一种利用前导序列对基系数降噪的多符号BEM信道估计方法技术

本发明专利技术属于数字信息传输技术领域，公开了一种利用前导序列对基系数降噪的多符号BEM信道估计方法，利用前导序列求出信道时域冲击响应并根据噪声平均功率确定降噪门限；对信道时域冲激响应滤波降噪并获取信道抽头时延位置信息；使用LS估计计算基系数并根据信道时延位置信息对基系数进行降噪；使用降噪后的基系数估计值重构信道频域矩阵。本发明专利技术具有估计精度高和实现复杂度低的优点，适用于离散导频簇的多符号OFDM系统。另外，本发明专利技术在基扩展模型的基础上，利用信道的宽平稳特性，将数据符号前端的前导序列获取信道抽头时延，对LS估计的基系数进行降噪，降低了噪声对基系数估计的影响，同时提高了估计精度以及系统的误码率性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种利用前导序列对基系数降噪的多符号BEM信道估计方法


[0001]本专利技术属于数字信息传输
，尤其涉及一种利用前导序列对基系数降噪的多符号BEM信道估计方法。

技术介绍

[0002]目前，高速铁路作为无线通信的一个重要应用场景，已被纳入第五代(the Fifth Generation，5G)的性能指标，同时在2018年6月第三代合作伙伴计划(the Third Generation Partnership Project，3GPP)发布的通信标准中确认了仍然采用基于循环前缀(Cyclic Prefix，CP)的OFDM作为物理层调制技术，OFDM仍是高速移动通信中不可或缺的关键技术之一。高速移动环境下，多径导致信道的频率选择性衰落，同时收发端的相对移动所引起的大多普勒频扩也会严重地破坏OFDM子载波间的正交性，使得信道在一个OFDM符号内发生剧烈而非线性的变化，带来时间选择性衰落。信道的双选特性会严重影响信道的估计精度和OFDM系统性能，因此对OFDM系统的双选信道进行精确估计是通信领域的研究热点之一。
[0003]基扩展模型信道估计算法利用有限的基函数的线性组合来近似双选信道的变化，提高了对双选信道的估计精度，能够很好的应用于双选信道作用下的通信系统中。M.K.Tsatsanis等人在1996年首次提出使用CE
‑
BEM模型来拟合信道的时变特性，该模型通过将基函数等效于冲激函数对多普勒功率谱进行采样，在采样时，较大的基频率会造成吉布斯效应，造成较大的建模误差；针对这个问题，提出了一般化基扩展模型(GCE
‑
BEM)，通过增加一个过采因子提高采样率来提高建模精度；之后Zemen T等学者又提出基于多普勒功率谱统计信息的次优DKL
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BEM和DPS
‑
BEM等模型，采用信道自相关函数的特征向量作为基函数向量，拟合性能较好。基于BEM的信道估计算法出于实现的考虑都采用LS方法对基系数进行估计，LS估计未考虑噪声影响，使得最终基系数的估计精度较差，通过基系数重构信道时拟合精度受到影响。因此，如何消除噪声对基系数估计的影响，对BEM信道估计方法进行优化，提高信道估计精度，是本专利技术研究的主要问题。信道估计算法为信号的解调和译码提供所需信息，直接决定接收机性能的好坏。随着终端移动速度的提高，信号所经历的信道环境愈发恶劣，高速移动引起的多普勒扩展导致信道具有双选特性，使得传统信道估计方法不再适用。
[0004]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有基于BEM的信道估计方法对基系数进行LS估计后重构信道矩阵，LS估计对噪声的敏感性同样引入了对基系数的估计中，使得最终的信道估计准确度无法达到研究预期。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种利用前导序列对基系数降噪的多符号BEM信道估计方法，尤其涉及一种利用前导序列对基系数降噪的BEM信道估计方法的多符号OFDM系统。
[0006]本专利技术是这样实现的，一种利用前导序列对基系数降噪的多符号BEM信道估计方法，所述利用前导序列对基系数降噪的多符号BEM信道估计方法包括：利用前导序列求出信道时域冲击响应并根据噪声平均功率确定降噪门限；对信道时域冲激响应滤波降噪并获取信道抽头时延位置信息；使用LS估计计算基系数并根据信道时延位置信息对基系数进行降噪；使用降噪后的基系数估计值重构信道频域矩阵。
[0007]进一步，所述利用前导序列对基系数降噪的多符号BEM信道估计方法包括以下步骤：
[0008]步骤一，利用在OFDM符号前的帧头部序列，对信道冲激响应进行估计，并求出噪声门限threshold；步骤一对信道时延抽头作出预估计，并计算得到噪声的功率信息，从而确定噪声门限。
[0009]步骤二，根据步骤一中计算得到的噪声门限，对有效带宽内的所有采样值进行滤波降噪；步骤二对噪声进行滤除，获取准确的信道抽头位置，为接下来的基系数降噪提供基础。
[0010]步骤三，计算对应于基扩展模型的基系数；基扩展模型通过基系数与基函数的线性组合拟合信道矩阵，步骤三为信道重构提供所需的基系数
[0011]步骤四，计算信道响应矩阵；步骤四得到信道的频域响应矩阵，以便于后续的均衡处理。
[0012]进一步，所述步骤一中的噪声门限threshold按下式计算：
[0013][0014]其中，K为选取的噪声点数，ξ为噪声门限系数，为前导序列使用LS估计求得的信道时域冲激响应估计值；低信噪比情况下，ξ的取值为2；在高信噪比情况下，ξ的取值为8。
[0015]进一步，所述步骤二中的根据步骤一中计算得到的噪声门限，对有效带宽内的所有采样值进行滤波降噪包括：
[0016](1)根据步骤一中计算得到的噪声门限，对有效带宽内的所有采样值进行滤波降噪：
[0017][0018](2)获取中不为零的有效抽头位置集合L_path。
[0019]进一步，所述步骤三中的计算对应于基扩展模型的基系数包括：
[0020](1)计算基函数的频域矩阵D
q
＝Fdiag(b
q
(n))F
H
，并将m块OFDM符号的M
×
Q个矩阵对应导频位置的子矩阵排列成矩阵D
P
；其中，F为傅里叶变换矩阵，F
H
为傅里叶逆变换矩阵。
[0021]基函数b
q
(n)形式如下：
[0022][0023]其中，N
total
＝M(N+N
g
)，N为每个OFDM符号的子载波数目，N
g
为CP长度且N
g
≥L，L为最大多径时延，M为OFDM符号数，P为过采因子，Q为基扩展模型阶数。
[0024](2)从第m块OFDM符号的矩阵S
m
＝diag(X
m
)F
L
中取对应导频位置元素组成矩阵令
[0025]其中，是取FFT矩阵中前L列和导频簇位置所对应行的元素所构成的矩阵，为第m块OFDM符号的导频。
[0026]此时多符号的导频变换矩阵S
P
：
[0027][0028](3)令Γ＝D
P
S
P
，则最终基系数计算公式：
[0029][0030]其中，为Γ的伪逆，Y
P
为接收端导频的观测值。
[0031](4)根据步骤二中求得的有效抽头位置集合L_path对基系数进行噪声消除，只保留基系数向量g中对应L_path位置的值，得到最终的基系数估计值g
′
，g和g
′
分别为降噪前后基系数抽头增益。
[0032]进一步，所述步骤四中的计算信道响应矩阵包括：
[0033](1)对于步骤三中基函数的频域矩阵D
q
，只保留D
q
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用前导序列对基系数降噪的多符号BEM信道估计方法，其特征在于，所述利用前导序列对基系数降噪的多符号BEM信道估计方法包括：利用前导序列求出信道时域冲击响应并根据噪声平均功率确定降噪门限；对信道时域冲激响应滤波降噪并获取信道抽头时延位置信息；使用LS估计计算基系数并根据信道时延位置信息对基系数进行降噪；使用降噪后的基系数估计值重构信道频域矩阵。2.如权利要求1所述利用前导序列对基系数降噪的多符号BEM信道估计方法，其特征在于，所述利用前导序列对基系数降噪的多符号BEM信道估计方法包括以下步骤：步骤一，利用在OFDM符号前的帧头部序列，对信道冲激响应进行估计，并求出噪声门限threshold；步骤二，根据步骤一中计算得到的噪声门限，对有效带宽内的所有采样值进行滤波降噪；步骤三，计算对应于基扩展模型的基系数；步骤四，计算信道响应矩阵。3.如权利要求2所述利用前导序列对基系数降噪的多符号BEM信道估计方法，其特征在于，所述步骤一中的噪声门限threshold按下式计算：其中，K为选取的噪声点数，ξ为噪声门限系数，为前导序列使用LS估计求得的信道时域冲激响应估计值；低信噪比情况下，ξ的取值为2；在高信噪比情况下，ξ的取值为8。4.如权利要求2所述利用前导序列对基系数降噪的多符号BEM信道估计方法，其特征在于，所述步骤二中的根据步骤一中计算得到的噪声门限，对有效带宽内的所有采样值进行滤波降噪包括：(1)根据步骤一中计算得到的噪声门限，对有效带宽内的所有采样值进行滤波降噪：(2)获取中不为零的有效抽头位置集合L_path。5.如权利要求2所述利用前导序列对基系数降噪的多符号BEM信道估计方法，其特征在于，所述步骤三中的计算对应于基扩展模型的基系数包括：(1)计算基函数的频域矩阵D
q
＝Fdiag(b
q
(n))F
H
，并将m块OFDM符号的M
×
Q个矩阵对应导频位置的子矩阵排列成矩阵D
P
；其中，F为傅里叶变换矩阵，F
H
为傅里叶逆变换矩阵；基函数b
q
(n)形式如下：其中，N
total
＝M(N+N
g
)，N为每个OFDM符号的子载波数目，N
g
为CP长度且N
g
≥L，L为最大多
径时延，M为OFDM符号数，P为过采因子，Q为基扩展模型阶数；(2)从第m块OFDM符号的矩阵S
m
＝diag(X
m
)F
L
中取对应导频位置元素组成矩阵令其中，是取FFT矩阵中前L列和导频簇位置所对应行的元素所构成的矩阵，为第m块OFDM符号的导...

【专利技术属性】
技术研发人员：张沉思，宋永兴，陈霖，王立超，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：