[发明专利]面向5G高速移动场景的低复杂度GFDM信道估计方法

说明书

本发明提出一种针对5G高速移动通信场景下的基于GFDM数据块的BEM‑wiener信道估计方案，包含步骤：设计符合GFDM符号的导频模型；提出针对GFDM数据块的BEM信道估计算法；通过四阶滑动频域维纳滤波估计出导频时隙符号，二阶滑动时域维纳滤波内插得到数据符号值。本发明针对5G中的高速移动通信场景，通过设计结合5G‑NR标准和高速运动特征的GFDM信号导频图案，保证资源块内数据点之间的相关性；提出基于GFDM数据块的BEM二维滑动维纳滤波信道估计方案，采用BEM信道估计方案完成导频点估计，并利用时域二维滑动维纳滤波完成数据点插值。从理论分析和仿真结果来看，该方案能够有效的抑制高速移动带来的频域弥散，降低系统误码率。

技术领域

本发明涉及一种针对5G高速移动场景所提出的基于GFDM调制系统的利用基扩展模型及维纳滑动滤波上进行的高精度低复杂度信道估计方法。

背景技术

第五代移动通信作为一个能够提供全方位、多样化的无线通信与网络服务的未来通信系统，将是一个包含各种频段、各种无线技术的异构网络。2018年6月由3GPP确定的5GNR协议中提出5G对空中接口的要求包括了极简设计、前向兼容、超宽频带范围、低延迟以及对多天线的兼容性，因此，设计统一的5G 新空口以满足多个主要场景的技术需求是5G研究的重中之重。GFDM是一种为适应广泛场景应用而提出的多载波调制方案。相较于OFDM，GFDM由循环卷积滤波器完成子载波脉冲成型使得其可以应对长、短脉冲传输，对脉冲波形的灵活选择可以降低带外辐射，基于块插入的CP(Cyclic Prefix，循环前缀)可以提高频谱利用率，二维时频传输块可以根据场景灵活调控，满足对海量连接或超低时延的技术需求，搭建统一的空中接口。这些优势使得GFDM成为了非常有前景的5G备选技术，且由于其时频结构的灵活性， GFDM可以轻松向前兼容LTE(Long Term Evolution，长期演进)中主流的OFDM(子符号数为1)以及 SC-FDMA(子载波数为1)。但同时，GFDM也有其缺陷，GFDM多载波调制系统属于一种非正交多载波调制，由于它的子载波之间、符号之间不是相互正交，所以即使它是在理想平坦衰落信道下传输，该系统由于自干扰仍然会存在ICI干扰。尤其当面临高速移动时，GFDM将面临相对于OFDM调制系统更严重的信号干扰。

在低速移动应用场景下，对于频率选择性的慢时变信道，采用LTV(linear time-varying，线性时变) 模型可搭建信道模型，采用频域单抽头均衡算法即可完成信道估计；但是，如果通信设备在高速移动场景中，无线信道随时间剧烈变化，信道估计算法如果仍将传输信道看作正交矩阵结构、将ICI当作附加噪声，则不能准确描述实际的信道，在解调是造成较大的系统偏差；若采用信道抽头算法，大量的待估计参数会导致系统复杂度急剧上升。在GFDM系统中，快时变信道下子载波之间ICI干扰导致信道在延迟-多普勒域的稀疏度随时间变化，忽略ICI影响的简化信道估计算法会降低算法精度，但考虑ICI影响的非正交矩阵模型计算复杂度高。因此，寻找一种简化的模型算法来表述信道特征，降低运算复杂度，增强GFDM在快时变信道下的信道估计性能是目前研究的重点。

目前针对GFDM系统所提出的信道估计方案主要集中在平缓信道及低速信道条件下，采用频域单抽头均衡算法完成对GFDM的信道估计，对于在高速移动场景下的研究还比较匮乏，有研究提及了GFDM 调制在快时变信道下的干扰问题，但是对于具体的信道估计算法及干扰抑制算法没有做必要的叙述和说明。因此需要研究一种更精准同时更简便的适用于GFDM调制系统的低复杂度信道估计方法。

发明内容

本发明提出一种快时变信道下基于GFDM数据块的BEM-wiener信道估计方案，通过设计针对高速运动下的GFDM信号的导频图案，保证了一个资源块内数据点之间的相关性；提出了一种基于GFDM数据块的BEM二维滑动维纳滤波信道估计方案，采用BEM信道估计方案完成对导频点信号进行估计，并利用时域二维滑动维纳滤波完成对数据点的插值。从理论分析和仿真结果来看，该方案能够有效的抑制高速移动带来的频域弥散，降低相邻子载波间的干扰，同时以滑动维纳滤波的采用，大大降低了运算的复杂度。本算法采用的技术方案包含以下步骤：