CN105847193A - 一种编码mimo系统的快速迭代信道估计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种编码MIMO系统的快速迭代信道估计方法，包括以下步骤，步骤1，根据接收信号和导频序列，对MIMO系统进行LS信道估计；步骤2，基于估计出的信道信息，反馈turbo均衡恢复的已调信号；步骤3，利用已调信号作为已知信号，进行RLS的递推自适应信道估计；步骤4，利用估计出的信道信息，重复步骤2～3，直到达到选定的turbo均衡迭代次数时终止。本发明利用简单的LS估计为以后的RLS自适应信道估计选择了较好的初始值，可以加快信道估计值收敛于准确值的过程，同时简化了信道估计算法，获得了较好的系统性能。

Description

一种编码MIMO系统的快速迭代信道估计方法
技术领域
本发明涉及一种编码MIMO系统的快速迭代信道估计方法，属于无线通信技术领域。
背景技术
随着移动通信及互联网技术的迅猛发展，未来无线通信系统不仅要求提供高的通信速率，还要求提供各种高质量的通信业务。为了获得高传输速率，MIMO技术一经提出就吸引了研究者的广泛关注，已成为一种重要的物理层传输技术。
另一方面，为了获得可靠的传输数据，需要接收机采用各种信号处理技术准确估计传输数据。传统通信系统把信道均衡和信道译码分开来单独考虑，处理起来比较简单，但实际上，这两者之间是有内在联系的，基于迭代思想的turbo均衡联合考虑均衡和信道译码这两个本质上有关联的部分，将均衡、交织器和信道译码看成一个串行级联的turbo码，将软信息在均衡器和信道译码器之间迭代传递，很好地提高了恢复信号的性能。
在MIMO系统中，只要采用能提供软信息的信道编码，比如，卷积码，turbo码，LDPC码等，在接收端同样可以运用turbo均衡技术。turbo均衡技术的一个前提条件是已知信道信息。如何获取准确的信道信息，则依赖于信道估计技术。已有研究有的直接采用RLS算法，迭代更新时间较长；有的则采用较复杂的Kalman非线性估计器。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种编码MIMO系统的快速迭代信道估计方法。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种编码MIMO系统的快速迭代信道估计方法，包括以下步骤，
步骤1，根据接收信号和导频序列，对MIMO系统进行LS信道估计；
步骤2，基于估计出的信道信息，反馈turbo均衡恢复的已调信号；
步骤3，利用已调信号作为已知信号，进行RLS的递推自适应信道估计；
步骤4，利用估计出的信道信息，重复步骤2～3，直到达到选定的turbo均衡迭代次数时终止。
步骤1的具体过程为，选择合适长度的导频序列，即导频序列长度大于发送天线数目×多径数，分析接收信号与导频信号之间的关系，选择若干组接收信号进行组合，得到相应的矩阵表达式，进行LS信道估计。
步骤2的具体过程为，均衡器利用估计出的信道信息进行均衡，得到外部软信息，经过解交织，送至解码器，解码器将均衡器来的外部软信息转化为先验信息作为输入，进行信道译码，得到关于已编码比特的外部软信息，依次经过交织器、调制器后，得到关于已调信号的先验软信息，将其转化为已调符号的均值、方差信息反馈给均衡器，同时依据已调信号的先验软信息，进行判决，得到用于下一次的信道估计的已调信号。
步骤3的具体过程为，设定RLS代价函数，初始化RLS递推算法中的相关矩阵，并将估计出的信道信息作为信道权值的初始值，选择反馈的已调信号进行递推更新，得到新的信道估计值。
编码MIMO系统是指采用具有软信息的信道编码器，经交织后再进行调制的系统。
本发明所达到的有益效果：本发明采用的编码MIMO系统的快速迭代信道估计方法，首先利用导频序列设计线性LS信道估计，根据得到的信道信息进行turbo均衡，经交织、调制，得到关于已调信号的先验软信息，将其转化为已调符号的均值、方差信息反馈至均衡器；同时根据turbo均衡得到的已调信号的先验软信息，对其进行判决，获得相应的已调信号，再将其反馈至信道估计器，选择部分已调信号作为参考信号进行RLS递推更新，得到新的信道信息，进行下一次的turbo均衡，再根据上一次更新后的信道信息以及反馈的数据进行RLS更新，重复此过程，直到迭代过程结束；本发明利用简单的LS估计为以后的RLS自适应信道估计选择了较好的初始值，可以加快信道估计值收敛于准确值的过程，同时简化了信道估计算法，获得了较好的系统性能。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2为本发明适用系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种编码MIMO系统的快速迭代信道估计方法，包括以下步骤：
步骤1，根据接收信号和导频序列，对MIMO系统进行LS(最小二乘)信道估计。
选择合适长度的导频序列，即导频序列长度大于发送天线数目×多径数，分析接收信号与导频信号之间的关系，选择若干组接收信号进行组合，得到相应的矩阵表达式，进行LS信道估计。
接收信号的表达式为，
r k = [ r 1 , k , r 2 , k , ... , r M r , k ] T = Σ l = 0 L - 1 H l s k - l + v k
其中，每根发送天线至接收天线的信道均为L径的多径信道，Hl为l径的Mr×Mt的信道矩阵，
Mt为发送天线数，Mr为接收天线数，rk为k时刻Mr根接收天线上的接收信号，hi,j(l)表示从发送天线j到接收天线i的第l径衰落信道，ri,k为k时刻第i根接收天线上的接收信号，i∈[1,Mr]，j∈[1,Mt]，为k-l时刻Mt根发送天线上的信号向量，sj,k-l为k-l时刻第j根发送天线上的信号，为噪声向量，vi,k为k时刻第i根接收天线上的噪声；
假设导频序列长度大于Mt×L，取Mt×L组接收信号组合成矩阵Y，
Y＝HX+Z
其中，H＝[HL-1,HL-2,…,H0]，
x p = [ s 1 , p - L + 1 , ... , s M t , p - L + 1 , s 1 , p - L + 2 , ... , s M t , p - L + 2 , s 1 , p , ... , s M t , p ] T ,
p＝k,k+1,…,k+MtL-1表示时刻，p-L+1,p-L+2,…,p均表示时刻，
取k＝1可得，LS信道估计为
步骤2，基于估计出的信道信息，反馈turbo均衡恢复的已调信号。
均衡器利用估计出的信道信息进行均衡，得到外部软信息，经过解交织，送至解码器，解码器将均衡器来的外部软信息转化为先验信息作为输入，进行信道译码，得到关于已编码比特的外部软信息，依次经过交织器、调制器后，得到关于已调信号的先验软信息，将其转化为已调符号的均值、方差信息反馈给均衡器，同时依据已调信号的先验软信息，进行判决，得到用于下一次的信道估计的已调信号。
步骤3，利用已调信号作为已知信号，进行RLS(递归最小二乘)的递推自适应信道估计。
设定RLS代价函数，初始化RLS递推算法中的相关矩阵，并将估计出的信道信息作为信道权值的初始值，选择几组反馈的已调信号进行递推更新，得到新的信道估计值。
设定RLS代价函数λ＝1为遗忘因子，ri,k为k时刻第i根接收天线上的接收信号，为发送信号向量，为要估计的权值向量，M为递推过程中使用的数据量，设M＝10，使用递推算法进行RLS自适应信道估计以得到所有的wi(i＝1,…,Mr)。
进行递推过程的初始化：wi的初始值从中获得，矩阵Pi的初始值设为Pi＝I，I为MtL×MtL的单位阵。
递推更新：
A，更新k＝k+1，计算误差信号
wi(k-1)为k-1时刻的要估计的权值向量；
B，更新
Ki(k)为k时刻的增益向量，Pi(k-1)为k-1时刻的矩阵；
C，更新
Pi(k)为k时刻的矩阵；
D，更新wi(k)＝wi(k-1)+Ki(k)e(k)；
wi(k)为k时刻的要估计的权值向量。
步骤4，利用估计出的信道信息，重复步骤2～3，直到达到选定的turbo均衡迭代次数时终止。
上述MIMO系统是指采用具有软信息的信道编码器，经交织后再进行调制的系统，具体结构如图2所示。发送端每根天线发送不同的信号(包括导频信号和数据信号两部分)，分别经过信道编码、交织、调制过程送入信道，接收端利用导频序列设计线性LS信道估计，根据得到的信道信息进行turbo均衡，经交织、调制，得到关于已调信号的先验软信息，将其转化为已调符号的均值、方差信息反馈至均衡器；同时根据turbo均衡得到的已调信号的先验软信息，进行判决，获得相应的已调信号，再将其反馈至信道估计器，选择部分已调信号作为参考信号进行RLS递推更新，得到新的信道信息，进行下一次的turbo均衡，再根据上一次更新后的信道信息以及反馈的数据进行RLS更新，重复此过程，直到迭代过程结束。
上述方法利用简单的LS估计为以后的RLS自适应信道估计选择了较好的初始值，可以加快信道估计值收敛于准确值的过程，同时简化了信道估计算法，获得了较好的系统性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种编码MIMO系统的快速迭代信道估计方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤1，根据接收信号和导频序列，对MIMO系统进行LS信道估计；
步骤2，基于估计出的信道信息，反馈turbo均衡恢复的已调信号；
步骤3，利用已调信号作为已知信号，进行RLS的递推自适应信道估计；
步骤4，利用估计出的信道信息，重复步骤2～3，直到达到选定的turbo均衡迭代次数时终止。
2.根据权利要求1所述的一种编码MIMO系统的快速迭代信道估计方法，其特征在于：步骤1的具体过程为，
选择合适长度的导频序列，即导频序列长度大于发送天线数目×多径数，分析接收信号与导频信号之间的关系，选择若干组接收信号进行组合，得到相应的矩阵表达式，进行LS信道估计。
3.根据权利要求1所述的一种编码MIMO系统的快速迭代信道估计方法，其特征在于：步骤2的具体过程为，
均衡器利用估计出的信道信息进行均衡，得到外部软信息，经过解交织，送至解码器，解码器将均衡器来的外部软信息转化为先验信息作为输入，进行信道译码，得到关于已编码比特的外部软信息，依次经过交织器、调制器后，得到关于已调信号的先验软信息，将其转化为已调符号的均值、方差信息反馈给均衡器，同时依据已调信号的先验软信息，进行判决，得到用于下一次的信道估计的已调信号。
4.根据权利要求1所述的一种编码MIMO系统的快速迭代信道估计方法，其特征在于：步骤3的具体过程为，
设定RLS代价函数，初始化RLS递推算法中的相关矩阵，并将估计出的信道信息作为信道权值的初始值，选择几组反馈的已调信号进行递推更新，得到新的信道估计值。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种编码MIMO系统的快速迭代信道估计方法，其特征在于：编码MIMO系统是指采用具有软信息的信道编码器，经交织后再进行调制的系统。
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