[发明专利]基于平面扩展卡尔曼滤波的WiMAX快衰落ICI消除方法

摘要

本发明公开了一种基于平面扩展卡尔曼滤波的WiMAX快衰落ICI消除方法。本方法利用WiMAX信号的循环短训练序列，对信号进行虚实部分离，并通过信号的虚部和实部的关系运用平面扩展卡尔曼滤波对WiMAX信号的多普勒频偏进行迭代修正估计，进而消除快衰落ICI对WiMAX系统的干扰。本发明方法解决了现有方案中不能有效消除高速移动WiMAX系统ICI干扰的缺陷，而且具有估计精度高、复杂度低及无需估计信号初始相位偏移等优点。

主权项

1.一种基于平面扩展卡尔曼滤波的WiMAX快衰落ICI消除方法，其特征在于利用WiMAX信号的循环短训练序列，对信号进行虚实部分离，并通过信号的虚部和实部的关系运用平面扩展卡尔曼滤波对WiMAX信号的多普勒频偏进行迭代修正估计，进而消除快衰落ICI对WiMAX系统的干扰，其操作步骤如下：(1)信源信息转变成待传输有效数据：将信源信息进行信源编码、加扰、信道编码、交织、串并S/P转换及调制映射后变成N个子载波上的待传输有效数据X_i；(2)导频插入与数据复用：产生与信道频域抽样位置相对应的子载波导频数据X_pilot，并以L为导频数据间隔在p处将导频数据按照IEEE802.16e中的梳状导频格式插入导频，与待传输数据结构进行数据复用；(3)加循环前缀：将复用后的数据经过N点的IFFT处理后，组成WiMAX数据帧x_k，且存在关系Xi=Σk=0N-1xkej2πkiN(0≤i≤N-1),]]>然后在其中每一个码元的符号头前加上循环前缀CP，每个码元加入循环前缀的长度为N_cp个抽样点即有：x(i)＝x_N-G+i，0≤i≤G-1，式中G为保护间隔的长度，这里等于N_cp；(4)加循环短训练序列：在WiMAX数据帧X′的最前端加上循环短训练序列，该训练序列信号在接收端是已知的，其长度为一个码元符号的长度，该训练序列信号采用线性调频信号设计，它既用来进行时域同步也用于ICI消除，降低符号开销。(5)升采样滤波与通过信道：将WiMAX数据帧X′经过升采样FIR滤波、并串P/S转换及数模D/A变换后得到信号波形信息s(t)，t为时间变量，然后将s(t)在WiMAX发射端发射，经历无线衰落信道h(t)和加性噪声n(t)后，接收端接收到的信号为r(t)，即有：r(t)＝s(t)*h(t)+n(t)，其中*表示时域卷积，将信道输出具体化有：yi=Σk=0Ghk(i)x((i-k))N+wi]]>0≤i≤N-1，h_k⁽ⁱ⁾为第k个抽头在码元时刻i的信道时域响应；(6)去除循环前缀与同步：将接收信号r(t)经过模数A/D变换、串并S/P转换及降采样FIR滤波后进行时域同步提取，得到一组码元，每个码元的长度为N_cp+N。即得到最前端的序列为经历无线衰落信道的循环短训练序列，将它用于ICI消除。同时将后面的码元符号去除循环前缀CP并做N点FFT处理，得到接收信号频域数据帧Y，Y表示为：Hi,d=1NΣm=0GFm(d)e-j2πm(i-d)N0≤i,d≤N-1]]>F_m为第m个信道抽头的FFT变换系数，W_i为噪声的FFT变换；(7)多普勒频偏估计：利用WiMAX信号的循环短训练序列，对信号进行虚实部分离，并通过信号的虚部和实部的关系运用平面扩展卡尔曼滤波对WiMAX信号的多普勒频偏进行迭代修正估计，对接收信息进行ICI消除，得到数据码元Y′；(8)信道参数估计：对Y′的每个码元进行信道频域参数估计H′，设信道的时域响应为：h(n)=Σi=0r-1hiej(2π/N)fDiTnδ(λ-τi)0≤n≤N-1,]]>其中，r为最大抽头数目，h_i为第i径的复数冲击响应，为多普勒频移，λ为时延扩展，T为系统抽样间隔，τ_i为第i径的多径时延；Y(k)＝X(k)H(k)+I(k)+W(k)k＝0，1，...，N-1其中，H(k)=Σi=0r-1hiejπfDiTsin(πfDiTπfDiTe-j(2πτi/N)k,]]>I(k)=Σi=0r-1ΣK=0K≠kN-1hiX(K)N1-ej2π(fDiT-k+K)1-ej(2π/N)(fDiT-k+K)e-j(2πτi/N)K]]>由于进行了ICI消除，故ICI干扰项I(k)已经不存在，那么在导频X_pilot处的信道频域响应为：H(p)=Y(p)Xpilot(p),]]>并将估计得到的信道值H进行线性内插得到所有子载波位置上的信道估计初始系数(9)数据均衡与恢复信源信息：利用估计得到的信道频域值完成WiMAX各个子信道载波上的数据均衡，并对均衡后的数据进行解调、并串P/S转换、解交织、信道译码和解扰，最后由信源解码后得到恢复的信源信息。