[发明专利]一种基于完全互补序列和压缩感知的MIMO信道估计方法

摘要

本发明提出一种基于完全互补序列和压缩感知的MIMO信道估计方法。该方法通过将完全互补序列中的每个互补序列对分配给每个发射天线，将每个天线发射的数据信息利用完全互补序列的扩频性能对发射数据进行扩频处理，提高系统的抗干扰性能，同时采用压缩感知技术，对接收端接收的数据进行压缩采样处理，实现了MIMO信道的精确建模并提高了系统的抗多径性能。本发明基于完全互补序列和压缩感知的MIMO信道估计方法具有提高MIMO系统抗多径干扰、降低误码率的特点。

主权项

基于完全互补序列与压缩感知的MIMO信道估计方法，其特征在于，步骤如下：步骤一、首先将发射数据信息进行复用，选择完全互补序列中互补序列对的数目r，r要大于或等于MIMO通信系统发射天线的数目Nt，从r组互补序列对中选取任意Nt组互补对，第一组互补对分配给第一条发射天线使用，第二组互补对分配给第二条发射天线使用，依次类推，第Nt组互补对分配给第Nt条天线使用；Nt组互补对在Nt条发射天线上进行传输，并且利用Nt对互补对将数据信息进行扩频及载波处理，将Nt组扩频后数据求和后进行发射；在互补序列中每个序列长度为在40‑100；步骤二、对扩频后的信号进行稀疏性描述；假设完全互补序列是由Nt组长度为L的互补对组成，即：定义Nt个长度为L的互补序列Ai和Bi为：Ai=(ai0,ai1,...,aiL-1)Bi=(bi0,bi1,...,biL-1)]]>其中，满足如下完全正交的特性，即互补对的自相关函数为冲击函数，互相关为0.其中，为序列Ai和Aj的相关函数，为Bi和Bj的相关函数，τ为离散时间偏移量；其中相关函数和定义为：RAiAj(τ)=Σq=0L-1Ai(q)Aj*((q+τ)modL)RBiBj(τ)=Σq=0L-1Bi(q)Bj*((q+τ)modL)]]>其中(q+τ)modL表示对(q+τ)取模L运算,扩频信号ci(t)为：其中，T表示互补码的周期，T＝L·Tc，Tc表示子脉冲宽度，u(t)表示门函数，{Ai Bi}表示在MIMO系统的第i个发射天线上的扩频信号；假设原始数据信息为d(t)，则原始数据扩频和调制后得到的信号si(t)，即第i个天线发射的信号其中ωc表示载波频率；在接收端，第j个天线接收到的信号xj(t)为：其中，vj(t)为高斯白噪声信号，hi,j为第i个发射天线到第j个接收天线间信道的时域冲激响应，假设传输信道为频率选择性稀疏多径信道，其信道冲激响应函数为：其中表示第p根路径的衰落系数，τp是第p条路径的时延，P表示信道的路径条数；δ(t)表示冲击函数；由于xj(t)为模拟信号，接收端对接收信号进行数字采样，以奈奎斯特采样速率进行采样，得到数字采样信号xj(n)，数字采样信号点数为N；将上式以矩阵形式展开：X=X(1)...X(N)=s1(1-1f)s2(1-1f)...sNt(1-1f)............s1(N-1f)s2(N-1f)...sNt(N-1f)·h1,1h1,2...h1,Nr............hNt,1hNt,2...hNt,Nr+v(1)...v(N)=SH+V]]>其中通过测量矩阵对接收信号进行压缩采样，假设测量矩阵为Ψ，则MIMO系统接收信号的压缩采样过程表示为：Y＝ΨX＝ΨSH+V' ＝ΘH+V'式中，S信号为N维列向量，压缩采样向量Y为M维列向量，其中噪声项V'＝ΨV；矩阵构造方式是：矩阵Ψ∈RM×N，矩阵每个元素独立地服从均值为0，方差为的高斯分布，即：信道重构通过下面公式进行估计：H^=min||H||l1s.t.||ΘH^-Y||l2<ϵ]]>表示l1范数，表示l2范数；ε为误差门限，设定ε≤10‑3；通过重构算法得到信道估计则MIMO系统恢复接收端的扩频信号为：是对MIMO系统扩频后信号X的估计，在压缩感知的重构过程中，将信号S的维数通过测量矩阵Ψ的稀疏采样后由原来的N维降为M维。