基于辅助导频的滤波器组多载波系统信道估计方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及用于滤波器组多载波（FilterBank basedMulticarrier，FBMC)系统中的信道估计技术。
【背景技术】
[0002] 在现有的通信技术中，FBMC系统以其较高的频谱利用率、良好的时频聚焦特性，成 为未来移动多媒体通信的主要候选技术之一。
[0003]FBMC系统的发送信号s(t)的数学表达式为
中，n表示第n个发射符号的第m个子载波上数 据，％表示表示FBMC系统子载波间隔，t^表示FBMC系统发送信号时间间隔，g(t)表示成 形滤波器函数，M表示子载波个数，m= 1，2, 3, . . .，M。
[0004] 相比于传统的正交频分复用技术，FBMC系统仅仅在实数域满足严格的正交条件，
Bfvm'表示第m'个子载波，n'表示第 5 n'个符号。
[0005]假定FBMC信号经历了一个多径衰落信道，信道脉冲冲击响应为h(t)，高斯白噪声 为n(t)，FBMC系统接收信号的数学表达式为
[0006]
A为时间间隔，是经验值， 对于时间间隔TG[0,A]，有g(t-T -n TQ) ~g(t-nT。）。
[0007]当接收端收到经过多径衰落信道后的发送信号y(t)'，对所述y(t)'进行匹配滤 波操作后，接收信号ym，n(t)表示，
，其 中
代表了所有符号间的干 扰和子载波干扰。
[0008]当心。。是导频序列（专门为了估计导频而设计的已知序列）的第 m个子载波的数据时，则FBMC系统基于导频序列的信道估计的数学表达式为
其中，FBMC系统经过信道和 匹配滤波器后叠加在导频参考信号上的高斯噪声表示为
[0009]如图1所示，FBMC系统结构以及信号处理过程具体步骤如下：
[0010] 发射端：
[0011] 步骤一：信号源比特数据经过正交幅度调制（QAM调制）；
[0012] 步骤二：在调制后的数据块头部添加导频序列，其中导频序列用于FBMC系统的信 道估计；
[0013] 步骤三：根据发送信号S(t)的数学表达式对添加导频序列后的数据进行正交化 相位映射；
[0014] 步骤四：通过步骤三后的数据通过IFFT模块完成IFFT变换；
[0015] 步骤五：通过步骤四后的数据通过成型滤波器完成成型滤波过程，然后发射。
[0016] 接收端：
[0017] 步骤1 :对接收到的信号进行匹配滤波处理；
[0018] 步骤2:通过步骤1后的数据通过FFT模块完成FFT变换；
[0019]步骤3:从通过步骤2后的数据中，利用导频序列提取信道信息，然后利用提取的 信道信息，通过均衡器消除多径干扰对FBMC系统的影响；
[0020]步骤4:通过步骤3后的数据进行恢复正交化相位映射处理；
[0021]步骤5:通过步骤4后的数据进行QAM解调，最后输出解调后的数据比特。
[0022] 目前，几乎所有的导频序列设计都是针对基于复数域正交条件的频分复用系统 的，但是对于实数域正交条件的FBMC系统而言，多径衰落信道的复数特性会破坏FBMC系统 的正交特性，使导频参考信号引入符号间干扰和子载波间干扰，即
部分不能为零。因此传统正交频分复用系统中的信道估计的导频结构不再适用于FBMC系 统，需要为FBMC系统设计信道导频信号结构。
[0023] 在文献（SeungWonKang,andKyungHiChang,"Anovelchannelestimation schemeforOFDM/OQAM-IOTAsystem，"ETRIJournal，vol.29，no.4，Aug.2007.)中 作者Kang提出了一种针对FBMC系统的导频信号结构，该结构为：导频参考信号是 在中间部分是所有的奇数序号符号相同，所有的偶数序号符号也相同，数学表达式为
，然后在导频参考信号两端添加全〇的保护符号，这种设计的好 处是使彳
分为近似〇,从而消除掉导频参考信号中的符号间干扰 与子载波间干扰。
[0024]在文献（S.Hu,G.Wu，T.Li,Y.Xiao,andS.Li,"PreambledesignwithICI cancelationforchannelestimationinOFDM/OQAMsystem, "IEICETransactions onCommunicationsE93-B,pp. 211 - 214,Jan. 2010.)中，作者Hu优化了Kang方法，以偶 数序号子载波置零为例（该方法也可奇数序号子载波置零）将其导频序列的偶数序号子 载波全部置零，奇数序号子载波的任意位随机取1或-1，这样导频结构的数学表达式变为
1，然后在导频参考信号两端添加全〇的保护符号，这种导频设 计的可以估计出奇数序号子载波位置的导频值，然后通过线性内插估计出整个频域上的信 道响应。由于导频序列的大部分为零，以及其余部分的任意位置的符号随机取1或-1，所以 该结构能够降低FBMC系统对高功率放大器的线性要求从而避免非线性失真。
[0025] 上述两种方法也有一定的缺陷，即由于两端全0保护符号的添加，导频结构的长 度为3t^，而对于0FDM系统的信道估计来说，其导频结构的长度为2t^，这样就增加了导 频资源的开销。特别在多普勒频移较大、信道变化较快的情况下，需要减小多个插入导频的 间隔，这样会增加更多的资源开销，使得FBMC系统不添加循环前缀（CP)带来的系统优势不 复存在。基于此本发明接收一种基于辅助导频的信道估计导频结构及其信道估计方法。通 过该方法，只需要使用一列辅助导频即可消除数据符号的干扰，使得导频结构的长度变为 2t^且不损失信道估计的准确度。
【发明内容】
[0026] 本发明通过构造的FBMC系统导频序列结构来估计信道信息。
[0027] 基于辅助导频的滤波器组多载波系统信道估计方法，包括如下步骤：
[0028]S1、在发送端产生两段导频信号：常规导频和辅助导频，在接收端产生一个与发送 端所述常规导频相同的序列，其中，所述常规导频是导频中间部分所有的奇数序号符号相 同，所有的偶数序号符号也相同，数学表达式为
，在导频参考信 号两端添加全〇的保护符号的导频序列，
[0029] 或者将导频序列的偶数序号子载波全部置零，奇数序号子载波的任意位随机取1 或-1，数学表达式变：
?在导频参考信号两端添加全〇的保护 符号的导频序列，所述常规导频用于估计信道信息；
[0030]S2、发射端将S1所述辅助导频序列加入信号源，将添加S1所述辅助导频序列的信 号源按照FBMC的后续处理过程发射出去，其中，所述的FBMC系统的后续处理过程包括IFFT 变换、成型滤波器滤波，射频调制、功率放大；
[0031]S3、在接收端采用FBMC系统的处理方法提取出S1所述常规导频序列对应的那一 列接收符号，其中，每列符号长度等于系统子载波个数，所述FBMC系统的处理方法为将信 号接收并处理成数字信号后，通过匹配滤波器滤波，FFT变换，同步接收；
[0032]S4、在S3所得到的接收符号中提取出子载波位置的数据；
[0033]S5、接收端将S4所得的每位符号分别除以在S1所述导频序列相应位置的值，得到 信道频域的信道信息；
[0034] S6、在接收端根据S5所述信道频域的信道信息按照线性内插估计方式进行计算， 从而得到信道估计序列在整个频域的信道信息。
[0035] 进一步地，S1所述辅助导频采用如下方法构造：
[0036] A、将导频的常规导频部分的奇数序号的任意位置随机取1或-1，将导频的常规导 频部分的偶数序号的任意位置取值〇 ;
[0037] B、将导频的辅助导频部分的奇数序号的任意位置取常规导频右侧一列发送数据 同一位置的相同值；将辅助导频部分的偶数序号的任意位置取值常规导频右侧一列发送数 据同一位置的相反值。
[0038] 进一步地，S1所述辅助导频采用如下方法构造：
[0039] I、将导频的常规导频部分的偶数序号的任意位置随机取1或-1 ;将常规导频部 分的奇数序号的任意位置取值〇 ;
[0040] II、将导频的辅助导频部分的偶数序号的任意位置取常规导频右侧一列发送数据 同一位置的相同值；将辅助导频部分的奇数序号的任意位置取值常规导频右侧一列发送数 据同一位置的相反值。
[0041] 本发明的有益效果是：
[0042] 本发明通过使用辅助导频来抵消数据符号的干扰，在保持优良信道估计性能的同 时，将导频结构的长度从3T^降低到2T^，达到与0FDM系统信道估计相同的资源消耗。
[0043] 本发明结合FBMC系统的实数域正交条件，提出了一种适用于FBMC系统的导频结 构以及相应的信道估计方法。该导频一共占用两列实数符号，一列为辅助导频用于消除导 频周围发送符号对其的干扰，另一列为常规导频用于估计信道信息。由于只使用两列实数 导频，能够达到与0FDM系统相同的资源开销。同时由于常规导频序列的大部分为零，以及 其余部分的任意位置的符号随机取1或-1，所以该结构能够降低FBMC系统对高功率放大器 的线性要求从而避免非线性失真。
【附图说明】
[0044] 图1为任意典型的FBMC系统的原理图。
[0045] 图2为本发明导频序列结构的示意图。
[0046] 图3为本发明导频结