本发明专利技术公开了一种获取非连续正交频分复用系统较优导频的方法，特征是把系统的可用不连续频谱分解为一系列互不重叠的可用频谱块，并计算每块可用频谱块所需要插入的导频个数和导频平均间隔，在基于最小化活跃子载波信道估计均方误差的准则下，通过串行搜索的方法独立地求出每块可用频谱块的较优导频位置及其功率。本发明专利技术在极大地降低运算复杂度的同时，能提高系统的信道估计性能，降低系统的误码率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于正交多路复用系统
，具体涉及非连续正交频分复用(NC-OFDM)系统获取较优导频的方法。
技术介绍
非连续正交频分复用是一种基于认知无线电的数据传输技术，它适用于离散频谱碎片的环境，可视作传统正交频分复用(OFDM)技术的一种变型。在频谱不连续分布情况下，非连续正交频分复用系统将整个处理频带按正交频分复用的方式进行规划，并利用相互正交的子载波覆盖全频带；通过频谱感知模块提供的精确频谱信息，它将离散的空闲频谱碎片所对应的子载波设置为活跃子载波，而将其余不可用频带(被其它系统占用部分)相对应的子载波设置为空闲子载波，因此在充分地利用频谱碎片的同时，它能有效地防止对相邻系统的干扰。由于非连续正交频分复用技术的频谱利用率极高、对抗多径衰落的鲁棒性很强、数据传输速率很高，因此它被认为是第四代移动通信系统中最有竞争力的候选技术。 在正交频分复用系统中，信号的传输会受到无线信道的影响，从而使接收信号产生较为严重的衰落失真。为了提高信号的接收性能，正交频分复用系统的接收端通常需要对信道进行准确估计，常用的方法是采用导频辅助解调方法，即发送端在某些特定的子载波位置上插入一些已知的导频符号，接收端再利用这些导频符号通过先进的信道估计器进行估计。《国际电气与电子工程师协会-消费电子汇刊》(IEEE Transactions onConsumer Electronics，vol.44，pp.1122-1128，Sept.1998)指出，导频位置和导频功率对信道估计的性能有着最为重要的影响，当接收端采用最小二乘(LS)信道估计算法时，在基于最小化信道估计均方误差(MSE)的准则下，活跃子载波内等间隔等功率分配的导频是最优的。然而，由于频谱的随机不连续性，这种最优的导频不一定适用于非连续正交频分复用系统中。 为了解决上述问题，第二届《国际专题报告-通信、控制和信号处理》(Proc.IEEEEURASIP Int.Symp.Communications，Control，and Signal Processing，Mar.2006)由茂勒勾岣(Mounir Ghogho)所发表的“On optimum pilot design for OFDM systems with virtualcarriers”一文中提出了一种在非连续频谱下获取最优导频的方法，在基于最小化活跃子载波信道估计均方误差的准则下，通过穷举所有可行的导频图案求得导频的最优位置及其最优功率，但该方法的复杂度过于庞大，难以应用于实际系统中。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出，以解决现有方法中运算量巨大、无法应用于实际系统中的问题，提高系统的信道估计性能，降低系统的误码率。 本专利技术获取非连续正交频分复用系统较优导频的方法，发送端采用梳状导频进行传输，通过前端的频谱感知模块，确定可用不连续频谱的位置 及其含有的活跃子载波个数NC，根据预先协商所需的导频个数P、导频总功率PTot以及信道的最大时延扩展径数L，在基于最小化活跃子载波信道估计均方误差的准则下，计算出系统中的较优导频位置 及其功率P；其特征在于依次包含以下步骤 步骤一、根据导频平均间隔PS＝NC/P来计算可用不连续频谱的导频平均间隔PS； 步骤二、按照相邻可用频谱块的间隔必须大于可用不连续频谱的导频平均间隔PS、可用频谱块内相邻子载波的间隔不可超过可用不连续频谱的导频平均间隔PS这两个要求，把可用不连续频谱分解为一系列互不重叠的可用频谱块；设可用频谱块的位置为 其中ki(m)表示第m块可用频谱块的第i个活跃子载波的序号或位置，在 中进行升序排列，m＝1，2，...，M，i＝1，2，...，NCm，M为可用不连续频谱分解得到的可用频谱块的块数，NCm为第m块可用频谱块含有活跃子载波的个数； 步骤三、根据导频个数Pm＝floor((P-M)*(NCm-1)/(NC-M))+1来初步计算每块可用频谱块所需分配的导频个数Pm，m＝1，2，...，M，floor(·)表示取不大于指定数字的最大整数；接着根据导频平均间隔PSm＝(NCm-1)/(Pm-1)来计算此时每块可用频谱块的导频平均间隔PSm，m＝1，2，...，M； 步骤四、根据剩余未分配的导频个数来计算剩余未分配的导频个数P′；若P′＞0，则对每块可用频谱块的导频平均间隔PSm进行降序排列，并对排序后的前面P′块可用频谱块分别增加一个导频，同时更新它们分配的导频个数Pm和导频的平均间隔PSm；若P′＝0，则Pm和PSm保持不变； 步骤五、先根据初始导频位置 来确定每块可用频谱块的初始导频位置 m＝1，2，...，M，ceil(·)表示取不小于指定数字的最小整数；接着对每块可用频谱块的初始导频位置 进行合并，组成系统的初始导频位置 然后根据导频功率来计算此初始导频位置 所对应的最优导频功率P，B＝[b1，b2，...，bP]T，(·)T表示矩阵的转置操作，i＝1，2，...，NC-P，j＝1，2，...，P， t＝1，2，...，L，N为系统的总子载波个数， 表示数据子载波的位置，它等于可用不连续频谱的位置 减去导频位置 即 表示矩阵的伪逆操作，|·|2表示对矩阵中每一个元素取模值的平方；最后根据活跃子载波信道估计均方误差 来计算上述初始导频位置 和导频功率P所对应的活跃子载波信道估计均方误差 并将其令为 其中，(·)-1和(·)H分别表示矩阵的求逆和共轭转置操作，D(·)表示对角阵，tr{.}表示求矩阵的迹； 步骤六、对于第m块可用频谱块的第i个导频，计算当其子载波序号依次被该可用频谱块中的数据子载波序号替换时的系统导频位置 利用公式计算得到导频功率P和利用公式 计算得到活跃子载波信道估计均方误差 m＝1，2，...，M，i＝2，3，...，NCm-1；设此遍历过程中 的最小值为 将其与 作比较，若 则令 并用 所对应的数据子载波序号和导频功率P′来替换原先第m块可用频谱块的第i个导频子载波序号和它所对应的导频功率P；若 则 导频位置 和导频功率P保持不变； 步骤七、令步骤六中的m从1遍历到M，每个m所对应的i从2遍历到NCm-1，即当每块可用频谱块内的所有导频都遍历完后，则 所对应的导频位置 导频功率P即为系统所获得的较优导频。 由于本专利技术采用了可用频谱块分配的导频个数正比于可用频谱块大小的方法来确定每块可用频谱块所需插入的导频个数，同时采用了串行搜索的方法来求出每块可用频谱块内的较优导频位置及其功率，从而把一个全局多维空间的搜索问题转化为一个局部多个一维空间的搜索问题，与第二届《国际专题报告-通信、控制和信号处理》由茂勒勾岣(Mounir Ghogho)发表的“O本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种获取非连续正交频分复用系统较优导频的方法，发送端采用梳状导频进行传输，通过前端的频谱感知模块，确定可用不连续频谱的位置Ｎ↓［Ｃ］及其含有的活跃子载波个数Ｎ↓［Ｃ］，根据预先协商所需的导频个数Ｐ、导频总功率Ｐ↓［Ｔｏｔ］以及信道的最大时延扩展径数Ｌ，在基于最小化活跃子载波信道估计均方误差的准则下，计算出系统中的较优导频位置Ｐ及其功率Ｐ；其特征在于依次包含以下步骤：步骤一、根据导频平均间隔ＰＳ＝Ｎ↓［Ｃ］／Ｐ来计算可用不连续频谱的导频平均间隔ＰＳ；步骤二、按照相邻可用频谱块的－Ｐ，ｊ＝１，２，．．．，Ｐ，Ａ＝｜Ｆ↓［Ｄ］Ｆ↓［Ｐ］↑［＋］｜↑［２］，［Ｆ↓［Ｄ］］↓［ｓ↓［１］，ｔ］＝ｅ↑［ｊ２π（ｓ↓［１］－１）（ｔ－１）／Ｎ］，［Ｆ↓［Ｐ］］↓［ｓ↓［２］，ｔ］＝ｅ↑［ｊ２π（ｓ↓［２］－１）（ｔ－１）／Ｎ］，ｓ↓［１］∈Ｄ，ｓ↓［２］∈Ｐ，ｔ＝１，２，．．．，Ｌ，Ｎ为系统的总子载波个数，Ｄ表示数据子载波的位置，它等于可用不连续频谱的位置Ｎ↓［Ｃ］减去导频位置Ｐ，即：Ｄ＝Ｎ↓［Ｃ］－Ｐ，（.）↑［＋］表示矩阵的伪逆操作，｜.｜↑［２］表示对矩阵中每一个元素取模值的平方；最后根据活跃子载波信道估计均方误差φ＝Ｔｒ｛Ｆ↓［Ｄ］（Ｆ↓［Ｐ］↑［Ｈ］Ｄ（Ｐ）Ｆ↓［Ｐ］）↑［－１］Ｆ↓［Ｄ］↑［Ｈ］｝来计算上述初始导频位置Ｐ和导频功率Ｐ所对应的活跃子载波信道估计均方误差φ，并将其令为φ↓［ｍｉｎ］，其中，（.）↑［－１］和（.）↑［Ｈ］分别表示矩阵的求逆和共轭转置操作，Ｄ（.）表示对角阵，ｔｒ｛.｝表示求矩阵的迹；步骤六、对于第ｍ块可用频谱块的第ｉ个导频，计算当其子载波序号依次被该可用频谱块中的数据子载波序号替换时的系统导频位置Ｐ、利用公式Ｐ＝Ｐ↓［Ｔｏｔ］＊Ｂ／＊ｂ↓［ｊ］计算得到导频功率Ｐ和利用公式φ＝Ｔｒ｛Ｆ↓［Ｄ］（Ｆ↓［Ｐ］↑［Ｈ］Ｄ（Ｐ）Ｆ↓［Ｐ］）↑［－１］Ｆ↓［Ｄ］↑［Ｈ］｝计算得到活跃子载波信道估计均方误差φ，ｍ＝１，２，．．．，Ｍ，ｉ＝２，３，．．．，Ｎ↓［Ｃｍ］－１；设此遍历过程中φ的最小值为φ′，将其与φ↓［ｍｉｎ］作比较，若φ′＜φ↓［ｍｉｎ］，则令φ′＝φ↓［ｍｉｎ］，并用φ′所对应的数据子载波序号和导频功率Ｐ′来替换原先第ｍ块可用频谱块的第ｉ个导频子载波序号和它所对应的导频功率Ｐ；若φ′≥φ↓［ｍｉｎ］，则φ↓［ｍｉｎ］、导频位置Ｐ和导频功率Ｐ保持不变；步骤七、令步骤六中的ｍ从１遍历到Ｍ，每个...
【技术特征摘要】
1.一种获取非连续正交频分复用系统较优导频的方法，发送端采用梳状导频进行传输，通过前端的频谱感知模块，确定可用不连续频谱的位置及其含有的活跃子载波个数NC，根据预先协商所需的导频个数P、导频总功率PTot以及信道的最大时延扩展径数L，在基于最小化活跃子载波信道估计均方误差的准则下，计算出系统中的较优导频位置及其功率P；其特征在于依次包含以下步骤步骤一、根据导频平均间隔PS＝NC/P来计算可用不连续频谱的导频平均间隔PS；步骤二、按照相邻可用频谱块的间隔必须大于可用不连续频谱的导频平均间隔PS、可用频谱块内相邻子载波的间隔不可超过可用不连续频谱的导频平均间隔PS这两个要求，把可用不连续频谱分解为一系列互不重叠的可用频谱块；设可用频谱块的位置为其中ki(m)表示第m块可用频谱块的第i个活跃子载波的序号或位置，在中进行升序排列，m＝1，2，...，M，i＝1，2，...，NCm，M为可用不连续频谱分解得到的可用频谱块的块数，NCm为第m块可用频谱块含有活跃子载波的个数；步骤三、根据导频个数Pm＝floor((P-M)*(NCm-1)/(NC-M))+1来初步计算每块可用频谱块所需分配的导频个数Pm，m＝1，2，...，M，floor(·)表示取不大于指定数字的最大整数；接着根据导频平均间隔PSm＝(NCm-1)/(Pm-1)来计算此时每块可用频谱块的导频平均间隔PSm，m＝1，2，...，M；步骤四、根据剩余未分配的导频个数来计算剩余未分配的导频个数P′；若P′＞0，则对每块可用频谱块的导频平均间隔PSm进行降序排列，并对排序后的前面P′块可用频谱块分别增加一个导频，同时更新它们分配的导频个数Pm和导频...
【专利技术属性】
技术研发人员：张祐昌，许小东，戴旭初，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]
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