CN102104574A - 一种ofdm-tcds信号收发方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及通信领域一种OFDM-TCDS信号收发方法、装置及系统。信号接收机对接收的信号的每个原始帧先进行第一次信道估计和数据符号检测，对一个完整编码数据块的比特外信息进行APP译码，再根据APP译码反馈的比特先验概率对数比，利用扩展帧做迭代信道估计和数据符号检测，得到OFDM-TCDS信道估计结果和数据符号检测结果。本发明实施例通过使用迭代信道估计技术降低信道估计的均方误差MSE，具有较好的抗多径和抗衰落能力，使编码OFDM-TCDS在极低信噪比和收发机使用频谱非连续或不一致的CR场景下可靠地传输数据。

Description

一种OFDM-TCDS信号收发方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种正交频分复用变换域通信系统(Orthogonal Frequency Division Multiplexing-Transform DomainCommunication System，OFDM-TCDS)信号收发方法、装置及系统。

背景技术

认知无线电(Cognitive Radio，CR)技术已经成为解决当前无线频谱资源短缺的一种非常有前景的技术，具有环境自适应能力的CR系统通过感知动态变化的频谱环境来调整系统参数，在不干扰授权用户的情况下共享无线频谱资源，从而有效地提高了频谱资源的利用率。

变换域通信系统(Transform Domain Communication System，TDCS)被作为认知无线电技术的一种收发机候选方案。TDCS的基本思想是通过在给定的频谱范围内动态改变发射信号的频谱来避免与授权用户之间的干扰。TDCS系统可以应用于CR用户通信初期建立链路时的信令传输过程。

现有的一种TDCS收发机方案是基于正交频分复用(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing，OFDM)的TDCS系统，简称OFDM-TCDS。该系统将OFDM收发技术应用在TDCS系统中。发明人在实现本发明过程中发现，现有的OFDM-TCDS至少存在如下缺点：

OFDM-TCDS工作在信噪比极低，而且收发机使用在频谱非连续或不一致的移动环境中，在这种恶劣的情况下，信道估计是一个十分困难但又必须解决的问题，而现有的OFDM-TCDS通过降低数据率来获得误码率(Bit ErrorRate，BER)性能增益，OFDM-TDCS系统效率不高，应用受到限制。

发明内容

本发明实施例提供一种OFDM-TCDS信号收发方法、装置及系统，为OFDM-TCDS提供准确的信道估计方法，以提高OFDM-TCDS的系统效率，为OFDM-TCDS在实际的无线移动通信中应用提供便利。

本发明实施例是通过以下技术方案实现的：

本发明实施例提供一种正交频分复用变换域通信系统OFDM-TDCS信号接收方法，包括：

对已接收信号的每个原始帧进行第一次信道估计和数据符号检测，获得比特对数似然比LLR和外信息；所述已接收信号的每个编码数据块包含多个原始帧，每个原始帧包含多个导频符号和多个数据符号，当前原始帧和后面一个原始帧的导频符号组成一个扩展帧；所述外信息为所述比特LLR与比特先验概率对数比之差；

得到整个数据块的外信息后，将外信息作解交织及后验概率APP译码，得到对信源比特的估计和比特先验概率对数比，将所述得到的比特先验概率对数比交织处理；

根据交织后的比特先验概率对数比从所述原始帧的多个数据符号中判断出可靠数据符号，将可靠数据符号和扩展帧中所有导频符号作为信道状态样本来进行迭代信道估计，得到OFDM-TDCS信道估计结果，进行数据符号检测，获得比特LLR和外信息，返回至对外信息作解交织及APP译码的步骤。

本发明实施例提供一种OFDM-TCDS接收机，包括：

信道估计及信号检测单元，用于对已接收信号的每个原始帧使用进行第一次信道估计和数据符号检测，获得比特对数似然比LLR和外信息；所述已接收信号的每个编码数据块包含多个原始帧，每个原始帧包含多个导频符号和多个数据符号，当前原始帧和后面一个原始帧的导频符号组成一个扩展帧；所述外信息为所述比特LLR与比特先验概率对数比之差；

解交织单元，用于将外信息作解交织处理；

条件概率APP译码单元，用于对解交织后的外信息进行APP译码，得到对信源比特的估计和比特先验概率对数比；

交织单元，用于对APP译码单元译码后得到的比特先验概率对数比作交织处理后反馈给信道估计及信号检测单元；

所述信道估计及信号检测单元，还用于根据交织后的比特先验概率对数比从所述原始帧的多个数据符号中判断出可靠数据符号，将可靠数据符号和扩展帧中所有导频符号作为信道状态样本来执行迭代信道估计，得到OFDM-TCDS信道估计结果，进行数据符号检测，获得比特LLR和外信息。

本发明实施例提供一种OFDM-TCDS信号发射方法，包括：

对信源比特进行信道编码、交织及插入导频组帧处理得到编码数据块，每个编码数据块包含多个原始帧，每个原始帧包含多个导频符号和多个数据符号，当前原始帧和后面一个原始帧的导频符号组成一个扩展帧；所述原始帧和扩展帧用于使接收端对接收到的信号进行第一次信道估计和迭代信道估计；

对编码数据块进行循环码移键控CCSK调制后采用正交频分复用OFDM方式发射。

本发明实施例提供一种OFDM-TCDS发射机，包括：

编码单元，用于对信源比特进行信道编码；

交织单元，用于对编码后的比特进行交织处理，得到编码比特块；

组帧单元，用于对编码比特块添加导频符号组帧，得到编码数据块，包括将每一个编码比特块分帧，每一帧包含多个数据符号，在每一个帧前面添加多个导频符号，构成一个原始帧，当前原始帧和后面一个原始帧的导频符号组成一个扩展帧；所述原始帧和扩展帧用于使接收端对接收到的信号进行第一次信道估计和迭代信道估计；

CCSK调制单元，用于对编码数据块中的符号进行CCSK调制；

OFDM发射单元，用于采用正交频分复用OFDM发射CCSK调制后的信号。

本发明实施例提供一种OFDM-TCDS，包括：上述的接收机及上述的发射机；

所述发射机，用于对信源编码、交织、插入导频组帧得到编码数据块以及对编码数据块CCSK调制处理后采用正交频分复用OFDM发射；

所述接收机，用于对接收的信号进行迭代信道估计以及数据符号的检测，得到OFDM-TCDS信道估计结果和数据符号检测结果。

由上述本发明实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例通过使用迭代信道估计技术降低信道估计的均方误差(MSE，Mean Square Error)，使系统具有较好的抗多径和抗衰落能力，使编码OFDM-TCDS在极低信噪比和收发机使用频谱非连续或不一致的CR场景下可靠地传输数据，通过帧结构和扩展帧的应用，减小了第一次信道估计中符号错判的概率，提高了译码的性能增益，降低了深衰落的影响，提高了OFDM-TDCS的系统效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种OFDM-TCDS发射机结构示意图；

图2为本发明实施例OFDM-TCDS编码数据块结构示意图；

图3为本发明实施例空闲频谱标记示意图；

图4为本发明实施例一种OFDM-TCDS信号发射方法流程图；

图5为本发明实施例一种OFDM-TCDS信号接收机结构示意图；

图6为本发明实施例一种OFDM-TCDS信号接收方法流程图；

图7为本发明另一实施例一种OFDM-TCDS信号接收方法流程图；

图8为本发明实施例时域加窗降噪中矩形窗函数的波形示意图；

图9为本发明实施例一种OFDM-TCDS结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，可以理解的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明一个实施例提供一种OFDM-TCDS发射机，如图1所示，该发射机包括：编码单元10、交织单元11、组帧单元12、循环码移键控(CCSK，Cyclic Code Shift Keying)调制单元13及OFDM发射单元14；

所述编码单元10，用于对待发射信号进行信道编码。在一个实施例中该编码单元可以为卷积编码单元，用于对信源比特进行1/2码率的卷积编码，例如使用Turbo码来进行卷积编码。可以理解的是，本发明实施例对编码方法不做限定，也可以采用其他码率的卷积编码方法，或其他信道编码方法，例如采用线性码对发射信号进行信道编码，在一个实施例中该线性码可以为LDPC(Low Densitv Paritv Check，低密度奇偶校验)码。

所述交织单元11，用于对编码后的比特进行交织处理，得到编码比特块，例如可以对编码后的比特进行随机交织。本发明实施例对采用的交织方法不做限定，也可以采用其他交织方法，例如矩阵交织。

所述组帧单元12，用于对编码比特块添加导频符号来组帧，得到编码数据块，包括：将每一个编码比特块分帧，每一帧包含多个数据符号，在每一个帧前面添加多个导频符号，构成一个原始帧，当前原始帧和后面一个原始帧的导频符号组成一个扩展帧；

本发明实施例的帧结构如图2所示，一个编码数据块包含L_f个原始帧，每个原始帧含有L_p个导频符号和L_d个数据符号，其中L_f、L_p、L_d为大于零的自然数。在一个实施例中，每一个原始帧可以执行一次递推最小二乘(RLS，Recursive Least Square)半盲信道估计，在RLS半盲信道估计的训练阶段通过导频符号获得初始信道状态，在跟踪阶段利用数据符号的判决反馈来更新信道状态。当前原始帧与后面一个原始帧的导频组成一个扩展帧。在迭代信道估计中可以用多项式拟合(PF，Polynomial Fitting)进行迭代信道估计。在迭代信道估计中将使用扩展帧首尾部分的导频和中间部分的可靠数据符号作为信道状态的样本来估计整个帧的信道状态。对于RLS及PF信道估计的方法后续详细说明。本发明实施例通过扩展帧的使用提高了导频符号的利用率，使PF信道估计更准确。

所述CCSK调制单元13，用于对编码数据块中的符号进行CCSK调制；例如，所述CCSK调制是对长度为N的时域基函数进行D＝S_iN/M_ary位的循环移位，其中M_ary为CCSK调制阶数，整数数据S_i(0≤S_i≤M_ary-1)可携带K_b＝log₂ M_ary比特的信息。在频域上，CCSK调制是将频域基函数的各个元素与复值exp(-j2πS_ik/M_ary)，k＝0，1，..，N-1对应相乘。

所述OFDM发射单元14，用于采用OFDM发射CCSK调制后的信号。例如，该OFDM发射单元14可以对CCSK调制单元13调制后的CCSK符号X_i做离散傅里叶反变换(IDFT，Inverse Discrete Fourier Transform)和加入循环前缀(CP，Circle Prefix)，通过OFDM方式发送出去。

该发射机还可以包括：

空闲频谱标记向量单元15，用于标记空闲频谱，产生空闲频谱标记向量A_k；通过空闲频谱标记向量单元，可以标记出空闲的频段，也就是可使用的频段，避免对授权用户的干扰。发射机有两副天线：一副用于发射信号，另一副用于感知频谱。感知频谱的天线对连续N个子载波所在的频段进行采样得到信号功率谱向量，若第k个子载波上检测到的信号功率谱值大于阈值，则标记A_k为0，表示该子载波不可使用，反之A_k为1，表示该子载波可以使用，空闲频谱标记示意图如图3所示。

伪随机相位向量产生单元16，用于产生用户的伪随机相位向量；伪随机相位向量用于识别不同的CR用户，以及对接收信号的相干解调，需要通信的一对CR用户具有相同的伪随机相位向量。伪随机相位向量可由一个r级线性反馈移位寄存器(Linear Feedback Shift Register，LFSR)产生。每次由LFSR生成一个周期为2^r-1的二进制序列(也称m序列)，将m序列中的第k个比特至第k+r-1个比特转换成一个十进制数m_k，再将m_k映射成复值exp(j2πm_k/M)，其中M＝2^r，分别取k＝0，1，..，N-1可得到N个复值exp(j2πm_k/M)，这N个复值组成一个用户伪随机相位向量。

频域基函数产生单元17，用于根据所述空闲频谱标记向量及伪随机相位向量产生频域基函数，该频域基函数用于所述CCSK调制单元13调制所述编码后的信号。在频域基函数模块中，CCSK频域基函数由空闲频谱标记向量和伪随机相位向量中的元素对应相乘再经过

倍缩放得到，缩放因子 $C=\sqrt{E_{s}N/N_T}$ 保证了CCSK符号的能量固定为常数E_s，而 $N_T=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{A}_k$ 为发射机使用的子载波个数。因此，发射机的CCSK频域基函数为

B＝{CA_k exp(j2πm_k/M)/N}，    (1)

根据发射机模型，第i个CCSK符号X_i在第k个子载波上的信号可表示为

$X_i\left[k\right]=\frac{1}{\sqrt{N}}{\mathrm{CA}}_k{e}^{j\frac{2\mathrm{\π}{m}_k}{M}}{e}^{-j\frac{2\mathrm{\π}{S}_{i}k}{M\_\mathrm{ary}}};---\left(2\right)$

其中A_k为空闲频谱标记向量，

本实施例所述OFDM-TCDS信号发射方法通过扩展帧的使用提高了导频符号的利用率，使接收端信道估计更准确。且本发明实施例使用的帧结构不仅减小了第一次信道估计和迭代信道估计环节中符号错判的概率，还可以降低深衰落的影响，提高译码的性能增益。

本发明另一实施例提供一种OFDM-TCDS信号发射方法，如图4所示，包括如下步骤：

步骤40：对信源比特进行编码、交织及插入导频组帧处理得到编码数据块，每个编码数据块包含多个原始帧，每个原始帧包含多个导频符号和多个数据符号，当前原始帧和后面一个原始帧的导频符号组成一个扩展帧；

所述编码为信道编码，例如可以为1/2码率的卷积编码。所述交织处理可以为随机交织。所述插入导频组帧包括：对编码比特块添加导频符号来组帧，得到编码数据块，包括：对信源比特进行信道编码与交织处理生成编码比特块，编码比特块中的多个编码比特构成一个整数数据符号；将每一个编码比特块分帧，每一帧包含多个数据符号，在每一个帧前面添加多个导频符号，构成一个原始帧，当前原始帧和后面一个原始帧的导频符号组成一个扩展帧。本发明实施例对采用的编码及交织方法不做具体限定。本发明实施例采用的帧结构如图2所示，此处不再赘述。

步骤41：对编码数据块进行CCSK调制后采用OFDM方式发射。

所述进行CCSK调制包括：标记空闲频谱，产生空闲频谱标记向量；产生用户的伪随机相位向量；根据所述空闲频谱标记向量及伪随机相位向量产生频域基函数，使用该频域基函数对编码数据块进行CCSK调制，之后采用OFDM方式发送，例如对CCSK调制后的CCSK符号做IDFT和加入循环前缀，通过OFDM方式发送出去。

本实施例所述OFDM-TCDS信号发射方法通过扩展帧的使用提高了导频符号的利用率，使接收端信道估计更准确。且本发明实施例使用的帧结构不仅减小了第一次信道估计和迭代信道估计环节中符号错判的概率，还可以降低深衰落的影响，提高卷积译码的性能增益。

本发明一实施例提供一种OFDM-TCDS接收机，如图5所示，该接收机包括：信道估计及信号检测单元50、解交织单元51、后验概率(APP，APosterior Probability)译码单元52、交织单元53、

信道估计及信号检测单元50，用于对已接收信号的每个原始帧进行第一次信道估计和数据符号检测，获得比特对数似然比(LLR，Log-LikelihoodRatio)L_p ^E(c)和外信息L_e ^E(c)；所述已接收信号的每个编码数据块包含多个原始帧，每个原始帧包含多个导频符号和多个数据符号，当前原始帧和后面一个原始帧的导频符号组成一个扩展帧，该帧结构如图2所示，此处不再赘述；所述外信息为所述比特LLR与比特先验概率对数比之差；

在一个实施例中，在第一次信道估计中，可以使用RLS法进行半盲信道估计；在一个实施例中，在RLS第一次信道估计中所述比特先验概率对数比为0。当然可以理解的是，在一个实施例中，在第一次信道估计中还可以使用PF法进行第一次信道估计，或者还可以采用其它的信道估计算法，本发明实施例并不做特别的限定。

在一个实施例中信道估计及信号检测单元50中可以采用ML(Maximum-Likelihood，最大似然)检测进行数据符号检测。当然可以理解的是，还可以采用其它的数据符号检测方法，本发明实施例不做特别的限定。

解交织单元51，用于对外信息作解交织处理；

APP译码单元52，用于对解交织后的外信息进行APP译码，得到对信源比特的估计和比特先验概率对数比L_a ^D(c′)；

交织单元53，用于对APP译码单元52译码后得到的比特先验概率对数比L_a ^D(c′)作交织处理后得到L_a ^D(c)反馈给信道估计及信号检测单元50；本发明实施例对此处采用的交织方法不做限定，例如可以采用随机交织或矩阵交织等方法。

信道估计及信号检测单元50，还用于根据交织后的比特先验概率对数比从所述原始帧的多个数据符号中判断出可靠数据符号，将可靠数据符号和扩展帧中所有导频符号作为信道状态样本来执行迭代信道估计，得到OFDM-TCDS信道估计结果，以及进行数据符号检测，并计算比特LLR和外信息。由图5可以看出，该交织单元53交织后的比特先验概率对数比L_a ^D(c′)即用于信道估计及信号检测单元50判决可靠数据，又可以用于迭代信道估计过程中计算外信息，也就是在迭代信道估计阶段，计算外信息使用的比特先验概率对数比L_a ^D(c′)是该交织单元53交织后得到的值，因此迭代信道估计阶段外信息的值与APP译码后的值相关。一般情况下，该信道估计及信号检测单元50执行两次迭代信道估计后得到的信道估计以及信号检测(LLR)结果即可作为可靠的信道估计以及信号检测结果，当然本发明实施例不排除以多次迭代后的结果作为最终信道估计以及信号检测结果的情况。

在一个实施例中，所述根据交织后的比特先验概率对数比判断出可靠数据符号包括：根据比特先验概率对数比计算每一个数据符号S_i为某个可能取值s的符号先验概率；从所有可能取值中选择符号先验概率最大的一个取值s^*作为对当前数据符号S_i的判决；若S_i为s^*时的符号先验概率大于设定的门限值，则认为S_i＝s^*是可靠数据符号。该门限值的一个合理取值为0.46，但不局限于0.46。

在一个实施例中，当交织单元53将处理结果反馈给信道估计及信号检测单元50后，信道估计及信号检测单元50可以使用PF法进行迭代信道估计。当然，在另一个实施例中，还可以使用RLS法或者其它的信道估计算法进行迭代信道估计，本发明实施例并不做特别的限定。

该接收机还包括：空闲频谱标记向量产生单元54、伪随机相位向量产生单55元及频域基函数产生单元56，该空闲频谱标记向量产生单元54、伪随机相位向量产生单元55及频域基函数产生单元56的功能同发射机中空闲频谱标记向量产生单元14、伪随机相位向量产生单元15及频域基函数产生单元16的功能。

其中，所述空闲频谱标记向量产生单元54，用于标记空闲频谱，产生空闲频谱标记向量；由于接收机与发射机所处的环境不同，因此感知到的空闲频谱不会一致相同。

所述伪随机相位向量产生单元55，用于产生用户的伪随机相位向量；发射机与接收机之间的伪随机相位向量是相同的，因为伪随机相位向量是区分不同CR用户的重要标志，只有当伪随机相位向量相同时才能辨识特定CR用户的信号。

所述频域基函数产生单元56，用于根据所述空闲频谱标记向量及伪随机相位向量产生频域基函数解调所述已接收的信号。接收机的CCSK频域基函数为

B′＝{C′A′_k exp(j2πm_k/M)}，  (3)

其中A′_k为接收机在第k个子载波上得到的空闲频谱标记，缩放因子 $C^{\′}=\sqrt{E_{s}N/N_R},$ $N_R=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{A}_k^{\′}$ 为接收机使用的子载波个数。

该接收机还可以进一步包括：

接收单元57，用于接收信号。若发射机对发射的信号作IDFT和加入循环前缀，通过OFDM方式发射，则该接收单元57在进行第一次信道估计前对接收的信号去掉循环前缀，作离散傅氏变换(DFT，Discrete FourierTransform)得到CCSK接收符号Y_i。

本发明实施例所述接收机使用迭代信道估计技术，降低信道估计的MSE，具有很好的抗多径和抗衰落能力，使编码OFDM-TCDS在极低信噪比和收发机使用频谱非连续或不一致的CR场景下可靠地传输数据。另外，本发明实施例使用的帧结构不仅减小了第一次信道估计中符号错判的概率，还可以降低深衰落的影响，提高译码的性能增益，可以获得较好的迭代效果，且通过扩展帧的使用能够提高导频符号的利用率，使接收机迭代信道估计更准确，提高OFDM-TCDS的系统效率。

本发明一实施例提供一种OFDM-TCDS信号接收方法，如图6所示，包括如下步骤：

步骤1：对已接收信号的每个原始帧进行第一次信道估计和数据符号检测，获得比特LLR和外信息；所述已接收信号的每个编码数据块包含多个原始帧，每个原始帧包含多个导频符号和多个数据符号，当前原始帧和后面一个原始帧的导频符号组成一个扩展帧；所述外信息为所述比特LLR与比特先验概率对数比之差；

在一个实施例中，在第一次信道估计中，可以使用RLS法进行半盲信道估计；在一个实施例中，在RLS第一次信道估计中所述比特先验概率对数比为0。当然可以理解的是，在一个实施例中，在第一次信道估计中还可以使用PF法进行第一次信道估计，或者还可以采用其它的信道估计算法，本发明实施例并不做特别的限定。

在一个实施例中可以采用ML检测进行数据符号检测。当然可以理解的是，还可以采用其它的数据符号检测方法，本发明实施例不做特别的限定。

步骤2：得到整个数据块的外信息后，将外信息作解交织及APP译码，得到对信源比特的估计和比特先验概率对数比，将所述得到的比特先验概率对数比交织处理；

步骤3：根据交织后的比特先验概率对数比从所述原始帧的多个数据符号中判断出可靠数据符号，将可靠数据符号和扩展帧中所有导频符号作为信道状态样本来迭代信道估计，得到OFDM-TCDS信道估计结果，以及进行数据符号检测，获得比特LLR和外信息，返回至对外信息作解交织及APP译码的步骤。

在一个实施例中，可以使用PF法进行迭代信道估计。当然，在另一个实施例中，还可以使用RLS法或者其它的信道估计算法进行迭代信道估计，本发明实施例并不做特别的限定。

本发明实施例使用迭代信道估计技术，降低信道估计的MSE，具有较好的抗多径和抗衰落能力，使编码OFDM-TCDS在极低信噪比和收发机使用频谱非连续或不一致的CR场景下可靠地传输数据。另外，本发明实施例使用的帧结构不仅减小了第一次信道估计中符号错判的概率，还可以降低深衰落的影响，提高译码的性能增益，可以获得较好的迭代效果，且通过扩展帧的使用能够提高导频符号的利用率，使接收机迭代信道估计更准确，提高OFDM-TCDS的系统效率。

本发明另一实施例提供一种OFDM-TCDS信号接收方法，本实施例以第一次信道估计采用RLS信道估计、迭代信道估计采用PF信道估计，以及数据符号的检测采用ML检测为例进行说明，如图7所示，包括如下步骤：

步骤70：对已接收信号的每个原始帧使用RLS进行第一次信道估计和数据符号的ML检测，并计算比特LLR和外信息；

若发射机对发射的信号作IDFT和加入循环前缀，通过OFDM方式发射，则在使用RLS进行第一次信道估计前对接收的信号去掉循环前缀，作DFT得到CCSK接收符号。

所述已接收信号的每个编码数据块包含多个原始帧，每个原始帧包含多个导频符号和多个数据符号，当前原始帧和后面一个原始帧的导频符号组成一个扩展帧；该编码数据块帧结构如图2中所示，此处不再赘述。

所述外信息为所述比特LLR与比特先验概率对数比之差，在RLS第一次信道估计中所述比特先验概率对数比为0；

本发明实施例采用的ML检测方法举例说明如下：

在多径衰落信道和加性高斯白噪声(AWGN，Additive White GaussianNoise)信道下，第i个CCSK接收符号Y_i与CCSK发送符号X_i之间的关系可以表示为

Y_i＝H_iX_i+V_i    (1)

其中，X_i、Y_i和噪声向量V_i都是长度为N的列向量，第k个元素表示在第k个子载波上的值。H_i为频域信道系数矩阵，是一个N阶对角矩阵，该矩阵的第k个对角元素表示在第k个子载波上的值，其余位置为0。在每个子载波上噪声方差 ${\mathrm{\σ}}_v^2=N_0,$ 符号信噪比SNR与比特信噪比E_b/N₀的关系为

$\mathrm{SNR}=\frac{E_s}{N{\mathrm{\σ}}_v^2}=\frac{E_b}{N_0}\left(\frac{K_b}{N}\right)---\left(2\right)$

在OFDM-TCDS中，在发送数据符号S_i＝s的条件下，接收信号为Y的符号条件概率为

$p\left(Y\right|s)=\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\π}}\mathrm{\σ}}\exp (-\frac{{\left|\right|Y-\hat{H}{X}^{\left(s\right)}\left|\right|}^2}{2{\mathrm{\σ}}^2})$

$=\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\π}}\mathrm{\σ}}\exp (-\frac{{\left|\right|Y\left|\right|}^2+{\left|\right|\hat{H}{X}^{\left(s\right)}\left|\right|}^2}{2{\mathrm{\σ}}^2})\exp \left(\frac{\mathrm{Re}\left\{Y^H\hat{H}{X}^{\left(s\right)}\right\}}{{\mathrm{\σ}}^2}\right)---\left(3\right)$

其中，Y和X^(s)是列向量，X^(s)表示当发送数据符号S_i＝s时所对应的CCSK符号，频域信道系数矩阵的估计

是对角矩阵，噪声方差 ${\mathrm{\σ}}^2={\left|\right|\hat{H}{X}^{\left(s\right)}\left|\right|}^2{\mathrm{\σ}}_v^2.$

可以由后面的信道估计得到。令上述公式(6)中

$K_c=\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\π}}\mathrm{\σ}}\exp (-\frac{{\left|\right|Y\left|\right|}^2+{\left|\right|\hat{H}{X}^{\left(s\right)}\left|\right|}^2}{2{\mathrm{\σ}}^2})---\left(4\right)$

和

$\mathrm{\α}\left(s\right)=\frac{1}{{\mathrm{\σ}}^2}\mathrm{Re}\left\{Y^H\hat{H}{X}^{\left(s\right)}\right\}---\left(5\right)$

因为

是对角矩阵，并且由公式(2)易知，X^(s)中每个元素的功率为定值，所以对于同一个接收符号Y而言，||Y||²、

和σ²都是常量，因此K_c是一个常数。而α(s)是一个与发送数据符号有关的实数，若逐一计算每个CCSK发送符号X^(s)所对应的α(s)，需要很大的计算开销。本发明实施例提供一种在衰落信道下更为简化的α(s)快速算法如下：

$\mathrm{\&alpha;}\left(s\right)=\frac{N}{{\mathrm{\&sigma;}}^2}\mathrm{Re}\left\{z\right[<-\frac{\mathrm{sN}}{M\_\mathrm{ary}}{>}_N\left]\right\}---\left(6\right)$

其中，

是一对离散傅里叶变换对，其中Y(k)和

分别为第k个子载波上的频域接收信号和频域信道系数估计，X⁽⁰⁾(k)表示当发送数据符号为0时，第k个子载波上的频域信号。

公式(6)和(7)表明，要计算所有符号的α(s)，只需计算数据符号S_i＝0时的Z(k)再求一次逆离散傅里叶变换，从而显著减少了计算量。接收机可以根据自己的CCSK调制基函数B′来确定S_i＝0时所对应的CCSK发送符号X⁽⁰⁾。而由公式(2)和(3)可知，当S_i＝0时，CCSK发送符号X⁽⁰⁾＝B′。

从上述分析可以得到公式(3)所表示的符号条件概率可以简写为

p(Y|s)＝K_c exp{α(s)}    (8)

本发明实施例对采用的比特LLR计算方法举例说明如下：

比特LLR可以根据概率全公式，由符号条件概率和符号先验概率得到。利用近似公式 $\ln \underset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}{e}^{x_i}\&ap;\underset{i}{\max }\left\{x_i\right\}$ 和公式(8)可以近似求得比特条件概率对数比，即比特LLR：

$L_p^E\left(c_m\right)=\ln \frac{\underset{s|c_m=0}{\mathrm{\&Sigma;}}p\left(Y\right|s)p\left(s\right)}{\underset{s|c_m=1}{\mathrm{\&Sigma;}}p\left(Y\right|s)p\left(s\right)}=\ln \frac{\underset{s|c_m=0}{\mathrm{\&Sigma;}}{K}_c\exp \left\{\mathrm{\&alpha;}\left(s\right)\right\}p\left(s\right)}{\underset{s|c_m=1}{\mathrm{\&Sigma;}}{K}_c\exp \left\{\mathrm{\&alpha;}\left(s\right)\right\}p\left(s\right)}$

$=\ln \underset{s|c_m=0}{\mathrm{\&Sigma;}}\exp \{\mathrm{\&alpha;}\left(s\right)+\ln p\left(s\right)\}-\ln \underset{s|c_m=1}{\mathrm{\&Sigma;}}\exp \{\mathrm{\&alpha;}\left(s\right)+\ln p\left(s\right)\}---\left(9\right)$

$\&ap;\underset{s|c_m=0}{\max }\{\mathrm{\&alpha;}\left(s\right)+\ln p\left(s\right)\}-\underset{s|c_m=1}{\max }\{\mathrm{\&alpha;}\left(s\right)+\ln p\left(s\right)\}$

其中，符号先验概率p(s)由比特先验概率累乘得到：

$p\left(s\right)=\underset{i=1}{\overset{K_b}{\mathrm{\&Pi;}}}p\left(c_i\right)---\left(10\right)$

公式(9)表明，一个数据符号s中的第m个比特c_m为0与1的对数比似然比(LLR)L_p ^E(c_m)与α(s)和符号先验概率p(s)有关。在未迭代时，假设比特先验概率为0.5，因此符号先验概率相同为 ${0.5}^{K_b}=M\_\mathrm{ary},$ 其中M_ary表示CCSK调制阶数，在此处即表示一个CCSK符号有M_ary种取值。在迭代时，比特先验概率由交织后的比特先验概率对数比L_a ^D(c_m)得到：

$p(c_m=0)=\frac{\exp \left\{L_a^D\left(c_m\right)\right\}}{1+\exp \left\{L_a^D\left(c_m\right)\right\}}---\left(11\right)$

$p(c_m=1)=\frac{1}{1+\exp \left\{L_a^D\left(c_m\right)\right\}}$

APP译码过程需要比特的外信息(Extrinsic Information)，所述外信息L_e ^E(c)为比特LLR与比特先验概率对数比L_a ^D(c)之差：

$L_e^E\left(c\right)=L_p^E\left(c\right)-L_a^D\left(c\right)---\left(12\right)$

至此，通过ML检测和计算比特LLR可以得到APP译码所需的外信息，在RLS第一次信道估计中比特先验概率对数比L_a ^D(c)为0。

本发明实施例对采用的RLS信道估计方法举例说明如下：

RLS信道估计为半盲信道估计，根据RLS算法可以定义RLS准则为

$\min \mathrm{\&xi;}\left(i\right)=\underset{j=0}{\overset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{{\mathrm{\&lambda;}}^{i-j}}{N}{\left|\right|Y_j-{\hat{H}}_i{X}_j\left|\right|}^2---\left(13\right)$

其中，X_j、Y_j和

都是N阶对角矩阵，第k个对角元素表示在第k个子载波上的值，而λ为遗忘因子，0＜λ＜1。上式(14)表示在第i个时刻的频域信道系数矩阵估计应使得前面所有时刻的累计平方误差之和最小。其最优解可以表示为

${\hat{H}}_i=P_i{R}_i^{-1}---\left(15\right)$

其中，互相关矩阵P_i和自相关矩阵R_i的递推公式分别为

$P_i=\mathrm{\&lambda;}{P}_{i-1}+Y_i{X}_i^H---\left(16\right)$

和

$R_i=\mathrm{\&lambda;}{R}_{i-1}+X_i{X}_i^H---\left(17\right)$

公式(15)需要计算R_i ^-1，而通常计算一个N阶矩阵的逆的复杂度为N³。但是，由公式(17)可以看到，由于X_i是一个对角矩阵，并且

$X_i{X}_i^H=\frac{E_s}{N}I---\left(18\right)$

因此，自相关矩阵R_i也是一个对角矩阵，其逆矩阵可以简写为

$R_i^{-1}=\frac{N_T}{E_s}\frac{1-\mathrm{\&lambda;}}{1-{\mathrm{\&lambda;}}^i}I---\left(19\right)$

于是通过公式(20)显著降低了求R_i ^-1的复杂度。

本发明实施例所述编码OFDM-TCDS采用了训练加跟踪模式的RLS半盲信道估计方式。由公式(13)可知，在训练阶段，CCSK发送符号X_j可以根据已知的导频符号获得，CCSK接收符号Y_j也是接收机已知的，因此在训练阶段可以通过RLS获得初始的信道状态信息。在跟踪阶段，接收机需要对发送的数据符号S_i做出判决，所以CCSK发送符号X_j是一个未知量。因此，接收机需要先利用上一时刻的信道估计来判决当前时刻的数据符号，再将当前时刻判决的数据符号作为已知的符号做信道估计。因此，RLS半盲信道估计的算法步骤包括：

(1)训练阶段：根据原始帧的导频符号估计信道状态；

(2)跟踪阶段：对于原始帧中的每一个数据符号，首先利用上一时刻的信道状态估计来判决当前时刻的数据符号，再根据已判决的数据符号估计当前时刻的信道状态。

获得上一时刻的信道状态估计后，通过ML检测得到当前数据符号为所有可能取值的条件概率；一方面，从数据符号的所有可能取值中选出具有最大条件概率的取值作为当前时刻的数据符号判决，用于当前时刻信道状态估计的更新。另一方面，将数据符号的条件概率转化为比特LLR，例如：如果一个数据符号包含K_b个比特，第i个比特的比特LLR为：从第i个比特为0的所有可能符号中选择符号条件概率最大的一个符号对应的条件概率，与从第i个比特为1的所有可能符号中选择符号条件概率最大的一个符号对应的条件概率的对数比，即如下公式

$L_p^E\left(c_m\right)=\ln \frac{\underset{s|c_m=0}{\mathrm{\&Sigma;}}p\left(Y\right|s)p\left(s\right)}{\underset{s|c_m=1}{\mathrm{\&Sigma;}}p\left(Y\right|s)p\left(s\right)}=\ln \frac{\underset{s|c_m=0}{\mathrm{\&Sigma;}}{K}_c\exp \left\{\mathrm{\&alpha;}\left(s\right)\right\}p\left(s\right)}{\underset{s|c_m=1}{\mathrm{\&Sigma;}}{K}_c\exp \left\{\mathrm{\&alpha;}\left(s\right)\right\}p\left(s\right)}$

$=\ln \underset{s|c_m=0}{\mathrm{\&Sigma;}}\exp \{\mathrm{\&alpha;}\left(s\right)+\ln p\left(s\right)\}-\ln \underset{s|c_m=1}{\mathrm{\&Sigma;}}\exp \{\mathrm{\&alpha;}\left(s\right)+\ln p\left(s\right)\}---\left(12\right)$

$\&ap;\underset{s|c_m=0}{\max }\{\mathrm{\&alpha;}\left(s\right)+\ln p\left(s\right)\}-\underset{s|c_m=1}{\max }\{\mathrm{\&alpha;}\left(s\right)+\ln p\left(s\right)\}$

当完成了整个数据块的比特LLR计算时再送入APP译码模块译码。

在图2所示的帧结构中，每一个原始帧是一个独立的RLS半盲信道估计环节。当一个原始帧中所有数据符号的判决结束时，将信道状态归零，再开始后面一个原始帧的RLS信道估计与数据符号ML检测，以避免各个原始帧之间信道估计的干扰。

步骤71：得到整个数据块的外信息后，将外信息作解交织及APP译码，得到对信源比特的估计和比特先验概率对数比，将所述得到的比特先验概率对数比交织处理；

交织后的比特先验概率对数比一方面反馈给信道估计及信号检测单元用于判决可靠数据符号，另一方面用于PF迭代信道估计过程中计算外信息时使用。

步骤72：根据交织后的比特先验概率对数比判断出可靠数据符号，将可靠数据符号和扩展帧中所有导频符号作为信道状态样本来执行多项式拟合PF迭代信道估计，得到OFDM-TCDS信道估计结果，以及进行数据符号的ML检测，并计算比特LLR和外信息，返回至对外信息作解交织及APP译码的步骤。

针对已接收信号的每个原始帧执行一次RLS信道估计后，每得到整个数据块的外信息，则对外信息作解交织及APP译码，APP译码后即可执行PF迭代信道估计。

本发明实施例对采用的PF信道估计方法举例说明如下：

在某段时间范围内，时域信道系数的变化是一段平滑的曲线。由泰勒公式展开可知，这段曲线可以用一个高阶多项式来近似。假设在L个时刻范围内存在一个P阶多项式能够有效近似信道系数的变化曲线，则这段时间范围内的时域信道系数的变化曲线可以建模为：

h_i，n＝a_0，n+a_1，ni+a_2，ni²+...+a_P，ni^P    (21)

其中，h_i，n表示第i个时刻第n径上的信道系数，1≤i≤L且1≤n≤N，而a_p，n是第n径的p次多项式系数，a_p，n可以为复数，0≤p≤P。

所有L个观测时刻的信道系数可以用一个简单的矩阵公式来表示：

用矩阵符号可以表示为

h_L×N＝D_L×(P+1)A_(P+1)×N    (23)

其中，h_L×N是时域信道系数矩阵，D_L×(P+1)是观测时刻矩阵，A_(P+1)×N是多项式系数矩阵。实际情况下，时域信道系数矩阵h_L×N是一个叠加了高斯白噪声w_L×N的样本矩阵

r_L×N＝h_L×N+w_L×N    (24)

经过对接收信号的处理，接收机可以获知r_L×N。在有噪声干扰的情况下，首先需要根据接收样本矩阵r_L×N估计多项式系数矩阵A_(P+1)×N，再由公式(23)近似估计时域信道系数矩阵h_L×N。

当某些时刻的样本不可靠或者不可用时，则残缺样本矩阵

是不完整的，其行数 $\tilde{L}\&le;L.$ 在这种情况下，依然可以使用PF信道估计。其步骤为：

(1)在观测时刻矩阵D_L×(P+1)中保留与残缺样本矩阵

相对应的行，得到残缺观测时刻矩阵

此时

和

都是的矩阵，可简写为

和

(2)由残缺样本矩阵

估计多项式系数矩阵A，对A的估计为

$\hat{A}={\left({\tilde{D}}^H\tilde{D}\right)}^{-1}{\tilde{D}}^H\tilde{r}---\left(25\right)$

上式的意义在于通过残缺时刻的样本可以估计出完整的多项式系数矩阵，由此可以估计出所有时刻的信道系数，即完整的信道系数变化曲线。因为

是一个(P+1)×N的矩阵，与

和

的行数无关，不过样本越多估计就越准确。

(3)由

和D估计时域信道系数矩阵h_L×N，对h_L×N的估计为

${\hat{h}}_{L\&times;N}=D_{L\&times;(P+1)}{\hat{A}}_{(P+1)\&times;N}---\left(26\right)$

整个PF信道估计的意义是通过对多项式系数矩阵A的估计，可以由部分时刻的时域信道系数样本来估计所有时刻的时域信道系数。

在噪声较小而且样本较多时，可以使用估计精度更高的高阶PF，在噪声较大而且样本较少时，低阶PF的效果更好。如果观测时间小于信道系数变化的相干时间，则只需使用复杂度最低的一阶PF信道估计。

本发明实施例所述PF信道估计用于迭代阶段，此时每个数据符号都具有先验信息，可以将扩展帧的所有导频符号和部分可靠的数据符号作为信道状态的样本来执行PF信道估计，这样样本越多，降噪效果越好。

根据交织后的比特先验概率对数比可以判断出所述可靠数据符号，例如：可以根据数据符号的先验概率是否达到规定的门限值来判断。例如，对于一个包含K_b个比特的数据符号S_i，根据比特先验概率对数比计算每一个数据符号S_i为某个可能取值s的符号先验概率p(S_i＝s)；再从所有可能取值中选择符号先验概率最大的一个取值s^*作为对当前数据符号S_i的判决；若S_i为s^*时的符号先验概率大于设定的门限值，则认为S_i＝s^*是可靠数据符号。选出数据符号部分中可靠的符号，与导频符号一起执行PF信道估计。该门限值的一个合理取值为0.46，但不绝限于0.46。

可选地，本发明实施例还可以采用加窗降噪技术，所述RLS半盲信道估计是从频域上估计第i个符号的频域信道系数H_i，k，PF信道估计则是从时域上估计第i个符号的时域信道系数h_i，n。而频域信道系数与时域信道系数是一对DFT变换对，因此两者可以通过DFT和IDFT快速转换。

根据多径衰落信道的时延功率谱分布可知，时域信道系数h_i，n的能量集中在前面部分，即当n较小时h_i，n才有值，当n较大时h_i，n几乎为零。于是可以采用一个矩形窗函数对时域信道系数估计

进行加窗降噪，提高信道估计准确度。

矩形窗函数的窗宽可以根据多径衰落信道的时延功率谱来确定。由于多径衰落信道的时延功率集中在最大时延内，而OFDM符号的循环前缀长度略大于最大时延。于是窗宽可定为OFDM符号的循环前缀长度N_g，矩形窗函数的波形如图8所示。

对于PF信道估计，在得到时域信道系数矩阵估计

后，可以将第N_g+1至N列的元素置零。对于RLS信道估计，先将频域信道系数做IFFT变换到时域，再将第N_g+1至N列的元素置零。可以单独对PF信道估计和RLS信道估计中的任一个过程执行加窗降噪，也可以同时执行加窗降噪。

本实施例所述方法通过使用RLS算法与PF算法结合的迭代信道估计技术，结合了两者的优点从而降低信道估计的MSE，具有很好的抗多径和抗衰落能力，使编码OFDM-TCDS在极低信噪比和收发机使用频谱非连续或不一致的CR场景下可靠地传输数据。采用本发明实施例的帧结构提高了导频符号的利用率，使PF信道估计更准确。减小RLS跟踪阶段数据符号长度，同时增加了整个数据块的交织块大小，这样不仅减小了RLS环节中符号错判的概率，还可以克服深衰落，提高卷积译码的性能增益，因此可以获得较好的迭代效果。同时，本发明实施例在ML检测中提供的CCSK符号的条件概率简化公式以及在LLR计算中提供的LLR近似公式，降低了计算开销，提供系统运行效率。另外，使用时域加窗降噪技术，有效提高了OFDM-TCDS信道估计准确度。

本发明一实施例还提供一种OFDM-TCDS，如图9所示，包括：发射机90及接收机91；

所述发射机90，用于对信源编码、交织、插入导频组帧得到编码数据块以及对编码数据块CCSK调制处理后采用正交频分复用OFDM发射，每个所述编码数据块包含多个原始帧，每个原始帧包含多个导频符号和多个数据符号，当前原始帧和后面一个原始帧的导频符号组成一个扩展帧；该发射机90结构参考附图1及对应的文字说明，其采用的帧结构如图2所示，此处不再赘述。

所述接收机91，用于对接收的信号的每个原始帧先进行第一次信道估计和数据符号的检测，对一个完整编码数据块的比特外信息进行APP译码，再根据APP译码反馈的比特先验概率对数比，利用扩展帧执行迭代信道估计数据符号的检测，得到OFDM-TCDS信道估计结果和数据符号检测结果。该接收机91结构参考附图5及对应的文字说明。在一个实施例中，该接收机91执行迭代信道估计的步骤包括：在第一次信道估计中采用RLS信道估计，迭代信道估计中使用PF信道估计，在RLS信道估计过程中进行数据符号的最大似然ML检测，并计算比特对数似然比LLR和外信息；所述外信息为所述比特LLR与比特先验概率对数比之差，在RLS第一次信道估计中所述比特先验概率对数比为0，在PF迭代信道估计中所述比特先验概率对数比为上一次PF信道估计过程中APP译码结果；得到整个数据块的外信息后，将外信息作解交织及后验概率APP译码，得到对信源比特的估计和比特先验概率对数比，将所述得到的比特先验概率对数比交织处理；根据交织后的比特先验概率对数比判断可靠数据符号，将可靠数据符号和扩展帧中所有导频符号作为信道状态样本来执行多项式拟合PF迭代信道估计，得到OFDM-TCDS信道估计结果，以及进行ML检测，并计算比特LLR和外信息。具体处理过程参考附图6及对应的文字说明。

该接收机91还用于在使用RLS进行第一次信道估计以及执行迭代信道估计过程中采用一个矩形窗函数进行加窗降噪，矩形窗函数的窗宽为所述已接收信号的循环前缀长度。

本发明实施例所述系统通过使用迭代信道估计技术，从而降低信道估计的MSE，具有很好的抗多径和抗衰落能力，使编码OFDM-TCDS在极低信噪比和收发机使用频谱非连续或不一致的CR场景下可靠地传输数据。因此该OFDM-TCDS能够在通信双方使用的频谱不一致且非连续的情况下，在信噪比极低时以较低的数据率传输数据，在建立通信链路的初期，通信双方可以使用OFDM-TCDS来传输信令。在此阶段，通信双方可以将各自的频谱感知信息传递给对方，使得双方在后期能够使用相同的频谱来高速地传输数据。

采用本发明实施例所述方法进行仿真测试过程中，其仿真结果表明：在多普勒频率为40Hz的低速移动环境下，迭代2次后与理想信道估计的性能差异为2dB，比未迭代的性能好1dB。在多普勒频率为200Hz的快速移动环境下，迭代2次后与理想信道估计的性能差异小于1dB，比未迭代的性能好2dB。在系统应用的仿真中，该系统经过一次频谱信息交互后，理想信道估计下发射功率可以降低5dB，采用迭代信道估计时发射功率可以降低3dB。

综上所述，本发明实施例通过使用迭代信道估计技术，降低信道估计的MSE，具有很好的抗多径和抗衰落能力，使编码OFDM-TCDS在极低信噪比和收发机使用频谱非连续或不一致的CR场景下可靠地传输数据。采用本发明实施例的帧结构提高了导频符号的利用率，使信道估计更准确。同时，本发明实施例在数据符号检测中提供一种CCSK符号的条件概率简化公式以及在LLR计算中提供LLR的近似公式，降低了计算开销，提供系统运行效率。另外，使用时域加窗降噪技术，有效提高了OFDM-TCDS信道估计准确度。

本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一计算机可读存储介质中，例如只读存储器(简称ROM)、随机存取存储器(简称RAM)、磁盘、光盘等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (21)

1.一种正交频分复用变换域通信系统OFDM-TDCS信号接收方法，其特征在于，包括：

对已接收信号的每个原始帧进行第一次信道估计和数据符号检测，获得比特对数似然比LLR和外信息；所述已接收信号的每个编码数据块包含多个原始帧，每个原始帧包含多个导频符号和多个数据符号，当前原始帧和后面一个原始帧的导频符号组成一个扩展帧；所述外信息为所述比特LLR与比特先验概率对数比之差；

得到整个数据块的外信息后，将外信息作解交织及后验概率APP译码，得到对信源比特的估计和比特先验概率对数比，将所述得到的比特先验概率对数比交织处理；

根据交织后的比特先验概率对数比从所述原始帧的多个数据符号中判断出可靠数据符号，将可靠数据符号和扩展帧中所有导频符号作为信道状态样本来进行迭代信道估计，得到OFDM-TDCS信道估计结果，进行数据符号检测，获得比特LLR和外信息，返回至对外信息作解交织及APP译码的步骤。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进行第一次信道估计包括：使用递归最小二乘法RLS进行第一次信道估计。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述使用RLS进行第一次信道估计包括：

在训练阶段，根据原始帧的导频符号估计信道状态；

在跟踪阶段，对于原始帧中的每一个数据符号，首先利用上一时刻的信道状态估计来判决当前时刻的数据符号，再根据已判决的数据符号估计当前时刻的信道状态。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述使用RLS进行第一次信道估计还包括：

当一个原始帧中所有数据符号的判决结束时，将信道状态归零，再开始后面一个原始帧的RLS信道估计与数据符号检测。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述利用上一时刻的信道状态估计来判决当前时刻的数据符号，再根据已判决的数据符号估计当前时刻的信道状态包括：

获得上一时刻的信道状态估计，通过数据符号检测得到当前数据符号为所有可能取值的条件概率；

从数据符号的所有可能取值中选出具有最大条件概率的取值作为当前时刻的数据符号判决，用于当前时刻信道状态估计的更新。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：将数据符号的条件概率转化为比特LLR，具体包括：

如果一个数据符号包含K_b个比特，第i个比特的比特LLR为：从第i个比特为0的所有可能符号中选择符号条件概率最大的一个符号对应的条件概率，与从第i个比特为1的所有可能符号中选择符号条件概率最大的一个符号对应的条件概率的对数比。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据交织后的比特先验概率对数比从所述原始帧的多个数据符号中判断出可靠数据符号包括：

根据比特先验概率对数比计算每一个数据符号S_i为某个可能取值s的符号先验概率；

从所有可能取值中选择符号先验概率最大的一个取值s^*作为对当前数据符号S_i的判决；

若S_i为s^*时的符号先验概率大于设定的门限值，则认为S_i＝s^*是可靠数据符号。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，迭代信道估计中的外信息通过当前信道估计过程中计算得到的比特LLR与上一次信道估计过程中APP译码得到的比特先验概率对数比相减得到。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述迭代信道估计包括：

使用多项式拟合PF迭代信道估计。

10.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述数据符号检测包括：采用最大似然ML检测进行数据符号检测。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述ML检测使用的条件概率公式包括：

p(Y|s)＝K_cexp{α(s)}，其中K_c是一个常数， $\mathrm{\&alpha;}\left(s\right)=\frac{N}{{\mathrm{\&sigma;}}^2}\mathrm{Re}\left\{z\right[{<-\frac{\mathrm{sN}}{M\_\mathrm{ary}}>}_N\left]\right\},$ 其中N为时域基函数长度，M_ary为发射端CCSK调制阶数，

其中Y(k)和

分别为第k个子载波上的频域接收信号和频域信道系数估计，X⁽⁰⁾(k)表示当发送数据符号为0时，第k个子载波上的频域信号。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述近似计算比特LLR公式为：

$L_p^E\left(c_m\right)\&ap;\underset{s|c_m=0}{\max }\{\mathrm{\&alpha;}\left(s\right)+\ln p\left(s\right)\}-\underset{s|c_m=1}{\max }\{\mathrm{\&alpha;}\left(s\right)+\ln p\left(s\right)\},$ 其中 $p\left(s\right)=\underset{i=1}{\overset{K_b}{\mathrm{\&Pi;}}}p\left(c_i\right),$ p(c_i)为当前数据符号中第i个比特的比特先验概率。

13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

对于所述迭代信道估计，采用矩形窗函数对时域信道系数估计进行加窗降噪，矩形窗函数的窗宽为所述已接收信号的循环前缀长度；和/或

对于所述第一次信道估计，先将频域信道系数作离散傅里叶反变换IDFT到时域后，再进行加窗降噪，矩形窗函数的窗宽为所述已接收信号的循环前缀长度。

14.一种OFDM-TCDS接收机，其特征在于，包括：

信道估计及信号检测单元，用于对已接收信号的每个原始帧使用进行第一次信道估计和数据符号检测，获得比特对数似然比LLR和外信息；所述已接收信号的每个编码数据块包含多个原始帧，每个原始帧包含多个导频符号和多个数据符号，当前原始帧和后面一个原始帧的导频符号组成一个扩展帧；所述外信息为所述比特LLR与比特先验概率对数比之差；

解交织单元，用于将外信息作解交织处理；

条件概率APP译码单元，用于对解交织后的外信息进行APP译码，得到对信源比特的估计和比特先验概率对数比；

交织单元，用于对APP译码单元译码后得到的比特先验概率对数比作交织处理后反馈给信道估计及信号检测单元；

所述信道估计及信号检测单元，还用于根据交织后的比特先验概率对数比从所述原始帧的多个数据符号中判断出可靠数据符号，将可靠数据符号和扩展帧中所有导频符号作为信道状态样本来执行迭代信道估计，得到OFDM-TCDS信道估计结果，进行数据符号检测，获得比特LLR和外信息。

15.如权利要求14所述的接收机，其特征在于，还包括：

空闲频谱标记向量产生单元，用于标记空闲频谱，产生空闲频谱标记向量；

伪随机相位向量产生单元，用于产生用户的伪随机相位向量；

频域基函数产生单元，用于根据所述空闲频谱标记向量及伪随机相位向量产生CCSK频域基函数；

CCSK解调单元，用于使用所述频域基函数产生单元产生的频域基函数对所述已接收的信号进行CCSK解调。

16.一种OFDM-TCDS信号发射方法，其特征在于，包括：

对信源比特进行信道编码、交织及插入导频组帧处理得到编码数据块，每个编码数据块包含多个原始帧，每个原始帧包含多个导频符号和多个数据符号，当前原始帧和后面一个原始帧的导频符号组成一个扩展帧；所述原始帧和扩展帧用于使接收端对接收到的信号进行第一次信道估计和迭代信道估计；

对编码数据块进行循环码移键控CCSK调制后采用正交频分复用OFDM方式发射。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述对待发射信号进行信道编码、交织及插入导频组帧处理包括：

对信源比特进行信道编码与交织处理生成编码比特块，编码比特块中的多个编码比特构成一个整数数据符号；

将每一个编码比特块分帧，每一帧包含多个数据符号，在每一个帧前面添加多个导频符号，构成一个原始帧，当前原始帧和后面一个原始帧的导频符号组成一个扩展帧。

18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述进行CCSK调制包括：

标记空闲频谱，产生空闲频谱标记向量；

产生用户的伪随机相位向量；

根据所述空闲频谱标记向量及伪随机相位向量产生CCSK频域基函数；

使用该频域基函数对编码数据块进行CCSK调制。

19.一种OFDM-TCDS发射机，其特征在于，包括：

编码单元，用于对信源比特进行信道编码；

交织单元，用于对编码后的比特进行交织处理，得到编码比特块；

组帧单元，用于对编码比特块添加导频符号组帧，得到编码数据块，包括将每一个编码比特块分帧，每一帧包含多个数据符号，在每一个帧前面添加多个导频符号，构成一个原始帧，当前原始帧和后面一个原始帧的导频符号组成一个扩展帧；所述原始帧和扩展帧用于使接收端对接收到的信号进行第一次信道估计和迭代信道估计；

CCSK调制单元，用于对编码数据块中的符号进行CCSK调制；

OFDM发射单元，用于采用正交频分复用OFDM发射CCSK调制后的信号。

20.如权利要求19所述的发射机，其特征在于，还包括：

空闲频谱标记向量单元，用于标记空闲频谱，产生空闲频谱标记向量；

伪随机相位向量产生单元，用于产生用户的伪随机相位向量；

频域基函数产生单元，用于根据所述空闲频谱向量及伪随机相位向量产生CCSK频域基函数，用于所述CCSK调制单元CCSK调制所述编码后的信号。

21.一种OFDM-TCDS，其特征在于，包括：如权利要求14-15所述的接收机及如权利要求19-20所述的发射机；

所述发射机，用于对信源编码、交织、插入导频组帧得到编码数据块以及对编码数据块CCSK调制处理后采用正交频分复用OFDM发射；

所述接收机，用于对接收的信号进行迭代信道估计以及数据符号的检测，得到OFDM-TCDS信道估计结果和数据符号检测结果。

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