本发明专利技术提供的信道估计方法将信道的多普勒效应与IQ不平衡考虑在内，并利用基于交替最小二乘法对信道的参数进行估计，在进行估计的过程中，对矩阵G的估计是考虑到其主、次对角线上的数据的，因此估计结果与实际的结果是非常接近的，本发明专利技术提供的方法能够以较高的准确性来对信道实质的参数进行估计。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及OFDM系统领域，更具体地，涉及一种考虑多普勒效应与IQ不平衡的多径信道估计方法。
技术介绍
随着科学技术的发展，人们对下一代宽带无线通信系统有着更高速率、更高稳定性、更高移动性的同时减少成本、减少功率消耗的要求。而为了满足高速率的要求，未来的技术发展将应用更高的载波频率和使用更高阶的信号星座图(例如64QAM)，这使得宽带无线通信系统对于系统的移动性和I/Q不平衡变得更加敏感，I/Q不平衡在直接变频接收机中体现得尤为明显。除了I/Q不平衡，系统的移动性(多普勒效应)也破坏了每个OFDM符号子载波的正交性，引入inter-carrier干扰(ICI)。在更高速率、更高载波频率、更大OFDM块持续时间的情况下干扰变得更多且更严重。因此本专利技术针对系统的移动性和I/Q不平衡提出新的信道估计方法，并根据信道估计结果对信号进行相应的补偿，最后实现信号可靠性的提高。为了减少前面提到的接收前端的I/Q不平衡，准确得估计相应的I/Q不平衡参数就至为重要，然而在多径衰落的情况下，I/Q不平衡参数受到信道冲激响应(channelimpulseresponse-CIR)的影响，使得对I/Q不平衡参数的估计变成一个更加有挑战性的工作。在设定信道的冲激响应h(n)在信号发送的过程中保持不变，则发送的OFDM信号sm和接收到的信号ym在去除循环前缀后之间的关系为ym＝Uh*sm+wm，其中Uh表示信道的冲击响应h(n)组成的N×N循环矩阵，h＝[h(0),...,h(L-1)]，L表示多径信道的长度。由于Uh是循环矩阵的关系，因此可以对Uh进行相应的一些变化：Uh＝FH*G*F，其中F为DFT矩阵，而G则是一个对角矩阵，且diag(G)＝[g1,g2,...,gN]T与h(n)的DFT变换相同。当考虑系统的移动性时，则信道的冲激响应h(n)在信号发送的过程中就不能保持不变了，这样导致相邻两个符号进入信道时信道的冲激响应的值不相同，再根据发送的OFDM信号sm和接收到的信号ym在去除循环前缀后之间的关系表示为ym＝Uh*sm+wm，这时的Uh就不再是一个循环矩阵，此时再对Uh进行相应的变化：Uh＝FH*G*F，这时的G不再是一个对角矩阵。然而，G的形式跟多普勒效应有着直接的关系，当多普勒偏移不存在时，G的主对角线不为零，其他的次对角线为0，当加入多普勒偏移后，次对角线也不为零，且多普勒偏移越严重，不为0的次对角线的条数就越多，如果只对G的主对角线进行估计的话则最后通过补偿后的信号的误码率就会较大，正确估计主、次对角线上的数据后对其进行补偿则信号的误码率就会减少。
技术实现思路
本专利技术的目的在于改进现有技术忽略多普勒效应对信道的影响，综合多普勒效应、发送端和接收端的I/Q不平衡影响来实现对多径信道比较准确的估计。为实现以上专利技术目的，采用的技术方案是：一种考虑多普勒效应与IQ不平衡的多径信道估计方法，包括以下步骤：S1.设多径信道发送端的输入信号为sm，接收端对接收到的信号去除循环前缀后的输出信号为rm，则输入信号和输出信号之间的关系表示为：rm＝(uturUh+vt*vrUh*)sm+(vturUh+ut*vrUh*)sm*+wm(1)由于Uh＝FH*G*F，式(1)进一步表示为：rm＝(uturFH×G×F+vt*vrFH×G×F*)sm+(vturFH×G×F+ut*vrFH×G×F*)sm*+wm(2)其中，*表示数值或矩阵的共轭，H表示矩阵的共轭转置；ut、vt表示发送端发送的过程中加入的I/Q不平衡参数，ur、vr表示接收端接收的过程中加入的I/Q不平衡参数，Uh表示表示信道的冲击响应h(n)组成的N×N循环矩阵；F为DFT矩阵，G为包含三对角线的矩阵；wm为传输过程中引入的高斯白噪声；S2.将矩阵G进行拆解：其中S3.将FH×B1×F、FH×B2×F近似为单位阵，则式(2)可进一步表示为：rm＝[k1(Uh1+Uh+Uh2)+k2(Uh1+Uh+Uh2)*]p+[k3(Uh1+Uh+Uh2)+k4(Uh1+Uh+Uh2)*]p*+wm其中，k1＝utur，k2＝vt*vr，k3＝vtur，k4＝ut*vr，Uh1＝FH×H1×F，Uh＝FH×G0×F，Uh2＝FH×H2×F；由于Uh1、Uh、Uh2均为循环矩阵，则存在Uh×p＝P×h，其中p表示rm，h表示信道参数[h(0),...,h(L-1)]，L表示多径信道的长度；P表示序文向量p＝[p0,p1,...,pN]T，N为序文向量的长度，则rm可进一步表示为：rm＝P(k1h1+k2h1*)+P*(k3h1*+k4h1*)+P(k1h+k2h*)+P*(k3h+k4h*)+P(k1h2+k2h2*)+P*(k3h2+k4h2*)+wmS4.构造矩阵Pre＝[PP*PP*PP*]，设c＝[c1Tc2Tc3Tc4Tc5Tc6T]T，其中c1＝k1h1+k2h1*；c2＝k3h1+k4h1*；c3＝k1h+k2h*；c4＝k3h+k4h*；c5＝k1h2+k2h2*；c6＝k3h2+k4h2*；则rm可表示为：rm＝Pre×c+wm，由基于交替最小二乘法可得：c＝(PreH×Pre)-1×PreH×rm；S5.定义K＝[k1,k2,k3,k4]T,设令c＝H×K+wm，根据基于交替最小二乘法可得K的估计值：Kls＝(HH×H)-1×HH×c；S6.将c1＝k1h1+k2h1*的实部和虚部分离出来：Re(c1)＝[Re(k1)+Re(k2)]×Re(h1)+[Im(k1)-Im(k2)]×Im(h1)；Im(c1)＝[Im(k1)+Im(k2)]×Re(h1)+[Re(k1)+Re(k2)]×Im(h1)；同理可得c2、c3、c4、c5、c6的表达式，则矩阵C可表示为：C＝[Re(c1)TIm(c1)TRe(c2)TIm(c2)TRe(c3)TIm(c3)TRe(c4)TIm(c4)TRe(c5)TIm(c5)TRe(c6)TIm(c6)T]T；S7.令HLs＝[Re(h1)Im(h1)Re(h)Im(h)Re(h2)Im(h2)]T；将步骤S5获得的Kls经过实虚部分离后得到KLS表示如下：S8.则表达式c＝H×K+Wm可表达为C＝HLs×KLs+wm，根据基于交替最小二乘法可得：HLs＝(KLsT×KLs)-1×KLsT×C；S9.根据求解得到的HLs实现对信道参数h1、h、h2的估计。优选地，在估计得到信道参数h1、h、h2后，根据信道参数h1、h、h2对信号进行相应的补偿。优选地，所述ut＝cosθt+jαtsinθt，vt＝αtcosθt+jsinθt。优选地，所述ur＝cosθr-jαrsinθr，vr＝αrcosθr+jsinθr。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的信道估计方法将信道的多普勒效应与IQ不平衡考虑在内，并利用基于交替最小二乘法对信道的参数进行估计，在进行估计的过程中，对矩阵G的估计是考虑到其主、次对角线上的数据的，因此估计结果与实际的结果是非常接近的，本专利技术提供的方法能够以较高的准确性来对信道实质的参数进行估计。附图说明图1为不同多普勒频偏效应下的误码率示意图。图2为原始信号经过调制后、进入本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种考虑多普勒效应与IQ不平衡的多径信道估计方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.设多径信道发送端的输入信号为sm，接收端对接收到的信号去除循环前缀后的输出信号为rm，则输入信号和输出信号之间的关系表示为：rm＝(uturUh+vt*vrUh*)sm+(vturUh+ut*vrUh*)sm*+wm (1)由于Uh＝FH*G*F，式(1)进一步表示为：rm＝(uturFH×G×F+vt*vrFH×G×F*)sm+(vturFH×G×F+ut*vrFH×G×F*)sm*+wm (2)其中，*表示数值或矩阵的共轭，H表示矩阵的共轭转置；ut、vt表示发送端发送的过程中加入的I/Q不平衡参数，ur、vr表示接收端接收的过程中加入的I/Q不平衡参数，Uh表示表示信道的冲击响应h(n)组成的N×N循环矩阵；F为DFT矩阵，G为包含三对角线的矩阵；wm为传输过程中引入的高斯白噪声；S2.将矩阵G进行拆解：其中S3.将FH×B1×F、FH×B2×F近似为单位阵，则式(2)可进一步表示为：rm＝[k1(Uh1+Uh+Uh2)+k2(Uh1+Uh+Uh2)*]p+[k3(Uh1+Uh+Uh2)+k4(Uh1+Uh+Uh2)*]p*+wm其中，k1＝utur，k2＝vt*vr，k3＝vtur，k4＝ut*vr，Uh1＝FH×H1×F，Uh＝FH×G0×F，Uh2＝FH×H2×F；由于Uh1、Uh、Uh2均为循环矩阵，则存在Uh×p＝P×h，其中p表示rm，h表示信道参数[h(0),...,h(L‑1)]，L表示多径信道的长度；P表示序文向量p＝[p0,p1,...,pN]T，N为序文向量的长度，则rm可进一步表示为：rm＝P(k1h1+k2h1*)+P*(k3h1*+k4h1*)+P(k1h+k2h*)+P*(k3h+k4h*)+P(k1h2+k2h2*)+P*(k3h2+k4h2*)+wmS4.构造矩阵Pre＝[P P*P P*P P*]，设c＝[c1T c2T c3T c4T c5T c6T]T，其中c1＝k1h1+k2h1*；c2＝k3h1+k4h1*；c3＝k1h+k2h*；c4＝k3h+k4h*；c5＝k1h2+k2h2*；c6＝k3h2+k4h2*；则rm可表示为：rm＝Pre×c+wm，由基于交替最小二乘法可得：c＝(PreH×Pre)‑1×PreH×rm；S5.定义K＝[k1,k2,k3,k4]T,设令c＝H×K+wm，根据基于交替最小二乘法可得K的估计值：Kls＝(HH×H)‑1×HH×c；S6.将c1＝k1h1+k2h1*的实部和虚部分离出来：Re(c1)＝[Re(k1)+Re(k2)]×Re(h1)+[Im(k1)‑Im(k2)]×Im(h1)；Im(c1)＝[Im(k1)+Im(k2)]×Re(h1)+[Re(k1)+Re(k2)]×Im(h1)；同理可得c2、c3、c4、c5、c6的表达式，则矩阵C可表示为：C＝[Re(c1)T Im(c1)T Re(c2)T Im(c2)T Re(c3)T Im(c3)T Re(c4)T Im(c4)T Re(c5)T Im(c5)T Re(c6)T Im(c6)T]T；S7.令HLs＝[Re(h1)Im(h1)Re(h)Im(h)Re(h2)Im(h2)]T；将步骤S5获得的Kls经过实虚部分离后得到KLS表示如下：Re(k1)+Re(k2)Im(k1)-Im(k2)0000Im(k1)+Im(k2)Re(k1)-Re(k2)0000Re(k3)+Re(k4)Im(k3)-Im(k4)0000Im(k3)+Im(k4)Re(k3)-Re(k4)000000Re(k1)+Re(k2)Im(k1)-Im(k2)0000Im(k1)+Im(k2)Re(k1)-Re(k2)0000Re(k3)+Re(k4)Im(k3)-Im(k4)0000Im(k3)+Im(k4)Re(k3)-Re(k4)000000Re(k1)+Re(k2)Im(k1)-Im(k2)0000Im(k1)+Im(k2)Re(k1)-Re(k2)0000Re(k3)+Re(k4)Im(k3)-Im(k4)0000Im(k3)+Im(k4)Re(k3)-Re(k4)]]>S8.则表达式c＝H×K+Wm可表达为C＝HLs×KLs+wm，根据基于交替最小二乘法可得：HLs＝(KLsT×KLs)‑1×KLsT×C；S9.根据求解得到的HLs实现对信道参数h1、h、h2的估计。...
【技术特征摘要】
1.一种考虑多普勒效应与IQ不平衡的多径信道估计方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.设多径信道发送端的输入信号为sm，接收端对接收到的信号去除循环前缀后的输出信号为rm，则输入信号和输出信号之间的关系表示为：rm＝(uturUh+vt*vrUh*)sm+(vturUh+ut*vrUh*)sm*+wm(1)由于Uh＝FH*G*F，式(1)进一步表示为：rm＝(uturFH×G×F+vt*vrFH×G×F*)sm+(vturFH×G×F+ut*vrFH×G×F*)sm*+wm(2)其中，*表示数值或矩阵的共轭，H表示矩阵的共轭转置；ut、vt表示发送端发送的过程中加入的I/Q不平衡参数，ur、vr表示接收端接收的过程中加入的I/Q不平衡参数，Uh表示表示信道的冲击响应h(n)组成的N×N循环矩阵；F为DFT矩阵，G为包含三对角线的矩阵；wm为传输过程中引入的高斯白噪声；S2.将矩阵G进行拆解：其中S3.将FH×B1×F、FH×B2×F近似为单位阵，则式(2)可进一步表示为：rm＝[k1(Uh1+Uh+Uh2)+k2(Uh1+Uh+Uh2)*]p+[k3(Uh1+Uh+Uh2)+k4(Uh1+Uh+Uh2)*]p*+wm其中，k1＝utur，k2＝vt*vr，k3＝vtur，k4＝ut*vr，Uh1＝FH×H1×F，Uh＝FH×G0×F，Uh2＝FH×H2×F；由于Uh1、Uh、Uh2均为循环矩阵，则存在Uh×p＝P×h，其中p表示rm，h表示信道参数[h(0),...,h(L-1)]，L表示多径信道的长度；P表示序文向量p＝[p0,p1,...,pN]T，N为序文向量的长度，则rm可进一步表示为：rm＝P(k1h1+k2h1*)+P*(k3h1*+k4h1*)+P(k1h+k2h*)+P*(k3h+k4h*)+P(k1h2+k2h2*)+P*(k3h2+k4h2*)+wmS4.构造矩阵Pre＝[PP*PP*PP*]，设c＝[c1Tc2Tc3Tc4Tc5Tc6T]T，其中c1＝k1h1+k2h1*；c2＝k3h1+k4h1*；c3＝k1h+k2h*；c4＝k3h+k4h*；c5＝k1h2+k2h2*；c6＝k3h2+k4h2*；则rm可表示为：rm＝Pre×c+wm，由基于交替最小二乘法可得：c＝(PreH×Pre)-1×PreH×rm；S5.定义K＝[k1,k2,k3,k4]T,设令c＝H×K+wm，根据基于交替最小二乘法可得K的估计值：Kls＝(HH×...
【专利技术属性】
技术研发人员：谭洪舟，李培炜，李宇，
申请(专利权)人：广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院，中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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