[發明專利]基于壓縮感知的非連續正交頻分復用信道估計方法

有效

• 申請號: 201010519417.0
• 申請日: 2010-10-26
• 公開（公告）號: CN101984612A
• 公開（公告）日: 2011-03-09
• 發明（設計）人: 何雪云;宋榮方
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04L25/02
• 分類號: H04L25/02;H04L27/26;H04B1/707
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明提出了一種用于認知無線電非連續正交頻分復用（NC-OFDM）系統中基于壓縮感知理論的信道估計方法。屬于通信系統導頻輔助的信道估計技術領域。

背景技術

近幾年來，隨著高速無線通信業務的不斷增長，新一代的移動通信系統需要使用更寬的頻帶為用戶提供速率達到上百兆的無線通信業務，頻譜資源的短缺日益顯著。但頻譜資源的匱乏是一種相對的匱乏，目前研究表明，已授權的頻譜頻段并沒有得到充分的利用，大量頻譜資源處于空閑狀態，3GHz以上的頻譜幾乎沒有被使用，出現這種現象的原因是目前各國頻譜資源分配上采用了一種頻譜授權的方式，如果一段頻譜的授權用戶沒有使用該頻段，該頻段也不能被其它非授權用戶使用，從而造成頻譜資源的巨大浪費。美國加州大學Berkeley分校的實地測量數據和研究表明，在3GHz以下頻段，頻譜資源在時域和頻域上的利用率僅有30%，3～4GHz的頻段利用率只有0.5%左右，4～5GHz頻段的利用率只有0.3%左右。為了從根本上解決這種頻譜資源浪費嚴重的問題，近年來，被業界稱為認知無線電(Cognitive?Radio，CR)的頻譜使用模式正逐漸受到人們的關注。認知無線電的基本思想是：在不對擁有頻譜授權用戶或非授權用戶產生有害干擾的前提下，認知用戶通過擇機(Opportunistic?Way)的方式接入授權用戶頻段或非授權頻段，通過閑置頻譜的再利用提高頻譜利用效率。認知無線電技術的出現，使從根本上解決頻譜資源不足、實現頻譜動態管理及提高頻譜利用率成為可能。

在認知無線電系統中，認知用戶通過未被頻譜授權用戶占用的頻段進行通信，因此，基于正交頻分復用（OFDM）的認知無線電系統中,?OFDM符號的部分子載波可能會落到頻譜授權用戶占用的頻段內。為了避免對頻譜授權用戶造成干擾，這些落入頻譜授權用戶占用頻段內的子載波上不能用來發送數據或導頻，而只能將其置零(Nullified)，這時的系統便成為不連續子載波OFDM（non-contiguous?OFDM，NC-OFDM）系統。NC-OFDM系統通過收集可用子載波實現了高速率數據傳輸，同時也具有常規OFDM抗多徑，頻譜效率高的特點，所以成為認知無線電系統中理想的數據調制技術。

NC-OFDM系統由于其可用子載波的不連續性，在很多關鍵技術處理方面與傳統的OFDM系統都有所不同，面臨更多的難題需要解決。如：峰均比降低、旁瓣抑制和信道估計問題等。在無線傳輸環境中，信道響應是時變的，多徑引起的頻域選擇性衰落在不同的子載波上表現出不同的衰落特性，導致NC-OFDM符號各個數據子載波上出現畸變也不同。當系統采用相干解調時，為了保證系統的性能不受信道的多徑衰落的影響，就需要采用信道估計的方法來跟蹤信道響應的變化。另外，信道估計也會為OFDM系統的功率分配和比特分配、MIMO系統的預編碼和波束成型、多用戶檢測及最大比分集合并等技術提供所需要的信道信息。???

傳統的OFDM系統中，導頻符號在頻域上可均勻放置，先利用信道估計算法估計出導頻位置處的信道頻域響應，再通過內插的方式得到用戶數據處的信道頻域響應。在認知無線電NC-OFDM系統中，可用子載波是不連續的，可用子載波的數量和位置都會隨著時間變化，禁用子載波可能是離散分布的若干單子載波，也可能是若干段連續子載波。前者一般稱NC-OFDM系統受到窄帶干擾，后者為寬帶干擾。由于禁用子載波的存在，導頻不再能均勻放置，甚至出現在很長的一段連續子載波上均無法放置導頻符號的情況。這時傳統的信道估計方法將無法獲得滿意的信道特性。目前研究基于NC-OFDM系統信道估計的成果不是很多，針對簡單的基于導頻的信道估計方法，有文獻研究了NC-OFDM系統中導頻圖案的設計問題，即如何讓導頻避開禁用子載波，使導頻的不均勻性給信道系數估計帶來的影響最小。這些文獻中信道系數估計的方法依然是傳統的最小二乘（Least?Square，LS）估計加頻域內插的方法。然而，當連續的禁用帶寬超過了系統的相干帶寬時，上述信道估計方法將失效。王軍等人則從改變信道估計方法的角度提出了一種基于修正變換域降噪的NC-OFDM信道估計算法，與傳統的LS信道估計相比，此方法降低了信道估計的均方誤差（Mean?Square?Error，MSE）。但當可用導頻數變小時，此方法的信道估計性能下降很快。