一种FBMC/OQAM的导频设计和同步信道估计方法技术

一种FBMC/OQAM的导频设计和同步信道估计方法，在FBMC/OQAM系统的发射端插入导频；在系统接收端，利用与导频列相邻的数据列的反转对称性，对接收信号做滑动相关以确定起始位置；然后在频域利用同一子载波上导频的对应关系，得到频偏估计值，通过迭代减小与导频列相邻的数据列和信道噪声对估计的干扰；频偏补偿后首先假设与导频列相邻的数据列是零保护列，由此计算出伪导频并在频域进行信道估计，然后解调出与导频列相邻的数据符号；最后利用解调出的与导频列相邻的数据符号重新计算伪导频来估计信道。本发明专利技术在FBMC/OQAM系统中联合估计了时偏、频偏和信道，不但提高了频谱效率且估计性能也有显著提升。

A pilot design and synchronous channel estimation method for FBMC/OQAM

Estimation method of pilot design and synchronization of a FBMC/OQAM channel, pilot in the transmitter of the FBMC/OQAM system; the receiver, inversion symmetry of the adjacent rows and columns of data of the pilot, the received signal to make correlative to determine the starting position; then corresponding relation in the frequency domain using the same subcarrier pilot, get the frequency deviation estimation, through iterative decreases adjacent columns of data and channel noise on the estimation of interference with the pilot frequency; frequency offset compensation after the first hypothesis and pilot column data column is adjacent zero protection column, so as to calculate the pseudo pilot frequency and channel estimation in frequency domain, and demodulation a column of data symbols adjacent with the pilot; finally use data symbols adjacent recalculating pseudo pilot to estimate the channel and frequency demodulated. The present invention jointly estimates the time offset, frequency offset and channel in the FBMC/OQAM system, which not only improves the spectral efficiency, but also improves the performance of the estimation.

【技术实现步骤摘要】
一种FBMC/OQAM的导频设计和同步信道估计方法
本专利技术涉及无线通信领域，具体涉及一种FBMC/OQAM的导频设计和同步信道估计方法。
技术介绍
由于多载波调制系统不仅能够提供高速的数据传输，成倍的提升系统容量，同时能够有效地对抗信道的频率选择性衰落，因此受到了学术界和工业界的广泛关注和研究。然而，带外泄漏过高一直是多载波调制系统的一大弊病。偏置正交幅度调制的滤波器组多载波(FBMC/OQAM，FilterBankMulticarrierwithOffsetQuadratureAmplitudeModulation)系统通过采用具有良好时频聚焦特性的原型滤波器，可以有效降低信号的带外泄漏。此外，FBMC/OQAM(OFDM/OQAM)系统通过多相滤波器和快速傅里叶变换等操作，大大降低了自身的复杂度和运算量，应用前景广阔。基于数据辅助的时偏、频偏和信道估计一直以来都是FBMC/OQAM系统的研究热点。目前，已有大量文献分开讨论了时频同步和信道估计问题。MatteraD,TandaM在SignalProcessing,2012,92(9):2284–2292上发表的“Data-aidedsynchronizationforOFDM/OQAMsystems[J]”提出利用FBMC/OQAM的共轭对称性来进行符号定时，并利用重复导频序列的相互关系计算频偏，该方法需要添加很多同步符号和保护符号才能抵消FBMC/OQAM系统的重叠性，频谱效率较低。现在受到广泛认可的信道估计方法是JDu，SSignell在IEEEInternationalConferenceonCommunications,2009:1-6上发表的“Novelpreamble-basedchannelestimationforOFDM/OQAMsystems[C]”中提出的干扰近似法(IAM)。同时有一些文献联合估计了频偏和信道，G.Cheng,Y.Xiao,S.Li在IEICETransactiononCommunications,2012,E95-B(5):1848-1851上发表的“JointFrequencyOffsetandChannelEstimationforOFDM/OQAMsystem[J]”利用同一子载波上的导频在频域的对应关系计算频偏，频偏补偿后基于干扰消除法(ICM)估计信道。然而同时估计时偏、频偏和信道参数时的估计性能和频谱效率仍有待提高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种FBMC/OQAM的导频设计和同步信道估计方法，在FBMC/OQAM系统中联合估计了时偏、频偏和信道，不但提高了频谱效率且估计性能也有显著提升。为了实现以上目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种FBMC/OQAM的导频设计和同步信道估计方法，在FBMC/OQAM系统的发射端插入导频：频率时间坐标上，一列幅度减半的数据与导频列交叉重复排列，并在最后再添加该列幅度减半的数据以间隔导频与正常幅度的数据，幅度减半的数据与导频共五列；其中导频按照[1,j,-1,-j]T的规律不断重复；在FBMC/OQAM系统的接收端，首先利用与导频列相邻的数据列的反转对称性，对接收信号做滑动相关以确定起始位置；然后在频域利用同一子载波上导频的对应关系，得到频偏估计值，通过迭代减小与导频列相邻的数据列和信道噪声对估计的干扰；频偏补偿后首先假设与导频列相邻的数据列是零保护列，由此计算出伪导频并在频域进行信道估计，然后解调出与导频列相邻的数据符号；最后利用解调出的与导频列相邻的数据符号计算伪导频来估计信道，完成时偏、频偏和信道的联合估计。本专利技术进一步的改进在于，具体包括以下步骤：(1)在发送端对信息比特流进行QPSK调制和串并转换，然后进行OQAM预处理，将复数数据符号转换成实数数据符号；(2)在发送端数据符号块的头部插入导频：在频率时间坐标上，每一列对应一个时间的M个并行子载波，导频插入的要求如下：导频放到数据块的第二列和第四列，每列按照[1,j,-1,-j]T的规律不断循环重复；第一、三、五列为幅度减半的相同的待发送实数数据列，记为：a＝[a0,a1,a2,…,aM/2,…,aM-2,aM-1]T，其中aM-i＝(-1)iai,i＝1,2,…,M/2-1，所以数据列a进一步表示为a＝[a0,a1,a2,…,aM/2,…,a2,-a1]T；第五列之后均为正常幅度的待发送的实数数据列；(3)对插入导频的数据块进行调制，得到发送端待发送的调制信号s[k]为：其中，am,n为频率时间坐标(m,n)上的数据符号或者导频，是给待发送实数数据符号添加的初始相位；(4)经过多径信道后，接收端收到的信号与发送端发送的信号之间存在频率偏移，接收信号r[k]表示为其中，h[k]代表的是频率选择性信道，其长度为Δ+1；n[k]表示均值为0，方差为σ2的加性高斯白噪声；φ表示以子载波间隔归一化的载波频偏，φ∈(-0.5,0.5]；(5)首先进行接收信号r[k]的符号定时，判断起始位置，确定FBMC/OQAM的接收信号的起始位置为(6)确定接收信号的起始位置后，进行频偏估计，得到频偏估计值：(7)根据频偏估计值进行频偏补偿，计算出伪导频并在频域进行信道估计；(8)在频域进行信道均衡，解调出全部的实数数据符号，进行OQAM后置处理，从实数符号变回到复数符号，进行并串转换和QPSK解调，最终恢复出发送的比特数据流。本专利技术进一步的改进在于，步骤(5)的具体过程包括如下步骤：(5.1)由于多相滤波器组的引入，数据符号实际操作中添加的初始相位为jm+k；因此，数据列a＝[a0,a1,a2,…,aM/2,…,a2,-a1]T添加初始相位、经过IFFT得到的序列b＝[b0b1bM/2b2]T满足反转对称特性，序列b1的顺序对应元素与序列b2的逆序对应元素相等，表示为即b1,t＝b2,M/2-2-t，t＝0,1,…,M/2-2；依照最小二乘原则，找到最满足上述反转对称性的地方，也就是b1的起始位置：其中表示b1(τ1)的共轭；(5.2)将接收信号r[k]代入(5.1)的式中，则找到接收信号中最满足上述反转对称性的地方；根据反转对称性定义基于最小二乘准则的代价函数Φ[τ]对代价函数Φ(τ)进行相应滤波以减小噪声的干扰：对接收信号进行一维搜索，通过求解下面的最大化问题：由此确定FBMC/OQAM的接收信号的起始位置为本专利技术进一步的改进在于，步骤(6)的具体包括如下步骤：(6.1)确定接收信号的起始位置后，接收端经过串并转换、多相滤波、FFT、删除初始相位，得到频时格点(m0,n0)处的数据符号表示为其中是原型滤波器p[k]的自模糊函数；是信道噪声在频时格点(m0,n0)处的噪声；(6.2)考虑目标频时格点周围Ωα,β＝{|(α,β)|≤(1,1)and(α,β)≠(0,0)}的频时格点，认为超出该范围的频时格点上的数据对目标频时格点上的数据造成的影响忽略不计；两列导频数据满足假设与导频列相邻的数据列都为零保护列，且忽略噪声，则导频符号表示为：其中(6.3)将与相乘，其中表示的共轭，由于因此得到：所以CFO的估计值由下式得到：(6.4)根据频偏估计值对接收信号r[k]进行频偏补偿，得到频偏补偿后的接收信号重新经过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种FBMC/OQAM的导频设计和同步信道估计方法，其特征在于，在FBMC/OQAM系统的发射端插入导频：频率时间坐标上，一列幅度减半的数据与导频列交叉重复排列，并在最后再添加该列幅度减半的数据以间隔导频与正常幅度的数据，幅度减半的数据与导频共五列；其中导频按照[1,j,‑1,‑j]

【技术特征摘要】
1.一种FBMC/OQAM的导频设计和同步信道估计方法，其特征在于，在FBMC/OQAM系统的发射端插入导频：频率时间坐标上，一列幅度减半的数据与导频列交叉重复排列，并在最后再添加该列幅度减半的数据以间隔导频与正常幅度的数据，幅度减半的数据与导频共五列；其中导频按照[1,j,-1,-j]T的规律不断重复；在FBMC/OQAM系统的接收端，首先利用与导频列相邻的数据列的反转对称性，对接收信号做滑动相关以确定起始位置；然后在频域利用同一子载波上导频的对应关系，得到频偏估计值，通过迭代减小与导频列相邻的数据列和信道噪声对估计的干扰；频偏补偿后首先假设与导频列相邻的数据列是零保护列，由此计算出伪导频并在频域进行信道估计，然后解调出与导频列相邻的数据符号；最后利用解调出的与导频列相邻的数据符号计算伪导频来估计信道，完成时偏、频偏和信道的联合估计。2.根据权利要求1所述的一种FBMC/OQAM的导频设计和同步信道估计方法，其特征在于，具体包括以下步骤：(1)在发送端对信息比特流进行QPSK调制和串并转换，然后进行OQAM预处理，将复数数据符号转换成实数数据符号；(2)在发送端数据符号块的头部插入导频：在频率时间坐标上，每一列对应一个时间的M个并行子载波，导频插入的要求如下：导频放到数据块的第二列和第四列，每列按照[1,j,-1,-j]T的规律不断循环重复；第一、三、五列为幅度减半的相同的待发送实数数据列，记为：a＝[a0,a1,a2,…,aM/2,…,aM-2,aM-1]T，其中aM-i＝(-1)iai,i＝1,2,…,M/2-1，所以数据列a进一步表示为a＝[a0,a1,a2,…,aM/2,…,a2,-a1]T；第五列之后均为正常幅度的待发送的实数数据列；(3)对插入导频的数据块进行调制，得到发送端待发送的调制信号s[k]为：其中，am,n为频率时间坐标(m,n)上的数据符号或者导频，是给待发送实数数据符号添加的初始相位；(4)经过多径信道后，接收端收到的信号与发送端发送的信号之间存在频率偏移，接收信号r[k]表示为其中，h[k]代表的是频率选择性信道，其长度为Δ+1；n[k]表示均值为0，方差为σ2的加性高斯白噪声；φ表示以子载波间隔归一化的载波频偏，φ∈(-0.5,0.5]；(5)首先进行接收信号r[k]的符号定时，判断起始位置，确定FBMC/OQAM的接收信号的起始位置为(6)确定接收信号的起始位置后，进行频偏估计，得到频偏估计值：(7)根据频偏估计值进行频偏补偿，计算出伪导频并在频域进行信道估计；(8)在频域进行信道均衡，解调出全部的实数数据符号，进行OQAM后置处理，从实数符号变回到复数符号，进行并串转换和QPSK解调，最终恢复出发送的比特数据流。3.根据权利要求2所述的一种FBMC/OQAM的导频设计和同步信道估计方法，其特征在于，步骤(5)的具体过程包括如下步骤：(5.1)由于多相滤波器组的引入，数据符号实际操作中添加的初始相位为jm+k；因此，数据列a＝[a0,a1,a2,…,aM/2,…,a2,-a1]T添加初始相位、经过IFFT得到的序列b＝[b0b1bM/2b2]T满足反转对称特性，序列b1的顺序对应元素与序列b2的逆序对应元素相等，表示为即b1,t＝b2,M/2-2-t，t＝0,1,…,M/2-2；依照最小二乘原则，找到最满足上述反转对称性的地方，也就...

【专利技术属性】
技术研发人员：王慧明，史珂，郑修鹏，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61