[發明專利]基于SC－FDE和虛擬多天線的無線傳感器網絡信道估計方法

有效

• 申請號: 200710047348.6
• 申請日: 2007-10-23
• 公開（公告）號: CN101197796A
• 公開（公告）日: 2008-06-11
• 發明（設計）人: 嚴凱;丁盛;邱云周;姜建;朱明華
• 申請（專利權）人: 中科院嘉興中心微系統所分中心
• 主分類號: H04L25/03
• 分類號: H04L25/03;H04L1/06;H04L12/28;H04B1/707
• 代理公司: 上海光華專利事務所
• 代理人: 余明偉

技術領域

本發明涉及無線信息傳輸領域，特別涉及一種基于單載波頻域均衡技術和虛擬多天線技術的寬帶無線傳感器網絡中的信道估計方法。

背景技術

多輸入多輸出(MIMO)技術是指在發送端和接收端都采用多天線的技術，其能夠顯著提高通信系統的容量和無線傳輸鏈路的質量，因而其已成為無線通信領域里的一個研究熱點。然而，由于受終端設備價格、及體積等因素的影響，在無線傳感器網絡的節點上配置多天線是不太切合實際的。為了解決這個問題，協作通信和虛擬多天線這兩個技術應運而生。

協作通信技術是一種以分布式的形式開拓空間分集的方法。利用無線信號在傳輸的過程中能被周圍的中繼節點收到的特點，作為信源節點的發射端可以與作為中繼節點的發射端協作將信息傳遞到作為信宿節點的接收端，從而達到空間分集的目的。如此，通過一定的協議可使各單天線系統共享彼此天線而形成虛擬多天線來協作傳輸信息，從而可以有效地提高系統性能。而按照作為中繼節點的發射端對接收信號的操作方式，協作方案可分為放大轉發(AF)、譯碼轉發等，其中AF方案由于其復雜度較低，且只需要中繼節點簡單地轉發經線性處理過的信號而不需要解碼，因此更加受到人們關注。

隨著人們對通信寬帶化的需求，無線通信系統正由窄帶向寬帶迅速發展。寬帶無線通信系統將面臨頻率選擇性多徑信道。目前，正交頻分復用(OFDM)和單載波頻域均衡技術(SC-FDE)是兩種對付多徑衰落簡單而有效的手段。二者通過給數據幀添加循環前綴(CP)能有效地避免由多徑衰落引起的符號間干擾。但是，OFDM系統自身的許多缺點，例如它的峰值平均功率比過大和子載波對頻偏敏感，限制著它的實用步伐，尤其對于無線傳感器網絡中分布式協作的節點。而SC-FDE在發射端通過引入CP將多徑信道對信號的線性卷積作用轉化為循環卷積，在接收端通過FFT/IFFT來實現頻域均衡，和OFDM系統相比，具有相同的復雜度和相似的性能，但克服了OFDM系統固有的高峰均功率比和子載波同步等問題。由此，將SC-FDE引入到無線傳感器網絡中來對付多徑衰落是一個非常重要的研究課題。

信道狀態信息主要用于信宿節點的信道均衡和數據檢測，而基于訓練序列輔助的信道估計是一種獲取信道狀態信息簡單而有效的方法，而在一專利申請號為200710045110.X的中國專利申請中提出了一種基于放大轉發協作處理的寬帶無線傳感器網絡信道估計方法，其通過中繼節點的酉矩陣變換來克服現有各技術方案只適用于基于OFDM的單中繼節點協作通信的缺點，但由于這種方法采用時域處理來對信道參數進行估計，而在基于SC-FDE和虛擬多天線技術的無線傳感器網絡中，信宿節點的信道均衡卻是在頻域實現的，因此，如何有效地解決與單載波基帶數據分塊傳輸系統共存的信道參數估計問題已成為本領域技術人員亟待解決的課題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于SC-FDE和虛擬多天線的無線傳感器網絡信道估計方法，以實現在具有中繼節點AF協作通信的無線傳感器網絡中的高精度、低復雜度的信道估計。

為了達到上述目的，本發明提供的基于SC-FDE和虛擬多天線的無線傳感器網絡信道估計方法，其包括步驟：1)在一寬帶無線傳感器網絡中，作為信源節點的發射端確定作為訓練序列的Chu序列長度值，并估計出所述無線傳感器網絡中作為中繼節點的中繼端和作為信宿節點的接收端的噪聲功率及確定各節點間信道時域響應的最大非零抽頭個數；2)根據確定的訓練序列長度值、最大非零抽頭個數及估計的噪聲功率確定所述發射端及中繼端的功率分配系數，以使確定的各功率分配系數的總和為2，同時在確定的功率分配系數條件下的信道的均方估計誤差最小；3)所述發射端根據確定的長度值及功率分配系數選擇相應的Chu序列作為時域訓練序列，并添加循環前綴于所述時域訓練序列以形成信源信號，再將所述信源信號在第一時隙發射；4)中繼端根據所估計的噪聲功率及所述發射端的功率分配系數確定中繼端的功率歸一化系數；5)中繼端在所述第一時隙接收到信源信號后，去除其循環前綴，再對其乘以所確定的功率歸一化系數及中繼端的功率分配系數后，再添加新循環前綴形成中繼信號，中繼端在第二時隙形成的中繼信號予以發射；6)在所述寬帶無線傳感器網絡中，作為信宿節點的接收端分別在第一時隙及第二時隙接收信號，并將接收到的信源信號及中繼信號分別去除循環前綴后變換到頻域以形成接收信號；7)所述接收端將所述接收信號進行最小方差無偏信道估計以獲得相應的各信道參數。