一种异步多载波系统频域信道估计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种异步多载波系统频域信道估计方法，包括以下步骤：S1：发送端各子信道将时域导频序列和数据序列混合成帧，成帧后的信号通过分段快速卷积多载波合成滤波器组进行多载波信号的合成，不同子信道的导频序列仅占用对应子信道所占的频段；S2：接收端依据子信道的导频插入方案提取接收时域导频序列，通过信道估计获取子信道的时域抽头系数；S3：将估计出的时域抽头系数进行时域降噪处理后，在其末尾补零并转化到DFT域，得到子信道内当时时刻的频域信道估计值；S4：将不同导频序列估计出的频域信道在时间维上进行插值，得到数据序列位置的频域信道信息，用于频域均衡。本发明专利技术大大提高了估计精度，降低了最小均方误差准则下信道估计复杂度。

Frequency domain channel estimation method for asynchronous multi carrier system

The invention discloses a method to estimate the frequency of asynchronous multi carrier channel system, which comprises the following steps: S1: sending end sub channel time domain pilot sequences and data sequences mixed into the frame, into the signal frame of multi carrier signal by piecewise fast convolution multi carrier synthesis filter group, pilot sequences of different sub the corresponding channel occupies only sub channel occupied band; S2: the receiving end according to channel of the pilot scheme for extracting time domain received pilot sequence, time domain tap coefficients obtaining sub channel by channel estimation; S3: the estimated time domain coefficients in time domain noise reduction, and zero at the end conversion to DFT domain, get the estimated value of frequency domain channel sub channel in that moment; S4: different guide channel frequency sequence estimated by interpolation in the time dimension, data bit sequence Frequency domain channel information is used for frequency domain equalization. The invention greatly improves the estimation accuracy and reduces the complexity of the channel estimation under the minimum mean square error criterion.

【技术实现步骤摘要】
一种异步多载波系统频域信道估计方法
本专利技术涉及无线通信
，特别是涉及一种异步多载波系统频域信道估计方法。
技术介绍
为适应通信发展的需要，下一代无线通信系统在提高数据传输速度的基础上，必须具有更高的频谱利用率和能效，其无线覆盖性能、传输时延和用户体验显著提高。系统支持不同业务的通信需求，特别是海量传感设备及机器与机器(M2M)通信。系统还需具备充分的灵活性，整合及动态分配频谱资源。新一代多载波并行传输技术是发展下一代无线通信技术的关键。基于快速卷积的广带异步可调多载波技术在保留正交频分复用(OFDM)抗多径衰落能力强、实现复杂度低、易于与多天线技术(MIMO)结合等优点的基础上，无需循环前缀(CP)对抗多径衰落，从而能充分利用无线资源；各个子载波之间无需同步，增强了频谱使用的灵活性；还具有峰均比低、载波旁瓣小等优点。对于广带异步可调多载波系统，尚无实用的导频设计与信道估计方法。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种能够解决现有技术中存在的缺陷的一种异步多载波系统频域信道估计方法。技术方案：为达到此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术所述的一种异步多载波系统频域信道估计方法，包括以下步骤：S1：发送端各子信道将时域导频序列和数据序列混合成帧，成帧后的信号通过分段快速卷积多载波合成滤波器组进行多载波信号的合成，不同子信道的导频序列仅占用对应子信道所占的频段；S2：接收端依据子信道的导频插入方案提取接收时域导频序列，通过信道估计获取子信道的时域抽头系数；S3：将估计出的时域抽头系数进行时域降噪处理后，在其末尾补零并转化到DFT域，得到子信道内当时时刻的频域信道估计值；S4：将不同导频序列估计出的频域信道在时间维上进行插值，得到数据序列位置的频域信道信息，用于频域均衡。进一步，所述步骤S1中，导频序列和数据序列中间插入零保护间隔。进一步，所述步骤S1中，分段快速卷积多载波合成滤波器组包括重叠分块单元、小FFT单元、带宽扩展单元、频域滤波单元、大IFFT单元和分块保留单元；分段快速卷积多载波合成滤波器组将成帧后的信号通过重叠分块单元、小FFT单元、带宽扩展单元和频域滤波单元后，在DFT域进行拼接，再通过大IFFT单元和分块保留单元进行多载波信号的合成，形成多载波数字基带发送信号。进一步，所述步骤S2具体通过以下过程实现：通过分段快速卷积多载波分析滤波器组形成子信道的基带接收信号，对基带接收信号进行接收时域导频序列的提取，再根据最小均方误差估计器或者最小二乘估计器估计子信道的时域抽头系数；分段快速卷积多载波分析滤波器组包括重叠分块单元、大FFT单元、频域均衡单元、频域滤波单元、小IFFT单元和分块保留单元。进一步，所述步骤S3具体通过以下过程实现：根据估计出的时域抽头系数确定主径的信道强度，将估计出的时域抽头系数中小于门限值的位置置零，并补零至估计出的时域抽头系数长度与大FFT单元尺寸相同，然后对补零后的序列进行FFT变换，得到子信道内当时时刻的频域信道估计值。有益效果：本专利技术公开了一种异步多载波系统频域信道估计方法，具有如下有益效果：1)导频与数据在时域混合，不破坏子带的频谱，保持了广带异步可调多载波系统各子带无需同步、独立配置的优点；2)接收端首先在时域对导频接收信号进行信道估计，然后进行时域降噪后转化到频域，大大提高了估计精度；3)通过特殊设计的信道估计器大大降低最小均方误差准则下的信道估计复杂度。附图说明图1为本专利技术具体实施方式中广带异步可调多载波系统的示意图；图2为本专利技术具体实施方式中多载波合成与分析模块的示意图；图3为本专利技术具体实施方式中单个子带基带发送与接收模块的示意图；图4为本专利技术具体实施方式中单个子带信道估计模块的示意图；图5为本专利技术具体实施方式中时域导频和数据帧的结构图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术的技术方案作进一步的介绍。本具体实施方式公开了一种一种异步多载波系统频域信道估计方法，包括以下步骤：S1：发送端各子信道将时域导频序列和数据序列混合成帧，成帧后的信号通过分段快速卷积多载波合成滤波器组进行多载波信号的合成，不同子信道的导频序列仅占用对应子信道所占的频段；导频序列和数据序列中间可以插入零保护间隔，以获取更好的信道估计性能；S2：接收端依据子信道的导频插入方案提取接收时域导频序列，通过信道估计获取子信道的时域抽头系数；其中，信道估计可采用最小均方误差或者最小二乘准则估计；S3：将估计出的时域抽头系数进行时域降噪处理后，在其末尾补零并转化到DFT域，得到子信道内当时时刻的频域信道估计值；S4：将不同导频序列估计出的频域信道在时间维上进行插值，得到数据序列位置的频域信道信息，用于频域均衡。步骤S1中，分段快速卷积多载波合成滤波器组包括重叠分块单元、小FFT单元、带宽扩展单元、频域滤波单元、大IFFT单元和分块保留单元；分段快速卷积多载波合成滤波器组将成帧后的信号通过重叠分块单元、小FFT单元、带宽扩展单元和频域滤波单元后，在DFT域进行拼接，再通过大IFFT单元和分块保留单元进行多载波信号的合成，形成多载波数字基带发送信号。这个过程用矢量描述如下：式(1)中sk,s＝[sk,s(0)sk,s(1)…sk,s(Nbs-1)]T，是第s个子信道中导频和数据混合后的分段信号。WM是归一化的M点DFT变换矩阵。1N是N×N的全1矩阵，0N是N×N的全0矩阵，IN是N×N的单位矩阵，是Kronecker积。Bms是Ωs的3dB带宽。Λs是hs(n)的频域响应系数为主对角元构成的矩阵。Q＝[0N×L/2IN0N×L/2]。步骤S2具体通过以下过程实现：通过分段快速卷积多载波分析滤波器组形成子信道的基带接收信号，对基带接收信号进行接收时域导频序列的提取，再根据最小均方误差估计器或者最小二乘估计器估计子信道的时域抽头系数；分段快速卷积多载波分析滤波器组包括重叠分块单元、大FFT单元、频域均衡单元、频域滤波单元、小IFFT单元和分块保留单元。以上过程用矢量描述如下：式(2)中，P＝[0M×(N-L/2)IM0M×(N-L/2)]，其中H为多径信道矩阵，为多径信道矩阵变换到DFT内的结果，在M较大(建议M≥32)时可证明近似为满秩的对角阵，设其对角线元素为μ1,μ2,...,μM，则C近似为单点频域均衡器：其中ηi为的主对角线元素，σ2为噪声方差，(·)*表示向量或标量的共轭。对基带接收信号相应位置进行导频段提取，根据设计好的最小均方误差估计器(或最小二乘估计器)得到该子信道的时域抽头系数估计值。下面是具体设计方法。接收导频段可以表达为：其中为Nb×M矩阵。xk为一段发送导频序列。Sps为M×M矩阵，S1第i行第j列元素s1ij满足：其中sinc(x)＝sin(πx)/(πx)。i,j＝1,2,...,M。S2第i行第j列元素s2ij满足：S3第i行第j列元素s3ij满足：根据式(4)-(7)可得到该子信道内的信道的时域抽头系数的最小均方误差估计：最小二乘估计为：下面给出最小均方误差估计器的简化。记σh2为信道响应h的方差，σw2为噪声方差，可证明其近似为满秩的对角阵，故取其主对角元素对上述估计器进行简化，得到：经过优化后，该估计器可以在不明显损失性能的前提下避免矩阵本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种异步多载波系统频域信道估计方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：发送端各子信道将时域导频序列和数据序列混合成帧，成帧后的信号通过分段快速卷积多载波合成滤波器组进行多载波信号的合成，不同子信道的导频序列仅占用对应子信道所占的频段；S2：接收端依据子信道的导频插入方案提取接收时域导频序列，通过信道估计获取子信道的时域抽头系数；S3：将估计出的时域抽头系数进行时域降噪处理后，在其末尾补零并转化到DFT域，得到子信道内当时时刻的频域信道估计值；S4：将不同导频序列估计出的频域信道在时间维上进行插值，得到数据序列位置的频域信道信息，用于频域均衡。

【技术特征摘要】
1.一种异步多载波系统频域信道估计方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：发送端各子信道将时域导频序列和数据序列混合成帧，成帧后的信号通过分段快速卷积多载波合成滤波器组进行多载波信号的合成，不同子信道的导频序列仅占用对应子信道所占的频段；S2：接收端依据子信道的导频插入方案提取接收时域导频序列，通过信道估计获取子信道的时域抽头系数；S3：将估计出的时域抽头系数进行时域降噪处理后，在其末尾补零并转化到DFT域，得到子信道内当时时刻的频域信道估计值；S4：将不同导频序列估计出的频域信道在时间维上进行插值，得到数据序列位置的频域信道信息，用于频域均衡。2.根据权利要求1所述的一种异步多载波系统频域信道估计方法，其特征在于：所述步骤S1中，导频序列和数据序列中间插入零保护间隔。3.根据权利要求1所述的一种异步多载波系统频域信道估计方法，其特征在于：所述步骤S1中，分段快速卷积多载波合成滤波器组包括重叠分块单元、小FFT单元、带宽扩展单元、频域滤波单元、大IFFT单元和分块保留单元；分段快速卷积多载波合成...

【专利技术属性】
技术研发人员：王闻今，赵锦程，张连炜，李怡宁，李灵瑄，石丁，洪姝，高西奇，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32