[发明专利]一种基于BP-MF框架和VAMP的联合估计与检测方法

说明书

本发明属于无线通信技术领域，公开了一种基于BP‑MF框架和VAMP的联合估计与检测方法，包括如下步骤：步骤A、对OFDM系统模型待估计量的联合后验概率密度函数进行因子分解并得到相应的因子图模型；步骤B、针对步骤A中的因子图模型设置初始化参数值，使用BP‑MF框架进行联合卷积码的译码、软解调和噪声精度估计，并获得频域信道的估计值；步骤C、在所述因子图模型中，根据获得的频域信道的估计值，使用VAMP算法迭代执行去噪声步骤和LMMSE估计步骤，并获得时域信道和频域信道的估计值；步骤D、重复步骤B至步骤C，直到算法收敛；该算法同现有算法相比，有着相同的误码率性能，但于单次迭代复杂度和迭代收敛速度方便有着显著提高。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，特别涉及一种基于BP-MF框架和VAMP的联合估计与检测方法。

背景技术

正交频分复用，英文原称Orthogonal Frequency Division Multiplexing，缩写为OFDM，其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰ICI。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。

OFDM技术已经被广泛应用于广播式的音频和视频领域以及民用通信系统中，主要的应用包括：非对称的数字用户环路(ADSL)、ETSI标准的数字音频广播(DAB)、数字视频广播(DVB)、高清晰度电视(HDTV)、无线局域网(WLAN)等。

因为OFDM技术可有效地对抗由信道的频率选择特性引起的符号见干扰，因此OFDM技术被当作是未来5G通信的关键技术之一。例如，IEEE 5G标准802.11ad和802.15.3标准都规定使用OFDM来通信传输。同时，OFDM中的接收算法设计也是近年来研究的热点问题。因为在低密度就检验码译码领域的出色应用，基于因子图的消息传递算法已经被应用于OFDM系统中用来设计迭代接收算法。M.A.Badiu(2012)提出使用置信传播-平均场框架(BP-MF)设计了联合信道估计与译码算法，然而由于每次迭代过程中存在矩阵求逆运算导致此算法复杂度过高。P.Schniter(2011)将广义近似消息传递算法(GAMP)应用到OFDM中实现了联合稀疏信道估计与译码，但是该算法假设噪声精度已知，实际系统中往往需要估计噪声精度。Z.Yuan(2019)将BP-MF框架与VAMP算法相结合提出了一种迭代接收算法，进行信道、噪声精度和符号的联合估计，但是该算法的单次内迭代复杂度和内迭代收敛次数仍然过高。因此提出快速低复杂度的联合信道估计、噪声精度估计与符号检测算法显得十分重要。

发明内容

本发明为解决现有技术中的问题而提出了一种基于BP-MF框架和VAMP的联合估计与检测方法，实现了低复杂度联合信道估计、噪声精度估计与符号的检测；为达到上述目的所采取的技术方案是：

一种基于BP-MF框架和VAMP的联合估计与检测方法，包括如下步骤：

步骤A、对OFDM系统模型待估计量的联合后验概率密度函数进行因子分解并得到相应的因子图模型；

步骤B、针对步骤A中的因子图模型设置初始化参数值，使用BP-MF框架进行联合卷积码的译码、软解调和噪声精度估计，并获得频域信道的估计值；

步骤C、在所述因子图模型中，根据获得的频域信道的估计值，使用VAMP算法迭代执行去噪声步骤和LMMSE估计步骤，并获得时域信道和频域信道的估计值；

步骤D、重复步骤B至步骤C，直到算法收敛。

优选的，在步骤A中，根据OFDM系统模型，在观测变量y给定情况下，频域信道抽头g、传输符号x，时域信道抽头h，编码比特c，信息比特b和噪声精度λ的联合后验概率密度函数分布具体因子分解为：