认知无线电中基于稀疏信道估计的导频设计方法技术

本发明专利技术公开了一种认知无线电中基于稀疏信道估计的导频设计方法。其中所述方法包括：从频谱感知获得的可用子载波构成的集合C中，随机选择子载波构成一组初始导频排布P，根据C和P生成候选集并从所述候选集中选取P中每个元素位置上的最佳元素，并进一步从这些最佳元素中选取一个最好的元素，找到该最好元素对应的元素位置，用该最好元素替换该位置上原来的元素，并保持P其他位置上的元素不变，形成一组新的导频排布P1；根据C和P1生成新的候选集，重复以上的操作，直到形成的新的导频排布保持不变为止。保持不变的导频排布称为优选导频。多次重复执行上述步骤，并选取多次重复过程中获得的优选导频中最好的一个，确定为优化导频排布。采用本发明专利技术，具有收敛速度快、可并行运算、均方误差和误码率性能好等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通信领域，涉及认知无线电系统，尤其涉及。
技术介绍
快速发展的移动通信系统及各类通信业务，对频谱资源提出了更高的需求，频谱资源的短缺日益显著。而另一方面，已获得授权的频段没有得到充分利用，大量频段处于闲置或者很少利用的状态。由此，产生了一种认知无线电(Cognitive Radio，CR)技术。利用该技术，在保障授权用户优先使用其频段的前提下，其他用户也可使用这些频段；因此，该技术有望在不开辟新频段的情况下，大幅提高现有频段的频谱利用率。正交频分复用(OrthogonalFrequency Division Multiplexing,0FDM)作为当前 移动通信及未来无线通信的核心技术，能有效对抗无线传播中的多径效应、简化均衡器设计、降低接收机复杂度和功耗并提高频谱利用率。OFDM利用多个子载波并行传输数据，能灵活的填充频谱空穴；那些与授权用户发生频段冲突的OFDM子载波可随时停用，而剩下的子载波则继续用于非授权用户的数据传输，因此，OFDM是ー项适用于认知无线电的重要技木。OFDM信道估计对信号传输所经历的信道的时延、衰减、多径等參数进行估测，信道估计的准确程度对信道均衡、解调和信道译码等均有直接的影响。因此，信道估计技术是OFDM系统的关键环节之一。最近新出现的稀疏信道估计(Sparse Channel Estimation)或者称为压缩信道感知(Compressed Channel Sensing),它利用无线信道的稀疏性,将压缩感知(Compressed Sensing, CS)技术用于信道估计。相比传统的最小ニ乘(LeastSquares, LS)或最小均方误差(Minimum Mean Square Error, MMSE)信道估计,稀疏信道估计能大幅度降低导频开销，提高频谱利用率和信道估计精度。考虑到无线信道的时延扩展和接收机前端较高的采样率，信道多径分量分散于这ー时延扩展中，经过采样以后的信道冲击响应(Channel Impulse Response, CIR)序列通常呈现大多数为零、少数非零的稀疏性，尤其对于普遍使用过采样技术的OFDM系统，这ー稀疏特性更为明显。目前，正交匹配追踪(Orthogonal Matching Pursuit, 0MP)、压缩米样匹配追踪(Compressive SamplingMatching Pursuit, CoSaMP)、基追踪(Basis Pursuit, BP)、迭代支集检测(iterativesupport detection, ISD)等算法已被用于OFDM稀疏信道估计，并获得了比LS和MMSE更好的信道估计性能。然而，基于稀疏信道估计的OFDM导频设计，仍然是ー个开放性的课题，尤其在采用OFDM和稀疏信道估计的认知无线电系统中，与授权用户发生频段冲突的ー些OFDM子载波停用以后。现有技术考虑了ー种非连续OFDM系统中基于压缩感知的信道估计方法，该方法包括设计信道估计导频图案、导频图案的选取和信道频域响应的估计。导频图案选择使用以下两种方案。方案一保留了传统的均匀导频图案，禁用子载波处的导频自然禁用，从而使可用导频呈现自然的不均匀性。方案ニ采用固定导频数量，基于恢复矩阵互相关最小化的准则，以更少的导频获得优于目前其他方法的信道估计性能和系统误码率性能。该方法可以在多种禁用子载波场景下，以更少的导频获得优于目前其他方法的信道估计性能和系统误码率性能。但是，方案ニ采用“随机搜索”算法获取导频排布，效率低下，在实际应用中无法保证系统性能。
技术实现思路
本专利技术为采用OFDM和稀疏信道估计的认知无线电系统提供ー种导频设计方法。它可对稀疏信道估计进行导频优化，提高OFDM稀疏信道估计的均方误差和误码率性能，从而提闻认知无线电系统性能。本专利技术提供了一种，包括从频谱感知获得的可用子载波构成的集合C中，随机选择子载波构成ー组初始导频排布P，根据C和P生成候选集并从所述候选集中选取P中每个元素位置上的最佳元素，并进ー步从这些最佳元素中选取ー个最好的元素，找到该最好元素对应的元素位置，用该最好元素替换该位置上原来的元素，并保持P其他位置上的元素不变，形成ー组新的导频排布Pi;根据C和Pl生成新的候选集，重复以上的操作，直到形成的新的导频排布保持不变为止。保持不变的导频排布称为优选导频。多次重复执行上述步骤，并选取多次重复过程中获得的优选导频中最好的ー个，确定为优化导频排布。本专利技术具有如下有益效果一)根据互相关性选取初始导频排布各元素位置上的最佳元素进而选取最好元素并实施替换，生成优选导频排布，在多种优选导频排布中选取其中互相关性最小的ー个作为优化导频排布，能够最小化測量矩阵的互相关且具有更快的收敛速度；ニ)导频排布的每个元素位置的最佳元素的选取可并行实施，从而提高效率。三)根据优化导频排布进行稀疏信道估计，能够提升OFDM稀疏信道估计的均方误差和误码率性能，从而提高认知无线电系统性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I是本专利技术的应用环境——采用OFDM的认知无线电系统，该系统框图如图所示；图2是本专利技术的一种的实施例流程示意图；图3是本专利技术选取导频排布中ー个元素位置上最佳元素的方法流程示意图； 图4是本专利技术与随机搜索的收敛性能比较结果图；图5是本专利技术与随机搜索的的均方误差性能比较结果图；图6是本专利技术与随机搜索的的误比特率性能比较结果图。具体实施例方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图I是本专利技术的应用环境——采用OFDM的认知无线电系统，该系统框图如图所示。在发送数据前，需进行频谱感知，获得当前可用的子载波集合C，利用本专利技术所提出的方法从C中选取ー组优化导频排布，将导频符号放置到相应的子载波位置，而C中剩下的子载波可用于数据传输。在完成导频设计和子载波分配以后，待发送的数据依次通过星座点映射、井串转换、快速傅立叶反变换(IFFT)、井串转换、插入保护间隔和上变频等模块，实现OFDM调制，并将数据发射到可用的频段上。在数据接收端，依次通过下变频、去除保护间隔、串并转换、快速傅立叶变化(FFT)、稀疏信道估计、信道均衡、井串转换和星座点解映射等模块，实现OFDM解调。其中，稀疏信道估计利用导频位置上的接收信号和压缩感知技木，对信道冲击响应进行稀疏重建。 图2是本专利技术的一种的实施例流程示意图，參照图2，该方法包括Wl :从频谱感知获得的可用子载波构成的集合C中，随机选择子载波构成ー组初始导频排布P。在本实施例的一种实现方式中，OFDM子载波数目为Z，在数据发射前，通过频谱感知获得N (N含Z)个可用子载波构成的集合为C=W1, d2，d3……dN}，满足I含もくもくもく…<dN含Z0导频数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种认知无线电中基于稀疏信道估计的导频设计方法，其特征在于，所述方法包括：从频谱感知获得的可用子载波构成的集合C中，随机选择子载波构成一组初始导频排布P，根据C和P生成候选集并从所述候选集中选取P中每个元素位置上的最佳元素，并进一步从这些最佳元素中选取一个最好的元素，找到该最好元素对应的元素位置，用该最好元素替换该位置上原来的元素，并保持P其他位置上的元素不变，形成一组新的导频排布P1；根据C和P1生成新的候选集，重复以上的操作，直到形成的新的导频排布保持不变为止，保持不变的导频排布称为优选导频；多次重复执行上述步骤，并选取多次重复过程中获得的优选导频中最好的一个，确定为优化导频排布。

【技术特征摘要】
1.一种认知无线电中基于稀疏信道估计的导频设计方法，其特征在于，所述方法包括 从频谱感知获得的可用子载波构成的集合C中，随机选择子载波构成一组初始导频排布P，根据C和P生成候选集并从所述候选集中选取P中每个元素位置上的最佳元素，并进一步从这些最佳元素中选取一个最好的元素，找到该最好元素对应的元素位置，用该最好元素替换该位置上原来的元素，并保持P其他位置上的元素不变，形成一组新的导频排布P1;根据C和P1生成新的候选集，重复以上的操作，直到形成的新的导频排布保持不变为止，保持不变的导频排布称为优选导频；多次重复执行上述步骤，并选取多次重复过程中获得的优选导频中最好的一个，确定为优化导频排布。2.如权利要求I所述方法，其特征在于，所述选取导频排布P的一个元素位置上的最佳元素，包括 将P中需要确定最佳元素的当前元素位置上的元素定义...

【专利技术属性】
技术研发人员：戚晨皓，吴乐南，黄永明，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：