CN102185806A - Ofdm任意星座图全盲信道估计方法和系统 - Google Patents
Ofdm任意星座图全盲信道估计方法和系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102185806A CN102185806A CN2011101549046A CN201110154904A CN102185806A CN 102185806 A CN102185806 A CN 102185806A CN 2011101549046 A CN2011101549046 A CN 2011101549046A CN 201110154904 A CN201110154904 A CN 201110154904A CN 102185806 A CN102185806 A CN 102185806A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ofdm
- phase
- constant
- channel estimation
- indeterminate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000010586 diagram Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 5
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims description 5
- ODKSFYDXXFIFQN-UHFFFAOYSA-M argininate Chemical compound [O-]C(=O)C(N)CCCNC(N)=N ODKSFYDXXFIFQN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000009671 shengli Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Abstract
本发明属于移动通信技术领域，具体涉及一种OFDM任意星座图全盲信道估计方法和系统。所述方法包括如下步骤：设计发送信号，在发送端交替使用两种星座图；在接收端首先估计出一个带有不定常数的信道估计结果，然后依次估计出不定常数的幅度、不定常数的小数相位和不定常数的整数相位，从而得到完整的信道估计值。所述系统是一种OFDM全盲发送、接收机系统，不需要发送任何的导频，接收端仅仅根据接收到的数据估计无线信道，得到完整的信道估计值，并最终恢复出发送信号。本发明完全避免了发送导频，大大提高了通信系统效率，而且算法复杂度与数据长度只有线性关系，接收端的计算量很低，提高了全盲接收机的实用性。
Description
技术领域
本发明属于移动通信技术领域，具体涉及一种OFDM任意星座图全盲信道估计方法和系统。
技术背景
近年来，移动用户对高速数据业务的需求，促使现有通信系统的效率不断提高。OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 技术由于具有很高的频谱效率，已经被许多国际标准所采用，如DAB，DVB，WiMAX和LTE等。
在OFDM技术中，为了辨识信道，一部分系统资源被用来发射导频，这降低了系统效率。尤其在多天线的情况下，导频开销大大增加，已经成为不容忽视的问题。一些学者提出了盲信道估计的思想，即不利用任何导频，直接由接收信号辨识出信道。如文献[1] Long Tong, Guanghan Xu and Thomas Kailath, “Blind Identification and Equalization Based on Second-Order Statistics: A Time Domain Approach”, IEEE Tran. Information Theory, vol. 40 no. 2, March 1994、参考文献[2] Bertrand Muquet, Marc de Courville and Pierre Duhamel, “Subspace-Based Blind and Semi-Blind Channel Estimation for OFDM Systems”, IEEE Tran. Signal Processing, vol.50, no.7, July 2002、参考文献[3] Wei-Chieh Huang, Chun-Hsien Pan et al,” Subspace-Based Semi-Blind Channel Estimation in Uplink OFDMA Systems”, IEEE Tran. Broadcasting, vol. 56, no.1 March 2010等所述。盲信道估计可以大大减少系统的导频开销，显著提高系统效率。但遗憾的是，现有的信道盲估计方法存在模糊性的问题，即最后的结果不唯一，这对实际应用造成了困难。为了能够去掉结果的模糊性，仍然需要少量的导频信号，最终形成了所谓的半盲估计。
针对这个问题，有学者进行了研究，如文献[4]（Shengli zhou and Georgios B. Giannakis, “Finite-Alphabet Based Channel Estimation for OFDM and Related Multicarrier Systems”, IEEE Tran. Communications, vol.49, no.8, August 2001）的最后结果只有几个可能的离散相位，而不再是任意的不定常数；参考文献[5]（Marc C. Necker and Gordon L. Stuber, “Totally Blind Channel Estimation for OFDM on Fast Varying Mobile Radio Channels”, IEEE Tran. Wireless Communications, vol. 3, no.5, September 2004）解决了在OFDM系统中部分PSK星座图的全盲信道估计问题，但不适用于QAM等一般星座图。
QAM是通信系统中最常用的星座图，QAM等一般星座图实现全盲信道估计对通信系统有着重要意义。本发明正是要解决对QAM等一般星座图如何完全不用导频而全盲估计出无线信道，并提出一个低复杂度的算法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低复杂度，能够完全避免发送导频、有效提高现有通信系统效率，可以应用于QAM等一般星座图的OFDM全盲信道估计方法和相应系统。
本发明提出的OFDM任意星座图全盲信道估计方法，包括如下步骤：设计发送信号，在发送端交替使用两种星座图；在接收端首先估计出一个带有不定常数的信道估计结果，然后依次估计出不定常数的幅度、不定常数的小数相位和不定常数的整数相位，从而得到完整的信道估计值。
具体分别描述如下：
1、发送端设计
设计如下OFDM系统：有N个子载波，其中有Nd个数据子载波，Nnull个空子载波，没有任何的导频子载波。数据子载波中有Nd1个数据子载波上使用星座图 
1，有Nd2个数据子载波上使用星座图
2，满足关系：
N = Nd+ Nnull （1）
Nd= Nd1 + Nd2 （2）
在接收端，由于使用全盲接收机，所以没有任何导频信息可以使用，接收机需要直接从接收信号中全盲估计出信道，进而恢复出发送信号。有很多文献讨论了信道的半盲估计问题，一个典型的算法如参考文献[2]，利用子空间的概念分离出信号子空间和噪声子空间，进而部分的估计出带有不定常数的信道值
，其中h为真实的信道，
是估计出来信道，c为传统算法无法估计出来的不定常数。可以看到，由于不定常数c的存在，这样估计出来的信道无法直接用来恢复发送信号。
传统的解决方法是在发送端发送少量的导频，然后通过导频估计出不定常数c的具体值，进而恢复发送信号。但这样做会浪费一部分系统资源，降低系统效率。本发明提出的全盲信道估计，就是在不使用任何导频的前提下，不仅估计出带有不定常数的信道值
，而且可以进一步估计出不定常数c。
为了估计不定常数c，首先将c分为3个部分：幅度，小数相位，整数相位，然后依次进行估计，最后将估计的结果合并，得到一个完整的不定常数c的估计值。下面解释小数相位和整数相位的概念，需要给出一些与之相关的定义。
首先是星座图模糊数的概念。
定义1：一种星座图的模糊数Q为：对于M-QAM星座图，Q = 4；对于M-PSK星座图，Q = M；对于M-PAM星座图，Q = 2。
接下来可以引入相位分解的概念。
定义2：设
，对β进行相位分解，将其写成如下形式：
其中Q为星座图的模糊数。
最后给出小数相位和整数相位的概念。
定义3：设，对
进行相位分解如（3），则θ称为小数相位，K称为整数相位。
在盲信道估计中，如果发送端只使用一种星座图，传统的盲信道估计算法无法完整的估计出整个信道，至少有一个不定常数无法估计。但在引入了小数相位和整数相位的概念后，仔细分析后可以发现，虽然无法盲估计出整数相位，但可以根据接收信号盲估计出幅度和小数相位。在发送端同时使用两种星座图后，则可以进一步估计出整数相位，从而得到了不定常数c的一个完整估计，进而实现了在接收端全盲信号接收与解调。
2、不定常数的幅度的估计
对于OFDM系统的任意一个子载波，可以将其写成：
其中s[n]是发送信号，cH[n]是真实信道，w[n]是噪声，Y [n]是接收信号，利用二阶统计量，可以得到下面的等式：
对于OFDM所有的子载波而言，有：
即不定常数的幅度的估计为：
3、不定常数的小数相位的估计
参考文献[4]提出利用高阶统计量估计不定常数的小数相位。但在无线通信中，信道是时变的，接收端无法收集足够多的数据以得到高阶统计量的可靠估计，所以在实际中是不实用的。
本发明利用ML估计得到不定常数的小数相位的一个可靠估计。对于OFDM系统的任意一个子载波，其接收信号的似然函数为：
（8）
其中r i是接收信号，r是由所有接收信号构成的列向量，s i是发送信号，s是由所有发送信号构成的列向量，h是信道并且对h的相位按（3）做相位分解，
是噪声方差，L是数据长度。假设
，那么有：
对于OFDM的所有子载波而言，不定常数的小数相位估计式为：
其中
为先前估计的带有不定常数的信道的频域形式，N d 为用来估计的子载波个数，L是接收的OFDM帧数量，r k [n]为接收的第n帧第k个子载波数据，s k [n]为相应的发送数据，
是接收端的估计值，
为先前估计的不定常数的幅度。
可以看到，由于各个接收数据的搜索是完全独立的，所以整个算法的复杂度很低，与数据长度的关系只是线性的，而现有算法如参考文献[5]的复杂度是指数级的，所以本发明极大的降低了计算量。
仔细的分析（10）可以看到，对于每个接收数据的搜索实质上一个硬判决过程，所以复杂度还可以进一步降低。 如M-PSK和M-PAM的复杂度与星座图大小无关，即使是M-QAM，复杂度也至多只有
。总体而言，本发明的小数相位估计算法的计算复杂度远远低于现有文献中的算法。
4、不定常数的整数相位的估计
前面已经提到，仅仅利用一种星座图无法估计出不定常数的整数相位，但利用两种星座图则可完成估计。假设不定常数的幅度和小数相位都已经得到了估计，只有整数相位未知，那么可以根据数论得到下面结论：
如果星座图1和星座图2的模糊数互质，整数相位K的估计为：
其中，
(·)是数论中的欧拉函数，
是下取整函数，arg(·)是指复数的相位，r为接收信号，s为发送信号，P、Q分别为两种星座图的模糊数。由于求出了闭合表达式，所以具有非常低的复杂度。而且仿真结果表明算法的性能很好，且随数据长度的增加估计精度迅速增长。
本发明的方法流程可归纳如下：
1) 发送端在不同的子载波上使用两种星座图，且两种星座图的模糊数互质。
2) 接收端盲估计出一个带有不定常数的信道估计值。
3) 利用二阶统计量，由（7）估计出不定常数的幅度。
4) 利用ML估计，由（10）估计出不定常数的小数相位。
5) 利用数论，由（11）估计出不定常数的整数相位。
6) 将2)，3)，4)，5)步得到信道估计值合并起来，得到完整的信道估计值。
7) 利用估计出的信道值恢复出发送信号。
本发明还提供一种OFDM全盲接收系统，该系统包括：发送端和全盲接收机，其中发送端只发送两种星座图信号，不发送任何导频；接收机依次估计出带有不定常数的信道值，不定常数的幅度、不定常数的小数相位和不定常数的整数相位，从而得到完整的信道估计值，并最终恢复出发送信号。
由于本发明的OFDM全盲信道估计方法完全避免了发送导频，从而大大提高了通信系统效率。而且在本发明的全盲发送、接收机系统中，算法的复杂度很低，极大地降低了接收端的计算量，显著提高了全盲接收机的实用性。
附图说明
图 1是OFDM系统框图。
图 2是发送端星座图示意图。
图 3是不定常数估计过程的示意图。
图 4说明本发明的一个实例中不定常数幅度的估计精度。
图 5说明本发明的一个实例中不定常数小数相位的估计精度。
图 6说明本发明的一个实例中不定常数整数相位的估计精度。
图 7说明本发明的一个实例中信道的估计精度。
具体实施方式
现结合附图和实施例仿真对本发明做进一步的描述。
本发明的仿真条件如下：
OFDM系统有N = 64个子载波，其中有Nd= 62个数据子载波，Nnull= 2个空子载波，有Nd1 = 60个数据子载波上使用星座图16QAM，有Nd2 = 2个数据子载波上使用星座图3-PSK。运用本发明方法：
对幅度进行估计的结果如图4，可以看到本算法具有较高估计精度；
对小数相位进行估计的结果如图5，可以看到本算法具有较高估计精度，并且随着接收数据长度的增长估计精度迅速增长；
对整数相位进行估计的结果如图6，可以看到本算法具有较高估计精度，并且随着接收数据长度的增长估计精度迅速增长；
总体的信道估计结果如图7，可以看到本算法具有较高估计精度。
上述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种OFDM任意星座图的全盲信道估计方法，其特征在于设计如下OFDM系统：有N个子载波，其中有Nd个数据子载波，Nnull个空子载波，没有任何的导频子载波；数据子载波中有Nd1个数据子载波上使用星座图 
1，有Nd2个数据子载波上使用星座图 2，两种星座图的模糊数互质，并满足关系：
N = Nd+ Nnull
Nd= Nd1 + Nd2
设有带不定常数的信道估计值
，其中h为真实的信道，是估计出来信道，c为传统算法无法估计出来的不定常数；将不定常数分为三个部分：幅度、小数相位和整数相位，然后分别对不定常数的三个部分进行估计，再对三个部分估计值合并，得到不定常数的完整估计值；最后利用估计出的信道值恢复出发送信号。
2.如权利要求1所述的OFDM任意星座图的全盲信道估计方法，其特征在于不定常数的幅度的估计方法如下：
对于OFDM系统的任意一个子载波，将其写成：
其中s[n]是发送信号，cH[n]是信道，w[n]是噪声，Y [n]是接收信号，利用二阶统计量，得到下面的等式：
对于OFDM所有的子载波而言，有：
即不定常数的幅度的估计式为：
。
3.如权利要求2所述的OFDM任意星座图的全盲信道估计方法，其特征在于对不定常数的小数相位使用ML估计，其步骤为：
设，对β进行相位分解，将其写成如下形式：
其中Q为星座图的模糊数，θ称为小数相位，K称为整数相位；
不定常数的小数相位估计式为：
其中为先前估计的带有不定常数的信道的频域形式，N d 为用来估计的子载波个数，L是接收的OFDM帧数量，r k [n]为接收的第n帧第k个子载波数据，s k [n]为相应的发送数据，
是接收端的估计值，
为先前估计的不定常数的幅度。
4.如权利要求3所述的OFDM任意星座图的全盲信道估计算法，其特征在于对不定常数的整数相位K使用数论进行估计：
其中
(·)是数论中的欧拉函数，
是下取整函数，arg(·)是指复数的相位，r为接收信号，s为发送信号，P、Q分别为两种星座图的模糊数。
5.一种对应于权利要求3所述的OFDM任意星座图的全盲信道估计方法的OFDM全盲发送接收系统，该系统包括：发送端和全盲接收机，其中发送端只发送两种星座图信号，不发送任何导频；全盲接收机依次估计出带有不定常数的信道值，不定常数的幅度、不定常数的小数相位和不定常数的整数相位，从而得到完整的信道估计值，并最终恢复出发送信号。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110154904.6A CN102185806B (zh) | 2011-06-10 | 2011-06-10 | Ofdm任意星座图全盲信道估计方法和系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110154904.6A CN102185806B (zh) | 2011-06-10 | 2011-06-10 | Ofdm任意星座图全盲信道估计方法和系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102185806A true CN102185806A (zh) | 2011-09-14 |
| CN102185806B CN102185806B (zh) | 2014-04-02 |
Family
ID=44571877
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201110154904.6A Expired - Fee Related CN102185806B (zh) | 2011-06-10 | 2011-06-10 | Ofdm任意星座图全盲信道估计方法和系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102185806B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108092926A (zh) * | 2017-11-21 | 2018-05-29 | 北京交通大学 | 无源反向散射通信信道的参数估计算法 |
| CN114143146A (zh) * | 2021-10-28 | 2022-03-04 | 西安交通大学 | 一种基于图信号方法的ofdm系统信道估计系统和方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1791084A (zh) * | 2004-12-17 | 2006-06-21 | 清华大学 | 时域同步正交频分复用空频编码时频联合信道估计方法 |
| CN201107851Y (zh) * | 2007-07-05 | 2008-08-27 | 北京海尔集成电路设计有限公司 | 多载波系统中基于星座图映射的信噪比估计装置 |
| US20090304113A1 (en) * | 2008-06-04 | 2009-12-10 | Yihong Qi | Optimal Blind Channel Estimation for DQPSK Demodulation |
-
2011
- 2011-06-10 CN CN201110154904.6A patent/CN102185806B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1791084A (zh) * | 2004-12-17 | 2006-06-21 | 清华大学 | 时域同步正交频分复用空频编码时频联合信道估计方法 |
| CN201107851Y (zh) * | 2007-07-05 | 2008-08-27 | 北京海尔集成电路设计有限公司 | 多载波系统中基于星座图映射的信噪比估计装置 |
| US20090304113A1 (en) * | 2008-06-04 | 2009-12-10 | Yihong Qi | Optimal Blind Channel Estimation for DQPSK Demodulation |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| MARC C. NECKER ET AL: "Totally Blind Channel Estimation for OFDM on Fast Varying Mobile Radio Channels", 《IEEE TRANSACTIONS ON WIRELESS COMMUNICATIONS》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108092926A (zh) * | 2017-11-21 | 2018-05-29 | 北京交通大学 | 无源反向散射通信信道的参数估计算法 |
| CN108092926B (zh) * | 2017-11-21 | 2019-12-31 | 北京交通大学 | 无源反向散射通信信道的参数估计方法 |
| CN114143146A (zh) * | 2021-10-28 | 2022-03-04 | 西安交通大学 | 一种基于图信号方法的ofdm系统信道估计系统和方法 |
| CN114143146B (zh) * | 2021-10-28 | 2023-08-15 | 西安交通大学 | 一种基于图信号方法的ofdm系统信道估计系统和方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102185806B (zh) | 2014-04-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9960831B2 (en) | Multiple input multiple output orthogonal frequency division multiplexing with index modulation, MIMO-OFDM-IM, communications system | |
| EP2232741B1 (en) | Channel estimation method and system for inter-carrier interference-limited wireless communication network | |
| Deneire et al. | Training sequence versus cyclic prefix-a new look on single carrier communication | |
| US8548101B2 (en) | Demodulation method and demodulator for orthogonal frequency multiplexing—multiple input multiple output system | |
| CN106161328B (zh) | 基于载波索引调制的mimo-ofdm系统的检测方法 | |
| CN103873397A (zh) | 一种新的联合时域和频域正交频分复用接收信道估计方法 | |
| CN109600327B (zh) | 一种基于虚部干扰利用的信道估计方法 | |
| CN101917355A (zh) | 一种信道估计方法及系统 | |
| WO2008038884A1 (en) | Channel estimation method and apparatus in an ofdm wireless communication system | |
| CN101662434A (zh) | 利用导频格式设计的WiMAX信道估计方法 | |
| CN106341362B (zh) | 导频发送方法、导频接收方法及其装置 | |
| CN108768914B (zh) | 联合正交与非正交的高效频分复用传输方法及传输系统 | |
| CN108234368B (zh) | 一种高谱效安全截短正交频分复用传输方法 | |
| CN101888363B (zh) | 一种ofdm接收机中的信号解调方法及ofdm接收机 | |
| CN102185806A (zh) | Ofdm任意星座图全盲信道估计方法和系统 | |
| CN102843326B (zh) | 一种用于正交频分多工系统的接收器及其信号接收方法 | |
| Subalatha et al. | Low complexity maximum likelihood FBMC QAM for improved performance in longer delay channels | |
| JP6869449B1 (ja) | 伝送路等化処理装置、および、伝送路等化処理方法 | |
| CN101115047B (zh) | 一种适用于高速移动环境的正交频分复用收发系统 | |
| Sangirov et al. | An enhanced semi-blind channel estimation for MIMO-OFDM systems | |
| Babulkar | A Comprehensive Review on Channel Estimation Techniques in MIMO-OFDM | |
| CN102281224B (zh) | Ofdm接收机及其实现方法 | |
| Jose et al. | Peak to average power ratio reduction and inter symbol interference cancellation of FBMC-OQAM signals | |
| Lee et al. | Performance analysis of a proposed pre-FEC structure for a DVB-C2 receiver | |
| CN109120560B (zh) | 自适应的ici载波间干扰消除方法及装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140402 Termination date: 20170610 |