專利名稱：一種基于mimo-ofdm信號(hào)循環(huán)平穩(wěn)特性的盲信噪比估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種信噪比估計(jì)方法，尤其是涉及一種基于MIM0-0FDM信號(hào)循環(huán)平穩(wěn)特性的盲信噪比估計(jì)方法。
背景技術(shù)：
從2G時(shí)代步入3G時(shí)代，雖然3G系統(tǒng)在傳輸速率上提高了近百倍，但是仍然無法滿足未來多媒體通信的需求，而作為3G系統(tǒng)的補(bǔ)充，第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)的提出便是滿足了更大的頻帶需求。MIM0(Multiple Input Multiple Output，多入多出)技術(shù)以及 OFDM (Orthogonal Frequency Divided Multiplexing，正交頻分復(fù)用)技術(shù)作為 4G 系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)得到普遍認(rèn)同。而作為MIMO和OFDM兩種技術(shù)的結(jié)合產(chǎn)物，MIM0-0FDM技術(shù)不僅擁有傳輸速率快、頻譜利用率高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，而且在不增加帶寬和功率的情況下，能夠成倍地提高無線通信系統(tǒng)的容量和頻譜效率。MIM0-0FDM技術(shù)在無線通信系統(tǒng)的發(fā)送端和接收端使用了多天線，并采用OFDM調(diào)制技術(shù)，已經(jīng)成為無線通信的研究熱點(diǎn)。無線通信的快速發(fā)展，使其對(duì)無線通信系統(tǒng)的抗干擾能力的要求逐漸提高，而信噪比是衡量無線通信系統(tǒng)的抗干擾能力的重要指標(biāo)。準(zhǔn)確的信噪比是反映通信質(zhì)量， 實(shí)現(xiàn)高速、高可靠性傳輸?shù)闹匾笜?biāo)。在多載波調(diào)制系統(tǒng)中，在接收端為了準(zhǔn)確的估計(jì)發(fā)送信號(hào)，必須做頻域均衡，這需要預(yù)先知道發(fā)送信號(hào)在傳輸過程中的信道參量；而在多載波調(diào)制系統(tǒng)的發(fā)送端，比特分配以及多進(jìn)制正交幅度調(diào)制(Multiple Quadrature AmplitudeModulation,MQAM)高階調(diào)制基于子載波上的信噪比值。信噪比估計(jì)的應(yīng)用還在于為自適應(yīng)編碼調(diào)制、空時(shí)編碼以及動(dòng)態(tài)資源分配與跨層優(yōu)化等提供準(zhǔn)確的物理層無線信道狀態(tài)參數(shù)，最終獲得空間、時(shí)間、頻率的分集增益，使多載波調(diào)制系統(tǒng)整體綜合性能達(dá)到最佳。由此可見，信道傳輸過程中的信噪比估計(jì)問題是通信領(lǐng)域的重要問題，它所涉及和影響的范圍非常廣泛，一直是當(dāng)前通信中的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。目前，多用戶MIM0-0FDM系統(tǒng)的盲信噪比估計(jì)還未有相關(guān)報(bào)道，而單個(gè)用戶的信噪比估計(jì)方法大致可以分為兩類一類是基于數(shù)據(jù)輔助的，即在各個(gè)符號(hào)中插入導(dǎo)頻(訓(xùn)練序列)；另一類是基于非數(shù)據(jù)輔助的，即不依賴發(fā)送端的已知信號(hào)，只根據(jù)接收信號(hào)來進(jìn)行處理，也就是盲信噪比估計(jì)方法。這兩類信噪比估計(jì)方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，基于數(shù)據(jù)輔助的信噪比估計(jì)方法的精確度較高，但是需要發(fā)送端發(fā)送導(dǎo)頻序列與接收端完成同步或在接收端完成接收判決才能進(jìn)行估計(jì)；而基于非數(shù)據(jù)輔助的盲信噪比估計(jì)方法不需要發(fā)送導(dǎo)頻信息，這樣大大提高了頻譜利用率，也不需要與接收端同步和完成判決，但其計(jì)算復(fù)雜度較高，估計(jì)時(shí)間較長。盲信噪比估計(jì)方法主要是基于信號(hào)本身的統(tǒng)計(jì)特性，如分離符號(hào)累計(jì)量估計(jì)方法 (SSME方法)、二階四階矩方法(M2M4方法)、信號(hào)方差比方法(SVR方法)、平方信號(hào)噪聲方差方法(SNV方法)等。但是這些方法在使用中都存在不同的問題，例如SSME方法只能在高斯白噪聲信道下二進(jìn)制相移鍵控(Binary Phase Shift Keying, BPSK)調(diào)制時(shí)才能進(jìn)行信噪比估計(jì)，而SNV方法在低信噪比時(shí)性能較差等。在MIMO-OFDM系統(tǒng)中，使用較多的是基于訓(xùn)練序列的信噪比估計(jì)方法，而盲信噪比估計(jì)方法目前還未有相關(guān)研究。在MIM0-0FDM 系統(tǒng)中，為消除符號(hào)間干擾(isi，Inter-Symbol Interference)而加入的循環(huán)前綴(CP， Cyclic Prefix)，使得OFDM信號(hào)具有循環(huán)平穩(wěn)特性，如何利用此特性把MIMO信道分離成多個(gè)多輸入多輸出信道以及如何設(shè)計(jì)基于二階統(tǒng)計(jì)量的盲信噪比估計(jì)具有重要的實(shí)際意義， 而鑒于其提高頻帶利用率的特點(diǎn)，勢必成為日后研究的熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
權(quán)利要求
1. 一種基于MIMO-ofdm信號(hào)循環(huán)平穩(wěn)特性的盲信噪比估計(jì)方法，其特征在于包括以下步驟①M(fèi)IM0-0FDM系統(tǒng)的各個(gè)信道采用多徑衰落模型，設(shè)MIM0-0FDM系統(tǒng)的發(fā)送端具有Mt 個(gè)發(fā)射天線，接收端具有Mk個(gè)接收天線，其中，MtS 1，MK> 1 ；②在MIM0-0FDM系統(tǒng)的發(fā)送端，首先對(duì)輸入的頻域數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)化，分成Mt個(gè)子符號(hào)流，然后采用信道編碼技術(shù)對(duì)每個(gè)子符號(hào)流進(jìn)行無失真壓縮編碼并在每個(gè)子符號(hào)流中加入用于克服子符號(hào)流在多徑衰落信道中受到的干擾和噪聲影響的冗余信息，再利用調(diào)制器對(duì)無失真壓縮編碼后的Mt個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行空時(shí)調(diào)制，對(duì)空時(shí)調(diào)制后的Mt個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)先后進(jìn)行傅里葉逆變換和正交頻分復(fù)用調(diào)制處理，得到Mt個(gè)時(shí)域數(shù)據(jù)信號(hào)，每個(gè)時(shí)域數(shù)據(jù)信號(hào)為由多個(gè)OFDM符號(hào)構(gòu)成的OFDM信號(hào)；③在每個(gè)OFDM信號(hào)中加入循環(huán)前綴和循環(huán)后綴，具體過程為對(duì)于當(dāng)前OFDM信號(hào)，將當(dāng)前OFDM信號(hào)的各個(gè)OFDM符號(hào)的最后端的CP個(gè)采樣點(diǎn)作為循環(huán)前綴復(fù)制到各個(gè)OFDM符號(hào)自身的最前端，將當(dāng)前OFDM信號(hào)的各個(gè)OFDM符號(hào)的最前端的CS個(gè)采樣點(diǎn)作為循環(huán)后綴復(fù)制到各個(gè)OFDM符號(hào)自身的最后端，得到加有循環(huán)前綴和循環(huán)后綴的OFDM信號(hào)，其中，CP e,C^ e [O^M)，M 為 OFDM 信號(hào)的子載波數(shù)；④對(duì)各個(gè)加有循環(huán)前綴和循環(huán)后綴的OFDM信號(hào)先后進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換和射頻模塊處理， 得到Mt個(gè)發(fā)送信號(hào)，各個(gè)發(fā)送信號(hào)通過各個(gè)發(fā)射天線相互平行地傳輸給MIMO-OFDM系統(tǒng)的接收端，將通過第i個(gè)發(fā)射天線傳輸給MIMO-OFDM系統(tǒng)的接收端的發(fā)送信號(hào)記為Xi (η)，其中，ie [1，Mt]，η表示連續(xù)時(shí)間變量；⑤在MIMO-OFDM系統(tǒng)的接收端，每個(gè)接收天線接收到的接收信號(hào)由不同時(shí)延的Mt路信號(hào)組成，將Xi (η)通過Mt個(gè)多徑衰落信道后被第t個(gè)接收天線接收到的接收信號(hào)記為Mt Lhyt (η), Λ( ) = Σ{Σ^em-X1 (η-Tium) + ^Nvit( )} φ, t e [1，Mj，η 表示連續(xù)時(shí)/=1 m=l間變量，Lh表示多徑衰落信道的多徑個(gè)數(shù)，me [1, Lh], hit表示發(fā)送信號(hào)經(jīng)過第i個(gè)發(fā)射天線到第t個(gè)接收天線接收所通過的多徑衰落信道，Sit, m表示多徑衰落信道hit的第m徑的信號(hào)功率因子，禮，m表示多徑衰落信道hit的第m徑的到達(dá)相位，τ it,m表示多徑衰落信道 hit的第m徑的時(shí)延，N為噪聲功率因子，Vit (η)表示多徑衰落信道hit上的平穩(wěn)高斯白噪聲， Xi (n-TitJ表示Xi (η)通過多徑衰落信道hit的第m徑的時(shí)延后的信號(hào)，j表示復(fù)數(shù)中的虛數(shù)單位；⑥首先根據(jù)自相關(guān)函數(shù)的定義，獲取Xi(η)通過Mt個(gè)多徑衰落信道后被第t個(gè)接收天線接收到的接收信號(hào)yt(η)的自相關(guān)函數(shù)，記力，Mt Lh LhRyt(n，r) = E{y,(n)y;(β + ^ = Id ^β^βΛ υΕ{χ,(β-τ—)χ(β + τ-τ一》+ Νδ(τη/=1 W1=I m2 =1，其中，τ表示延時(shí)變量，<( +力表示yt(n+T)的共扼，yt(n+T)表示yt(n)延時(shí)τ后的信號(hào)，Ε{}表示數(shù)學(xué)期望，五丨只…；！乂…+力}表示第t個(gè)接收天線接收到的接收信號(hào)yt(n) 的自相關(guān)函數(shù)，Hi1 e [1，Lh]，m2 e [1，Lh]表示多徑衰落信道hit的第Hi1徑的信號(hào)功率因子表示多徑衰落信道hit的第m2徑的信號(hào)功率因子，化mi表示多徑衰落信道hit的第 Hl1徑的到達(dá)相位，禮^表示多徑衰落信道hit的第m2徑的到達(dá)相位，^mi表示多徑衰落信道hit的第Hi1徑的時(shí)延，、^i2表示多徑衰落信道hit的第m2徑的時(shí)延，δ ( τ )為多徑衰落信道 hit上的平穩(wěn)高斯白噪聲Vit(Ii)的自相關(guān)函數(shù)，δ (τ)是變量τ的沖擊函數(shù)A…-、mi)表示Xi (η)通過多徑衰落信道hit的第Hi1徑的時(shí)延后的信號(hào)，χ；(η + τ-Zlt mi)表示Xi(η + τ- Tlt nti) 的共軛，+Xi (η+ τ )通過多徑衰落信道hit的第m2徑的時(shí)延后的信號(hào)，Xi (η+τ)表示Xi (η)延時(shí)τ后的信號(hào)，_+, )}表示Xi (η)的自相關(guān)函數(shù)，五化…-^^ + :-^^)} = ^…-、〒+、 -、m2);然后根據(jù)Xi (η)的自相關(guān)函數(shù)i^x^-r—Kh + r-L,)} = &( -、〒Γ + -Tlt^2)，將yt(n)的自相關(guān)函數(shù)轉(zhuǎn)化Mt Lh Lh為& ( , Γ) = Σ {Σ Σ V^Vi^徹f 2X (” - W1，丁 + Timi - ) +；z=l W1=I W2=I⑦根據(jù)MIM0-0FDM系統(tǒng)的第t個(gè)接收天線接收到的接收信號(hào)yt(η)的自相關(guān)函數(shù) Ryt ("，0，對(duì)離散時(shí)間點(diǎn)η對(duì)應(yīng)的& 力作傅立葉級(jí)數(shù)展開，得到y(tǒng)t (η)的周期自相關(guān)函數(shù)，記為尺(kr)= ^RytInWv ‘ 71 n=\MT Lh Lh _ __，= Σ ΣΣ β^βΖ —(k, τ + τ一 - τ一 V1 Ρ + N5(z)5(k)}z=l W1=I W2=I其中，k為循環(huán)頻率，P表示循環(huán)周期，民,(Kτ + Tlt mi -Tlt mi)表示Xi (n)的周期自相關(guān)函數(shù)& (K)延時(shí)^mi后的值，δ (τ) δ (k)表示多徑衰落信道hit上的平穩(wěn)高斯白噪聲 vit (η)的周期自相關(guān)函數(shù)，δ (k)是變量k的沖擊函數(shù)；⑧根據(jù)多徑衰落信道hit的第Hi1徑和第m2徑之間的時(shí)間間隔相等與否，將Mt Lh LhRyt 仄 Τ) = Σ {Σ Σ V^TV^Z^1 ―一 \ (k, τ + τ— -Ρ + N5{r)5{k)}z=l W1 =1 W2=IMj Lh_ .2—t’m轉(zhuǎn)化為 & (k,z)=氏 φ— z=l m=\Lh Lh_ 2^lt,mi‘+ Σ Σ,’"2 (k, T + - τι Λ)廣丁 + NS(k)S(r)}令mx =1 m2 =1 Yriy^m1Lh Lh_ 2兀切一Σ Σ(Kτ + Timi -Tlt^e ]~=0，則W1=I W2=IMT Lh_Ryl (k, Τ) = Σ(Σ Slt，mRx, (k, T)e]~ + NS(k)S(T)}；/=1 m=l⑨假設(shè)需要估計(jì)多徑衰落信道hab上的信噪比，令t= b，則將Xi (η)通過Mt個(gè)多徑衰落信道后被第b個(gè)接收天線接收到的接收信號(hào)^ (η)表示為Mt Lh ___ y = l;{i:V^>;wh>-^J+V^ }，將y>)的周期自相關(guān)函數(shù)Μ (k r)表示z'=l w=lyb、‘Mt Lh_為-.Rn (k, O =藝{藝 S1^mRxi (k,+ N5(k)5(T)}，然后根據(jù) yb (η)是否有第 a 個(gè)發(fā)射天線發(fā)送的發(fā)送信號(hào)，將
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MIM0-0FDM信號(hào)循環(huán)平穩(wěn)特性的盲信噪比估計(jì)方法，其特征在于重復(fù)執(zhí)行步驟① 500 1000次，并根據(jù)各次計(jì)算得到的信噪比估計(jì)值的總和計(jì)算平均值，將該平均值作為最終的信噪比估計(jì)值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于MIMO-OFDM信號(hào)循環(huán)平穩(wěn)特性的盲信噪比估計(jì)方法，其利用MIMO-OFDM系統(tǒng)的發(fā)送的OFDM信號(hào)本身具有的循環(huán)平穩(wěn)特性，通過選取適當(dāng)循環(huán)后綴長度以及發(fā)送信號(hào)的周期自相關(guān)函數(shù)不同的零點(diǎn)，可以有效地把MIMO信道轉(zhuǎn)化成多個(gè)單輸入單輸出信道，然后利用二階統(tǒng)計(jì)量可準(zhǔn)確估計(jì)出多徑環(huán)境下各個(gè)信道的信噪比值，與現(xiàn)有的基于訓(xùn)練序列的信噪比估計(jì)方法相比，本發(fā)明方法提高了MIMO-OFDM系統(tǒng)的頻帶利用率，且估計(jì)速度快，同時(shí)估計(jì)精確度并未降低。
文檔編號(hào)H04L25/03GK102255836SQ20111020180
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月19日
發(fā)明者李有明, 洪順利, 金明, 高瑤 申請(qǐng)人:寧波大學(xué)