[发明专利]协同正交频分复用系统中的信道估计方法

摘要

一种协同正交频分复用系统中的信道估计方法，在源节点设计一种正交训练序列，将其在有效子载波内等间隔分布，其余补零；通信开始前，估计所有中继和目的节点的噪声功率，确定各节点间无线信道大尺度衰落系数、源节点和所有中继的发射功率以及各中继的变换系数和功率放大系数；通信开始后，源节点将训练序列频域符号转变为时域符号，截取一段后加上循环前缀并通过天线发射；各中继根据各自所采用的变换系数及功率放大系数对去除循环前缀的接收符号进行线性变换，添加循环前缀后转发给目的节点；目的节点收到所有中继转发的时域符号后，去除循环前缀并进行自我复制，再转变为频域符号；利用快速傅立叶变换和线性内插滤波器进行低复杂度的信道估计。

主权项

1.一种协同正交频分复用系统中的信道估计方法，包括训练序列设计、噪声和大尺度衰落系数估计、功率分配、中继线性变换、初始信道估计、信道内插，其特征在于，包括以下步骤：A.在通信传输开始之前可按以下步骤进行：第一步：设计源节点上的正交训练序列，具体步骤如下：(1)令源节点上训练序列中N_p个符号功率相等，且其相位呈等差分布，差值为jπ/(N/K)，其中N为子载波个数，K为中继节点个数，将这N_p个符号表示为P＝[P(0)，...，P(N_p-1)]^T，(2)根据有效子载波、虚载波的位置以及中继节点的个数K，选择训练序列所在子载波的位置，使得训练序列所在子载波的位置在有效子载波内等间隔分布，且间隔为K，相应的子载波序号为将P中N_p个符号依次填入到序号为的子载波上，其余子载波位置均填零，形成训练序列频域符号X₀，第二步：对X₀做反快速傅立叶变换(IFFT)，得到的训练序列时域符号s₀加上循环前缀CP后形成时域符号通过天线发射给所有中继节点，第三步：每个中继节点进行噪声功率及大尺度衰落系数估计，具体步骤如下：(1)第k个中继节点将接收到的源节点发送的含有循环前缀CP的训练序列时域符号去除循环前缀CP，其中k为[1，K]范围内任一正整数，然后做快速傅立叶变换FFT转变为频域符号Y_k，从Y_k中抽取有效子载波中训练序列子载波上的N_p个符号，组成向量Z_k中的第n′个元素Z_k，n′即为Y_k中训练序列子载波g_n′上的符号，其中n′为[0，N_p-1]范围内任一非负整数，g_n′为中的第n′个元素；从Y_k中抽取有效子载波中非训练序列子载波上的N₀-N_p个符号，组成向量中的第n″个元素即为Y_k中非训练序列子载波上的所有符号依次排列后的第n″个符号，其中n″为[0，N₀-N_p-1]范围内任一非负整数，N₀为有效子载波个数，是用来估计第k个中继节点的噪声功率，噪声功率为而Z_k则是用来估计源节点与第k个中继节点之间的无线信道大尺度衰落系数，无线信道大尺度衰落系数为(2)第1个中继节点将频域符号Y₁中非训练序列子载波上的N₀-N_p个符号置零，然后做反快速傅立叶变换IFFT得到时域符号s₁，加上循环前缀后形成时域符号通过天线发射给目的节点，目的节点将收到的第1个中继节点发射的含有循环前缀CP的时域符号去除循环前缀CP，做快速傅立叶变换FFT得到频域信号Y_d，从Y_d中抽取有效子载波中非训练序列子载波上的N₀-N_p个符号，组成向量中的第n″个元素即为Y_d中非训练序列子载波上的所有符号依次排列后的第n″个符号，其中n″为[0，N₀-N_p-1]范围内任一非负整数，是用来估计目的节点的噪声功率，噪声功率为第四步：确定各节点发送功率，即进行功率分配，具体步骤如下：(1)根据系统参数设定，选择发射端的发射功率P_s，(2)令表示第k个中继节点的信噪比，其中k为[1，K]范围内任一正整数，将第k个中继节点的发射功率设为其中v为[1，K]范围内任一正整数，λ_v即为第v个中继节点的信噪比，这种功率分配的方式即在总功率P_s不变的情况下，让信噪比最小的中继节点发送功率最小，让信噪比最大的中继节点发送功率最大，第五步：确定各中继节点变换系数和功率放大系数，具体步骤如下：(1)为了使各中继节点的信号两两正交，需要对各中继节点接收信号做线性变换，由于在通信传输开始后，训练序列频域符号和若干个数据频域符号是交替发射的，因此将训练序列频域符号和数据频域符号按发射时间顺序依次排列，统一称作正交频分复用(OFDM)符号，那么第k个中继节点第p个OFDM符号的变换系数为其中p＝0，1，...表示任一非负整数，ΔP表示相邻两个训练序列频域符号之间插入的数据频域符号的个数，k为[1，K]范围内任一正整数，(2)第k个中继节点根据估计的噪声功率第k个中继节点与源节点之间的无线信道大尺度衰落系数源节点发射功率P_S和第k个中继节点发射功率P_r，k，确定第k个中继节点的功率放大系数为αk=Pr,k/(PSσ^sr,k2+σ^r,k2),]]>B.在通信传输开始之后可按以下步骤进行：第一步：第一时隙源节点将训练序列频域符号和数据频域符号交替发射，并按照时间的先后顺序，由源节点对训练序列频域符号和数据频域符号分别进行处理后通过天线发射给所有中继节点，其中，源节点对训练序列频域符号进行处理的方法如下：首先，将设计好的训练序列P中N_p个符号依次填入到序号为的子载波上，其余子载波位置均填零，记为第i组训练序列频域符号其中i为[1，K]范围内任一正整数且然后，对进行反快速傅立叶变换IFFT，并取其处理后的前N/K个时域符号加上循环前缀CP，形成时域符号源节点对数据频域符号进行处理的方法如下：对通信开始后需要传输的第q个数据频域符号进行反快速傅立叶变换IFFT，得到数据时域符号加上循环前缀CP，形成时域符号其中q＝1，2，...表示任一正整数，并且由于训练序列频域符号和ΔP个数据频域符号交替发射，因此i和q之间的关系满足第二步：第k个中继节点收到源节点发送的时域符号和后，按照时间的先后顺序，依次进行去除循环前缀CP处理，分别得到和然后根据功率放大系数α_k以及相应的变换系数和对和分别进行线性变换，由于根据确定的第k个中继节点第p个OFDM符号的变换系数其中p＝0，1，...表示任一非负整数，可以将具体表示为Bki=exp(j2π(k-1)(i-1)K),]]>由于因此根据确定的第k个中继节点第p个OFDM符号的变换系数可以将具体表示为经过线性变换后的符号分别表示为和再对和添加新的循环前缀CP以形成第k个中继节点的发送符号和并在第二时隙予以发射，第三步：在第二时隙，目的节点接收到所有中继节点发送的和记为和按照接收信号的时间先后顺序，依次对和去除循环前缀CP后得到时域符号和对进行快速傅立叶变换FFT得到频域符号用于数据检测；而对进行自我复制K份后，再进行快速傅立叶变换FFT得到频域符号，从中抽取有效子载波中训练序列子载波上的N_p个符号，组成向量利用进行信道估计，具体方法如下：(1)取出各组相同子载波上的符号，进行K点FFT运算，i为[1，K]范围内任一正整数，从而得到从源节点经过第k个中继到目的节点的等效信道在子载波序号为上的信道频域响应估计值，(2)利用从源节点经过第k个中继到目的节点的等效信道在子载波序号为上的信道频域响应估计值进行线性内插，从而估计出从源节点经过第k个中继到目的节点的等效信道在全部有效子载波上的信道频域响应估计值。