[發明專利]MIMO?OFDM系統中基于指數平滑的信道估計方法

在審

• 申請號: 201710302854.9
• 申請日: 2017-05-02
• 公開（公告）號: CN107026804A
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發明（設計）人: 仲偉志;蘇生;陸曉憶;徐磊
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H04L25/02
• 分類號: H04L25/02;H04L27/26;H04B7/0413
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司32252
• 代理人: 戴朝榮

技術領域

本發明屬于無線通信系統信道估計領域，具體涉及一種MIMO-OFDM系統中基于指數平滑的信道估計方法。

背景技術

隨著無線移動通信的高速發展，用戶對于可靠高速無線通信鏈路的需求迎來空前的增長。對此，需要更為完善的無線通信系統來實現用戶在各種環境中的各種通信形式。第四代移動通信系統采用了創新的設計觀念，從以傳統移動電話業務為主的移動通信網絡升級為以移動數據為主面向因特網大范圍覆蓋高速移動通信網絡，能夠支持更為豐富的移動通信業務，使用戶在任何地方可以獲得所需任何形式的信息服務。

第四代無線移動通信系統以MIMO-OFDM技術為核心傳輸方案，充分發揮了MIMO技術與OFDM技術的各自優勢。然而，由于OFDM技術中，信號同時涉及時域和頻域，無線信道的頻率選擇性(由信道的多徑時延引起)和時間選擇性(由多普勒效應引起)都會影響OFDM信號的傳輸，因而在信號檢測時，準確的信道狀態信息(CSI，Channel State Information)是接收端采用相干解調恢復數據的關鍵。同時，為消除多天線之間的互相干擾，MIMO系統采用的空時編解碼也需要盡可能準確的CSI。此外，由于采用多個天線，SISO-OFDM系統的信道估計算法無法直接用于MIMO-OFDM系統。為解決上述問題，實現高質量高可靠性無線通信，需要獲取盡可能準確的CSI，因此MIMO-OFDM系統中，對于信道估計問題的研究有著至關重要的作用。

針對MIMO-OFDM無線通信系統中的信道估計算法，專家學者進行了一系列探究，目前主要的信道估計算法包括最小二乘(LS，LeastSquares)算法、最小均方誤差(MMSE，MinimumMeanSquareError)算法、離散傅立葉變換(DFT，Discrete Fourier Transform)算法等。LS算法操作簡單，運算復雜度低，信道估計過程中無需用到任何信道信息，但是LS算法中，噪聲因素被忽略，因此算法的估計結果精度不高；MMSE算法中，信道自身的相關性以及信噪比環境成為信道估計的主要因素，其估計精度要遠高于LS算法，然而MMSE算法中涉及自相關矩陣的求逆過程，還需要事先獲取信道的統計特性及信噪比大小，因此MMSE算法在實際中運用較少；DFT信道估計算法在LS估計的基礎上對最大時延長度以外的信道沖激響應置零，去除了僅包含噪聲的路徑，理論分析表明基于DFT的估計算法性能優于LS算法，并且運算復雜度遠低于MMSE算法，然而DFT算法需要提前獲取信道的最大時延長度。

發明內容

本發明針對現有技術中MIMO-OFDM系統中LS信道估計算法估計精度不高的問題，提供一種MIMO-OFDM系統中基于指數平滑的信道估計方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種MIMO-OFDM系統中基于指數平滑的信道估計方法，包括如下步驟：

步驟一：在MIMO-OFDM系統中獲取各符號信道頻率響應的LS估計值；

步驟二：通過離散傅立葉反變換獲得各符號信道沖激響應的LS估計值；

步驟三：通過指數平滑算法對信道沖激響應的LS估計值進行優化；

步驟四：通過離散傅立葉變換得到基于指數平滑的信道頻率響應。

為優化上述技術方案，采取的具體措施還包括：

所述步驟一中：

每個天線插入導頻的數量為M，OFDM采用K個子載波，梳狀導頻的間隔子載波數為p，滿足M＝[K/p]；

首先獲取導頻位置的頻域接收信號：

其中，P表示導頻所在位置，f表示頻域形式，i表示發射天線，j表示接收天線，ji表示從第i個發射天線到第j個接收天線，N_T表示發射天線數，X_i表示發射天線i上的信號矩陣，h_ji和z_j分別表示信號矩陣和噪聲；

將所有發射天線上的導頻信號按照以下方式進行排列，用Q_m(n)表示第m個發射天線上的第n個導頻信號，將導頻信號按照n的值分組排列，排列順序按照天線序號m的值升序排列，從而得到Q矩陣：

則所有發射天線到第j個接收天線之間的信道頻率響應為：

導頻接收信號為：

LS信道估計的解為：

其中