一种适用于快时变稀疏估计的最优导频图样的设计方法技术

本发明专利技术提出一种适用于快时变稀疏估计的最优导频图样的设计方法，具体为：越来越多的测试实验表明无线信道具有稀疏性，而目前导频图样设计主要基于密集多径的传统信道估计方法，需要大量的导频信号来获取准确的信道状态信息，造成频谱资源利用率低；另一方面，目前稀疏信道估计方法大多适用于慢时变或时不变信道，对信道稀疏性的利用只局限于时延域而没有扩展到多普勒域，并且忽略了由多普勒频移产生的载波间干扰对信道造成的影响，因此在快时变信道中采用稀疏信道估计方法的精确性和可靠性会大幅下降。基于此，提出一种适用于快时变稀疏信道估计的最优导频图样设计方法，所提方法具有更好的鲁棒性和更高的信道估计精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及快时变信道中的信道估计领域，尤其涉及基于导频图样设计的稀疏信道估计方法领域。
技术介绍
随着无线通信系统的发展，特别是移动通信技术的不断提高，对数据传输速率、通信系统性能和频带宽度提出了更高的要求，由于传统基于时分或频分的调制技术空间可用频谱资源有限，高速传输时系统的通信质量会出现波动，因此迫切需要更先进的技术来进一步提高频率资源利用率，以满足大容量、高速率的业务需求，同时还要克服高速数据在无线信道下的多径衰落，降低多径干扰和多普勒频移造成对系统的影响，从而改进系统性能。在这种需求推动下，正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)和多天线多入多出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)逐渐成为研究热点，并在移动通信中得到了越来越广泛的应用。但要想通过OFDM技术和MIMO技术实现系统性能的提高，相关核心技术的开展必不可少，而信道估计技术就是其中的难点之一。于是，本专利技术主要基于信道估计领域展开研究。根据调研发现，为了获得移动信道的频率响应，最常采用的方法是基于导频辅助的信道估计方法，而其中导频的时、频域间隔和导频位置的不同成为影响整个系统性能的重要因素，所以有关导频图案的设计至关重要。根据已有的研究基础发现，目前大部分的导频图样设计均是针对传统的信道估计方法进行的，而针对稀疏信道估计的导频图样设计方法相对较少。但是，随着研究的深入，越来越多的测试实验表明无线信道具有稀疏特性，即约少于10％的多径信道占据着信道85％以上的能量，而传统的信道估计方法均假设无线信道是密集多径的，从而利用大量的导频信号来获取准确的信道状态信息(Channel State Information，CSI)，导致频谱资源利用率低。所以研究针对稀疏信道估计的导频图样设计方法具有重大的意义。本专利技术也旨在通过设计最优的导频图样、利用更少的导频数估计出更优的信道频响特性，从而提高信道估计精度和频谱资源利用率。另一方面，虽然国内外已经逐步在开展基于稀疏信道估计方法的研究和应用，并也取得了一些实质性的成果。但是，对于该领域的研究仍然存在着很多问题仍未解决。根据已有的研究基础发现，目前的研究大多是针对慢时变或者时不变信道，而这些方法对信道稀疏性的利用只局限于时延域而没有扩展到多普勒域。同时，由于忽略了由多普勒频移产生的载波间干扰(Inter Carrier Interference，ICI)对信道的影响，所以在快时变信道中采用稀疏信道估计方法的精确性和可靠性会大幅下降。然而，随着高速铁路和高速公路的开通和应用，未来移动通信系统往往面临高速移动环境，而在高速移动环境下，无线通信信道往往是快时变信道。若不能适应这种变化，那么通信系统性能将会受到严重影响，从而极大地降低了信息传输的速度和质量。所以研究适用于快时变信道的稀疏信道估计方法意义重大。基于此，本专利技术针对快时变信道，提出了一种适用于快时变稀疏估计的最优导频图样的设计方法，可以具有更好的鲁棒性和更高的信道估计精度。
技术实现思路
专利技术目的：在快时变信道中，针对稀疏信道估计方法，提出一种最优的导频图样设计方案。本专利技术的技术方案：为方便阐述，以单输入单输出-OFDM(Single Input Single Output-OFDM，SISO-OFDM)系统为例阐述问题，其中关于MIMO-OFDM的系统同理。在快时变信道中，假设有N个子载波，通信系统的传输模型为： y ( t ) = ∫ 0 ∞ h ( t , τ ) x ( t - τ ) d τ + z ( t ) - - - ( 1 ) ]]>其中，x(t)是发射端信号，y(t)是接收端信号，z(t)是高斯白噪声，h(t,τ)是信道的时域冲击响应，可表示为： h ( t , τ ) = Σ s = 1 S α s δ ( τ - τ s ) e j 2 πf s t - - - ( 2 ) ]]>其中，S为不为0的抽头数，αs，τs，fs分别是第s(s＝1,...,S)条传播路径的衰落系数、时延和多普勒频移。对于快时变信道来说，ICI的影响不能被忽略，所以其对应的离散模型为： h [ n , l ] = Σ s = 1 S α s sin c ( π ( l - τ s / T ) ) e j 2 πf s n T - - - ( 3 ) ]]>其中，T为采样时间，L为信道最大的多径时延，l＝0,...,L-1，n＝0,...,N-1，τs/T＜L，S＜L。则式(1)对应的离散形式如下所示： y ( n ) = Σ l = 0 L - 1 h [ n , l ] x [ n 本文档来自技高网...

【技术保护点】
本专利技术提出一种适用于快时变稀疏估计的最优导频图样的设计方法，具体为：针对快时变信道模型，并结合稀疏信道估计，提出一种最优化导频图样的设计方法；该方法包含的创新有：S1，目前稀疏信道估计方法大多适用于慢时变或时不变信道，对信道稀疏性的利用只局限于时延域而没有扩展到多普勒域，并且忽略了由多普勒频移产生的载波间干扰(Inter Carrier Interference，ICI)对信道造成的影响，因此针对在快时变信道中采用稀疏信道估计方法的精确性和可靠性会大幅下降的问题，提出一种适用于快时变信道的稀疏信道估计方法；S2，针对目前大部分导频图样设计均基于密集多径的传统信道估计方法进行，需要大量的导频信号来获取准确的信道状态信息的问题，提出一种适用于快时变稀疏信道估计的最优导频图样设计方法。

【技术特征摘要】
1.本发明提出一种适用于快时变稀疏估计的最优导频图样的设计方法，具体为：针对快时变信道模型，并结合稀疏信道估计，提出一种最优化导频图样的设计方法；该方法包含的创新有：S1，目前稀疏信道估计方法大多适用于慢时变或时不变信道，对信道稀疏性的利用只局限于时延域而没有扩展到多普勒域，并且忽略了由多普勒频移产生的载波间干扰(Inter Carrier Interference，ICI)对信道造成的影响，因此针对在快时变信道中采用稀疏信道估计方法的精确性和可靠性会大幅下降的问题，提出一种适用于快时变信道的稀疏信道估计方法；S2，针对目前大部分导频图样设计均基于密集多径的传统信道估计方法进行，需要大量的导频信号来获取准确的信道状态信息的问题，提出一种适用于快时变稀疏信道估计的最优导频图样设计方法。2.根据权利要求1所述的一种适用于快时变稀疏估计的最优导频图样的设计方法，其特征在于，所述权利要求1中S1提出的一种适用于快时变信道的稀疏信道估计方法，包括：为方便阐述，以单输入单输出-正交频分复用系统(Single Input Single Output-Orthogonal Frequency Division Multiplexing，SISO-OFDM)系统为例阐述问题，其中关于多输入多输出-OFDM(Multiple Input Multiple Output-OFDM，MIMO-OFDM)的系统同理；在快时变信道中，假设有N个子载波，通信系统的传输模型为： y ( t ) = ∫ 0 ∞ h ( t , τ ) x ( t - τ ) d τ + z ( t ) ]]>其中，x(t)是发射端信号，y(t)是接收端信号，z(t)是高斯白噪声，h(t,τ)是信道的时域冲击响应，可表示为： h ( t , τ ) = Σ s = 1 S α s δ ( τ - τ s ) e j 2 πf s t ]]>其中，S为不为0的抽头数，αs，τs，fs分别是第s(s＝1,...,S)条传播路径的衰落系数、时延和多普勒频移；对于快时变信道来说，ICI的影响不能被忽略，所以其对应的离散模型为： h [ n , l ] = Σ s = 1 S α s sin c ( π ( l - τ s / T ) ) e j 2 πf s n T ]]>其中，T为采样时间，L为信道最大的多径时延，l＝0,...,L-1，n＝0,...,N-1，τs/T＜L，S＜L；则与对应的离散形式如下所示： y ( n ) = Σ l = 0 L - 1 h [ n , l ] x [ n - l ] + z ( n ) ]]>可写为矩阵形式，如下：y＝hx+z其中，y＝(y[0],...,y[N-1])T，x＝(x[0],...,x[N-1])T，z＝(z[0],...,z[N-1])T，h为信道矩阵，有如下形式： h = h [ 0 , 0 ] 0 ... 0 h [ 0 , L - 1 ] ... ... h [ 0 , 1 ] h [ 1 , 1 ] h [ 1 , 0 ] 0 ... 0 h [ 1 , L - 1 ] ... h [ 1 , 2 ] . . . h [ L - 1 , L - 1 ] ... h [ L - 1 , 0 ] 0 ... ... ... 0 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖勇，周昕，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50