一种用于滤波器组多载波系统信道估计的辅助导频方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信中的多载波通信技术领域，更具体地，涉及一种用于滤波器 组多载波系统信道估计的辅助导频方法。
【背景技术】
[0002] 多载波调制是一种有效的传输技术。通过多载波调制，可用的信道被分为若干 个并行的子信道，每个子信道有与之关联的子载波。发射机可以有效的将若干并行低速 率输入信号转化为一个高速率信号，然后在信道中传输。另一方面，接收机必须能够完 全重构或者很好的近似重构出低速率信号。综合分析滤波器组，或者说多路传输复用 (Transmutiplexer，TMUX)结构，是多载波系统的的核心组成。综合滤波器组（Synthesis filterbank，SFB)由一组并行的发射滤波器组成，而分析滤波器组（Analysisfilter bank，AFB)包含相应的接受滤波器。由于滤波器组的领域很广，存在很多的实现方式。在 实际应用中，设计滤波器组遵循的一个重要准则是执行的复杂度。在调制滤波器组方法中， 所有的子信道滤波器都可以从综合和分析原型滤波器通过使用余弦，正弦或者指数调制而 来。不仅仅设计高效，而且从执行的角度也很高效。因此，调制滤波器组技术由于具有很高 的计算性能，常常作为设计滤波器组的一个重要方法。
[0003] 通信领域存在很多种多载波技术，但是正交频分复用（0FDM)毫无疑问，是具有统 治地位的一种技术。例如，无线局域网（WLAN)，数字音频和视频广播（DAB，DVB-T，DVB-H)， 第四代移动通信（LTE)，无线城域网（WIMAX)等等标准，都将OFDM作为多载波调制方法。从 滤波器组的角度看，0FDM基于逆离散傅立叶变换（IDFT)和离散傅立叶变换（DFT)分别作为 综合滤波器组和分析滤波器组用于调制和解调。另外，0FDM的原型滤波器是一个矩形窗， 矩形窗的长度为传输的0FDM符号长度。对理想传输信道来说，由于子信道的正交性，接受 信号能完全恢复。在实际信道中，特别是无线信道中，由于存在多径传输，具有不同的时延， 符号间会存在干扰（ISI)。为了抵抗多径干扰，0FDM需要在符号前加入循环前缀，而且循环 前缀的长度要大于信道最大路径时延。然而由于子信道并没有完全隔离，相邻信道之间存 在主瓣重叠，而且，在很广的频域内，存在较大的旁瓣泄漏，第一个旁瓣仅仅比主瓣低13dB。 这些旁瓣与主瓣在整个频域内会产生干扰，在快衰落和存在频率偏移的情况下，会导致严 重的载波间干扰问题。而且，如果存在窄带间干扰，0FDM系统的性能下降的会很严重。由 于窄带干扰的能量会延伸到很多相邻子信道，所以很难简单的把存在干扰的子信道关掉。
[0004] 由于0FDM的上述缺陷，研宄人员发明了更多的多载波技术，例如离散小波多音 (Discretewaveletmultitone，DWM)，滤波多音（Filteredmultitone，FMT)，余弦调制多 音（cosinemodulatedmutitone，CMT)，基于 0FDM/0QAM的技术，基于改进DFT的技术等， 这些技术抛弃了简单的IDFT/DFT结构，取而代之的是具有很高的频率选择性的滤波器组 结构。宏观上讲，这些技术都属于滤波器组多载波（FBMC)的范畴，通过使用更长和频谱形 状精心设计的原型滤波器来实现提高频率选择性的目的。由于良好的原型滤波器的设计， 频率响应的旁瓣泄漏与0FDM相比下降了很多。这样，所有执行到都能很好的包含频谱，而 且也产生了很好的抗窄带干扰能力。接下来，为了使相邻子载波信号相互独立，仅仅需要将 其中间的执行到留空就行。然而，在提高执行到频率选择性的同时，连续的符号波形在时域 上会高度重叠，也就是本身就存在符号间干扰，因此没有必要像OFDM那样加入循环前缀。
[0005] 和0FDM不同，FBMC传输的是0QAM符号。欧洲的PHYDYAS项目组进行设计了一个 原型滤波器，并且设计了有效的滤波器组结构。由于FBMC中干扰的存在，导致FBMC无法像 0FDM那样进行导频设置和信道估计，因为传统的导频设计和信道估计方法无法排除干扰， 估计的信道值会严重偏差，导致接收机无法准确恢复发射信号。
【发明内容】
[0006] 为了解决上述技术问题，本文发明了一种辅助导频信道估计方法，在实际导频的 附近位置选取一个位置放置辅助导频，辅助导频的值由周围符号和干扰系数决定，这个辅 助导频可以消除周围符号对导频的干扰，从而进行精确的信道估计，然后利用插值算法，进 行整个传输帧的信道估计，进而恢复发射信号。
[0007] 为了实现上述目的，本发明提供了一种用于滤波器组多载波系统信道估计的辅助 导频方法，所述方法包括如下步骤：
[0008] (1)计算滤波器组多载波系统的干扰系数tk,n;
[0009] (2)设计辅助导频位置；
[0010] ⑶在导频位置处放置导频值气；
[0011] (4)计算除了辅助导频位置外其他位置符号对导频位置的干扰值"v<。，
为距离目标资源块（k，n)处的干扰 系数；
[0012] (5)计算导频的
其中ka，na为辅助导频的位置；
[0013] (6)发射端通过IFFT和PPN进行发射，接收端通过PPN和FFT接收；
[0014] (7)利用辅助导频进行信道估彳
，式中气,《。代表实际导频处的接收信 号，元。。代表发射端放置的实际导频数据，然后根据插值算法，计算整个帧时频域的信道 值；
[0015] (8)利用信道值进行接收信号均衡和发射数据恢复，
，式中Xk，n代接收 到的信号，dk，nR表恢复信号。
[0016] 在本发明的一个实施例中，所述步骤（2)中设计辅助导频位置为干扰系数最大的 位置。
[0017] 在本发明的一个实施例中，所述滤波器为PHYDYAS原型滤波器。
[0018] 在本发明的一个实施例中，所述步骤（1)中的干扰系数按照下表来确定：
[0019]
[0020] 其中，横轴代表传输帧符号编号，纵轴代表传输帧子信道编号。
[0021] 由于在FBMC系统中，利用导频进行信道估计时，导频会受到系统固有干扰的影 响，无法进行准确的信道估计。通过本发明方法由于可以消除导频受到的固有干扰，因此可 以进行准确的信道估计。
【附图说明】
[0022] 图1为本发明的FBMC-0QAM系统结构；
[0023] 图2进行MATLAB仿真的结果。
【具体实施方式】
[0024] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要 彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0025] 忽略信道和噪声影响，对一个理想的FBMC-0QAM系统来说，接收信号气与发射 信号dk，n的关系如下：
[0026]
[0027] 其中，七^表示经过0QAM调制之后的发射信号，为纯实数；\-^。-?为距离目标资源 块（k，n)处的干扰系数，（k，n)表示传输帧资源块位置。考虑到信道和噪声的影响，则接受 信号为：
[0028]
[0029] \為为('《〇)处的信道响应系数