[发明专利]时变频选衰落信道下MFTN联合信道估计与均衡方法

说明书

本发明提出了一种时变频选衰落信道下MFTN联合信道估计与均衡方法，能够解决时变频率选择性衰落信道下MFTN系统的复杂信道估计与强耦合干扰消除问题。通过插入少量的一维频域循环后缀，且在接收机中对信号进行时域分段检测，通过截短二维自干扰长度，构建时变频选衰落信道下MFTN系统的分段频域接收信号模型，该模型具有等效信道矩阵，等效信道矩阵具有块循环结构且各循环块均为对角矩阵，能够有效降低等效信道矩阵的条件数，从而减轻MFTN系统中时频二维压缩引入的病态问题对接收解调性能的影响，可以扩展至具有时频二维耦合干扰的MFTN系统，不仅能够有效消除MFTN系统的二维强自干扰，也能够处理时变衰落信道引入的复杂信道干扰。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种时变频选衰落信道下MFTN(Multicarrier Faster-Than-Nyquist，多载波超奈奎斯特信号)联合信道估计与均衡方法。

背景技术

超奈奎斯特信号(Faster-Than-Nyquist，FTN)为高速无线移动通信提供了一种全新的非正交波形解决方案。通过牺牲不同调制波形的正交性条件，FTN信号能够在不增加额外带宽的情况下显著提高传输速率，从而实现高于传统正交信号的信道容量。基于FTN信号在高速无线通信系统中的优势，已有学者将其推广到二维多载波传输系统中，即多载波超奈奎斯特 (Multicarrier Faster-Than-Nyquist，MFTN)信号，从而实现时、频域二维高谱效的非正交波形。MFTN通过压缩时域成形脉冲的奈奎斯特间隔和频域最小正交子载波间隔来提高传输速率，其代价是同时引入时域符号间干扰(Intersymbol Interferences，ISIs)和频域载波间干扰 (Intercarrier Interferences，ICIs)，从而导致较高的接收检测复杂度，极大地限制了MFTN信号在实际通信系统中的应用。

目前，已有少数研究工作致力于设计高效的MFTN接收机。瑞典隆德大学的Rusek和Anderson教授基于最大后验准则设计了MFTN的最优接收机，以指数增长的计算复杂度为代价，从而获得逼近奈奎斯特信号的误码率(Bit Error Rate，BER)性能。为了有效降低MFTN接收机的复杂度，解放军理工大学的刘爱军教授团队提出了基于最小均方误差(MinimumMean-Squared Error，MMSE)准则的迭代均衡器，其复杂度与子载波数、星座映射阶数无关，但难以处理压缩因子较小时存在的严重ICIs。随后，该团队通过将MMSE均衡器与连续干扰消除相结合，进一步改善了高信噪比下MFTN接收机的BER性能。然而，上述基于MMSE 的均衡器在计算MMSE滤波器系数时需要进行矩阵求逆运算，导致其仍难以满足实际应用中的低复杂度要求。近年来，北京理工大学武楠教授团队提出了一种频选衰落信道下基于高斯消息传递(Gaussian Message Passing，GMP)的低复杂度MFTN接收机，但其对发送信号的离散先验进行高斯近似会引入额外的性能损失。

值得注意的是，上述研究成果仅针对高斯白噪声信道和已知信道特性的频选衰落信道下 MFTN信号的接收解调。在实际通信系统中信道特性通常是未知的，因此研究复杂信道条件下MFTN信号的联合信道估计与均衡(Joint Channel Estimation andEqualization，JCEE)技术具有重要意义。目前，该技术领域仍缺乏相关的研究成果。已发表的研究成果中仅针对 MFTN信号的特例，即一维频域压缩的高谱效频分复用信号(Spectrally Efficient Frequency Division Multiplexing，SEFDM)，设计了相应的信道估计、JCEE方法。比如英国伦敦大学学院Darwazeh教授团队先后设计了基于迫零准则的时域全信道估计器和部分信道估计器，前者需要在前导符号的所有子载波上插入导频数据，后者仅在部分正交子载波上插入导频数据，并结合插值算法进行信道估计。其中，部分信道估计器能够有效减少MFTN信号的病态问题对信道估计的影响。提出了三种基于导频的频域SEFDM信道估计器，其信道估计精度依赖于导频数量，需要采用大量导频数据来提高信道估计性能。