CN114070681A - 基于叠加导频抵消的加权信道估计的信号恢复方法及系统 - Google Patents

基于叠加导频抵消的加权信道估计的信号恢复方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于叠加导频抵消的加权信道估计的信号恢复方法及系统，包括：获取无线信道中叠加格式不同的第一路接收信号和第二路接收信号；对所述第一路接收信号和所述第二路接收信号求差，去除叠加导频引入的数据干扰，得到处理后的信号；对所述处理后的信号进行最小二乘估计，得到信道初估计；根据无线信道的时间相关性，对所述信道初估计进行加权处理，得到加权后的信道信息；依据所述加权后的信道信息，得到恢复数据；本发明利用叠加导频和无线信道的时间相关性，提供了一种应用于正交频分复用系统的基于叠加导频抵消的加权信道估计的信号恢复方法；该方法可在提高信道估计精度的同时，节省频带资源、提高频谱效率。

Description

基于叠加导频抵消的加权信道估计的信号恢复方法及系统
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种基于叠加导频抵消的加权信道估计的信号恢复方法及系统。
背景技术
随着时代的进步与社会的发展，人们对高速互联网连接和高数据速率的需求逐年增长，这促使无线通信行业快速发展；信号在无线信道中传输时会受到环境带来的各种随机性干扰，使接收信号产生严重衰落；为补偿信道衰落，提高系统可靠性，接收端需获取精确的信道状态信息进行频域均衡，信道估计的精度决定了接收信号的恢复质量；然而，在如今频谱资源稀缺的情况下，现存信道估计方法仍无法同时提高信道估计精度和频谱效率。
发明人发现，叠加导频与传统的导频模式不同，其不单独占用频带资源，可大幅提高频谱效率；然而，信道中的噪声和叠加导频引入的数据干扰，导致基于叠加导频的信道估计精度低；现有方法还无法实现使用叠加导频时的高精度信道估计。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种基于叠加导频抵消的加权信道估计的信号恢复方法及系统，本发明为提高信道估计精度和频谱效率，利用叠加导频和无线信道的时间相关性，提供了一种应用于正交频分复用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，OFDM)系统的基于叠加导频抵消的加权信道估计的信号恢复方法；该方法可在提高信道估计精度的同时，节省频带资源、提高频谱效率。
为了实现上述目的，本发明通过如下的技术方案来实现：
第一方面，本发明提供了一种基于叠加导频抵消的加权信道估计的信号恢复方法，包括：
获取无线信道中叠加格式不同的第一路接收信号和第二路接收信号；
对所述第一路接收信号和所述第二路接收信号求差，去除叠加导频引入的数据干扰，得到处理后的信号；
对所述处理后的信号进行估计，得到信道初估计；
根据无线信道的时间相关性，对所述信道初估计进行加权处理，得到加权后的信道信息；
依据所述加权后的信道信息，得到恢复数据。
进一步地，无线信道的输入信号为叠加在一起的数据和导频。
进一步地，信号在输入无线信道前进行OFDM调制处理。
进一步地，获取所述第一路接收信号和所述第二路接收信号后，先进行OFDM解调处理再去除叠加导频引入的数据干扰。
进一步地，对所述第一路接收信号Y1(k,m)和所述第二路接收信号Y2(k,m)求差为：
Figure BDA0003432559710000021
其中，N2(k,m)表示均值为0、方差为2σ2的加性高斯白噪声在第m个OFDM符号的第k个子载波上的值；H(k,m)表示信道在第m个OFDM符号的第k个子载波上的值；P(k,m)表示导频在第m个OFDM符号的第k个子载波上的值。
进一步地，采用最小二乘法(Least Square，LS)对所述处理后的信号进行估计。
进一步地，所述恢复数据在奇数索引处的值为OFDM解调后的第二路接收信号的与加权后的信道信息在奇数索引处的比值，所述恢复数据在偶数索引处的值为OFDM解调后的第一路接收信号的与加权后的信道信息在偶数索引处的比值。
第二方面，本发明还提供了一种基于叠加导频抵消的加权信道估计的信号恢复系统，包括：
数据获取模块，被配置为：获取无线信道中叠加格式不同的第一路接收信号和第二路接收信号；
抵消模块，被配置为：对所述第一路接收信号和所述第二路接收信号求差，去除叠加导频引入的数据干扰，得到处理后的信号；
估计模块，被配置为：对所述处理后的信号进行估计，得到信道初估计；
加权模块，被配置为：根据无线信道的时间相关性，对所述信道初估计进行加权处理，得到加权后的信道信息；
数据检测模块，被配置为：依据所述加权后的信道信息，得到恢复数据。
第三方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现了第一方面所述的基于叠加导频抵消的加权信道估计的信号恢复方法的步骤。
第四方面，本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现了第一方面所述的基于叠加导频抵消的加权信道估计的信号恢复方法的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明利用叠加导频和无线信道的时间相关性，提供了一种应用于正交频分复用系统的基于叠加导频抵消的加权信道估计的信号恢复方法，该方法可在提高信道估计精度的同时，节省频带资源、提高频谱效率。
附图说明
构成本实施例的一部分的说明书附图用来提供对本实施例的进一步理解，本实施例的示意性实施例及其说明用于解释本实施例，并不构成对本实施例的不当限定。
图1为本发明实施例1的流程图；
图2为本发明实施例1的第一路发送信号；
图3为本发明实施例1的第二路发送信号；
图4为本发明实施例1的广电1信道误码率(Bit Error Rate，BER)曲线；
图5为本发明实施例1的巴西A信道BER曲线；
图6为本发明实施例1的广电1信道归一化均方误差(Normalized Mean SquareError，NMSE)曲线；
图7为本发明实施例1的巴西A信道NMSE曲线。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
实施例1：
本实施例提供了一种基于叠加导频抵消的加权信道估计的信号恢复方法，包括：
获取无线信道中叠加格式不同的第一路接收信号和第二路接收信号；
对所述第一路接收信号和所述第二路接收信号求差，去除叠加导频引入的数据干扰，得到处理后的信号；
对所述处理后的信号进行LS估计，得到信道初估计；
根据无线信道的时间相关性，对所述信道初估计进行加权处理，得到加权后的信道信息；
依据所述加权后的信道信息，得到恢复数据。
如图1所示，本实施例中的方法主要包含叠加、抵消、LS估计、加权和数据检测五部分，具体如下：
S1：数据叠加
该步骤对应图1中的叠加部分，将数据与导频叠加在同一子载波上，提高频谱效率；
叠加后的两路发送信号格式如图2和图3所示，设共有M个OFDM符号，每个OFDM符号有K个子载波；记第m个OFDM符号的第k个子载波上发送的数据和导频分别为S(k,m)和P(k,m)，则两路发送信号可分别表示为：
Figure BDA0003432559710000051
Figure BDA0003432559710000052
至此，本实施例中的发送信号已处理完毕，两路信号分别经OFDM调制后发射到无线信道中。
S2：抵消数据干扰
该步骤对应图1中的抵消部分，旨在去除叠加导频引入的数据干扰，只保留导频部分以进行信道估计；
在接收端，两路接收信号经OFDM解调后，可表示为：
Figure BDA0003432559710000061
Figure BDA0003432559710000062
其中，H(k,m)表示信道在第m个OFDM符号的第k个子载波上的值；N1(k,m)表示均值为0、方差为σ2的加性高斯白噪声在第m个OFDM符号的第k个子载波上的值；两路接收信号相减后，得到处理后的信号：
Figure BDA0003432559710000063
其中，N2(k,m)表示均值为0、方差为2σ2的加性高斯白噪声在第m个OFDM符号的第k个子载波上的值。
S3：估计
该步骤对应图1中的LS估计部分，旨在得到信道的初步估计结果；
对步骤S2中得到的信号进行LS估计：
Figure BDA0003432559710000064
其中，NLS(k,m)表示第m个OFDM符号的第k个子载波上的信道估计误差。
S4：加权
该步骤对应图1中的加权部分，旨在通过信道加权得到精确的信道估计结果，提高数据的恢复质量；
假设信号经历的信道为准静态信道，每个OFDM信号为一个信号帧；根据无线信道的时间相关性，假设第m个OFDM符号经历的信道状态与第m-1个OFDM符号经历的信道状态之间的相关系数为α。在步骤S3的基础上，得加权后的信道信息：
Figure BDA0003432559710000071
S5：数据检测
该步骤对应图1中的数据检测部分，旨在恢复出发送数据；
采用LS均衡恢复接收数据；当k为奇数时，以第二路接收信号为目标计算出对应位置的恢复数据；当k为偶数时，以第一路接收信号为目标计算出对应位置的恢复数据，即：
Figure BDA0003432559710000072
其中，SW(k，m)表示接收端恢复出的数据。
为证明本实施例中的方法具有更高的信道估计精度，在静态广电1信道和静态巴西A信道中，验证本实施例的信道估计性能。
将本实施例中的方法与基于梳状导频的LS方法、基于叠加导频的LS方法、基于叠加导频的多帧平均方法进行比较；如图4和图5所示，分别展示了4种方法在静态广电1信道和静态巴西A信道中的BER性能，其中，基于叠加导频的多帧平均信道估计方法分别取平均帧数为2、4和6；由图4和图5可见，本实施例的信道估计方法具有更低的BER。
如图6和图7所示，分别展示了4种方法在静态广电1信道和静态巴西A信道中的NMSE性能，其中，基于叠加导频的多帧平均信道估计方法分别取平均帧数为2、4和6；由图6和图7可见，本实施例的信道估计方法具有更低的NMSE。
为证明本实施例可提高频谱效率，表1给出了本实施例方法与基于梳状导频的LS方法、基于叠加导频的LS方法和基于叠加导频的多帧平均方法的频谱效率对比；由表1可见，本实施例中的方法与基于梳状导频的LS方法相比，大大提高了频谱效率。
基于叠加导频的高谱效性和无线信道的时间相关性，本实施例提出一种信道估计方法，该方法比现存的LS方法和多帧平均方法具有更高的信道估计精度，比现存的基于梳状导频的信道估计方法具有更高的频谱效率；应用此方法，可提高无线通信系统的信道估计精度和频谱效率。
表1 不同方法的频谱效率对比
Figure BDA0003432559710000081
实施例2：
本实施例提供了一种基于叠加导频抵消的加权信道估计的信号恢复系统，包括：
数据获取模块，被配置为：获取无线信道中叠加格式不同的第一路接收信号和第二路接收信号；
抵消模块，被配置为：对所述第一路接收信号和所述第二路接收信号求差，去除叠加导频引入的数据干扰，得到处理后的信号；
估计模块，被配置为：对所述处理后的信号进行估计，得到信道初估计；
加权模块，被配置为：根据无线信道的时间相关性，对所述信道初估计进行加权处理，得到加权后的信道信息；
数据检测模块，被配置为：依据所述加权后的信道信息，得到恢复数据。
所述系统的工作方法与实施例1的基于叠加导频抵消的加权信道估计的信号恢复方法相同，这里不再赘述。
实施例3：
本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现了实施例1所述的基于叠加导频抵消的加权信道估计的信号恢复方法的步骤。
实施例4：
本实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现了实施例1所述的基于叠加导频抵消的加权信道估计的信号恢复方法的步骤。
以上所述仅为本实施例的优选实施例而已，并不用于限制本实施例，对于本领域的技术人员来说，本实施例可以有各种更改和变化。凡在本实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于叠加导频抵消的加权信道估计的信号恢复方法，其特征在于，包括：
获取无线信道中叠加格式不同的第一路接收信号和第二路接收信号；
对所述第一路接收信号和所述第二路接收信号求差，去除叠加导频引入的数据干扰，得到处理后的信号；
对所述处理后的信号进行估计，得到信道初估计；
根据无线信道的时间相关性，对所述信道初估计进行加权处理，得到加权后的信道信息；
依据所述加权后的信道信息，得到恢复数据。
2.如权利要求1所述的一种基于叠加导频抵消的加权信道估计的信号恢复方法，其特征在于，无线信道的输入信号为叠加在一起的数据和导频。
3.如权利要求2所述的一种基于叠加导频抵消的加权信道估计的信号恢复方法，其特征在于，信号在输入无线信道前进行OFDM调制处理。
4.如权利要求3所述的一种基于叠加导频抵消的加权信道估计的信号恢复方法，其特征在于，获取所述第一路接收信号和所述第二路接收信号后，先进行OFDM解调处理再去除叠加导频引入的数据干扰。
5.如权利要求2所述的一种基于叠加导频抵消的加权信道估计的信号恢复方法，其特征在于，对所述第一路接收信号Y1(k,m)和所述第二路接收信号Y2(k,m)求差为：
Figure FDA0003432559700000011
其中，N2(k,m)表示均值为0、方差为2σ2的加性高斯白噪声在第m个正交频分复用符号的第k个子载波上的值；H(k,m)表示信道在第m个OFDM符号的第k个子载波上的值；P(k,m)表示导频在第m个OFDM符号的第k个子载波上的值。
6.如权利要求1所述的一种基于叠加导频抵消的加权信道估计的信号恢复方法，其特征在于，采用最小二乘法对所述处理后的信号进行估计。
7.如权利要求1所述的一种基于叠加导频抵消的加权信道估计的信号恢复方法，其特征在于，所述恢复数据在奇数索引处的值为OFDM解调后的第二路接收信号的与加权后的信道信息在奇数索引处的比值，所述恢复数据在偶数索引处的值为OFDM解调后的第一路接收信号的与加权后的信道信息在偶数索引处的比值。
8.一种基于叠加导频抵消的加权信道估计的信号恢复系统，其特征在于，包括：
数据获取模块，被配置为：获取无线信道中叠加格式不同的第一路接收信号和第二路接收信号；
抵消模块，被配置为：对所述第一路接收信号和所述第二路接收信号求差，去除叠加导频引入的数据干扰，得到处理后的信号；
估计模块，被配置为：对所述处理后的信号进行估计，得到信道初估计；
加权模块，被配置为：根据无线信道的时间相关性，对所述信道初估计进行加权处理，得到加权后的信道信息；
数据检测模块，被配置为：依据所述加权后的信道信息，得到恢复数据。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现了如权利要求1-7任一项所述的基于叠加导频抵消的加权信道估计的信号恢复方法的步骤。
10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现了如权利要求1-7任一项所述的基于叠加导频抵消的加权信道估计的信号恢复方法的步骤。
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