FBMC系统中高频谱效率的导频设计和信道估计方法与流程

技术特征：

1.一种FBMC系统中高频谱效率的导频设计和信道估计方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)对信息比特流进行调制和处理，将复数数据符号转换成实数数据符号；并计算出所要发送的数据符号块在时间维度上的块长N和所包含的实数数据符号数目N_a，在频率时间坐标上，形成一个M×N的数据符号块，前两列为空，后N_a列为实数数据符号；

(2)在频率时间坐标上，在数据符号块的第二列插入导频，且按照[1,-j,-1,j]^T的规律循环重复；第三列之后是待发送的实数数据符号，将第三列实数数据符号的功率减半，并复制到第一列；

(3)对插入导频的数据符号块进行调制，添加初始相位φ_m,n，得到待发送的调制信号s[k]；

(4)待发送的调制信号经过多径信道后，获得接收信号r[k]；

(5)将接收信号r[k]依次进行串并转换、多相滤波、快速傅里叶变换和删除初始相位，得到信号

(6)当是发送的导频符号时，假设导频两侧放置的是数据保护列，计算伪导频利用信号和伪导频进行初步信道估计，得到

(7)利用对导频两侧的数据进行信道均衡，恢复出导频两侧的实数数据符号；

(8)利用步骤(7)中导频两侧的实数数据符号重新计算伪导频，进行信道估计得到并利用进行信道均衡解调出全部的实数数据符号；

(9)将解调出的全部实数数据符号删除导频并进行处理，从实数数据符号恢复出复数数据符号，再进行解调，最终恢复出发送的比特数据流。

2.根据权利要求1所述的FBMC系统中高频谱效率的导频设计和信道估计方法，其特征在于：步骤(1)中对信息比特流进行QPSK调制和串并转换，然后进行OQAM预处理，将复数数据符号转换成实数数据符号；步骤(9)中删除导频后经过OQAM后置处理，再进行并串转换和QPSK解调。

3.根据权利要求1所述的FBMC系统中高频谱效率的导频设计和信道估计方法，其特征在于：步骤(1)中根据FBMC系统的子载波个数M、系统带宽B、信道的相干时间T_coh以及原型滤波器的重叠因子K，计算出所要发送的数据符号块在时间维度上的块长N和所包含的实数数据符号数目N_a：

N_a＝N-2， (2)

其中表示向下取整。

4.根据权利要求1所述的FBMC系统中高频谱效率的导频设计和信道估计方法，其特征在于：步骤(3)中，待发送的调制信号为：

$s\[k\]=\underset{m=0}{\overset{M-1}{\Σ}}\underset{n=0}{\overset{N_a-1}{\Σ}}{a}_{m,n}{g}_{m,n}\[k\],---\left(3\right)$

其中，a_m,n为频率时间坐标(m,n)上的实数数据符号或者导频，g_m,n[k]是a_m,n对应的基函数，且：

$g_{m,n}\[k\]=p\[k-n\frac{M}{2}\]e^{j\frac{2\mathrm{\π}}{M}mk}{e}^{{\mathrm{j\φ}}_{m,n}},k=0,1,2,...,L-1,---\left(4\right)$

这里，p[k]为FBMC系统中采用的原型滤波器，长度为L，是给待发送实数数据符号添加的初始相位；

将公式(4)代入公式(3)中，得：

$s\[k\]=\underset{m=0}{\overset{M-1}{\Σ}}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Σ}}{a}_{m,n}p\[k-n\frac{M}{2}\]e^{j\frac{2\mathrm{\π}}{M}mk}{e}^{{\mathrm{j\φ}}_{m,n}},---\left(5\right).$

5.根据权利要求1所述的FBMC系统中高频谱效率的导频设计和信道估计方法，其特征在于：步骤(4)中，经过多径信道后，接收端接收到的接收信号为：

$r\[k\]=\underset{m=0}{\overset{M-1}{\Σ}}\underset{n=0}{\overset{N_a-1}{\Σ}}{a}_{m,n}\underset{\mathrm{\τ}=0}{\overset{\mathrm{\Δ}-1}{\Σ}}{g}_{m,n}\[k-\mathrm{\τ}\]h\[\mathrm{\τ}\]+\mathrm{\η}\[k\],---\left(6\right)$

其中，a_m,n为频率时间坐标(m,n)上的实数数据符号或者导频，g_m,n[k]是a_m,n对应的基函数，h[τ]代表的是频率选择性信道，其长度为Δ，τ表示时延；η[k]表示均值为0，方差为σ²的加性高斯白噪声。

6.根据权利要求5所述的FBMC系统中高频谱效率的导频设计和信道估计方法，其特征在于：步骤(5)中，在频率时间坐标(m₀,n₀)得到的信号为：

$\begin{array}{c}{y}_{m_0,n_0}=\underset{m=0}{\overset{M-1}{\Σ}}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Σ}}{a}_{m,n}\underset{\mathrm{\τ}=0}{\overset{\mathrm{\Δ}-1}{\Σ}}h\[\mathrm{\τ}\]e^{-j\frac{2\mathrm{\π}}{M}m\mathrm{\τ}}\×\\ e^{j\frac{\mathrm{\π}}{2}(m-m_0+n-n_0)}\underset{k=-\mathrm{\∞}}{\overset{\mathrm{\∞}}{\Σ}}p\[k-\mathrm{\τ}-n\frac{M}{2}\]p\[k-n_0\frac{M}{2}\]e^{j\frac{2\mathrm{\π}}{M}(m-m_0)k}+{\mathrm{\η}}_{m_0,n_0}\end{array},---\left(7\right)$

其中，

当时延τ不超过时，有p[k-τ]≈p[k]，p[k]为FBMC系统中采用的原型滤波器；定义为信道在第(m+1)个子载波上的频率响应以及表示的共轭；能够表示为：

则导频列表示为

7.根据权利要求6所述的FBMC系统中高频谱效率的导频设计和信道估计方法，其特征在于：步骤(6)中，当系统子载波数达到信道长度Δ的20倍以上时，有则写成如下形式：

$y_{m_0,n_0}=H_{m_0}(a_{m_0,n_0}+a_{m_0,n_0}^{\left(i\right)})+{\mathrm{\η}}_{m_0,n_0},---\left(10\right);$

其中，令Ω＝{(p,q)||p|,|q|<1且(p,q)≠(0,0)}，为所受到的内在虚数干扰；

当是发送的导频符号时，令伪导频

则

信道估计的方法如下：

${\hat{H}}_{m_0}=\frac{y_{m_0,n_0}}{c_{m_0,n_0}},---\left(12\right);$

假设导频两侧放置的是数据保护列，计算伪导频

利用公式(12)中的进行初步信道估计，得到：

${\hat{H}}^{\left(1\right)}={\left[\begin{array}{cccc}{\hat{H}}_0^{\left(1\right)}& {\hat{H}}_1^{\left(1\right)}& ...& {\hat{H}}_{M-1}^{\left(1\right)}\end{array}\right]}^T,---\left(14\right);$

其中

8.根据权利要求1所述的FBMC系统中高频谱效率的导频设计和信道估计方法，其特征在于：步骤(7)中，利用对导频两侧的数据进行信道均衡，解调出实数数据符号和

其中表示取实部的操作，HD{·}表示硬判决。

9.根据权利要求8所述的FBMC系统中高频谱效率的导频设计和信道估计方法，其特征在于：利用导频两侧的实数数据符号和重新计算伪导频：

并进行信道估计得到

其中

利用公式(17)中得到的对接收端得到的中所有的数据列进行信道均衡；其中导频两侧恢复出的实数数据符号为剩余频率时间坐标恢复出的实数数据符号为