一种SCMA-OFDM系统上行链路的信道跟踪方法

本发明涉及通信系统接收端的信道估计和跟踪，特别是一种scma-ofdm系统上行链路的信道跟踪方法。

背景技术：

1、对于scma-ofdm系统，信道因子是接收端进行用户数据检测的必要信息，所以，信道估计是该系统的关键技术之一。利用导频或者训练序列进行信道估计，是通信系统常用的方法。由于无线移动通信信道是时变的，利用导频或者训练序列进行信道估计之后，还需要信道跟踪，及时更新信道估计值，以便获得更好的用户数据检测性能。对于上行链路，每个用户信号经历的信道各不相同，进行所有用户信道估计所需要的导频或训练序列开销相对于下行链路大，如果通过比较密集地插入导频进行信道跟踪，系统开销将更大。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种scma-ofdm系统上行链路的信道跟踪方法，在不增加额外导频或训练序列的开销的情况下，降低用户数据检测的误比特率。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种scma-ofdm系统上行链路的信道跟踪方法，在收发同步的情形下工作，以帧为单位，按以下步骤进行信号处理：

3、步骤s1：定义如下符号，q表示调制阶数，v表示用户数，k表示用户使用的稀疏码字的维数，n表示用户码字中非零元素的数目，m表示子载波数，cp_len表示循环前缀长度，n_block表示一帧中包含导频符号在内的所有ofdm符号的数目，n_p表示其中导频符号的数目；

4、步骤s2：发送端，每个用户的二进制导频和二进制数据序列，按照scma-ofdm的信号处理流程处理，即依次进行二进制到q进制的转换，转换后的q进制符号，映射成该用户码本中的某个k维码字，相邻的个码字构成的数据，作为一个ofdm频域符号，进行m点ifft、加循环前缀，形成时域符号，然后按照特定帧格式发送；

5、步骤s3：接收端，对接收的每一帧的所有时域符号，依次去循环前缀和fft，获得频域符号，提取其中的导频符号，进行导频位置上信道的估计；

6、步骤s4：利用步骤s3的信道估计值，进行同一帧数据位置上信道的估计，实现信道跟踪。

7、在一较佳的实施例中，所述步骤s2中特定帧格式，具体为：一帧中，ofdm符号数为n_block，其中前面是n_p个导频符号，后面是用户数据符号，且n_p≥v×n/k。

8、在一较佳的实施例中，所述步骤s3中的导频位置上信道的估计方法如下：

9、步骤s31：先利用估计所有用户非零子载波位置上的信道频率响应，其中[]t表示转置，表示由第v个用户非零子载波位置上的信道频率响应估计值构成的行矢量，[]-1表示矩阵求逆，表示以发送端第v个用户的第i个导频符号在所有子载波位置上的值作为主对角线构成的方阵，x(i)＝[[x1(i),x2(i),…,xv(i)]]是由各个xv(i)按从左到右的次序连接构成的矩阵，xeff(i)是把x(i)中所有全零列去除后的结果，表示xeff(i)的共轭转置；y(i)是接收到的第i个导频符号在所有子载波位置上的值构成的列矢量；

10、步骤s32：对于v＝1,2,…,v,先生成k行列的全零矩阵接着把步骤s31中获得的行矢量以按列优先的原则转化为n行列的矩阵然后根据用户v的码字的稀疏模式，确定码字中非零元素的位置，从大到小，依次记为index1，index2，…，indexn，把的第1，2，…，n行分别填入的第index1，index2，…，indexn行；

11、步骤s33：对于v＝1,2,…,v,把步骤s32中获得的矩阵以按列优先的原则转化成长度为m的列向量该矢量就是第v个用户在导频位置上所有子载波的信道频率响应估计值构成的矢量。

12、在一较佳的实施例中，所述步骤s4中的数据位置上的信道估计方法如下，对于所有v＝1,2,…,v，

13、步骤s41：设定系数alfa，且0<alfa<1，令id＝n_p，其中来自步骤s33的结果；

14、步骤s42：用表示第v个用户在第id个符号上所有子载波上发送的导频构成的列向量；

15、步骤s43：求其中conj表示复数共轭，y(id)表示接收到的第id个频域符号在所有子载波位置上的值构成的列矢量；

16、步骤s44：id＝id+1，判断id是否等于n_block，如果不是，执行s45，如果是,结束所有运算，得到的id＝np，np+1，…，n_block-1就是数据位置上的信道估计结果，即完成该帧的信道跟踪；

17、步骤s45：用对y(id)进行基于经典的消息传递算法mpa的用户数据检测，得到第v个用户的第id个符号的二进制数据估计值；

18、步骤s46：上述每个用户二进制数据估计值，分别按照scma-ofdm的发送信号处理流程，进行各用户的数据重建，即依次进行二进制到q进制的转换，转换后的q进制符号，映射成该用户码本中的某个k维码字，相邻的个码字构成的数据，记为

19、步骤s47：返回步骤s43。

20、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：利用跟踪后的信道估计值进行用户数据检测得到的误比特率，与不用信道跟踪，只用导频进行信道估计，并把该信道估计值用于该帧后续所有数据的检测，误比特率有明显下降，而且在跟踪期间，没有增加额外导频等辅助信息，显示了本发明方法的优越性。

技术特征：

1.一种scma-ofdm系统上行链路的信道跟踪方法，其特征在于，在收发同步的情形下工作，以帧为单位，按以下步骤进行信号处理：

2.根据权利要求1所述的一种scma-ofdm系统上行链路的信道跟踪方法，其特征在于，所述步骤s2中特定帧格式，具体为：一帧中，ofdm符号数为n_block，其中前面是n_p个导频符号，后面是用户数据符号，且n_p≥v×n/k。

3.根据权利要求1所述的一种scma-ofdm系统上行链路的信道跟踪方法，其特征在于，所述步骤s3中的导频位置上信道的估计方法如下：

4.根据权利要求1所述的一种scma-ofdm系统上行链路的信道跟踪方法，其特征在于，所述步骤s4中的数据位置上的信道估计方法如下，对于所有v＝1,2,…,v，

技术总结
本发明提供了一种SCMA‑OFDM系统上行链路的信道跟踪方法，在收发同步的情形下工作，以帧为单位，按以下步骤进行信号处理：步骤S1：定义符号；步骤S2：发送端，每个用户的二进制导频和二进制数据序列，按照SCMA‑OFDM的信号处理流程处理；步骤S3：接收端，对接收的每一帧的所有时域符号，依次去循环前缀和FFT，获得频域符号，提取其中的导频符号，进行导频位置上信道的估计；步骤S4：利用步骤S3的信道估计值，进行同一帧数据位置上信道的估计，进行信道跟踪。通过这样的处理，相对于无信道跟踪的系统，可以在相同的导频开销下，获得更好的用户数据检测性能，检测后的数据误比特率更低。

技术研发人员：郭里婷
受保护的技术使用者：福州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13