[发明专利]基于二维压缩感知的MIMO‑OFDM通信系统下行信道估计方法、装置

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于二维压缩感知的MIMO-OFDM通信系统下行信道估计方法、装置。

背景技术

为了满足未来移动通信系统对系统容量、频谱效率、数据传输速率等多方面越来越高的需求，现有LTE(Long Term Evolution，长期演进项目)标准中，采用了多天线(Multiple Input Multiple Output，多输入多输出)技术和OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)技术。其中MIMO技术可以在不增加带宽的前提下，成倍地提高系统容量和频谱利用率，另一方面，OFDM技术是宽带传输中的代表技术，具有抗多径衰落能力强，对窄带干扰和噪声不敏感、带宽扩展灵活等一系列优点。

在无线通信系统中，为了获得更好的接收性能，一般采用相干检测技术。为了实现相干检测，则需要获得信道参数，因此需要在接收端进行信道估计。为了能够及时准确的估计出信道参数，实际的通信系统常采用基于导频辅助的信道估计方法。在多天线系统中，对于每个接收信道，需要估计多个信道参数；在OFDM系统中，待估计的信道参数一般是指信道频域响应参数。

压缩感知，又称压缩采样，是一个新的采样理论，通过开发信号的稀疏特性，在远小于Nyquist采样率的条件下，用随机采样获取信号的离散样本，然后通过非线性重建算法完美的重建信号。由于在实际的散射环境中，对于宽带信号，无线信道往往由几条主要的路径构成，因此可以将无线信道视为一个时延域稀疏信道，利用压缩感知理论可以以较少的导频数目估计出信道响应。

现有的压缩感知信道估计方法(可参见文献：Implementation of greedy algorithms for LTE sparse channel estimation(作者：Maechler P,Greisen P,Sporrer B,et al.))，对接收的每个导频OFDM符号，利用其频率域部分傅里叶变换矩阵作为观测矩阵，导频处的频域信道估计值作为观测向量，直接利用压缩感知进行求解，该方法仅利用了OFDM符号在频域的相关性，而未使用时域相关性。在MIMO-OFDM系统中，OFDM符号在时域也存在相关性，因此可以考虑利用时域和频域相关性，从而使得信道估计性能更优。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种基于二维压缩感知的MIMO-OFDM通信系统下行信道估计方法，根据OFDM符号在时域中的相关性，通过构建二维观测矩阵，在二维范围内对初始频域信道估计值进行滤波，相比现有基于一维压缩感知的信道估计技术具有更好的信道估计性能。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

基于二维压缩感知的MIMO-OFDM通信系统下行信道估计方法，包括以下步骤：步骤1、在接收端，将所接收的所有插有导频的OFDM符号按照导频结构进行分组，相同导频结构的OFDM符号分成一组；对每组OFDM符号，采用频域信道估计方法估计出导频处信道值，并将信道估计值按频率域方向递增以及时间域方向递增排列成一个列向量；

步骤2、对每一组OFDM符号，分别按照以下方法生成一个二维观测矩阵：

假设接收信号共有P个插有导频的OFDM符号，包含J种导频结构，按照导频结构将P个OFDM符号进行分类，第j种导频结构所对应的组中包含N_j个OFDM符号，且有N_j＞1；

从所述通信系统的N点归一化傅里叶变换矩阵中按照第j种导频结构提取N_P行，以及前N_CP列，从而得到一个部分傅里叶变换矩阵同时构建一个N_j点的归一化傅里叶变换矩阵其中，N_P为每个OFDM符号中所插入的导频数，N_CP为通信系统的循环前缀长度；

所述部分傅里叶变换矩阵的具体表达如下：

其中，k_j为第j种导频结构的初始导频位置，D为导频间隔；

所述归一化傅里叶变换矩阵的表达式如下：

则第j种导频结构所对应的第j组OFDM符号的二维观测矩阵F^(j)的表达式如下：

其中，表示克罗内克积；

步骤3、以步骤1所得到的列向量作为观测向量，以步骤2得到的二维观测矩阵作为观测矩阵，利用压缩感知算法对每组OFDM符号分别求解其时域信道估计值；