专利名称：一种ofdm导频方案设计及信道估计方法
技术领域：
本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种OFDM导频方案设计及信道估计方法。
背景技术：
无线通信系统的性能受限于无线信道的质量。发射机和接收机之间的无线传播路径非常复杂，从简单的视距传播到遭受各种复杂的地貌，如建筑物、山脉和森林等影响的传播。此外，无线信道不像有线信道那样固定并可预见，而是具有很大的随机性，导致接收信号的幅度、相位和频率的随机失真，难以定量分析。这些问题对接收机的设计提出了挑战， 信道估计器是其中的关键组成部分。信道估计是指估计出信道的状态信息，使其尽可能接近真实的信道。信道状态信息是相干检测、信道均衡等技术的基础，同时也是发端根据信道状态自适应调整发射方案及参数的自适应技术的前提。信道估计技术大致可分为盲估计和非盲估计两类方法。盲估计方法无须在发端传送已知的导频序列而仅根据信号的某些特性进行信道估计，因为无需发送导频序列，因而提高了传输效率，但通常收敛速度慢、计算复杂度大、估计精度不稳定， 在实际应用中极少使用。非盲估计方法通过发射导频序列，接收端基于已知的导频序列计算出导频位置处的信道信息，进而估计其他位置处的信道信息。非盲估计方法具有精度较高、计算相对简单等特点，在实际系统中广泛应用。本发明针对非盲信道估计技术。(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 系统中，导频辅助的信道估计方法主要需考虑两个方面一是导频图样，包括时频域上的导频密度、导频位置、导频序列；二是信道估计方法，通常包括线性估计方法、DFT (离散傅里叶变换)等非线性估计方法，各种方法在估计精度、计算复杂度等各具特点。在实际设计中，导频图样设计与信道估计算法设计相辅相成，需联合考虑以达到最优效果。传统的 LS/LMMSE/DFT等信道估计算法具有导频开销较大、对导频图样敏感等缺点。基于压缩感知 (Compressive knsing，简称CS)理论的信道估计方法相比传统方法具有大幅降低导频开销、对导频图样不敏感、精确估计信道参数等特点。压缩感知技术是针对稀疏信号(或称可压缩信号)提出的抽样和压缩同时进行的技术。CS理论表明，只要信号是可压缩的或在某个变换域是稀疏的，那么就可以用一个与变换基不相关的测量矩阵将变换所得高维信号投影到一个低维空间上，然后通过求解一个优化问题就可以从这些少量的投影中以高概率重构出原信号。但是，目前现有技术中基于压缩感知原理的信道估计的技术方案存在着由于采用随机导频方案带来的采样矩阵存储量大、压缩重构算法计算复杂的缺陷。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种OFDM导频方案设计与信道估计方法，以解决现有的基于压缩感知原理的信道估计方法由于采用随机导频带来的采样矩阵存储量大、压缩重构计算复杂等问题，其中
根据本发明实施例的OFDM系统的信道估计方法包括在OFDM系统的数据帧上均勻插入导频符号，得到导频图样；根据导频图样计算导频位置处的信道频率响应，得到信道频率响应信息的采样序列；根据信道频率响应信息的采样序列和部分离散傅里叶矩阵进行修正的正交匹配追踪信道估计。其中，在OFDM系统的数据帧上均勻插入导频符号，包括0FDM系统的子载波数量为N = 2n_m · M = K · M，且N = 2η，η为正整数；其中，M表示插入导频的OFDM符号上的导频数量，K = 2n_m表示导频间隔，且M = 2m，m为正整数，m < η。其中，导频数量M彡[[Tmax. fj] = [[τ_/Χ]]，其中，τ_表示系统的最大相对时延，fs表示采样频率，Ts表示采样间隔，符号[[a]]表示对a进行圆整处理。其中，该方法还包括设置导频在频域子载波上的位置集合为S= (S1, S2,..., SM}，其中，1 ^ S1 < K, Sm = S^(Hi-I)K, m = 1，…，M。其中，根据导频图样计算导频位置处的信道频率响应，得到信道频率响应信息的采样序列，包括在发送端位置1，2，...，Μ)处插入导频符号/ ，则相应的接收
端信号为 =uskpsk + A ε·{ ,2,...,A^;导频位置&处的信道频率响应的采样值为
权利要求
1.一种OFDM系统的信道估计方法，其特征在于，包括在OFDM系统的数据帧上均勻插入导频符号信号，得到导频图样；根据所述导频图样计算导频位置处的信道频率响应，得到信道频率响应信息的采样序列；根据所述信道频率响应信息的采样序列和部分离散傅里叶矩阵进行修正的正交匹配追踪信道估计。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在OFDM系统的数据帧上均勻插入导频符号信号，包括OFDM系统的子载波数量
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述导频数量
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括设置导频在频域子载波上的位置集合为S = (S1, &，. . .，、}，其中，1 < S1 < K，= S^(Hi-I)K, m = 1, ...，M。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述导频图样计算导频位置处的信道频率响应，得到信道频率响应信息的采样序列，包括发送端在数据帧的位置= 1,2,...，Μ)处插入导频符号，则相应的接收端信号为 =HskPSk +zsk Λε{ ,2,...,Μ};导频位置&处的信道频率响应采样值为
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，μ维列向量表示相应导频位置处信道频率响应的采样序列；M维列向量·^^—^丨，^卩…，^双广表示相应导频位置处的采样噪声序列； E = [eSi’eS2’…’eSMf表示MXN维采样矩阵，其中，表示第&个元素为ι其余元素为ο 的N维单位列向量；得到导频位置&处的信道频率响应采样序列为 Hs=F-H + Zs=F-F-h + Zs=W-h + Zs=W1-h1+Zs;其中，F表示N阶离散傅里叶矩阵，ψ表示MXN维的部分傅里叶矩阵，Ψι表示由Ψ 的前M列构成的MXM维的矩阵，hi表示由h的前M个元素构成的M维列矢量。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述信道频率响应信息的采样序列和部分离散傅里叶矩阵进行修正的正交匹配追踪信道估计，包括 计算时延抽头位置； 估计多个时延抽头的衰落值； 估计信道频率响应。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述计算时延抽头位置具体包括计算/Im = K ■ Ψ^Η^ ,确定hM中绝对值最大的L个元素，该L个元素对应的位置作为时延抽头位置估计值i3 = {Κ...Λ}。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述估计多个时延抽头的衰落值具体包括
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述估计信道频率响应具体包括计算
全文摘要
本发明公开了一种OFDM导频方案设计与信道估计方法，该方法包括在OFDM系统的数据帧上均匀插入导频符号，得到导频图样；根据导频图样计算导频位置处的信道频率响应，得到信道频率响应信息的采样序列；根据信道频率响应信息的采样序列和部分离散傅里叶矩阵进行修正的正交匹配追踪信道估计。通过本发明，在极大降低导频密度的同时，大幅降低信道估计算法的复杂度，并提高信道估计的精度，从而实现了高效、低复杂度、精确的信道估计。
文档编号H04L25/02GK102387115SQ201110430679
公开日2012年3月21日 申请日期2011年12月20日 优先权日2011年12月20日
发明者张晓峰, 彭岳星, 李广威, 赵慧, 郑侃 申请人:北京邮电大学