一种基于最优导频的MIMO-OFDM系统信道估计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于最优导频的MIMO-OFDM系统信道估计方法，包括：设计最优导频序列；将最优导频序列经过STBC编码得到专用导频序列；将多个专用导频序列设计为相移关系；对专用导频序列进行处理；采用迭代导频估计法估计所有时间点的信道响应。与现有技术相比，本发明专利技术的方法应用MSE和PAPR双准则设计最优导频，采用STBC编码导频设计简化了接收机的处理，将多个专用导频序列设计为相移关系，从而将多维矩阵的LS运算转化为一维矩阵运算，降低了运算复杂度，便于硬件实现，且该方法基于系统上优化思想，提升了传统信道估计方法性能，扩大其SNR适用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种基于最优导频的MIMO-OFDM系统信道估计方法
本专利技术涉及通信信道估计
，更具体地涉及一种基于最优导频的MIMO-OFDM系统信道估计方法。
技术介绍
随着人们对无线音频音质要求的提高，无线音频技术越来越受到人们的重视。目前，无线音频的传输技术主要有蓝牙、WI-FI以及MIMO-OFDM。蓝牙技术的传输距离短，数据传输率低、抗干扰能力弱，几乎无法在高品质的无线音频系统方面使用。WI-FI技术覆盖范围广、传输速率快、抗干扰能力强，目前已经在世界范围内广泛使用，是当今无线音频技术的主流技术。但，目前的WI-FI技术依然存在其自身的局限性，因此，为应对更高品质音频的要求，具有频谱利用率高、信号传输稳定、传输速率高的优点的MIMO-OFDM技术成为新一代无线音频传输芯片的核心技术。其中，在接收端，信道估计对实际无线MIMO信道的多径衰落特征进行估计，是MIMO-OFDM系统的关键技术之一，对宽带无线通信系统的性能具有非常重要的影响，可将估计得到的发送载波信息，用于接收端均衡、相干解调、检测和解码模块。目前有三大类对信道估计的研究，分别为：基于导频的信道估计、盲估计或半盲估计。其中基于导频的信道估计一直是研究热点，应用较为广泛，基于此的估计算法如最大似然法（ML，maximumlikelihood）、最小二乘法（LS，leastsquares）、最小均方误差法（MMSE，mimimummeamsquareerror）等算法都得到了广泛的研究。而盲估计算法或半盲信道估计还处于理论研究阶段。在前人的研究中，基于最优导频的LS（最小二乘）信道估计，都有设计导频开销，耗费频谱资源的问题。特别是对于一个Nt个发射天线的MIMO-OFDM系统，传统LS估计则需要进行NtN0×NtN0维的矩阵求逆操作，其中N0为子载波数，当Nt大于1时，算法计算复杂度较高，很难在硬件上实现。另外由于OFDM系统是多载波叠加的，存在较大的峰值平均功率比（PAPR，Peak-to-AveragepowerRatio）问题，会对整个系统的性能、效率有直接的影响。而MIMO-OFDM系统同样存在这个问题，因此必须考虑降低信号的峰均比值，提高系统的整体性能。此外，在实际应用中，LS信道估计易受到高斯白噪声和子载波干扰（Inter-ChannelInterference，ICI）的影响，在低信噪比时准确度受到一定的限制。
技术实现思路
本专利技术的需解决的技术问题是提供一种适用于频率选择性衰落信道环境下，基于最优导频的MIMO-OFDM系统信道估计方法，降低信道估计时算法的复杂度，以便于硬件的实现。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是提供一种基于最优导频的MIMO-OFDM系统信道估计方法，包括：（1）发送端基于MSE和PAPR双准则设计最优导频序列；（2）将所述最优导频序列经过STBC编码及OFDM调制后得到专用导频序列，以简化接收端的处理；（3）所述接收端将多个所述专用导频序列设计为相移关系；（4）对具有相移关系的多个所述专用导频序列进行处理；（5）采用迭代导频估计法估计所有时间点的信道响应以实现MIMO-OFDM的系统信道估计。与现有技术相比，本专利技术的方法充分考虑了无线音频传输芯片MIMO-OFDM系统的频率选择性衰落信道特性、信道估计中导频开销和硬件实现的复杂度问题，应用MSE和PAPR双准则设计最优导频，采用STBC编码导频设计简化了接收机的处理，将多个专用导频序列设计为相移关系，从而将多维矩阵的LS运算转化为一维矩阵运算，降低了运算复杂度，便于硬件实现，且该方法基于系统上优化思想，提升了传统信道估计方法性能，扩大其SNR适用范围。通过以下的描述并结合附图，本专利技术将变得更加清晰，这些附图用于解释本专利技术的实施例。附图说明图1为本专利技术基于最优导频的MIMO-OFDM系统信道估计方法的流程图。图2为图1所示步骤S107的子流程图。图3为信道估计总体结构框图。图4为采用迭代导频估计进行信道上估计时的数据处理示意图。具体实施方式现在参考附图描述本专利技术的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。请参考图1及图2，本专利技术基于最优导频的MIMO-OFDM系统信道估计方法包括：S101，采用块状导频插入的方式周期性地将OFDM块状导频符号插入所有载波。需要说明的是，对于频率选择性信道，信道是准静态或者慢时变的，用基于快跑导频的信道估计，在所有载波上周期性地插入块状导频信号，将具有更高的估计精度。以如图3所示的2×2MIMO系统为例，收发天线之间是相关的。设某OFDM符号子载波数N=64，循环前缀Ncp=16。发射天线1发送比特流X1，发射天线2发送比特流X2，这里令X2=X1。采用块状导频插入方式，令四个OFDM符号为一个周期，其中第一个OFDM符号为导频符号，第二个OFDM符号为数据符号，第三个OFDM符号为数据符号，第四个OFDM符号为数据符号。对于一个OFDM符号导频，为了描述方便，令OFDM符号里Np个导频分别为S102，将最优导频序列均匀地分布于多个OFDM符号上。原最优导频序列设计使得MIMO-OFDM系统信道估计MSE最小。在文献[王晗,汪晋宽,MIMO-OFDM时域信道估计中的最优导频设计算法研究[J].2009]指出最优导频序列必须满足条件：（1）一个OFDM符号中的导频数量必须大于或等于LNt，其中Nt为发射天线数，L信道的最大多径延时。（2）在频域方向上导频必须是等距离分布的。（3）所有导频的能量是相等的。（4）在所有的天线上的导频结构是相等的。第Ni个发射天线的最优导频序列可以表示成其中，Ni={1,2,…,Nt}，p={0,1,…,P-1}且SNi={0,1,…,P-1}，K为每一个发射天线的导频序列的功率，P是一个OFDM导频符号中导频的数量。令公式1中Ni=1，S1=0，可以得到第一条天线上的一组最优导频序列其中，p={0,1,…,P-1}。根据峰均比定义，可以得到第一根天线上发射的最优导频序列的峰均比设计第Ni根发射天线上的最优导频序列为第一根发射天线上最优导频序列的相移，这样第Ni根发射天线上的最优导频序列的均峰比也是P，P随着天线的增加而增加，导致OFDM符号具有很高的峰均比。若最优导频序列均匀分布在g个OFDM符号上，则每个OFDM符号上P/g个导频，在第一个天线、第一个OFDM符号上的导频序列为其中，p={0,1,…,P/g-1}。可以得到在第一个OFDM符号上的导频序列的峰均比为同样可得其他发射天线的峰均比为P/g。因此将最优导频序列分布在更多的OFDM本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于最优导频的MIMO‑OFDM系统信道估计方法，其特征在于，包括：（1）发送端基于MSE和PAPR双准则设计最优导频序列；（2）将所述最优导频序列经过STBC编码及OFDM调制后得到专用导频序列，以简化接收端的处理；（3）所述接收端将多个所述专用导频序列设计为相移关系；（4）对具有相移关系的多个所述专用导频序列进行处理；（5）采用LS算法及迭代导频估计法估计所有时间点的信道响应以实现MIMO‑OFDM的系统信道估计。

【技术特征摘要】
1.一种基于最优导频的MIMO-OFDM系统信道估计方法，其特征在于，包括：(1)发送端基于MSE和PAPR双准则设计最优导频序列；(2)将所述最优导频序列经过STBC编码及OFDM调制后得到专用导频序列，以简化接收端的处理；(3)所述接收端将多个所述专用导频序列设计为相移关系；(4)对具有相移关系的多个所述专用导频序列进行处理；(5)采用LS算法及迭代导频估计法估计所有时间点的信道响应以实现MIMO-OFDM的系统信道估计；所述的步骤(4)具体为：(41)对多个所述专用导频序列进行fft变换以及去除循环前缀；(42)对多个所述专用导频序列进行低通滤波以及OFDM解调；步骤(1)之前还包括：采用块状导频插入的方式周期性地将OFDM块状导频符号插入所有载波；将所述OFDM块状导频符号插入所有载波之后还包括：将所述最优导频序列均匀地分布于多个OF...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆许明，徐永键，戴健强，谭洪舟，
申请(专利权)人：广州市花都区中山大学国光电子与通信研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44