基于基扩展模型的OFDM系统信道估计与信号检测方法

摘要

基于基扩展模型的OFDM系统信道估计与信号检测方法，属于无线与移动通信技术领域。具体包括以下步骤：发送端发送OFDM信号、接收端信道建模、初始化、估计基扩展模型系数、信道均衡与信号检测、迭代、输出。接收端信道建模对接收端频域信号进行干扰和有用信息的分离，初始化假设无循环前缀限制，估计出基扩展模型系数并且检测得到当前发送数据符号，通过迭代求出符号间干扰频响以及循环前缀重构部分的频响，进而消除符号间干扰带来的影响。本发明提出的估计方法，一方面，可以估计时变性明显的信道，又能有效地消除多径时延引入的符号间干扰，完成对双选信道下OFDM系统的信道估计以及信号检测，提高系统性能。

主权项

1.基于基扩展模型的OFDM系统信道估计与信号检测方法，包括如下步骤：步骤一：设当前OFDM系统发送端发送的导频和数据混合的频域OFDM符号为Xⁱ，记为其中N表示OFDM符号的长度，频域OFDM符号Xⁱ中一些确定位置的子载波分配导频，其它为数据子载波；则发送端当前发送的相应时域OFDM符号xⁱ可记为且xⁱ=F^HXⁱ，其中F^H表示N点的IFFT变换矩阵，i表示第i个OFDM符号，即OFDM符号的索引号；步骤二：假设时域OFDM符号xⁱ经快时变和多径效应叠加的双选信道后，接收端接收到的时域OFDM符号为$y^i={[y_0^i,y_1^i,y_2^i,···y_{N-1}^i]}^T,$利用复指数基扩展模型描述快时变和多径效应叠加的双选信道h=[h₀,h₁,...,h_l,...,h_L]，其中h_l=[h_0,l,h_1,l,…，h_n,l,…，h_N-1,l]表示第l条径冲激响应，如果用h_q(l)表示信道第l条径对应的BEM系数，b_q表示基函数，则有：$h_l=\underset{q=0}{\overset{Q}{\Sigma }}{b}_q{h}_q\left(l\right)---\left(1\right)$$b_q=[1,e^{\frac{j2\pi }{N}(q-Q/2)},...e^{\frac{j2\pi (N-1)}{N}(q-Q/2)}]---\left(2\right)$其中，表示向上取整，f_d表示最大多普勒频移、且f_d=f_cv/c，而f_c表示OFDM系统载波的中心频率，v表示发送端和接收端之间的相对运动速度，c表示光速，T_s表示采样周期；时域OFDM符号xⁱ经快时变和多径效应叠加的双选信道后，接收端接收到的时域OFDM符号yⁱ可表示为：${\tilde{y}}^i=y^i-y_{\mathrm{ISI}}^i+y_{\mathrm{Add}}^i---\left(4\right)$其中，表示OFDM系统中循环前缀的长度大于信道的最大多径时延时接收端接收到第i个OFDM符号，代表前一个OFDM发送符号x^i-1对当前OFDM接收符号yⁱ的干扰，代表循环前缀的重构部分；将式子(4)变换到频域，则：${\tilde{Y}}^i=Y^i-Y_{\mathrm{ISI}}^i+Y_{\mathrm{Add}}^i---\left(5\right)$$Y_{\mathrm{ISI}}^i=F\left(F_1^i\right)F^H{X}^{i-1}---\left(6\right)$$Y_{\mathrm{Add}}^i=F\left(H_1^i\right)F^H{X}^i---\left(7\right)$步骤三：初始化；设置迭代次数I=0，令这样步骤四：估计相应的信道基扩展模型系数；接收端信号Y中导频位置观测量Y^p可以表示为：$Y^p={\tilde{Y}}^p$$=D^p{S}^p{h}_{\mathrm{eqv}}+D^d{S}^d{h}_{\mathrm{eqv}}+W^p---\left(8\right)$$={\mathrm{Ph}}_{\mathrm{eqv}}+D^d{S}^d{h}_{\mathrm{eqv}}+W^p$其中，Y^p表示接收端导频位置处的频响，Ph_eqv表示导频产生的频响，D^dS^dh_eqv表示OFDM符号数据子载波对导频子载波的干扰部分，W^p表示接收端导频位置处的频域噪声；利用LS估计准则对h_eqv进行估计，则估计方程为：${\hat{h}}_{\mathrm{eqv}}={(P^{H}P+\mathrm{\alpha I})}^{-1}{P}^H{Y}^p---\left(9\right)$考虑对矩阵P求逆运算的准确性，常常加上一个小的扰动，其中α为扰动因子。将估计得到的BEM系数代入等式(1)，即可求出信道时域冲激响应步骤五：信道均衡与信号检测；利用估计得到的信道时域冲激响应构造矩阵求出信道频率响应矩阵利用MMSE准则构造第i帧OFDM数据单元的频域均衡器有其中，σ²是噪声方差，I_N是N×N的单位矩阵，然后检测得到发端当前频域符号矢量步骤六：判断；令：I=I+1                (10)如果I≤M，执行步骤七，否则，转到步骤八步骤七：迭代；利用估计得到的信道时域冲激响应构造矩阵再加上前一时刻估计得到的频域符号矢量和当前频域符号矢量时域代入式子(6)(7)，求出和后更新等式(5)，然后转到步骤四；步骤八：检测得到发端当前频域符号矢量计算最后的估计量