CN109391568B - 无线通信信道的估计方法/***、计算机存储介质及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种无线通信信道的估计方法/***、计算机存储介质及设备，无线通信信道的估计方法包括：利用正交频分复用发射信号的循环平稳特性及信道扩散的循环平稳特征，对无线通信信道进行信道估计和/或噪声方差估计。本发明通过利用CP引入的内在循环平稳特性及其相应的信道扩散的循环平稳特性，在不额外增加发射端和接收端处理的前提下，为单天线OFDM***提供一种有效的信道估计和噪声方差估计方法，同时该方法可推广到多天线***来获得更多的信道分集增益。

Description

无线通信信道的估计方法/***、计算机存储介质及设备
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，涉及一种估计方法和***，特别是涉及一种无线通信信道的估计方法/***、计算机存储介质及设备。
背景技术
正交频分复用(OFDM)技术由于其收发机低复杂度、高频谱效率以及抗多径衰落的优点，已广泛应用在多个通信***中，如欧洲的数字电视广播(DVB)、***/第五代移动通信***(4G/5G)、无线局域网(WLAN)。OFDM***的一个主要特征是，在每个OFDM符号前都加入了循环前缀(CP)，来对抗符号间干扰(ISI)和信道间干扰(ICI)。在实际的OFDM***中，由于接收信号会受到未知信道衰落影响，信道估计是保证正确相关检测和***整体性能的一项关键技术。另外，噪声方差估计也在OFDM***中的自适应编码调制以及自适应功率分配等算法中发挥重要作用。
现有的信道估计通常分为基于导频的信道估计和盲信道估计两大类算法，盲信道估计由于不需要发送导频序列，其在高带宽效率应用场景具有很大优势，此外，当导频序列不可得或受到干扰污染时，盲信道估计也是一种优选的解决方案。大多数盲信道估计方法是基于高阶统计量来识别非最小相位信道，如果***可获得额外的信道分集，信道估计可仅基于二阶统计量来完成。子空间算法是一种典型的基于二阶统计量的信道估计方法，它具有鲁棒的抗噪性能，并且适用于任意类型星座图数据。为使基于二阶统计量的信道估计方法具有可行性，通常在通信***中引入过采样或多天线来增加信道分集增益，此外，也可通过预编码、虚拟子载波等方式来利用额外的信息，来满足子空间方法的信道识别条件。
随着无线网络的发展，宽带移动通信、下一代数字电视广播以及移动互联网都将终端移动性支持作为无线网络发展的一项基本商业需求，在移动环境下，传统的频率选择性衰落信道模型已不再适用，信道衰落表现为时频双选择性衰落(也称作时变多径衰落)，这种双选择性衰落给信道估计带来了更大挑战。为了降低待估计信道参数的数量，双选择性衰落信道可以建模为基扩展模型(BEM)，其中时间选择性衰落可用描述多普勒效果的基函数以及时不变权系数加权组和表示，由于BEM可更准确地描述时频选择衰落模型，BEM模型已在OFDM***中得到广泛应用。
由于循环平稳特性在通信信号中的普适性以及循环平稳处理在低信噪比(SNR)环境、抗干扰方面的鲁棒性，循环平稳分析方法在检测、估计以及信息提取等诸多应用中可以大大提升信号处理性能。在OFDM***中，CP处理可以看作是周期处理过程，因此在OFDM发射信号中引入了循环平稳性，同时，双选择性衰落信道可以建模为复指数展开，这也是一种周期表达形式，这样，OFDM信号内在的周期性和BEM模型周期表达形式为接收信号具有循环平稳特征提供了条件。已有研究分析发现，频率选择性衰落在延迟参数维对发射信号的循环平稳特征进行了扩散，时间选择性衰落在循环频率维对发射信号的循环平稳特征进行了扩散。在接收信号中，这些由发射端CP引入的内在循环平稳特征以及信道扩散的循环平稳特征携带了丰富的信道衰落信息，因此可以利用来进行信道估计和噪声方差估计，以提高估计性能。但是现有技术提高估计性能是需要以额外增加预编码等发射端处理、额外引入过采样、多天线等接收端处理为前提。
因此，如何提供一种无线通信信道的估计方法/***、计算机存储介质及设备，以解决现有技术提高估计性能是需要以额外增加预编码等发射端处理、额外引入过采样、多天线等接收端处理为前提等缺陷，实已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种无线通信信道的估计方法/***、计算机存储介质及设备，用于解决现有技术中提高估计性能是需要以额外增加预编码等发射端处理、额外引入过采样、多天线等接收端处理为前提的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明一方面提供提供一种无线通信信道的估计方法，包括利用正交频分复用发射信号的循环平稳特征及信道扩散的循环平稳特征，对无线通信信道进行信道估计和/或噪声方差估计。
于本发明的一实施例中，所述无线通信信道为时变多径衰落信道；利用基扩展模型建模的时变多径衰落信道在时刻n迟滞l的信道脉冲响应为：
Figure GDA0001475084010000021
其中，hq(l)是第l阶的基扩展模型系数，exp(j2πqn/KM)表示基函数，用以表征时变多径衰落信道的时变特征，q表示基函数的基序号，且满足Q1≤q≤Q2，Q1、Q2为整数，Q1及Q2的取值为常数或由离散多普勒扩展Q计算得到；K为OFDM符号数；M为包含循环前缀的正交频分复用符号的长度，M＝N+NCP，N表示子载波数、NCP表示循环前缀长度；接收信号的时变自相关的计算公式为：
Figure GDA0001475084010000022
其中，
Figure GDA0001475084010000023
表示计算的接收信号的时变自相关，符号‘^’表示估计值，(·)*表示共轭运算，τ表示延迟参数；正交频分复用接收信号
Figure GDA0001475084010000031
s(n)为正交频分复用发射信号，Lh表示信道的最大离散延迟扩展，v(n)表示加性白高斯噪声。
于本发明的一实施例中，引入第一中间变量和第二中间变量的接收信号的时变自相关的表达式为：
Figure GDA0001475084010000032
其中，Rh(γ)为基扩展模型系数的相关值；
Figure GDA0001475084010000033
为噪声方差；第一中间变量表示为f(n,ξ)，第二中间变量表示为
Figure GDA0001475084010000034
其中，ξ+γ＝τ，-Lh≤γ≤Lh；第一中间变量f(n,ξ)仅当ξ取值为-N、0、N时有非零值，且满足：
Figure GDA0001475084010000035
第二中间变量
Figure GDA0001475084010000036
且第二中间变量由基函数bq(n)＝exp(j2πqn/KM)组成；基扩展模型系数的相关值
Figure GDA0001475084010000037
且
Figure GDA0001475084010000038
于本发明的一实施例中，所述无线通信信道的估计方法还包括利用引入第一中间变量和第二中间变量的接收信号的时变自相关的表达式计算基扩展模型系数的相关值，并根据基扩展模型系数的相关值估计基扩展模型系数和/或计算噪声方差。
于本发明的一实施例中，利用正交频分复用发射信号中循环前缀引入的循环平稳特征以及其相应由信道扩散得到的循环平稳特征，按照计算公式cr(γ)＝Φ(γ)Rh(γ)计算基扩展模型系数的相关值Rh(γ)：其中，cr(γ)为时变自相关的矢量形式，Φ(γ)为第三中间变量。
于本发明的一实施例中，所述时变自相关的矢量形式为
Figure GDA0001475084010000039
其中，
Figure GDA00014750840100000310
并且时间序列取值集合满足：
Figure GDA0001475084010000041
Figure GDA0001475084010000042
其中，P＝M-N-Lh，1≤i≤K。
于本发明的一实施例中，所述第三中间变量基于第二中间变量转换得到，第三中间变量Φ(γ)为
Figure GDA0001475084010000043
其中，
Figure GDA0001475084010000044
于本发明的一实施例中，所述根据基扩展模型系数的相关值估计基扩展模型系数的步骤为根据所述基扩展模型系数的相关值，利用预存子空间法，估计出所述基扩展模型系数。
于本发明的一实施例中，估计噪声方差的步骤包括根据时变自相关、第二中间变量及基扩展模型系数估计所述噪声方差；噪声方差
Figure GDA0001475084010000045
其中，cr(n,0)为τ＝0的
Figure GDA00014750840100000410
值，
Figure GDA0001475084010000046
为ξ＝0,γ＝0的
Figure GDA0001475084010000047
值，
Figure GDA0001475084010000048
为γ＝0的
Figure GDA0001475084010000049
值。
本发明另一方面提供一种无线通信信道的估计***，包括：估计模块，用于利用正交频分复用发射信号的循环平稳特征及信道扩散的循环平稳特征，对无线通信信道进行信道估计和/或噪声方差估计。
于本发明的一实施例中，所述估计模块包括：建模单元，利用基扩展模型对无线通信信道进行建模；计算单元，用于计算接收信号的时变自相关；处理单元，用于通过在所述接收信号的时变自相关的表达式中引入第一中间变量和第二中间变量，来对基扩展模型系数和/或噪声方差进行估计。
于本发明的一实施例中，所述无线通信信道的估计***还包括用于接收通过所述无线通信信道传输的接收信号的通信模块。
于本发明的一实施例中，所述处理单元根据所述基扩展模型系数的相关值，利用预存子空间法，估计出所述基扩展模型系数
于本发明的一实施例中，所述对无线通信信道进行信道估计和/或噪声方差估计的步骤包括：
本发明又一方面提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述无线通信信道的估计方法。
本发明最后一方面提供一种设备，包括：处理器及存储器；所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述设备执行所述无线通信信道的估计方法
如上所述，本发明的无线通信信道的估计方法/***、计算机存储介质及设备，具有以下
有益效果：
本发明所述无线通信信道的估计方法/***、计算机存储介质及设备能够基于二阶统计量有效实现单天线CP-OFDM***的信道估计及噪声方差估计，该估计方法通过利用CP引入的内在循环平稳特性及其相应的信道扩散的循环平稳特性，在不额外增加发射端和接收端处理的前提下，为单天线OFDM***提供一种有效的信道估计和噪声方差估计方法，同时该方法可推广到多天线***来获得更多的信道分集增益。
附图说明
图1显示为本发明的无线通信信道的估计方法一种实施流程示意图。
图2显示为本发明的无线通信信道的估计***于一实施例中的原理结构示意图。
元件标号说明
2 无线通信信道的估计***
21 通信模块
22 估计模块
221 建模单元
222 计算单元
223 处理单元
S11～S14 步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一
本实施例提供一种无线通信信道的估计方法，包括：
利用正交频分复用发射信号的循环平稳特性及信道扩散的循环平稳特征，对无线通信信道进行信道估计和/或噪声方差估计。
以下将结合图示对本实施例所提供的无线通信信道的估计方法进行详细描述。在本实施例中，所述正交频分复用发射信号的循环平稳特征是指：正交频分复用发射信号的的统计量随时间呈现周期性变化的特征。OFDM信号的循环平稳特征是由OFDM信号内在的周期性引入的，比如CP***操作会使OFDM发射信号表现出循环平稳特征。所述信道扩散的循环平稳特征是指：具有循环平稳特征的发射信号经历信道衰落后，发射信号循环平稳特征沿着统计量函数的自变量维度扩散而形成的循环平稳特征。所述统计量函数包括时变自相关函数、循环自相关函数等，其中，时变自相关函数是时间序列与延迟参数两自变量的二元函数，循环自相关函数是循环频率与延迟参数两自变量的二元函数，循环平稳特征即表示统计量随时间周期变化的非零值。当使用时变自相关函数表征循环平稳特征时，若信道衰落具有频率选择性衰落(多径衰落)，则信道扩散的循环平稳特征指发射信号循环平稳特征沿着延迟参数维扩散而形成的循环平稳特征。当使用循环自相关函数表征循环平稳特征时，若信道衰落具有频率选择性衰落，则由多径衰落引入的信道扩散的循环平稳特征指发射信号循环平稳特征沿着延迟参数维扩散而形成的循环平稳特征；若信道衰落具有时间选择性衰落(多普勒扩展)，则由多普勒扩展引入的信道扩散的循环平稳特征指发射信号循环平稳特征沿着循环频率维扩散而形成的循环平稳特征。
请参阅图1，显示为无线通信信道的估计方法一种实施流程示意图。如图1所示，所述无线通信信道的估计方法具体包括以下几个步骤：
S11，接收通过所述无线通信信道传输的接收信号r(n)。在本实施例中，所述无线通信信道为时变多径衰落信道。OFDM发射信号s(n)经过时变多径衰落信道，信道在迟滞l时刻n的信道脉冲响应(CIR)用h(n,l)表示，在OFDM接收机，离散时间接收信号r(n)表示为：
Figure GDA0001475084010000061
其中，其中，Lh表示时变多径衰落信道的最大离散延迟扩展，v(n)是均值为0、方差为
Figure GDA0001475084010000062
的加性白高斯噪声(AWGN)，且AWGN独立于OFDM发射信号s(n)和时变多径衰落信道。
S12，利用基扩展模型对无线通信信道进行建模。
具体地，利用基扩展模型建模的时变多径衰落信道在时刻n迟滞l的信道脉冲响应：
Figure GDA0001475084010000071
其中，其中，hq(l)是第l阶的基扩展模型系数，Q表示离散多普勒扩展，q表示基函数的基序号，且满足-Q/2≤q≤Q/2；K为OFDM符号数；M为包含循环前缀的正交频分复用符号的长度，M＝N+NCP，N表示子载波数、NCP表示循环前缀长度。在本实施例中，直接估计时变多径信道h(n,l)会带来很多的未知参数估计，而通过BEM建模，可以有效降低待估计的未知量数量，得到BEM系数估计后，可通过公式(2)再计算得到h(n,l)。
S13，计算接收信号的时变自相关
Figure GDA0001475084010000072
在本实施例中，接收信号的时变自相关
Figure GDA0001475084010000073
的计算公式如下：
Figure GDA0001475084010000074
其中，
Figure GDA0001475084010000075
表示计算的接收信号的时变自相关，符号‘^’表示估计值，(·)*表示共轭运算，τ表示延迟参数；正交频分复用接收信号
Figure GDA0001475084010000076
s(n)为正交频分复用发射信号，Lh表示信道的最大离散延迟扩展，v(n)表示加性白高斯噪声。
S14，通过在所述接收信号的时变自相关的表达式中引入第一中间变量和第二中间变量，来对基扩展模型系数hq(l)和/或噪声方差
Figure GDA0001475084010000077
进行估计。在本实施例中，基扩展模型系数估计即是实现时变多径信道的信道估计，准确的信道估计可保证接收机正确进行相关检测以及***整体性能；而噪声方差估计在OFDM***中的自适应编码调制以及自适应功率分配等算法中起着重要作用。在本实施例中，接收信号的时变自相关的表达式如公式(4)所示：
Figure GDA0001475084010000078
其中，为方便描述，在接收信号时变自相关函数cr(n,τ)的延迟参数维引入两个变量ξ、γ，满足ξ+γ＝τ，-Lh≤γ≤Lh；式中，Rh(γ)为基扩展模型系数的相关值；
Figure GDA0001475084010000079
为噪声方差；第一中间变量表示为f(n,ξ)，由发射信号的时变自相关转换得到，第二中间变量表示为
Figure GDA00014750840100000710
由基扩展模型中的基函数转换得到；第一中间变量f(n,ξ)仅当ξ取值为-N、0、N时有非零值。所述第二引入的中间变量
Figure GDA00014750840100000711
由bq(n)组成，bq(n)是BEM模型中的基函数。
第一中间变量f(n,ξ)仅当ξ取值为-N、0、N时有非零值，且满足下式：
Figure GDA0001475084010000081
第二中间变量
Figure GDA0001475084010000082
Figure GDA0001475084010000083
且BEM模型中的基函数bq(n)＝exp(j2πqn/KM)。
Figure GDA0001475084010000084
其中，通过基扩展模型系数的相关值计算出基扩展模型系数hq(l)。
Figure GDA0001475084010000085
q属于r(n)中hq(l)的变量，q’属于r*(n+τ)中与q对应的变量。
Figure GDA0001475084010000086
所述估计基扩展模型系数和/或噪声方差的步骤具体包括以下几个步骤S141，利用引入的第一中间变量和第二中间变量的接收信号的时变自相关的表达式计算基扩展模型系数的相关值。具体地，利用正交频分复用发射信号中循环前缀引入的循环平稳特征(此时，ξ＝±N)以及其相应由信道扩散得到的循环平稳特征(此时，-Lh≤γ≤Lh)，按照如下公式计算基扩展模型系数的相关值Rh(γ)：
cr(γ)＝Φ(γ)Rh(γ) 公式(10)
其中，cr(γ)为时变自相关的矢量形式，Φ(γ)为第三中间变量。
首先，转换出所述时变自相关值的矢量形式cr(γ)。时变自相关值的矢量形式如以下公式(11)所示。
Figure GDA0001475084010000091
时间序列取值集合满足如下公式(12)：
Figure GDA00014750840100000913
Figure GDA00014750840100000914
其中，P＝M-N-Lh，1≤i≤K。
接着，基于第二中间变量转换得到第三中间变量，第三和中间变量
Figure GDA0001475084010000092
其中，
Figure GDA0001475084010000093
最后，根据所述时变自相关值的矢量形式的计算公式(10)，计算所述基扩展模型系数的相关值Rh(γ)。
S142，根据所述基扩展模型系数的相关值Rh(γ)，利用预存子空间法，估计出用于表示所述无线通信信道估计信道性能的所述基扩展模型系数hq(l)，0≤l≤Lh，-Q/2≤q≤Q/2。
S143，估计噪声方差。
具体地，根据时变自相关
Figure GDA0001475084010000094
第二中间变量
Figure GDA0001475084010000095
及基扩展模型系数Rh(γ)估计噪声方差
Figure GDA0001475084010000096
Figure GDA0001475084010000097
其中，cr(n,0)为τ＝0的
Figure GDA0001475084010000098
值，
Figure GDA0001475084010000099
为ξ＝0,γ＝0的
Figure GDA00014750840100000910
值，
Figure GDA00014750840100000911
为γ＝0的
Figure GDA00014750840100000912
值。
本实施例另提供一种计算机存储介质(即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所述无线通信信道的估计方法步骤S11至S14。
本实施例所述的无线通信信道的估计方法和计算机存储介质能够基于二阶统计量有效实现单天线CP-OFDM***的信道估计及噪声方差估计，该估计方法通过利用CP引入的内在循环平稳特性及其相应的信道扩散的循环平稳特性，在不额外增加发射端和接收端处理的前提下，为单天线OFDM***提供一种有效的信道估计和噪声方差估计方法，同时该方法可推广到多天线***来获得更多的信道分集增益。
实施例二
本实施例提供一种无线通信信道的估计***，包括：
估计模块，用于利用正交频分复用发射信号的循环平稳特性及信道扩散的循环平稳特征，对无线通信信道进行信道估计和/或噪声方差估计。
以下将结合图示对本实施例所提供的无线通信信道的估计***进行详细描述。需要说明的是，应理解以上装置的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。且这些模块可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现；也可以全部以硬件的形式实现；还可以部分模块通过处理元件调用软件的形式实现，部分模块通过硬件的形式实现。例如，x模块可以为单独设立的处理元件，也可以集成在上述装置的某一个芯片中实现，此外，也可以以程序代码的形式存储于上述装置的存储器中，由上述装置的某一个处理元件调用并执行以上x模块的功能。其它模块的实现与之类似。此外这些模块全部或部分可以集成在一起，也可以独立实现。这里所述的处理元件可以是一种集成电路，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤或以上各个模块可以通过处理器元件中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。
例如，以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，简称ASIC)，或，一个或多个微处理器(digitalsingnalprocessor，简称DSP)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(FieldProgrammableGateArray，简称FPGA)等。再如，当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器(CentralProcessingUnit，简称CPU)或其它可以调用程序代码的处理器。再如，这些模块可以集成在一起，以片上***(system-on-a-chip，简称SOC)的形式实现。
请参阅图2，显示为无线通信信道的估计***于一实施例中的原理结构示意图。如图2所示，所述无线通信信道的估计***2包括：通信模块21和估计模块22。所述估计模块22包括建模单元221、计算单元222及处理单元223。
所述通信模块21用于接收通过所述无线通信信道传输的接收信号
Figure GDA0001475084010000101
在本实施例中，所述无线通信信道为时变多径衰落信道。
与所述通信模块21耦合的估计模块22用于利用正交频分复用发射信号的循环平稳特征及信道扩散的循环平稳特征，对无线通信信道进行信道估计和/或噪声方差估计。
具体地，所述建模单元221用于利用基扩展模型对无线通信信道进行建模
Figure GDA0001475084010000111
与所述建模单元221耦合的计算单元222用于用于计算接收信号的时变自相关；
与所述建模单元221和计算单元222耦合的处理单元223用于通过在所述接收信号的时变自相关的表达式引入第一中间变量和第二中间变量，来对基扩展模型系数和噪声方差进行估计。
具体地，所述处理单元223用于利用引入的第一中间变量和第二中间变量的接收信号的时变自相关的表达式计算基扩展模型系数的相关值Rh(γ)，根据所述基扩展模型系数的相关值Rh(γ)，利用预存子空间法，估计出用于表示所述无线通信信道估计信道性能的所述基扩展模型系数hq(l)，并根据时变自相关，第二中间变量及基扩展系数估计噪声方差。由于无线通信信道的估计***与实施例所述的无线通信信道的估计方法一一对应，此处不再赘述各模块，单元的具体功能。
实施例三
本实施例提供一种设备，本设备包括：处理器、存储器、收发器、通信接口和***总线；存储器和通信接口通过***总线与处理器和收发器连接并完成相互间的通信，存储器用于存储计算机程序，通信接口用于和其他设备进行通信，处理器和收发器用于运行计算机程序，使设备执行如上无线通信信道的估计方法的各个步骤。
上述提到的***总线可以是外设部件互连标准(PeripheralPomponentInterconnect，简称PCI)总线或扩展工业标准结构(ExtendedIndustryStandardArchitecture，简称EISA)总线等。该***总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。通信接口用于实现数据库访问装置与其他设备(例如客户端、读写库和只读库)之间的通信。存储器可能包含随机存取存储器(RandomAccessMemory，简称RAM)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatilememory)，例如至少一个磁盘存储器。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(CentralProcessingUnit，简称CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignalProcessing，简称DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field－ProgrammableGateArray，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
综上所述，本发明所述无线通信信道的估计方法/***、计算机存储介质及设备能够基于二阶统计量有效实现单天线CP-OFDM***的信道估计及噪声方差估计，该估计方法通过利用CP引入的内在循环平稳特性及其相应的信道扩散的循环平稳特性，在不额外增加发射端和接收端处理的前提下，为单天线OFDM***提供一种有效的信道估计和噪声方差估计方法，同时该方法可推广到多天线***来获得更多的信道分集增益。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (13)

1.无线通信信道的估计方法，其特征在于，包括：
利用正交频分复用发射信号的循环平稳特征及信道扩散的循环平稳特征，对无线通信信道进行信道估计和/或噪声方差估计；
该步骤包括：利用基扩展模型对无线通信信道进行建模；
计算接收信号的时变自相关；
通过在所述接收信号的时变自相关的表达式中引入第一中间变量和第二中间变量，来对基扩展模型系数和/或噪声方差进行估计；其中，引入第一中间变量和第二中间变量的接收信号的时变自相关的表达式为：
Figure FDA0002852316220000011
其中，Rh(γ)为基扩展模型系数的相关值；
Figure FDA0002852316220000012
为噪声方差；第一中间变量表示为f(n,ξ)，第二中间变量表示为
Figure FDA0002852316220000013
其中，n表示时刻，ξ+γ＝τ，-Lh≤γ≤Lh；ξ、γ为在接收信号时变自相关函数cr(n,τ)的延迟参数维引入的两个变量；
第一中间变量f(n,ξ)仅当ξ取值为-N、0、N时有非零值，且满足：
Figure FDA0002852316220000014
M为包含循环前缀的正交频分复用符号的长度，M＝N+NCP，N表示子载波数，Lh表示信道的最大离散延迟扩展；K为OFDM符号数，NCP表示循环前缀长度；
第二中间变量
Figure FDA0002852316220000015
且第二中间变量由基函数bq(n)＝exp(j2πqn/KM)组成；
基扩展模型系数的相关值
Figure FDA0002852316220000016
且
Figure FDA0002852316220000017
Figure FDA0002852316220000021
其中，hq(l)是第l阶的基扩展模型系数，l表示时刻n迟滞，q表示基函数的基序号，且满足Q1≤q≤Q2，Q1、Q2为整数，Q1及Q2的取值为常数或由离散多普勒扩展Q计算得到，τ表示延迟参数。
2.根据权利要求1所述的无线通信信道的估计方法，其特征在于，所述无线通信信道为时变多径衰落信道；利用基扩展模型建模的时变多径衰落信道在时刻n迟滞l的信道脉冲响应为：
Figure FDA0002852316220000022
其中，hq(l)是第l阶的基扩展模型系数，exp(j2πqn/KM)表示基函数，用以表征时变多径衰落信道的时变特征，q表示基函数的基序号，且满足Q1≤q≤Q2，Q1、Q2为整数，Q1及Q2的取值为常数或由离散多普勒扩展Q计算得到；K为OFDM符号数；M为包含循环前缀的正交频分复用符号的长度，M＝N+NCP，N表示子载波数、NCP表示循环前缀长度；
接收信号的时变自相关的计算公式为：
Figure FDA0002852316220000023
其中，
Figure FDA0002852316220000024
表示计算的接收信号的时变自相关，符号‘^’表示估计值，(·)*表示共轭运算，τ表示延迟参数；正交频分复用接收信号
Figure FDA0002852316220000025
s(n)为正交频分复用发射信号，Lh表示信道的最大离散延迟扩展，v(n)表示加性白高斯噪声。
3.根据权利要求1所述的无线通信信道的估计方法，其特征在于，所述无线通信信道的估计方法还包括利用引入第一中间变量和第二中间变量的接收信号的时变自相关的表达式计算基扩展模型系数的相关值，并根据基扩展模型系数的相关值估计基扩展模型系数和/或计算噪声方差。
4.根据权利要求3所述的无线通信信道的估计方法，其特征在于，利用正交频分复用发射信号中循环前缀引入的循环平稳特征以及其相应由信道扩散得到的循环平稳特征，按照计算公式cr(γ)＝Φ(γ)Rh(γ)计算基扩展模型系数的相关值Rh(γ)：其中，cr(γ)为时变自相关的矢量形式，Φ(γ)为第三中间变量。
5.根据权利要求4所述的无线通信信道的估计方法，其特征在于，
所述时变自相关的矢量形式为
Figure FDA0002852316220000031
其中，
Figure FDA0002852316220000032
并且时间序列取值集合满足：
Figure FDA0002852316220000033
Figure FDA0002852316220000034
其中，P＝M-N-Lh，1≤i≤K。
6.根据权利要求5所述的无线通信信道的估计方法，其特征在于，
所述第三中间变量基于第二中间变量转换得到，第三中间变量Φ(γ)为
Figure FDA0002852316220000035
其中，
Figure 2
；
Figure 3
。
7.根据权利要求3所述的无线通信信道的估计方法，其特征在于，所述根据基扩展模型系数的相关值估计基扩展模型系数的步骤为根据所述基扩展模型系数的相关值，利用预存子空间法，估计出所述基扩展模型系数。
8.根据权利要求3所述的无线通信信道的估计方法，其特征在于，估计噪声方差的步骤包括根据时变自相关、第二中间变量及基扩展模型系数估计所述噪声方差；噪声方差
Figure FDA0002852316220000037
其中，cr(n,0)为τ＝0的
Figure FDA0002852316220000038
值，
Figure FDA0002852316220000039
为ξ＝0,γ＝0的
Figure FDA00028523162200000310
值，
Figure FDA00028523162200000311
为γ＝0的
Figure FDA00028523162200000312
值。
9.一种无线通信信道的估计***，其特征在于，包括：
估计模块，用于利用正交频分复用发射信号的循环平稳特征及信道扩散的循环平稳特征，对无线通信信道进行信道估计和/或噪声方差估计；所述估计模块包括：
建模单元，利用基扩展模型对无线通信信道进行建模；
计算单元，用于计算接收信号的时变自相关；
处理单元，用于通过在所述接收信号的时变自相关的表达式中引入第一中间变量和第二中间变量，来对基扩展模型系数和/或噪声方差进行估计；其中，引入第一中间变量和第二中间变量的接收信号的时变自相关的表达式为：
Figure FDA0002852316220000041
其中，Rh(γ)为基扩展模型系数的相关值；
Figure FDA0002852316220000042
为噪声方差；第一中间变量表示为f(n,ξ)，第二中间变量表示为
Figure FDA0002852316220000043
其中，n表示时刻，ξ+γ＝τ，-Lh≤γ≤Lh；ξ、γ为在接收信号时变自相关函数cr(n,τ)的延迟参数维引入的两个变量；
第一中间变量f(n,ξ)仅当ξ取值为-N、0、N时有非零值，且满足：
Figure FDA0002852316220000044
M为包含循环前缀的正交频分复用符号的长度，M＝N+NCP，N表示子载波数，Lh表示信道的最大离散延迟扩展；K为OFDM符号数，NCP表示循环前缀长度；
第二中间变量
Figure FDA0002852316220000045
且第二中间变量由基函数bq(n)＝exp(j2πqn/KM)组成；
基扩展模型系数的相关值
Figure FDA0002852316220000046
且
Figure FDA0002852316220000047
Figure FDA0002852316220000048
其中，hq(l)是第l阶的基扩展模型系数，l表示时刻n迟滞，q表示基函数的基序号，且满足Q1≤q≤Q2，Q1、Q2为整数，Q1及Q2的取值为常数或由离散多普勒扩展Q计算得到，τ表示延迟参数。
10.根据权利要求9所述的无线通信信道的估计***，其特征在于，所述无线通信信道的估计***还包括用于接收通过所述无线通信信道传输的接收信号的通信模块。
11.根据权利要求10所述的无线通信信道的估计***，其特征在于，所述处理单元根据所述基扩展模型系数的相关值，利用预存子空间法，估计出所述基扩展模型系数。
12.一种计算机存储介质，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权利要求1至8中任一项所述无线通信信道的估计方法。
13.一种无线通信信道的估计设备，其特征在于，包括：处理器及存储器；
所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述设备执行如权利要求1至8中任一项所述无线通信信道的估计方法。
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