一种考虑多普勒效应与IQ不平衡的多径信道估计方法

摘要

本发明提供的信道估计方法将信道的多普勒效应与IQ不平衡考虑在内，并利用基于交替最小二乘法对信道的参数进行估计，在进行估计的过程中，对矩阵G的估计是考虑到其主、次对角线上的数据的，因此估计结果与实际的结果是非常接近的，本发明提供的方法能够以较高的准确性来对信道实质的参数进行估计。

主权项

一种考虑多普勒效应与IQ不平衡的多径信道估计方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.设多径信道发送端的输入信号为s_m，接收端对接收到的信号去除循环前缀后的输出信号为r_m，则输入信号和输出信号之间的关系表示为：r_m＝(u_tu_rU_h+v_t*v_rU_h*)s_m+(v_tu_rU_h+u_t*v_rU_h*)s_m*+w_m   (1)由于U_h＝F^H*G*F，式(1)进一步表示为：r_m＝(u_tu_rF^H×G×F+v_t*v_rF^H×G×F*)s_m+(v_tu_rF^H×G×F+u_t*v_rF^H×G×F*)s_m*+w_m   (2)其中，*表示数值或矩阵的共轭，H表示矩阵的共轭转置；u_t、v_t表示发送端发送的过程中加入的I/Q不平衡参数，u_r、v_r表示接收端接收的过程中加入的I/Q不平衡参数，U_h表示表示信道的冲击响应h(n)组成的N×N循环矩阵；F为DFT矩阵，G为包含三对角线的矩阵；w_m为传输过程中引入的高斯白噪声；S2.将矩阵G进行拆解：其中S3.将F^H×B₁×F、F^H×B₂×F近似为单位阵，则式(2)可进一步表示为：r_m＝[k₁(U_h1+U_h+U_h2)+k₂(U_h1+U_h+U_h2)*]p+[k₃(U_h1+U_h+U_h2)+k₄(U_h1+U_h+U_h2)*]p*+w_m其中，k₁＝u_tu_r，k₂＝v_t*v_r，k₃＝v_tu_r，k₄＝u_t*v_r，U_h1＝F^H×H₁×F，U_h＝F^H×G₀×F，U_h2＝F^H×H₂×F；由于U_h1、U_h、U_h2均为循环矩阵，则存在U_h×p＝P×h，其中p表示r_m，h表示信道参数[h(0),...,h(L‑1)]，L表示多径信道的长度；P表示序文向量p＝[p₀,p₁,...,p_N]^T，N为序文向量的长度，则r_m可进一步表示为：r_m＝P(k₁h₁+k₂h₁*)+P*(k₃h₁*+k₄h₁*)+P(k₁h+k₂h*)+P*(k₃h+k₄h*)+P(k₁h₂+k₂h₂*)+P*(k₃h₂+k₄h₂*)+w_mS4.构造矩阵Pre＝[P P*P P*P P*]，设c＝[c₁^T c₂^T c₃^T c₄^T c₅^T c₆^T]^T，其中c₁＝k₁h₁+k₂h₁*；c₂＝k₃h₁+k₄h₁*；c₃＝k₁h+k₂h*；c₄＝k₃h+k₄h*；c₅＝k₁h₂+k₂h₂*；c₆＝k₃h₂+k₄h₂*；则r_m可表示为：r_m＝Pre×c+w_m，由基于交替最小二乘法可得：c＝(Pre^H×Pre)^‑1×Pre^H×r_m；S5.定义K＝[k₁,k₂,k₃,k₄]^T,设令c＝H×K+w_m，根据基于交替最小二乘法可得K的估计值：K_ls＝(H^H×H)^‑1×H^H×c；S6.将c₁＝k₁h₁+k₂h₁*的实部和虚部分离出来：Re(c₁)＝[Re(k₁)+Re(k₂)]×Re(h₁)+[Im(k₁)‑Im(k₂)]×Im(h₁)；Im(c₁)＝[Im(k1)+Im(k2)]×Re(h₁)+[Re(k₁)+Re(k₂)]×Im(h₁)；同理可得c₂、c₃、c₄、c₅、c₆的表达式，则矩阵C可表示为：C＝[Re(c₁)^T Im(c₁)^T Re(c₂)^T Im(c₂)^T Re(c₃)^T Im(c₃)^T Re(c₄)^T Im(c₄)^T Re(c₅)^T Im(c₅)^T Re(c₆)^T Im(c₆)^T]^T；S7.令H_Ls＝[Re(h₁)Im(h₁)Re(h)Im(h)Re(h₂)Im(h₂)]^T；将步骤S5获得的K_ls经过实虚部分离后得到K_LS表示如下：$\left[\begin{array}{cccccc}\mathrm{Re}\left(k_1\right)+\mathrm{Re}\left(k_2\right)& \mathrm{Im}\left(k_1\right)-\mathrm{Im}\left(k_2\right)& 0& 0& 0& 0\\ \mathrm{Im}\left(k_1\right)+\mathrm{Im}\left(k_2\right)& \mathrm{Re}\left(k_1\right)-\mathrm{Re}\left(k_2\right)& 0& 0& 0& 0\\ \mathrm{Re}\left(k_3\right)+\mathrm{Re}\left(k_4\right)& \mathrm{Im}\left(k_3\right)-\mathrm{Im}\left(k_4\right)& 0& 0& 0& 0\\ \mathrm{Im}\left(k_3\right)+\mathrm{Im}\left(k_4\right)& \mathrm{Re}\left(k_3\right)-\mathrm{Re}\left(k_4\right)& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& \mathrm{Re}\left(k_1\right)+\mathrm{Re}\left(k_2\right)& \mathrm{Im}\left(k_1\right)-\mathrm{Im}\left(k_2\right)& 0& 0\\ 0& 0& \mathrm{Im}\left(k_1\right)+\mathrm{Im}\left(k_2\right)& \mathrm{Re}\left(k_1\right)-\mathrm{Re}\left(k_2\right)& 0& 0\\ 0& 0& \mathrm{Re}\left(k_3\right)+\mathrm{Re}\left(k_4\right)& \mathrm{Im}\left(k_3\right)-\mathrm{Im}\left(k_4\right)& 0& 0\\ 0& 0& \mathrm{Im}\left(k_3\right)+\mathrm{Im}\left(k_4\right)& \mathrm{Re}\left(k_3\right)-\mathrm{Re}\left(k_4\right)& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& \mathrm{Re}\left(k_1\right)+\mathrm{Re}\left(k_2\right)& \mathrm{Im}\left(k_1\right)-\mathrm{Im}\left(k_2\right)\\ 0& 0& 0& 0& \mathrm{Im}\left(k_1\right)+\mathrm{Im}\left(k_2\right)& \mathrm{Re}\left(k_1\right)-\mathrm{Re}\left(k_2\right)\\ 0& 0& 0& 0& \mathrm{Re}\left(k_3\right)+\mathrm{Re}\left(k_4\right)& \mathrm{Im}\left(k_3\right)-\mathrm{Im}\left(k_4\right)\\ 0& 0& 0& 0& \mathrm{Im}\left(k_3\right)+\mathrm{Im}\left(k_4\right)& \mathrm{Re}\left(k_3\right)-\mathrm{Re}\left(k_4\right)\end{array}\right]$S8.则表达式c＝H×K+W_m可表达为C＝H_Ls×K_Ls+w_m，根据基于交替最小二乘法可得：H_Ls＝(K_Ls^T×K_Ls)^‑1×K_Ls^T×C；S9.根据求解得到的H_Ls实现对信道参数h₁、h、h₂的估计。