一種偏移正交多載波系統(tǒng)的導(dǎo)頻設(shè)計(jì)和信道估計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及寬帶無線通信領(lǐng)域，特別是涉及一種偏移正交多載波系統(tǒng)的導(dǎo)頻設(shè)計(jì) 和信道估計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] OroM(正交頻分復(fù)用）是目前最主流的寬帶通信調(diào)制方式，具有頻譜效率高、抗多 徑能力強(qiáng)、多址接入靈活等特點(diǎn)，特別適合城市多徑信道下的無線高速數(shù)據(jù)傳輸。其和MMO (多輸入多輸出）相結(jié)合，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于IEEE80 2. lla/g/ac無線局域網(wǎng)（WLAN)、 IEEE802.16全球微波互聯(lián)接入(WiMAX)、IEEE802.22無線城域網(wǎng)（WRAN)、第四代移動(dòng)通信 (4G)等等。
[0003] OFDM系統(tǒng)雖然優(yōu)勢(shì)明顯，但也存在一些不足之處。比如，為了對(duì)抗多徑干擾需要引 入循環(huán)前綴，且在城市復(fù)雜環(huán)境中，循環(huán)前綴長(zhǎng)度較長(zhǎng)，有時(shí)高達(dá)1/4符號(hào)長(zhǎng)度，大大降低了 頻譜效率;另外，對(duì)載波偏移十分敏感，因?yàn)镺FDM發(fā)射信號(hào)的快速傅里葉變換是基于矩形窗 函數(shù)，頻偏的存在將破壞子載波的正交性，從而引入ICI(子載波間干擾），干擾功率將隨著 頻偏增大按平方關(guān)系增加。
[0004] 在此基礎(chǔ)上，研究者從系統(tǒng)構(gòu)造結(jié)構(gòu)出發(fā)，提出一種改進(jìn)型的0FDM，也叫正交0-QAM或0FDM-0QAM，每個(gè)子載波上的調(diào)制均采用交錯(cuò)偏移QAM，其和CP-〇FDM(帶循環(huán)前綴的 OFDM信號(hào)）最顯著的差別在于將正交條件放寬至實(shí)域正交，且引入一個(gè)時(shí)頻二維的脈沖成 形，使得信號(hào)對(duì)于收發(fā)兩端的頻率偏移不敏感。而且，在0FDM-0QAM系統(tǒng)中并不需要使用CP， 由此可以帶來更高的信道吞吐量。
[0005] 關(guān)于0FDM-0QAM信號(hào)的研究，目前主要還停留在理論階段?，F(xiàn)有系統(tǒng)在設(shè)計(jì)導(dǎo)頻時(shí) 一般采用塊狀插入的方式，因?yàn)?FDM-0QAM系統(tǒng)僅在實(shí)部正交，實(shí)際信道非理想，故相鄰符 號(hào)和相鄰子載波均會(huì)對(duì)當(dāng)前導(dǎo)頻產(chǎn)生虛部干擾，如果在信道估計(jì)時(shí)采用和OFDM符號(hào)類似的 迫零算法，得到的信道沖擊響應(yīng)值誤差較大，均衡后的數(shù)據(jù)恢復(fù)比較困難。另外，在接收信 號(hào)中包含了比較復(fù)雜的干擾分量，僅通過取實(shí)部運(yùn)算不能將其徹底消除，所以一般還要使 用構(gòu)造格點(diǎn)模型、干擾估計(jì)與抵消、迭代運(yùn)算等途徑進(jìn)一步消除殘余干擾，從而增加了系統(tǒng) 的復(fù)雜度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種偏移正交多載波系統(tǒng)的導(dǎo)頻設(shè)計(jì)和信道 估計(jì)方法，能夠降低算法復(fù)雜度，提高系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)性。
[0007] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:提供一種偏移正交多載波系統(tǒng)的導(dǎo) 頻設(shè)計(jì)和信道估計(jì)方法，包括以下步驟：
[0008] (1)采用最優(yōu)的導(dǎo)頻序列進(jìn)行偏移正交多載波系統(tǒng)的導(dǎo)頻設(shè)計(jì)；
[0009] (2)前向單次二維濾波的方法對(duì)接收端進(jìn)行信道估計(jì)。
[0010] 所述步驟(1)包括以下子步驟：
[0011] (11)確定塊狀導(dǎo)頻的符號(hào)數(shù)使得增加的導(dǎo)頻能量小于OFDM中循環(huán)前綴的能量；
[0012] (12)離線計(jì)算鄰域內(nèi)格點(diǎn)的模糊函數(shù)，得到每個(gè)相鄰格點(diǎn)的干擾權(quán)重；
[0013] (13)以IAM導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，以4 X 3共12個(gè)導(dǎo)頻子載波為一組，其中，兩邊8個(gè)是未 知的變量，根據(jù)干擾權(quán)重列出干擾總值方程組；
[0014] (14)通過相似性觀察確定未知變量的虛實(shí)性，簡(jiǎn)化干擾總值方程組，并由拉格朗 日乘子法求解帶約束條件的最優(yōu)化問題；
[0015] (15)求解干擾總值方程組，并得到特定條件下歸一化后最優(yōu)的導(dǎo)頻序列。
[0016] 所述步驟(2)包括以下子步驟：
[0017] (21)對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行0FDM-0QAM解調(diào)；
[0018] (22)利用優(yōu)選的塊狀導(dǎo)頻序列進(jìn)行信道估計(jì)，得到信道估計(jì)值，并對(duì)當(dāng)前導(dǎo)頻覆 蓋域內(nèi)的數(shù)據(jù)符號(hào)進(jìn)行迫零均衡；
[0019] (23)離線計(jì)算原型濾波器組的模糊函數(shù)，對(duì)中心格點(diǎn)的疊加干擾矩陣進(jìn)行求逆運(yùn) 算，并將結(jié)果保存在ROM表中，緩沖均衡后的數(shù)據(jù)符號(hào)，并利用ROM表系數(shù)進(jìn)行二維線性濾 波；
[0020] (24)對(duì)完成二維線性濾波后的數(shù)據(jù)進(jìn)行OQAM符號(hào)的解映射，并對(duì)解映射結(jié)果進(jìn)行 信道譯碼操作。
[0021] 所述步驟步驟(23)和步驟(24)之間還包括再一次進(jìn)行解干擾的步驟，其參數(shù)由接 收信號(hào)強(qiáng)度指示和信道丟包率來聯(lián)合評(píng)估。
[0022] 所述步驟(23)中鄰域每個(gè)格點(diǎn)的干擾權(quán)重表示為其中g(shù)為原型濾波器。
[0023] 有益效果
[0024] 由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效 果:本發(fā)明采用了最優(yōu)的導(dǎo)頻序列進(jìn)行導(dǎo)頻設(shè)計(jì)，可以極大的減少噪聲干擾的影響，因此對(duì) 中間導(dǎo)頻可以直接進(jìn)行復(fù)數(shù)除法運(yùn)算，得到的次優(yōu)的信道估計(jì)結(jié)果用來進(jìn)行簡(jiǎn)單的迫零均 衡;本發(fā)明采用前向單次二維濾波的方法進(jìn)行信道估計(jì)，在可比較的信道環(huán)境下非常接近 于常規(guī)OFDM信號(hào)的性能，極大的提升了系統(tǒng)的可實(shí)現(xiàn)性。
【附圖說明】
[0025]圖1是最優(yōu)導(dǎo)頻序列結(jié)構(gòu)不意圖；
[0026] 圖2是基于最優(yōu)導(dǎo)頻序列的信道估計(jì)流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定 的范圍。
[0028] 在可比較的信道模型下，為了降低算法復(fù)雜度，提高系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)性，本實(shí)施方式提 出一種新穎的0FDM-0QAM的導(dǎo)頻設(shè)計(jì)和信道估計(jì)方法。
[0029] 所述的0FDM-0QAM導(dǎo)頻采用一組優(yōu)化的塊狀導(dǎo)頻設(shè)計(jì)方法，歸一化復(fù)數(shù)結(jié)構(gòu)，在降 低干擾噪聲和均衡信道能量上優(yōu)于僅利用實(shí)部或虛部進(jìn)行信道估計(jì)的經(jīng)典IAM(干擾近似 利用法)方法。
[0030] 設(shè)第q個(gè)0FDM-0QAM符號(hào)的第P個(gè)子載波對(duì)應(yīng)的格點(diǎn)信號(hào)表示為(p，q)，如果來自其 他符號(hào)的干擾信號(hào)只和(P，q)點(diǎn)的近鄰相關(guān)，且這些點(diǎn)的導(dǎo)頻信息已知，則能夠預(yù)先計(jì)算這 些干擾的近似值。通常，和(P，q)點(diǎn)歐氏距離大于3的相鄰格點(diǎn)的干擾近似為0,為了簡(jiǎn)化算 法，因此僅考慮和(P，q)點(diǎn)距離小于3的已知導(dǎo)頻的相鄰格點(diǎn)，這些值將被用來構(gòu)建復(fù)偽導(dǎo) 頻c P,q。所謂的復(fù)偽導(dǎo)頻，是指疊加了相鄰格點(diǎn)干擾的復(fù)導(dǎo)頻信號(hào)，這些干擾可以用來抑制 噪聲對(duì)信道估計(jì)的影響。
[0031] 采用干擾近似利用法的信道估計(jì)表達(dá)式為：
[0033 ]其中，Hp , q為單個(gè)格點(diǎn)的信道頻率響應(yīng)，dp , q為實(shí)值數(shù)據(jù)，Up , q為歐氏距離小于3的鄰 域的虛部干擾，％,q為疊加噪