[發明專利]一種基于粒子濾波修正的信道預測方法

無效

• 申請號: 200910040461.0
• 申請日: 2009-06-23
• 公開（公告）號: CN101662433A
• 公開（公告）日: 2010-03-03
• 發明（設計）人: 戴憲華;孫潛;邢強強
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H04L25/02
• 分類號: H04L25/02
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司
• 代理人: 禹小明

技術領域

本發明屬于無線通信的信道預測方法，尤其涉及一種高速移動環境下HSDPA 的基于粒子濾波修正的信道預測方法。

背景技術

近年來，人們對提高無線通信系統傳輸能力以及在高速環境下提高通信容 量的要求正在不斷提高，希望即使在高速行駛的環境下也能高速地傳輸大量的 數據信號。由于無線信道在頻域和時域上的時變性和非線性，數學建模和定量 分析都比較困難，實際應用中采用線性的信號處理方法來對非線性的無線信道 進行近似的估計，然而無線移動通信的信道變化的復雜性使無線通信系統的性 能有很大的局限性。

有許多研究者已經研究許多信道預測技術，比如說MMSE信道預測算法，子 空間信道預測算法，自適應信道預測算法等。以上自適應方法都是對信道進行 的線性預測。他們都是盡量在不犧牲誤碼率性能的同時，提高信道預測的長度。 其中，最有典型意義的是A.Duel-Hallen提出的基于MMSE準則的線性信道預 測算法，在預測性能和復雜度之間尋找折中。當信道情況更加復雜時，線性預 測算法不能準確地預測信道狀況。還有一種思路就是分析信道中的頻率特性， 提取和恢復信道中起決定作用的幾個頻率分量，利用這些頻率分量進一步估計 未來信道響應值。另外，通過設計自適應濾波器來不斷地跟蹤信道的變化，實 時地改變濾波器參數，再利用這些參數來預測未來的信道響應。但是Hallen的 預測方法是假定信道噪聲是線性，高斯噪聲，然而在實際情況中，信道噪聲很 可能經歷非線性非高斯的干擾，這時，傳統的信道預測算法的預測效果就會明 顯下降。

由于傳統的擴展卡爾曼濾波器(EKF)和UKF總是假設p(x_t/z_1?t)為高斯分布， 當真實的后驗分布不是高斯分布并且偏離高斯分布很遠時，使用高斯分布來近 似就不能很好的描述真實的后驗分布。

粒子濾波算法擺脫了解決非線性濾波問題時隨機量必須滿足高斯分布的制約條 件，并在一定程度上解決了粒子數樣本匾乏問題，因此近年來該算法在許多領 域得到成功應用，并得到重視。

經過對現有技術的文獻檢索發現，2002年IEEE國際數字信號處理大會(IEEE International?Conference?on?digital?signal?processing)上W.H?Chin的 文章：粒子濾波在空時塊編碼系統中的應用(Channel?tracking?for?space-time block?coded?systems?using?particle?filtering)中提出了一種用于多輸入 單輸出系統的基于粒子濾波的信道估計方法，其核心是信道估計，并且對于粒 子退化現象沒有給出有效的解決方案。另外潘矜矜在2008年的桂林工學院學報 上的文章：一種基于卡爾曼濾波修正的LRP信道預測算法，提出了對于信道預 測AR模型修正的一種思路，該文提出當LRP信道預測性能下降時，使用卡爾曼 濾波對預測模型進行修正。但是卡爾曼濾波同AR模型一樣也是一種線性預測， 當系統遭受非線性噪聲時，該方法具有局限性，因此，上述兩種方法均不太適 用于高速狀態下信道的預測，工程意義不是很突出。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明所采取的一種基于粒子濾波修正的信道預測 方法，使其在未知信道統計信息的環境下保持信道估計性能穩健，魯棒性強， 抗噪聲的能力強的特點，而且易于實現。

為實現上述目的，本發明的技術方案為：一種基于粒子濾波修正的信道預 測方法，其包括以下步驟：

a.將信道的歷史信息通過訓練序列得到AR線性預測模型，再用LRP信道 預測算法進行預測，并輸出預測值；

b.對輸出的預測值與實際值進行誤差計算，若預測值與實際值之間的誤差 e小于設定值E，則采用LRP信道預測算法的預測值作為信道估計值；若預測值 與實際值之間的誤差e大于設定值E，則系統受非線性非高斯噪聲的干擾，下一 個時段進入粒子濾波器進行粒子濾波修正，并將粒子濾波的預測值作為先驗概 率下的信道估計值；

c.更新AR線性預測模型的系數，并進行下一時段的信道預測。

進一步地，其包括如下步驟：

1、首先，設已知信道系數的p個過去的采樣值序列c(k-1)，...，c(k-p)未來信 道系數的MMSE(基于最小均方誤差)預測由p個過去的采樣得出：