[發明專利]一種有色噪聲背景下基于導頻的OFDM信道估計方法

有效

• 申請號: 201410201823.0
• 申請日: 2014-05-13
• 公開（公告）號: CN103957175B
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 戴憲華;張程
• 申請（專利權）人: 廣東順德中山大學卡內基梅隆大學國際聯合研究院;中山大學
• 主分類號: H04L25/02
• 分類號: H04L25/02;H04L27/26
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 林麗明

技術領域

本發明涉及通信技術領域，更具體地，涉及一種有色噪聲背景下基于導頻的OFDM信道估計方法。

背景技術

在OFDM系統中，信道估計的方法主要分為三大類：基于導頻的估計方法、盲估計方法以及兩者之間的半盲估計方法。

基于導頻的估計方法，即是利用頻域信號中的已知導頻進行估計的方法，其算法簡單，也有著比較高的精度，是被普遍應用的一類估計方法，但由于導頻占用了一定的傳輸帶寬，所以會一定程度地影響傳輸效率。

盲估計方法主要采用信號處理技術進行信道估計，比如利用某些統計特性來估計信道。與基于導頻的估計方法相比，盲估計方法不占用發送資源，具有很高的傳輸效率，但其算法比較復雜，而且有時會存在相對較長的收斂時間，因此盲估計方法在實踐中的應用并不如前者廣泛。

半盲估計方法是在盲信道估計的基礎上利用訓練序列或導頻信息來對信道進行估計的一類方法，是以上兩種方法的折中解決方案。其算法復雜度、收斂速度和傳輸效率介于盲估計方法和基于導頻的估計方法之間。

由于OFDM本身傳輸速率很高，而且多數處在錯綜復雜的無線環境下，所以其對信道估計的精度有著比較嚴格的要求，一般來說，我們都會采用性能較好的基于導頻的方法來進行信道估計。而現有的信道估計算法大多基于白背景噪聲這一假設，它們在有色噪聲背景下的估計性能往往會有所降低，尤其當有色噪聲譜幅度起伏較大時，這種性能的損失更加嚴重。因此基于有色噪聲背景下的信道估計技術有進一步深入研究的價值。

發明內容

為了克服現有技術存在的不足，本發明提出了一種有色噪聲背景下基于導頻的OFDM信道估計方法；是根據有色噪聲功率譜起伏較大的特點，使得導頻能量的包絡在一定程度上和有色噪聲功率譜的包絡相重合，以此來降低有色噪聲給估計性能帶來的不良影響。為了實現上述目的,本發明提出的技術方案充分利用了有色噪聲功率譜分布不均勻的特性，對導頻的能量包絡進行了重新的設計，使新設計原則下的導頻在有色噪聲背景下也能取得較好的性能，為了下文表述的方便，將符合新設計原則的導頻稱為譜導頻。

本發明的技術方案主要包括以下處理步驟：

a)估計有色噪聲的功率譜；

b)按照以上估計出的功率譜進行導頻設計；

c)利用接收到的導頻進行信道估計；

其中步驟b)的導頻設計過程為：設已知有色噪聲的功率譜密度函數S_w(W)；在塊狀導頻和慢變信道的前提下，取N個導頻符號中的K個用于估計信道；K＝L+1，L+1為信道抽頭數量，K個導頻足以用來估計信道，將其余導頻符號置為0，并設所有導頻符號的功率和恒定，

即τ₀^⊥為所有非零導頻的序號集合，則為其對應的頻點；上述塊狀導頻是長度為N的OFDM符號全部傳導頻；當N趨近于無窮大時，信道估計的最小均方誤差MSE表示為：

此時的非零導頻是等間隔分布的，并且在導頻能量分布滿足下式時達到最小均方誤差：

其中，為頻點處的導頻符號，為頻點處的噪聲功率譜幅值，NP_b為導頻符號的總功率和；

則在有色噪聲背景下，達到最小MSE的最優導頻是等間隔分布的，其能量按上式進行分配；導頻幅值的包絡與噪聲功率譜的包絡相關，呈現出類似于正比的關系，接收滿足上述條件的導頻，將滿足以上條件的導頻稱為譜導頻。

估計有色噪聲功率譜：譜估計的結果直接決定之后插入導頻信號的能量包絡，對信道估計的性能有很大影響。因此，能否以低復雜度、低資源消耗快速完成噪聲功率譜估計對系統非常重要，高性能譜估計算法是關鍵步驟之一。

設計信道估計的導頻信號：OFDM系統的信道估計，比單載波通信系統更加復雜，需要考慮在獲得較高性能的同時盡可能減小開銷。因此導頻的圖樣、相位信息及導頻的能量分布都需要認真深入研究。為了分析有色噪聲背景下的最優導頻能量分布，根據有色噪聲功率譜分布不均勻的特點，提出了采用能量不等的導頻符號進行信道估計的設計原則，使得導頻能量的包絡在一定程度上和有色噪聲功率譜的包絡相重合，以此來降低有色噪聲給估計性能帶來的不良影響。

信道估計：信道估計決定是否能準確反映信道各方面的詳細信息，直接決定系統后面的信道均衡能否有效抵抗信道的不良特性，消除多徑衰落等因素的影響。因此高效實用的估計算法是達成高性能系統必不可少的一環。