[发明专利]基于SC－FDE和虚拟多天线的无线传感器网络信道估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线信息传输领域，特别涉及一种基于单载波频域均衡技术和虚拟多天线技术的宽带无线传感器网络中的信道估计方法。

背景技术

多输入多输出(MIMO)技术是指在发送端和接收端都采用多天线的技术，其能够显著提高通信系统的容量和无线传输链路的质量，因而其已成为无线通信领域里的一个研究热点。然而，由于受终端设备价格、及体积等因素的影响，在无线传感器网络的节点上配置多天线是不太切合实际的。为了解决这个问题，协作通信和虚拟多天线这两个技术应运而生。

协作通信技术是一种以分布式的形式开拓空间分集的方法。利用无线信号在传输的过程中能被周围的中继节点收到的特点，作为信源节点的发射端可以与作为中继节点的发射端协作将信息传递到作为信宿节点的接收端，从而达到空间分集的目的。如此，通过一定的协议可使各单天线系统共享彼此天线而形成虚拟多天线来协作传输信息，从而可以有效地提高系统性能。而按照作为中继节点的发射端对接收信号的操作方式，协作方案可分为放大转发(AF)、译码转发等，其中AF方案由于其复杂度较低，且只需要中继节点简单地转发经线性处理过的信号而不需要解码，因此更加受到人们关注。

随着人们对通信宽带化的需求，无线通信系统正由窄带向宽带迅速发展。宽带无线通信系统将面临频率选择性多径信道。目前，正交频分复用(OFDM)和单载波频域均衡技术(SC-FDE)是两种对付多径衰落简单而有效的手段。二者通过给数据帧添加循环前缀(CP)能有效地避免由多径衰落引起的符号间干扰。但是，OFDM系统自身的许多缺点，例如它的峰值平均功率比过大和子载波对频偏敏感，限制着它的实用步伐，尤其对于无线传感器网络中分布式协作的节点。而SC-FDE在发射端通过引入CP将多径信道对信号的线性卷积作用转化为循环卷积，在接收端通过FFT/IFFT来实现频域均衡，和OFDM系统相比，具有相同的复杂度和相似的性能，但克服了OFDM系统固有的高峰均功率比和子载波同步等问题。由此，将SC-FDE引入到无线传感器网络中来对付多径衰落是一个非常重要的研究课题。

信道状态信息主要用于信宿节点的信道均衡和数据检测，而基于训练序列辅助的信道估计是一种获取信道状态信息简单而有效的方法，而在一专利申请号为200710045110.X的中国专利申请中提出了一种基于放大转发协作处理的宽带无线传感器网络信道估计方法，其通过中继节点的酉矩阵变换来克服现有各技术方案只适用于基于OFDM的单中继节点协作通信的缺点，但由于这种方法采用时域处理来对信道参数进行估计，而在基于SC-FDE和虚拟多天线技术的无线传感器网络中，信宿节点的信道均衡却是在频域实现的，因此，如何有效地解决与单载波基带数据分块传输系统共存的信道参数估计问题已成为本领域技术人员亟待解决的课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于SC-FDE和虚拟多天线的无线传感器网络信道估计方法，以实现在具有中继节点AF协作通信的无线传感器网络中的高精度、低复杂度的信道估计。

为了达到上述目的，本发明提供的基于SC-FDE和虚拟多天线的无线传感器网络信道估计方法，其包括步骤：1)在一宽带无线传感器网络中，作为信源节点的发射端确定作为训练序列的Chu序列长度值，并估计出所述无线传感器网络中作为中继节点的中继端和作为信宿节点的接收端的噪声功率及确定各节点间信道时域响应的最大非零抽头个数；2)根据确定的训练序列长度值、最大非零抽头个数及估计的噪声功率确定所述发射端及中继端的功率分配系数，以使确定的各功率分配系数的总和为2，同时在确定的功率分配系数条件下的信道的均方估计误差最小；3)所述发射端根据确定的长度值及功率分配系数选择相应的Chu序列作为时域训练序列，并添加循环前缀于所述时域训练序列以形成信源信号，再将所述信源信号在第一时隙发射；4)中继端根据所估计的噪声功率及所述发射端的功率分配系数确定中继端的功率归一化系数；5)中继端在所述第一时隙接收到信源信号后，去除其循环前缀，再对其乘以所确定的功率归一化系数及中继端的功率分配系数后，再添加新循环前缀形成中继信号，中继端在第二时隙形成的中继信号予以发射；6)在所述宽带无线传感器网络中，作为信宿节点的接收端分别在第一时隙及第二时隙接收信号，并将接收到的信源信号及中继信号分别去除循环前缀后变换到频域以形成接收信号；7)所述接收端将所述接收信号进行最小方差无偏信道估计以获得相应的各信道参数。