基于叠加训练序列的ACO‑OFDM信道估计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于叠加训练序列的ACO‑OFDM信道估计方法，其按如下步骤进行：步骤一，对伪噪声序列处理，得到单极性非负周期实序列；步骤二，生成本地矩阵；步骤三，计算所需参数条件，按信道估计方法，完成信道估计。本发明专利技术方法实现复杂度较低且准确性较高，具有很高的应用价值。

ACO OFDM channel estimation method based on superimposed training sequence

The invention discloses a method for estimating ACO OFDM channel based on the superimposed training sequence, which includes following steps: step one, the pseudo noise sequence processing, get the unipolar non negative periodic real sequence; step two, generate the local matrix; step three, calculate the required parameters according to a channel estimation method complete channel estimation. The method of the invention has low complexity and high accuracy, and has high application value.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于信息与通信工程
，涉及一种光无线通信信号处理中的训练序列叠加及信道估计过程的方法，具体是一种可用于光无线通信的基于叠加训练序列的信道估计方法。
技术介绍
目前，各种无线通信业务持续增长，无线频谱需求量越来越大，对频段的利用率要求也越来越高。然而，该问题并未得到很好地解决，且日趋严重。为降低频谱资源压力，传输方式方面采用了正交频分复用技术(OFDM)。这是多载波并行传输调制方式之一。且，因其实现复杂度较低，故应用最广。从无线传输的介质角度出发，光无线通信作为一项新技术应运而生。相应的，对光无线通信的调制方式、同步方式及信道估计等关键技术研究也有了快速发展。OFDM调制技术有许多优点，如信道利用率高、抗干扰、衰减性强及适用范围较大、较广等。但本专利技术中需对光强调制。因光强不能为负值，而OFDM技术只能对双极性信号调制。针对该问题，需对OFDM技术改进，出现了多载波非对称限幅光-正交频分复用(ACO-OFDM)技术。该技术可适应光无线通信中仅有单极性信号的调制过程。且其还有收发机结构简单、调制深度高及受非线性影响小等优点。所以，如何解决在调制系统中较为有效的将双极性信号转换为非负单极性信号，是ACO-OFDM调制的关键技术之一。信道估计技术是光无线通信中的关键技术之一，该技术是从接收数据中将假定的某个信道模型参数估计出来的过程，可分为盲信道估计、导频辅助信道估计及基于叠加训练序列的信道估计等。而由于ACO-OFDM系统对输入快速傅里叶逆变换(IFFT)的向量有特殊要求，使基于导频辅助的信道估计方法在该系统中实现较为困难。此时，使用基于叠加训练序列的信道估计方法更为有效。但由于光强信号都为正值，信息序列均值不为零。所以，对接收信号一阶统计平均后，会出现不能将所叠加的训练序列提取出来的问题。
技术实现思路
本专利技术针对现高速发展的无线光通信提供一种高效的、稳定的调制方式和信道估计方法——基于叠加训练序列的ACO-OFDM信道估计方法，用以促使光信息能更为准确、快速地传输，以便无线光通信技术能广泛应用于生活、生产及科研等方面的数字通信领域中。本专利技术提出了一种基于叠加训练序列的多载波非对称限幅光-正交频分复用ACO-OFDM信道估计方法，其主要包括用于训练序列的单极性非负周期实序列生成方法、本地矩阵的生成方法及信道估计方法，具体按以下步骤：步骤一，需对伪噪声序列处理以得到单极性非负周期实序列。其中，该步骤将涉及对伪噪声序列的共轭对称、IFFT、并串变换、限幅及拆分组合等过程，主要是将伪噪声序列转变为可用于基带传输且易与数据信号分离的正实数序列。步骤二，生成本地矩阵。优选的，通过对ACO-OFDM系统的时域信号分析，以元素全为实数b的Q×Q维实数矩阵B和循环矩阵T'来构成本地矩阵T。Q的取值为生成周期正实数序列的周期值，T'是由训练序列构成的Q×Q维的循环矩阵，且T为Q×Q维的实数矩阵，b为时域信号sc(n)的均值。步骤三，以此为计算必要所需参数条件，按上述信道估计方法，完成信道估计。另外，在信道估计仿真实验中，本专利技术加入子载波数量和功率分配因子两个可控因素，并以均方误差(MSE)来评价信道估计效果，使整个系统具有可调性和完整性。优选的，步骤一，由伪噪声序列(PN序列)生成复向量，再经快速傅里叶逆变换(IFFT)变为实数序列，序列多次重复后最终生成周期正实数序列。优选的，步骤一依次通过以下步骤实现：步骤1.1.对长为Q的PN序列星座映射及并串变换，且Q的取值可为4的整倍数的数；此时，所得序列长度为原PN序列的四分之一，即长为Q/4的复向量p，且p是一个1×Q/4维的向量；步骤1.2.将经步骤1.1所得复向量p作共轭对称变换，得向量p'；向量p'只有奇数项承载信息，而偶数项都为零，即当变量m为偶数时，有p'(m)＝0；由于系统信号需基带传输，故需将复信号共轭对称，再经IFFT处理后转变为实数序列，再将其传输；当且仅当p'向量具有共轭对称性时，才能执行IFFT处理，否则，重复步骤1.2，使生成向量具有共轭对称性；步骤1.3.将步骤1.2中的向量p'作IFFT处理后，转变为实数序列；再对其依次执行并串变换、限幅处理，且限幅处理主要使实数序列的元素值不小于零，即可生成长度为Q的单极性非负实数序列t'(n)；为了具备周期性，在上述生成实数序列t'(n)基础上，将其重复NQ次，NQ为自然数，得到单极性非负周期实数序列t(n)；且t(n)为一个1×Q·NQ维、周期为Q，元素值都为正值的实数序列；n为自然数，取值为(1,Q·NQ)范围的整数。优选的，步骤二采用以下步骤实现：步骤2.1.实数矩阵B的生成过程；实数矩阵是指矩阵内的所有元素都为实数，矩阵B是一个Q×Q维的全实数对称矩阵，且Q为步骤1.3中训练序列的周期值；将输入的正交频分复用技术(OFDM)基带信号表示为：s(n)，且s(n)满足均值为零的正态分布，即s(n)～N(0,σ2)，其均值为0，方差为σ2；对s(n)作限幅处理，即限制每个信号幅值不低于零，得到时域信号：sc(n)；步骤2.2.对于步骤2.1所得序列sc(n)及s(n)，因s(n)满足均值为零的正态分布，得sc(n)均值为：令即可构造Q×Q阶元素都为b的实数矩阵B，即有：步骤2.3.在步骤2.2中生成的实数矩阵B上，叠加一个循环矩阵，即可完成本地矩阵构建，该循环矩阵以步骤1.3生成的训练序列t(n)为矩阵元素，即有：步骤2.4.将步骤2.2与步骤2.3所得实数矩阵B和循环矩阵T'相加，得本地矩阵T，即有：优选的，步骤三的信道估计方法由时域离散模型得到发送信号x(n)及接收信号r(n)，将接收信号分为Q路，依次对其Q倍下采样，之后对每路分别求均值，得量化结果y(n)；再对其无偏估计，结合本地矩阵的逆矩阵，完成信道估计过程。优选的，步骤三采用以下步骤完成：步骤3.1.该系统的发送信号x(n)为步骤2.1中所得的时域信号sc(n)和步骤1.3中得到的训练序列t(n)的和，其表达式如下：x(n)＝sc(n)+t(n)(4)步骤3.2.步骤3.1中的发送信号x(n)经信道后，接收端收到的信号是其经光多径路径反射后，各接收信号分量的总和，其表达式如下：其中，l表示光路径的路径数；h(l)表示第l条路径的信道脉冲响应系数；w(n)表示加性高斯白噪声，其特点为幅值满足均值为零的高斯分布；且功率谱密度满足均匀分布，其均值与方差只与其频率跨度有关；步骤3.3.将步骤3.2所得的接收信号r(n)分为Q路，即依次对其Q倍下采样；之后对每路分别求均值，得接收信号量化结果为：y(n)＝E[r(kQ+n)]。其中，k是取值为(0,NQ)范围的整数，Q为步骤1.3中训练序列的周期值；步骤3.4.结合步骤3.1、3.2中所得的发送信号x(n)及接收信号r(n)的表达式，可计算步骤3.3的量化结果y(n)为：其中，NQ为步骤1.3所述的序列重复次数；步骤3.5.因噪声w(n)为加性高斯白噪声，根据其幅值满足均值为零的正态分布特点，且由步骤2.2所得的sc(n)均值为b的结果，则步骤3.4中y(n)的计算可简化为：步骤3.6.求解步骤3.5所得y(n)；当且仅当Q＝L时，L表示信道阶数，且其系数矩阵满秩时，该式具有唯一解；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于叠加训练序列的ACO‑OFDM信道估计方法，其特征是按如下步骤进行：步骤一，对伪噪声序列处理，得到单极性非负周期实序列；步骤二，生成本地矩阵；步骤三，计算所需参数条件，按信道估计方法，完成信道估计。

【技术特征摘要】
1.一种基于叠加训练序列的ACO-OFDM信道估计方法，其特征是按如下步骤进行：步骤一，对伪噪声序列处理，得到单极性非负周期实序列；步骤二，生成本地矩阵；步骤三，计算所需参数条件，按信道估计方法，完成信道估计。2.根据权利要求1所述的基于叠加训练序列的ACO-OFDM信道估计方法，其特征在于：步骤一，由伪噪声序列生成复向量，再经快速傅里叶逆变换变为实数序列，序列多次重复后最终生成周期正实数序列。3.根据权利要求2所述的基于叠加训练序列的ACO-OFDM信道估计方法，其特征在于：所述步骤一依次通过以下步骤实现：步骤1.1.对长为Q的PN序列星座映射及并串变换，且Q的取值为4的整倍数的数；此时，所得序列长度为原PN序列的四分之一，即长为Q/4的复向量p，且p是一个1×Q/4维的向量；步骤1.2.将经步骤1.1所得复向量p作共轭对称变换，得向量p′；向量p′只有奇数项承载信息，而偶数项都为零，即当变量m为偶数时，有p′(m)＝0；由于系统信号需基带传输，故需将复信号共轭对称，经IFFT处理后转变为实数序列，再将其传输；当且仅当p′向量具有共轭对称性时，才能执行IFFT处理，否则，重复步骤1.2，使生成向量具有共轭对称性；步骤1.3.将步骤1.2中的向量p′作IFFT处理后，转变为实数序列；再对其依次执行并串变换、限幅处理，且限幅处理主要使实数序列的元素值不小于零，即可生成长度为Q的单极性非负实数序列t′(n)；为了具备周期性，在上述生成实数序列t′(n)基础上，将其重复NQ次，NQ为自然数，得到单极性非负周期实数序列t(n)；且t(n)为一个1×Q·NQ维、周期为Q，元素值都为正值的实数序列；n为自然数，取值为(1，Q·NQ)范围的整数。4.根据权利要求3所述的基于叠加训练序列的ACO-OFDM信道估计方法，其特征在于：步骤二，通过对ACO-OFDM系统的时域信号分析，以元素全为实数b的Q×Q维实数矩阵B和循环矩阵T′来构成本地矩阵T；Q的取值为生成周期正实数序列的周期值；T′是由训练序列构成的Q×Q维的循环矩阵，且T为Q×Q维的实数矩阵，b为时域信号sc(n)的均值。5.根据权利要求4所述的基于叠加训练序列的ACO—OFDM信道估计方法，其特征在于：步骤二采用以下步骤实现：步骤2.1.实数矩阵B的生成过程；实数矩阵是指矩阵内的所有元素都为实数，矩阵B是一个Q×Q维的全实数对称矩阵，且Q为步骤1.3中训练序列的周期值；将输入的正交频分复用基带信号表示为：s(n)，且s(n)满足均值为零的正态分布，即s(n)～N(0，σ2)，其均值为0，方差为σ2；对s(n)作限幅处理，即限制每个信号幅值不低于零，得到时域信号：sc(n)；步骤2.2.对于步骤2.1所得序列sc(n)及s(n)，因s(n)满足均值为零的正态分布，得sc(n)均值为：令即可构造Q×Q阶元素都为b的实数矩阵B，即有：B=bbb...bbbb...bbbb...b...............bbb...bQ×Q---(1)]]>步骤2.3.在步骤2.2中生成的实数矩阵B上，叠加一个循环矩阵，即可完成本地矩阵构建，该循环矩阵以步骤1.3生成的训练序列t(n)为矩阵元素，即有：T′=t(0)t(1)t(2)...t(Q-1)t(Q-1)t(0)t(1)...t(Q-2)t(Q-2)t(Q-1)t(0)...t(Q-3)...............t(1)t(2)t(3)...t(0)---(2)]]>步骤2.4.将步骤2.2与步骤2.3所得实数矩阵B和循环矩阵T′相加，得本地矩阵T，即有：T=t(0)+bt(1)+bt(2)+b...t(Q-1)+bt(Q-1)+bt(0)+bt(1)+b...t(Q-2)+bt(Q-2)+bt(Q-1)+bt(0)+b...t(Q-3)+b..................

【专利技术属性】
技术研发人员：姜斌，包建荣，杨顺峰，王天枢，唐向宏，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33