CN114039822A - 一种短包突发通信系统的信道估计方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种短包突发通信系统的信道估计方法及系统，所述方法包括如下步骤：步骤10，根据接收信号和前导码计算出z向量；步骤20，利用前导码计算出V矩阵；步骤30，将V矩阵和z向量相乘估计出信道参数。本发明能够实现利用较短的训练序列估计出信道参数，适用于短包突发通信系统。

Description

一种短包突发通信系统的信道估计方法及系统
技术领域
本发明涉及无线通信系统技术领域，具体而言，涉及一种短包突发通信系统的信道估计方法及系统。
背景技术
无线通信系统通常工作在时变多径信道里，信号通过时变多径信道后，存在严重的符号间干扰。符号间干扰会明显地影响通信系统的可靠性，大幅度增加系统的误码率。对于线性调制的通信系统，通常在发送信号的起始添加一段训练序列，用于训练接收机，使其能够消除数据段的符号间干扰，降低系统的误码率。
目前常用的训练方法有两类：
一类是自适应均衡，例如最大似然序列估计(MLSE)、最小均方误差(LMS)、递归最小平方差(RLS)，这类方法不需要估计信道，根据接收到的序列和训练序列计算出误差，然后利用误差直接训练出抵消符号间干扰的滤波器。然而，自适应均衡需要较长的训练序列才能收敛到稳定状态，在短包突发通信系统中会带来较大的训练序列开销，大大降低频谱利用率。
另一类是先估计信道参数，再根据信道参数进行均衡，常用的均衡算法包括最小均方误差(MMSE)和最小方差(LS)等。短包突发通信系统通常采用信道参数估计和MMSE均衡的方式消除符号间干扰。现有的信道参数估计方法需要较长的训练序列，才能估计出准确的信道参数。因此，如何利用较短的训练序列估计出信道参数是短包突发通信系统的关键技术。
发明内容
本发明旨在提供一种短包突发通信系统的信道估计方法及系统，以解决如何利用较短的训练序列估计出信道参数的问题。
本发明提供的一种短包突发通信系统的信道估计方法，包括如下步骤：
步骤10，根据接收信号和前导码计算出z向量；
步骤20，利用前导码计算出V矩阵；
步骤30，将V矩阵和z向量相乘估计出信道参数。
进一步的，步骤10包括如下子步骤：
步骤11，将接收到的前导码取出第Nct～Np个符号作为接收信号；
步骤12，将接收到的前导码的Np个符号按次取出：
(1)第一次取第1～Nct个符号并倒序，组成第1个列向量；
(2)第二次取第2～(Nct+1)个符号并倒序，组成第2个列向量；
(3)以此类推，直至取到最后一个符号，得到(Np-Nct+1)个列向量；
步骤13，将步骤12得到的(Np-Nct+1)个列向量做共轭运算，得到共轭后的(Np-Nct+1)个列向量作为Z向量的预处理向量；
步骤14，将接收信号与Z向量的预处理向量相乘：
(1)共轭后的第1个列向量与接收信号的第1个符号相乘；
(2)共轭后的第2个列向量与接收信号的第2个符号相乘；
(3)以此类推，直至共轭后的第(Np-Nct+1)个列向量与接收信号的第(Np-Nct+1)个符号相乘；
步骤15，将步骤14中接收信号与Z向量的预处理向量相乘得到的所有向量累加到一起，得到Z向量。
进一步的，步骤20包括如下子步骤：
步骤21，将接收到的前导码的Np个符号按次取出：
(1)第一次取第1～Nct个符号并倒序，组成第1个列向量，再将该第1个列向量与其共轭转置相乘得到第一矩阵；
(2)第二次取第2～(Nct+1)个符号并倒序，组成第2个列向量，再将该第2个列向量与其共轭转置相乘得到第二矩阵；
(3)以此类推，直至取到最后一个符号，得到(Np-Nct+1)个矩阵；
(4)将得到的(Np-Nct+1)个矩阵相加得到矩阵P；
步骤22，将步骤21中得到的矩阵P求共轭并取逆得出矩阵V。
本发明还提供一种短包突发通信系统的信道估计系统，包括矩阵乘法器模块，以及与矩阵乘法器模块相连接的z向量计算模块和V矩阵计算模块；
所述z向量计算模块用于根据接收信号和前导码计算出z向量；
所述V矩阵计算模块用于利用前导码计算出V矩阵；
矩阵乘法器模块用于将V矩阵和z向量相乘估计出信道参数。
进一步的，所述短包突发通信系统的信道估计系统，还包括前导码储存模块；所述前导码储存模块分别连接z向量计算模块和V矩阵计算模块，用于存储接收的前导码，并在需要时向z向量计算模块和V矩阵计算模块输出前导码。
进一步的，所述前导码储存模块向z向量计算模块和V矩阵计算模块输出前导码时，按实际调制方式输出。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明能够实现利用较短的训练序列估计出信道参数，适用于短包突发通信系统。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例中发送信号的帧结构示意图。
图2为本发明实施例的短包突发通信系统的信道估计方法的流程图。
图3为本发明实施例的短包突发通信系统的信道估计系统的结构图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
本发明要实现利用较短的训练序列估计出信道参数，适用于短包突发通信系统。各信噪比下所需的训练序列长度如表1所示。
表1，信噪比与训练序列长度：
信噪比(EsN0) 1dB 2dB 3dB 4dB 5dB 6dB 7dB 8dB 9dB 10dB
训练序列长度 64 56 48 42 38 36 34 28 26 20
常见的短包突发通信系统发送信号的帧格式如图1所示，可以利用其中的前导码进行信道参数估计。其原理如下：
将长度为Np的前导码经过噪声信道调制后得到N’p个符号，对应的接收信号r为：
Figure BDA0003348583440000041
接收信号r中每个符号表示为：
Figure BDA0003348583440000042
其中，nk是接收信号中第k个符号的干扰噪声，k是接收符号的序号，k＝1,2,…,N’p-1，l是求和序号变量。
信道响应ft表示为：
f＝[f0，f1，...,fL]t (3)
信道的多径数为Nct如下，即除主径之外的信道数；信道的记忆深度为L。则信道的多径数Nct与信道的记忆深度L之间的关系为：
Nct＝L+1 (4)
将前导码从-L重新编号，可以将长度为Np的前导码重新编号后表示为：
Figure BDA0003348583440000051
则重新编码的前导码的第k～(k-L)个符号组成式(2)中的序列向量Pk：
pk＝[pk,pk-1,...,pk-L]t (6)
观察的噪声序列如下
Figure BDA0003348583440000052
前导码的长度Np根据N’p和L表示为：
Np＝N‘p+L (8)
接收信号和估计信号的误差平方和表示为：
Figure BDA0003348583440000053
接收信号和估计信号的误差平方和越小，则信道估计越准确。
其中：
Figure BDA0003348583440000054
将式(9)化简可得：
Figure BDA0003348583440000055
其中：
Figure BDA0003348583440000061
其中，z是一个Nct维的列向量，第l个元素如下：
Figure BDA0003348583440000062
则向量z表示为：
Figure BDA0003348583440000063
矩阵P是一个Nct×Nct的前导相关矩阵，矩阵P中的第(i,j)个元素表示为：
Figure BDA0003348583440000064
则矩阵P表示为：
Figure BDA0003348583440000065
给下式子完全平方
Figure BDA0003348583440000066
其中：
V＝P*-1 (18)
Pt＝P* (19)
上标*表示共轭，上标-1表示矩阵取逆。
使得式(17)最小可完成信道估计，令：
Figure BDA0003348583440000067
此时可得出接收信号和估计信号的误差平方和最小值为：
Figure BDA0003348583440000071
根据上述原理，通过计算出z向量和V矩阵即可完成信道估计。由此，如图1所示，本实施例提出一种短包突发通信系统的信道估计方法，包括如下步骤：
步骤10，根据接收信号和前导码计算出z向量；具体地：
步骤10包括如下子步骤：
步骤11，将接收到的前导码取出第Nct～Np个符号作为接收信号；
步骤12，将接收到的前导码的Np个符号按次取出：
(1)第一次取第1～Nct个符号并倒序，组成第1个列向量；
(2)第二次取第2～(Nct+1)个符号并倒序，组成第2个列向量；
(3)以此类推，直至取到最后一个符号，得到(Np-Nct+1)个列向量；
步骤13，将步骤12得到的(Np-Nct+1)个列向量做共轭运算，得到共轭后的(Np-Nct+1)个列向量作为Z向量的预处理向量；
步骤14，将接收信号与Z向量的预处理向量相乘：
(1)共轭后的第1个列向量与接收信号的第1个符号相乘；
(2)共轭后的第2个列向量与接收信号的第2个符号相乘；
(3)以此类推，直至共轭后的第(Np-Nct+1)个列向量与接收信号的第(Np-Nct+1)个符号相乘；
步骤15，将步骤14中接收信号与Z向量的预处理向量相乘得到的所有向量累加到一起，得到Z向量。
步骤20，利用前导码计算出V矩阵；具体地：
步骤21，将接收到的前导码的Np个符号按次取出：
(1)第一次取第1～Nct个符号并倒序，组成第1个列向量，再将该第1个列向量与其共轭转置相乘得到第一矩阵；
(2)第二次取第2～(Nct+1)个符号并倒序，组成第2个列向量，再将该第2个列向量与其共轭转置相乘得到第二矩阵；
(3)以此类推，直至取到最后一个符号，得到(Np-Nct+1)个矩阵；
(4)将得到的(Np-Nct+1)个矩阵相加得到矩阵P；
步骤22，将步骤21中得到的矩阵P求共轭并取逆得出矩阵V。
步骤30，将V矩阵和z向量相乘估计出信道参数，即利用式(20)、式(21)等计算接收信号和估计信号的误差平方和最小值。
对应的，本实施例还可实现一种短包突发通信系统的信道估计系统，如图3所示，包括矩阵乘法器模块，以及与矩阵乘法器模块相连接的z向量计算模块和V矩阵计算模块；
所述z向量计算模块用于根据接收信号和前导码计算出z向量；
所述V矩阵计算模块用于利用前导码计算出V矩阵；
矩阵乘法器模块用于将V矩阵和z向量相乘估计出信道参数。
进一步，所述短包突发通信系统的信道估计系统，还包括前导码储存模块；所述前导码储存模块分别连接z向量计算模块和V矩阵计算模块，用于存储接收的前导码，并在需要时向z向量计算模块和V矩阵计算模块输出前导码。进一步的，所述前导码储存模块向z向量计算模块和V矩阵计算模块输出前导码时，按实际调制方式输出。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种短包突发通信系统的信道估计方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤10，根据接收信号和前导码计算出z向量；
步骤20，利用前导码计算出V矩阵；
步骤30，将V矩阵和z向量相乘估计出信道参数。
2.根据权利要求1所述的短包突发通信系统的信道估计方法，其特征在于，步骤10包括如下子步骤：
步骤11，将接收到的前导码取出第Nct～Np个符号作为接收信号；
步骤12，将接收到的前导码的Np个符号按次取出：
(1)第一次取第1～Nct个符号并倒序，组成第1个列向量；
(2)第二次取第2～(Nct+1)个符号并倒序，组成第2个列向量；
(3)以此类推，直至取到最后一个符号，得到(Np-Nct+1)个列向量；
步骤13，将步骤12得到的(Np-Nct+1)个列向量做共轭运算，得到共轭后的(Np-Nct+1)个列向量作为Z向量的预处理向量；
步骤14，将接收信号与Z向量的预处理向量相乘：
(1)共轭后的第1个列向量与接收信号的第1个符号相乘；
(2)共轭后的第2个列向量与接收信号的第2个符号相乘；
(3)以此类推，直至共轭后的第(Np-Nct+1)个列向量与接收信号的第(Np-Nct+1)个符号相乘；
步骤15，将步骤14中接收信号与Z向量的预处理向量相乘得到的所有向量累加到一起，得到Z向量。
3.根据权利要求1所述的短包突发通信系统的信道估计方法，其特征在于，步骤20包括如下子步骤：
步骤21，将接收到的前导码的Np个符号按次取出：
(1)第一次取第1～Nct个符号并倒序，组成第1个列向量，再将该第1个列向量与其共轭转置相乘得到第一矩阵；
(2)第二次取第2～(Nct+1)个符号并倒序，组成第2个列向量，再将该第2个列向量与其共轭转置相乘得到第二矩阵；
(3)以此类推，直至取到最后一个符号，得到(Np-Nct+1)个矩阵；
(4)将得到的(Np-Nct+1)个矩阵相加得到矩阵P；
步骤22，将步骤21中得到的矩阵P求共轭并取逆得出矩阵V。
4.一种短包突发通信系统的信道估计系统，其特征在于，包括矩阵乘法器模块，以及与矩阵乘法器模块相连接的z向量计算模块和V矩阵计算模块；
所述z向量计算模块用于根据接收信号和前导码计算出z向量；
所述V矩阵计算模块用于利用前导码计算出V矩阵；
矩阵乘法器模块用于将V矩阵和z向量相乘估计出信道参数。
5.根据权利要求4所述的短包突发通信系统的信道估计系统，其特征在于，还包括前导码储存模块；所述前导码储存模块分别连接z向量计算模块和V矩阵计算模块，用于存储接收的前导码，并在需要时向z向量计算模块和V矩阵计算模块输出前导码。
6.根据权利要求5所述的短包突发通信系统的信道估计系统，其特征在于，所述前导码储存模块向z向量计算模块和V矩阵计算模块输出前导码时，按实际调制方式输出。
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