本發(fā)明移動通信，尤其涉及一種基于oddm調(diào)制的mimo系統(tǒng)信道估計方法和裝置。

背景技術：

1、隨著無線通信技術的快速發(fā)展，未來的6g移動通信系統(tǒng)需要在高動態(tài)場景中提供可靠的通信，包括高速鐵路、無人機和低地軌道衛(wèi)星。現(xiàn)有的4g和5g移動通信系統(tǒng)廣泛采用了效率高且魯棒性強的正交頻分復用(ofdm)調(diào)制方式。然而，在高速移動場景下，與時變信道相關的多普勒擴展會導致嚴重的載波間干擾(ici)。這種ici現(xiàn)象顯著降低了ofdm系統(tǒng)的性能，給保持可靠的通信鏈路帶來了重大挑戰(zhàn)。

2、為了解決這些問題，最新提出的正交時間頻率空間(otfs)多載波調(diào)制因其在時變信道中的顯著優(yōu)勢而受到廣泛關注。然而，otfs波形仍然是在tf域內(nèi)的正交脈沖，實質(zhì)上充當了一個預編碼的ofdm。在otfs中，理想脈沖被假設為具有雙正交性。不幸的是，這種理想脈沖在實際中并不存在。這種非理想性在實際實施中面臨挑戰(zhàn)，例如高的帶外發(fā)射(oobe)和嚴重的干擾。為了獲得可實現(xiàn)的時延多普勒(dd)平面正交脈沖，提出了正交時延多普勒分復用oddm調(diào)制。這種方法的特點是設計一組脈沖序列，能夠保持相對于dd平面的正交性。oddm調(diào)制能在調(diào)制信號與dd信道之間實現(xiàn)優(yōu)秀的耦合，其性能優(yōu)于otfs。

3、信道估計作為通信系統(tǒng)的關鍵技術一直作為通信領域研究的熱點，受到眾多學者的關注。在基于oddm調(diào)制的大規(guī)模多輸入多輸出(mimo)通感系統(tǒng)中，由于設備高速移動，使得信道信息快速變化，如何快速準確的進行信道估計，設計低復雜度信道估計算法是亟需解決的問題。

4、基于上述問題，為了能夠在高速移動場景下快速得估計信道信息，同時提高信道估計的準確性，提出了一種低復雜度近似貝葉斯最優(yōu)的算法估計時變多徑信道提升通感系統(tǒng)的綜合性能。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的：一種基于oddm調(diào)制的mimo系統(tǒng)信道估計方法，該方法包括：

2、s1、生成導頻信號，對導頻信號進行oddm調(diào)制；

3、s2、將調(diào)制產(chǎn)生信號發(fā)給發(fā)送裝置，發(fā)送裝置通過多徑信道發(fā)送給接收裝置；

4、s3、接收裝置對收到的數(shù)據(jù)進行匹配濾波后得到接收信號，并計算導頻信號等效的輸入輸出關系；

5、s4、根據(jù)導頻信號等效的輸入輸出關系采用記憶近似消息傳遞算法估計多徑信道的時延、多普勒和信道增益，通過一維搜索求解得到發(fā)送導向矢量的角度旋轉矩陣，使用離散傅里葉變換得到信道的角度，得到多徑信道的估計值。

6、進一步地，所述生成導頻信號具體為：將產(chǎn)生的隨機信號映射成一個時延多普勒域矩陣，然后進行反傅里葉變換、升采樣、脈沖串波束整形之后得到調(diào)制后的導頻信號。

7、進一步地，所述對導頻信號進行oddm調(diào)制具體表示為：

8、

9、其中x[m,n]為傳輸?shù)膶ьl信號，m∈{0,1,,m-1}，n∈{0,1,,n-1}分別表示為時延的索引和多普勒的索引，m為時隙的數(shù)目，每個多載波符號包含n個子載波，持續(xù)時間為t，每個載波間的間距為1/nt，多載波符號以t/m的間隔均勻分布，gtx(t)為發(fā)送端的濾波器，是一個脈沖串，表示為a(t)為一個具有時間對稱性的實值平方根奈奎斯特脈沖，持續(xù)時間為2qt/m，并滿足條件當整數(shù)2q＜＜m時gtx(t)在時延和多普勒分辨率上是正交的，模糊函數(shù)滿足

10、

11、進一步地，所述匹配濾波具體包括：通過匹配濾波器計算得到接收到的波形與接收到的信號之間的交叉模糊函數(shù)

12、

13、其中，hp為信道增益，gtx(t)為發(fā)送端的濾波器，nc(t)∈c是噪聲,服從高斯分布和lp＝νpnt分別為時延和多普勒的索引，和分別是第p條路徑的時延和多普勒，其中kp,lp∈z；

14、得到接收信號的離散形式

15、

16、其中，n′＝[n-lp]n。

17、進一步地，所述計算導頻信號等效的輸入輸出關系包括：

18、y＝φh+nc

19、其中是等效系數(shù)矩陣，是相應的等效信道向量；nc為噪聲，

20、其中表示為

21、

22、其中和是第nt根天線傳輸?shù)牡趇行符號；

23、g為時延多普勒空間信道的p條路徑整理得到的一個維度為(2k+1)×l的矩陣，其中非零元素g(k+k+1,l)表示對應路徑的信道增益，該路徑的時延和多普勒分別為和

24、進一步地，所述記憶近似消息傳遞算法包括長記憶線性估計器和非線性估計器，

25、所述長記憶線性估計器用于得到基于最小均方差準則下的信道估計值，并且消除多徑干擾和多普勒偏移的影響，而非線性估計器則對估計值降低高斯噪聲從而提高估計的準確度；

26、所述長記憶線性估計器具體為：

27、其中κt為加快記憶近似消息傳遞檢測器收斂速度的參數(shù)，θt作為松弛參數(shù)，確保的譜半徑保持在1以下；通過最小化長記憶線性估計器的最小均方誤差得到最優(yōu)的κt；

28、所述非線性估計器包括：

29、

30、其中，中h(t)表示t時刻的信道增益估計均值，

31、其中，代表在κt選取最優(yōu)參數(shù)時，長記憶線性估計器的最小均方誤差；信道向量hi＝bg，其中b服從概率為q的伯努利分布，g服從均值為ug方差為vg的高斯分布，且bg是相互獨立的；

32、最大后驗均值和方差為

33、

34、其中

35、為阻尼向量，滿足

36、最優(yōu)的阻尼向量為

37、

38、為的協(xié)方差，為有效記憶的索引集合。

39、進一步地，離散傅里葉變換得到信道的角度具體為：

40、避免角度產(chǎn)生混疊，滿足條件nd/λ+1≤n-nd/λ+1，對接收的信號采用離散傅里葉變換，得到

41、

42、其中是歸一化的離散傅里葉變換矩陣，其中里面的元素為為對應的方向向量，其中dbs，λc，分別為天線間距、載波頻率波長和多徑信道角度。

43、另一方面，本說明書還提供了一種用于實現(xiàn)所述方法的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

44、編碼器：用于預置導頻信號，并對該導頻信號進行oddm調(diào)制，然后將調(diào)制后的導頻信號發(fā)送給發(fā)送模塊

45、發(fā)送模塊：用于將編碼器調(diào)制后的導頻信號發(fā)送給接收模塊

46、接收模塊：用于對收到導頻信號進行匹配濾波后得到接收信號

47、信道估計模塊：根據(jù)導頻信號等效的輸入輸出關系采用記憶近似消息傳遞算法估計多徑信道的時延、多普勒和信道增益，使用添加相位旋轉的離散傅里葉變換得到信道的角度，得到多徑信道的估計值。

48、另一方面，本說明書還提供了基于oddm調(diào)制的mimo系統(tǒng)信道估計裝置，包括存儲器和一個或多個處理器，所述存儲器中存儲有可執(zhí)行代碼，所述處理器執(zhí)行所述可執(zhí)行代碼時，實現(xiàn)所述的基于oddm調(diào)制的mimo系統(tǒng)信道估計方法。

49、另一方面，本說明書還提供了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有程序，所述程序被處理器執(zhí)行時，實現(xiàn)如所述的基于oddm調(diào)制的mimo系統(tǒng)信道估計方法。

50、本發(fā)明的有益效果：

51、(1)本發(fā)明的oddm調(diào)制能夠?qū)崿F(xiàn)時延多普勒平面的正交性，滿足高可靠通信與高精度感知需求功能；

52、(2)本發(fā)明根據(jù)產(chǎn)生的導頻信號和接收信號推導出輸入輸出關系，然后提出一種低復雜度算法對多徑信道進行估計，該算法能夠在大規(guī)模天線場景下近似達到貝葉斯最優(yōu)的信道估計性能，提高了信道估計的精確度；

53、(3)本發(fā)明由于在信道估計的迭代中避免了矩陣求逆的操作，只有矩陣跟向量相乘的操作，因此降低了信道估計運算的復雜度。