π/2,π/2]區間內逼近信道發射或者接收角度，估計信道信息矩陣。eunchulyoon在2017年的ieeecommunicationsletters中發表的maximumlikelihooddetectionwithaclosed-formsolutionforthesquareqamconstellation中基於子集分割等手段簡化了最大似然檢測算法，提出檢測信號關於接收信號和估計的信道信息的解析表達式。
上述中，由於毫米波信道模型中收發天線陣列響應與現有方法中單天線陣列響應矩陣表示形式的差異，現有基於一維原子範數最小化的信道估計方法無法直接擴展到同時具有收發雙天線陣列響應的毫米波信道信息估計中。而且，上述信道估計方法都僅限於基於導頻的信道估計機制，會產生大量的導頻訓練負載，嚴重降低了系統的頻譜效率。此外，現有的信號檢測算法沒有考慮利用實際無線通信系統中檢測誤差較小的特性，導致信號檢測誤差較高。
技術實現要素：
本發明提供了一種信道估計方法及系統，旨在至少在一定程度上解決現有技術中的上述技術問題之一。
為了解決上述問題，本發明提供了如下技術方案：
一種信道估計方法，包括以下步驟：
步驟a：給定第0個時間塊的導頻序列；
步驟b：在第t個時間塊中，基於t-1個時間塊的傳輸信號，採用稀疏信道估計算法估計出所述第t個時間塊的信道信息；其中，1≤t≤t，t為所述時間塊總數；且當t＝1時，所述上一個時間塊的傳輸信號為第0個時間塊的導頻序列；
步驟c：基於所述第t個時間塊的信道信息，採用最大似然信號檢測器檢測出第t個時間塊的傳輸信號；
步驟d：迭代執行步驟b和步驟c，直到完成t個時間塊的信道信息估計和傳輸信號檢測。
本發明實施例採取的技術方案還包括：所述步驟a前還包括：將毫米波參數信道信息模型轉換為符合構造二維原子範式表達的形式；所述二維原子範式表示為：
上述公式中，為第t個時間塊的信道信息的二維原子範式表示，inf為取下確界操作，表示複數域，|·|表示取模操作。
本發明實施例採取的技術方案還包括：在所述步驟b中，所述採用稀疏信道估計算法估計出第t個時間塊的信道信息具體為：
基於原子範數最小化的稀疏信道重構模型為：
上述公式中，為權重因子；將上述公式轉化為半正定規劃的標準表達形式：
上述公式中，tr(·)表示求矩陣的跡操作，vt,g＝[vt,g(-nt+1),vt,g(-nt+2),...,vt,g(nt-1)]t，是一個塊託普利茲矩陣，將上述公式改寫成適用於交替方向乘子法的表達形式：
將上述公式改寫成增廣拉格朗日的形式：
上述公式中，是對偶變量，ρ＞0是罰參數，η∞(·)是指示函數，當括號中的條件為真時，取值為0；否則為無窮；通過上述公式對未知參數求導。
本發明實施例採取的技術方案還包括：所述步驟d後還包括：採用歸一化均方誤差和誤比特率標準分別對所述信道信息估計和傳輸信號檢測結果進行性能評價。
本發明實施例採取的技術方案還包括：所述歸一化均方誤差標準定義為：
上述公式中，||·||f為範數操作；
所述誤比特率標準定義為：
上述公式中，為取均值操作，||·||0為範數操作。
本發明實施例採取的另一技術方案為：一種信道估計系統，包括：
導頻序列設定模塊：用於給定第0個時間塊的導頻序列；
信道信息估計模塊：用於在第t個時間塊中，基於t-1個時間塊的傳輸信號，採用稀疏信道估計算法估計出所述第t個時間塊的信道信息；其中，1≤t≤t，t為所述時間塊總數；且當t＝1時，所述上一個時間塊的傳輸信號為第0個時間塊的導頻序列；
傳輸信號檢測模塊：用於基於所述第t個時間塊的信道信息，採用最大似然信號檢測器檢測出第t個時間塊的傳輸信號；
迭代判斷模塊：用於判斷是否完成t個時間塊的信道信息估計和傳輸信號檢測，如果沒有完成t個時間塊的信道信息估計和傳輸信號檢測，通過所述信道信息估計模塊和傳輸信號檢測模塊進行迭代，直到完成t個時間塊的信道信息估計和傳輸信號檢測。
本發明實施例採取的技術方案還包括模型轉換模塊，所述模型轉換模塊用於將毫米波參數信道信息模型轉換為符合構造二維原子範式表達的形式；所述二維原子範式表示為：
上述公式中，為第t個時間塊的信道信息的二維原子範式表示，inf為取下確界操作，表示複數域，|·|表示取模操作。
本發明實施例採取的技術方案還包括：所述信道信息估計模塊採用稀疏信道估計算法估計出第t個時間塊的信道信息具體為：
基於原子範數最小化的稀疏信道重構模型為：
上述公式中，為權重因子；將上述公式轉化為半正定規劃的標準表達形式：
上述公式中，tr(·)表示求矩陣的跡操作，vt,g＝[vt,g(-nt+1),vt,g(-nt+2),...,vt,g(nt-1)]t，是一個塊託普利茲矩陣，將上述公式改寫成適用於交替方向乘子法的表達形式：
將上述公式改寫成增廣拉格朗日的形式：
上述公式中，是對偶變量，ρ＞0是罰參數，η∞(·)是指示函數，當括號中的條件為真時，取值為0；否則為無窮；通過上述公式對未知參數求導。
本發明實施例採取的技術方案還包括性能評價模塊，所述性能評價模塊用於採用歸一化均方誤差和誤比特率標準分別對所述信道信息估計和傳輸信號檢測結果進行性能評價。
本發明實施例採取的技術方案還包括：所述歸一化均方誤差標準定義為：
上述公式中，||·||f為範數操作；
所述誤比特率標準定義為：
上述公式中，為取均值操作，||·||0為範數操作。
相對於現有技術，本發明實施例產生的有益效果在於：本發明實施例的信道估計方法及系統通過在第0個時間塊給定接收機已知的導頻序列,第一個時間塊中，基於給定的導頻序列，採用稀疏信道估計算法估計出第一個時間塊的信道信息，並依據第一個時間塊的信道信息，採用具有解碼誤差補償功能的最大似然信號檢測器檢測出第一個時間塊的傳輸信號，在後續所有時間塊內，接收機基於上一個時間塊的傳輸信號，依次交替執行聯合信道信息估計和傳輸信號檢測策略，直到完成所有時間塊的信道信息估計和傳輸信號檢測，實現低複雜度的在線迭代快速算法，提高了算法的實時性，增強了算法工程實現的可能性。同時，為保證信號檢測的準確性，本發明引入解碼誤差補償機制，改善系統信道解碼誤差性能表現，繼而大幅提高了信道估計算法的精確度。
附圖說明
圖1是本發明實施例的信道估計方法的流程圖；
圖2是本發明實施例的信道估計系統的結構示意圖；
圖3(a)至圖3(d)是本發明實施例的仿真結果對比示意圖。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
本發明實施例的信道估計方法及系統提供了一種高精度和低誤碼率的聯合信道估計和信號檢測的快速實現方法。在第0個時間塊給定接收機已知的導頻序列。在後續所有時間塊內，接收機依次交替執行聯合信道估計和信號檢測策略：首先，基於已知的導頻序列，採用稀疏信道估計算法估計出第一個時間塊的信道信息；然後，依據第一個時間塊的信道信息，採用具有解碼誤差補償功能的最大似然信號檢測器檢測出第一個時間塊的傳輸信號；在後續所有時間塊內，接收機基於上一個時間塊的傳輸信號，依次交替執行聯合信道信息估計和傳輸信號檢測策略，直到完成所有時間塊的信道信息估計和傳輸信號檢測。
具體地，請參閱圖1，是本發明實施例的信道估計方法的流程圖。本發明實施例的信道估計方法包括以下步驟：
步驟100：將毫米波參數信道信息模型轉換為符合構造二維原子範式表達的形式
在步驟100中，毫米波多輸入多輸出系統的信號傳輸過程如下：
第t個時間塊中的第k個時隙，發射端發射傳輸信號xt,k，則接收端接收到的信號為：
yt,k＝wthhtftxt,k+wthnt,k(1)
公式(1)中，yt,k為第t個時間塊中的第k個時隙接收的傳輸信號，ht為第t個時間塊的信道信息，ft和wt分別表示發射端的預編碼矩陣和接收端的測量矩陣，nt,k是第t個時間塊中第k個時隙接收端的加性白高斯噪聲且其中，表示nr維的列向量。
假設接收機在第t個時間塊中的第k個時隙保持ft和wt不變，則拼接的第一傳輸信號矩陣yt為：
yt＝wthhtftxt+qt(2)
公式(2)中，xt＝[xt,1,...,xt,k]表示第t個時間塊中的第k個時隙拼接的發射信號，qt＝[wthnt,1,wthnt,2,...,wthnt,k]是第t個時間塊中接收端的噪聲矩陣。
然後，將yt按列拉伸為列向量形式為：
公式(3)中，vec(·)表示矩陣的按列拉伸成列向量運算，和分別表示信道信息矩陣ht和噪聲矩陣qt按列拉伸後形成的列向量，表示克羅內克積。
毫米波參數信道信息模型為:
公式(4)中，lt表示第t個時間塊中的路徑數，αt,l是第t個時間塊中第l條路徑的增益，和分別表示第t個時間塊中第l條路徑的nt個發射天線陣元和nr個接收天線陣元的均勻線性天線陣列響應，其中，
公式(5)和(6)中，和分別為第t個時間塊中第l條路徑的離開角和到達角，nt和nr分別表示發射機和接收機上的天線陣元數，λ表示毫米波的波長，d表示相鄰天線陣元間距。
進一步將公式(4)轉化成緊湊的矩陣形式：
公式(7)中，是lt條路徑的增益向量，ht,j表示矩陣ht的第j列，j＝1,...,nt。收發天線陣列響應矩陣定義為：
任何求解模型與本發明實施例中的公式(4)形式等同，例如：yt,k＝wthhtxt,k+wthnt,k或yt,k＝htxt,k+nt,k，且求解稀疏信號的參數在連續域取值，則視為同本發明方法為同一類問題。
步驟100中，信道信息的二維原子範式由以下過程推導而得：
將信道信息矩陣ht進行按列拉伸運算，得到信道信息的列向量表達形式
公式(10)中，為一個二維復正弦原子，且滿足的限制，⊙表示khatri-rao積。
定義是第l條路徑歸一化的二維復正弦原子的集合。至此，可得信道信息的二維原子範式表示為：
公式(11)中，為第t個時間塊的信道信息的二維原子範式表示，inf為取下確界操作，表示複數域，|·|表示取模操作。
步驟200：假設總共有t個時間塊，給定第0個時間塊中k個時隙的導頻序列
在步驟200中，第0個時間塊中k個時隙的導頻序列可根據不同的導頻設計準則進行設計，在本發明實施例中，將導頻序列設計為每列僅一個元素為1，其餘元素皆為0。
步驟300：在第t(1≤t≤t)個時間塊的k個時隙中，基於上一個時間塊的傳輸信號採用稀疏信道估計算法估計出當前時間塊的信道信息
在步驟300中，當t＝1時，上一個時間塊的傳輸信號為步驟200中給定的導頻序列當第2≤t≤t時，上一個時間塊的傳輸信號為步驟400中檢測出的當前時間塊的傳輸信號
採用稀疏信道估計算法估計出當前時間塊的信道信息具體包括：
基於原子範數最小化的稀疏信道重構模型為：
公式(12)中，為權重因子。為便於計算，本發明實施例將公式(12)轉化為半正定規劃的標準表達形式：
公式(13)中，tr(·)表示求矩陣的跡操作，vt,g＝[vt,g(-nt+1),vt,g(-nt+2),...,vt,g(nt-1)]t，是一個塊託普利茲矩陣，進一步定義為：
公式(14)中，toep(·)表示託普利茲矩陣，且第一列為輸入向量，具體定義為：
針對大規模天線陣列配置場景，現有求解半正定規劃的工具sedumi和sdpt3的運算速度過慢，不能滿足實際無線通信應用的需求。因此，本發明實施例給出一種基於交替方向乘子法的快速稀疏信道估計策略：
首先，將公式(13)改寫成以下表達形式以適用於交替方向乘子法：
將公式(16)改寫成增廣拉格朗日的形式：
公式(17)中，是對偶變量，ρ＞0是罰參數，η∞(·)是指示函數，當括號中的條件為真時，取值為0；否則為無窮。然後，交替方向乘子法包含以下的更新步驟：
為進一步解釋公式(18)和(19)，本發明實施例引入如下的分割：
公式(21)和(22)中，和是nrnt×nrnt矩陣，和是nrnt維的列向量，和是常量。令以及正交補矩陣滿足令公式(17)分別對各個未知參數求導，可得各未知參數的更新方法：
公式(26)中，i1＝[1,0,0,...,0]t，表示的伴隨矩陣。令其中以及cg＝[cg(-nt+1),...,cg(nt-1)]t。具體地，
公式(27)中，輸出矩陣的第(g,j)個nt×nt的子矩陣a(g,j)，g＝-nr+1,...,nr-1，j＝-nt+1,...,nt-1。
而ψtl的更新應依據以下半正定核的投影：
可以通過將矩陣進行特徵值分解並將負的特徵值置為0實現矩陣向半正定核的投影。
經過按列拉伸的逆運算即可由得到當前時間塊的信道信息估計矩陣
步驟400：在第t(1≤t≤t)個時間塊中的k個時隙中，基於當前時間塊的信道信息採用具有解碼誤差補償功能的最大似然信號檢測器，檢測出當前時間塊的傳輸信號
在步驟400中，第t(1≤t≤t)個時間塊中，定義的最大似然信號檢測器為：
公式(29)中，表示檢測的第t個時間塊的傳輸信號xt,k，d為xt,k可能的碼本集合，為第t個時間塊估計的信道信息。
第t個時間塊中(1≤t≤t)，具有解碼誤差補償功能的最大似然信號檢測器由以下過程推導而得：
考慮採用公式(29)所述的最大似然信號檢測器檢測的信號存在誤差，定義et,k為：
則接收端拼接的第二傳輸信號矩陣yt可重新定義為：
公式(31)中，表示通過拼接k個時隙的傳輸信號得到的第t個時間塊的傳輸信號，et＝[et,1,...,et,k]表示拼接的第t個時間塊的解碼誤差矩陣。
因為實用通信系統需達到較高的信號檢測精度，所以可以認為信號檢測誤差是稀疏的，本發明實施例中採用l1範數對信號檢測誤差進行稀疏重建。至此，得到具有解碼誤差補償功能的最大似然信號檢測器：
公式(32)中，表示更新的傳輸信號表示估計的數據信號檢測誤差et,k，為權重因子，||·||1為範數操作。拼接k個時隙獲得的傳輸信號和估計的數據信號檢測誤差即可得到第t個時間塊拼接的傳輸信號矩陣和拼接的估計解碼誤差矩陣
基於上述，任何現有的最大似然信號檢測的替代算法與本發明實施例中的檢測誤差補償機制的直接加性組合皆視為本發明實施例的替代方案。
步驟500：判斷是否完成所有時間塊的信道信息估計和傳輸信號檢測，如果沒有完成所有時間塊的信道信息估計和傳輸信號檢測，交替執行步驟300和步驟400，直到完成所有時間塊的信道信息估計和傳輸信號檢測；如果完成所有時間塊的信道信息估計和傳輸信號檢測，執行步驟600；
在步驟500中，步驟300和步驟400交替執行，直到估計完t個時間塊的信道信息估計和傳輸信號檢測，並分別記作和
步驟600：採用歸一化的均方誤差(normalizedmeansquareerror，nmse)和誤比特率(biterrorratio，ber)標準分別對信道信息估計和傳輸信號檢測結果進行性能評價。
在步驟600中，採用的nmse評價標準定義為：
公式(33)中，||·||f為範數操作。
採用的ber標準定義為：
公式(34)中，為取均值操作，||·||0為範數操作。
請參閱圖2，是本發明實施例的信道估計系統的結構示意圖。本發明實施例的信道估計系統包括模型轉換模塊、導頻序列設定模塊、信道信息估計模塊、傳輸信號檢測模塊、迭代判斷模塊和性能評價模塊。具體地：
模型轉換模塊：用於將毫米波參數信道信息模型轉換為符合構造二維原子範式表達的形式
其中，毫米波多輸入多輸出系統的信號傳輸過程如下：
第t個時間塊中的第k個時隙，發射端發射傳輸信號xt,k，則接收端接收到的信號為：
yt,k＝wthhtftxt,k+wthnt,k(1)
公式(1)中，yt,k為第t個時間塊中的第k個時隙接收的傳輸信號，ht為第t個時間塊的信道信息，ft和wt分別表示發射端的預編碼矩陣和接收端的測量矩陣，nt,k是第t個時間塊中第k個時隙接收端的加性白高斯噪聲且其中，表示nr維的列向量。
假設接收機在第t個時間塊中的第k個時隙保持ft和wt不變，則拼接的第一傳輸信號矩陣yt為：
yt＝wthhtftxt+qt(2)
公式(2)中，xt＝[xt,1,...,xt,k]表示第t個時間塊中的第k個時隙拼接的發射信號，qt＝[wthnt,1,wthnt,2,...,wthnt,k]是第t個時間塊中接收端的噪聲矩陣。
然後，將yt按列拉伸為列向量形式為：
公式(3)中，vec(·)表示矩陣的按列拉伸成列向量運算，和分別表示信道信息矩陣ht和噪聲矩陣qt按列拉伸後形成的列向量，表示克羅內克積。
毫米波參數信道信息模型為:
公式(4)中，lt表示第t個時間塊中的路徑數，αt,l是第t個時間塊中第l條路徑的增益，和分別表示第t個時間塊中第l條路徑的nt個發射天線陣元和nr個接收天線陣元的均勻線性天線陣列響應，其中，
公式(5)和(6)中，和分別為第t個時間塊中第l條路徑的離開角和到達角，nt和nr分別表示發射機和接收機上的天線陣元數，λ表示毫米波的波長，d表示相鄰天線陣元間距。
進一步將公式(4)轉化成緊湊的矩陣形式：
公式(7)中，是lt條路徑的增益向量，ht,j表示矩陣ht的第j列，j＝1,...,nt。收發天線陣列響應矩陣定義為：
任何求解模型與本發明實施例中的公式(4)形式等同，例如：yt,k＝wthhtxt,k+wthnt,k或yt,k＝htxt,k+nt,k，且求解稀疏信號的參數在連續域取值，則視為同本發明方法為同一類問題。
信道信息的二維原子範式由以下過程推導而得：
將信道信息矩陣ht進行按列拉伸運算，得到信道信息的列向量表達形式
公式(10)中，為一個二維復正弦原子，且滿足的限制，⊙表示khatri-rao積。
定義是第l條路徑歸一化的二維復正弦原子的集合。至此，可得信道信息的二維原子範式表示為：
公式(11)中，為第t個時間塊的信道信息的二維原子範式表示，inf為取下確界操作，表示複數域，|·|表示取模操作。
導頻序列設定模塊：假設總共t個時間塊，用於給定第0個時間塊中k個時隙的導頻序列其中，第0個時間塊中k個時隙的導頻序列可根據不同的導頻設計準則進行設計，在本發明實施例中，將導頻序列設計為每列僅一個元素為1，其餘元素皆為0。
信道信息估計模塊：用於在第t(1≤t≤t)個時間塊的k個時隙中，基於上一個時間塊的傳輸信號採用稀疏信道估計算法估計出當前時間塊的信道信息其中，當t＝1時，上一個時間塊的傳輸信號為給定的第0個時間塊中k個時隙的導頻序列當第2≤t≤t時，上一個時間塊的傳輸信號為傳輸信號檢測模塊檢測出的當前時間塊的傳輸信號
基於原子範數最小化的稀疏信道重構模型為：
公式(12)中，為權重因子。為便於計算，本發明實施例將公式(12)轉化為半正定規劃的標準表達形式：
公式(13)中，tr(·)表示求矩陣的跡操作，vt,g＝[vt,g(-nt+1),vt,g(-nt+2),...,vt,g(nt-1)]t，是一個塊託普利茲矩陣，進一步定義為：
公式(14)中，toep(·)表示託普利茲矩陣，且第一列為輸入向量，具體定義為：
針對大規模天線陣列配置場景，現有求解半正定規劃的工具sedumi和sdpt3的運算速度過慢，不能滿足實際無線通信應用的需求。因此，本發明實施例給出一種基於交替方向乘子法的快速稀疏信道估計策略：
首先，將公式(13)改寫成以下表達形式以適用於交替方向乘子法：
將公式(16)改寫成增廣拉格朗日的形式：
公式(17)中，是對偶變量，ρ＞0是罰參數，η∞(·)是指示函數，當括號中的條件為真時，取值為0；否則為無窮。然後，交替方向乘子法包含以下的更新步驟：
為進一步解釋公式(18)和(19)，本發明實施例引入如下的分割：
公式(21)和(22)中，和是nrnt×nrnt矩陣，和是nrnt維的列向量，和是常量。令以及正交補矩陣滿足令公式(17)分別對各個未知參數求導，可得各未知參數的更新方法：
公式(26)中，i1＝[1,0,0,...,0]t，表示的伴隨矩陣。令其中以及cg＝[cg(-nt+1),...,cg(nt-1)]t。具體地，
公式(27)中，輸出矩陣的第(g,j)個nt×nt的子矩陣a(g,j)，g＝-nr+1,...,nr-1，j＝-nt+1,...,nt-1。
而ψtl的更新應依據以下半正定核的投影：
可以通過將矩陣進行特徵值分解並將負的特徵值置為0實現矩陣向半正定核的投影。
經過按列拉伸的逆運算即可由得到當前時間塊的信道信息估計矩陣
傳輸信號檢測模塊：用於在第t(1≤t≤t)個時間塊中的k個時隙，基於當前時間塊中的信道信息採用具有解碼誤差補償功能的最大似然信號檢測器，檢測出當前時間塊的傳輸信號其中，第t個時間塊中(1≤t≤t)，定義的最大似然信號檢測器為：
公式(29)中，表示檢測的第t個時間塊的傳輸信號xt,k，d為xt,k可能的碼本集合，為第t個時間塊估計的信道信息。
第t個時間塊中(1≤t≤t)，具有解碼誤差補償功能的最大似然信號檢測器由以下過程推導而得：
考慮採用公式(29)所述的最大似然信號檢測器檢測的信號存在誤差，定義et,k為：
則接收端拼接的第二傳輸信號矩陣yt可重新定義為：
公式(31)中，表示通過拼接k個時隙的傳輸信號得到的第t個時間塊的傳輸信號，et＝[et,1,...,et,k]表示拼接的第t個時間塊的解碼誤差矩陣。
因為實用通信系統需達到較高的信號檢測精度，所以可以認為信號檢測誤差是稀疏的，本發明實施例中採用範數對信號檢測誤差進行稀疏重建。至此，得到具有解碼誤差補償功能的最大似然信號檢測器：
公式(32)中，表示更新的傳輸信號表示估計的數據信號檢測誤差et,k，為權重因子，·||1為範數操作。拼接k個時隙獲得的傳輸信號和估計誤差即可得第t個時間塊拼接的傳輸信號矩陣和拼接的估計解碼誤差矩陣
基於上述，任何現有的最大似然信號檢測的替代算法與本發明實施例中的檢測誤差補償機制的直接加性組合皆視為本發明實施例的替代方案。
迭代判斷模塊：用於判斷是否完成所有時間塊的信道信息估計和傳輸信號檢測，如果沒有完成所有時間塊的信道信息估計和傳輸信號檢測，通過信道信息估計模塊和傳輸信號檢測模塊交替估計下一個時間塊的信道信息和傳輸信號，直到完成所有時間塊的信道信息估計和傳輸信號檢測，並分別記作：和如果完成所有時間塊的信道信息估計和傳輸信號檢測，通過性能評價模塊對信道信息估計和傳輸信號檢測結果進行性能評價。
性能評價模塊：用於採用歸一化的均方誤差(normalizedmeansquareerror，nmse)和誤比特率(biterrorratio，ber)標準分別對信道信息估計和傳輸信號檢測結果進行性能評價。其中，採用的nmse評價標準定義為：
公式(33)中，||·||f為範數操作。
採用的ber標準定義為：
公式(34)中，為取均值操作，||·||0為範數操作。
請參閱圖3(a)至圖3(d)，為本發明實施例的仿真結果對比示意圖。經在matlab平臺進行仿真驗證，在仿真中，假設t個時間塊的路徑條數相同，即lt＝l，從仿真結果可以得出結論，一方面，本發明實施例中的解碼誤差補償功能能夠有效地降低ber，隨著snr(信噪比)的增長，ber減小的越明顯。另一方面，本發明實施例中的nmse隨著信噪比的增加而減小，隨著路徑數增加而增長，隨著觀察次數(即每個時間塊中用於信道估計的時隙數)的增加而減小。相較於現有相關算法，本發明實施例表現出nmse性能的優越性。
本發明實施例的信道估計方法及系統通過在第0個時間塊給定接收機已知的導頻序列,第一個時間塊中，基於給定的導頻序列，採用稀疏信道估計算法估計出第一個時間塊的信道信息，並依據第一個時間塊的信道信息，採用具有解碼誤差補償功能的最大似然信號檢測器檢測出第一個時間塊的傳輸信號，在後續所有時間塊內，接收機基於上一個時間塊的傳輸信號，依次交替執行聯合信道信息估計和傳輸信號檢測策略，直到完成所有時間塊的信道信息估計和傳輸信號檢測，實現低複雜度的在線迭代快速算法，提高了算法的實時性，增強了算法工程實現的可能性。同時，為保證信號檢測的準確性，本發明引入解碼誤差補償機制，改善系統信道解碼誤差性能表現，繼而大幅提高了信道估計算法的精確度。
對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。