[发明专利]一种干扰环境下的正交频分复用系统信道估计方法

说明书

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，尤其涉及正交频分复用(OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)系统的信道估计方法。

背景技术

正交频分复用是一种特殊的多载波调制方式。它将一个宽带信道分成多个相互正交的窄带平坦衰落子信道，高速数据信号被转换成并行的低速子数据流在各个子信道上传输，有利于克服无线信道的频率选择性衰落。为了得到最佳的传输性能，在接收端需要进行信道估计以获得信道的状态信息。

本发明所述信道估计是基于导频辅助的时域信道估计法，适合于等间隔放置梳状导频图案和块状导频图案。等间隔放置梳状导频图案如图1所示。令OFDM系统子载波总数为N，则子载波编号n＝0，1，...，N-1，第一个导频子载波位置相对于第0个子载波的偏移量为Δ∈{0，1，...，N-1}，相邻导频子载波间间隔为q，一个OFDM符号中导频子载波总个数为K，则一个OFDM符号中所有导频子载波下标集为Ω＝{Δ，Δ+q，Δ+2q，...，Δ+(K-1)q}。其中，相邻导频子载波间隔q的选取要保证其频率间隔小于信道的相关带宽。块状导频图案如图2所示。当一个OFDM符号中只有导频子载波时，称其为OFDM导频符号；当一个OFDM符号中只有数据子载波时，称其为OFDM数据符号。导频子载波下标集为Ω＝{0，1，...，N-1}，相邻导频符号间间隔为m。

热噪声环境下的OFDM系统信道估计方法已经有了大量研究。其中基于已知导频信号进行时频二维内插的方法最为广泛。该方法利用导频信号得到导频子载波处的信道估计值，然后进行时频二维内插得到数据子载波的信道估计值，其中，时频二维内插包括线性内插，高阶内插和DFT内插等。然而，在干扰环境下，利用导频信号得到导频子载波处的信道估计值包含了真实的信道频域响应和干扰信号，当干扰信号功率较大时，该信道估计值与真实信道频域响应之间存在不可忽略的估计误差，该估计误差随着时频二维内插扩散到数据子载波的信道估计值上，最终导致OFDM系统性能的恶化。这里所说的干扰信号指部分带宽干扰信号，其所占带宽仅为系统带宽的一部分。

在干扰环境下，考虑实际可操作性及性能，典型的OFDM系统信道估计方法有以下两种：

(i)基于期望最大(EM，Expectation-Maximization)迭代信道估计法。该方法通过EM迭代过程，利用前一次信道时域冲噭响应的估计值和接收导频信息，得到干扰信号和噪声方差的当前估计序列，根据该估计值构造加权对角矩阵，其对角元素为该干扰信号和噪声方差的当前估计序列，通过加权最小二乘(WLS，Weighting Least Square)估计法，获得估计误差最小意义下的最佳信道时域冲激响应的当前估计序列，对该信道时域冲激响应估计序列进行傅利叶变换，得到OFDM系统所有子载波处的信道频域响应估计序列。如此迭代进行，直到估计收敛或达到预设的迭代次数。对于第一次的信道时域冲噭响应估计，令加权对角矩阵为一单位阵。参见文献M.Morelli and M.Moretti，Channel estimation in OFDM systems with unknown interference，IEEE Trans.on Wireless Comm.，Otc.2009，8(10)：5338-5347。

(ii)联合干扰检测和信道估计法。该方法利用频域最小二乘(LS，LeastSquare)信道估计法得到导频子载波处的信道频域估计值，利用慢变信道下相邻OFDM符号间信道频域响应不变的特性，得到相邻OFDM符号间导频子载波处的噪声差值，将该噪声差值的模的平方建模为指数分布随机变量，借助顺序统计理论，求得干扰和噪声的方差。利用虚警概率检测法得到干扰在导频子载波中的位置，利用其他未受干扰导频子载波处的LS信道频域估计值恢复出受干扰导频子载波处的LS信道频域估计值。将得到的LS信道频域估计值进行时域噪声抑制后，经离散傅利叶变换，得到最终的LS信道频域估计值。参见文献：D.Wang，L.D.Jiang and C.He，Robust noise variance and channel estimation for SC-FDE UWB systems under narrowband interference，IEEE Trans.on Wireless Comm.，June 2009，8(6)：3249-3259。