CN103166897B - 一种ofdm系统中信道及iqi参数的估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种OFDM系统中信道及IQI参数的估计方法，包括：在发送端，将发送的每帧数据的第一个OFDM符号作为前导序列；在接收端，根据每一帧接收到的前导序列，得到k∈P_e∪N_o的子载波上信道的初始估计值；利用线性插值或LIMMSE插值得到每一帧中除第0个和第N/2个子载波外的其他子载波上信道的估计值；根据信道的估计值以及接收到的前导序列分别得到k∈P_e、k∈N_o的子载波上发送端IQI、接收端IQI参数的初始估计值；利用线性插值得到对应于所有子载波的发送端IQI、接收端IQI参数的估计值；利用信道、发送端IQI、接收端IQI参数的估计值，通过迭代得到三种参数的最终估计值；进行IQI的校正和符号检测。

Description

一种OFDM系统中信道及IQI参数的估计方法

技术领域

本发明属于通信信号处理技术领域，尤其涉及一种OFDM系统中信道及IQI参数的估计方法。

背景技术

OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)即正交频分复用技术，是多载波调制(Multi-CarrierModulation，MCM)的一种。该技术是HPA联盟工业规范的基础，它采用一种不连续的多音调技术，将被称为载波的不同频率中的大量信号合并成单一的信号，从而完成信号传送。由于这种技术具有在杂波干扰下传送信号的能力，因此常常会被利用在容易受外界干扰或者抵抗外界干扰能力较差的传输介质中。

OFDM的主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的符号可以看成平坦性衰落，从而消除符号键的干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。

同相正交不平衡(In-phaseQuadratureImbalance，IQI)是由IQ调制和解调器引起的，同时存在于发送机(Transmitter，TX)和接收机(Receiver，RX)中，包括与频率相关(FrequencyDependent，FD)以及与频率无关(FrequencyIndependent，FI)的同相正交不平衡。同相正交不平衡破坏了I(同相)路和Q(正交)路信号之间的正交性，降低了接收信号的质量。当载波频率很高和/或带宽很宽时，同相正交不平衡对系统性能的影响是不可忽视的。

目前的研究中，大都是将信道、发送端IQI和接收端IQI三者联合起来估计，而某些能将这三者分开进行估计的方法只考虑了与频率无关的IQI。对于能够将发送端IQI和接收端IQI分开的校正方法中，却需要添加辅助电路，并且所述的发送端IQI和接收端IQI属于不同的通信链路(下行链路TX和上行链路RX，或上行链路TX和下行链路RX)。

现有的对IQI估计和校正的方法可分为三类：一是自适应方法，这种方法需要大量的训练符号和迭代运算以获得均衡器系数；二是复合模型方法，将信道因子和IQI因子结合在一起，并利用特殊的双导频符号进行校正，这种方法需要大量的频率资源且不适用于时变信道；三是时域盲补偿方法，这种方法假设IQI的影响集中在其中一路，不适用于实际的系统，且实时性很差。

发明内容

本发明提供了一种OFDM系统中信道及IQI参数的估计方法，以克服发送端和接收端同相正交不平衡(IQI)对通信系统性能产生的影响。

一种OFDM系统中信道及IQI参数的估计方法，包括：

(1)在发送端，将发送的输入符号的每帧数据的第一个OFDM符号作为前导序列，其结构如下：导频在k∈P_e∪N_o的子载波上传输，k∈P_o∪N_e的子载波上传输的信号为空；其中，系统的子载波数目为N，k表示第k个子载波；P_e和P_o分别表示前N/2个子载波中k为偶数和奇数的子载波的集合，N_e和N_o分别表示后N/2个子载波中k为偶数和奇数的子载波的集合，第0和第N/2个子载波没有使用；

(2)在接收端，根据每一帧接收到的前导序列，得到k∈P_e∪N_o的子载波对应的信道的初始估计值，记为其中m表示第m帧，m的取值范围为1到M，M为输入符号总帧数；

(3)利用线性插值或线性最小均方误差插值得到每一帧中除第0个和第N/2个子载波外的其他子载波对应的信道的初始估计值，记为

(4)对于k∈P_e的子载波，根据步骤(3)得到的信道的估计值以及接收到的前导序列分别计算得到发送端IQI、接收端IQI参数的初始估计值，分别记为和

(5)对于k∈N_o的子载波，根据步骤(3)得到的信道的估计值以及接收到的前导序列分别计算得到发送端IQI、接收端IQI参数的初始估计值，分别记为和

(6)根据步骤(4)和(5)中得到的IQI参数的初始估计值，利用线性插值得到对应于除第0和第N/2个子载波外的其他子载波的发送端IQI、接收端IQI参数的初始估计值，分别记为和

(7)利用步骤(3)得到的信道的初始估计值、步骤(6)得到的发送端IQI、接收端IQI参数的初始估计值，通过迭代的方法得到三种参数的最终估计值；

(8)利用步骤(7)的结果进行IQI的校正和符号检测。

步骤(2)中，信道估计的方法为：

在接收端，第m帧的第k个子载波上的信道的初始估计值等于第m帧的第k个子载波上接收到的前导序列的值R_k,m，其中k∈P_e∪N_o。

步骤(4)中，对于k∈P_e的子载波，IQI参数的估计方法为：

(a)利用步骤(3)中得到的信道的初始估计值构成信道矩阵矩阵的大小为M×2，将k∈P_e的子载波对应的信道的初始估计值的共轭作为矩阵的第一列，将其共轭子载波N-k对应的信道的初始估计值作为矩阵的第二列；

(b)对于k∈P_e的子载波，利用每一帧中其共轭子载波N-k上接收到的前导序列R_N-k,m构成大小为M×1的接收矩阵R_{N-k_Pe}；

(c)求解信道矩阵的伪逆，并将其值与接收矩阵R_{N-k_Pe}相乘，得到k∈P_e时，发送端IQI、接收端IQI参数的初始估计值：和

步骤(5)中，对于k∈N_o的子载波，IQI参数的估计方法为：

(a)利用步骤(3)中得到的信道的初始估计值构成信道矩阵矩阵的大小为M×2，将k∈N_o的子载波对应的信道的初始估计值作为矩阵的第二列，将其共轭子载波N-k对应的信道的初始估计值的共轭作为矩阵的第一列；

(b)对于k∈N_o的子载波，利用每一帧中其共轭子载波N-k上接收到的前导序列R_N-k,m构成大小为M×1的接收矩阵R_{N-k_No}；

(c)求解信道矩阵的共轭矩阵的伪逆，并将其值与接收矩阵R_{N-k_No}相乘，得到k∈N_o时，发送端IQI、接收端IQI参数的初始估计值：和

步骤(7)中，所述迭代的步骤为：

(a)首先令迭代次数i＝1；

(b)利用上一次迭代得到的发送端IQI、接收端IQI参数的初始估计值和接收到的前导序列，计算得到每一帧中k∈P_e∪N_o的子载波对应的第i次迭代的信道的估计值；

(c)利用线性插值或线性最小均方误差插值得到每一帧中除第0个和第N/2个子载波外的其他子载波上对应的第i次迭代的信道的估计值，记为

(d)重复步骤(4)和(5)得到k∈P_e∪N_o时，第i次迭代发送端IQI、接收端IQI参数的估计值，再利用线性插值得到除第0个和第N/2个子载波外的其他子载波上发送端IQI、接收端IQI参数第i次迭代的估计值，分别记为和

(e)迭代次数i加1，判断是否达到最大迭代次数，若达到，则进入步骤(f)，否则返回步骤(b)；

(f)得到信道、发送端IQI、接收端IQI参数的最终估计值和其中I表示最大迭代次数，k＝1,2,…,N/2-1,N/2+1,…,N-1。

步骤(8)中，可选用发送端预失真和接收端校正法进行IQI校正和符号检测，包括：

将步骤(7)得到的发送端IQI参数的最终估计值反馈给发送端，在发送端对原始输入信号进行预失真处理；在接收端，根据得到的接收端IQI参数的最终估计值对解调后的接收信号进行校正；然后利用逐符号检测方法对经过校正的接收信号进行符号检测。

具体地说，所述发送端预失真和接收端校正法的具体步骤为：

(a)在发送端，预失真的方法为：用发送端IQI参数矩阵的逆与原始输入信号构成的输入矩阵相乘，得到预失真信号，然后将其作为新的输入信号；

所述发送端IQI参数矩阵大小为2×2，其主对角线上的值为1，第2行第1列的值为第k个子载波上发送端IQI参数的最终估计值的共轭，第1行第2列的值为其共轭子载波N-k上发送端IQI参数的最终估计值；

所述输入矩阵的矩阵大小为2×1，第1行第1列上为第k个子载波上的原始输入信号，第2行第1列上为第N-k个子载波上的原始输入信号的共轭；

(b)在接收端，校正的方法为：用接收端IQI参数矩阵的逆与接收端接收到的信号构成的输出矩阵相乘，得到相应子载波上经过校正的接收信号；

所述接收端IQI参数矩阵大小为2×2，其主对角线上的值为1，第2行第1列的值为第k个子载波上接收端IQI参数的最终估计值的共轭，第1行第2列的值为其共轭子载波N-k上接收端IQI参数的最终估计值；

所述输出矩阵的矩阵大小为2×1，第1行第1列上为第k个子载波上的接收信号，第2行第1列上为第N-k个子载波上的接收信号的共轭；

(c)对经过校正的接收信号进行逐符号检测，得到输出符号。

除所述发送端预失真及接收端校正法外，还可利用步骤(7)得到的信道、发送端IQI参数和接收端IQI参数的最终估计值构造出第k个子载波上的联合信道矩阵然后利用联合信道线性检测或者联合检测进行符号检测。

所述的联合信道线性检测的方法参考文献(A.Tarighat,A.H.Sayed.2007.JointcompensationoftransmitterandreceiverimpairmentsinOFDMsystems.IEEETrans.OnWirelessCommun.6(1):240-247.)中的线性检测方法。

所述联合检测的方法为：

(a)在星座集里寻找一对符号作为第k个和第N-k个子载波上的输入信号，构成发送矩阵，用第k个子载波上的接收信号与第N-k个子载波上的接收信号的共轭构成输出矩阵，计算联合信道矩阵和发送矩阵的乘积，使得所述输出矩阵与该乘积的欧氏距离的平方最小；

所述输出矩阵的矩阵大小为2×1，第1行第1列上为第k个子载波上的接收信号，第2行第1列上为第N-k个子载波上的接收信号的共轭；

(b)满足步骤(a)中使得所述输出矩阵与该乘积的欧氏距离的平方最小的发送矩阵中的一对符号即为输出符号。

优选地，第k个子载波上的联合信道矩阵的构成方法为：

(a)由发送端IQI参数的最终估计值得到发送端IQI参数矩阵；

所述发送端IQI参数矩阵大小为2×2，其主对角线上的值为1，第2行第1列的值为第k个子载波上发送端IQI参数的最终估计值的共轭，第1行第2列的值为其共轭子载波N-k上发送端IQI参数的最终估计值；

(b)由接收端IQI参数的最终估计值得到接收端IQI参数矩阵；

所述接收端IQI参数矩阵大小为2×2，其主对角线上的值为1，第2行第1列的值为第k个子载波上接收端IQI参数的最终估计值的共轭，第1行第2列的值为其共轭子载波N-k上接收端IQI参数的最终估计值；

(c)由信道的最终估计值构成大小为2×2的信道参数矩阵，其次对角线上的值为0，第1行第1列上为第k个子载波对应的信道的最终估计值，第2行第2列上为第N-k个子载波对应的信道的最终估计值的共轭；

(d)将接收端IQI参数矩阵、信道参数矩阵和发送端IQI参数矩阵三者相乘，得到第k个子载波上的联合信道矩阵

联合信道矩阵分两种情况考虑：

(1)当信道是块衰落信道时，联合信道矩阵在一个帧内是适用的；

(2)当信道是快衰落信道时，利用散布于子载波中的导频进行信道估计，然后构成联合信道矩阵

优选地，所述快衰落信道的信道估计方法为：

(a)利用发送端IQI、接收端IQI参数的最终估计值和已知的发送端发送的前导序列构成联合发送矩阵的结构如下：

${\stackrel{\‾}{S}}_k=\left[\begin{array}{cc}{S}_k+{\mathrm{\ξ}}_{t,N-k}{S}_{N-k}^{*}& {\mathrm{\ξ}}_{r,N-k}{\mathrm{\ξ}}_{t,k}^{*}{S}_k+{\mathrm{\ξ}}_{r,N-k}{S}_{N-k}^{*}\\ {\mathrm{\ξ}}_{r,k}^{*}{S}_k+{\mathrm{\ξ}}_{r,k}^{*}{\mathrm{\ξ}}_{t,N-k}{S}_{N-k}^{*}& {\mathrm{\ξ}}_{t,k}^{*}{S}_k+S_{N-k}^{*}\end{array}\right]---\left(1\right),$

其中，S_k和S_N-k分别为第k个和第N-k个子载波上的前导序列，ξ_t,k和ξ_t,N-k分别为第k个和第N-k个子载波上的发送端IQI参数的最终估计值，ξ_t,k和ξ_t,N-k分别为第k个和第N-k个子载波上的接收端IQI参数的最终估计值；

(b)将第k个子载波上的接收信号与第N-k个子载波上的接收信号的共轭构成输出矩阵；

所述输出矩阵的矩阵大小为2×1，第1行第1列上为第k个子载波上的接收信号，第2行第1列上为第N-k个子载波上的接收信号的共轭；

(c)联合发送矩阵的逆与所述输出矩阵相乘得到对应子载波上的信道的估计值。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明能够同时且分别得到出信道、发送端IQI、接收端IQI这三种参数的估计值，复杂度低；并且通过迭代，三种参数的估计性能都得到提高；得到三种参数的估计值后，可通过两种方案对IQI进行校正和符号检测，减小IQI对系统性能的影响。

附图说明

图1为前导序列结构和帧结构示意图；

图2为IQI参数的初次估计流程图；

图3为IQI参数的迭代估计流程图；

图4为不同迭代次数下IQI参数的估计性能图；其中，ξ_t,k和ξ_t,N-k分别表示第k和第N-k子载波上发送端IQI参数，ξ_r,k和ξ_r,N-k分别表示第k和第N-k个子载波上接收端IQI参数；SNR(dB)表示信噪比(分贝)，MSEofIQIEstimation表示IQI参数估计值的均方误差值；ξ_t,k，ξ_t,N-k，ξ_r,kandξ_r,N-katIter＝1表示迭代次数为1时，第k子载波上发送端IQI参数，第N-k子载波上发送端IQI参数，第k个子载波上接收端IQI参数，第N-k个子载波上接收端IQI参数；ξ_t,k，ξ_t,N-k，ξ_r,kandξ_r,N-katIter＝2andIter＝3表示迭代次数为2和3时，第k子载波上发送端IQI参数，第N-k子载波上发送端IQI参数，第k个子载波上接收端IQI参数，第N-k个子载波上接收端IQI参数；

图5为不同迭代次数下信道的估计性能图；其中，H_k，Iter＝1表示迭代次数为1时信道的估计值；H_k，Iter＝2表示迭代次数为2时信道的估计值；H_k，Iter＝3表示迭代次数为3时信道的估计值；H_k，noIQI表示无IQI时信道的估计值；SNR(dB)表示信噪比(分贝)，MSEofChannelEstimation表示信道估计值的均方误差值；

图6为采用发送端预失真和接收端校正方法进行IQI校正和符号检测的性能图；其中，NocompensationofIQI表示无IQI校正；EstimatedIQIandchannel，Iter＝1表示迭代次数为1时IQI参数和信道的估计值；EstimatedIQIandchannel，Iter＝2表示迭代次数为2时IQI参数和信道的估计值；EstimatedIQIandchannel，Iter＝3表示迭代次数为3时IQI参数和信道的估计值；NoIQIwithestimatedchannel表示估计信道情况下无IQI；NoIQIwithperfectchannelinformation表示理想信道情况下无IQI；SNR(dB)表示信噪比(分贝)，SER表示误符号率；

图7为发送端预失真和接收端校正方法和联合检测进行IQI校正和符号检测的性能比较图；其中，Lineardetection表示线性检测法；Lineardetectionwithcombinedchannel表示联合信道线性检测法；Pre-distortion&post-correction表示发送端预失真和接收端校正法；SNR(dB)表示信噪比(分贝)，SER表示误符号率。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例作进一步详细发明。

本例中用到的OFDM系统的无线信道是多径数为6的PedestrianB信道，多径的能量分别为：-3.9179dB、-4.8175dB、-8.8174dB、-11.9179dB、-11.7198dB、-27.6955dB，延迟分别为0、3、12、18、35、56个采样点；载波频率为f_c＝2GHz，带宽为5MHz，FFT/IFFT大小为N＝512，帧持续时间为10ms，每一帧含有10个子帧，每一个子帧有14个OFDM符号，采用的映射方式为64QAM。在本例中，选取的多普勒频移f_d为0.02Hz，帧的数目为16。

在发送端，输入符号的帧结构如图1所示，每一帧中的第一个OFDM符号用作前导序列，利用前导序列进行同步、信道估计等，同时进行IQI的估计。导频在k∈P_e∪N_o的子载波上传输，k∈P_o∪N_e的子载波上传输的信号为空。导频可以为任意非零的实数或者复数信号，对于不同的子载波导频也可以不同。在本例中，在不失一般性的情况下，为了简化，我们假设导频是值为1的符号。

在接收端，我们利用接收到的前导序列进行信道估计和IQI估计，其初次估计的具体步骤如下：

步骤1：根据图1所示的前导序列的结构，我们可以估计出发送导频信号的子载波上的信道，即对于k∈P_e∪N_o，第m帧的第k个子载波上的信道的初始估计值等于第m帧的第k个子载波上接收到的前导序列的值R_k,m，即 ${\hat{H}}_{k,m}^{\left(0\right)}=R_{k,m};$

步骤2：通过线性插值或者线性最小均方误差(LinearMinimumMeanSquareError，LMMSE)插值，得到整个频率范围中的信道的估计值值，即对于k＝1,2,…,N/2-1,N/2+1,…,N-1，频域上信道的估计值为

步骤3：观察接收到的M(m＝1,2,…,M)个帧数据，对于k∈P_e，每一帧中第N-k个子载波上接收到的前导序列R_N-k,m构成大小为M×1的接收矩阵R_{N-k_Pe}，将估计得到的每一帧中第k个子载波的信道估计值的共轭作为矩阵的第一列，其共轭子载波N-k对应的信道的初始估计值作为矩阵的第二列，构成信道矩阵求取信道矩阵的伪逆并与接收矩阵R_{N-k_Pe}相乘，得到相应子载波上TXIQI和RXIQI参数的初始估计值：和

$\left[\begin{array}{c}{\widehat{\mathrm{\ξ}}}_{r,k\_Pe}^{\left(0\right)}\\ {\widehat{\mathrm{\ξ}}}_{t,k\_Pe}^{\left(0\right)}\end{array}\right]={\left({\tilde{H}}_{k\_Pe,N-k\_Pe}^{\left(0\right)}\right)}^{+}{R}_{N-k\_Pe}---\left(2\right)$

步骤4：如步骤3，观察接收到的M个帧数据，得到对于k∈N_o的子载波上，每一帧中第k个子载波上接收到的前导符号R_N-k,m构成大小为M×1的接收矩阵R_{N-k_No}；用同样的方法得到信道矩阵求取信道矩阵的共轭矩阵的伪逆并与接收矩阵R_{N-k_No}相乘，得到相应子载波上TXIQI和RXIQI参数的初始估计值：和

$\left[\begin{array}{c}{\widehat{\mathrm{\ξ}}}_{t,k\_No}^{\left(0\right)}\\ {\widehat{\mathrm{\ξ}}}_{r,k\_No}^{\left(0\right)}\end{array}\right]={\[{\left({\tilde{H}}_{k\_No,N-k\_No}^{\left(0\right)}\right)}^{*}\]}^{+}{R}_{N-k\_No}---\left(3\right)$

步骤5：根据步骤3和步骤4得到的发送导频信号的子载波上的TX和RXIQI参数的初始估计值后，通过线性插值，估计出所有频率范围中的TX和RXIQI参数的初始估计值，将它们表示为和这里k＝1,2,…,N/2-1,N/2+1,…,N-1；

通过上述的步骤，我们得到了信道、TXIQI和RXIQI三种参数的初始估计值，接下来通过迭代的方法得到这三种参数的更为准确的估计值，具体步骤如下：

步骤6：令迭代次数i＝1；

步骤7：利用上一次迭代得到的TXIQI和RXIQI参数的估计值和本次接收到的前导序列，更新子载波k∈P_e时信道的第i次估计值，这里m＝1,2,…,M：

${\hat{H}}_{k,m}^{\left(i\right)}=\frac{R_{k,m}-{\widetilde{\mathrm{\ξ}}}_{r,N-k}^{\left(i-1\right)}{R}_{N-k,m}^{*}}{1-{\widetilde{\mathrm{\ξ}}}_{r,N-k}^{\left(i-1\right)}{\left({\widetilde{\mathrm{\ξ}}}_{r,k}^{\left(i-1\right)}\right)}^{*}}---\left(4\right);$

同样地，利用式(4)更新子载波k∈N_o时信道的第i次估计值；

步骤8：利用线性插值得到对应子载波k＝1,2,…,N/2-1,N/2+1,…,N-1的TXIQI和RXIQI估计值和

步骤9：令迭代次数i＝i+1，判断迭代次数是否达到最大迭代次数I；若达到，则进行步骤10，否则，返回步骤7继续执行；本例中，我们选取了四种I的取值，分别为1，2，3，4，用以比较迭代次数对参数估计的影响；

步骤10：输出三种参数的最终估计值和这里k和m的范围分别为：k＝1,2,…,N/2-1,N/2+1,…,N-1，m＝1,2,…,M。

通过以上步骤，我们得到了三种参数的最终估计值，通过统计最终估计值的均方误差(MeanSquareError，MSE)来衡量估计性能。

不同迭代次数条件下IQI参数的估计性能如图4所示，可以看出当迭代次数为2和3时，参数估计值的MSE比迭代次数为1时的MSE值大大减小，当迭代次数大于2时，性能的增加程度是可以忽略的。不同迭代次数条件下信道估计的性能如图5所示，可以看出，通过迭代，信道估计的性能有所提高。

下面将通过IQI校正以及符号检测，以减小IQI对系统性能的影响。本具体实施方式中，提供了两种方案进行IQI校正以及符号检测。其中，第一种方案为发送端预失真和接收端校正法，即：将TXIQI参数的最终估计值反馈给发送端，在发送端进行预失真处理，在接收端进行IQI校正，其具体步骤如下：

步骤11：将TXIQI参数的最终估计值反馈给发送端，用发送端IQI参数矩阵对原始输入信号S_k和S_N-k进行预失真处理，即在子载波k和N-k上，我们认为输入的是信号和预失真处理过程如下：

步骤12：在接收端，用接收端IQI参数矩阵的逆与接收信号构成的输出矩阵相乘，得到相应子载波上经过校正的接收信号：

步骤13：接下来采用简单的逐符号检测的方法得到输出符号，在已知接收信号和信道的情况下，在星座集里寻找一个符号，计算该符号与信道的乘积，使得接收信号和该乘积的欧氏距离最小，则该符号即为输出符号。

通过统计输出符号的误符号率(SymbolErrorRate，SER)可以得出该方法的性能，仿真结果如图6所示。可以看出，校正方法降低了输出符号的SER，同时可以看出，迭代方法也降低了输出符号的SER。

此外，还可利用第二种方案进行IQI校正以及符号检测，第二种方案为联合检测法，其具体步骤如下：

(1)由TXIQI参数得到式(5)中的发送端IQI参数矩阵；

(2)由RXIQI参数得到式(6)中的接收端IQI参数矩阵；

(3)由信道的最终估计值构成信道参数矩阵，其大小为2×2，次对角线上的值为0，第1行第1列上为第k个子载波对应的信道的最终估计值，第2行第2列上为第N-k个子载波对应的信道的最终估计值的共轭；

(4)将接收端IQI参数矩阵、信道矩阵和发送端IQI参数矩阵三者相乘，得到第k个子载波上的联合信道矩阵

(5)进行联合检测：在星座集里寻找一对符号作为第k个和第N-k个子载波上的输入信号，构成发送矩阵，用第k个子载波上的接收信号与第N-k个子载波上的接收信号的共轭构成输出矩阵，计算联合信道矩阵和发送矩阵的乘积，使得输出矩阵与该乘积的欧氏距离的平方最小，即：

不同符号检测方法下得到的输出符号的SER如图7所示。可以看出，使用联合检测法、发送端预失真和接收端校正法均可以降低输出符号的SER。同时，发送端预失真及接收端校正法比联合检测法的性能更好。

Claims (10)

1.一种OFDM系统中信道及IQI参数的估计方法，其特征在于，包括：

(1)在发送端，将发送的输入符号的每帧数据的第一个OFDM符号作为前导序列，其结构如下：导频在k∈P_e∪N_o的子载波上传输，k∈P_o∪N_e的子载波上传输的信号为空；其中，系统的子载波数目为N，k表示第k个子载波；P_e和P_o分别表示前N/2个子载波中k为偶数和奇数的子载波的集合，N_e和N_o分别表示后N/2个子载波中k为偶数和奇数的子载波的集合，第0和第N/2个子载波没有使用；

(2)在接收端，根据每一帧接收到的前导序列，得到k∈P_e∪N_o的子载波对应的信道的初始估计值，记为其中m表示第m帧，m的取值范围为1到M，M为输入符号总帧数；

(3)利用线性插值或线性最小均方误差插值得到每一帧中除第0个和第N/2个子载波外的其他子载波对应的信道的初始估计值，记为

(4)对于k∈P_e的子载波，根据步骤(3)得到的信道的估计值以及接收到的前导序列分别计算得到发送端IQI、接收端IQI参数的初始估计值，分别记为和

对于k∈P_e的子载波，IQI参数的估计方法为：

(a)利用步骤(3)中得到的信道的初始估计值构成信道矩阵矩阵的大小为M×2，将k∈P_e的子载波对应的信道的初始估计值的共轭作为矩阵的第一列，将其共轭子载波N-k对应的信道的初始估计值作为矩阵的第二列；

(b)对于k∈P_e的子载波，利用每一帧中其共轭子载波N-k上接收到的前导序列R_N-k,m构成大小为M×1的接收矩阵R_{N-k_Pe}；

(c)求解信道矩阵的伪逆，并将其值与接收矩阵R_{N-k_Pe}相乘，得到k∈P_e时，发送端IQI、接收端IQI参数的初始估计值：和

(5)对于k∈N_o的子载波，根据步骤(3)得到的信道的估计值以及接收到的前导序列分别计算得到发送端IQI、接收端IQI参数的初始估计值，分别记为和

对于k∈N_o的子载波，IQI参数的估计方法为：

(a)利用步骤(3)中得到的信道的初始估计值构成信道矩阵矩阵的大小为M×2，将k∈N_o的子载波对应的信道的初始估计值作为矩阵的第二列，将其共轭子载波N-k对应的信道的初始估计值的共轭作为矩阵的第一列；

(b)对于k∈N_o的子载波，利用每一帧中其共轭子载波N-k上接收到的前导序列R_N-k,m构成大小为M×1的接收矩阵R_{N-k_No}；

(c)求解信道矩阵的共轭矩阵的伪逆，并将其值与接收矩阵R_{N-k_No}相乘，得到k∈N_o时，发送端IQI、接收端IQI参数的初始估计值：和

(6)根据步骤(4)和(5)中得到的IQI参数的初始估计值，利用线性插值得到对应于除第0和第N/2个子载波外的其他子载波的发送端IQI、接收端IQI参数的初始估计值，分别记为和

(7)利用步骤(3)得到的信道的初始估计值、步骤(6)得到的发送端IQI、接收端IQI参数的初始估计值，通过迭代的方法得到三种参数的最终估计值；

(8)利用步骤(7)的结果进行IQI的校正和符号检测。

2.如权利要求1所述的估计方法，其特征在于，步骤(2)中，信道估计的方法为：

在接收端，第m帧的第k个子载波上的信道的初始估计值等于第m帧的第k个子载波上接收到的前导序列的值R_k,m，其中k∈P_e∪N_o。

3.如权利要求1所述的估计方法，其特征在于，步骤(7)中，所述迭代的步骤为：

(a)首先令迭代次数i＝1；

(b)利用上一次迭代得到的发送端IQI、接收端IQI参数的初始估计值和接收到的前导序列，计算得到每一帧中k∈P_e∪N_o的子载波对应的第i次迭代的信道的估计值；

(c)利用线性插值或线性最小均方误差插值得到每一帧中除第0个和第N/2个子载波外的其他子载波上对应的第i次迭代的信道的估计值，记为

(d)重复步骤(4)和(5)得到k∈P_e∪N_o时，第i次迭代发送端IQI、接收端IQI参数的估计值，再利用线性插值得到除第0个和第N/2个子载波外的其他子载波上发送端IQI、接收端IQI参数第i次迭代的估计值，分别记为和

(e)迭代次数i加1，判断是否达到最大迭代次数，若达到，则进入步骤(f)，否则返回步骤(b)；

(f)得到信道、发送端IQI、接收端IQI参数的最终估计值和其中I表示最大迭代次数，k＝1,2,…,N/2-1,N/2+1,…,N-1。

4.如权利要求1所述的估计方法，其特征在于，步骤(8)中，IQI校正和符号检测的方案为：

将步骤(7)得到的发送端IQI参数的最终估计值反馈给发送端，在发送端对原始输入信号进行预失真处理；

在接收端，根据得到的接收端IQI参数的最终估计值对解调后的接收信号进行校正；然后利用逐符号检测方法对经过校正的接收信号进行符号检测。

5.如权利要求4所述的估计方法，其特征在于，所述方案包括：

(a)在发送端，预失真的方法为：用发送端IQI参数矩阵的逆与原始输入信号构成的输入矩阵相乘，得到预失真信号，然后将其作为新的输入信号；

所述发送端IQI参数矩阵大小为2×2，其主对角线上的值为1，第2行第1列的值为第k个子载波上发送端IQI参数的最终估计值的共轭，第1行第2列的值为其共轭子载波N-k上发送端IQI参数的最终估计值；

所述输入矩阵的矩阵大小为2×1，第1行第1列上为第k个子载波上的原始输入信号，第2行第1列上为第N-k个子载波上的原始输入信号的共轭；

(b)在接收端，校正的方法为：用接收端IQI参数矩阵的逆与接收端接收到的信号构成的输出矩阵相乘，得到相应子载波上经过校正的接收信号；

所述接收端IQI参数矩阵大小为2×2，其主对角线上的值为1，第2行第1列的值为第k个子载波上接收端IQI参数的最终估计值的共轭，第1行第2列的值为其共轭子载波N-k上接收端IQI参数的最终估计值；

所述输出矩阵的矩阵大小为2×1，第1行第1列上为第k个子载波上的接收信号，第2行第1列上为第N-k个子载波上的接收信号的共轭；

(c)对经过校正的接收信号进行逐符号检测，得到输出符号。

6.如权利要求1所述的估计方法，其特征在于，步骤(8)中，IQI校正和符号检测的方案为：

利用步骤(7)得到的信道、发送端IQI、接收端IQI参数的最终估计值构造出第k个子载波上的联合信道矩阵然后利用联合信道线性检测或者联合检测进行符号检测。

7.如权利要求6所述的估计方法，其特征在于，第k个子载波上的联合信道矩阵的构成方法为：

(a)由发送端IQI参数的最终估计值得到发送端IQI参数矩阵；

所述发送端IQI参数矩阵大小为2×2，其主对角线上的值为1，第2行第1列的值为第k个子载波上发送端IQI参数的最终估计值的共轭，第1行第2列的值为其共轭子载波N-k上发送端IQI参数的最终估计值；

(b)由接收端IQI参数的最终估计值得到接收端IQI参数矩阵；

所述接收端IQI参数矩阵大小为2×2，其主对角线上的值为1，第2行第1列的值为第k个子载波上接收端IQI参数的最终估计值的共轭，第1行第2列的值为其共轭子载波N-k上接收端IQI参数的最终估计值；

(c)由信道的最终估计值构成大小为2×2的信道参数矩阵，其次对角线上的值为0，第1行第1列上为第k个子载波对应的信道的最终估计值，第2行第2列上为第N-k个子载波对应的信道的最终估计值的共轭；

(d)将接收端IQI参数矩阵、信道参数矩阵和发送端IQI参数矩阵三者相乘，得到第k个子载波上的联合信道矩阵

8.如权利要求6所述的估计方法，其特征在于，所述联合检测的方法为：

(a)在星座集里寻找一对符号作为第k个和第N-k个子载波上的输入信号，构成发送矩阵，用第k个子载波上的接收信号与第N-k个子载波上的接收信号的共轭构成输出矩阵，计算联合信道矩阵和发送矩阵的乘积，使得所述输出矩阵与该乘积的欧氏距离的平方最小；

所述输出矩阵的矩阵大小为2×1，第1行第1列上为第k个子载波上的接收信号，第2行第1列上为第N-k个子载波上的接收信号的共轭；

(b)满足步骤(a)中使得所述输出矩阵与该乘积的欧氏距离的平方最小的发送矩阵中的一对符号即为输出符号。

9.如权利要求6～8任一所述的估计方法，其特征在于，联合信道矩阵分两种情况考虑：

(1)当信道是块衰落信道时，联合信道矩阵在一个帧内是适用的；

(2)当信道是快衰落信道时，利用散布于子载波中的导频进行信道估计，然后构成联合信道矩阵

10.如权利要求9所述的估计方法，其特征在于，所述快衰落信道的信道估计方法为：

(a)利用发送端IQI、接收端IQI参数的最终估计值和已知的发送端发送的前导序列构成联合发送矩阵的结构如下：

其中，S_k和S_N-k分别为第k个和第N-k个子载波上的前导序列，ξ_t,k和ξ_t,N-k分别为第k个和第N-k个子载波上的发送端IQI参数的最终估计值，ξ_r,k和ξ_r,N-k分别为第k个和第N-k个子载波上的接收端IQI参数的最终估计值；

(b)将第k个子载波上的接收信号与第N-k个子载波上的接收信号的共轭构成输出矩阵；

所述输出矩阵的矩阵大小为2×1，第1行第1列上为第k个子载波上的接收信号，第2行第1列上为第N-k个子载波上的接收信号的共轭；

(c)联合发送矩阵的逆与所述输出矩阵相乘得到对应子载波上的信道的估计值。