CN104158774B - 一种多ofdm符号信道估计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明移动通信技术领域，尤其涉及一种在时变信道下，把多个OFDM符号联合进行信道估计的方法：建立频域接收矢量表达式、使用MCE‑BEM进行时域建模、推导得到频域接收表达式，推导每块M个OFDM符号的导频观测方程、利用LS准则得到带估计参量、联立方程求出时域信道矩阵。本发明的方法将M个OFDM符号组成一个符号块进行信道估计，首先进行时域建模得到时域信道的表达式，完成每块M个符号的导频观测方程推导，然后采用LS估计的方式估计带估参量，最后得到时域信道矩阵完成估计。由于多个符号只进行一次基模型维数向上取整的近似，建模误差较小，同时待估参量数目减少，同样的导频数目，估计性能提高。

Description

一种多OFDM符号信道估计方法
技术领域
本发明移动通信技术领域，尤其涉及一种在时变信道下，把多个OFDM符号联合进行信道估计的方法。
背景技术
高速移动带来的多普勒效应会严重地降低移动通信系统的性能，导致正交频分多路复用技术(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)系统子载波间正交性的破坏，从而产生子载波间干扰(Inter Carrier Interference，ICI)；信道估计作为接收机的前端重要组成部分，如果能够准确的估计信道信息，就可以抑制ICI，但是此时信道的快时变性使在信道信息获取方面必须重新进行深入探讨。
高速铁路无线通信中，时变信道通常是通过基扩展模型等效建模后再进行估计，目前梳状导频结构的OFDM系统信道估计都是以单个符号为单位，但在移动终端速度减小的情况下，单个符号内信道时变性不是特别明显，此时选择基扩展模型近似信道，较传统线性模型方式，性能改善有限，尤其是当信道的归一化最大多普勒频移略大于0.1时。
发明内容
本发明为了解决现有技术中存在的不足，提供了一种多OFDM符号信道估计方法，建立频域接收矢量表达式、使用MCE-BEM进行时域建模、推导得到频域接收表达式，推导每块M个OFDM符号的导频观测方程、利用LS准则得到带估计参量、联立方程求出时域信道矩阵。本发明的方法将M个OFDM符号组成一个符号块进行信道估计，首先进行时域建模得到时域信道的表达式，完成每块M个符号的导频观测方程推导，然后采用LS估计的方式估计带估参量，最后得到时域信道矩阵完成估计。由于多个符号只进行一次基模型维数向上取整的近似，建模误差较小，同时待估参量数目减少，同样的导频数目，估计性能提高。
一种多OFDM符号信道估计方法，具体如下：
S1、将M个OFDM符号组成一个传输块，用m表示所述传输块中OFDM符号标号，n表示所述传输快中OFDM符号内子载波的标号，N表示所述传输快中的载波个数，用两个变量作为索引号i＝mN+n，则(Xm)n＝X(mN+n)表示所述传输快中第m个OFDM符号第n+1个子载波，每个OFDM符号Xm包含Ns个信息符号sm＝[s(mNs),...,s(mNs+Ns-1)]T和Nb个收发端都已知的训练序列符号bm＝[b(kNb),...,b(kNb+Nb-1)]T，其中，M个OFDM符号组成的接收矢量可以表示为
S2、使用MCE-BEM进行时域建模：采用基于修正的复指数基扩展模型(MCE-BEM)对信道时域冲激响应进行建模，将第l个信道抽头在时刻n信道增益表示出来，从而得到时域信道矩阵；
S3、推导得到频域接收表达式：利用S2得到的结果与S1所述的接受矢量的方程Y进行联立即可得到频域接受的表达式；
S4、推导每块M个OFDM符号的导频观测方程：通过第m个OFDM符号接收端导频位置处的观测方程，得到每块M个OFDM符号的导频观测方程
S5、利用LS准则得到带估计参量：利用LS准则以及前面建立的模型，可以得到heqv＝[(h0,0,...,h0,L-1),...,(hQ,0,...,hQ,L-1)]T；
S6、联立方程求出时域信道矩阵，即第m个OFDM符号时域信道矩阵。
本发明的有益效果是：
本发明提出的信道估计方法，可以有效的提高信道的时变性，建模误差较小，同时待估参量数目减少，同样的导频数目，估计性能提高。
附图说明
图1为高信噪比时对比多符号与单符号的估计性能。
图2为归一化多普勒频移为0.3时对比多符号与单符号的估计性能。
具体实施方式
下面结合实施例和附图，详细说明本发明的技术方案。
本发明以一种常用离散时间的CP-OFDM系统基带等效传输模型为基础，将M个OFDM符号组成一个传输块，可以用m和n分别表示传输块中OFDM符号标号以及OFDM符号内子载波的标号，这样可以用两个变量作为索引号i＝mN+n，则(Xm)n＝X(mN+n)表示第m个OFDM符号中第n+1个子载波每个OFDM符号Xm包含Ns个信息符号sm＝[s(mNs),...,s(mNs+Ns-1)]T和Nb个收发端都已知的训练序列符号bm＝[b(kNb),...,b(kNb+Nb-1)]T。
在传输块中，接收第m个OFDM符号的频域表达式为：
Ym＝FHmFHXm+Wm＝GmXm+Wm (1)
则M个OFDM符号组成的接收矢量可以表示为：
同样最小采样时间为Ts，M个OFDM符号相应的归一化最大多普勒频移vD可以表示为：
vD＝fDNTotalTs (2)
其中，fD表示最大多普勒频移，NTotal＝M(N+Ncp)-Ncp，Ncp表示循环前缀长度，本发明认为去除每块首部的循环前缀部分。
M个OFDM符号作为一块进行信道估计，每块利用固定的Q+1个系数来描述。采用MCE-BEM对信道时域冲激响应进行建模，第l个信道抽头在时刻n信道增益可以表示为：
其中
由式(1)和(3)可知有
bm,q＝[bq,I+0,bq,I+1,...,bq,I+N-1]，其中I＝(m-1)×(N+Ncp)，Hq是由元素hq,l构成的循环移位矩阵，具体形式为
用将式(4-8)代入式(4-1)得：
其中，Dm,q＝Fdiag(bm,q)FH，FL表示矩阵F的前L列。
hq＝[hq,0,...,hq,L-1]T (9)
第m个OFDM符号接收端导频位置处的观测方程为：
其中，
heqv＝[(h0)T,...,(hQ)T]T (11)
Dm＝[Dm,0,...,Dm,Q] (12)
其中，表示取Dm中序号b的行和列组成的新矩阵，表示取Dm中序号b的行和序号s的列组成的新矩阵，上标b和s分别表示OFDM符号中导频与数据子载波的位置标号。
接收端接收到每块M个OFDM符号的导频观测方程
如果将(13)中的ICI干扰d视为噪声，heqv视为确定的未知量，则可以应用LS估计准则，有：
考虑对矩阵P求逆运算的准确性，常常加上一个小的扰动，其中α为扰动因子。
由式(9)和式(11)知：
heqv＝[(h0,0,...,h0,L-1),...,(hQ,0,...,hQ,L-1)]T (17)
这样MCE-BEM下待估计参量已经得到，联立式(6)，即可求出第m个OFDM符号时域信道矩阵
下面结合具体的参数对上述步骤进行展开说明：
实施例1、
OFDM系统参数设置如下：设OFDM信号调制方式采用QPSK调制，子载波总数N＝256，子载波序号为[1,2…,256]。循环前缀长度设为10，对提出的M(M>1)个OFDM符号联合信道估计算法进行数字仿真，这里假设M＝4。且实例以以单径莱斯信道为例。
第m个OFDM符号信道的NMSE(m)可以表示为：
M个OFDM符号组成的传输块信道的NMSE可以表示为：
图1表示在信噪比为30db时，分别采用单符号(M＝1)与多符号(M＝4)为基本信道估计单元，信道估计的归一化均方误差随归一化最大多普勒频移变化的情况。当归一化多普勒频移在0.1到0.7时，以M＝4作为一组进行信道估计，其估计性能明显高于M＝1。
图2表示归一化最大多普勒频移为0.3时，对比单符号与多符号为一组进行信道估计，其归一化均方误差随信噪比变化的情况。可以看出，M＝4在信噪比5db到30db之间，仍然可以取得较理想的估计性能。

Claims (1)

1.一种多OFDM符号信道估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将M个OFDM符号组成一个传输块，用m表示所述传输块中OFDM符号标号，n表示所述传输块中OFDM符号内子载波的标号，N表示所述传输块中的载波个数，用两个变量作为索引号i＝mN+n，则(Xm)n＝X(mN+n)表示所述传输块中第m个OFDM符号第n+1个子载波，每个OFDM符号Xm包含Ns个信息符号和Nb个收发端都已知的训练序列符号bm＝[b(kNb),...,b(kNb+Nb-1)]T，其中，M个OFDM符号组成的接收矢量可以表示为 W为噪声，G表示方向向量，Xm表示第m个OFDM符号；
S2、使用最小化分类错误-边界元法(MCE-BEM)进行时域建模：采用MCE-BEM对信道时域冲激响应进行建模，将第l个信道抽头在时刻t信道增益表示出来，从而得到时域信道矩阵；
S3、推导得到频域接收表达式：利用S2得到的结果与S1所述的接收 矢量的方程Y进行联立即可得到频域接收 的表达式；
S4、推导每块M个OFDM符号的导频观测方程：通过第m个OFDM符号接收端导频位置处的观测方程，得到每块M个OFDM符号的导频观测方程其中，P为矩阵，d为噪声，hq＝[hq,0,...,hq,L-1]T；
S5、利用LS准则得到带估计参量：利用LS准则以及前面建立的模型，可以得到heqv＝[(h0,0,…,h0,L-1),…,(hQ,0,…,hQ,L-1)]T；
S6、联立方程求出时域信道矩阵，即第m个OFDM符号时域信道矩阵
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