基于輔助導(dǎo)頻的濾波器組多載波系統(tǒng)信道估計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及用于濾波器組多載波（FilterBank basedMulticarrier，F(xiàn)BMC)系統(tǒng)中的信道估計(jì)技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在現(xiàn)有的通信技術(shù)中，F(xiàn)BMC系統(tǒng)以其較高的頻譜利用率、良好的時(shí)頻聚焦特性，成 為未來移動(dòng)多媒體通信的主要候選技術(shù)之一。
[0003]FBMC系統(tǒng)的發(fā)送信號(hào)s(t)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為
中，n表示第n個(gè)發(fā)射符號(hào)的第m個(gè)子載波上數(shù) 據(jù)，％表示表示FBMC系統(tǒng)子載波間隔，t^表示FBMC系統(tǒng)發(fā)送信號(hào)時(shí)間間隔，g(t)表示成 形濾波器函數(shù)，M表示子載波個(gè)數(shù)，m= 1，2, 3, . . .，M。
[0004] 相比于傳統(tǒng)的正交頻分復(fù)用技術(shù)，F(xiàn)BMC系統(tǒng)僅僅在實(shí)數(shù)域滿足嚴(yán)格的正交條件，
Bfvm'表示第m'個(gè)子載波，n'表示第 5 n'個(gè)符號(hào)。
[0005]假定FBMC信號(hào)經(jīng)歷了一個(gè)多徑衰落信道，信道脈沖沖擊響應(yīng)為h(t)，高斯白噪聲 為n(t)，F(xiàn)BMC系統(tǒng)接收信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為
[0006]
A為時(shí)間間隔，是經(jīng)驗(yàn)值， 對(duì)于時(shí)間間隔TG[0,A]，有g(shù)(t-T -n TQ) ~g(t-nT。）。
[0007]當(dāng)接收端收到經(jīng)過多徑衰落信道后的發(fā)送信號(hào)y(t)'，對(duì)所述y(t)'進(jìn)行匹配濾 波操作后，接收信號(hào)ym，n(t)表示，
，其 中
代表了所有符號(hào)間的干 擾和子載波干擾。
[0008]當(dāng)心。。是導(dǎo)頻序列（專門為了估計(jì)導(dǎo)頻而設(shè)計(jì)的已知序列）的第 m個(gè)子載波的數(shù)據(jù)時(shí)，則FBMC系統(tǒng)基于導(dǎo)頻序列的信道估計(jì)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為
其中，F(xiàn)BMC系統(tǒng)經(jīng)過信道和 匹配濾波器后疊加在導(dǎo)頻參考信號(hào)上的高斯噪聲表示為
[0009]如圖1所示，F(xiàn)BMC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及信號(hào)處理過程具體步驟如下：
[0010] 發(fā)射端：
[0011] 步驟一：信號(hào)源比特?cái)?shù)據(jù)經(jīng)過正交幅度調(diào)制（QAM調(diào)制）；
[0012] 步驟二：在調(diào)制后的數(shù)據(jù)塊頭部添加導(dǎo)頻序列，其中導(dǎo)頻序列用于FBMC系統(tǒng)的信 道估計(jì)；
[0013] 步驟三：根據(jù)發(fā)送信號(hào)S(t)的數(shù)學(xué)表達(dá)式對(duì)添加導(dǎo)頻序列后的數(shù)據(jù)進(jìn)行正交化 相位映射；
[0014] 步驟四：通過步驟三后的數(shù)據(jù)通過IFFT模塊完成IFFT變換；
[0015] 步驟五：通過步驟四后的數(shù)據(jù)通過成型濾波器完成成型濾波過程，然后發(fā)射。
[0016] 接收端：
[0017] 步驟1 :對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行匹配濾波處理；
[0018] 步驟2:通過步驟1后的數(shù)據(jù)通過FFT模塊完成FFT變換；
[0019]步驟3:從通過步驟2后的數(shù)據(jù)中，利用導(dǎo)頻序列提取信道信息，然后利用提取的 信道信息，通過均衡器消除多徑干擾對(duì)FBMC系統(tǒng)的影響；
[0020]步驟4:通過步驟3后的數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)正交化相位映射處理；
[0021]步驟5:通過步驟4后的數(shù)據(jù)進(jìn)行QAM解調(diào)，最后輸出解調(diào)后的數(shù)據(jù)比特。
[0022] 目前，幾乎所有的導(dǎo)頻序列設(shè)計(jì)都是針對(duì)基于復(fù)數(shù)域正交條件的頻分復(fù)用系統(tǒng) 的，但是對(duì)于實(shí)數(shù)域正交條件的FBMC系統(tǒng)而言，多徑衰落信道的復(fù)數(shù)特性會(huì)破壞FBMC系統(tǒng) 的正交特性，使導(dǎo)頻參考信號(hào)引入符號(hào)間干擾和子載波間干擾，即
部分不能為零。因此傳統(tǒng)正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中的信道估計(jì)的導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)不再適用于FBMC系 統(tǒng)，需要為FBMC系統(tǒng)設(shè)計(jì)信道導(dǎo)頻信號(hào)結(jié)構(gòu)。
[0023] 在文獻(xiàn)（SeungWonKang,andKyungHiChang,"Anovelchannelestimation schemeforOFDM/OQAM-IOTAsystem，"ETRIJournal，vol.29，no.4，Aug.2007.)中 作者Kang提出了一種針對(duì)FBMC系統(tǒng)的導(dǎo)頻信號(hào)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)為：導(dǎo)頻參考信號(hào)是 在中間部分是所有的奇數(shù)序號(hào)符號(hào)相同，所有的偶數(shù)序號(hào)符號(hào)也相同，數(shù)學(xué)表達(dá)式為
，然后在導(dǎo)頻參考信號(hào)兩端添加全〇的保護(hù)符號(hào)，這種設(shè)計(jì)的好 處是使彳
分為近似〇,從而消除掉導(dǎo)頻參考信號(hào)中的符號(hào)間干擾 與子載波間干擾。
[0024]在文獻(xiàn)（S.Hu,G.Wu，T.Li,Y.Xiao,andS.Li,"PreambledesignwithICI cancelationforchannelestimationinOFDM/OQAMsystem, "IEICETransactions onCommunicationsE93-B,pp. 211 - 214,Jan. 2010.)中，作者Hu優(yōu)化了Kang方法，以偶 數(shù)序號(hào)子載波置零為例（該方法也可奇數(shù)序號(hào)子載波置零）將其導(dǎo)頻序列的偶數(shù)序號(hào)子 載波全部置零，奇數(shù)序號(hào)子載波的任意位隨機(jī)取1或-1，這樣導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)表達(dá)式變?yōu)?br>1，然后在導(dǎo)頻參考信號(hào)兩端添加全〇的保護(hù)符號(hào)，這種導(dǎo)頻設(shè) 計(jì)的可以估計(jì)出奇數(shù)序號(hào)子載波位置的導(dǎo)頻值，然后通過線性內(nèi)插估計(jì)出整個(gè)頻域上的信 道響應(yīng)。由于導(dǎo)頻序列的大部分為零，以及其余部分的任意位置的符號(hào)隨機(jī)取1或-1，所以 該結(jié)構(gòu)能夠降低FBMC系統(tǒng)對(duì)高功率放大器的線性要求從而避免非線性失真。
[0025] 上述兩種方法也有一定的缺陷，即由于兩端全0保護(hù)符號(hào)的添加，導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)的長 度為3t^，而對(duì)于0FDM系統(tǒng)的信道估計(jì)來說，其導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)的長度為2t^，這樣就增加了導(dǎo) 頻資源的開銷。特別在多普勒頻移較大、信道變化較快的情況下，需要減小多個(gè)插入導(dǎo)頻的 間隔，這樣會(huì)增加更多的資源開銷，使得FBMC系統(tǒng)不添加循環(huán)前綴（CP)帶來的系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)不 復(fù)存在?；诖吮景l(fā)明接收一種基于輔助導(dǎo)頻的信道估計(jì)導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)及其信道估計(jì)方法。通 過該方法，只需要使用一列輔助導(dǎo)頻即可消除數(shù)據(jù)符號(hào)的干擾，使得導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)的長度變?yōu)?2t^且不損失信道估計(jì)的準(zhǔn)確度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0026] 本發(fā)明通過構(gòu)造的FBMC系統(tǒng)導(dǎo)頻序列結(jié)構(gòu)來估計(jì)信道信息。
[0027] 基于輔助導(dǎo)頻的濾波器組多載波系統(tǒng)信道估計(jì)方法，包括如下步驟：
[0028]S1、在發(fā)送端產(chǎn)生兩段導(dǎo)頻信號(hào)：常規(guī)導(dǎo)頻和輔助導(dǎo)頻，在接收端產(chǎn)生一個(gè)與發(fā)送 端所述常規(guī)導(dǎo)頻相同的序列，其中，所述常規(guī)導(dǎo)頻是導(dǎo)頻中間部分所有的奇數(shù)序號(hào)符號(hào)相 同，所有的偶數(shù)序號(hào)符號(hào)也相同，數(shù)學(xué)表達(dá)式為
，在導(dǎo)頻參考信 號(hào)兩端添加全〇的保護(hù)符號(hào)的導(dǎo)頻序列，
[0029] 或者將導(dǎo)頻序列的偶數(shù)序號(hào)子載波全部置零，奇數(shù)序號(hào)子載波的任意位隨機(jī)取1 或-1，數(shù)學(xué)表達(dá)式變：
?在導(dǎo)頻參考信號(hào)兩端添加全〇的保護(hù) 符號(hào)的導(dǎo)頻序列，所述常規(guī)導(dǎo)頻用于估計(jì)信道信息；
[0030]S2、發(fā)射端將S1所述輔助導(dǎo)頻序列加入信號(hào)源，將添加S1所述輔助導(dǎo)頻序列的信 號(hào)源按照FBMC的后續(xù)處理過程發(fā)射出去，其中，所述的FBMC系統(tǒng)的后續(xù)處理過程包括IFFT 變換、成型濾波器濾波，射頻調(diào)制、功率放大；
[0031]S3、在接收端采用FBMC系統(tǒng)的處理方法提取出S1所述常規(guī)導(dǎo)頻序列對(duì)應(yīng)的那一 列接收符號(hào)，其中，每列符號(hào)長度等于系統(tǒng)子載波個(gè)數(shù)，所述FBMC系統(tǒng)的處理方法為將信 號(hào)接收并處理成數(shù)字信號(hào)后，通過匹配濾波器濾波，F(xiàn)FT變換，同步接收；
[0032]S4、在S3所得到的接收符號(hào)中提取出子載波位置的數(shù)據(jù)；
[0033]S5、接收端將S4所得的每位符號(hào)分別除以在S1所述導(dǎo)頻序列相應(yīng)位置的值，得到 信道頻域的信道信息；
[0034] S6、在接收端根據(jù)S5所述信道頻域的信道信息按照線性內(nèi)插估計(jì)方式進(jìn)行計(jì)算， 從而得到信道估計(jì)序列在整個(gè)頻域的信道信息。
[0035] 進(jìn)一步地，S1所述輔助導(dǎo)頻采用如下方法構(gòu)造：
[0036] A、將導(dǎo)頻的常規(guī)導(dǎo)頻部分的奇數(shù)序號(hào)的任意位置隨機(jī)取1或-1，將導(dǎo)頻的常規(guī)導(dǎo) 頻部分的偶數(shù)序號(hào)的任意位置取值〇 ;
[0037] B、將導(dǎo)頻的輔助導(dǎo)頻部分的奇數(shù)序號(hào)的任意位置取常規(guī)導(dǎo)頻右側(cè)一列發(fā)送數(shù)據(jù) 同一位置的相同值；將輔助導(dǎo)頻部分的偶數(shù)序號(hào)的任意位置取值常規(guī)導(dǎo)頻右側(cè)一列發(fā)送數(shù) 據(jù)同一位置的相反值。
[0038] 進(jìn)一步地，S1所述輔助導(dǎo)頻采用如下方法構(gòu)造：
[0039] I、將導(dǎo)頻的常規(guī)導(dǎo)頻部分的偶數(shù)序號(hào)的任意位置隨機(jī)取1或-1 ;將常規(guī)導(dǎo)頻部 分的奇數(shù)序號(hào)的任意位置取值〇 ;
[0040] II、將導(dǎo)頻的輔助導(dǎo)頻部分的偶數(shù)序號(hào)的任意位置取常規(guī)導(dǎo)頻右側(cè)一列發(fā)送數(shù)據(jù) 同一位置的相同值；將輔助導(dǎo)頻部分的奇數(shù)序號(hào)的任意位置取值常規(guī)導(dǎo)頻右側(cè)一列發(fā)送數(shù) 據(jù)同一位置的相反值。
[0041] 本發(fā)明的有益效果是：
[0042] 本發(fā)明通過使用輔助導(dǎo)頻來抵消數(shù)據(jù)符號(hào)的干擾，在保持優(yōu)良信道估計(jì)性能的同 時(shí)，將導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)的長度從3T^降低到2T^，達(dá)到與0FDM系統(tǒng)信道估計(jì)相同的資源消耗。
[0043] 本發(fā)明結(jié)合FBMC系統(tǒng)的實(shí)數(shù)域正交條件，提出了一種適用于FBMC系統(tǒng)的導(dǎo)頻結(jié) 構(gòu)以及相應(yīng)的信道估計(jì)方法。該導(dǎo)頻一共占用兩列實(shí)數(shù)符號(hào)，一列為輔助導(dǎo)頻用于消除導(dǎo) 頻周圍發(fā)送符號(hào)對(duì)其的干擾，另一列為常規(guī)導(dǎo)頻用于估計(jì)信道信息。由于只使用兩列實(shí)數(shù) 導(dǎo)頻，能夠達(dá)到與0FDM系統(tǒng)相同的資源開銷。同時(shí)由于常規(guī)導(dǎo)頻序列的大部分為零，以及 其余部分的任意位置的符號(hào)隨機(jī)取1或-1，所以該結(jié)構(gòu)能夠降低FBMC系統(tǒng)對(duì)高功率放大器 的線性要求從而避免非線性失真。
【附圖說明】
[0044] 圖1為任意典型的FBMC系統(tǒng)的原理圖。
[0045] 圖2為本發(fā)明導(dǎo)頻序列結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0046] 圖3為本發(fā)明導(dǎo)頻結(jié)