[發(fā)明專利]適用于雙極化多天線衛(wèi)星移動(dòng)通信的導(dǎo)頻與信道估計(jì)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410223546.3
• 申請日: 2014-05-23
• 公開（公告）號(hào): CN103973606B
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 江彬;羌波;高西奇;楊楊;顧立新
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L25/02
• 分類號(hào): H04L25/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)32204
• 代理人: 柏尚春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線通信系統(tǒng)導(dǎo)頻設(shè)計(jì)和信道估計(jì)算法，尤其涉及一種適用于雙極化多天線衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的導(dǎo)頻與信道估計(jì)方法。

背景技術(shù)

隨著人們對多媒體業(yè)務(wù)需求的日益增長，傳統(tǒng)衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足傳輸速率要求。寬帶衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)支持寬帶多媒體信息傳輸和高速互聯(lián)網(wǎng)接入，已經(jīng)逐漸成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)寬帶化的同時(shí)將通過借鑒陸地移動(dòng)通信的傳輸技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)形成與之充分融合的寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)。隨著陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展，LTE系統(tǒng)將成為陸地移動(dòng)通信的主流技術(shù)。所以將LTE陸地移動(dòng)通信技術(shù)拓展應(yīng)用于衛(wèi)星移動(dòng)通信，最終發(fā)展與LTE系統(tǒng)兼容的寬帶衛(wèi)星移動(dòng)通信技術(shù)是未來衛(wèi)星移動(dòng)通信發(fā)展的方向。

衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)中信號(hào)主要通過視距分量傳輸，非視距衰落分量相對較弱，導(dǎo)致現(xiàn)有LTE多天線技術(shù)很難直接用于衛(wèi)星系統(tǒng)。傳統(tǒng)星上多天線陣元也主要用于形成點(diǎn)波束，以提高指定覆蓋區(qū)域的天線增益，每個(gè)點(diǎn)波束對終端只等效于單天線端口。為進(jìn)一步獲得多天線增益，在點(diǎn)波束上引入雙極化技術(shù)，在衛(wèi)星側(cè)和終端側(cè)同時(shí)配置兩根圓極化天線，從而構(gòu)成雙極化多天線通信系統(tǒng)，提高衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)頻譜利用率和頻譜效率。

對于LTE中多天線傳輸情形，接收端信道估計(jì)模塊需要分別計(jì)算出各發(fā)送天線對應(yīng)的信道響應(yīng)。傳統(tǒng)最小二乘方法通過離散傅里葉變換實(shí)現(xiàn)各發(fā)送天線在變換域的信道響應(yīng)分離，然而，分配給某一用戶的帶寬只占系統(tǒng)帶寬的很小的一部分，此時(shí)變換域信道響應(yīng)會(huì)彌散到整個(gè)子載波上，從而產(chǎn)生天線間干擾。考慮雙極化衛(wèi)星通信系統(tǒng)，如果沿用現(xiàn)有的LTE導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)，即不同天線間的導(dǎo)頻是通過導(dǎo)頻時(shí)域循環(huán)移位實(shí)現(xiàn)正交，采用傳統(tǒng)的最小二乘估計(jì)依然會(huì)存在天線間干擾問題，估計(jì)性能受到約束。針對以上問題，本發(fā)明給出的時(shí)隙聯(lián)合導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)能夠很好的消除天線間干擾，提出的離散余弦變換域信道估計(jì)算法能夠根據(jù)當(dāng)前的噪聲值更新降噪濾波器的參數(shù)，復(fù)雜度變低的同時(shí)保持較高的估計(jì)精度。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是提供適用于雙極化多天線衛(wèi)星移動(dòng)通信的導(dǎo)頻與信道估計(jì)方法，根據(jù)衛(wèi)星移動(dòng)通信信道的特點(diǎn)，通過兩個(gè)時(shí)隙導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)解決多天線系統(tǒng)中最小二乘估計(jì)帶來的天線間干擾問題，并在離散余弦變換域進(jìn)行進(jìn)一步的降噪處理，根據(jù)當(dāng)前噪聲值更新降噪濾波器門限，以較低的復(fù)雜度避免了信道估計(jì)中矩陣求逆問題，并保持較高的估計(jì)精度。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種適用于雙極化多天線衛(wèi)星移動(dòng)通信的導(dǎo)頻的信道估計(jì)方法包括如下步驟：

步驟一、在發(fā)送端，以包含兩個(gè)時(shí)隙的子幀為單位，發(fā)送碼分復(fù)用導(dǎo)頻或頻分復(fù)用導(dǎo)頻，記x_i,j表示第i個(gè)天線在第j個(gè)時(shí)隙的頻域?qū)ьl，其中i,j＝1,2；若發(fā)送碼分復(fù)用導(dǎo)頻，則各導(dǎo)頻之間滿足如下關(guān)系

其中，s₁和s₂是按照LTE協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)生成的長度為N_b的導(dǎo)頻，ξ是由模為1的元素組成的向量，⊙表示矩陣Hardmard乘積，若發(fā)送頻分復(fù)用導(dǎo)頻，則各導(dǎo)頻之間滿足如下關(guān)系

其中，p₁和p₂是長度為N_b/2的Zadoff-Chu序列，表示矩陣Kronecker乘積；

步驟二、在接收端，利用兩個(gè)時(shí)隙內(nèi)的接收導(dǎo)頻信號(hào)，獲得第k個(gè)子載波上的頻域信道響應(yīng)的最小二乘估計(jì)，即

其中，()^H表示矩陣共軛轉(zhuǎn)置，x_i,j和y_i,j分別表示第i個(gè)天線在第j個(gè)時(shí)隙的發(fā)送導(dǎo)頻信號(hào)和接收導(dǎo)頻信號(hào)，表示第p根發(fā)送天線到第q根接收天線在第k個(gè)子載波的頻域信道響應(yīng)估計(jì)，E_P表示單個(gè)頻點(diǎn)導(dǎo)頻能量；

步驟三、針對不同天線的頻域信道響應(yīng)，分別實(shí)施離散余弦變換：

其中，()^T表示矩陣轉(zhuǎn)置，和分別表示第p根發(fā)送天線到第q根接收天線的頻域信道響應(yīng)估計(jì)及其變換域表示形式，DCTⅡ變換陣的第(k，l)個(gè)元素表示為：

對每組變換域矢量進(jìn)行單點(diǎn)濾波：

濾波矩陣A_opt為N_b×N_b的對角陣，其第k個(gè)對角元素[A_opt]_k,k為：

其中，E{}表示求期望，||²表示求復(fù)數(shù)模值的平方，表示變換域噪聲方差的估計(jì)值，其計(jì)算公式為