[发明专利]一种信道冲击响应与脉冲噪声联合估计方法、系统及设备

权利要求书

1.一种信道冲击响应与脉冲噪声联合估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：建立MIMO-PLC信道模型，根据MIMO-PLC信道模型计算MIMO-PLC信道每个接收端的信道频率响应；

S2：基于背景噪声以及脉冲噪声建立噪声模型，根据建立的噪声模型计算MIMO-PLC信道每个接收端的噪声；

S3：根据MIMO-PLC信道每个接收端的信道频率响应以及MIMO-PLC信道每个接收端的噪声计算得到MIMO-PLC信道接收信号，具体包括：

规定MIMO-PLC系统中第m个发射端口发射的OFDM频域信号向量为X^(m)＝[X₁,X₂，...X_N]^T，OFDM符号的长度为N；

则第n个接收端口接收到的该信号Y^(mn)表示为：

其中，H^(mn)＝[H₁,H₂，...H_N]^T为CFR向量；F_N表示N×N维离散傅里叶变换矩阵；G⁽ⁿ⁾表示对背景噪声g⁽ⁿ⁾进行离散傅里叶变换，G⁽ⁿ⁾依然为AWGN；表示哈达玛积；

S4：将MIMO-PLC信道接收信号转化成矩阵形式，得到包含有信道冲击响应矩阵的MIMO-PLC信道接收信号矩阵，具体包括：

将式(7)改写为：

Y^(mn)＝diag(X^(m))H^(mn)+F_Ni⁽ⁿ⁾+G⁽ⁿ⁾ (8)

其中，diag(X^(m))表示元素为向量X^(m)中元素的对角矩阵，i⁽ⁿ⁾为伯努利随机过程与高斯随机过程的乘积；

扩展到整个MIMO-PLC信道，MIMO-PLC信道接收信号表示为：

将式(9)用矩阵表达简写为：

Y＝XH+Fi+G (10)

将式(10)中的CFR矩阵(信道频率响应矩阵)替换为CIR矩阵(信道冲击响应矩阵)，式(10)表示为：

Y＝XFh+Fi+G (11)

其中，F表示N×N维离散傅里叶变换矩阵，h为CIR向量；

S5：在MIMO-PLC信道接收信号矩阵中标注出导频插入的位置，根据信道的相关性、信道冲击响应的稀疏特性以及脉冲噪声的稀疏特性，在标注出导频插入位置的MIMO-PLC信道接收信号矩阵的基础上，构建测量矩阵、观测矩阵以及稀疏目标信号，具体包括：

规定发送信号中插入导频的位置的集合为B，(·)_B为集合B中索引对应行或元素构成的子矩阵，式(11)变换为：

Y_B＝X_BF_Bh+F_Bi+G_B (12)

根据信道的相关性、信道冲击响应的稀疏特性以及脉冲噪声的稀疏特性，将式(12)变换为：

令Φ＝[X_BF_B F_B]，Z＝[h^T i^T]^T，联合估计问题便转换为典型的压缩感知问题：

Y_B＝ΦZ+G_B (14)

其中，Y_B为测量矩阵，Φ为观测矩阵，Z为稀疏目标信号，G_B为AWGN；

S6：基于测量矩阵、观测矩阵以及稀疏目标信号，采用快速块稀疏贝叶斯学习法对信道的脉冲噪声以及信道冲击响应进行联合估计，得到信道的脉冲噪声估计值以及信道冲击响应的估计值，所述S6具体过程为：

S601：初始化测量矩阵Y_B、观测矩阵以及稀疏目标信号Z，令OFDM符号长度为N，分块总数为g，每个子块长度为d_i，令相关性向量的元素均为零；

S602：若MIMO-PLC信道接收信号的信噪比小于20dB，则令β^-1＝0.1||Y_B||₂，若MIMO-PLC信道接收信号的信噪比大于20dB，则令β^-1＝0.01||Y_B||₂；令其中i为[1,g]中的整数；

S603：计算块协方差矩阵块相关性相关性结构矩阵B_i＝A_i/γ_i；

S604：根据相关结构约束重建利用代价函数L(i)计算代价函数差

S605：令更新参数μ、Σ、s_i以及q_i，其中，μ、Σ为稀疏目标信号Z的后验概率密度p(Z|Y_B,{γ_i,B_i},β)的正态分布参数；

S606：根据更新后的s_i以及q_i重新计算块协方差矩阵块相关性相关性结构矩阵B_i＝A_i/γ_i，将更新后的相关性向量γ记为γ^new；

S607：判断是否成立，其中η为预先设置的阈值；若成立，则得到所求稀疏目标信号Z＝μ，其中Z的前4N行元素为信道冲击响应的估计值，后4N行元素为信道的脉冲噪声的估计值；若否，重新执行步骤S602-S605。