[发明专利]一种适用于超低信噪比多径传输环境的信道参数估计方法

权利要求书

1.一种适用于超低信噪比多径传输环境的信道参数估计方法，其特征在于，所述适用于超低信噪比多径传输环境的信道参数估计方法包括：

步骤一，产生两组PN序列PN1与PN2，利用PN1与PN2对训练序列进行组帧；

步骤二，根据训练序列的帧结构特点，定义并计算接收信号多径分量检测的判决向量；

步骤三，利用接收信号的判决值，计算多径检测判决门限；

步骤四，对接收信号进行检测，估计超过判决门限多径的路径时延与路径衰减；

步骤五，估计上述各多径分量的相位偏移；

所述步骤一具体包括：产生两组PN序列PN1：a＝[a₀,a₁,...,a_n,...,a_N-1]^T与PN2：b＝[b₀,b₁,...,b_m,...,b_M-1]^T，其中PN1的长度为N，PN2的长度为M，要求M≥K_max，其中表示最大多径时延对应的符号个数，τ_max表示信道的最大多径时延，T_s表示符号周期，表示向下取整，序列a与b均表示模值为1的复序列：

其中，exp(·)表示指数运算，当b中的每一项均为±1，即θ_m∈{0,π}时，可以在基本不损失估计性能的情况下，极大降低估计复杂度；

发射机利用两个PN序列a与b进行下述的组帧操作，将a中的每一项a_n与b相乘，得到组帧输出的第n个向量：

x_n＝a_nb＝[a_nb₀,a_nb₁,...,a_nb_m,...,a_nb_M-1]^T；

其中，[·]^T表示转置运算，x_n表示组帧输出的第n个向量，由于a的长度为N，故相乘后可得到N个向量x₀,x₁,...,x_N-1；

将这些向量按顺序前后拼接起来，即可得到最终组帧后的训练序列输出x＝[x₀,x₁,...,x_nM+m,...,x_NM-1]^T，其可用下述公式表示：

其中，x_nM+m＝a_nb_m表示第n个组帧向量的第m项；

所述步骤二具体包括：将组帧后的训练序列x经过低信噪比多径信道，得到接收输入信号r：

由于存在多径效应，接收信号向量为多个路径的信号经过不同延时后叠加得到的，造成符号间干扰，因此接收信号向量比发射信号向量更长，增加的长度为K_max；

定义判决向量为J＝[J₀,J₁,...,J_k,...,J_M-1]^T，其中每一项J_k通过下述计算方法得到，从接收信号中截取长度为NM的向量r_k：

r_k＝[r_k,r_k+1,...,r_k+NM-1]^T；

再将该向量分为N组，每组长度为M，则第k个截取向量的第n组可表示为：

r_k,n＝[r_k+nM,r_k+nM+1,...,r_k+nM+m,...,r_k+(n+1)M-1]^T；

其中，k＝0,1,...,M-1，n＝0,1,...,N-1，m＝0,1,...,M-1，将第k个截取向量的每一组转置后分别与PN序列b的共轭相乘，然后求计算结果的模值，并将得到的N个结果相加，其可用下述公式表示：

其中，J_k表示判决向量中的第k项，|·|表示取模，(·)^*表示取共轭，则判决向量J可用下述公式表示：

所述步骤三具体包括：设判决门限向量γ＝[γ₀,γ₁,...,γ_k,...,γ_M-1]^T，其长度同样为M，由判决向量J的定义可知，该判决向量的每一项表示接收向量r_k,n与PN序列b的互相关模值，而r_k,n的帧格式中本身包含序列b，故会在二者对齐时存在一个明显的相关峰值，判决门限向量计算每个判决值周围点的平均值，再扩大一定倍数后，与该点的判决值进行比较，得到该点位置的判决结果，判决门限γ_k可用下述公式表示：

其中，u表示放大倍数，v表示取平均的范围；

所述步骤四具体包括：根据多径信道的定义，接收信号可用下述公式表示：

其中，r_nM+m表示第n个组帧向量的第m个符号对应的接收信号，L表示多径数量，α_l表示第l条路径的衰减，表示第l条路径的相位，K_l表示第l条路径的时延，w_nM+m表示噪声，由定义可知，K_l≤K_max＜M，故经过延时后第n个发射信号向量的起始位置，仍然落在接收信号向量的持续时间范围内，即：

其中，|m-K_l|＜M，设接收信号在l＝l₀处存在一多径，相应的路径衰减为路径时延为相位为则判决向量中第项可表示为：

其中，|·|表示取模，可以看到，由于a_n不参与后续相关运算，故可以直接提取出来，且|a_n|＝1，因此在不增加复杂度的情况下，将判决向量的值扩大了N倍，在相关运算部分，只有当即l＝l₀时，对应的多径才具有自相关特性，相关结果进一步将判决值扩大了M倍，而其他多径分量由于不具有相关性，故不会被放大，因此仅会存在l₀多径分量一个峰值；

上面的分析可知，每个多径分量在判决向量中存在一个相关峰值，故可以比较判决向量与判决门限向量的大小，来找到超过判决门限的多径分量，则路径时延估计值可用下述公式表示：

其中，表示所有超过判决门限的路径时延估计值的集合，相应的路径衰减的估计值可用下述公式表示：

其中，表示所有超过判决门限的路径衰减估计值的集合；

所述步骤五具体包括：对于第l₀个路径时延估计值及路径衰减估计值求接收信号与本地PN序列的相关结果，相关结果的幅角即为第l₀个路径的相位估计值其可用下述公式表示：

其中，arg[·]表示求幅角运算，可以看到，由于取消了模值运算，原本的标量相加变为矢量相加，故模值大的矢量在计算中占更大的权重，而训练序列的自相关性，将第l₀条多径分量对应的相关值扩大了M倍，故在计算结果中的权重远大于噪声及其他多径分量，因此可以通过求相关结果的幅角来估计第l₀条多径的相位，则路径相位的估计值可用下述公式表示：

其中，表示所有超过判决门限的路径相位估计值的集合。

2.一种应用权利要求1所述适用于超低信噪比多径传输环境的信道参数估计方法的低信噪比多径信道下的低复杂度时域信道参数估计系统。