适合低信噪比MC-CDMA系统的导频参数设计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种适合低信噪比MC

【技术实现步骤摘要】
适合低信噪比MC
‑
CDMA系统的导频参数设计方法


[0001]本专利技术属于MC
‑
CDMA系统参数设计
，具体涉及一种适合低信噪比MC
‑
CDMA系统的导频参数设计方法。

技术介绍

[0002]由码分多址技术（CDMA）和正交频分复用技术（OFDM）结合产生的多载波码分多址（MC
‑
CDMA）技术凭借其强抗干扰能力、高频谱利用率、抗多径干扰小、容量大等优点，成为无线高速数据传输的热点技术。在MC
‑
CDMA系统，接收端存在两种检测方式：差分检测和相干检测。相较于差分检测，相干检测更适用于有高传输速率和频谱效率要求的MC
‑
CDMA系统，但在无线信道传输过程中，MC
‑
CDMA通信系统虽然克服了ISI的影响，但每个子载波仍会受到许多随机性干扰而产生失真，例如噪声、多径衰落、多普勒效应等影响，因此，在相干解调前必须进行对信道估计来弱化这些随机性干扰的影响。无论是相位矫正还是分集合并，信道估计精度都对接收端误码率性能有着至关重要的影响。
[0003]传统OFDM系统的信道估计方法可分为三类，基于导频辅助的信道估计方法、盲信道估计方法和半盲信道估计方法。盲信道和半盲信道估计方法由于估计算法收敛较慢，限制了其在实时系统的应用。为更好地跟踪无线信道变化，实际系统通常采用基于导频辅助的信道估计方法。
[0004]导频辅助信道估计的基本原理是，在数据流中插入多个参考符号（即导频符号），接收机首先根据接受到的符号估计导频处信道状态信息CSI，然后利用插值或滤波得到整个信道响应的估计值。根据导频符号在OFDM帧中是排列方式，分为三种常见的导频图案，梳状导频、块状导频和星状导频。梳状导频和块状导频分别在时间和频率方向上连续放置，分别适用于时间和频率选择性衰落信道。与这两种方案相比，星状导频频谱利用率更高，在导频插入满足采样定理条件下，可依据信道相关性通过二维滤波或插值得到准确信道状态信息。克拉美罗界（Cramer
‑
Rao Bound，CRB）为最优导频设计提供了统一衡量标准，决定了给定信道估计方差的下限。
[0005]在一般的MC
‑
CDMA系统中，由于通信环境较好，信噪比区间跨度较小，无需量化信噪比和导频参数的关系，利用统一的导频结构即可兼顾最坏情况下信道估计问题。然而，传统最优导频设计没有考虑低信噪比下信道估计性能恶化的问题，从信道估计性能界角度已无法满足接收端解调精度需求，因此，针对低信噪比场景需考虑增加额外导频开销，从性能界角度讨论导频设计的最优性。

技术实现思路

[0006]针对MC
‑
CDMA通信系统在低信噪比下，信道估计误差较大的问题，本专利技术提供一种适合低信噪比MC
‑
CDMA系统的导频参数设计方法。
[0007]本专利技术保护一种适合低信噪比MC
‑
CDMA系统的导频参数设计方法，包括以下步骤：步骤1，由误码率指标BER确定信噪比和信道估计误差的约束关系，并对信道估计
误差按照信噪比区间选择合适的量化颗粒度进行量化，量化颗粒度与量化信噪比成反比，以确定导频参数设计的档位，得到每个信噪比档位下信道估计精度的约束。
[0008]⑴
由误码率指标BER确定信噪比和信道估计误差的约束关系对于存在信道估计误差的OFDM系统，以QPSK和16QAM调制在瑞利衰落信道下传传输为例，平均误码率BER分别表示为，；，；其中，为互补误差函数，和分别表示信道估计响应的能量及其均值，和分别表示信道估计误差的能量及其均值，为归一化的ICI方差，为平均信噪比。
[0009]由上可知，给定调制方式和误码率指标，即可确定信噪比和信道估计误差约束的关系。
[0010]⑵
对信道估计误差按照信噪比区间选择合适的量化颗粒度进行量化假设均匀量化，真实估计误差和量化后的估计误差分别记为m和m
q
，量化噪声定义为n
q
=m－m
q
，量化信噪比定义为。
[0011]假设信噪比区间和采样数分别为A和N，信噪比颗粒度为R=A/N。
[0012]量化颗粒度与量化信噪比成反比，如图1所示，信噪比颗粒度越大，量化信噪比越小，会导致设计的导频与实际性能需求相差较大；颗粒度越小，量化信噪比越大，但导频档位较冗余。量化信噪比决定了设计的导频档位是否能与实际信道估计精度较好匹配，因此需根据实际量化信噪比需求选择量化颗粒度。
[0013]步骤2，结合导频采样约束和信道估计精度约束，在CRB准则分析基础上，最小化导频开销，形成优化问题；其中，N
p
表征频域导频符号数，T
p
表征时域累积OFDM符号数，T
PD
表征导频块周期，N
s
表征OFDM符号总子载波数，N
c
表征一帧内包含的OFDM符号总数，即一帧内包含N
RE
＝N
s
*N
c
个
单位时频资源，N
f
表征频域导频间隔，SNR表征信噪比，MSE
con
表征信道估计精度约束，f
d
表征最大多普勒频偏，T
OFDM
表征OFDM符号周期数，τ
max
表征信道最大时延扩展，Δf表征子载波间隔。
[0014]⑴
导频采样约束为利用导频通过插值得到时频空间内所有子载波信道估计值，插入的导频必须满足奈奎斯特采样定理。根据信道相干时间和相干带宽的计算，可得到导频在频域和时域间隔的约束分别为、。
[0015]⑵
信道估计误差分析导频参数设计主要包含导频模式（位置和能量分布）、数目和功率分配等参数的设计，本专利技术主要考虑以最小均方误差准则设计导频模式。理想同步条件下，第k个OFDM符号导频子载波处接收的频域信号表示为，其中和分别表示第k个OFDM符号处N
p
×
1维接收和N
p
×
N
p
维发送的频域导频符号。
[0016]假设信道为准静态衰落，为第k个OFDM符号处信道时域冲击响应且，其中为由各径多普勒频偏引起的L
×
L维相位旋转矩阵，为各径归一化多普勒残余频偏；N
cp
为CP的采样点数，例如1024 FFT点数1/16 CP时，N
cp
=64。
[0017]为加性高斯白噪声，方差矩阵为，为倍原始维傅里叶变换矩阵取前L列和导频位置处构成的N
p
×
L维矩阵，。
[0018]在低信噪比场景下，为提高导频处信噪比，对多个接收符号在相同子载波处进行累积平均，假设时域累积窗长为T
p
个OFDM符号，可得累积接收信号为；记，最小二乘（LS）信道估计为...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适合低信噪比MC
‑
CDMA系统的导频参数设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，由误码率指标BER确定信噪比和信道估计误差的约束关系，并对信道估计误差按照信噪比区间选择合适的量化颗粒度进行量化，量化颗粒度与量化信噪比成反比，以确定导频参数设计的档位，得到每个信噪比档位下信道估计精度的约束；步骤2，结合导频采样约束和信道估计精度约束，在CRB准则分析基础上，最小化导频开销，形成优化问题；其中，N
p
表征频域导频符号数，T
p
表征时域累积OFDM符号数，T
PD
表征导频块周期，N
s
表征OFDM符号总子载波数，N
c
表征一帧内包含的OFDM符号总数，即一帧内包含N
RE
＝N
s
*N
c
个单位时频资源，N
f
表征频域导频间隔，SNR表征信噪比，MSE
con
表征信道估计精度...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵靓，张靖，黄子轩，苏华昇，徐思远，何家皓，许小东，
申请(专利权)人：天地信息网络研究院安徽有限公司，
类型：发明
国别省市：