CN104780130B - 一种改进的基于导频的sim‑ofdm的信道估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改进的基于导频的SIM‑OFDM的信道估计方法，属于通信抗干扰技术领域，本发明针对现有SIM‑OFDM通信方法信道估计实施困难的技术问题，提出了一种在静默子载波上***导频序列来完成信道估计的方法：发送端在静默子载波上***任意能量的导频序列；接收端对多个接收信号进行统一处理，根据公式得到平均信道频域响应，基于

Description

一种改进的基于导频的SIM-OFDM的信道估计方法

技术领域

本发明属于通信抗干扰技术领域，具体涉及一种基于导频的SIM-OFDM的信道估计方法。

背景技术

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术是一种无线通信的高速传输技术，其基本原理是将高速的数据流分解成许多低速率的子数据流，即将信号分成许多正交的子载波，利用这些相互正交的子载波同时进行传输。该技术利用子载波对数据进行调制，扩展了符号的脉冲宽度，可以有效地抵抗符号间干扰(Inter-SymbolInterference,ISI)，提高了对抗多径衰落的性能。与传统频分复用(FDM)相比，OFDM不需要专门的保护频带。虽然频谱之间会有重叠，但是各个载波之间是相互正交的。根据正交性原理可知，各个载波之间是不存在干扰的，从而大大提高了频谱的利用率。

近来，一种新的多载波通信方式——基于子载波索引调制(Subcarrier IndexModulation,SIM)的OFDM***被提出。对于SIM-OFDM***而言，除了增加了SIM调制模块以外，其他的步骤和传统的OFDM***并没有任何差异。其中，最核心的SIM调制模块采用了子载波分块的思想。首先将整个多载波连续地分成大小相同的多个子块，每个子块中通过索引比特来选择其中若干个子载波(称之为激活子载波)来发送数据，而其余的子载波不发送数据(称之为静默子载波)。由于索引比特本身并不发送，而是隐含在激活子载波的位置信息中的，所以索引比特并不占用频谱资源。在接收端，通过激活子载波的位置就可以获得索引比特的信息。

现有的SIM-OFDM与传统的OFDM通信方法相比，有着诸多优点，例如SIM-OFDM***峰值平均功率比更小、对抗子载波间干扰性能更好、误码率更低等，通过选择不同的功率分配策略还可以节约发射机能量。缺点是由于采用了分块的方式，SIM-OFDM***无法像OFDM***中一样，简单地在固定的位置上***导频以完成信道估计。SIM-OFDM***中，若在每个块中的固定位置***导频，又会产生浪费频谱资源的问题，失掉其本身的优势。

发明内容

本发明针对现有SIM-OFDM通信方法信道估计实施困难的技术问题，提出了一种在静默子载波上***任意能量导频序列来完成信道估计的方法。从而使得既保留了SIM-OFDM***本身的优势，又可以利用导频进行信道估计。

本发明的一种改进的基于导频的SIM-OFDM的信道估计方法，包括下列步骤：

发送端：

步骤1-1：对***的子载波进行分块处理，得到g＝N/n个子块，其中N表示***的子载波总个数，n表示每个子块的子载波个数，并确定***的激活子载波；

步骤1-2：对***的每个子块，由激活子载波携带发送数据，静默子载波携带导频数据，且每个子块中的导频数据均相同；

接收端：

步骤2-1：初始信道估计：

对m个接收信号Y_r求平均得到平均信号其中r＝1,2,...,m，m≤1/f_doppler，f_doppler表示多普勒频率；

根据公式得预处理接收信号其中k表示***的每个子块的激活子载波个数，将导频数据P＝[P₁ P₂ … P_g]^T扩展至与预处理接收信号的维数相同，得到扩展导频矩阵其中i＝1,2,…,g，j＝1,2,…,n，用P_i表示导频数据P中的每个元素，则矩阵中各元素P_i,j的取值为P_i,j＝P_i；

根据公式得到平均信道频域响应基于时域上信道变化是缓慢的原则，由平均信道频域响应得到m个接收信号的信道估计值其中r＝1,2,...,m。

步骤2-2：导频位置判断：

基于信道估计值对接收信号Y＝[Y₁ Y₂ … Y_m]进行均衡处理得到均衡信号均衡方法包括但不仅限于破零均衡(ZF)、线性最小均方误差均衡(LMMSE)等。同时，采用与发送端相同的分块方式，将各均衡信号分成g个子块，每个子块包含n个子载波，其中r＝1,2,...,m；

分别计算均衡信号的每个子块中n个子载波上的数据与当前子块对应的导频数据之间的欧式距离，查找欧式距离最小的n-k个子载波位置并记为当前子块的导频位置l_i(下标i为子块标识符)，由g个导频位置l_i构成导频位置集合L_r，再由m个导频位置集合L_r得到导频位置集合L＝{L_r}_1≤r≤m，基于导频位置集合L获取导频位置处的频域接收信号Y_p＝[Y_p,1 Y_p,2 … Y_p,m]；

步骤2-3：更新信道估计值基于导频位置处的频域接收信号Y_P、导频位置集合L和导频数据P进行信道估计(信道估计方法包括但不仅限于线性最小二乘估计(LS)、线性最小均方误差估计(LMMSE)等)，得到更新后的信道估计值

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：在现有SIM-OFDM***的基础上，在静默子载波上***任意能量的导频序列来完成信道估计的方法，即发送端在静默子载波上***任意能量导频序列，接收端对多个接收信号进行统一处理，根据公式得到平均信道频域响应继而得到初步信道估计值，再基于当前信道估计值对接收信号做均衡处理后再进行导频位置检测，从而基于导频位置、导频数据和导频位置处的频域接收信号对信道估计进行更新。本发明既保留了SIM-OFDM***本身的优势，又可以利用导频进行信道估计，为最终的检测算法提供依据。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合实施方式，对本发明作进一步地详细描述。

本发明以现有的SIM-OFDM***为基础，与现有的SIM-OFDM***不同的是，发送端在静默子载波上导频序列，然后在接收端通过特殊的检测方法将导频所在的位置检测出来完成信道估计，其中所涉及的SIM调制、发送和接收处理等均与现有的SIM-OFDM***相同。

下面以(n,k)＝(2,1)，总的子载波个数N＝1024，循环前缀CP＝64，调制符号采用QPSK(4-QAM)，采用ZF均衡、LMMSE信道估计为例介绍本发明的具体实施方式。

发送端：

步骤1-1：确定要选择的***的参数，即确定子载波个数N＝1024，每个子块的子载波个数n＝2，子块中激活多少子载波个数k＝1，分成的子块数g＝N/n＝512，调制阶数M＝4。然后根据公式计算出一帧的比特数量。对于其中任意一个子块而言索引比特长度为：表示向下取整，则对于一帧的索引OFDM***而言一共有m₁＝p₁g＝512位索引比特；对激活的子载波发送4-QAM调制符号，对于(n,k)＝(2,1)的***而言，可以发送一帧的调制比特个数为：m₂＝gp₂＝gklog₂M＝1024，则一帧总的比特数m＝m₁+m₂＝1536。将此帧数据分成两组，一组为索引比特，用于选择子载波发送数据，一组为调制比特，用于调制到被激活中的子载波中发送出去。

步骤1-2：进行常规的SIM调制，确定对应的激活子载波(每个子块的激活子载波个数用k表示)，然后将SIM调制符号分配到对应的激活子载波上。

SIM调制的具体过程为：k个子载波携带p₂位比特信息，每个子载波携带1个符号，每个符号是将log₂M个比特映射成的1个M阶信号调制符号。每个子块中根据p₁个比特的数值取值来确定具体哪k个激活子载波来发送这k个M阶信号调制符号。

接收端：

对6个SIM-OFDM接收信号Y_r,r＝1,2,...,6进行统一处理，任意Y_r的维数为1024×1，则接收信号Y＝[Y₁ Y₂ Y₃ Y₄ Y₅ Y₆]的维数为1024×6。

步骤1：初始信道估计。对6个SIM-OFDM接收信号Y_r,r＝1,2,...,6求平均得发送信号中，每个子载波上出现导频的概率为用接收信号的均值除以这个概率得到预处理接收信号因为每个子块中的导频都是相同，对导频数据P＝[P₁ P₂ … P₅₁₂]^T进行扩展至于Y的维数相同，得到扩展后的导频矩阵由预处理接收信号导频数据根据公式得到平均信道频域响应在时域上，认为信道的变化是缓慢的，用平均信道频域响应表示连续6个符号的信道频域响应，得到信道估计值

步骤2：导频位置判断。利用步骤1得到的信道估计值对接收信号Y进行均衡得到同样，对均衡信号的每列(即)采用与发送端相同的方式进行分块，得到g＝512个子块，每个块中含有2个子载波。分块之后，对每个块逐一进行检测。检测方法为：每个块中2个子载波上的数据(分块后的数据)与该块对应的导频数据P_i进行欧式距离d_j比较，其中其中i表示第i个子块，j表示第i个子块中的第j个子载波，认为欧式距离d_j最小的1个子载波位置为当前子块的导频数据P_i所在子载波位置，即将第i个子块中，最小欧式距离d_j所对应的子载波位置记为导频位置l_i，由512个子块的导频位置l_i构成与每个接收信号对应的导频位置集合L_r，最终得到导频位置集合L＝{L₁ L₂ … L₆}，由导频位置的集合L可获得导频位置处的频域接收信号Y_p＝[Y_p,1 Y_p,2 … Y_p,6]。

步骤3：更新信道估计。由导频位置处的频域接收信号Y_p、导频数据P和步骤2得到的导频位置集合L进行信道估计得到

若认为步骤3所获得的信道估计不能满足***的性能要求，可以提高更新信道估计的次数，即重复执行步骤2和3，当重复次数等于预设阈值T(T的取值范围为1～3)时，终止重复，得到最终的信道估计值

将基于本发明得到的信道估计值用于对接收信号Y_r,r＝1,2,...,6的信号检测，得到解调数据，其信号检测方法可采用惯用的ML检测等。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。

Claims (5)

1.一种改进的基于导频的SIM-OFDM的信道估计方法，其特征在于，包括下列步骤：

发送端：

步骤1-1：对***的子载波进行分块处理，得到g＝N/n个子块，其中N表示***的子载波总个数，n表示每个子块的子载波个数，并确定***的激活子载波；

步骤1-2：对***的每个子块，由激活子载波携带发送数据，静默子载波携带导频数据，且每个子块中的导频数据均相同；

接收端：

步骤2-1：初始信道估计：

对m个接收信号Y_r求平均得到平均信号其中r＝1,2,...,m，m≤1/f_doppler，f_doppler表示多普勒频率；

根据公式得到预处理接收信号其中k表示***的每个子块的激活子载波个数，将导频数据P＝[P₁ P₂ … P_g]^T扩展至与预处理接收信号的维数相同，得到扩展导频矩阵其中i＝1,2,…,g，j＝1,2,…,n，用P_i表示导频数据P中的每个元素，则矩阵中各元素的取值为

根据公式得到平均信道频域响应由平均信道频域响应得到m个接收信号的信道估计值其中r＝1,2,...,m；

步骤2-2：导频位置判断：

基于信道估计值对接收信号Y＝[Y₁ Y₂ … Y_m]进行均衡处理得到均衡信号

采用与发送端相同的分块方式，将各均衡信号分成g个子块，每个子块包含n个子载波，其中r＝1,2,...,m；

分别计算均衡信号的每个子块中n个子载波上的数据与当前子块对应的导频数据之间的欧式距离，查找欧式距离最小的n-k个子载波位置作为当前子块的导频位置，由g个子块的导频位置构成导频位置集合L_r，由m个导频位置集合L_r得到导频位置集合L，基于导频位置集合L获取导频位置处的频域接收信号Y_p＝[Y_p,1 Y_p,2 … Y_p,m]；

步骤2-3：更新信道估计值基于导频位置处的频域接收信号Y_P、导频位置集合L和导频数据P进行信道估计，得到更新后的信道估计值

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，重复执行步骤2-2和2-3，直到重复次数大于或等于预设阈值T。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预设阈值T的取值范围为1～3。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤2-2中所述的均衡处理方法为：破零均衡方法或线性最小均方误差均衡方法。

5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤2-3所述信道估计方法为：线性最小二乘估计方法或线性最小均方误差估计方法。