压缩感知信道估计中的导频设计方法技术

技术编号:14484830 阅读:162 留言:0更新日期:2017-01-26 17:13
本发明专利技术公开了一种压缩感知信道估计中的导频设计方法,主要解决现有设计方法在有限次搜索中不能得到较优导频图案的问题。其实现步骤包括:1)从正交频分复用OFDM系统的N个子载波中选择P个子载波位置作为导频图案S;2)根据子载波个数N和系统中信道最大多径时延L计算部分傅立叶矩阵WL;3)使用随机搜索方法对导频图案S进行优化,即由部分傅立叶矩阵WL计算测量矩阵T,得到优化后的导频图案Smin作为最终的导频设计结果。本发明专利技术相比现有的导频设计方法,具有更好的搜索稳定性,能够得到更优的导频,可用于压缩感知信道估计和离线计算。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于通信
,特别涉及一种导频设计方法,可用于压缩感知信道估计。
技术介绍
正交频分复用OFDM作为3G和4G移动通信中的核心技术,信道估计是其中的重要一环。常用的信道估计方法包括盲估计和基于导频的估计。基于导频的信道估计方法相比盲估计方法,估计更加准确,因此得到了广泛的应用。传统的基于导频的信道估计方法中,其导频相当于对信道的采样,因此导频插入的数量与插入位置必须满足奈奎斯特采样定理,否则将丢失有用的信道信息。但导频的插入,又降低了有效信息的传输速率。压缩感知CS理论,利用信号的稀疏特性,可以用远低于奈奎斯特采样定理规定的采样点,准确恢复出原始信号。而移动信道为多径信道,除了少数径具有很大的信道增益以外,其余径的增益都很小。因此可以认为多径信道是一个近似稀疏信号,满足压缩感知的使用条件。利用压缩感知技术,可以用更少的导频得到准确的信道估计,提高了有效信息传输速率,但是传统的均匀导频图案并不适用于压缩感知。目前,在压缩感知信道估计中,使用最多的导频设计方法均以最小化传感矩阵相关系数为准则,但仿真显示这个准则并没有准确的刻画出导频图案与信道估计性能之间的关系。因此使用最小化传感矩阵相关系数为准则设计的导频并不一定能得到较准确的信道估计,影响系统性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足,提出一种压缩感知信道估计中的导频设计方法,以提高信道估计的准确性,改善系统性能。为实现上述目的,本专利技术的压缩感知信道估计中的导频设计方法,实现方案包括如下:(1)在使用压缩感知进行信道估计的正交频分复用OFDM系统中,假设系统的子载波个数为N,并从N个子载波中选出P个子载波,用该P个子载波的位置作为导频图案S,其中,N为2的指数次幂,P<<N;(2)记OFDM系统中多径信道的最大多径时延为L,根据子载波个数N和最大多径时延L,计算部分傅立叶矩阵WL,L取值与物理信道有关;(3)对导频图案S进行优化,得到优化后的导频图案Smin;(3a)设置搜索计数器对导频图案进行n次搜索,并将搜索计数器的值i初始化为0;(3b)搜索计数器i自增1,随机产生第i次搜索的导频图案Si,计算导频Si对应的测量矩阵Ti,以及Ti对应的Gram矩阵Gi;(3c)求Gi的全部特征值[λ1,λ2,...,λL],找出其中最大的特征值并记为λi,max;(3d)比较λi,max与搜索中的全局最小特征值λmin,如果λi,max<λmin,则取λmin=λi,max,Smin=Si;(3e)判断搜索计数器的值i是否与搜索的总次数n相等,若不相等,则重复步骤(3b)至步骤(3d),反之搜索结束,得到优化后的导频图案Smin;(4)将优化后的导频图案Smin作为最终的导频设计结果。本专利技术通过求解测量矩阵对应的Gram矩阵的最大特征值,并将其最小化作为导频优化准则来设计压缩感知信道估计中的导频,对比现有的导频设计方法,可以得到更优的导频图案,提高了信道估计的准确性,改善了通信系统的性能。附图说明图1是本专利技术使用的压缩感知信道估计系统模型图;图2是本专利技术的实现流程图;图3是用现有导频设计方法进行导频设计的仿真图。图4是用本专利技术提出的方法进行导频设计的仿真图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施例作详细说明:本实施例在以本专利技术方法为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作步骤,但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。参照图1,本专利技术采用的正交频分复用OFDM通信系统中,发射端包括对用户数据进行调制,将已调制的数据进行子载波映射,对各路子载波进行傅立叶反变换,添加循环前缀后得到发射信号,接收端将接受到的信号去除循环前缀,再进行傅立叶变换,通过信道估计,解调得到用户数据。本专利技术关注OFDM系统中的信道估计,通过导频设计改善信道估计的准确性。参照图2,本专利技术的实现步骤如下:步骤1,在使用压缩感知进行信道估计的正交频分复用OFDM系统中,假设系统的子载波个数为N,从N个子载波中选出其中P个子载波,用该P个子载波的位置作为导频图案S,其中,为方便计算,N取2的指数次幂,P<<N。步骤2,记OFDM系统中多径信道的最大多径时延为L,根据子载波个数N和最大多径时延L,计算部分傅立叶矩阵WL。(2a)根据OFDM系统的子载波总数N,按下式计算完整的傅立叶正交变换方阵F:式中(2b)选取完整的傅立叶正交变换方阵F的前L列,组成部分傅立叶矩阵WL,L取值与物理信道有关,例如4G标准中EVA信道模型在3M带宽下L取值为11。步骤3,对导频图案S进行优化,得到优化后的导频图案Smin。(3a)设置搜索计数器对导频图案进行n次搜索,并将搜索计数器的值i初始化为0,设置搜索中的全局最小特征值λmin,并将其初始化为正无穷;(3b)搜索计数器i自增1,随机产生P个区间[1,N]内的随机数,作为第i次搜索的导频图案Si,按下面给的公式计算导频Si对应的测量矩阵Ti:Ti=SiWL;(3c)计算测量矩阵Ti对应的Gram矩阵Gi:Gi=TiHTi,式中TiH是Ti的共轭转置;(3d)使用特征值定义或矩阵分解等方法求解Gi的全部特征值[λ1,λ2,...,λL],找出其中最大的特征值并记为λi,max;(3e)比较λi,max与全局最小特征值λmin,如果λi,max<λmin,则取λmin=λi,max,Smin=Si;(3f)判断搜索计数器的值i是否与搜索的总次数n相等,若不相等,则重复步骤(3b)至步骤(3e),反之搜索结束,得到优化后的导频图案Smin。步骤4,将优化后的导频图案Smin作为最终的导频设计结果。本专利技术的优点可以通过以下仿真进一步说明:1)仿真条件:在正交频分复用OFDM通信系统中,设子载波个数N为512,选取的导频数量P为24;在多径信道中,设最大多径时延L为50,设总搜索次数n为5000。2)仿真内容与结果:仿真1,使用现有的基于最小化矩阵互相关系数的导频设计方法进行导频设计,仿真结果如图3所示。图3中,每个点对应仿真中生成的一个随机导频,其横坐标记为x,纵坐标记为y。对图3中所有点进行多项式拟合,得到图3中的曲线,记为f(x)。计算图中所有点相对于曲线的归一化均方误差NMSE值作为导频设计方法的稳定性度量NMSE,计算公式如下:NMSE(f)=10log10Σin|fi(x)-yi|2Σin|fi(x)|2]]>计算得到的NMSE值为-15.0381。仿真2,利用计算机对本专利技术提出的导频设计方法进行仿真,仿真结果如图4所示。与仿真1中数据处理方法相同,对图4中,所有点进行多项式拟合,得到其中的曲线。计算所有点相对于曲线的归一化均方误差NMSE作为导频设计方法的稳定性度量,得到的值为-19.5372。比较仿真1与仿真2,可知本专利技术提出的导频设计方法,归一化均方误差NMSE值更小,具有更好的搜索稳定性,因此在相同的仿真次数下,用本专利技术能够得到更好的导频图案,进而提高了信道估计的准确性,改善了系统性能。本文档来自技高网...
压缩感知信道估计中的导频设计方法

【技术保护点】
一种压缩感知信道估计中的导频设计方法,包括如下步骤:(1)在使用压缩感知进行信道估计的正交频分复用OFDM系统中,假设系统的子载波个数为N,并从N个子载波中选出P个子载波,用该P个子载波的位置作为导频图案S,其中,N为2的指数次幂,P<<N;(2)记OFDM系统中多径信道的最大多径时延为L,根据子载波个数N和最大多径时延L,计算部分傅立叶矩阵WL,L取值与物理信道有关;(3)对导频图案S进行优化,得到优化后的导频图案Smin;(3a)设置搜索计数器对导频图案进行n次搜索,并将搜索计数器的值i初始化为0;(3b)搜索计数器i自增1,随机产生第i次搜索的导频图案Si,计算导频Si对应的测量矩阵Ti,以及Ti对应的Gram矩阵Gi;(3c)求Gi的全部特征值[λ1,λ2,...,λL],找出其中最大的特征值并记为λi,max;(3d)比较λi,max与搜索中的全局最小特征值λmin,如果λi,max<λmin,则取λmin=λi,max,Smin=Si;(3e)判断搜索计数器的值i是否与搜索的总次数n相等,若不相等,则重复步骤(3b)至步骤(3d),反之搜索结束,得到优化后的导频图案Smin;(4)将优化后的导频图案Smin作为最终的导频设计结果。...

【技术特征摘要】
1.一种压缩感知信道估计中的导频设计方法,包括如下步骤:(1)在使用压缩感知进行信道估计的正交频分复用OFDM系统中,假设系统的子载波个数为N,并从N个子载波中选出P个子载波,用该P个子载波的位置作为导频图案S,其中,N为2的指数次幂,P<<N;(2)记OFDM系统中多径信道的最大多径时延为L,根据子载波个数N和最大多径时延L,计算部分傅立叶矩阵WL,L取值与物理信道有关;(3)对导频图案S进行优化,得到优化后的导频图案Smin;(3a)设置搜索计数器对导频图案进行n次搜索,并将搜索计数器的值i初始化为0;(3b)搜索计数器i自增1,随机产生第i次搜索的导频图案Si,计算导频Si对应的测量矩阵Ti,以及Ti对应的Gram矩阵Gi;(3c)求Gi的全部特征值[λ1,λ2,...,λL],找出其中最大的特征值并记为λi,max;(3d)比较λi,max与搜索中的全局最小特征值λmin,如果λi,...

【专利技术属性】
技术研发人员:葛建华李世明宫丰奎阮英文
申请(专利权)人:西安电子科技大学
类型:发明
国别省市:陕西;61

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