基于Natural插值的MIMO-OFDM信道估计方法及装置

本发明属于通信，具体涉及一种基于natural插值的mimo-ofdm信道估计方法及装置。

背景技术：

1、正交频分复用技术(orthogonal frequency division multiplexing，ofdm)将信道分为相互正交的子信道，每个子信道可以看成平坦性衰落。多输入多输出正交频分复用(mimo-ofdm)能进一步增大信道容量，提高传输速率，在不增加带宽和发射功率的情况下，成倍提高频谱利用率。

2、mimo-ofdm系统在空时码解码和均衡时需要用到信道估计结果，基于导频辅助的非盲估计、盲估计以及半盲信道估计是常用的信道估计方法。其中，基于导频辅助的非盲估计由于原理简单被广泛采用。该方法首先在发送端每个ofdm符号插入已知导频序列，接收端通过最小二乘(ls)等方法估计出导频位置处的信道频率响应(cfr)，接下来需要对导频位置的cfr进行插值，从而得到所有子载波位置完整的信道响应。其中，插值作为非盲信道估计的关键步骤，对于提升系统性能至关重要。

3、目前，常用的插值方法主要有一维线性插值、二维线性插值、三次多项式插值、样条插值和dft时域插值等方法。

4、然而，一维线性插值每个插值点仅利用其临近的两个数据点进行插值，并不能很好的利用信道在时间和频率上的相关性，并且信道频率响应在时频维度上是非线性变化的，线性插值并不能很好的表征信道的特性。二维线性插值有很大的比重进行一维线性插值，即在有导频放置的子载波或ofdm符号维度上，另外二维线性插值基于三角剖分，插值结果不平滑。三次多项式插值在高速情境下效果不理想。样条插值对每段构造样条函数，其无法解决垂直切线问题，当二阶导数不连续时，拟合曲线会产生波动剧烈。dft时域插值会将最大多径时延内的噪声通过插值扩散到了其他子载波中，在高信噪比下导致性能恶化。

5、综上，对于mimo-ofdm系统，现有的插值方案存在精度不高、高信噪比下性能恶化的问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于natural插值的mimo-ofdm信道估计方法及装置。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、本发明的对方面提供了一种基于natural插值的mimo-ofdm信道估计方法，包括：

3、基于最小二乘信道估计得到导频处的信道系数；

4、基于natural插值法，对每个插值点附近若干导频处的信道系数按照voronoi图网格面积大小分配权值，并通过加权求和获得插值点处的插值公式；

5、利用所述插值公式对每个插值点进行natural插值，获得mimo-ofdm信道估计结果。

6、本发明的第二方面提供了一种基于natural插值的mimo-ofdm信道估计装置，包括：

7、第一估计模块，用于基于最小二乘信道估计得到导频处的信道系数；

8、第二估计模块，用于基于natural插值法，对每个插值点附近若干导频处的信道系数按照voronoi图网格面积大小分配权值，并通过加权求和获得插值点处的插值公式；

9、插值模块，用于利用所述插值公式对每个插值点进行natural插值，获得mimo-ofdm信道估计结果。

10、本发明的有益效果：

11、1、本发明提出的基于natural插值的mimo-ofdm信道估计方法将natural插值应用在信道估计中，基于非结构化网格voronoi图，将插值点处的信道频率响应估计值通过插值点附近若干导频处的值加权得到，从而能够同时利用信道的时间和频率相关性，显著提高了信道估计精度，降低了信道估计误差，具有更平滑的插值效果和更好的插值性能；

12、2、本发明在使用natural插值时，导频的间隔较小，从而只需计算较少的权值组数，即可通过平移或镜像的关系获得所有插值点的信道估计结果，算法复杂度较低，易于工程实现。

13、以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

技术特征：

1.一种基于natural插值的mimo-ofdm信道估计方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于natural插值的mimo-ofdm信道估计方法，其特征在于，基于最小二乘信道估计得到导频处的信道系数，包括：

3.根据权利要求1所述的基于natural插值的mimo-ofdm信道估计方法，其特征在于，基于natural插值法，对每个插值点附近若干导频处的信道系数按照voronoi图网格面积大小分配权值，并通过加权求和获得插值点处的插值公式，包括：

4.根据权利要求3所述的基于natural插值的mimo-ofdm信道估计方法，其特征在于，基于导频点绘制原始voronoi图，包括：

5.根据权利要求3所述的基于natural插值的mimo-ofdm信道估计方法，其特征在于，所述通过各部分的面积大小确定对应自然邻点的权值的公式为：

6.根据权利要求3所述的基于natural插值的mimo-ofdm信道估计方法，其特征在于，所述插值点处的插值公式表示为：

7.根据权利要求1所述的基于natural插值的mimo-ofdm信道估计方法，其特征在于，在利用所述插值公式对每个插值点进行natural插值，获得mimo-ofdm信道估计结果之前，还包括：

8.根据权利要求7所述的基于natural插值的mimo-ofdm信道估计方法，其特征在于，利用所述插值公式对每个插值点进行natural插值，获得mimo-ofdm信道估计结果，包括：

9.一种基于natural插值的mimo-ofdm信道估计装置，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种基于Natural插值的MIMO‑OFDM信道估计方法及装置，该方法包括：基于最小二乘信道估计得到导频处的信道系数；基于Natural插值法，对每个插值点附近若干导频处的信道系数按照Voronoi图网格面积大小分配权值，并通过加权求和获得插值点处的插值公式；利用所述插值公式对每个插值点进行Natural插值，获得MIMO‑OFDM信道估计结果。该方法将Natural插值应用在信道估计中，将插值点处的信道频率响应估计值通过插值点附近若干导频处的值加权得到，从而能够同时利用信道的时间和频率相关性，显著提高了信道估计精度，降低了信道估计误差，具有更平滑的插值效果和更好的插值性能。

技术研发人员：任光亮,王佳璐,纪金伟,许晨,高梦,杨青,沈力瑞
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16