一种利用加权虚拟导频的时频域联合插值信道估计方法技术

本发明专利技术属于无线通信技术领域，公开了一种利用加权虚拟导频的时频域联合插值信道估计方法，利用计算出的离散导频处信道频域特性值进行线性插值，分别计算出加权虚拟导频处的时域方向信道频域特性值和频域方向信道频域特性值；利用信道最大多径时延和多普勒频移计算加权因子；利用加权函数对加权虚拟导频处时域方向信道频域特性值和频域方向信道频域特性值进行加权运算，得出所有辅助导频的时域方向信道频域特性值；最后利用辅助导频的时域方向信道频域特性值进行频域方向维纳插值，得出所有接收数据信道频域特性值。本发明专利技术提高了信道估计值的精确度，可用于DVB‑NGH系统等基于离散导频的OFDM系统中。

【技术实现步骤摘要】
一种利用加权虚拟导频的时频域联合插值信道估计方法
本专利技术属于无线通信
，尤其涉及一种利用加权虚拟导频的时频域联合插值信道估计方法。
技术介绍
OFDM技术因其具有高传输速率、高频谱效率、抗多径衰落和符号间干扰等特点，使其在DVB-NGH(DigitalVideoBroadcasting-NextGeneration)、DVB-T2(DigitalVideoBroadcasting-SecondGenerationTerrestrial)、3GPPLTE(3rdGenerationPartnershipProjectLongTermEvolution)等无线通信系统中得到了广泛应用。在OFDM系统中，发射信号经过无线信道后，会发生不同程度的畸变，为了消除信道对信号的影响，需要借助信道估计与均衡器。其中，信道估计精度对能否正确解调OFDM符号起着至关重要的作用。目前，常用的信道估计算法有导频辅助信道估计算法、盲信道估计算法与半盲信道估计算法。出于接收机性能考虑，导频辅助信道估计算法在现有通信标准中应用最为广泛，其实现过程分为二步：导频点的信道估计与数据点的信道插值。2007年DongX,LuWS与SoongACK在IEEETransactionsonWirelessCommunications上发表的文章“LinearInterpolationinPilotSymbolAssistedChannelEstimationforOFDM”介绍了一种线性时频域联合插值信道估计算法，该算法计算复杂度低，易于实现，但是其在时变多径信道中估计性能严重恶化。2007年HenkelM,SchillingC和SchroerW在Proceedingsof65thIEEEVehicularTechnologyConference上发表的文章“ComparisonofChannelEstimationMethodsforPilotAidedOFDMSystems”介绍了一种简化维纳时频域联合插值信道估计算法，该算法没有考虑多普勒频偏与信道最大多径时延对数据点信道插值精度的影响，故其在时变性和多径效应比较严重的信道环境中估计性能下降明显。2014年LiangY,ZhouW,ZhouM等人在IEEEInternationalConferenceonSignalProcessing上发表的文章“Researchandimplementationfor2DMMSEchannelestimation”介绍了一种维纳时频域联合插值信道估计算法，虽然该算法具有良好的估计性能，但是由于在时频域方向上均采用了维纳插值，导致该算法复杂度太高。2015年NisselR与RuppM在ProceedingsofIEEEInternationalConferenceonCommunications上发表的文章“Doubly-selectiveMMSEChannelEstimationandICIMitigationforOFDMSystems”介绍了一种具有最优估计性能的MMSE(MinimumMeanSquareError)信道估计算法，但该算法需要信道相关矩阵和信噪比等信道统计信息，实现复杂度高。2016年宫丰奎、刘铭等人在专利201610111528.5中介绍了一种OFDM系统导频辅助的时频域插值加权信道估计方法，该算法虽然考虑了多普勒频偏与信道最大多径时延对数据点信道插值精度的影响，但是其限定了多普勒频偏与信道最大多径时延的适用范围，当多普勒频偏与信道最大多径时延超过适用范围后，该算法性能将会受到影响。综上所述，现有技术存在如下问题：现有的时频域联合插值信道估计算法在时变性和多径效应比较严重的信道环境中估计性能下降明显；维纳时频域联合插值信道估计算法和MMSE信道估计算法实现复杂度太高；OFDM系统导频辅助的时频域插值加权信道估计方法对多普勒频偏与信道最大多径时延的适用范围有限。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种利用加权虚拟导频的时频域联合插值信道估计方法。本专利技术是这样实现的，一种利用加权虚拟导频的时频域联合插值信道估计方法，所述利用加权虚拟导频的时频域联合插值信道估计方法利用计算出的离散导频处信道频域特性值进行线性插值，分别计算出加权虚拟导频处的时域方向信道频域特性值和频域方向信道频域特性值；利用信道最大多径时延和多普勒频移计算加权因子；利用加权函数对加权虚拟导频处时域方向信道频域特性值和频域方向信道频域特性值进行加权运算，得出所有辅助导频的时域方向信道频域特性值；最后利用辅助导频的时域方向信道频域特性值进行频域方向维纳插值，得出所有接收数据信道频域特性值。进一步，所述利用加权虚拟导频的时频域联合插值信道估计方法包括以下步骤：(1)在OFDM系统接收机中估计出离散导频处信道频域特性值其中，(i,k)为接收机接收的第i个OFDM符号中第k个子载波的位置序号；(2)在时频域方向上对离散导频处的信道特性值进行线性插值，分别计算出加权虚拟导频处的时域方向信道频域特性值和频域方向信道频域特性值(3)计算加权虚拟导频处的加权因子λ；(4)用加权函数对求出的与进行加权运算，计算出加权虚拟导频处的信道频域特性值其中，ψvp[i]为第i个OFDM符号的加权虚拟导频集，t为不小于0的整数，Kmin≤k≤Kmax,Kmin和Kmax分别表示OFDM符号中有效子载波序号的最小值与最大值，Dx是离散导频的子载波间隔；(5)用加权虚拟导频处的信道频域特性值和计算出的离散导频处信道频域特性值计算所有辅助导频时域方向的信道频域特性值其中，ψsp[i]为第i个OFDM符号的离散导频集：ψsp[i]＝{k|k＝Kmin+Dx(imodDy)+mD′x,k≤Kmax}；其中，m为不小于0的整数，D′x＝Dx·Dy，Dy为是离散导频的OFDM符号间隔；(6)对时域方向的信道频域特性值进行频域方向维纳插值，计算出所有接收数据的信道频域特性值进一步，所述(2)中在加权虚拟导频处的时域方向信道频域特性值和频域方向信道频域特性值按如下公式计算：其中，(i,k)表示OFDM系统中第i个OFDM符号中第k个子载波的位置序号，i取值范围为mDy＜i＜(m+1)Dy，m为大于零的整数，Dy是离散导频的OFDM符号间隔；其中，k取值范围为mD′x＜k＜(m+1)D′x且k∈ψvp[i]，m为大于零的整数，D′x＝Dx·Dy，Dx是离散导频的子载波间隔。进一步，所述(3)具体包括：1)计算信道归一化最大多径时延：τ＝τcmax/τmax，其中，τcmax为信道最大多径时延，τmax为离散导频可支持的最大多径时延；2)计算信道归一化多普勒频移：f＝fD/fDmax，其中，fD为多普勒频偏，fDmax为离散导频可支持的最大多普勒频偏；3)利用信道归一化最大多径时延τ和归一化多普勒频移f计算加权因子λ：λ＝τ/(τ+f)。进一步，所述(6)中接收数据信道频域特性值按如下公式计算：其中，是由辅助导频时域方向信道频域特性值组成的长度为M+N+1的列向量，k′＝k-q+jDx，j为-M≤j≤N的整数，q为0≤q＜Dx的整数，q的取值需要保证(i,k-q)∈ψ，ψ＝ψsp[i]∪ψ本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用加权虚拟导频的时频域联合插值信道估计方法，其特征在于，所述利用加权虚拟导频的时频域联合插值信道估计方法利用计算出的离散导频处信道频域特性值进行线性插值，分别计算出加权虚拟导频处的时域方向信道频域特性值和频域方向信道频域特性值；利用信道最大多径时延和多普勒频移计算加权因子；利用加权函数对加权虚拟导频处时域方向信道频域响应值和频域方向信道频域响应值进行加权运算，得出所有辅助导频的时域方向信道频域特性值；最后利用辅助导频的时域方向信道频域特性值进行频域方向维纳插值，得出所有接收数据信道频域特性值。

【技术特征摘要】
1.一种利用加权虚拟导频的时频域联合插值信道估计方法，其特征在于，所述利用加权虚拟导频的时频域联合插值信道估计方法利用计算出的离散导频处信道频域特性值进行线性插值，分别计算出加权虚拟导频处的时域方向信道频域特性值和频域方向信道频域特性值；利用信道最大多径时延和多普勒频移计算加权因子；利用加权函数对加权虚拟导频处时域方向信道频域响应值和频域方向信道频域响应值进行加权运算，得出所有辅助导频的时域方向信道频域特性值；最后利用辅助导频的时域方向信道频域特性值进行频域方向维纳插值，得出所有接收数据信道频域特性值。2.如权利要求1所述的利用加权虚拟导频的时频域联合插值信道估计方法，其特征在于，所述利用加权虚拟导频的时频域联合插值信道估计方法包括以下步骤：(1)在OFDM系统接收机中估计出离散导频处信道频域特性值其中，(i,k)为接收机接收的第i个OFDM符号中第k个子载波的位置序号；(2)在时频域方向上对离散导频处的信道特性值进行线性插值，分别计算出加权虚拟导频处的时域方向信道频域特性值和频域方向信道频域特性值(3)计算加权虚拟导频处的加权因子λ；(4)用加权函数对求出的与进行加权运算，计算出加权虚拟导频处的信道频域特性值其中，ψvp[i]为第i个OFDM符号的加权虚拟导频集，t为不小于0的整数，Kmin≤k≤Kmax,Kmin和Kmax分别表示OFDM符号中有效子载波序号的最小值与最大值，Dx是离散导频的子载波间隔；(5)用加权虚拟导频处的信道频域特性值和计算出的离散导频处信道频域特性值计算所有辅助导频时域方向的信道频域特性值其中，ψsp[i]为第i个OFDM符号的离散导频集：ψsp[i]＝{k|k＝Kmin+Dx(imodDy)+mD′x,k≤Kmax}；其中，m为不小于0的整数，D′x＝Dx·Dy，Dy为是离散导频的OFDM符号间隔；(6)对时域方向的信道频域特性值进行频域方向维纳插值，计算出所有接收数据的信道频域特性值3.如权利要求2所述的利用加权虚拟导频的时频域联合插值信道估计方法，其特征在于，所述(2)中在加权虚拟导频处的时域方向信道频域特性值和频域方向信道频域特性值按如下公式计算：

【专利技术属性】
技术研发人员：宫丰奎，张军山，张航，张南，李果，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61