CN104780129B - 一种改进的基于导频的sim‑ofdm的信道估计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改进的基于导频的SIM‑OFDM的信道估计方法，属于通信抗干扰技术领域，本发明针对现有SIM‑OFDM通信方法信道估计实施困难的技术问题，提出了一种在静默子载波上插入低能量导频序列来完成信道估计的方法，接收端基于能量检测确定导频位置，由导频数据、位置和获取的频域接收信号进行信道估计，得到导频处的信道频域响应
Description
技术领域
本发明属于通信抗干扰技术领域，具体涉及一种基于导频的SIM-OFDM的信道估计方法。
背景技术
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术是一种无线通信的高速传输技术，其基本原理是将高速的数据流分解成许多低速率的子数据流，即将信号分成许多正交的子载波，利用这些相互正交的子载波同时进行传输。该技术利用子载波对数据进行调制，扩展了符号的脉冲宽度，可以有效地抵抗符号间干扰(Inter-SymbolInterference,ISI)，提高了对抗多径衰落的性能。与传统频分复用(FDM)相比，OFDM不需要专门的保护频带。虽然频谱之间会有重叠，但是各个载波之间是相互正交的。根据正交性原理可知，各个载波之间是不存在干扰的，从而大大提高了频谱的利用率。
近来，一种新的多载波通信方式——基于子载波索引调制(Subcarrier IndexModulation,SIM)的OFDM系统被提出。对于SIM-OFDM系统而言，除了增加了SIM调制模块以外，其他的步骤和传统的OFDM系统并没有任何差异。其中，最核心的SIM调制模块采用了子载波分块的思想。首先将整个多载波连续地分成大小相同的多个子块，每个子块中通过索引比特来选择其中若干个子载波(称之为激活子载波)来发送数据，而其余的子载波不发送数据(称之为静默子载波)。由于索引比特本身并不发送，而是隐含在激活子载波的位置信息中的，所以索引比特并不占用频谱资源。在接收端，通过激活子载波的位置就可以获得索引比特的信息。
现有的SIM-OFDM与传统的OFDM通信方法相比，有着诸多优点，例如SIM-OFDM系统峰值平均功率比更小、对抗子载波间干扰性能更好、误码率更低等，通过选择不同的功率分配策略还可以节约发射机能量。缺点是由于采用了分块的方式，SIM-OFDM系统无法像OFDM系统中一样，简单地在固定的位置上插入导频以完成信道估计。SIM-OFDM系统中，若在每个块中的固定位置插入导频，又会产生浪费频谱资源的问题，失掉其本身的优势。
发明内容
本发明针对现有SIM-OFDM通信方法信道估计实施困难的技术问题，提出了一种在静默子载波上插入低能量导频序列来完成信道估计的方法。从而使得既保留了SIM-OFDM系统本身的优势，又可以利用导频进行信道估计。
本发明的一种改进的基于导频的SIM-OFDM的信道估计方法，包括下列步骤：
发送端：
步骤1-1：对系统的子载波进行分块处理，得到g＝N/n个子块，其中N表示系统的子载波总个数，n表示每个子块的子载波个数，并确定系统的激活子载波；
步骤1-2：对系统的每个子块，由激活子载波携带发送数据，静默子载波携带导频数据，并设置激活子载波的发送功率大于静默子载波的发送功率；
接收端：
步骤2-1：采用与发送端相同的分块方式，将接收端所接收的m个接收信号Yr分别分成g个子块，每个子块包含n个子载波，其中r＝1,2,...,m，m≤1/fdoppler，fdoppler表示多普勒频率；
查找各接收信号Yr的每个子块中能量最低的n-k个子载波位置并记为当前子块的导频位置li(下标i为子块标识符)，其中k表示每个子块的激活子载波个数，由g个导频位置li构成导频位置集合Lr，即认为每个子块中能量最低的n-k个子载波位置为当前子块的导频数据所在子载波位置，由导频位置集合Lr获取导频位置处的频域接收信号Yp,r；
步骤2-2：基于频域接收信号Yp,r、导频位置集合Lr和导频数据Pr(在信道估计中，导频数据为收发端已知的一组数据)进行信道估计，得到导频处的信道频域响应
步骤2-2：基于频域接收信号Yp,r、导频数据Pr和导频位置集合Lr进行信道估计(信道估计方法包括但不仅限于ZF、LMMSE等)，得到导频处的信道频域响应
计算m个信道频域响应的平均值在频域上其中T表示矩阵的转置；
基于每个子块内的信道频域响应是相同的原则，基于可得到平均信道频域响应其中i＝1,2,…,g，j＝1,2,…,n。用表示中的每个元素，则中各元素的取值为
即且的取值相同，均为的取值均为的取值均为
最后，用平均信道频域响应表示连续m个接收信号的信道估计值，即得到m个接收信号的信道估计值其中r＝1,2,...,m。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：在现有SIM-OFDM系统的基础上，在静默子载波上插入低能量(通过设置静默子载波的发送功率大于激活子载波的发送功率来实现)导频序列来完成信道估计的方法，即发送端在静默子载波上插入低能量导频序列，在接收端通过特殊的检测方法将导频所在的位置检测出来，并结合接收信号以及导频序列完成信道估计。该方法的优势在于既保留了SIM-OFDM系统本身的优势，又可以利用导频进行信道估计，为最终的检测算法提供依据。同时，本发明所提出的基于每个子块内的信道频域响应是相同的原则得到平均信道频域响应，再用平均信道频域响应表示连续多个接收信号的信道估计值的信道估计方法的计算复杂度低，简化了系统实现。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合实施方式，对本发明作进一步地详细描述。
本发明以现有的SIM-OFDM系统为基础，与现有的SIM-OFDM系统不同的是，发送端在静默子载波上插入低能量导频序列，然后在接收端通过特殊的检测方法将导频所在的位置检测出来完成信道估计，其中所涉及的SIM调制、发送和接收处理等均与现有的SIM-OFDM系统相同。
下面以(n,k)＝(2,1)，总的子载波个数N＝1024，循环前缀CP＝64，调制符号采用QPSK(4-QAM)，采用LMMSE信道估计为例介绍本发明的具体实施方式。
发送端：
步骤1-1：确定要选择的系统的参数，即确定子载波个数N＝1024，每个子块的子载波个数n＝2，子块中激活多少子载波个数k＝1，分成的子块数g＝N/n＝512，调制阶数M＝4。然后根据公式计算出一帧的比特数量。对于其中任意一个子块而言索引比特长度为：表示向下取整，则对于一帧的索引OFDM系统而言一共有m1＝p1g＝512位索引比特；对激活的子载波发送4-QAM调制符号，对于(n,k)＝(2,1)的系统而言，可以发送一帧的调制比特个数为：m2＝gp2＝gk log2M＝1024，则一帧总的比特数m＝m1+m2＝1536。将此帧数据分成两组，一组为索引比特，用于选择子载波发送数据，一组为调制比特，用于调制到被激活中的子载波中发送出去。
步骤1-2：进行常规的SIM调制，确定对应的激活子载波(每个子块的激活子载波的个数用k表示)，然后将SIM调制符号分配到对应的激活子载波上。
在本发明中，对系统的每个子块，由激活子载波携带发送数据，静默子载波携带导频数据，并设置激活子载波的发送功率大于静默子载波的发送功率。
SIM调制的具体过程为：k个子载波携带p2位比特信息，每个子载波携带1个符号，每个符号是将log2M个比特映射成的1个M阶信号调制符号。每个子块中根据p1个比特的数值取值来确定具体哪k个激活子载波来发送这k个M阶信号调制符号。
接收端：对6个SIM-OFDM接收信号Yr,r＝1,2,...,6进行统一处理：
步骤2-1：导频位置判断。对每个SIM-OFDM频域的接收信号Yr采用与发送端相同的方式进行分块，得到g＝512个子块，每个块中含有2个子载波。分块之后，对各接收信号Yr的每个块逐一进行能量检测，认为每个块中能量最低的1个子载波位置上放置的是经过信道之后的当前子块的导频数据，即查找各接收信号Yr的每个块中能量最低的1个子载波位置并记为当前子块的导频位置li(下标i为子块标识符)，由512个导频位置li构成导频位置集合Lr。由导频位置的集合Lr可获得导频位置处的频域接收信号Yp,r。
步骤2-2：信道估计。由导频位置处的频域接收信号Yp,r、导频数据Pr(与接收信号Yr对应的导频数据)和导频位置集合Lr进行信道估计，得到导频处的信道频域响应对导频处的信道频域响应求平均得到在频域上其中T表示矩阵的转置。基于一个子块内信道频域响应是相同的原则，由可得到平均信道频域响应在时域上，认为信道的变化是缓慢的，用平均信道频域响应表示连续6个符号的信道估计值
将基于本发明得到的信道估计值用于对接收信号Yr,r＝1,2,...,6的信号检测，得到解调数据，其信号检测方法可采用惯用的ML检测等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。
Claims (2)
1.一种改进的基于导频的SIM-OFDM的信道估计方法，其特征在于，包括下列步骤：
发送端：
步骤1-1：对系统的子载波进行分块处理，得到g＝N/n个子块，其中N表示系统的子载波总个数，n表示每个子块的子载波个数，并确定系统的激活子载波；
步骤1-2：对系统的每个子块，由激活子载波携带发送数据，静默子载波携带导频数据，并设置激活子载波的发送功率大于静默子载波的发送功率；
接收端：
步骤2-1：采用与发送端相同的分块方式，将接收端所接收的m个接收信号Yr分别分成g个子块，其中r＝1,2,...,m，m≤1/fdoppler，fdoppler表示多普勒频率；
查找各接收信号Yr的每个子块中能量最低的n-k个子载波位置作为当前子块的导频位置，由g个子块的导频位置构成导频位置集合Lr，基于导频位置集合Lr获取导频位置处的频域接收信号Yp,r，其中k表示每个子块的激活子载波个数；
步骤2-2：基于频域接收信号Yp,r、导频位置集合Lr和导频数据Pr进行信道估计，得到导频处的信道频域响应
计算m个信道频域响应的平均值在频域上
<mrow>
<msub>
<mover>
<mi>H</mi>
<mo>&OverBar;</mo>
</mover>
<mi>p</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<msup>
<mfenced open='[' close=']'>
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<msub>
<mover>
<mi>H</mi>
<mo>&OverBar;</mo>
</mover>
<mn>1</mn>
</msub>
</mtd>
<mtd>
<msub>
<mover>
<mi>H</mi>
<mo>&OverBar;</mo>
</mover>
<mn>2</mn>
</msub>
</mtd>
<mtd>
<mo>&CenterDot;</mo>
<mo>&CenterDot;</mo>
<mo>&CenterDot;</mo>
</mtd>
<mtd>
<msub>
<mover>
<mi>H</mi>
<mo>&OverBar;</mo>
</mover>
<mi>g</mi>
</msub>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
<mi>T</mi>
</msup>
<mo>,</mo>
</mrow>
其中T表示
矩阵的转置；
基于得到平均信道频域响应其中i＝1,2,…,g，j＝1,2,…,n，用表示中的每个元素，则中各元素的取值为
由平均信道频域响应得到m个接收信号的信道估计值其中r＝1,2,...,m。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2-2中，所述信道估计方法为：线性最小二乘估计方法或线性最小均方误差估计方法。
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