[发明专利]一种卫星VDES系统的信道估计方法

说明书

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种卫星VDES系统的信道估计方法。该方法包括以下步骤：一、构造块状导频结构；二、构造数据传输模型；三、建立IEKF预测、更新方程，输出下一个符号的估计点；四、在新的估计点进行多次迭代减少非线性误差，提高信道估计精度；五、IEKF输出的后验估计值将其转化为基向量系数，计算信道响应矩阵。与现有的卫星信道估计方法相比，本发明使用IEKF估计方法可以有效的跟踪快时变信道变化，降低多普勒频移的影响，提高信道估计精度。采用BEM减少待估参数个数，降低计算复杂度。可以有效保障卫星VDES系统的通信质量，为海上船舶提供相应服务，及时响应数据请求服务。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种卫星VDES系统的信道估计方法。

背景技术

随着全球贸易量的逐年扩大，海上航运得到了极大发展，海上船舶数量也大幅增加，卫星与船舶之间的通信需求不断增长，对通信保障提出了更高的要求。甚高频数据交换系统(VHF Data Exchange System,VDES)是在水上移动业务领域中的船舶自动识别系统(Automatic Identification System，AIS)的基础上，发展而来的新一代数字通信系统。该系统为海上航行船舶提供高速、多业务数据交换服务，并且可以基本满足卫星与船舶、船舶与陆地、船舶与船舶之间的数据交换需求。

与一般的陆地通信相比较，VDES卫星通信的覆盖范围广，组网方式相对简单，通信容量大。但是，VDES卫星通信信道相对于陆地通信而言，存在有更大的传播时延、能量衰落以及卫星运动带来的多普勒频偏等不足。在VDES卫星通信中，由于船舶与卫星以及陆地与卫星之间的通信过程中存在着相对移动，便会产生多普勒频偏，信道表现为时间选择性衰落；无线信号经过海面的反射与衍射会产生多径效应，造成频率选择性衰落；通信距离远，时延长，并且具有较大的自由空间损耗。上述问题严重降低了系统性能。因此，为了获得准确的信道状态信息(Channel State Information,CSI)，必须进行信道估计，使系统能够从衰落的信号中准确恢复原始信号。

综上所述，在船舶距离陆地较远的海面上，通过VDES卫星和陆地进行数据交互以及当两船舶相距较远进行VDES卫星通信时，由于海上环境复杂，以及卫星的高速移动，卫星通信信道是时变且复杂的。这些问题影响卫星通信传输速率和传输质量，可能导致卫星VDES系统性能严重恶化，船舶重要数据不能得到及时响应，而导致事故发生。现有的扩展卡尔曼(Extend Kalman Filter，EKF)信道估计对非线性系统进行线性近似，估计信道时域相关系数，但存在非线性误差，导致信道估计精度不高。而迭代扩展卡尔曼滤波器(IterativeExtend Kalman Filter，IEKF)对非线性系统具有更好的估计精度，可以有效消除累计误差，但多次迭代导致复杂度增加。现有技术对快时变信道多采用基扩展模型(BasisExpansion Model,BEM)进行拟合，BEM是基于导频的卫星信道估计方法，一般首先估计导频处信道响应，再通过插值算法对数据符号处信道响应进行计算。但是，卫星信道具有时频双选特性，以及受到多普勒频移的影响，相邻符号间信道响应是时变的，插值算法无法追踪信道动态变化。因此需要一种能有效追踪卫星快时变信道变化，降低计算复杂度，提高信道估计精度，保障卫星VDES系统通信质量的方法。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的技术问题是提供一种卫星VDES系统的信道估计方法，该方法能够在降低计算复杂度的情况下保障卫星VDES系统的通信质量，提高信道估计精确度。

本发明解决上述技术问题的方案是：

一种卫星VDES系统的信道估计方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：构造卫星VDES系统块状导频结构

在一个子帧中包括多个传输符号，等间隔的插入导频符号，导频符号之间是数据符号。由于卫星运动速度快，具有较大的多普勒频移，块状导频在频域是连续的，对频率不敏感，可以很好的克服频率选择性衰落；