[发明专利]基于多输入多输出正交频分复用的宽带短波信道估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域的信道估计方法，具体是基于宽带短波MIMO-OFDM系统的信道估计方法。

背景技术

短波通信是指在频段1.5M-30MHz(波长10m-200m)范围内进行的无线电通信。这一频段包括短波波段(3M-30MHz)和部分的中波波段(1.5M-3MHz)，因此短波通信又被称为高频(High Frequency，HF)通信。由于短波传播距离远，所以其一度成为中、远程通信的主要无线通信手段。同时，短波通信又具有成本低，设备简单，通信方式灵活，抗毁性好和保密性强等优点，因此在军事、气象、航空和抢险救灾等领域得到了广泛的应用。

现代短波通信以“宽带高速”为主要特征，其属于无线通信领域，信道环境复杂恶劣。由于短波传输中是通过电离层进行反射传输信息，而电离层经常性的快速运动以及反射层高度的快速变化，会使传播路径的长度不断变化，从而引起多普勒频移，多普勒扩展等现象。短波在传输过程中还会出现多跳现象，此现象能够引起多径效应，从而使得短波传输更为复杂。因此，对短波信道进行准确的建模并研究出一套适合短波的信道估计方法对未来短波通信的研究尤为重要。

OFDM(正交频分复用)技术是一种并行的多载波调制技术，其是将编码后的串行数据流转换为并行数据流，然后采用频率上等间隔的N个子载波分别对并行数据进行调制，再将调制后的N个子载波的信号相加后同时发送，这样每个符号的频谱只占用信道带宽的一小部分，因此，频谱带宽的需求小，另外，OFDM技术还可有效抵抗多径时延，其抗频率选择性衰落能力也很强。MIMO(多输入多输出)系统是通过空间分集技术来提高系统信道的容量，通过空间复用技术将系统的增益大幅度的提高，在保证低误码率的前提下，不断地实现高效性传输。MIMO-OFDM无线通信系统有效地结合了二者的优点，因此，对MIMO-OFDM系统信道估计的研究在无线通信领域占据着重要地位。

MIMO-OFDM系统的信道估计根据方法的不同大致可以分为三类：盲信道估计、半盲信道估计以及基于有参的非盲信道估计。盲信道估计和半盲信道估计因收敛速度慢，算法复杂，运算量大，运用相对较少。而非盲信道估计由于其是基于导频符号或者训练序列进行的估计，算法比较简单，实际应用中运用的比较广泛。非盲信道估计技术大致可分为最小二乘法(LS)、最小均方误差法(MMSE)、线性最小均方误差法(LMMSE)。其中最小二乘法算法复杂度低，易于实现，但LS信道估计属于无偏估计，所以受噪声影响较大，对于实际环境来说，是不大可能得出比较准确的信道统计量信息的。最小均方误差(MMSE)准则的估计算法对于子载波间干扰和高斯白噪声有很好的抑制作用，所以MMSE估计算法比LS估计算法的性能更优，但是MMSE算法需要进行矩阵求逆运算，当系统的子载波数量N增大时，矩阵的运算量会变得非常大。工程上难以实现。线性最小均方误差信道估计效果较好，但是运算过程也涉及到大量矩阵和协方差的计算，因此运算的复杂度也较大，可以取低阶的部分进行近似。

发明内容

针对以上现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种降低信道估计的复杂度的宽带短波信道估计方法，本发明的技术方案如下：一种基于多输入多输出正交频分复用的宽带短波信道估计方法，其包括以下步骤：

101、在发射端，根据宽带短波信道信道的参数指标，设计一个适应快信道的梳状导频并确定梳状导频的插入位置，将设计好的梳状导频插入确定的位置，通过天线发送出去；

102、预先设计，从各个天线接收端提取出导频数据，将提取出的导频数据依次送到设计好的信道估计器产生导频信号，并通过所述滤波器组对导频信号进行滤波，输出滤波后的导频信号数据，然后利用最小二乘法计算导频位置处子载波信道估计频域时的数据抽样值，获得发射接受天线对之间频域样本值；

103、将每个发射接受天线对之间所获得的频域样本值采用离散傅里叶DFT变换法变换到变换域中，通过小波变换设计滤波器，在变换域中对信号进行低通滤波，然后再进行变换域内补零，再将补零后的时域序列进行离散傅里叶逆变换IDFT变换，得到所有子载波位置处的信道响应；

104、最后将步骤103中估计出来得信道响应送给各个接收天线之后的信号处理单元，完成整个多输入多输出正交频分复用系统的短波信道估计。

进一步的，步骤101中，宽带短波信道模型采用Watterson信道模型，宽带短波Watterson模型的简化模型h(t)可表示如下：