[发明专利]一种用于OFDM系统的信道估计及数据检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于OFDM系统的信道估计及数据检测方法，特别涉及一种高速移动场景下基于时延域基分解的OFDM系统的信道估计及数据检测方法，属于无线通信领域。

技术背景

正交频分复用(简称OFDM：Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术由于具有数据传输速率高，抗多径干扰能力强，频谱效率高、易于实现多址接入及资源分配灵活等优点，越来越受到重视。目前它已成功用于有线和无线通信，并被应用于新一代移动通信系统。当然，OFDM技术在移动通信系统中的实现也还存在许多实际的技术问题，子载波正交性问题正是其中一个较为关键的问题。

在无线通信系统中，收发台的相对运动使得信道产生多普勒效应及快衰落。而多普勒频移和信道快衰落会使得OFDM系统子载波之间的正交性遭到破坏，从而导致子载波间的相互干扰(ICI，Inter-Carrier Interference)，使系统性能恶化。在高速移动场景下，终端的移动性更强，信道时变特性更加明显，由此产生的多普勒效应及信道快衰落更为严重，ICI也愈加严重。这种由信道时变性而导致的ICI，使得OFDM系统在进行信道估计的过程中，不仅要考虑如何消除加性噪声还必须消除ICI。克服ICI对于信道估计的不良影响，获取准确的信道状态，从而最终实现OFDM系统相干解调，还原发送端发送的数据信息，是当前OFDM技术的一个研究重点。

许多常用的信道估计算法不考虑ICI的影响或把ICI当作噪声处理，因此不能获取准确的信道状态信息。一些研究通过预处理来克服信道时变性导致的ICI，从而实现利用一般信道估计算法来获取信道状态信息。在这些预处理技术研究中，采用编码技术可消除ICI，其系统设计简单且实现方便，但频谱利用率低，不满足现代通信中的高效传输要求，制约了其在实际中的应用；采用时域成形滤波技术可抑制成形波形的旁瓣和成形后的带外泄漏，减小子载波间的相互影响降低ICI从而使得一般的信道估计算法能够被采用，但移动速度相对较高时，这种方法不再适用；采用空间域线性天线阵列确定虚拟不动点或多普勒分集接收的方法能够对抗Doppler频偏，从而消除ICI，但其增加了设备复杂性，且有待深入研究。当然，适用于OFDM系统时变信道的估计算法也在不断提出。其中有些针对于特殊或有限制的信道，如当归一化Doppler频偏小于0.1时，认为信道抽头以线性变化，以此为条件来进行信道估计，但由于存在前提条件，实际应用有限。有的研究通过采用最小均方误差准则(MMSE，Minimum MeanSquared Error)对接收信号进行时频域滤波处理从而消除ICI并实现信道估计，但其复杂度高且需要已知信道统计信息。也有一些算法通过增加导频点数量来进行信道估计，但是时变性越强所需导频点数量越大，这大大降低了频谱利用率。

发明内容

本发明的目的是为了在移动场景特别是高速移动场景的OFDM信道估计中降低运算复杂度、提高实用性且避免利用信道统计信息，提出了一种用于OFDM系统的信道估计及数据检测方法，本方法将信道频域响应矩阵分解为表征时延域和表征ICI的两个部分，并通过对各自的简化实现了高速移动场景下OFDM系统的信道估计。

本发明的思路为：将ICI看做子载波间可确定的相互影响，并通过在系统发送端添加窗函数来减小子载波间的相互影响范围；将OFDM系统信道频域响应分解为表征时延域和表征ICI的两个部分；通过对表征时延域部分的矩阵进行基于离散长椭球体序列的分解和对表征ICI部分的矩阵进行基于物理实际的约束，减小了待确定未知参量的个数并得到了可求解的关系方程；利用最小二乘法来求解关系方程，并通过迭代归零去噪，可得到信道频域响应矩阵，从而实现信道估计；利用所得信道频域响应矩阵的特殊结构，实现逐点递进式的数据检测。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明提供的一种用于OFDM系统的信道估计及数据检测方法，所适用的OFDM系统具有以下特征：本发明发射端进行过时域加窗处理以抑制旁瓣减小泄漏；本发明是基于块状导频的信道估计方法，要求导频不存在非零元素且OFDM数据符号中设置有虚拟子载波。本方法的具体步骤如下：

1)接收端建立信道估计的目标函数：