CN111490954B - 信道脉冲响应的重要时延抽头选择方法及系统 - Google Patents

信道脉冲响应的重要时延抽头选择方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种信道脉冲响应的重要时延抽头选择方法及系统，属于无线通信自适应传输技术领域，该方法对无线通信中的信道脉冲响应中所有时延抽头进行局部可预测性估计，从而筛选出信道脉冲响应中重要的时延抽头。本发明利用了时延抽头的递归率来估计时延抽头的局部预测性。通过时延抽头的局部预测性把噪声时延抽头和重要时延抽头区分，提高了无线通信中信道脉冲响应的重要抽头识别率。本发明可以实现信道脉冲响应的重要抽头选择，为实现无线通信的自适应传输和自适应编码等提供了保障。

Description

信道脉冲响应的重要时延抽头选择方法及系统
技术领域
本发明属于无线通信自适应传输技术领域，更具体地，涉及一种信道脉冲响应的重要时延抽头选择方法及系统。
背景技术
随着科技的发展，无线通信的自适应传输是未来发展的趋势。在信道脉冲响应中，重要时延抽头是支撑自适应传输技术中重要的一部分。在现有技术中，准确地识别和选择重要时延抽头是一个比较困难的问题。因此，为了解决上述问题，提供一种简单有效的重要时延抽头选择方法具有重要的意义。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种信道脉冲响应的重要时延抽头选择方法及系统，由此解决难以准确识别和选择信道脉冲响应中重要时延抽头的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种信道脉冲响应的重要时延抽头选择方法，包括：
根据信道脉冲响应得到各时延抽头采样点的幅值；
根据各时延抽头采样点的幅值得到各时延抽头采样点幅值的最优时延及最优嵌入维度；
基于各时延抽头采样点幅值的最优时延及最优嵌入维度得到各时延抽头采样点的重构相空间；
根据各时延抽头采样点的重构相空间得到各时延抽头采样点的选择阈值；
基于各时延抽头采样点的选择阈值得到各时延抽头采样点的阈值递归图；
基于各时延抽头采样点的阈值递归图得到各时延抽头采样点的递归率；
根据各时延抽头采样点的递归率，选择递归率大小在前的若干个时延抽头作为重要时延抽头。
优选地，由θi＝λσi得到第i个时延抽头采样点的选择阈值θi，λ为阈值系数，σi为第i个时延抽头采样点幅值的标准差。
优选地，由Pa,b＝Ψ(θi-Da,b)获取第i个时延抽头采样点的阈值递归图，其中，Ψ为阶跃函数，Da,b为第i个时延抽头采样点的重构相空间中第a个点ξa与第b个点ξb的欧几里得距离，Da,b＝||ξa-ξb||，a,b＝1,2,3,...,Kp，Kp＝K-(di-1)τi，K为总导频数目，τi为第i个时延抽头采样点幅值的最优时延，di为第i个时延抽头采样点幅值的最优嵌入维度。
优选地，由
Figure BDA0002439385620000021
计算第i个时延抽头采样点的递归率DET，其中，Q(l)是阈值递归图中平行于对角线的长度为l的分布概率，lmin是阈值递归图中最小长度lmin的对角线，Kp为重构相空间中序列的长度。
优选地，所述根据各时延抽头采样点的递归率，选择递归率大小在前的若干个时延抽头作为重要时延抽头，包括：
将各时延抽头采样点的递归率从大到小排序，选择对于LT个最大递归率对应的时延抽头，其中，LT为无线信道中实际路径数。
按照本发明的另一方面，提供了一种信道脉冲响应的重要时延抽头选择系统，包括：
幅值计算模块，用于根据信道脉冲响应得到各时延抽头采样点的幅值；
时延及嵌入维度计算模块，用于根据各时延抽头采样点的幅值得到各时延抽头采样点幅值的最优时延及最优嵌入维度；
重构相空间构建模块，用于基于各时延抽头采样点幅值的最优时延及最优嵌入维度得到各时延抽头采样点的重构相空间；
选择阈值计算模块，用于根据各时延抽头采样点的重构相空间得到各时延抽头采样点的选择阈值；
递归图构建模块，用于基于各时延抽头采样点的选择阈值得到各时延抽头采样点的阈值递归图；
递归率计算模块，用于基于各时延抽头采样点的阈值递归图得到各时延抽头采样点的递归率；
时延抽头选择模块，用于根据各时延抽头采样点的递归率，选择递归率大小在前的若干个时延抽头作为重要时延抽头。
优选地，由θi＝λσi得到第i个时延抽头采样点的选择阈值θi，λ为阈值系数，σi为第i个时延抽头采样点幅值的标准差。
优选地，由Pa,b＝Ψ(θi-Da,b)获取第i个时延抽头采样点的阈值递归图，其中，Ψ为阶跃函数，Da,b为第i个时延抽头采样点的重构相空间中第a个点ξa与第b个点ξb的欧几里得距离，Da,b＝||ξa-ξb||，a,b＝1,2,3,...,Kp，Kp＝K-(di-1)τi，K为总导频数目，τi为第i个时延抽头采样点幅值的最优时延，di为第i个时延抽头采样点幅值的最优嵌入维度。
优选地，由
Figure BDA0002439385620000031
计算第i个时延抽头采样点的递归率DET，其中，Q(l)是阈值递归图中平行于对角线的长度为l的分布概率，lmin是阈值递归图中最小长度lmin的对角线，Kp为重构相空间中序列的长度。
优选地，所述时延抽头选择模块，用于将各时延抽头采样点的递归率从大到小排序，选择对于LT个最大递归率对应的时延抽头，其中，LT为无线信道中实际路径数。
按照本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序指令，所述程序指令被处理器执行时实现如上述任一所述的信道脉冲响应的重要时延抽头选择方法。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
本发明的面向信道脉冲响应中重要时延抽头的选择方法，可以利用时延抽头的局部预测性将重要时延抽头和噪声抽头区分，弥补了无线通信中现有技术不易从信道脉冲响应中准确筛选重要时延抽头的缺陷。对未来自适应通信技术，例如自适应编码、自适应调制和自适应预测等奠定了基础。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种设备连接图；
图2是本发明实施例提供的一种信道脉冲响应的重要时延抽头选择方法的流程示意图；
图3是本发明实施例提供的一种OFDM通信系统在不同信噪比下重要时延抽头的DET曲线；
图4是本发明实施例提供的一种信道脉冲响应的重要时延抽头选择系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示为本发明实施例的提供信道脉冲响应的系统连接。该系统包括：
发射天线，用于发射无线信号；
接收天线，用于接收无线信号；
网络分析仪，用于对接收天线得到的无线信号进行解析，并对无线信号解析结果中的导频符号的信道进行估计；
信号处理器：用于进一步获取信道脉冲响应；
重要时延抽头选择模块，用于对获取的信道脉冲响应进行重要时延抽头检测。
如图2所示，本发明实施例的一种信道脉冲响应的重要时延抽头选择方法，该方法包括以下步骤：
步骤S1：假定获取的信道脉冲响应为
Figure BDA0002439385620000051
其中K为总导频数目，L为信道脉冲响应中时延抽头总数；
步骤S2：定义时延抽头标签i＝1；
步骤S3：计算由步骤1中信道脉冲应获取的第i个时延抽头采样点的幅值
Figure BDA0002439385620000052
方便后续进行重构相空间；
步骤S4：为了重构第i个时延抽头采样点幅值的相空间，需要利用互信息法估计第i个时延抽头采样点幅值的最优时延τi；
步骤S5：为了重构第i个时延抽头采样点幅值的相空间，需要利用虚假临近法估计第i个时延抽头采样点幅值的最优嵌入维度di；
其中，互信息法与虚假临近法均为现有技术中的方法，本发明实施例将不再赘述。
步骤S6：基于Takens定理，可以获得第i个时延抽头采样点的重构相空间
Figure BDA0002439385620000053
其中Kp＝K-(di-1)τi；可以进一步利用重构相空间的递归率来间接评估第i个时延抽头采样点的局部预测性；
步骤S7：获取第i个时延抽头采样点的选择阈值θi；
由于此阈值影响后续的递归率指标计算，此阈值在本发明中是一个重要的参数。此阈值一般与给定序列的标准差有关。假定第i个时延抽头采样点幅值的标准差为σi，则第i个时延抽头采样点的选择阈值为：
θi＝λσi (1)
其中λ为阈值系数，取值为[1,1,5]。
步骤S8：获取第i个时延抽头采样点的阈值递归图；阈值递归图的计算公式为：
Pa,b＝Ψ(θi-Da,b) (2)
其中，Ψ为阶跃函数，P为中间变量。Da,b为重构相空间中第a个点ξa与第b个点ξb的欧几里得距离，即：
Da,b＝||ξa-ξb|| (3)
其中，a,b＝1,2,3,...,Kp；
步骤S9：计算第i个时延抽头采样点的递归率；递归率DET计算公式为：
Figure BDA0002439385620000061
其中，Q(l)是阈值递归图中平行于对角线的长度为l的分布概率，lmin是阈值递归图中最小长度lmin的对角线，Kp为重构相空间中序列的长度。
步骤S10：判断i是否等于最大时延抽头数L；如果否，则i＝i+1，跳回步骤3；
步骤S11：根据DET，选择重要时延抽头。
在本发明实施例中，DET为时延抽头局部预测性的间接评估，因此根据DET选择重要时延抽头的方法为，选择DET最大的几个时延抽头即可。即将DET进行从大到小排序，选择对于LT个最大DET对应的时延抽头，其中，LT为无线信道中实际路径数。信道脉冲响应中其余抽头认定为纯噪声抽头，即不重要时延抽头。
为了验证本发明的有效性，按照IEEE802.11ah标准中2MHz模式设置导频OFDM符号相关参数，设置单发单收天线。表1为在20dB下本发明与其他两种不同重要抽头选择方法的对比结果。
表1
Figure BDA0002439385620000071
其中，方式1为选取Lcp个重要时延方法，其中，Lcp为循环前缀的长度；方式2为选取Ls个重要时延抽头方法，其中，Ls为两倍的LT。图3为预设的5个重要时延抽头在不同信噪比下的曲线。可以看到，本发明公布的重要时延抽头选择方法具有更好的性能，可以有效地识别信道脉冲响应中的重要时延抽头。
如图4所示，在本发明的另一实施例中，还提供了一种信道脉冲响应的重要时延抽头选择系统，包括：
幅值计算模块201，用于根据信道脉冲响应得到各时延抽头采样点的幅值；
时延及嵌入维度计算模块202，用于根据各时延抽头采样点的幅值得到各时延抽头采样点幅值的最优时延及最优嵌入维度；
重构相空间构建模块203，用于基于各时延抽头采样点幅值的最优时延及最优嵌入维度得到各时延抽头采样点的重构相空间；
选择阈值计算模块204，用于根据各时延抽头采样点的重构相空间得到各时延抽头采样点的选择阈值；
递归图构建模块205，用于基于各时延抽头采样点的选择阈值得到各时延抽头采样点的阈值递归图；
递归率计算模块206，用于基于各时延抽头采样点的阈值递归图得到各时延抽头采样点的递归率；
时延抽头选择模块207，用于根据各时延抽头采样点的递归率，选择递归率大小在前的若干个时延抽头作为重要时延抽头。
其中，各模块的具体实施方式可以参考上述方法实施例的描述，本发明实施例将不再复述。
在本发明的另一实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序指令，该程序指令被处理器执行时实现如上述的信道脉冲响应的重要时延抽头选择方法。
需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。
上述根据本发明的方法可在硬件、固件中实现，或者被实现为可存储在记录介质(诸如CD ROM、RAM、软盘、硬盘或磁光盘)中的软件或计算机代码，或者被实现通过网络下载的原始存储在远程记录介质或非暂时机器可读介质中并将被存储在本地记录介质中的计算机代码，从而在此描述的方法可被存储在使用通用计算机、专用处理器或者可编程或专用硬件(诸如ASIC或FPGA)的记录介质上的这样的软件处理。可以理解，计算机、处理器、微处理器控制器或可编程硬件包括可存储或接收软件或计算机代码的存储组件(例如，RAM、ROM、闪存等)，当所述软件或计算机代码被计算机、处理器或硬件访问且执行时，实现在此描述的处理方法。此外，当通用计算机访问用于实现在此示出的处理的代码时，代码的执行将通用计算机转换为用于执行在此示出的处理的专用计算机。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种信道脉冲响应的重要时延抽头选择方法，其特征在于，包括：
根据信道脉冲响应得到各时延抽头采样点的幅值；
根据各时延抽头采样点的幅值得到各时延抽头采样点幅值的最优时延及最优嵌入维度；
基于各时延抽头采样点幅值的最优时延及最优嵌入维度得到各时延抽头采样点的重构相空间；
根据各时延抽头采样点的重构相空间得到各时延抽头采样点的选择阈值，其中，由θi＝λσi得到第i个时延抽头采样点的选择阈值θi，λ为阈值系数，σi为第i个时延抽头采样点幅值的标准差；
基于各时延抽头采样点的选择阈值得到各时延抽头采样点的阈值递归图；
基于各时延抽头采样点的阈值递归图得到各时延抽头采样点的递归率；
根据各时延抽头采样点的递归率，选择递归率大小在前的若干个时延抽头作为重要时延抽头。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由Pa,b＝Ψ(θi-Da,b)获取第i个时延抽头采样点的阈值递归图，其中，Ψ为阶跃函数，Da,b为第i个时延抽头采样点的重构相空间中第a个点ξa与第b个点ξb的欧几里得距离，Da,b＝||ξa-ξb||，a,b＝1,2,3,...,Kp，Kp＝K-(di-1)τi，K为总导频数目，τi为第i个时延抽头采样点幅值的最优时延，di为第i个时延抽头采样点幅值的最优嵌入维度。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，由
Figure FDA0002975756230000011
计算第i个时延抽头采样点的递归率DET，其中，Q(l)是阈值递归图中平行于对角线的长度为l的分布概率，lmin是阈值递归图中最小长度lmin的对角线，Kp为重构相空间中序列的长度。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的方法，其特征在于，所述根据各时延抽头采样点的递归率，选择递归率大小在前的若干个时延抽头作为重要时延抽头，包括：
将各时延抽头采样点的递归率从大到小排序，选择对于LT个最大递归率对应的时延抽头，其中，LT为无线信道中实际路径数。
5.一种信道脉冲响应的重要时延抽头选择系统，其特征在于，包括：
幅值计算模块，用于根据信道脉冲响应得到各时延抽头采样点的幅值；
时延及嵌入维度计算模块，用于根据各时延抽头采样点的幅值得到各时延抽头采样点幅值的最优时延及最优嵌入维度；
重构相空间构建模块，用于基于各时延抽头采样点幅值的最优时延及最优嵌入维度得到各时延抽头采样点的重构相空间；
选择阈值计算模块，用于根据各时延抽头采样点的重构相空间得到各时延抽头采样点的选择阈值，其中，由θi＝λσi得到第i个时延抽头采样点的选择阈值θi，λ为阈值系数，σi为第i个时延抽头采样点幅值的标准差；
递归图构建模块，用于基于各时延抽头采样点的选择阈值得到各时延抽头采样点的阈值递归图；
递归率计算模块，用于基于各时延抽头采样点的阈值递归图得到各时延抽头采样点的递归率；
时延抽头选择模块，用于根据各时延抽头采样点的递归率，选择递归率大小在前的若干个时延抽头作为重要时延抽头。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，由Pa,b＝Ψ(θi-Da,b)获取第i个时延抽头采样点的阈值递归图，其中，Ψ为阶跃函数，Da,b为第i个时延抽头采样点的重构相空间中第a个点ξa与第b个点ξb的欧几里得距离，Da,b＝||ξa-ξb||，a,b＝1,2,3,...,Kp，Kp＝K-(di-1)τi，K为总导频数目，τi为第i个时延抽头采样点幅值的最优时延，di为第i个时延抽头采样点幅值的最优嵌入维度。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，
Figure FDA0002975756230000031
计算第i个时延抽头采样点的递归率DET，其中，Q(l)是阈值递归图中平行于对角线的长度为l的分布概率，lmin是阈值递归图中最小长度lmin的对角线，Kp为重构相空间中序列的长度。
8.根据权利要求5至7任意一项所述的系统，其特征在于，所述时延抽头选择模块，用于将各时延抽头采样点的递归率从大到小排序，选择对于LT个最大递归率对应的时延抽头，其中，LT为无线信道中实际路径数。
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