一种FBMC系统中联合信道估计的迭代检测方法与流程

本发明属于调制载波系统技术领域，尤其涉及一种fbmc系统中联合信道估计的迭代检测方法。

背景技术：

目前，业内常用的现有技术是这样的：滤波器组多载波(fbmc)传输方案于20世纪60年代被首次提出，是一种适于多径衰落信道的高效多载波调制技术(mcm)。相比传统cp-ofdm方案，fbmc使用具有良好时频聚焦的成形滤波器(如phydyas滤波器)，具有更高的频谱效率、更低的带外干扰和更好的同步鲁棒性。fbmc/oqam系统采用偏移正交幅度调制(oqam)技术，只能满足在实数域正交，在复数域存在着固有虚部干扰。这一干扰使得fbmc/oqam系统中信道估计技术面临着很大的挑战。针对基于离散导频的fbmc/oqam系统信道估计方法，目前已有大量参考文献。针对平坦衰落信道提出了一种ap方案，在离散导频的基础上添加辅助导频，消除了邻域内的固有干扰，并且邻域范围越大，系统的功率开销越大，所以该方案往往具有很大的功率开销以有效地消除固有干扰。为了消除固有干扰，将对导频产生固有干扰的邻域留空不发送数据，这样虽然不需要额外的功率开销，但它会大大降低系统的频谱利用率。编码方案提出设计编码矩阵对导频邻域内的符号进行预编码以消除干扰，但是在发送端涉及大量的矩阵运算，复杂度非常高。迭代方案联合迭代信道估计和信道检测，给定邻域内的迭代初始干扰为零，对干扰进行估计，导致迭代的收敛速度非常慢，估计精度不高，进而影响了系统性能。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)具有很大的额外功率开销。

(2)对导频产生固有干扰的邻域留空，但它会大大降低系统的频谱利用率。

(3)在发送端涉及大量矩阵运算，复杂度很高。

(4)联合迭代和信号检测进行信道估计，但是收敛速度慢，估计精度受限。

解决上述技术问题的难度和意义：

相比于传统cp-ofdm系统，fbmc/oqam系统具有更高的频谱效率、更低的带外干扰和更高的同步鲁棒性，然而fbmc/oqam系统采用偏移正交幅度调制(oqam)技术，只能满足在实数域正交，在复数域存在着固有虚部干扰。这一干扰使得fbmc/oqam系统中信道估计技术面临着很大的挑战，信道估计方法的精度不高将抵消fbmc/oqam系统的优势。针对固有干扰，现有的信道估计方法存在着功率开销大、迭代收敛慢等问题。本发明提出算法在功率开销小的情况下，迭代收敛快，估计精度高，进而改善系统性能。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种fbmc系统中联合信道估计的迭代检测方法。

本发明是这样实现的，一种fbmc系统中联合信道估计的迭代检测方法，所述fbmc系统中联合信道估计的迭代检测方法利用辅助导频消除一阶邻域内的干扰，完成信道初始估计值；联合迭代检测估计一阶邻域外的干扰，并反馈以修正信道初始估计值。

进一步，所述fbmc系统中联合信道估计的迭代检测方法具体包括以下步骤：

1)信道初始估计：通过设计辅助导频使一阶邻域内的干扰为0。记辅助导频的位置为导频一阶邻域内的干扰值为

2)迭代检测：在接收端使用迭代检测算法对邻域内的干扰进行估计得到估计值并将其反馈以修正信道初始估计值，利用初始信道估计值经过第一次信号检测得到邻域内的符号am,n的检测值计算干扰估计值。

进一步，所述辅助导频为：

干扰值导频处的信道初始估计值为：

选择辅助导频的位置(ma,na)＝(p,q±1)，使辅助导频的功率为最小。

进一步，所述干扰估计值：

伪导频导频处的信道估计值修正为：

重复以上迭代检测过程n次得到信道估计修正值

本发明的另一目的在于提供一种应用所述fbmc系统中联合信道估计的迭代检测方法的fbmc系统。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：利用辅助导频消除一阶邻域内的干扰，得到信道初始估计值；然后联合迭代检测估计一阶邻域外的干扰，得到伪导频的估计值，并将其反馈以修正信道初始估计值，从而提高信道估计的精度，改善系统性能。相对于ap方案，提出算法添加辅助导频只消除一阶邻域内的干扰，需要的功率开销小。相对于需要对邻域内产生的所有干扰进行估计的迭代方案，提出方案在迭代检测过程中只需对一阶邻域外的干扰进行估计，迭代的收敛速度更快，估计精度更高，系统性能更好。

附图说明

图1是本发明实施例提供的fbmc系统中联合信道估计的迭代检测方法流程图。

图2是本发明实施例提供的迭代的信道估计方法示意图。

图3是本发明实施例提供的系统性能示意图；

图中：(a)qpsk调制的系统性能；(b)16qam调制的系统性能；(c)64qam调制的系统性能。

图4是本发明实施例提供的系统性能示意图；

图中：a)qpsk调制的系统性能；(b)16qam调制的系统性能图；(c)64qam调制的系统性能。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的基于离散导频的联合信道估计的迭代检测算法，该算法收敛速度快，估计精度高，在高阶调制和多径衰落情况下，相对于迭代方案性能优势明显。

如图1所示，本发明实施例提供的fbmc系统中联合信道估计的迭代检测方法包括以下步骤：

s101：利用辅助导频消除一阶邻域内的干扰，完成信道初始估计值；

s102：联合迭代检测估计一阶邻域外的干扰，并将其反馈以修正信道初始估计值，提高估计精度，获得准确的检测结果。

下面结合附图对本发明的应用原理作进一步的描述。

1fbmc/oqam系统模型

fbmc/oqam系统发送信号的等效基带模型为：

其中m为子载波个数，时频点(m,n)表示第n个符号、第m个子载波，am,n表示时频点(m,n)上发送的实值信号，gm,n(l)为频偏成形滤波器函数，其表达式如下：

其中g(l)表示成形滤波器函数，长度为lg＝km，k为重叠因子，并且g(l)满足实正交性：

其中如果m＝p，δm,p＝1；否则δm,p＝0。本发明中定义当(m,n)≠(p,q)时，<gm,n|gp,q>为纯虚数。

当发送信号经过多径信道时，并考虑加性高斯白噪声的影响，接收信号可表示为：

其中w(l)表示均值为零，方差为σ²的高斯白噪声。多径信道的脉冲响应(cir)为h(t)，lh为多径个数。在接收端，接收信号经过分析滤波器组后，时频点(p,q)对应的信号为：

其中ηp,q表示对应的噪声。假定信道最大时延扩展小于符号间隔，则每个子信道都可以看作为平坦信道。定义以时频点(p,q)为中心的时频域二维平面范围ωp,q如下：

ωp,q＝{(m,n),m-p|≤δm,n-q|≤δn,|hm,n≈hp,q}；

并且定义时频点(p,q)的邻域为时频点(p,q)的一阶邻域为根据信道的假设条件，(4)式可以近似表示为：

其中hp,q表示时频点(p,q)处的信道频率响应(cfr)，表示对时频点(p,q)产生的固有干扰，被称为伪导频。

2联合信道估计的迭代检测算法

假设接收端已知伪导频cp,q，根据(5)式的信号模型，fbmc/oqam系统中离散导频(p,q)的信道估计为：

由于导频的干扰是与导频邻域内的符号相关的随机变量。ap方案[5]

j.-p.javaudin,d.lacroix,anda.rouxel,"pilot-aidedchannelestimationforofdm/oqam,"inthe57thieeesemiannualvehiculartechnologyconference,2003.vtc2003-spring.,vol.3.ieee,apr.2003,pp.1581-1585利用辅助导频消除邻域内的干扰，即使得cp,q＝ap,q，它需要很大的额外功率开销；[9]lelec.iterativescattered-basedchannelestimationmethodforofdm/oqam[c]//ieee.eurasipjournalonadvancesinsignalprocessing.milpitas:ieee,2012联合迭代检测通过对邻域内的干扰进行估计，获得它的收敛速度慢，估计精度受限。首先利用辅助导频消除一阶邻域内的干扰，完成信道的初始估计值，然后联合迭代检测估计一阶邻域外的干扰，并将其反馈以修正信道初始估计值，从而提高信道估计精度，获得准确的信号检测结果。

记来自于一阶邻域的干扰为来自邻域的干扰为则导频的固有干扰

1)信道初始估计：通过设计辅助导频使一阶邻域内的干扰为0。记辅助导频的位置为导频一阶邻域内的干扰值为取辅助导频为：

此时干扰值此时，导频处的信道初始估计值为：

由于fbmc/oqam系统的原形滤波器具有良好的时频聚焦特性，距离导频符号越近，符号间的干扰系数越大。这里选择辅助导频的位置(ma,na)＝(p,q±1)，使辅助导频的功率为最小。相比ap方案，这里的系统功率开销很小。

2)迭代检测：

在接收端使用迭代检测算法对邻域内的干扰进行估计得到估计值并将其反馈以修正信道初始估计值，实现框图如图2所示。利用初始信道估计值经过第一次信号检测得到邻域内的符号am,n的检测值计算干扰估计值：

此时伪导频导频处的信道估计值修正为：

重复以上迭代检测过程n次即可得到信道估计修正值信道估计精度越高，信号检测越准确，系统性能越好。

下面结合仿真对本发明的应用效果作详细的描述。

细纹验证提出算法的性能，本发明采用的fbmc/oqam系统的仿真参数如表1所示。

表1fbmc/oqam系统仿真参数

仿真结果如图3和图4所示，其中allitern表示迭代方案的系统性能，迭代次数为n；proposedn表示本发明提出的信道估计方法的系统性能，迭代次数为n，当n＝0时表示在发送端利用辅助导频消除一阶邻域的干扰，而在接收端不进行迭代。为了使仿真结果具有可比性，三种方案中的干扰邻域相同。

图3(a)所示为epa信道下qpsk调制的系统性能，所提方案和迭代方案的性能差距较小，提出方案的2次迭代proposed2可以达到迭代方案的3次迭代alliter3的性能。图3(b)所示为epa信道下16qam调制的系统性能，由仿真结果可见，提出方案的收敛速度更快，估计精度更高。在误码率10^-3处，alliter1比proposed0差约0.8db。proposed2性能最好，且proposed1性能与之非常接近，这意味着提出方案经过1次迭代达到收敛点，迭代方案经过4次迭代才能在高信噪比时取得较好的性能。图3(c)所示为epa信道下64qam调制的系统性能，在误码率10^-3处，alliter1比proposed0差约3.4db，提出方案的收敛速度更快，经过次1迭代达到收敛点，在误码率10^-5处，alliter4比proposed1差约0.2db。

图4(a)所示为eva信道下qpsk调制的系统性能，提出方案的收敛速度更快，估计精度更高，在误码率10^-3处，alliter1比proposed0差约1db，alliter3与proposed0差约0.4db。提出方案经过1次迭代达到收敛点。图4(b)所示为eva信道下16qam调制的系统性能，本发明提出方案的性能优势明显，经过1次迭代达到收敛点，proposed0性能明显优于alliter4性能。图4(c)所示为eva信道下64qam调制的系统性能，迭代方案出现严重的错误平台，提出方案经过1次迭代后比proposed0性能明显改善，经过2次迭代达到收敛点。

综上可知，同一信道环境下，调制阶数越高，提出方案的性能优势越大。当多径时延增加时，提出方案的性能优势更明显。提出方案的收敛速度更快，经过1至2次迭代就可以达到收敛点。在eva信道下的高阶调制时，迭代方案会出现严重的错误平台，而本发明提出方案仍适用。本发明针对fbmc系统基于导频的信道估计，ap方案以消耗额外功率为代价换取系统性能，

迭代方案收敛速度慢，估计精度受限。本发明基于离散导频提出了一种新的联合信道估计的迭代检测算法，首先利用辅助导频消除一阶邻域内的干扰，完成信道初始估计值；然后联合迭代检测估计一阶邻域外的干扰，并将其反馈以修正信道初始估计值，提高信道估计精度，获得更准确的检测结果。该方案收敛速度快，经过1至2次迭代就可以获得很好的系统性能，在高阶调制和多径衰落情况下，相对于迭代方案性能优势明显。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。