一种卫星VDES系统的信道估计方法与流程

技术特征：

1.一种卫星vdes系统的信道估计方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：构造块状导频结构

在一个子帧所包含的多个数据符号中，等间隔插入导频符号，即所述的导频符号之间是所述的数据符号，形成块状导频结构；

步骤2：构造数据传输模型

基于bem的多载波调制数据传输模型，第i个符号块上n个子载波接收到的频域符号向量yi按照以下公式计算：

yi＝dici+wi

其中，yi＝[yi(0),...,yi(n-1)]^t，式[·]^t表示矩阵的转置；

ci为i个符号压缩基的基系数向量，第i个数据符号上第l个抽头压缩基的基系数向量其中q表示压缩基向量维度；

di为测量矩阵,有di＝fsib，其中f表示傅里叶变换矩阵，si表示发送第i个符号上n个子载波符号的向量集合，si＝[si(0),...,si(n),...si(n-1)]^t，si(n)表示发送第i个符号上的第n个子载波符号，向量其中，il表示l×l维单位矩阵，表示kronecker积；根据ce-bem模型，基向量有其中k表示第k个采样点，q表示0～q之间的整数；

wi为信道的加性复高斯白噪声；

步骤3：建立iekf预测、更新方程，输出下一个符号的估计点xi

3.1)iekf的状态空间模型：

其中，ri表示相邻两个符号间的基系数的相关矩阵；ri表示时域相关系数，为所述的ri的对角线元素集合；vi表示信道转移过程噪声，其协方差矩阵为zi表示所述的ri的过程噪声，是复高斯白噪声,其均值为零，协方差矩阵为

3.2)构造一个新的状态变量xi＝[rici]^t，则可将3.1)所述的状态空间模型改写为：

其中，ui为状态转移方程的过程噪声向量，其协方差矩阵为t(xi)是一个非线性的状态转移方程：

根据iekf的原理，利用一阶taylor线性化近似，进行展开：

其中，其是由基系数的后验估计值构成的对角矩阵，ri表示时域相关系数矩阵的后验估计值；

3.3)状态预测方程如下：

其中，pi|i-1表示第i个状态变量的先验协方差矩阵，由于在数据符号位置的测量矩阵无法直接获得，因此可以通过预测得到的先验的基系数ci|i-1，通过公式将其转换为先验的信道频域响应矩阵hi|i-1，hi＝fhtoepf^h，f^h表示n阶傅里叶逆变换，矩阵htope是由向量hi生成的n×n阶对称toeplitz矩阵；此时，可以通过一次均衡对第i个的发送的符号向量si做出预测：

但是由于受到噪声的影响，可能偏离实际发送信号si的星座点，采用软判决反馈进行补偿，使其更接近实际的发送信号，再重新建立测量矩阵di的先验估计值，代入更新方程；

3.4)得到状态变量的后验估计值：

其中，kgain(i)为iekf的增益，随着iekf的状态预测与状态更新的迭代运算，可以得到后验状态变量估计值xi作为输出；

步骤4：计算频域信道响应矩阵hi

4.1)在新的估计点进行一阶taylor展开，进行m次迭代，其中对于第k次迭代(1≤k≤m)，使用levenberg-marquardt优化方法修正的协方差为：

更新第k次迭代：

4.2)当迭代次数达到m次或者两次连续迭代之间的误差小于设定的最小误差值ε1，则停止迭代过程，输出新的估计点，即后验状态变量估计值xi；

步骤5：将输出的iekf后验估计值xi转化为基向量系数ci，然后通过公式hi＝bci计算得到第i个符号的时域信道冲激响应hi，再通过公式hi＝fhif^h计算得到频域信道响应矩阵hi，判断是否完成一个子帧的信道估计，如果没有完成则回到步骤一，否则执行下一个子帧的信道估计，直至完成所有子帧的信道估计。

技术总结
本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种卫星VDES系统的信道估计方法。该方法包括以下步骤：一、构造块状导频结构；二、构造数据传输模型；三、建立IEKF预测、更新方程，输出下一个符号的估计点；四、在新的估计点进行多次迭代减少非线性误差，提高信道估计精度；五、IEKF输出的后验估计值将其转化为基向量系数，计算信道响应矩阵。与现有的卫星信道估计方法相比，本发明使用IEKF估计方法可以有效的跟踪快时变信道变化，降低多普勒频移的影响，提高信道估计精度。采用BEM减少待估参数个数，降低计算复杂度。可以有效保障卫星VDES系统的通信质量，为海上船舶提供相应服务，及时响应数据请求服务。

技术研发人员：丁大为;丁晓光;智慧;张红伟
受保护的技术使用者：山东星通易航通信科技有限公司
技术研发日：2020.05.08
技术公布日：2020.09.04