[发明专利]一种卫星VDES系统的信道估计方法

权利要求书

1.一种卫星VDES系统的信道估计方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：构造块状导频结构

在一个子帧所包含的多个数据符号中，等间隔插入导频符号，即所述的导频符号之间是所述的数据符号，形成块状导频结构；

步骤2：构造数据传输模型

基于BEM的多载波调制数据传输模型，第i个符号块上N个子载波接收到的频域符号向量y_i按照以下公式计算：

y_i＝D_ic_i+w_i

其中，y_i＝[y_i(0),...,y_i(N-1)]^T，式[·]^T表示矩阵的转置；

c_i为i个符号压缩基的基系数向量，第i个数据符号上第l个抽头压缩基的基系数向量其中Q表示压缩基向量维度；

D_i为测量矩阵,有D_i＝FS_iB，其中F表示傅里叶变换矩阵，S_i表示发送第i个符号上n个子载波符号的向量集合，S_i＝[s_i(0),...,s_i(n),...s_i(N-1)]^T，s_i(n)表示发送第i个符号上的第n个子载波符号，向量其中，I_L表示L×L维单位矩阵，表示kronecker积；根据CE-BEM模型，基向量有其中k表示第k个采样点，q表示0～Q之间的整数；

w_i为信道的加性复高斯白噪声；

步骤3：建立IEKF预测、更新方程，输出下一个符号的估计点x_i

3.1)IEKF的状态空间模型：

其中，R_i表示相邻两个符号间的基系数的相关矩阵；r_i表示时域相关系数，为所述的R_i的对角线元素集合；v_i表示信道转移过程噪声，其协方差矩阵为z_i表示所述的r_i的过程噪声，是复高斯白噪声,其均值为零，协方差矩阵为

3.2)构造一个新的状态变量x_i＝[r_i c_i]^T，则可将3.1)所述的状态空间模型改写为：

其中，u_i为状态转移方程的过程噪声向量，其协方差矩阵为T(x_i)是一个非线性的状态转移方程：

根据IEKF的原理，利用一阶Taylor线性化近似，进行展开：

其中，其是由基系数的后验估计值构成的对角矩阵，R_i表示时域相关系数矩阵的后验估计值；

3.3)状态预测方程如下：

其中，P_i|i-1表示第i个状态变量的先验协方差矩阵，由于在数据符号位置的测量矩阵无法直接获得，因此可以通过预测得到的先验的基系数c_i|i-1，通过公式将其转换为先验的信道频域响应矩阵H_i|i-1，H_i＝Fh_toepF^H，F^H表示N阶傅里叶逆变换，矩阵h_toep是由向量h_i生成的N×N阶对称toeplitz矩阵；此时，可以通过一次均衡对第i个的发送的符号向量s_i做出预测：

但是由于受到噪声的影响，可能偏离实际发送信号s_i的星座点，采用软判决反馈进行补偿，使其更接近实际的发送信号，再重新建立测量矩阵D_i的先验估计值，代入更新方程；

3.4)得到状态变量的后验估计值：

其中，K_gain(i)为IEKF的增益，随着IEKF的状态预测与状态更新的迭代运算，可以得到后验状态变量估计值x_i作为输出；

步骤4：计算频域信道响应矩阵H_i

4.1)在新的估计点进行一阶Taylor展开，进行M次迭代，其中对于第k次迭代(1≤k≤M)，使用Levenberg-Marquardt优化方法修正的协方差为：

更新第k次迭代：

4.2)当迭代次数达到M次或者两次连续迭代之间的误差小于设定的最小误差值ε₁，则停止迭代过程，输出新的估计点，即后验状态变量估计值x_i；

步骤5：将输出的IEKF后验估计值x_i转化为基向量系数c_i，然后通过公式h_i＝Bc_i计算得到第i个符号的时域信道冲激响应h_i，再通过公式H_i＝Fh_iF^h计算得到频域信道响应矩阵H_i，判断是否完成一个子帧的信道估计，如果没有完成则回到步骤1，否则执行下一个子帧的信道估计，直至完成所有子帧的信道估计。