基于分时段的OFDM系统快时变信道均衡方法技术方案

本发明专利技术提出了一种基于分时段的OFDM系统快时变信道均衡方法，与传统的快时变信道OFDM系统信道均衡方法要求已知各采样时刻信道响应不同，本发明专利技术在仅已知各分时段中间采样时刻信道响应的条件下，采用分时段信号处理技术，将原来的OFDM符号划分为多个“新OFDM符号”，将信道时变引起的复杂解调ICI转化为容易抑制的时不变信道中“新符号”ISI和由分时段内线性时变信道引起的较小“新系统”ICI，在此基础上利用分时段OFDM系统中信道矩阵为（或者可转化为）循环Toeplitz矩阵的特点，从而可以逐步采用低复杂度的“新符号”ISI抑制和“新系统”ICI消除方法，同时获得较好均衡性能。仿真结果验证了所提方法的有效性。

【技术实现步骤摘要】
基于分时段的OFDM系统快时变信道均衡方法
本专利技术涉及一种适用于高速移动环境下OFDM系统信道均衡技术，特别涉及一种采用分时段信号处理，简化OFDM系统快时变信道均衡复杂度，改善OFDM系统快时变信道下的信号检测性能的基于分时段信号处理的时变信道均衡方法。
技术介绍
高速移动环境下OFDM系统信道均衡具有复杂度高的缺点：由于信道的快时变，OFDM系统频域信道矩阵不再是一个对角阵，而是一个所有元素非零的方阵，即每个子载波上的解调信号都受到其它子载波信号的干扰（ICI干扰），直接对该矩阵求逆对各子载波信号进行解耦非常复杂（L.Rugini,P.BanelliandG.Leus,“SimpleEqualizationofTime-VaryingChannelsforOFDM,”IEEEComm.Letters,Vol.9,no.7,pp.619-921,July2005.）。按照是否需要已知信道信息来划分，时变信道均衡又大致可以分为：1）已知信道信息的均衡：该类方法（L.Rugini,P.BanelliandG.Leus,“SimpleEqualizationofTime-VaryingChannelsforOFDM,”IEEEComm.Letters,Vol.9,no.7,pp.619-921,July2005.）、（T.Hrycak,S.Das,G.MatzandH.G.Feichtinger.“LowComplexityEqualizationforDoublySelectiveChannelsModeledbyaBasisExpansion,”IEEETrans.SignalProcessing,Vol.58,No.11,pp.5706-5719,Nov.2010.）、（J.Lee,T.HwangandY.Li.“SignalDetectionforESTBasedModulationinDoubly-SelectiveChannels,”IEEETrans.SignalProcessing,Vol.57,No.8,pp.179-203,Aug.2009.）、（S.Feng,H.Minn,L.YanandL.Jinhui.“PIC-BasedIterativeSDRDetectorforOFDMSystemsinDoubly-SelectiveFadingChannels,”IEEETrans.WirelessComm.,Vol.9,No.1,Jan.2010.）、（H.HanandL.Wu.“LowcomplexityLSQR-baseddecisionfeedbackequalizerforOFDMsystemsoverrapidlytime-varyingchannels,”,IEEEInternationalConferenceonCommunicationandMobilecomputing[C],pp.438-441,Sep.2010.）利用频域信道矩阵的近似带状特性，以一定的均衡性能为代价，大大降低了时变信道均衡复杂度，然而这类方法需要完全已知时变信道在各个采样时刻时域响应或者频域信道矩阵的要求较为苛刻；2）未知信道信息的均衡：这类方法通常需要先借助信道时间相关性简化信道，进而采用已有迭代迭代估计技术实现信道和信号联合估计，如（W.Haselmayr,D.SchellanderandA.Springer.“Iterativechannelestimationandturboequalizationfortime-varyingchannelsinacodedOFDM-LTEsystemfor16-QAMand64-QAM,”IEEE21stinternationalsymposiumonPIMRC[C],pp.614-618,May2010.）采用BEM信道模型和决策反馈技术（E.Panaylrcl,H.SenolandH.V.Poor.“JointChannelEstimation,Equalization,andDataDetectionforOFDMSystemsinthePresenceofVeryHighMobility,”IEEETrans.SignalProcessing,Vol.58,No.8,pp.4225-4238,Aug.2010.）、（L.He,S.Ma,Y.WuandT.Ng.“SemiblindIterativeDataDetectionforOFDMSystemswithCFOandDoublySelectiveChannels,”IEEETrans.Comm.,AcceptedforPublication.2010.）则直接利用信道的统计相关特性和EM技术，这类方法通常由于信道本身估计复杂和迭代次数多而具有较高的计算复杂度。目前针对高速移动环境下OFDM系统快时变信道均衡技术，主要存在两个方面的问题，（1）均衡复杂度高，（2）采用的信道简化模型，存在较大的时变信道模型误差。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目是在分时段线性时变信道模型的基础上，提出一种基于分时段信号处理的时变信道均衡方法，能够同时降低均衡复杂度和时变信道模型误差。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：步骤一，仅已知各分时段平均信道响应（或中间采样时刻信道响应）的条件下，采用分时段线性时变信道模型得到各分时段内各时刻信道响应，进而得到与信道响应相关的参数；步骤二，对当前OFDM符号周期内的时域接收采样信号进行频偏和修正处理，然后对经过频偏和修正处理的采样信号进行时间分段，并分别对各组数据符号进行“新ISI”抑制处理；步骤三，利用各分时段内信道线性时变且变化较小，进行分时段内低复杂度近似时变信道均衡；步骤四，对均衡后各分组数据信号重组，获得最终快时变信道均衡信号。所述步骤二对经过频偏和修正处理的采样信号进行时间分段，并分别对各组数据符号进行“新ISI”抑制处理即利用信道频域矩阵近似常数比例因子循环性和时不变信道矩阵循环Toeplitz特性，针对各分组数据实现低复杂度的ISI抑制，各组数据的ISI抑制包括以下步骤：第一步，先对当前OFDM符号周期内的时域接收采样信号，进行如下式所示的频偏和修正，并将经过频偏修正后的采样信号分成若干时段，频偏处理：r′=G-mr，其中频偏补偿矩阵G-m=diag(1,…,e-j2πnm/N,…,e-j2π(N-1)m/N)进一步修正：其中，修正矩阵B为对角阵，对角元素为：第二步，针对各分时段采样信号进行FFT解调和均衡，通过对各分时段解调信号平均得到经过ISI抑制后的第m组数据估计，其中在获得经过抑制新符号ISI的各分组数据估计的基础上，采用误差消除方法，利用各分时段时不变信道矩阵的上三角阵的稀疏特性和对角阵特性，实现低复杂度的进一步ISI抑制，其中所述的分时段内低复杂度近似时变信道均衡利用各分时段内信道线性时变特性，将信道矩阵转化为对角阵与循环Toeplitz矩阵的乘积，利用循环Toeplitz矩阵特性和较短分时段内信道变化较小特性，实现如下式的低复杂度ICI抑制：其中本专利技术首先采用符号内分时段线性时变信道模型来近似时变信道，降低时变信道模型误本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于分时段的OFDM系统快时变信道均衡方法，其特征在于：步骤一，仅已知各分时段平均信道响应（或中间采样时刻信道响应）的条件下，采用分时段线性时变信道模型得到各分时段内各时刻信道响应，进而得到与信道响应相关的参数；步骤二，对当前OFDM符号周期内的时域接收采样信号进行频偏和修正处理，然后对经过频偏和修正处理的采样信号进行时间分段，并分别对各组数据符号进行“新ISI”抑制处理；步骤三，利用各分时段内信道线性时变且变化较小，进行分时段内低复杂度近似时变信道均衡；步骤四，对均衡后各分组数据信号重组，获得最终快时变信道均衡信号。

【技术特征摘要】
1.基于分时段的OFDM系统快时变信道均衡方法，其特征在于：步骤一，仅已知各分时段平均信道响应的条件下，采用分时段线性时变信道模型得到各分时段内各时刻信道响应，进而得到与信道响应相关的参数；步骤二，对当前OFDM符号周期内的时域接收采样信号进行频偏和修正处理，然后对经过频偏和修正处理的采样信号进行时间分段，并分别对各组数据符号进行“新ISI”抑制处理；步骤三，利用各分时段内信道线性时变且变化较小，进行分时段内低复杂度近似时变信道均衡；步骤四，对均衡后各分组数据信号重组，获得最终快时变信道均衡信号；所述步骤二对经过频偏和修正处理的采样信号进行时间分段，并分别对各组数据符号进行“新ISI”抑制处理，即利用信道频域矩阵近似常数比例因子循环性和时不变信道矩阵循环Toeplitz特性，针对各分组数据实现低复杂度的ISI抑制，各组数据的ISI抑制包括以下步骤：第一步，先对当前OFDM符号周期内的时域接收采样信号，进行如下式所示的频偏和修正，并将经过频偏修正后的采样信号分成若干时段，频偏处理：r′＝G-mr，其中频偏补偿矩阵G-m＝diag(1,…,e-j2πnm/N,…,e-j2π(N-1)m/N)，r表示时域接收信号向量，m,n,N,L分别表示分时段序号、子载波序号、子载波数及信道延迟抽头数；进一步修正：其中，修正矩阵B为对角阵，对角元素为：其中向量...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志刚，王磊，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：