CN109361497A - 一种ofdm认知无线电系统导频设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种OFDM认知无线电系统导频设计方法，包括：利用频谱感知技术对频谱进行感知，频谱感知后可以得到各个子载波的状态；空闲的载波索引号构成一组载波集合Ω，设导频数为N_p，从Ω中任意选择N_p个索引构成一组导频，设共选择M个导频载波集合；设所有导频载波上导频符号的功率都相等，根据新互相关准则计算导频集合所确定的采样矩阵的相关值，新互相关准则定义为采样矩阵任意两列归一化内积的绝对值的立方和；选择最小相关值的导频集合输出作为OFDM认知无线电系统的导频载波。

Description

一种OFDM认知无线电系统导频设计方法

技术领域

本发明涉及一种OFDM认知无线电系统导频设计方法。

背景技术

每一个无线通信系统需要一个专有的授权频谱来避免其他系统或者用户的干扰。由于主用户不总是在通信，因此授权频谱没有被充分使用。认知无线电技术允许次级用户在不干扰主用户的情况下去间歇地使用授权频谱，以提高频谱的利用率。

由于正交频分复用(Orthogonal frequencydivisionmultiplexing,OFDM)的载波可以灵活的分配以实现次级用户对占用频谱的使用和释放，因此OFDM认知无线电系统具有极大的应用前景。在认知无线电系统中，次级用户是利用未被主用户占用的空闲的频谱，因此OFDM认知无线电系统中的载波不连续。接收端进行相干解调时，接收端需要准确的获得信道的状态信息，信道状态信息的获取可以通过信道估计技术。目前，信道估计技术可以分为盲信道估计、半盲信道估计和基于导频的信道估计。在基于导频的信道估计中，发送端需要插入导频符号，接收端通过接收到的已知导频符号估计信道。因为次级用户只可以使用未被主用户占用的频谱，OFDM认知无线电系统中的用户的可用载波不连续，用于传输已知导频符号的导频载波只能从可用的不连续的载波中选取。

压缩感知技术可以用较少的采样值，通过稀疏信号重建算法准确的恢复稀疏信号。OFDM认知无线电系统的信道通常具有稀疏性，因而采用压缩感知的稀疏信道估计可以使用较少导频，准确的估计稀疏信道。在OFDM认知无线电系统的可用的子载波中，不同的导频组合可确定一个唯一对应采样矩阵且不同的采样矩阵重建性能不同。根据压缩感知理论，采样矩阵的互相关越小，采样矩阵的稀疏重建性能越好即稀疏信号的重建误差越小。

然而，互相关仅反应了采样矩阵中任意两列矢量最不想管的极端情况，不能反应采样矩阵的整体重建性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种OFDM认知无线电系统导频设计方法。考虑了采样矩阵任意两列的互相关对稀疏信号重建性能的影响，可以改善互相关只反应采样矩阵两列最不相关的极端情况，从而提高OFDM认知无线电系统中的信道估计性能。技术方案如下：

一种OFDM认知无线电系统导频设计方法，包括下列步骤：

步骤1)利用频谱感知技术对频谱进行感知，频谱感知后可以得到各个子载波的状态，把子载波的状态划分为空闲、占用两种状态，分别用“0”和“1”表示。

步骤2)把空闲即使状态为“0”的载波索引号构成一组载波集合Ω，设导频数为N_p，从Ω中任意选择N_p个索引构成一组导频，设共选择M个导频载波集合，M个导频载波集合分别为Λ₁,Λ₂,...,Λ_M；

步骤3)设所有导频载波上导频符号的功率都相等，根据新互相关准则计算导频集合Λ₁,Λ₂,...,Λ_M所确定的采样矩阵的相关值κ(Λ₁),κ(Λ₂),...,κ(Λ_M)，新互相关准则κ(Λ)定义为采样矩阵任意两列归一化内积的绝对值的立方和；

步骤4)比较κ(Λ₁),κ(Λ₂),...,κ(Λ_M)的大小，选择最小相关值的导频集合输出作为OFDM认知无线电系统的导频载波。

该方法相比现有的导频设计方法，可以准确的评价采样矩阵的稀疏信号重建性能，设计更好的导频，使用本方法设计的导频具有更好的稀疏信道估计性能。

附图说明

图1OFDM认知无线电系统进行频谱感知后的载波状态图。

具体实施方式

本发明首先提出一种OFDM认知无线电系统中的导频优劣的新评价方法即新互相关准则。它改善互相关只反应采样矩阵两列最不相关的极端情况，新评价方法计算采样矩阵任意两列互相关立方和，考虑了采样矩阵任意两列的互相关对稀疏信号重建性能的影响，准确的评价导频的优劣，从而提高OFDM认知无线电系统中的信道估计性能。基于此准则，提出导频设计方案。具体步骤如下：

步骤1)利用频谱感知技术对频谱进行感知，频谱感知后可以得到各个子载波的状态，把子载波的状态划分为空闲、占用两种状态，分别用“0”和“1”表示。

步骤2)把空闲即使状态为“0”的载波索引号构成一组载波集合Ω，假设导频数为N_p，从Ω中任意选择N_p个索引构成一组导频，设共选择M个导频载波集合，M个导频载波集合分别为Λ₁,Λ₂,...,Λ_M。

步骤3)为了计算简单，假设所有导频载波上导频符号的功率都相等。根据提出的新互相关准则计算导频集合Λ₁,Λ₂,...,Λ_M所确定的采样矩阵的相关值κ(Λ₁),κ(Λ₂),...,κ(Λ_M)，其中新互相关准则κ(Λ)定义为采样矩阵任意两列归一化内积的绝对值的立方和，即

其中A是导频载波索引集Λ所确定的采样矩阵，A(m)表示采样矩阵的第i列。

步骤4)比较κ(Λ₁),κ(Λ₂),...,κ(Λ_M)的大小，选择最小相关值的导频集合输出作为OFDM认知无线电系统的导频载波。

下面结合附图1和实施例对本发明的进行详细的描述。

假设OFDM认知无线电系统的子载波数为N。次级用户对频谱进行感知后，感知到的各个载波的状态如图1所示，图1中“1”状态表示载波被主用户占用，“0”状态表示次级用户可以使用的空闲载波。假设一个OFDM符号的所有载波编号为{1,2,...,N}，所有状态为“0”的可用空闲载波编号构成的集合为Ω。假设导频数为N_p，N_p个导频位置构成的载波集合表示为不失一般性，假设对应的频域发送导频符号表示为假设N_p个导频功率相同即假设信道的最大长度为L。是从一个大小为N×N的傅里叶变换矩阵中抽取集合P所在的N_p行和前L列所构成的部分傅里叶变换矩阵，

令则采样矩阵可以表示为

每次随机的从集合Ω中任意抽取N_p个索引构成一个集合，共抽取M次，构成M个索引集Λ₁,Λ₂,...,Λ_M。首先根据式(2)分别计算Λ₁,Λ₂,...,Λ_M对应的采样矩阵,然后根据式(3)计算采样矩阵的新相关值κ(Λ₁),κ(Λ₂),...,κ(Λ_M)。

比较κ(Λ₁),κ(Λ₂),...,κ(Λ_M)的大小，选择具有最小值相关值对应的导频集合min(Λ_i),i＝1,2,...,M作为OFDM认知无线电系统的导频载波。

Claims (1)

1.一种OFDM认知无线电系统导频设计方法，包括下列步骤：

步骤1)利用频谱感知技术对频谱进行感知，频谱感知后可以得到各个子载波的状态，把子载波的状态划分为空闲、占用两种状态，分别用“0”和“1”表示。

步骤2)把空闲即使状态为“0”的载波索引号构成一组载波集合Ω，设导频数为N_p，从Ω中任意选择N_p个索引构成一组导频，设共选择M个导频载波集合，M个导频载波集合分别为Λ₁,Λ₂,...,Λ_M；

步骤3)设所有导频载波上导频符号的功率都相等，根据新互相关准则计算导频集合Λ₁,Λ₂,...,Λ_M所确定的采样矩阵的相关值κ(Λ₁),κ(Λ₂),...,κ(Λ_M)，新互相关准则κ(Λ)定义为采样矩阵任意两列归一化内积的绝对值的立方和；

步骤4)比较κ(Λ₁),κ(Λ₂),...,κ(Λ_M)的大小，选择最小相关值的导频集合输出作为OFDM认知无线电系统的导频载波。