[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于MIMO-OFDM信號(hào)循環(huán)平穩(wěn)特性的盲信噪比估計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110201806.3
• 申請(qǐng)日: 2011-07-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102255836A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李有明;洪順利;高瑤;金明
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 寧波大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04L25/03
• 分類(lèi)號(hào): H04L25/03;H04L27/26
• 代理公司: 寧波奧圣專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 33226
• 代理人: 程曉明;周玨

1.一種基于MIMO-OFDM信號(hào)循環(huán)平穩(wěn)特性的盲信噪比估計(jì)方法，其特征在于包括以下步驟：

①M(fèi)IMO-OFDM系統(tǒng)的各個(gè)信道采用多徑衰落模型，設(shè)MIMO-OFDM系統(tǒng)的發(fā)送端具有M_T個(gè)發(fā)射天線，接收端具有M_R個(gè)接收天線，其中，M_T≥1，M_R≥1；

②在MIMO-OFDM系統(tǒng)的發(fā)送端，首先對(duì)輸入的頻域數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)化，分成M_T個(gè)子符號(hào)流，然后采用信道編碼技術(shù)對(duì)每個(gè)子符號(hào)流進(jìn)行無(wú)失真壓縮編碼并在每個(gè)子符號(hào)流中加入用于克服子符號(hào)流在多徑衰落信道中受到的干擾和噪聲影響的冗余信息，再利用調(diào)制器對(duì)無(wú)失真壓縮編碼后的M_T個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行空時(shí)調(diào)制，對(duì)空時(shí)調(diào)制后的M_T個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)先后進(jìn)行傅里葉逆變換和正交頻分復(fù)用調(diào)制處理，得到M_T個(gè)時(shí)域數(shù)據(jù)信號(hào)，每個(gè)時(shí)域數(shù)據(jù)信號(hào)為由多個(gè)OFDM符號(hào)構(gòu)成的OFDM信號(hào)；

③在每個(gè)OFDM信號(hào)中加入循環(huán)前綴和循環(huán)后綴，具體過(guò)程為：對(duì)于當(dāng)前OFDM信號(hào)，將當(dāng)前OFDM信號(hào)的各個(gè)OFDM符號(hào)的最后端的CP個(gè)采樣點(diǎn)作為循環(huán)前綴復(fù)制到各個(gè)OFDM符號(hào)自身的最前端，將當(dāng)前OFDM信號(hào)的各個(gè)OFDM符號(hào)的最前端的CS個(gè)采樣點(diǎn)作為循環(huán)后綴復(fù)制到各個(gè)OFDM符號(hào)自身的最后端，得到加有循環(huán)前綴和循環(huán)后綴的OFDM信號(hào)，其中，M為OFDM信號(hào)的子載波數(shù)；

④對(duì)各個(gè)加有循環(huán)前綴和循環(huán)后綴的OFDM信號(hào)先后進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換和射頻模塊處理，得到M_T個(gè)發(fā)送信號(hào)，各個(gè)發(fā)送信號(hào)通過(guò)各個(gè)發(fā)射天線相互平行地傳輸給MIMO-OFDM系統(tǒng)的接收端，將通過(guò)第i個(gè)發(fā)射天線傳輸給MIMO-OFDM系統(tǒng)的接收端的發(fā)送信號(hào)記為x_i(n)，其中，i∈[1，M_T]，n表示連續(xù)時(shí)間變量；

⑤在MIMO-OFDM系統(tǒng)的接收端，每個(gè)接收天線接收到的接收信號(hào)由不同時(shí)延的M_T路信號(hào)組成，將x_i(n)通過(guò)M_T個(gè)多徑衰落信道后被第t個(gè)接收天線接收到的接收信號(hào)記為y_t(n)，其中，t∈[1，M_R]，n表示連續(xù)時(shí)間變量，L_h表示多徑衰落信道的多徑個(gè)數(shù)，m∈[1，L_h]，h_it表示發(fā)送信號(hào)經(jīng)過(guò)第i個(gè)發(fā)射天線到第t個(gè)接收天線接收所通過(guò)的多徑衰落信道，S_it，m表示多徑衰落信道h_it的第m徑的信號(hào)功率因子，表示多徑衰落信道h_it的第m徑的到達(dá)相位，τ_it，m表示多徑衰落信道h_it的第m徑的時(shí)延，N為噪聲功率因子，v_it(n)表示多徑衰落信道h_it上的平穩(wěn)高斯白噪聲，x_i(n-τ_it，m)表示x_i(n)通過(guò)多徑衰落信道h_it的第m徑的時(shí)延后的信號(hào)，j表示復(fù)數(shù)中的虛數(shù)單位；

⑥首先根據(jù)自相關(guān)函數(shù)的定義，獲取x_i(n)通過(guò)M_T個(gè)多徑衰落信道后被第t個(gè)接收天線接收到的接收信號(hào)y_t(n)的自相關(guān)函數(shù)，記為，其中，τ表示延時(shí)變量，表示y_t(n+τ)的共扼，y_t(n+τ)表示y_t(n)延時(shí)τ后的信號(hào)，E{}表示數(shù)學(xué)期望，表示第t個(gè)接收天線接收到的接收信號(hào)y_t(n)的自相關(guān)函數(shù)，m₁∈[1，L_h]，m₂∈[1，L_h]，表示多徑衰落信道h_it的第m₁徑的信號(hào)功率因子，表示多徑衰落信道h_it的第m₂徑的信號(hào)功率因子，表示多徑衰落信道h_it的第m₁徑的到達(dá)相位，表示多徑衰落信道h_it的第m₂徑的到達(dá)相位，表示多徑衰落信道h_it的第m₁徑的時(shí)延，表示多徑衰落信道h_it的第m₂徑的時(shí)延，δ(τ)為多徑衰落信道h_it上的平穩(wěn)高斯白噪聲v_it(n)的自相關(guān)函數(shù)，δ(τ)是變量τ的沖擊函數(shù)，表示x_i(n)通過(guò)多徑衰落信道h_it的第m₁徑的時(shí)延后的信號(hào)，表示的共軛，表示x_i(n+τ)通過(guò)多徑衰落信道h_it的第m₂徑的時(shí)延后的信號(hào)，x_i(n+τ)表示x_i(n)延時(shí)τ后的信號(hào)，表示x_i(n)的自相關(guān)函數(shù)，E{xi(n-τit,m1)xi*(n+τ-τit,m2)}=Rxi(n-τit,m1,τ+τit,m1-τit,m2);]]>然后根據(jù)x_i(n)的自相關(guān)函數(shù)E{xi(n-τit,m1)xi*(n+τ-τit,m2)}=Rxi(n-τit,m1,τ+τit,m1-τit,m2),]]>將y_t(n)的自相關(guān)函數(shù)轉(zhuǎn)化為：

⑦根據(jù)MIMO-OFDM系統(tǒng)的第t個(gè)接收天線接收到的接收信號(hào)y_t(n)的自相關(guān)函數(shù)對(duì)離散時(shí)間點(diǎn)n對(duì)應(yīng)的作傅立葉級(jí)數(shù)展開(kāi)，得到y(tǒng)_t(n)的周期自相關(guān)函數(shù)，記為Ryt(k,τ)=1PΣn=1PRyt(n,τ)e-j2πkn/P]]>

其中，k為循環(huán)頻率，P表示循環(huán)周期，表示x_i(n)的周期自相關(guān)函數(shù)延時(shí)后的值，δ(τ)δ(k)表示多徑衰落信道h_it上的平穩(wěn)高斯白噪聲v_it(n)的周期自相關(guān)函數(shù)，δ(k)是變量k的沖擊函數(shù)；

⑧根據(jù)多徑衰落信道h_it的第m₁徑和第m₂徑之間的時(shí)間間隔相等與否，將轉(zhuǎn)化為Ryt(k,τ)=Σi=1MT{Σm=1LhSit,mRxi(k,τ)e-j2πkτit,mP]]>

令Σm1=1LhΣm2=1m1≠m2LhSit,m1Sit,m2ej(φit,m1-φit,m2)Rxi(k,τ+τit,m1-τit,m2)e-j2πkτit,m1P=0,]]>則Ryt(k,τ)=Σi=1MT{Σm=1LhSit,mRxi(k,τ)e-j2πkτit,mP+Nδ(k)δ(τ)};]]>

⑨假設(shè)需要估計(jì)多徑衰落信道h_ab上的信噪比，令t＝b，則將x_i(n)通過(guò)M_T個(gè)多徑衰落信道后被第b個(gè)接收天線接收到的接收信號(hào)y_b(n)表示為：將y_b(n)的周期自相關(guān)函數(shù)表示為：Ryb(k,τ)=Σi=1MT{Σm=1LhSib,mRxi(k,τ)e-j2πkτib,mP+Nδ(k)δ(τ)},]]>然后根據(jù)y_b(n)是否有第a個(gè)發(fā)射天線發(fā)送的發(fā)送信號(hào)，將Ryb(k,τ)=Σi=1MT{Σm=1LhSib,mRxi(k,τ)e-j2πkτib,mP+Nδ(k)δ(τ)}]]>轉(zhuǎn)化為Ryb(k,τ)=ΣI=1I≠aMT{Σm=1LhSIb,mRxI(k,τ)e-j2πkτIb,mP+Nδ(k)δ(τ)}+Σm=1LhSab,mRxa(k,τ)e-j2πkτab,mP+Nδ(k)δ(τ)]]>，其中，S_ib，m表示多徑衰落信道h_ib的第m徑的信號(hào)功率因子，表示多徑衰落信道h_ib的第m徑的到達(dá)相位，τ_ib，m表示多徑衰落信道h_ib的第m徑的時(shí)延，v_ib(n)表示多徑衰落信道h_ib上的平穩(wěn)高斯白噪聲，x_i(n-τ_ib，m)表示x_i(n)通過(guò)多徑衰落信道h_ib的第m徑的時(shí)延后的信號(hào)，a∈[1，M_T]，b∈[1，M_R]，I∈[1，M_T]且I≠a，S_Ib，m表示多徑衰落信道h_Ib的第m徑的信號(hào)功率因子，τ_Ib，m表示多徑衰落信道h_Ib的第m徑的時(shí)延，表示通過(guò)第I個(gè)發(fā)射天線傳輸給MIMO-OFDM系統(tǒng)的接收端的發(fā)送信號(hào)x_I(n)的周期自相關(guān)函數(shù)，S_ab，m表示多徑衰落信道h_ab的第m徑的信號(hào)功率因子，τ_ab，m表示多徑衰落信道h_ab的第m徑的時(shí)延，表示通過(guò)第a個(gè)發(fā)射天線傳輸給MIMO-OFDM系統(tǒng)的接收端的發(fā)送信號(hào)x_a(n)的周期自相關(guān)函數(shù)；

⑩排除多徑衰落信道h_ab的干擾信道的影響，估計(jì)得到多徑衰落信道h_ab上的信號(hào)功率因子和噪聲功率因子N，再根據(jù)和N，估計(jì)得到多徑衰落信道h_ab上的信噪比，記為ρ_ab，其中，排除多徑衰落信道h_ab的干擾信道的影響的具體過(guò)程為：令通過(guò)第a個(gè)發(fā)射天線傳輸給MIMO-OFDM系統(tǒng)的接收端的發(fā)送信號(hào)x_a(n)中的OFDM符號(hào)的循環(huán)前綴與循環(huán)后綴的有效長(zhǎng)度之和為L(zhǎng)_a且OFDM符號(hào)的循環(huán)周期為P，令通過(guò)第I個(gè)發(fā)射天線傳輸給MIMO-OFDM系統(tǒng)的接收端的發(fā)送信號(hào)x_I(n)中的OFDM符號(hào)的循環(huán)前綴與循環(huán)后綴的有效長(zhǎng)度之和為L(zhǎng)_I且OFDM符號(hào)的循環(huán)周期為P，然后為排除多徑衰落信道h_ab的干擾信道的影響，選擇的循環(huán)頻率k_a等于P/L_I時(shí)，x_I(n)的周期自相關(guān)函數(shù)處于零點(diǎn)，使Ryb(k,τ)=ΣI=1I≠aMT{Σm=1LhSIb,mRxI(k,τ)e-j2πkτIb,mP+Nδ(k)δ(τ)}+Σm=1LhSab,mRxa(k,τ)e-j2πkτab,mP+Nδ(k)δ(τ)]]>轉(zhuǎn)化為進(jìn)而排除了多徑衰落信道h_ab的干擾信道的影響，得到所需的單輸入單輸出的多徑衰落信道h_ab，其中，為循環(huán)頻率等于k_a時(shí)y_b(n)的周期自相關(guān)函數(shù)，為循環(huán)頻率等于k_a時(shí)x_a(n)的周期自相關(guān)函數(shù)；

對(duì)多徑衰落信道h_ab上的盲信噪比進(jìn)行估計(jì)，具體過(guò)程為：

-1、選擇x_a(n)的循環(huán)頻率等于k_a，k_a≠0，排除干擾信道的影響，得到循環(huán)頻率等于k_a時(shí)y_b(n)的周期自相關(guān)函數(shù)Ryb(ka,τ),]]>Ryb(ka,τ)=Σm=1LhSab,mRxa(ka,τ)e-j2πkaτab,mp,]]>然后對(duì)Ryb(ka,τ)=Σm=1LhSab,mRxa(ka,τ)e-j2πkaτab,mp]]>兩邊同時(shí)取絕對(duì)值，得到|Ryb(ka,τ)|=Psab|Rxa(ka,τ)|,]]>其中，Psab=Σm=1LhSab,m]]>為多徑衰落信道h_ab上的信號(hào)功率因子；

-2、分析Ryb(k,τ)=Σi=1MT{Σm=1LhSib,mRxi(k,τ)e-j2πkτib,mP+Nδ(k)δ(τ)},]]>當(dāng)k＝0且τ＝0時(shí)，Ryb(k,τ)=Σi=1MT{Σm=1LhSib,mRxi(k,τ)e-j2πkτib,mP+Nδ(k)δ(τ)}]]>轉(zhuǎn)化為Ryb(0,0)=Σi=1MT{Σm=1LhSib,mRxi(0,0)+N},]]>然后對(duì)Ryb(0,0)=Σi=1MT{Σm=1LhSib,mRxi(0,0)+N}]]>兩邊同時(shí)取絕對(duì)值，得到|Ryb(0,0)|=Ps1b|Rx1(0,0)|+Ps2b|Rx2(0,0)|+...+PsMTb|RxMT(0,0)|+MTN,]]>其中，Ps_1b、Ps_2b和分別為多徑衰落信道h_1b、h_2b和上的信號(hào)功率因子；

-3、對(duì)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)量估計(jì)，將統(tǒng)計(jì)量估計(jì)后的值記為：R^yb(k,τ)≈1PNnumΣn=1PNnumr(n)r*(n+τ)e-j2πkn/P,]]>其中，N_num為OFDM信號(hào)中OFDM符號(hào)的個(gè)數(shù)，r(n)表示接收信號(hào)，r(n+τ)表示r(n)延時(shí)τ后的信號(hào)，r^*(n+τ)為r(n+τ)的共軛；

-4、根據(jù)最小均方誤差理論，對(duì)求偏導(dǎo)并置為零，得到多徑衰落信道h_ab上的盲信噪比估計(jì)表達(dá)式為：SNR=P^sabN^=Στ≠0|R^yb(ka,τ)||Rxa(ka,τ)|/Στ≠0|Rxa(ka,τ)|2{R^yb(0,0)-P^s1bRx1(0,0)-P^s2bRx2(0,0)-...-P^sMTbRxMT(0,0)}/MT,]]>其中，SNR表示多徑衰落信道h_ab上的盲信噪比估計(jì)值，為對(duì)多徑衰落信道h_ab上進(jìn)行統(tǒng)計(jì)量估計(jì)的信號(hào)功率因子，為對(duì)多徑衰落信道h_ab上進(jìn)行統(tǒng)計(jì)量估計(jì)的噪聲功率因子，為當(dāng)循環(huán)頻率為k_a時(shí)的MIMO-OFDM系統(tǒng)的第b個(gè)接收天線接收到的接收信號(hào)y_b(n)的周期自相關(guān)函數(shù)的統(tǒng)計(jì)量估計(jì)值，為當(dāng)循環(huán)頻率為k_a時(shí)的MIMO-OFDM系統(tǒng)的第a個(gè)發(fā)射天線發(fā)送的發(fā)送信號(hào)x_a(n)的周期自相關(guān)函數(shù)，為當(dāng)循環(huán)頻率為0且時(shí)延為0時(shí)的MIMO-OFDM系統(tǒng)的第b個(gè)接收天線接收到的接收信號(hào)y_b(n)的周期自相關(guān)函數(shù)的統(tǒng)計(jì)量估計(jì)值，分別為對(duì)多徑衰落信道h_1b、h_2b、上進(jìn)行統(tǒng)計(jì)量估計(jì)的信號(hào)功率因子，分別為當(dāng)循環(huán)頻率為0且時(shí)延為0時(shí)的MIMO-OFDM系統(tǒng)的第1個(gè)、第2個(gè)及第M_T個(gè)發(fā)射天線發(fā)送的發(fā)送信號(hào)的周期自相關(guān)函數(shù)，“||”為絕對(duì)值符號(hào)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MIMO-OFDM信號(hào)循環(huán)平穩(wěn)特性的盲信噪比估計(jì)方法，其特征在于重復(fù)執(zhí)行步驟①～500～1000次，并根據(jù)各次計(jì)算得到的信噪比估計(jì)值的總和計(jì)算平均值，將該平均值作為最終的信噪比估計(jì)值。