CN116647427A - 一种基于非结构时空多维数据的信道估计匹配方法 - Google Patents

一种基于非结构时空多维数据的信道估计匹配方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于非结构时空多维数据的信道估计匹配方法，获取非结构时空多维数据；根据自相关导频序列构建导频段；根据导频段确定待处理信道的第一信道估计判断常规信道环境下τ0是否为信道同步点，若是，则确定信道同步点对应的信道估计为若否，则认定为存在飞行器衰落，确定飞行器衰落环境下的待处理信道的第二信道估计并判断飞行器衰落环境下τ1是否为信道同步点，若是，则确定信道同步点对应的信道估计为若否，则确定τ0为信道同步点，并确定信道同步点对应的信道估计为本发明提升了信道通信系统传输速率、通信质量和信道估计准确度。

Description

一种基于非结构时空多维数据的信道估计匹配方法
技术领域
本发明涉及数据处理技术领域，特别是涉及一种基于非结构时空多维数据的信道估计匹配方法。
背景技术
目前，非结构时空多维数据的应用范围越来越广，尤其是在信道通信技术中，非结构时空多维数据能够构成典型的对流层散射信道。
对流层散射信道是一种典型的时变多径信道，当飞行器高速经过散射公共体时，会引起接收信号多径时延扩展增大以及衰落速率加快，这种现象即飞行器衰落。资料表明飞行器衰落不但会增加额外的接收功率，而且会使接收信号比常规的散射信号有更大的延时，典型的数据如：多径时延扩展到2到4倍，衰落速率提高到10倍以上。
目前散射通信系统中大都将同步、多径长度和信道估计三个环节分开独立考虑，且在信道估计时采用单一算法、单一多径长度处理，不区分常规散射信道和有飞行器衰落的散射信道。
散射信道特性表明宽带传输不可避免带来符号间干扰(internsymbolinterference，ISI)，散射信道表现为频率选择性衰落信道，其延时功率谱首径并非能量最大径，在平坦衰落信道中性能表现优异的同步技术在ISI信道中经常同步在最强径而非首径，这将严重影响后续信道估计和信道均衡性能。
因为常规散射信道的多径时延扩展比较小，而有飞行器衰落时散射信道的多径时延扩展较大，常规散射信道当做飞行器衰落信道进行信道估计时其归一化后的平均绝对误差(NormalizedMean Square Error，NMSE)性能损失接近5dB，而飞行器衰落信道当做常规散射信道进行信道估计时有可能使后续模块不能正常工作而导致通信中断，所以采用单一信道估计算法和单一多径时延扩展不能很好的兼顾常规散射信道和有飞行器衰落的散射信道，导致散射通信系统的传输速率低下、通信质量不高。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于非结构时空多维数据的信道估计匹配方法。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于非结构时空多维数据的信道估计匹配方法，包括：
获取非结构时空多维数据中在时域、频域均具有恒定幅度的零点自相关导频序列；
根据所述自相关导频序列构建导频段；
根据所述导频段确定待处理信道的第一信道估计
判断常规信道环境下τ0是否为信道同步点，若是，则确定所述信道同步点对应的信道估计为若否，则认定为存在飞行器衰落，确定飞行器衰落环境下的待处理信道的第二信道估计/>并判断飞行器衰落环境下τ1是否为信道同步点，若是，则确定所述信道同步点对应的信道估计为/>若否，则确定τ0为信道同步点，并确定所述信道同步点对应的信道估计为/>
优选地，所述自相关导频序列为FrankChu序列；所述FrankChu序列的长度为64。
优选地，所述自相关导频序列构建导频段，包括：采用在零点自相关导频序列前后分别添加前缀和后缀的方法构建所述导频段。
优选地，所述导频段的公式为：
{g(K-N)…,g(K-2),g(K-1),g(0),g(1),…,g(K-1),g(0),g(1),…,g(N-1)}，其中，N为前缀、后缀长度。
优选地，所述根据所述设计好的导频段确定待处理信道的第一信道估计包括：
构建符号间干扰信道下符号间隔等效离散时间模型；
根据所述符号间隔等效离散时间模型，进行第一LS算法信道估计的计算。
优选地，所述根据所述导频段确定待处理信道的第二信道估计包括：
利用第二LS算法信道估计的计算，得到所述第二信道估计
优选地，所述判断常规信道环境下τ0是否为信道同步点包括：
获取信道估计误差ε(τ)；
根据所述信道估计误差和得到第一信噪比/>
判断第一信噪比是否小于λ0，若否，则确定τ0是信道同步点，所述同步点对应的信道估计为若是，则认定为存在飞行器衰落，并判断飞行器衰落环境下，τ1是否为信道同步点；其中，λ0为常规散射信道下系统正常工作的信噪比门限。
优选地，所述判断飞行器衰落环境下τ1是否为信道同步点，包括：
获取信道估计误差ε(τ)；
根据所述信道估计误差和得到第二信噪比/>
判断第二信噪比是否小于λ1，若否，则确定τ1是信道同步点，所述同步点对应的信道估计为若是，则确定同步点为τ0，对应信道估计为/>
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种基于非结构时空多维数据的信道估计匹配方法，包括：获取非结构时空多维数据中在时域、频域均具有恒定幅度的零点自相关导频序列；根据所述自相关导频序列构建导频段；根据所述导频段确定待处理信道的第一信道估计判断常规信道环境下τ0是否为信道同步点，若是，则确定所述信道同步点对应的信道估计为/>若否，则认定为存在飞行器衰落，确定飞行器衰落环境下的待处理信道的第二信道估计并判断飞行器衰落环境下τ1是否为信道同步点，若是，则确定所述信道同步点对应的信道估计为/>若否，则确定τ0为信道同步点，并确定所述信道同步点对应的信道估计为/>本发明能够根据非结构时空多维数据设计导频段，计算信道估计，并对信道的同步点做出判断，根据判断结果，确定信道环境和信道的同步点及对应的信道估计，本发明提升了信道通信系统传输速率、通信质量和信道估计准确度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的方法流程图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
本申请的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤、过程、方法等没有限定于已列出的步骤，而是可选地还包括没有列出的步骤，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤元。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例提供的方法流程图，如图1所示，本发明提供了一种基于非结构时空多维数据的信道估计匹配方法，包括：
步骤100：获取非结构时空多维数据中在时域、频域均具有恒定幅度的零点自相关导频序列；
步骤200：根据所述自相关导频序列构建导频段；
步骤300：根据所述导频段确定待处理信道的第一信道估计
步骤400：判断常规信道环境下τ0是否为信道同步点，若是，则执行步骤401；步骤401为：确定所述信道同步点对应的信道估计为
步骤500：若否，则认定为存在飞行器衰落，确定飞行器衰落环境下的待处理信道的第二信道估计并判断飞行器衰落环境下τ1是否为信道同步点，若是，则执行步骤501；步骤501为：确定所述信道同步点对应的信道估计为/>
步骤600：若否，则确定τ0为信道同步点，并确定所述信道同步点对应的信道估计为
进一步的，所述自相关导频序列为FrankChu序列；所述FrankChu序列的长度为64。可根据需求调整或更改导频序列，导频序列不局限于FrankChu序列；可根据需求调整导频序列长度，长度不局限于64。
具体的，所述FrankChu序列为：m＝0,1,…,K-1；
其中，K为所述自相关导频序列长度，g(m)为FrankChu序列，m为。。iπ为。。。
进一步的，所述自相关导频序列构建导频段方法为：采用在零点自相关导频序列前后分别添加前缀和后缀的方法构建所述导频段。
具体的，所述导频段的公式为：
{g(K-N)…,g(K-2),g(K-1),g(0),g(1),…,g(K-1),g(0),g(1),…,g(N-1)}，其中，N为前缀、后缀长度，其值大于常规散射信道时延扩展即可。
具体的，所述根据所述设计好的导频段确定待处理信道的第一信道估计包括：
构建符号间干扰信道下符号间隔等效离散时间模型；所述信道下符号间隔等效离散时间模型为：
其中，τ为采样时刻，v为多径时延扩展，bk为发送符号，pj(τ)为对应采样时刻为τ的等效离散时间信道，zk(τ)为零均值复高斯噪声；
根据所述符号间隔等效离散时间模型，进行第一LS算法信道估计的计算。所述第一LS算法信道估计的计算为：
其中，Q是观察区间大小，bk-v，…，bk+Q-1为已知导频序列。采用添加前缀、后缀的导频段设计方法以后，只要信道时延扩展小于前缀、后缀长度，第一LS算法中/>即成为单位矩阵，即有可根据需求选择常规散射信道下的信道估计方法，不局限于本文定义的第一LS算法。
进一步的，所述根据所述导频段确定待处理信道的第二信道估计包括：
利用第二LS算法信道估计的计算，得到所述第二信道估计可根据需求选择飞行器衰落信道下的信道估计方法，不局限于第二LS算法。其中，第二LS算法的步骤同第一LS算法相似，在此不再赘述。
进一步的，所述判断常规信道环境下τ0是否为信道同步点包括：
获取信道估计误差ε(τ)；
信道估计误差计算如下：
||||表示矢量2范数，ε(τ)即联合优化τ和/>的度量。
根据所述信道估计误差和得到第一信噪比/>
信道估计第一信噪比定义如下式：
判断第一信噪比是否小于λ0，若否，则确定τ0是信道同步点，所述同步点对应的信道估计为若是，则认定为存在飞行器衰落，并判断飞行器衰落环境下，τ1是否为信道同步点；其中，λ0为常规散射信道下系统正常工作的信噪比门限。
进一步的，所述判断飞行器衰落环境下τ1是否为信道同步点，包括：
获取信道估计误差ε(τ)；
根据所述信道估计误差和得到第二信噪比/>
判断第二信噪比是否小于λ1，若否，则确定τ1是信道同步点，所述同步点对应的信道估计为若是，则确定同步点为τ0，对应信道估计为/>
不局限于用第一信噪比和第二信噪比来作为常规散射信道和飞行器衰落信道的判决依据。
本实施例具体公开了联合同步、多径长度和信道估计技术的具体步骤为：
①假定常规散射信道，按照相关算法进行信道估计，计算ε(τ),τ∈Λ0，Λ0为常规散射信道同步搜索范围；
②令τ0＝argminε(τ),，计算/>
③定义λ0为常规散射信道下系统正常工作的信噪比门限，如果则同步点为τ0，对应信道估计为/>联合同步、多径长度、信道估计结束，否则继续执行以下步骤；
④假定飞行器衰落，按照LS算法进行信道估计，然后计算,τ∈Λ1，Λ1为飞行器衰落存在时的同步搜索范围；
⑤令τ1＝argminε(τ)，τ∈Λ1，计算/>
⑥定义λ1为有飞行器衰落时散射系统正常工作的信噪比门限，如果 则同步点为τ1，对应信道估计为/>否则同步点为τ0，对应信道估计为/>
本发明的有益效果如下：
①本发明提高了常规散射信道下通信系统的同步、信道估计性能；
②本发明利用联合思想保证了具有不同多径长度的常规散射信道和有飞行器衰落的散射信道下通信系统的性能；
③本发明不会增加额外的导频开销和系统硬件成本，在不改变适用于常规散射信道的原有波形的前提下，通过软件模块的添加即可实现。
④本发明满足高速率、高实时性、高稳定性需求，可以使散射通信系统应用于更多场合。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种基于非结构时空多维数据的信道估计匹配方法，其特征在于，包括：
获取非结构时空多维数据中在时域、频域均具有恒定幅度的零点自相关导频序列；
根据所述自相关导频序列构建导频段；
根据所述导频段确定待处理信道的第一信道估计
判断常规信道环境下τ0是否为信道同步点，若是，则确定所述信道同步点对应的信道估计为若否，则认定为存在飞行器衰落，确定飞行器衰落环境下的待处理信道的第二信道估计/>并判断飞行器衰落环境下τ1是否为信道同步点，若是，则确定所述信道同步点对应的信道估计为/>若否，则确定τ0为信道同步点，并确定所述信道同步点对应的信道估计为/>
2.根据权利要求1所述的基于非结构时空多维数据的信道估计匹配方法，其特征在于，所述自相关导频序列为FrankChu序列；所述FrankChu序列的长度为64。
3.根据权利要求1所述的基于非结构时空多维数据的信道估计匹配方法，其特征在于，所述自相关导频序列构建导频段，包括：采用在零点自相关导频序列前后分别添加前缀和后缀的方法构建所述导频段。
4.根据权利要求1所述的基于非结构时空多维数据的信道估计匹配方法，其特征在于，所述导频段的公式为：
gK-N…,gK-2,gK-1,g0,g1,…,gK-1,g0,g1,…,gN-1，其中，N为前缀、后缀长度。
5.根据权利要求1所述的基于非结构时空多维数据的信道估计匹配方法，其特征在于，所述根据所述设计好的导频段确定待处理信道的第一信道估计包括：
构建符号间干扰信道下符号间隔等效离散时间模型；
根据所述符号间隔等效离散时间模型，进行第一LS算法信道估计的计算。
6.根据权利要求1所述的基于非结构时空多维数据的信道估计匹配方法，其特征在于，所述根据所述导频段确定待处理信道的第二信道估计包括：
利用第二LS算法信道估计的计算，得到所述第二信道估计
7.根据权利要求5所述的一基于非结构时空多维数据的信道估计匹配方法，其特征在于，所述判断常规信道环境下τ0是否为信道同步点包括：
获取信道估计误差ε(τ)；
根据所述信道估计误差和得到第一信噪比/>
判断第一信噪比是否小于λ0，若否，则确定τ0是信道同步点，所述同步点对应的信道估计为若是，则认定为存在飞行器衰落，并判断飞行器衰落环境下，τ1是否为信道同步点；其中，λ0为常规散射信道下系统正常工作的信噪比门限。
8.根据权利要求6所述的基于非结构时空多维数据的信道估计匹配方法，其特征在于，所述判断飞行器衰落环境下τ1是否为信道同步点，包括：
获取信道估计误差ε(τ)；
根据所述信道估计误差和得到第二信噪比/>
判断第二信噪比是否小于λ1，若否，则确定τ1是信道同步点，所述同步点对应的信道估计为若是，则确定同步点为τ0，对应信道估计为/>
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