[發(fā)明專利]基于頻響預(yù)插值的正交匹配追蹤信道估計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010540574.3
• 申請(qǐng)日: 2020-06-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111726308B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-08-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬璐;李桃;喬鋼
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L25/02
• 分類號(hào): H04L25/02;H04B11/00;H04B13/02
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1.一種基于頻響預(yù)插值的正交匹配追蹤信道估計(jì)方法，其特征是包括如下步驟：

步驟1：對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行處理，得到導(dǎo)頻所在子載波處的信道頻域響應(yīng)；

步驟2：根據(jù)插值算法的性能選擇局部預(yù)插值或整體預(yù)插值，將步驟1中得到的信道頻域響應(yīng)進(jìn)行預(yù)插值至原始長(zhǎng)度的β倍，并利用基于IFFT的OMP信道估計(jì)算法完成路徑時(shí)延估計(jì)；A.CP-OFDM系統(tǒng)與水聲多徑信道模型

為了建立OFDM系統(tǒng)的基本模型，假設(shè)一個(gè)OFDM符號(hào)有K個(gè)子載波，第k個(gè)子載波的頻率是f_k，對(duì)應(yīng)的發(fā)送數(shù)據(jù)符號(hào)是s[k]，OFDM的符號(hào)周期是T，循環(huán)前綴的長(zhǎng)度是T_cp，載波頻率是f_c，第k個(gè)子載波的頻率是：

在發(fā)送OFDM信號(hào)之前，需要先利用IFFT先對(duì)其進(jìn)行調(diào)制，OFDM中的各個(gè)子載波間是嚴(yán)格正交的，利用IFFT算法快速實(shí)現(xiàn)子載波間的疊加，得到的帶通信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式如下：

假設(shè)信號(hào)傳輸經(jīng)過(guò)很多條路徑，但是其中只有L個(gè)非零抽頭，考慮水聲信道給信號(hào)造成的影響，每條子路徑的信道幅度和信道時(shí)延分別是是A_l和τ_l(L＝0,1,L,L-1)；由于每個(gè)OFDM符號(hào)的周期比較短，默認(rèn)在OFDM的一個(gè)符號(hào)周期內(nèi)，路徑增益和路徑時(shí)延不會(huì)發(fā)生變化，多普勒頻移為f_d，接收端的時(shí)域信號(hào)的表達(dá)式為

代入帶通信號(hào)x％(t)的具體表達(dá)式可得：

其中，是信道中的噪聲；在接收端，需要對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行下變頻、過(guò)低通濾波器和去CP處理，處理完成之后帶通信號(hào)變成基帶信號(hào)，表達(dá)式為

為了得到離散信號(hào)，對(duì)基帶信號(hào)y(t)進(jìn)行采樣，采樣間隔t＝T/K，得到離散信號(hào)如下：

其中，是歸一化多普勒頻偏；是帶通信號(hào)的載波頻率；

在接收端，需要對(duì)信號(hào)做解調(diào)處理，即FFT變換，F(xiàn)FT變換就是將接收信號(hào)分解成各次諧波的疊加，恢復(fù)出原始信號(hào)；如果把結(jié)果寫(xiě)成矩陣形式的表達(dá)式，

其中，z是接收信號(hào)列向量，s是發(fā)送數(shù)據(jù)符號(hào)列向量，w是噪聲列向量，

C_ε＝FΛ_εF^H

其中，矩陣H是信道頻域響應(yīng)矩陣，它主要體現(xiàn)的是信道給信號(hào)帶來(lái)的時(shí)延、多普勒以及路徑增益等影響；F是大小為k×k的傅里葉變換矩陣；

在水聲OFDM系統(tǒng)中，為了估計(jì)信道會(huì)在發(fā)射信號(hào)中加入導(dǎo)頻，導(dǎo)頻個(gè)數(shù)為N_p，在子載波上以間距D_p等間隔分布，導(dǎo)頻的總數(shù)量N_p＝K/D_p，接收信號(hào)中導(dǎo)頻的頻域響應(yīng)為

式中，導(dǎo)頻分布位置是接收信號(hào)中導(dǎo)頻的頻域響應(yīng)；是N_p×1的導(dǎo)頻信號(hào)列向量，

因?yàn)楹褪且阎模ㄟ^(guò)即得到導(dǎo)頻所在子載波處的信道頻域響應(yīng)；B.基于頻響預(yù)插值的時(shí)延估計(jì)模型

在OMP信道估計(jì)算法中，路徑時(shí)延估計(jì)公式如下所示：

其中，λ為時(shí)延網(wǎng)格的過(guò)采樣因子；

從公式(9)中可以看出，OMP信道估計(jì)算法能估計(jì)的最大路徑時(shí)延是N_pT/K，該算法能估計(jì)的路徑時(shí)延范圍取決于導(dǎo)頻數(shù)N_p，N_p越大，可估計(jì)的路徑時(shí)延范圍也就越大；

對(duì)于具有等間隔導(dǎo)頻的OFDM系統(tǒng)，在OMP信道估計(jì)算法中利用插值算法等間隔地對(duì)頻響進(jìn)行預(yù)插值至βN_p個(gè)，測(cè)量的最大時(shí)延增加至β(N_pT/K)；

步驟3：輸出路徑時(shí)延估計(jì)結(jié)果。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于頻響預(yù)插值的正交匹配追蹤信道估計(jì)方法，其特征是：在插值算法包括但不局限于線性插值、三次插值或拉格朗日插值。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于頻響預(yù)插值的正交匹配追蹤信道估計(jì)方法，其特征是所述的根據(jù)插值算法的性能選擇局部預(yù)插值或整體預(yù)插值具體為：

所述的局部預(yù)插值，適用于插值算法的MSE位于0.03-0.1時(shí)，是僅在OMP信道估計(jì)算法的每次迭代中，對(duì)用于估計(jì)時(shí)延的頻響序列進(jìn)行預(yù)插值至原始長(zhǎng)度的β倍；

所述的整體預(yù)插值，適用于插值算法的MSE位于小于0.03時(shí)，是在利用OMP信道估計(jì)算法之前對(duì)頻響序列進(jìn)行預(yù)插值至原始長(zhǎng)度的β倍。