[發(fā)明專利]面向5G高速移動場景的低復(fù)雜度GFDM信道估計方法

有效

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• 申請日: 2018-12-25
• 公開（公告）號: CN109639602B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳虹;張鈺婷;劉兵;耿雪
• 申請（專利權(quán)）人: 南開大學(xué)
• 主分類號: H04L25/02
• 分類號: H04L25/02;H04L5/00
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本發(fā)明提出一種針對5G高速移動通信場景下的基于GFDM數(shù)據(jù)塊的BEM?wiener信道估計方案，包含步驟：設(shè)計符合GFDM符號的導(dǎo)頻模型；提出針對GFDM數(shù)據(jù)塊的BEM信道估計算法；通過四階滑動頻域維納濾波估計出導(dǎo)頻時隙符號，二階滑動時域維納濾波內(nèi)插得到數(shù)據(jù)符號值。本發(fā)明針對5G中的高速移動通信場景，通過設(shè)計結(jié)合5G?NR標(biāo)準(zhǔn)和高速運動特征的GFDM信號導(dǎo)頻圖案，保證資源塊內(nèi)數(shù)據(jù)點之間的相關(guān)性；提出基于GFDM數(shù)據(jù)塊的BEM二維滑動維納濾波信道估計方案，采用BEM信道估計方案完成導(dǎo)頻點估計，并利用時域二維滑動維納濾波完成數(shù)據(jù)點插值。從理論分析和仿真結(jié)果來看，該方案能夠有效的抑制高速移動帶來的頻域彌散，降低系統(tǒng)誤碼率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種針對5G高速移動場景所提出的基于GFDM調(diào)制系統(tǒng)的利用基擴(kuò)展模型及維納滑動濾波上進(jìn)行的高精度低復(fù)雜度信道估計方法。

背景技術(shù)

第五代移動通信作為一個能夠提供全方位、多樣化的無線通信與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的未來通信系統(tǒng)，將是一個包含各種頻段、各種無線技術(shù)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。2018年6月由3GPP確定的5GNR協(xié)議中提出5G對空中接口的要求包括了極簡設(shè)計、前向兼容、超寬頻帶范圍、低延遲以及對多天線的兼容性，因此，設(shè)計統(tǒng)一的5G 新空口以滿足多個主要場景的技術(shù)需求是5G研究的重中之重。GFDM是一種為適應(yīng)廣泛場景應(yīng)用而提出的多載波調(diào)制方案。相較于OFDM，GFDM由循環(huán)卷積濾波器完成子載波脈沖成型使得其可以應(yīng)對長、短脈沖傳輸，對脈沖波形的靈活選擇可以降低帶外輻射，基于塊插入的CP(Cyclic Prefix，循環(huán)前綴)可以提高頻譜利用率，二維時頻傳輸塊可以根據(jù)場景靈活調(diào)控，滿足對海量連接或超低時延的技術(shù)需求，搭建統(tǒng)一的空中接口。這些優(yōu)勢使得GFDM成為了非常有前景的5G備選技術(shù)，且由于其時頻結(jié)構(gòu)的靈活性， GFDM可以輕松向前兼容LTE(Long Term Evolution，長期演進(jìn))中主流的OFDM(子符號數(shù)為1)以及 SC-FDMA(子載波數(shù)為1)。但同時，GFDM也有其缺陷，GFDM多載波調(diào)制系統(tǒng)屬于一種非正交多載波調(diào)制，由于它的子載波之間、符號之間不是相互正交，所以即使它是在理想平坦衰落信道下傳輸，該系統(tǒng)由于自干擾仍然會存在ICI干擾。尤其當(dāng)面臨高速移動時，GFDM將面臨相對于OFDM調(diào)制系統(tǒng)更嚴(yán)重的信號干擾。

在低速移動應(yīng)用場景下，對于頻率選擇性的慢時變信道，采用LTV(linear time-varying，線性時變) 模型可搭建信道模型，采用頻域單抽頭均衡算法即可完成信道估計；但是，如果通信設(shè)備在高速移動場景中，無線信道隨時間劇烈變化，信道估計算法如果仍將傳輸信道看作正交矩陣結(jié)構(gòu)、將ICI當(dāng)作附加噪聲，則不能準(zhǔn)確描述實際的信道，在解調(diào)是造成較大的系統(tǒng)偏差；若采用信道抽頭算法，大量的待估計參數(shù)會導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜度急劇上升。在GFDM系統(tǒng)中，快時變信道下子載波之間ICI干擾導(dǎo)致信道在延遲-多普勒域的稀疏度隨時間變化，忽略ICI影響的簡化信道估計算法會降低算法精度，但考慮ICI影響的非正交矩陣模型計算復(fù)雜度高。因此，尋找一種簡化的模型算法來表述信道特征，降低運算復(fù)雜度，增強GFDM在快時變信道下的信道估計性能是目前研究的重點。

目前針對GFDM系統(tǒng)所提出的信道估計方案主要集中在平緩信道及低速信道條件下，采用頻域單抽頭均衡算法完成對GFDM的信道估計，對于在高速移動場景下的研究還比較匱乏，有研究提及了GFDM 調(diào)制在快時變信道下的干擾問題，但是對于具體的信道估計算法及干擾抑制算法沒有做必要的敘述和說明。因此需要研究一種更精準(zhǔn)同時更簡便的適用于GFDM調(diào)制系統(tǒng)的低復(fù)雜度信道估計方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種快時變信道下基于GFDM數(shù)據(jù)塊的BEM-wiener信道估計方案，通過設(shè)計針對高速運動下的GFDM信號的導(dǎo)頻圖案，保證了一個資源塊內(nèi)數(shù)據(jù)點之間的相關(guān)性；提出了一種基于GFDM數(shù)據(jù)塊的BEM二維滑動維納濾波信道估計方案，采用BEM信道估計方案完成對導(dǎo)頻點信號進(jìn)行估計，并利用時域二維滑動維納濾波完成對數(shù)據(jù)點的插值。從理論分析和仿真結(jié)果來看，該方案能夠有效的抑制高速移動帶來的頻域彌散，降低相鄰子載波間的干擾，同時以滑動維納濾波的采用，大大降低了運算的復(fù)雜度。本算法采用的技術(shù)方案包含以下步驟：