[發明專利]基于多模型加權軟切換的信道自適應估計方法

有效

• 申請號: 201310529529.8
• 申請日: 2013-10-31
• 公開（公告）號: CN103560984B
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發明（設計）人: 楊睿哲;宗亮;張琳;張延華;孫恩昌
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H04L25/02
• 分類號: H04L25/02;H04W72/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發明屬于無線電通信領域，涉及一種基于多模型加權軟切換的信道自適應估計方法。

背景技術

信道估計算法針對建立的信道模型按照不同的準則設計估計算法以獲得模型參數值。常用的信道估計算法有最大似然ML估計、EM估計(EM算法是當觀測數據不完備時，實現漸進ML估計的迭代算法)、LS估計、RLS估計、LMMSE估計、Kalman濾波等。ML/EM估計基于最大似然準則，是在對被估計的參數沒有任何先驗知識的情況下，利用已知的若干觀測值(完備或不完備)估計該參數，其有效性較高，復雜度也較高；LS以估計值和目標值的二乘誤差最小化為目標，算法簡單，但受信噪比和CIR長度的影響較大，故經常作為初始估計步驟再結合其他算法進行改進；基于觀測值和信道統計特性，LMMSE估計以估計值和目標值的均方誤差最小化(MMSE)為目標進行估計，性能相對較好，Kalman濾波結合AR模型作為一種MMSE估計器，具有自適應跟蹤的特性，在不確定信道估計特性情況下仍可有效進行估計。

基于以上分析可見，建立信道模型、設計估計算法并有效跟蹤信道狀態的突變成為提高信道估計性能的關鍵。目前的研究分析了不同模型和估計方法下的誤差并不斷改進方法以減小誤差，但是不同的模型和估計過程在不同的信道環境下的信道估計誤差的性能存在很大差異，且性能相對較好的估計方法與信道統計特性的獲得緊密相關，因此，迫切需要研究強健的信道估計方案，應用于實際的未知的復雜環境。

發明內容

為了克服不同的信道模型和估計過程在不同的信道環境下的信道估計誤差的性能存在很大差異，且性能相對較好的估計方法與信道統計特性的獲得緊密相關的不足，本發明提供了一種信道估計多模型加權軟切換方法。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：首先分析無線信道各種估計算法的性能及條件因素，確定使用估計算法。然后，建立信道系統模型，選擇時頻雙選信道，確定信道參數。基于信道模型和估計方法建立信道估計子模型和高覆蓋性和靈活性的多模型信道估計庫。分析并計算信道估計模型的模型誤差和估計誤差。最后根據模型誤差和估計誤差結合的切換指標，通過LUMV的加權多模型自適應估計算法來完成模型的切換，以達到優化的目的。

本發明所采用的技術方案包括以下步驟：

步驟1，建立信道系統模型。

本發明采用時頻雙選信道。用h(t；τ)表示(t-τ)時刻的發送符號對t時刻接收符號產生的影響系數，τ為時延，假設發送序列和接受序列的抽樣間隔均為T_s，并用替代τ。數據塊傳輸系統的發送符號為u(i)，在u(i)中取N(1≤N≤200)個連續符號構成第k(k≥1)個數據塊u_k。

假設信道為瑞利信道，信道的路徑最大時延及最大多普勒頻移為τ_max和f_max，且滿足2τ_maxf_max＜1，并且其信道狀態在一個傳輸數據塊的范圍上是緩慢變化的。則數據塊u_k上的信道h_k(n；l)可用基擴展(Basic ExpendModel，BEM)模型表示如下：

式中，為基函數，1≤n≤N，ω_q＝π(q-(Q+1)/2)/N，1≤q≤Q,為基系數的個數；C_k,q(l)為基擴展模型的系數，1≤l≤L，

將一個數據塊u(i)作為估計單位，采用信道基模型的(Q+1)×(L+1)個C_k,q(l)來表示N×(L+1)個未知量h_k(n；l)，使得信道模型和估計參數得到簡化。依據瑞利信道特性可知，C_k,_q(l)是均值為零，方差為的復高斯隨機變量。

步驟2，采用導頻符號輔助的信道估計方法估計信道響應。

步驟2.1，建立發送、接收信號模型。

發送端發送序列u_k包括兩部分，即信息符號s_g和導頻符號p_g。在一個數據塊中均勻插入G個導頻符號p_g，數據塊u_k表示為：

式中，ZP(zero padding)導頻序列形式為共包括N_s個信息符號和N_p個導頻序列符號，N＝N_s+N_p。