[发明专利]稀疏信道的导频优化方法、装置和信道估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种稀疏信道的导频优化方法、装置和信道估计方法。

背景技术

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)作为第四代移动通信及未来无线通信的核心技术，能有效对抗无线传播中的多径效应、简化均衡器设计、降低接收机复杂度和功耗并提高频谱利用率。信道估计作为OFDM系统的关键环节之一，对信号传输所经历的信道的时延、衰减、多径等参数进行估测。信道估计的准确程度对信道均衡、解调和信道译码等均有直接的影响。因此，信道估计技术一直倍受研究者关注。

信道估计可分为盲估计和导频辅助信道估计(Pilot Assisted Channel Estimation，PACE)两大类。其中，盲估计利用传输数据本身的一些特性对信道进行估计，由于其运算复杂度较高且实时性差，在实际通信系统中很少采用。PACE在发送数据前，预先插入一些接收端已知的符号(即导频)，接收机基于最小二乘(Least Squares，LS)或者最小均方误差(Minimum Mean Square Error，MMSE)等准则对信道进行估计。最近新出现的稀疏信道估计(Sparse Channel Estimation)或者称为压缩信道感知(Compressed Channel Sensing)，也属于PACE范畴，它利用无线信道的稀疏性，将压缩感知(Compressed Sensing，CS)技术用于信道估计。相比传统的LS或MMSE信道估计，压缩感知技术能大幅度降低导频开销，提高频谱利用率和信道估计精度。考虑到无线信道的时延扩展和接收机前端较高的采样率，信道多径分量分散于这一时延扩展中，经过采样以后的信道冲击响应(Channel Impulse Response，CIR)序列通常呈现大多数为零、少数非零的稀疏性，尤其对于普遍使用过采样技术的OFDM系统，这一稀疏特性更为明显。

在现有技术一中，长期演进（Long-Term Evolution，LTE)系统主要采用均匀导频的分配方式，导频的位置在频率域和时间域上均匀分布。很多研究文献表明，这类均匀分布的导频设计方法对于基于压缩感知的信道估计方案并不是最优的。因此，有必要对基于压缩感知信道估计的方案进行专门的导频设计。

在现有技术二中，公开了一种基于压缩感知的非连续正交频分复用信道估计方法。该方法包括：设计信道估计导频图案；导频图案的选取；信道频域响应的估计。导频图案选择使用以下两种方案。方案一：保留传统的均匀导频图案，禁用子载波处的导频自然禁用，从而使可用导频呈现自然的不均匀性；方案二：固定导频数量，基于恢复矩阵互相关最小化的准则，以更少的导频获得优于目前其他方法的信道估计性能和系统误码率性能。本方法可以在多种禁用子载波场景下，以更少的导频获得优于目前其他方法的信道估计性能和系统误码率性能。该方法主要考虑如何在非连续正交频分复用情况下进行导频设计，以及在优化后导频位置与禁用位置重合情况下的导频优化设计方法，并没有对连续子载波情况下的最优导频设计方案作出讨论。

在现有技术三（C.Qi and L.Wu,“A Study of Deterministic Pilot Allocation for Sparse Channel Estimation in OFDM Systems,”IEEE Comm.Lett.,Vol.16,No.5,pp.742-744,May 2012.）中，公开了一种基于正交频分复用的导频优化方法。该方法能够在子载波数目不规则的情况下，利用随机近似的方法获得近似的最优导频分布，并能够取得较优的收敛速度和信道估计增益。但该方法的收敛速度仍有不足。

在现有技术四中，采用穷举法生成优化导频排布，即每次随机生成导频排布，在指定的程序运行时间内，从所有随机生成的导频排布中选择一个目标函数值最小的导频排布。这种方法的收敛性能、均方误差（Mean Square Error，MSE）性能及误码率（Bit Error Rate，BER）性能均有所欠缺。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种稀疏信道的导频优化方法、装置和信道估计方法。可对基于压缩感知技术的信道估计方案进行专门的导频设计，优化导频排布，提高OFDM稀疏信道估计的均方误差和误码率性能。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种稀疏信道的导频优化方法，包括：