一種用于濾波器組多載波系統(tǒng)信道估計(jì)的輔助導(dǎo)頻方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無(wú)線通信中的多載波通信技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種用于濾波器 組多載波系統(tǒng)信道估計(jì)的輔助導(dǎo)頻方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 多載波調(diào)制是一種有效的傳輸技術(shù)。通過(guò)多載波調(diào)制，可用的信道被分為若干 個(gè)并行的子信道，每個(gè)子信道有與之關(guān)聯(lián)的子載波。發(fā)射機(jī)可以有效的將若干并行低速 率輸入信號(hào)轉(zhuǎn)化為一個(gè)高速率信號(hào)，然后在信道中傳輸。另一方面，接收機(jī)必須能夠完 全重構(gòu)或者很好的近似重構(gòu)出低速率信號(hào)。綜合分析濾波器組，或者說(shuō)多路傳輸復(fù)用 (Transmutiplexer，TMUX)結(jié)構(gòu)，是多載波系統(tǒng)的的核心組成。綜合濾波器組（Synthesis filterbank，SFB)由一組并行的發(fā)射濾波器組成，而分析濾波器組（Analysisfilter bank，AFB)包含相應(yīng)的接受濾波器。由于濾波器組的領(lǐng)域很廣，存在很多的實(shí)現(xiàn)方式。在 實(shí)際應(yīng)用中，設(shè)計(jì)濾波器組遵循的一個(gè)重要準(zhǔn)則是執(zhí)行的復(fù)雜度。在調(diào)制濾波器組方法中， 所有的子信道濾波器都可以從綜合和分析原型濾波器通過(guò)使用余弦，正弦或者指數(shù)調(diào)制而 來(lái)。不僅僅設(shè)計(jì)高效，而且從執(zhí)行的角度也很高效。因此，調(diào)制濾波器組技術(shù)由于具有很高 的計(jì)算性能，常常作為設(shè)計(jì)濾波器組的一個(gè)重要方法。
[0003] 通信領(lǐng)域存在很多種多載波技術(shù)，但是正交頻分復(fù)用（0FDM)毫無(wú)疑問(wèn)，是具有統(tǒng) 治地位的一種技術(shù)。例如，無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN)，數(shù)字音頻和視頻廣播（DAB，DVB-T，DVB-H)， 第四代移動(dòng)通信（LTE)，無(wú)線城域網(wǎng)（WIMAX)等等標(biāo)準(zhǔn)，都將OFDM作為多載波調(diào)制方法。從 濾波器組的角度看，0FDM基于逆離散傅立葉變換（IDFT)和離散傅立葉變換（DFT)分別作為 綜合濾波器組和分析濾波器組用于調(diào)制和解調(diào)。另外，0FDM的原型濾波器是一個(gè)矩形窗， 矩形窗的長(zhǎng)度為傳輸?shù)?FDM符號(hào)長(zhǎng)度。對(duì)理想傳輸信道來(lái)說(shuō)，由于子信道的正交性，接受 信號(hào)能完全恢復(fù)。在實(shí)際信道中，特別是無(wú)線信道中，由于存在多徑傳輸，具有不同的時(shí)延， 符號(hào)間會(huì)存在干擾（ISI)。為了抵抗多徑干擾，0FDM需要在符號(hào)前加入循環(huán)前綴，而且循環(huán) 前綴的長(zhǎng)度要大于信道最大路徑時(shí)延。然而由于子信道并沒(méi)有完全隔離，相鄰信道之間存 在主瓣重疊，而且，在很廣的頻域內(nèi)，存在較大的旁瓣泄漏，第一個(gè)旁瓣僅僅比主瓣低13dB。 這些旁瓣與主瓣在整個(gè)頻域內(nèi)會(huì)產(chǎn)生干擾，在快衰落和存在頻率偏移的情況下，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán) 重的載波間干擾問(wèn)題。而且，如果存在窄帶間干擾，0FDM系統(tǒng)的性能下降的會(huì)很嚴(yán)重。由 于窄帶干擾的能量會(huì)延伸到很多相鄰子信道，所以很難簡(jiǎn)單的把存在干擾的子信道關(guān)掉。
[0004] 由于0FDM的上述缺陷，研宄人員發(fā)明了更多的多載波技術(shù)，例如離散小波多音 (Discretewaveletmultitone，DWM)，濾波多音（Filteredmultitone，F(xiàn)MT)，余弦調(diào)制多 音（cosinemodulatedmutitone，CMT)，基于 0FDM/0QAM的技術(shù)，基于改進(jìn)DFT的技術(shù)等， 這些技術(shù)拋棄了簡(jiǎn)單的IDFT/DFT結(jié)構(gòu)，取而代之的是具有很高的頻率選擇性的濾波器組 結(jié)構(gòu)。宏觀上講，這些技術(shù)都屬于濾波器組多載波（FBMC)的范疇，通過(guò)使用更長(zhǎng)和頻譜形 狀精心設(shè)計(jì)的原型濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)提高頻率選擇性的目的。由于良好的原型濾波器的設(shè)計(jì)， 頻率響應(yīng)的旁瓣泄漏與0FDM相比下降了很多。這樣，所有執(zhí)行到都能很好的包含頻譜，而 且也產(chǎn)生了很好的抗窄帶干擾能力。接下來(lái)，為了使相鄰子載波信號(hào)相互獨(dú)立，僅僅需要將 其中間的執(zhí)行到留空就行。然而，在提高執(zhí)行到頻率選擇性的同時(shí)，連續(xù)的符號(hào)波形在時(shí)域 上會(huì)高度重疊，也就是本身就存在符號(hào)間干擾，因此沒(méi)有必要像OFDM那樣加入循環(huán)前綴。
[0005] 和0FDM不同，F(xiàn)BMC傳輸?shù)氖?QAM符號(hào)。歐洲的PHYDYAS項(xiàng)目組進(jìn)行設(shè)計(jì)了一個(gè) 原型濾波器，并且設(shè)計(jì)了有效的濾波器組結(jié)構(gòu)。由于FBMC中干擾的存在，導(dǎo)致FBMC無(wú)法像 0FDM那樣進(jìn)行導(dǎo)頻設(shè)置和信道估計(jì)，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的導(dǎo)頻設(shè)計(jì)和信道估計(jì)方法無(wú)法排除干擾， 估計(jì)的信道值會(huì)嚴(yán)重偏差，導(dǎo)致接收機(jī)無(wú)法準(zhǔn)確恢復(fù)發(fā)射信號(hào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本文發(fā)明了一種輔助導(dǎo)頻信道估計(jì)方法，在實(shí)際導(dǎo)頻的 附近位置選取一個(gè)位置放置輔助導(dǎo)頻，輔助導(dǎo)頻的值由周圍符號(hào)和干擾系數(shù)決定，這個(gè)輔 助導(dǎo)頻可以消除周圍符號(hào)對(duì)導(dǎo)頻的干擾，從而進(jìn)行精確的信道估計(jì)，然后利用插值算法，進(jìn) 行整個(gè)傳輸幀的信道估計(jì)，進(jìn)而恢復(fù)發(fā)射信號(hào)。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種用于濾波器組多載波系統(tǒng)信道估計(jì)的輔助 導(dǎo)頻方法，所述方法包括如下步驟：
[0008] (1)計(jì)算濾波器組多載波系統(tǒng)的干擾系數(shù)tk,n;
[0009] (2)設(shè)計(jì)輔助導(dǎo)頻位置；
[0010] ⑶在導(dǎo)頻位置處放置導(dǎo)頻值氣；
[0011] (4)計(jì)算除了輔助導(dǎo)頻位置外其他位置符號(hào)對(duì)導(dǎo)頻位置的干擾值"v<。，
為距離目標(biāo)資源塊（k，n)處的干擾 系數(shù)；
[0012] (5)計(jì)算導(dǎo)頻的
其中ka，na為輔助導(dǎo)頻的位置；
[0013] (6)發(fā)射端通過(guò)IFFT和PPN進(jìn)行發(fā)射，接收端通過(guò)PPN和FFT接收；
[0014] (7)利用輔助導(dǎo)頻進(jìn)行信道估彳
，式中氣,《。代表實(shí)際導(dǎo)頻處的接收信 號(hào)，元。。代表發(fā)射端放置的實(shí)際導(dǎo)頻數(shù)據(jù)，然后根據(jù)插值算法，計(jì)算整個(gè)幀時(shí)頻域的信道 值；
[0015] (8)利用信道值進(jìn)行接收信號(hào)均衡和發(fā)射數(shù)據(jù)恢復(fù)，
，式中Xk，n代接收 到的信號(hào)，dk，nR表恢復(fù)信號(hào)。
[0016] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述步驟（2)中設(shè)計(jì)輔助導(dǎo)頻位置為干擾系數(shù)最大的 位置。
[0017] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述濾波器為PHYDYAS原型濾波器。
[0018] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述步驟（1)中的干擾系數(shù)按照下表來(lái)確定：
[0019]
[0020] 其中，橫軸代表傳輸幀符號(hào)編號(hào)，縱軸代表傳輸幀子信道編號(hào)。
[0021] 由于在FBMC系統(tǒng)中，利用導(dǎo)頻進(jìn)行信道估計(jì)時(shí)，導(dǎo)頻會(huì)受到系統(tǒng)固有干擾的影 響，無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確的信道估計(jì)。通過(guò)本發(fā)明方法由于可以消除導(dǎo)頻受到的固有干擾，因此可 以進(jìn)行準(zhǔn)確的信道估計(jì)。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1為本發(fā)明的FBMC-0QAM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；
[0023] 圖2進(jìn)行MATLAB仿真的結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0025] 忽略信道和噪聲影響，對(duì)一個(gè)理想的FBMC-0QAM系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，接收信號(hào)氣與發(fā)射 信號(hào)dk，n的關(guān)系如下：
[0026]
[0027] 其中，七^(guò)表示經(jīng)過(guò)0QAM調(diào)制之后的發(fā)射信號(hào)，為純實(shí)數(shù)；\-^。-?為距離目標(biāo)資源 塊（k，n)處的干擾系數(shù)，（k，n)表示傳輸幀資源塊位置?？紤]到信道和噪聲的影響，則接受 信號(hào)為：
[0028]
[0029] \為為('《〇)處的信道響應(yīng)系數(shù)