一种平移式特殊QPSK系统联合信道估计方法技术方案

本发明专利技术提供了一种平移式特殊QPSK系统联合信道估计方法，首先进行平移式特殊QPSK调制，然后开展基于Kmeans算法的联合信道估计，联合信号检测、信道估计和同步判决三部分的信道估计方法，最后进行平移式特殊QPSK解调。本发明专利技术提出的信道估计方法不需要在发送序列中加入额外的导频序列进行辅助，极大的提高了信道资源的利用率，同时，提出的信道估计方法可以扩展到对称式特殊QPSK的应用中。

A joint channel estimation method for special translation QPSK system

【技术实现步骤摘要】
一种平移式特殊QPSK系统联合信道估计方法
本专利技术属于无线通信
，涉及一种联合信道估计方法。
技术介绍
无线通信系统的性能很大程度上受到无线信道的影响，如阴影衰落和频率选择性衰落等，使得发射机和接收机之间的传播路径非常复杂，导致接收端接收到的信号发生严重的失真。在实际通信系统中，为了能在接收端准确的恢复发射端的发送信号，人们采用各种措施来抵抗多径效应对传输信号的影响，信道参数估计是其中的一项关键技术，即从接收数据中将假定的某个信道模型的模型参数估计出来的过程。一般地，通过信道估计获得了信道信息，就可以基于信道估计信息进行信道均衡，弥补信道衰落的影响。文献1“樊同亮,温玉仓,张盛.一种基于聚类分析的信道估计算法[J].科技通报,2014(05):118-121+152.”针对正交频分复用技术，研究了基于噪声聚类的信道估计算法实现，利用聚类分析技术对循环前缀长度内的噪声进行识别，进一步消除噪声的干扰，提高了系统性能。文献2“何继爱,何勇,肖丹丹.基于KM-PCA稀疏信号的盲源分离算法[J].兰州理工大学学报,2012(04):86-90.”在Kmeans聚类的基础上，提出了一种新的欠定信道估计算法——Kmeans与主成分分析方法，该算法首先对观测数据进行Kmeans聚类，然后对聚类分析结果分别进行主成分分析，修正其聚类中心，提高了估计精度。文献3“杨顺峰,姜斌,包建荣,刘超.基于叠加训练序列的ACO-OFDM信道估计[J].杭州电子科技大学学报(自然科学版),2017,37(04):25-29.”提出了一种适用于非对称性限幅光正交频分复用(ACO-OFDM)系统的叠加训练序列信道估计方法。通过对接收信号一阶统计平均的处理，避免了因接收信号多变而引起的检测效果不稳定的缺陷，且具有复杂度低、估计性能好等优势。但是叠加训练序列到发送信号上的形式占据了发送信息的大部分能量，导致有效信号的能量减少，影响信号的误码率性能。文献4“ChunmaoW,ChenningZ.AmethodofframesynchronizationforhighspeedpulsesignalbasedonGTX[C].20173rdIEEEInternationalConferenceonComputerandCommunications(ICCC),IEEE,2017,1348-1352.”研究了一种适用于高速通信系统中的帧捕获算法，该算法利用同步序列采用自同步技术实现帧同步，引入了捕获算法中的捕获验证和保护机制降低帧同步报头捕获中的误报概率。专利技术人的在先专利申请1“一种帧同步码隐含于信息码中传输的方法，201910174035.X，2019-03-08.”中针对辅助的特殊同步码序列或者是循环前缀序列占用信道资源的问题，提出了一种对称式特殊QPSK映射方法。通过改变信息码元的能量，将帧同步码隐藏于信息码中，释放了帧同步码序列所占用的信道资源，实现了同步序列对信道资源的零占用，有效提高了信道资源的利用率。由于平移式特殊QPSK舍弃了辅助信息及其调制的特殊性，上述文献及其他文献提出的信道估计算法不再适用。针对同步码元序列占用信道资源的问题，专利1提出了一种将同步码隐藏于信息码中传输的对称式特殊QPSK系统方案，但由于特殊QPSK的特殊性，当接收信号受到信道影响时，信号的幅度和相位都会产生较大的偏差，隐藏于符号中的m序列将会受到严重的影响。其导致的符号旋转会对m序列提取的造成很大干扰，无法进行正常捕获。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种平移式特殊QPSK系统联合信道估计方法，针对平移式特殊QPSK映射方式，开展基于Kmeans算法的联合信道估计，联合信号检测、信道估计和同步判决三部分的信道估计方法，从而使平移式特殊QPSK系统在衰落信道中仍具有良好的性能。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：步骤一，设信息序列为{b0,b1,b2,…,bN-1}，同步序列选择m序列记为{m0,m1,…,mN-1}，其中，数据帧长度N为偶数，bi,mi∈{0,1}，i＝0,1,…,N-1，b′i＝2bi-1,m′i＝2mi-1∈{-1,1}；发射端采用的平移式特殊QPSK调制方案，第k个特殊QPSK调制符号的同向分量为sI(k)＝a×b′2k+m′2k×d，正交分量为sQ(k)＝a×b′2k+1+m′2k+1×d，其中k＝0,1,…,N/2-1，d代表幅度偏移量，a代表传统QPSK的星座点参数；发送的调制符号s(k)＝sI(k)+jsQ(k)；步骤二，在接收端，假设接收信号经过信道后第k个接收符号y(k)＝hs(k)+n(k)，其中h为准静态瑞利信道系数，在传输过程中不变，n(k)为叠加在第k个接收符号上的复高斯白噪声；进行信号检测，取滑动窗内信号的绝对值代替信号的平方，检测一个窗长度内的信号的功率；设P1为第一个窗内信号的功率，P2为第二个窗内信号的功率，使用两个窗内信号功率之比判断是否进行信道估计，取r的最大值和最小值区间内对应的接收信息序列执行信道估计算法；取r的最大值和最小值区间内对应的接收信息序列执行信道估计算法，利用Kmeans聚类算法将选取的序列在星座图上依据每个样本点到簇核心的距离分为四类，得到四个聚类中心点，将这四个点按照顺时针顺序排序，分别除以QPSK的星座图坐标E的坐标值，即c1＝a+ja，c2＝-a+ja，c3＝-a-ja，c4＝a-ja，再求均值，得到信道估计初始值he0，相位分别偏转以下四个范围对he0分别乘以ej(n/2)π,n＝0,1,2,3共得到四个信道估计值；用得到的四个信道估计值，对信号分别进行补偿，设经过信道补偿后的信号为y′(k)；在接收端接收信号时，需要提取出隐藏在信号中的m序列，其第2k个和第2k+1个比特对应的符号估计为将提取的m序列与本地m序列{m′0,m′1,…,m′N-1}进行相关运算并判决，相关结果出现相关峰且大于给定阈值时即为正确捕获；选取四次捕获中最大的相关峰最大值，其对应的信道估计值即为正确的信道估计值，对应的位置为信号的帧头位置；步骤三，接收端进行平移式特殊QPSK解调，设经过信道补偿后的第k个接收符号的同相分量和正交分量分别为y′I(k)、y′Q(k)，则第2k个信息比特估计为即当y′I(k)＞m′2kd，判决为1，否则，判决为0；同理，第2k+1个信息比特估计为本专利技术的有益效果是：在先的工作中已经证明，平移式特殊QPSK调制解调系统能够有效的提高频谱利用率，但却给信道参数的估计带来了困难。针对这一问题，本专利技术提出了一种将信号检测、信道估计和同步判决相结合的联合信道估计方案，从而使系统在信道衰落下仍然具有良好的捕获性能和误比特率。本专利技术提出的信道估计方法不需要在发送序列中加入额外的导频序列进行辅助，极大的提高了信道资源的利用率。不失一般性，提出的信道估计方法可以按照实例中的步骤扩展到对称式特殊QPSK的应用中。附图说明图1是平移式特殊QPSK星本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种平移式特殊QPSK系统联合信道估计方法，其特征在于包括下述步骤：/n步骤一，设信息序列为{b

【技术特征摘要】
1.一种平移式特殊QPSK系统联合信道估计方法，其特征在于包括下述步骤：
步骤一，设信息序列为{b0,b1,b2,…,bN-1}，同步序列选择m序列记为{m0,m1,…,mN-1}，其中，数据帧长度N为偶数，bi,mi∈{0,1}，i＝0,1,…,N-1，b′i＝2bi-1,m′i＝2mi-1∈{-1,1}；发射端采用的平移式特殊QPSK调制方案，第k个特殊QPSK调制符号的同向分量为sI(k)＝a×b′2k+m′2k×d，正交分量为sQ(k)＝a×b′2k+1+m′2k+1×d，其中k＝0,1,…,N/2-1，d代表幅度偏移量，a代表传统QPSK的星座点参数；发送的调制符号s(k)＝sI(k)+jsQ(k)；
步骤二，在接收端，假设接收信号经过信道后第k个接收符号y(k)＝hs(k)+n(k)，其中h为准静态瑞利信道系数，在传输过程中不变，n(k)为叠加在第k个接收符号上的复高斯白噪声；
进行信号检测，取滑动窗内信号的绝对值代替信号的平方，检测一个窗长度内的信号的功率；设P1为第一个窗内信号的功率，P2为第二个窗内信号的功率，使用两个窗内信号功率之比判断是否进行信道估计，取r的最大值和最小值区间内对应的接收信息序列执行信道估计算法；
取r的最大值...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚如贵，张远，吴啟洪，左晓亚，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61