一种多输入多输出正交频分多路复用系统的导频分配方法技术方案

本发明专利技术提供了一种多输入多输出正交频分多路复用系统的导频分配方法，根据系统的实际参数计算韦尔奇下界，随机生成初始导频分配方案，生成发射天线发送的由子载波组成的OFDM符号，采用扩展的模拟退火算法对初始导频分配方案进行优化，获取优化后的最终导频分配方案。本发明专利技术能够有效地降低计算复杂度，使得拥有更高潜能的测量矩阵具有更大的更新优化几率，有效提升了算法的收敛速率，提高了导频分配方案的优化效率。的优化效率。的优化效率。

【技术实现步骤摘要】
一种多输入多输出正交频分多路复用系统的导频分配方法


[0001]本专利技术涉及导频分配方法，尤其是一种正交频分多路复用系统的导频分配方法。

技术介绍

[0002]随着现代无线通信技术的发展，人们对大容量数据传输的需求越来越强烈。由于多输入多输出(Multi-Input Multi-Output，MIMO)超宽带(Ultra-Wideband，UWB)正交频分多路复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)系统具有大容量、低功耗等优势，被认为是实现大容量数据传输的关键技术之一。在MIMO UWB OFDM系统的实际应用中，信道估计是需要解决的主要问题之一。只有精确的信道估计才能保证数据高速的传输，为了精确地估计信道，OFDM系统通常采用导频辅助的方法进行信道估计。然而，如果采用传统的信道估计方法，比如最小平方法(Least Squares,LS)，最小均方误差法(Minimum Mean-Squared Error，MMSE)等，所需的导频数将急剧增加，导致有效数据传输速率的下降。
[0003]因为超宽带信道具有稀疏性的特点，压缩感知被广泛的用于超宽带信道的估计，从而降低信道所需的导频数量。对于基于压缩感知的信道估计方法，互相干性较低的测量矩阵能够提供更加精确的信道估计结果。现有技术在设计测量矩阵时，通常假设用来估计每一个子信道的导频数是相同的(参见王妮娜的“基于压缩感知的MIMO-OFDM系统稀疏信道估计方法”，电子科技大学学报，2013，第一期；何雪云的“大规模MIMO OFDM系统结构化压缩感知信道估计中导频优化方法研究”，信号处理，2017，第一期；周煜澄的“基于压缩感知的MIMO-OFDM信道估计中的导频设计方案”，数据采集与处理，2019，第四期)。这些方法证明了通过导频设计能够有效的提高信道估计的准确度，从而提高系统性能。
[0004]由于现有技术方法的计算复杂度过高，并采用随机的方式进行导频分配方案的更新优化，这将导致两方面的不足：一是导频设计的复杂度过高，降低导频设计的效率成为现有技术方法实际应用的障碍；二是采用随机的方式进行导频方案的更新，未能有效发掘各个测量矩阵的潜能，从而导致导频设计方案的优化效率偏低。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种输入多输出正交频分多路复用系统的导频分配方法，能够降低计算复杂度，提高导频分配方案的优化效率。
[0006]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：
[0007]步骤一，根据系统的实际参数输入子载波的个数N、发射天线个数N
t
、接收天线个数N
r
、导频数子信道的长度计算韦尔奇(Welch)下界其中，n
t
＝1，2，...，N
t
，n
r
＝1，2，...，N
r
；
[0008]步骤二，随机生成初始导频分配方案其中，表示第n
t
个发射天线的导频的集合，且
依据导频集合生成第n
t
个发射天线发送的由N个子载波组成的OFDM符号
[0009]其中，n
t
＝1，2，...，N
t
||
·
||2表示向量的欧几里得范数；构建测量矩阵并计算其相对应的测量矩阵互相干性所述的测量矩阵中第k行、第l列的元素其中，其中，其中，φ
u
代表测量矩阵的第u列，φ
v
代表测量矩阵的第v列，<
·
>表示向量的点积运算；
[0010]步骤三，设置初始温度T
init
、终点温度T
stop
、迭代次数T
iter
和退火速率T
rate
，并采用扩展的模拟退火算法对初始导频分配方案进行优化，获取优化后的最终导频分配方案。
[0011]所述步骤一的Welch下界其中，函数
[0012]所述的步骤三中，初始温度T
init
的取值范围是1～10-2
，终点温度T
stop
的取值范围是10-6
～10-8
，迭代次数T
iter
的取值范围是20～50，退火速率T
rate
的取值范围是0.95～0.99。
[0013]所述步骤三中扩展的模拟退火算法具体包含下述步骤：
[0014]1)初始化当前温度T＝T
init
；
[0015]2)设置迭代计数器t＝1；
[0016]3)计算导频集合的潜能其中n
t
＝1，2，
…
，N
t
；
[0017]4)选择具有最大潜能的导频集合，为其中一个需要更新的集合，随机挑选中的一个元素作为交换元素，其中
[0018]5)计算其余导频集合的选择概
率并根据计算得到的选择概率采用轮盘赌算法挑选另一个导频集合作为需要更新的集合，随机挑选中的一个元素作为交换元素，其中
[0019]6)交换元素和构成新的导频集合和计算相对应的MMMC和
[0020]7)当满足且或者满足且且则转到步骤8)，否则转到步骤9)；
[0021]8)更新导频集合和并更新相对应的MMMC和
[0022]9)迭代计数器t值加1，如果t≤T
iter
，转到Step 3)；
[0023]10)将T值更新为T
·
T
rate
，如果T＜T
stop
，转到Step 2)；
[0024]11)输出最终导频方案
[0025]本专利技术的有益效果是：针对现有的导频分配技术的计算复杂度过高的问题以及采用随机的方式进行导频分配方案的更新优化而导致算法收敛速率较低的问题，提出了一种基于扩展的模拟退火算法的多输入多输出正交频分多路复用系统的导频分配方法，能够有效地降低计算复杂度。本专利技术根据各个导频集合相对应的各个测量矩阵的Welch下界，充分发掘各个测量矩阵的潜能，采用扩展的模拟退火算法对导频分配方案进行优化。在扩展的模拟退火算法中，本专利技术根据获得的各个测量矩阵的潜能，提出了一种导频分配方案更新优化的智能实现方法，使得拥有更高潜能的测量矩阵具有更大的更新优化几率，有效提升了算法的收敛速率，提高了导频分配方案的优化效率。
附图说明
[0026]图1为本专利技术方法的流程图；
[0027]图2为不同导频分配方案取得的信道估计的均方误差MSE比较图；
[0028]图3为不同导频分配方案取得的数据传输的误码率BER比较图。
具体实施方式
[0029]本专利技术包括以下步骤：
[0030]步骤一，根据系统的实际参数输入子载波的个数N、发射天线个数N
t
、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多输入多输出正交频分多路复用系统的导频分配方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一，根据系统的实际参数输入子载波的个数N、发射天线个数N
t
、接收天线个数N
r
、导频数子信道的长度计算韦尔奇(Welch)下界其中，n
t
＝1，2，...，N
t
，n
r
＝1，2，...，N
r
；步骤二，随机生成初始导频分配方案其中，表示第n
t
个发射天线的导频的集合，且依据导频集合生成第n
t
个发射天线发送的由N个子载波组成的OFDM符号其中，n
t
＝1，2，...，N
t
，||
·
||2表示向量的欧几里得范数；构建测量矩阵并计算其相对应的测量矩阵互相干性所述的测量矩阵中第k行、第l列的元素其中，其中，φ
u
代表测量矩阵的第u列，φ
v
代表测量矩阵的第v列，<
·
>表示向量的点积运算；步骤三，设置初始温度T
init
、终点温度T
stop
、迭代次数T
iter
和退火速率T
rate
，并采用扩展的模拟退火算法对初始导频分配方案进行优化，获取优化后的最终导频分配方案。2.根据权利要求1所述的多输入多输出正交频分多路复用系统的导频分配方法，其特征在于：所述步骤一的Welch下界其中，函数3....

【专利技术属性】
技术研发人员：李涛泳，孙莉，郑培清，张国和，丁莎，
申请(专利权)人：李涛泳江苏思远集成电路与智能技术研究院有限公司北京行言柏尚科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：