基于压缩感知及迭代干扰消除的信道估计方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于压缩感知及迭代干扰消除的信道估计方法及系统。在典型的无线通信环境中，从发射端发射的信号经过无线信道时被周围物体反射、散射及衍射后形成多径到达接收端，接收端需要对信道进行估计从而获取信道状态信息，在高速场景下，相邻载波间干扰十分严重，对准确的信道估计带来了困难，本发明专利技术方法采用对导频附近的接收数据进行迭代载波间干扰消除的方法，通过迭代前后的数据值来估计出数据导频对两侧保护导频的ICI干扰，通过估计所得到的ICI干扰可以代替在传统方案中保护导频位置的接收值，可通过本发明专利技术方法免去使用保护导频，相较于传统的基于压缩感知的信道估计方法减少80％的导频开销，提高了频谱的有效利用率。

【技术实现步骤摘要】
基于压缩感知及迭代干扰消除的信道估计方法及系统
本专利技术涉及无线通信领域，特别无线通信物理层的信道估计技术，具体是指一种基于压缩感知的迭代干扰消除信道估计方法及系统。
技术介绍
在典型的无线通信环境中，从发射端发射的信号经过无线信道时被周围物体反射、散射及衍射后形成多径到达接收端，接收端需要对信道进行估计从而获取信道状态信息。常用的信道估计方法是基于训练序列的信道估计，包括两个步骤：感知和重建。感知，即设计由发射端发送用于探测信道的训练序列；重建，即处理接收端收到的训练序列重建信道响应。典型的估计方法包括最小二乘方法，最小均方误差方法。最小二乘方法和最小均方误差方法均假设信道稠密多径，然而，大量实验研究发现，随着信号带宽、符号周期的增大以及大规模天线的引入，无线信道在时延-多普勒域上呈现稀疏性。基于信道稀疏特性，压缩感知理论被应用到信道估计中。同时，高移动场景下的信道具有稀疏性，这意味着信道脉冲响应由少量相对占主导的响应所构成。因此，可以运用压缩感知技术利用相对较少的有效导频对稀疏信道进行估计。通过基础扩展模型的建模，信道响应系数可以被转换成很少的联合稀疏基扩展模型的系数，然后可以采用压缩理论来信道的基扩展模型系数进行估计。然而，所有这些方法都是基于具有保护导频的导频结构，从而导致较低的频谱利用率，并且与大多数现有通信标准所不兼容。为了克服保护导频的缺点，本专利技术提出了一种能够避免使用保护导频的基于压缩感知的迭代干扰消除信道估计方法。本专利技术的创新在于：在于对发送端的数据进行插入导频子载波的操作时，其中导频子载波只包含有效导频子载波而不包含保护导频子载波。接收端对导频子载波位置和与导频子载波相邻的左右两侧位置的接收子载波进行迭代干扰消除的操作，其中导频左右相邻位置接收值在迭代干扰前后的差值可作为所估计出的子载波间干扰，可以用来替代在传统导频结构中保护导频位置的接收值。因此，原本保护导频位置的子载波可以用来发送更多的数据。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于压缩感知的迭代干扰消除信道估计方法及系统。根据本专利技术提供的一种基于压缩感知的迭代干扰消除信道估计方法，包括如下步骤：导频插入步骤：在发射端插入导频，所述导频不包括保护导频；信道基扩展模型建模步骤：对信道进行复指数基扩展模型的建模；子载波间干扰迭代估计与消除步骤：在接收端对导频子载波位置和与导频子载波相邻的左右两侧位置的接收子载波进行迭代干扰消除；压缩感知信道估计步骤：在接收端利用接收导频对稀疏信道进行估计。优选地，信道基扩展模型建模步骤包括：运用基扩展模型对高移动场景下的时频二维双选信道进行建模，复指数基扩展模型采用阶数为3的复指数基扩展模型。优选地，压缩感知信道估计步骤中，采用正交匹配追踪方法作为压缩感知的恢复方法。优选地，子载波间干扰迭代估计与消除步骤中，导频子载波相邻的左右相邻位置接收值在迭代干扰前后的差值可作为所估计出的子载波间干扰。根据本专利技术提供的一种基于压缩感知的迭代干扰消除信道估计系统，包括如下模块：发送信号导频设置模块：用于在发射端插入导频，所述导频不包括保护导频；信道基扩展模型建模模块：用于对信道进行复指数基扩展模型的建模；压缩感知信道估计模块：用于利用压缩感知的原理在接收端利用接收导频对稀疏信道进行估计；子载波间干扰迭代估计与消除模块：用于在接收端对接收信号进行子载波间干扰的估计，并将估计结果输入到压缩感知信道估计模块用于消除子载波间干扰。优选地，信道基扩展模型建模模块包括：运用基扩展模型对高移动场景下的时频二维双选信道进行建模，复指数基扩展模型采用阶数为3的复指数基扩展模型。优选地，压缩感知信道估计模块中采用正交匹配追踪方法作为压缩感知的恢复方法。优选地，子载波间干扰迭代估计与消除模块中的导频子载波相邻的左右相邻位置接收值在迭代干扰前后的差值可作为所估计出的子载波间干扰。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术提供的基于压缩感知的迭代干扰消除信道估计系统在压缩感知信道估计中不使用保护导频，可以在更低的导频密度下实现相近的信道估计性能。2、本专利技术相较于传统的基于压缩感知的信道估计方法减少80％的导频开销，提高了频谱的有效利用率。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1传统的基于压缩感知的信道估计方法导频结构；图2本专利技术采用的基于压缩感知的迭代干扰消除信道估计方法导频结构；图3本专利技术提出的基于压缩感知的迭代干扰消除信道估计方法流程框图图4本专利技术方法与传统方法的信道估计NMSE性能对比曲线。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。现有的基于压缩感知的信道估计技术的导频结构需要保护导频来占用额外的子载波，基于上述缺陷，本专利技术的目的在于提出了一种基于压缩感知的迭代干扰消除信道估计方法及系统。在高速场景下，相邻载波间干扰十分严重，对准确的信道估计带来了困难，本专利技术方法及系统采用对导频附近的接收数据进行迭代ICI干扰消除的方法，通过迭代前后的数据值来估计出数据导频对两侧保护导频的ICI干扰，通过估计所得到的ICI干扰可以代替在传统方案中保护导频位置的接收值，所以可以通过本专利技术方法可以免去使用保护导频，相较于传统的基于压缩感知的信道估计方法减少80％的导频开销，提高了频谱的有效利用率。其中，传统的基于压缩感知的信道估计方法导频结构和我们提出的基于压缩感知的迭代干扰消除信道估计方法得导频结构如图1和图2所示。具体实现方式如下：本专利技术提供一种基于压缩感知的迭代干扰消除信道估计方法，包括在发射端插入导频，所述导频不包括保护导频；对信道进行复指数基扩展模型的建模；在接收端对导频子载波位置和与导频子载波相邻的左右两侧位置的接收子载波进行迭代干扰消除；在接收端利用接收导频对稀疏信道进行估计。本专利技术提供一种基于压缩感知的迭代干扰消除信道估计系统，包括信道基扩展模型建模模块，能够将信道从时域建模到基扩展模型域，方便对信道进行建模估计；压缩感知信道估计模块，利用压缩感知的原理在接收端对利用接收导频对稀疏信道进行估计；子载波间干扰迭代估计与消除模块，在接收端对接收信号进行子载波间干扰的估计，并将估计结果输入到信道估计模块用于消除子载波间干扰。进一步的，在运用基扩展模型对高移动场景下的时频二维双选信道进行精确的建模时，本方法采用阶数为3的复指数基扩展模型。在利用压缩感知技术对稀疏信道的信道响应进行高可靠度的恢复时，采用正交匹配追踪方法作为压缩感知的恢复方法。在对接收端对导频子载波位置和与导频子载波相邻的左右两侧位置的接收子载波进行迭代干扰消除的操作时，导频左右相邻位置接收值在迭代干扰前后的差值可作为所估计出的子载波间干扰。为进一步理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和具体实施对本专利技术做进一步的描述。我们将接收数据的导频位置子载波和与导频相邻左右位置的子载波分别编号为1、2、3，以此序号作为如下迭代载波间干扰估计过程的分析。输入分别为接收信号1、2、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于压缩感知的迭代干扰消除信道估计方法，其特征在于，包括如下步骤：导频插入步骤：在发射端插入导频，所述导频不包括保护导频；信道基扩展模型建模步骤：对信道进行复指数基扩展模型的建模；子载波间干扰迭代估计与消除步骤：在接收端对导频子载波位置和与导频子载波相邻的左右两侧位置的接收子载波进行迭代干扰消除；压缩感知信道估计步骤：在接收端利用接收导频对稀疏信道进行估计。

【技术特征摘要】
1.一种基于压缩感知的迭代干扰消除信道估计方法，其特征在于，包括如下步骤：导频插入步骤：在发射端插入导频，所述导频不包括保护导频；信道基扩展模型建模步骤：对信道进行复指数基扩展模型的建模；子载波间干扰迭代估计与消除步骤：在接收端对导频子载波位置和与导频子载波相邻的左右两侧位置的接收子载波进行迭代干扰消除；压缩感知信道估计步骤：在接收端利用接收导频对稀疏信道进行估计。2.根据权利要求1所述的基于压缩感知的迭代干扰消除信道估计方法，其特征在于，信道基扩展模型建模步骤包括：运用基扩展模型对高移动场景下的时频二维双选信道进行建模，复指数基扩展模型采用阶数为3的复指数基扩展模型。3.根据权利要求1所述的基于压缩感知的迭代干扰消除信道估计方法，其特征在于，压缩感知信道估计步骤中，采用正交匹配追踪方法作为压缩感知的恢复方法。4.根据权利要求1所述的基于压缩感知的迭代干扰消除信道估计方法，其特征在于，子载波间干扰迭代估计与消除步骤中，导频子载波相邻的左右相邻位置接收值在迭代干扰前后的差值可作为所估计出的子载波间干扰。5.一种基于压缩感知的迭代干...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊箭，房鑫，宋志群，归琳，闻琛，
申请(专利权)人：上海交通大学，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：上海,31