适用于双极化多天线卫星移动通信的导频与信道估计方法

摘要

本发明公开了一种适用于双极化多天线卫星移动通信的导频与信道估计方法，该方法包括如下步骤：在发送端，以包含两个时隙的子帧为单位，发送码分复用导频或频分复用导频。在接收端，首先，利用两个时隙内的接收导频信号，获得频域信道响应的最小二乘估计；接着，针对不同天线的频域信道响应，分别实施离散余弦变换，并在变换域进行降噪处理；最后，对降噪后的变换域信道响应作逆离散余弦变换，获得频域信道响应的估计值。本发明提供的导频与信道估计方法能兼容陆地长期演进(LTE)移动通信系统，且能完全消除多天线间的干扰，在降低了计算复杂度同时获得很好的估计性能。

主权项

适用于双极化多天线卫星移动通信的导频与信道估计方法，其特征在于该方法包括如下步骤：步骤一、在发送端，以包含两个时隙的子帧为单位，发送码分复用导频或频分复用导频，记x_i，j表示第i个天线在第j个时隙的频域导频，其中i，j＝1,2；若发送码分复用导频，则各导频之间满足如下关系其中，s₁和s₂是按照LTE协议标准生成的长度为N_b的导频，ξ是由模为1的元素组成的向量，⊙表示矩阵Hardmard乘积，若发送频分复用导频，则各导频之间满足如下关系$\left\{\begin{array}{c}{x}_{\mathrm{1,1}}=p_1\otimes {\left[\begin{array}{cc}1& 0\end{array}\right]}^T\\ x_{\mathrm{1,2}}=p_1\otimes {\left[\begin{array}{cc}0& 1\end{array}\right]}^T\\ x_{\mathrm{2,1}}=p_2\otimes {\left[\begin{array}{cc}0& 1\end{array}\right]}^T\\ x_{\mathrm{2,2}}=p_2\otimes {\left[\begin{array}{cc}1& 0\end{array}\right]}^T\end{array}\right.$其中，p₁和p₂是长度为N_b/2的Zadoff‑Chu序列，表示矩阵Kronecker乘积；步骤二、在接收端，利用两个时隙内的接收导频信号，获得第k个子载波上的频域信道响应的最小二乘估计，即$\hat{H}\left(k\right)=\frac{1}{2E_P}{\bar{X}}^H\left(k\right)\bar{Y}\left(k\right)$其中，()^H表示矩阵共轭转置，$\bar{X}\left(k\right)=\left[\begin{array}{cc}{x}_{\mathrm{1,1}}\left(k\right)& x_{\mathrm{2,1}}\left(k\right)\\ x_{\mathrm{1,2}}\left(k\right)& x_{\mathrm{2,2}}\left(k\right)\end{array}\right],$$\bar{Y}\left(k\right)=\left[\begin{array}{cc}{y}_{\mathrm{1,1}}\left(k\right)& y_{\mathrm{2,1}}\left(k\right)\\ y_{\mathrm{1,2}}\left(k\right)& y_{\mathrm{2,2}}\left(k\right)\end{array}\right],$x_i，j和y_i，j分别表示第i个天线在第j个时隙的发送导频信号和接收导频信号，$\hat{H}\left(k\right)=\left[\begin{array}{cc}{\hat{h}}^{\mathrm{1,1}}\left(k\right)& {\hat{h}}^{\mathrm{2,1}}\left(k\right)\\ {\hat{h}}^{\mathrm{1,2}}\left(k\right)& {\hat{h}}^{\mathrm{2,2}}\left(k\right)\end{array}\right],$表示第p根发送天线到第q根接收天线在第k个子载波的频域信道响应估计，E_P表示单个频点导频能量；步骤三、针对不同天线的频域信道响应，分别实施离散余弦变换：${\hat{h}}_D^{q,p}=D_{N_b}^{\mathrm{II}}{\hat{h}}^{q,p}$其中，${\hat{h}}^{q,p}={[{\hat{h}}^{q,p}\left(1\right),{\hat{h}}^{q,p}\left(1\right),···,{\hat{h}}^{q,p}\left(N_b\right)]}^T,$${\hat{h}}_D^{q,p}={[{\hat{h}}_D^{q,p}\left(1\right),{\hat{h}}_D^{q,p}\left(2\right),···,{\hat{h}}_D^{q,p}\left(N_b\right)]}^T,$()^T表示矩阵转置，分别表示第p根发送天线到第q根接收天线的频域信道响应估计及其变换域表示形式，DCT II变换阵的第(k，l)个元素表示为：${\left[D_{N_b}^{\mathrm{II}}\right]}_{k,l}=w_k\cos \left(\frac{\mathrm{\pi k}(l+0.5)}{N_b}\right),w_k=\left\{\begin{array}{c}1/\sqrt{N_b},k=0\\ \sqrt{2/N_b},k\ne 0\end{array}\right.$对每组变换域矢量进行单点滤波：${\stackrel{\widehat{~}}{h}}_{\mathrm{MMSE}}^{q,p}=A_{\mathrm{opt}}{\hat{h}}_D^{q,p}$滤波矩阵A_opt为N_b×N_b的对角阵，其第k个对角元素[A_opt]_k，k为：${\left[A_{\mathrm{opt}}\right]}_{k,k}=\frac{E\left\{{\left|{\tilde{h}}_D^{q,p}\left(k\right)\right|}^2\right\}-{\hat{\sigma }}_n^2}{E\left\{{\left|{\tilde{h}}_D^{q,p}\left(k\right)\right|}^2\right\}},k=\mathrm{1,2},...,N_b$其中，E{}表示求期望，||²表示求复数模值的平方，表示变换域噪声方差的估计值，其计算公式为${\hat{\sigma }}_n^2=\frac{\underset{i=N+1}{\overset{M}{\Sigma }}E\left\{{\left|{\tilde{h}}_D^{q,p}\left(i\right)\right|}^2\right\}}{N_b-N}$N的取值由$\Omega \left(i\right)=\left\{\begin{array}{c}1,\left|{\hat{h}}_D^{q,p}\right|>\lambda \\ 0,\left|{\hat{h}}_D^{q,p}\right|\le \lambda \end{array}\right.$更新得到，其中Ω为N_b×N_b能量提取对角阵，表示由初始设定的N_initial值计算得到的初始噪声方差；步骤四、对降噪后的变换域信道响应作逆离散余弦变换，获得频域信道响应的估计值${\hat{h}}_{\mathrm{MMSE}}^{q,p}={\left(D_{N_b}^{\mathrm{II}}\right)}^H·{\stackrel{\widehat{~}}{h}}_{\mathrm{MMSE}}^{q,p}.$