CN111555993B - Fbmc***中基于迭代预处理的信道估计方法 - Google Patents
Fbmc***中基于迭代预处理的信道估计方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111555993B CN111555993B CN202010429354.3A CN202010429354A CN111555993B CN 111555993 B CN111555993 B CN 111555993B CN 202010429354 A CN202010429354 A CN 202010429354A CN 111555993 B CN111555993 B CN 111555993B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- channel estimation
- channel
- pilot frequency
- estimation value
- pilot
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims abstract description 34
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000009499 grossing Methods 0.000 claims description 12
- 238000005562 fading Methods 0.000 abstract description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 9
- 239000005038 ethylene vinyl acetate Substances 0.000 description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- DQXBYHZEEUGOBF-UHFFFAOYSA-N but-3-enoic acid;ethene Chemical compound C=C.OC(=O)CC=C DQXBYHZEEUGOBF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 229920001200 poly(ethylene-vinyl acetate) Polymers 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L25/00—Baseband systems
- H04L25/02—Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
- H04L25/0202—Channel estimation
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L25/00—Baseband systems
- H04L25/02—Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
- H04L25/0202—Channel estimation
- H04L25/024—Channel estimation channel estimation algorithms
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)
Abstract
本发明公开了一种FBMC***中基于迭代预处理的信道估计方法，主要解决FBMC***中用现有的平均加权预处理算法处理增益因子载波相关性下降而受限，导致信道估计性能较差的问题。其实现方案为：1)利用成对导频POP算法计算信道估计初始值；2)对导频处的信道估计初始值进行迭代预处理；3)对迭代预处理后的导频处信道估计值进行插值，得到数据符号位置的信道估计值；4)将数据符号位置的信道估计值组合成完整的信道估计值。本发明在平坦信道环境下，兼顾了POP法信道估计计算的简易性和迭代预处理获得的高信道增益特性，提高了信道估计的整体性能，可用于慢衰落信道下的滤波器组多载波FBMC***。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，特别涉及一种信道估计方法,可用于慢衰落信道下的滤波器组多载波FBMC***。
背景技术
滤波器组多载波FBMC通过引入时频聚焦特性良好的原型滤波器，相比传统的正交频分复用OFDM***获得了更高的频谱利用率和更小的带外泄露，且具有更多的灵活性。因此，FBMC技术是一项更具潜力的多载波技术，而且已经成为研究热点并被广泛应用于无线通信中。然而FBMC***为了保证传输速率使用的偏移正交幅度调制OQAM，放宽了子载波正交的条件，导致***会产生固有干扰，从而影响***信道估计的性能。目前针对平坦衰落信道已经有了大量的研究成果，但是现有的信道估计算法在复杂度、准确性以及频谱资源利用率上很难取得平衡。
针对以上问题，目前基于块状导频的信道估计算法主要有成对导频法POP和干扰近似法IAM，POP算法通过简单的计算即可消除干扰的影响，但是由于忽略了对噪声的考虑，导致该算法对噪声扰动较为敏感。IAM算法主要思想是对导频处的干扰进行估计，并将其作为导频能量的一部分，从而降低噪声的影响，该算法虽然在平坦衰落信道中性能较好且有不同的变种，但是算法复杂度较高且相对于POP法频谱利用率有所下降。基于平均加权预处理算法是对POP算法的信道估计值进行平均加权处理，虽然提高了POP算法的信道估计性能，但是随着两边子载波与中心子载波距离的增加，相应载波的相关系数逐渐下降，从而限制了加权预处理的增益。
综上所述，现有技术存在的问题是：
(1)POP算法信道估计准确度不够，对噪声影响较为敏感。
(2)IAM算法频谱利用率低，且算法复杂度相对较高。
(3)基于平均加权预处理算法虽然复杂度不太高，但是相关系数的衰减限制了信道估计的增益。
发明内容
本发明的目的在于上述现有信道估方法存在的问题，提出一种基于迭代预处理的信道估计方法，以减小相关系数衰减对信道估计增益的限制。
为实现上述目的，本发明技术方案包括如下步骤：
(1)利用POP算法计算FBMC***中的导频位置信道估计值：
(2)对导频位置邻近的三个子载波上的信道估计值进行迭代预处理，获得信道估计的处理增益：
(2a)对相邻三个子载波进行平滑处理得到迭代一次后的信道估计
再对迭代一次后的信道估计值
在连续三个子载波上进行平滑处理，得到迭代二次后的信道估计值
以此类推，直到信道估计值收敛，最终得到导频位置的最优信道估计值
(2b)对与(2a)中导频相距L处的临近导频位置上的相邻三个子载波进行平滑处理，得到迭代一次后的信道估计
再对迭代一次后的信道估计值
在连续三个子载波上进行平滑处理，得到迭代二次后的信道估计值
以此类推，直到信道估计值收敛，最终得到与(2a)中导频相距L处的临近导频位置最优信道估计值
(2c)利用(2a)和(2b)获得的两个估计值
和
进行一阶线性插值，获得***整体的信道估计值
本发明利用复杂度较低的POP法计算出导频位置的信道估计值，然后将相邻三个子载波上的信道估计值进行平滑滤波获得处理增益，最后经过多次迭代处理获得更高的信道估计处理增益，从而改善了***性能。相对于POP法，由于对导频位置邻近的三个子载波上的信道估计值进行迭代预处理，获得了信道估计处理增益，同时算法复杂度没有过分恶化。相对于传统的平均加权预处理算法，由于考虑了距离载波中心较远子载波相关度下降的因素，因而通过迭代减小了相关系数衰减对信道估计增益的限制，可获得更高的信道估计处理增益，提高了***性能。
附图说明
图1是本发明的实现流程图；
图2是本发明中应用的导频结构示意图；
图3是本发明中迭代预处理的子流程图；
图4是本发明的性能仿真图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。
参照图1，本发明实现步骤如下：
步骤1，利用成对导频POP算法计算信道估计初始值。
(1a)获得导频位置的***传输方程：
如图2所示，在成对导频POP算法中，设连续的两个导频符号分别为dk,n和dk,n+1，这两个导频位置的接收信号分别为yk,n和yk,n+1，这两个导频位置的信道估计值分别Hk,n和Hk,n+1，令Wk,n＝1/Hk,n，M为子载波总数目,L为两组导频符号间隔长度，忽略噪声对信号的影响，则在这两个导频dk,n和dk,n+1处的***传输方程组为：
其中uk,n和uk,n+1分别为导频dk,n和dk,n+1处的固有干扰，且均为纯虚数；
(1b)求解导频位置信道估计值：
(1b1)对导频处的***方程组取实部，得到如下方程组：
其中
和
分别为Wk,n的实部和虚部。
(1b2)根据在慢变化信道下，相邻符号的信道频率响应近似相等，即有Wk,n≈Wk,n+1，将导频处的***方程表示为：
由(1b2)式可得
和
的解：
联合
和
的解可得：
由Wk,n＝1/Hk,n可得导频处信道估计值为：
其中j为虚数单位，z为整数，
和
分别表示yk,n和yk,n+1的复数共轭，
表示对
取虚部。
步骤2，对导频处的信道估计值进行迭代预处理。
(2a)对导频处的信道估计值进行迭代平滑滤波：
参照图3，本步骤的具体实现如下：
(2a1)对连续三个子载波上的信道估计值进行平滑处理，得到中心子载波迭代一次后的信道估计
(2a2)依据式(2a1)对迭代一次后的信道估计值
再进行平滑处理，得到迭代二次后的信道估计值
以此类推，直到信道估计值收敛，最终得到导频位置的最优信道估计值
(2b)对与(2a)中导频邻近的下一组导频信道估计值进行迭代平滑滤波：
(2b1)对与(2a)中导频邻近的下一组导频信道估计值进行平滑处理，得到迭代一次后的信道估计
(2b2)依据式(2b1)对迭代一次后的信道估计值
再进行平滑处理，得到迭代二次后的信道估计值
以此类推，直到信道估计值收敛，最终得到导频位置的最优信道估计值
步骤3，通过插值得到两组导频间符号处的信道估计值：
利用(2a)和(2b)获得的两个估计值
和
在两组导频之间第n个符号位置处进行一阶线性插值，表示如下：
其中，L为两相邻导频之间的间隔，
和
分别表示两个临近导频位置上的信道响应估计值。
步骤4，将导频符号间的信道估计值组合成完整的信道估计值。
将两组导频间插值得到的信道估计值按照数据符号顺序进行组合，得到最终整体的信道估计值
表示为：
其中，
表示从导频位置开始到第p个符号处的信道估计值。
本发明的效果可以通过以下分析说明：
一.理论分析
1.构建本发明的信噪比增益表示式：
令I为信道迭代收敛时的迭代次数，Sin/Nin表示迭代预处理之前的信噪比，Sout/Nout表示迭代预处理之后的信噪比，则本发明FBMC***中基于迭代预处理的信道估计方法获得的信噪比增益G表示为：
其中：
ρn-I,n是子载波n-I和子载波n之间的相关系数，ρn,n+I是子载波n和子载波n+I之间的相关系数，ρn-I,n+I是子载波n-I和子载波n+I之间的相关系数。
2.现有基于平均加权预处理算法的增益表示式为：
其中：
Ω(p.q)∈[-(K-1)/2,(K-1)/2]，且p≠q,p≠0,q≠0，K表示子载波个数，ρn+p,n+q表示子载波n+p和子载波n+q之间的相关系数，ρn+i,n表示子载波n+i和子载波n之间的相关系数。
3.比较本发明增益G与现有基于平均加权预处理算法的增益Gave：
当迭代次数I＝1时，
B＝Bave，此时G＝Gave；
当迭代次数I＞1时，A项随着迭代次数I指数下降，而Aave项随着子载波数线性下降，因此A＜Aave；B项仅包含三个相距较近的子载波之间的相关系数，而Bave包含K个子载波之间的相关系数，因此相关系数影响较小的B项更接近于0。
综上，当迭代次数I＞1时G＞Gave，且随着迭代次数的增加，增益G与Gave的差距越来越大，可见本发明相对于现有基于平均加权预处理算法明显具有更高的处理增益。
二.仿真说明
2.1)仿真参数
本实例采用的FBMC***的仿真参数包括两部分：第一部分是滤波器组多载波偏移正交幅度调制FBMC/OQAM***仿真参数如表1，第二部分是扩展车辆信道EVA信道参数如表2。
表1 FBMC/OQAM***仿真参数设置
表2 EVA信道参数
2.2)仿真内容
用本发明和现有的成对导频POP算法、基于平均加权预处理算法分别对***误比特率进行了仿真，仿真结果如图4。其中本发明迭代收敛时的迭代次数I＝3，此时每个中心子载波的迭代预处理涉及相邻连续7个子载波信道估计值参与，因此作为对比，取平均加权预处理的子载波数K＝7。
从图4可见，在EVA信道下，传统的POP算法误比特率最大，信道估计性能最差，本发明的误比特率最小，信道估计最好，而平均加权预处理算法的信道估计性能介于本发明的和POP算法之间。这是由于本发明处理增G中包含的相关系数较少且含有指数衰减因子项，因此本发明的迭代预处理算法相对于平均加权预处理算法具有更高的处理增益，进而信道估计性能更好，这与仿真结果相吻合。
综上可知，在同一慢衰落EVA信道环境下，本专利提出的方案性能最好且随着信噪比的增大，其性能优势更加明显，这种性能上的优势是通过迭代降低子载波间相关性下降对处理增益的限制获得的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种FBMC***中基于迭代预处理的信道估计方法，其特征在于，包括如下：
(1)利用POP算法计算FBMC***中的导频位置信道估计值：
(2)对导频位置邻近的三个子载波上的信道估计值进行迭代预处理，获得信道估计的处理增益：
(2a)对相邻三个子载波进行平滑处理得到迭代一次后的信道估计
再对迭代一次后的信道估计值
在连续三个子载波上进行平滑处理，得到迭代二次后的信道估计值
以此类推，直到信道估计值收敛，最终得到导频位置的最优信道估计值
(2b)对与(2a)中导频相距L处的临近导频位置上的相邻三个子载波进行平滑处理，得到迭代一次后的信道估计
再对迭代一次后的信道估计值
在连续三个子载波上进行平滑处理，得到迭代二次后的信道估计值
以此类推，直到信道估计值收敛，最终得到与(2a)中导频相距L处的临近导频位置最优信道估计值
(2c)利用(2a)和(2b)获得的两个估计值
和
进行一阶线性插值，获得***整体的信道估计值
2.根据权利要求1所述的方法，其中(1)中所述的利用POP算法计算FBMC***中的导频位置信道估计值，实现如下：
设连续的两个导频位置的发送符号分别为dk,n和dk,n+1，设yk,n和yk,n+1分别为这两个导频位置处的接收符号；
通过下式计算在导频符号dk,n和dk,n+1处的信道估计初始值Hk,n和Hk,n+1：
其中j为虚数单位，
和
分别表示yk,n和yk,n+1的复数共轭，
表示对
取虚部。
3.根据权利要求1所述的方法，其中(2c)中利用导频位置的信道估计值
和
在时域方向上进行一阶线性插值，实现如下：
(2c1)在两组导频之间第p个符号位置处进行插值，得到两组导频间信道估计值，表示如下：
其中，L为两相邻导频之间的间隔，
和
分别表示两个临近导频位置上的信道响应估计值；
(2c2)将两组导频间插值得到的信道估计值按照数据符号顺序进行组合，得到最终整体的信道估计值，表示为：
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010429354.3A CN111555993B (zh) | 2020-05-20 | 2020-05-20 | Fbmc***中基于迭代预处理的信道估计方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010429354.3A CN111555993B (zh) | 2020-05-20 | 2020-05-20 | Fbmc***中基于迭代预处理的信道估计方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111555993A CN111555993A (zh) | 2020-08-18 |
| CN111555993B true CN111555993B (zh) | 2021-09-03 |
Family
ID=72008316
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010429354.3A Active CN111555993B (zh) | 2020-05-20 | 2020-05-20 | Fbmc***中基于迭代预处理的信道估计方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111555993B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112565117B (zh) * | 2020-11-06 | 2022-05-31 | 西安电子科技大学 | 滤波器组多载波信道估计方法、***、介质、终端及应用 |
| CN113452641B (zh) * | 2021-06-19 | 2022-12-20 | 西安电子科技大学 | 一种fbmc信道估计方法、***、计算机设备、终端 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106712914B (zh) * | 2015-11-13 | 2021-06-04 | 北京三星通信技术研究有限公司 | 一种双工通信方法、基站及终端 |
| WO2017189316A1 (en) * | 2016-04-25 | 2017-11-02 | Idac Holdings, Inc. | Apparatus and methods for non-systematic complex coded discrete fourier transform spread orthogonal frequency division multiplexing |
| CN107438038B (zh) * | 2017-06-07 | 2020-03-13 | 西安交通大学 | 一种fbmc/oqam的导频设计和同步信道估计方法 |
| CN108156101B (zh) * | 2017-12-18 | 2020-10-20 | 中国人民解放军空军工程大学 | 一种mimo-scfde***联合迭代信道估计与迭代均衡方法 |
| CN108337198A (zh) * | 2018-01-02 | 2018-07-27 | 上海航天电子有限公司 | 用于滤波多音调制技术的信道估计方法 |
| CN110266627B (zh) * | 2019-05-28 | 2021-07-13 | 上海交通大学 | 基于伪导频和判决反馈的cir和cfo联合估计方法 |
-
2020
- 2020-05-20 CN CN202010429354.3A patent/CN111555993B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111555993A (zh) | 2020-08-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109922020B (zh) | 一种计算复杂度低的正交时频空调制的均衡方法 | |
| Roy et al. | A subspace blind channel estimation method for OFDM systems without cyclic prefix | |
| CN107682297A (zh) | 一种移动水声通信方法 | |
| CN103095639B (zh) | Ofdm水声通信并行迭代ici消除方法 | |
| CN108234364A (zh) | 一种lte-a***中基于小区参考信号的信道估计方法 | |
| CN101166171B (zh) | 一种ofdm***时变信道估计方法 | |
| CN111555993B (zh) | Fbmc***中基于迭代预处理的信道估计方法 | |
| CN111865863B (zh) | 一种基于rnn神经网络的ofdm信号检测方法 | |
| CN105471795B (zh) | 一种偏移正交多载波***的导频设计和信道估计方法 | |
| CN101945066A (zh) | 一种ofdm/oqam***的信道估计方法 | |
| CN113381951A (zh) | 时变频选衰落信道下mftn联合信道估计与均衡方法 | |
| CN112491756A (zh) | 一种fbmc***中联合信道均衡的rls信道估计方法 | |
| CN113452641B (zh) | 一种fbmc信道估计方法、***、计算机设备、终端 | |
| CN109194594B (zh) | 一种基于连续载波聚合的相位噪声抑制方法 | |
| CN113852575A (zh) | 一种基于时域信道均衡辅助的迭代otfs符号检测方法 | |
| CN109412987B (zh) | 一种ofdm***信道跟踪方法 | |
| CN114785644A (zh) | 一种移动水声otfs通信稀疏信道估计方法 | |
| CN114285495A (zh) | 基于消息传递的水声ofdm通信***接收信号处理方法 | |
| CN114884787B (zh) | 适用快时变信道的波形可控多载波通信方法、装置及*** | |
| CN110798416A (zh) | OFDM***中基于局部搜索Capon的CFO估计算法 | |
| CN111817990B (zh) | Ofdm***中基于最小均方误差的一种信道估计改进算法 | |
| CN111245589B (zh) | 一种导频叠加信道估计方法 | |
| CN111030741B (zh) | 快时变场景下用于多载波***抑制干扰的预编码算法 | |
| CN113556305A (zh) | 适用于高频率选择性衰落的fbmc迭代信道均衡方法及*** | |
| Yan et al. | Low-Cost Channel Estimation Algorithm for DRM Receiver. |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |