[发明专利]一种基于GAMP的联合双选信道估计与FTNS检测方法

摘要

本发明一种基于GAMP的联合双选信道估计与FTNS检测方法，属于迭代接收机设计技术领域。核心思想是将传输数据块分为若干个子数据块，并假设在一个子数据块内信道系数不变，采用一阶自回归模型对不同子数据块间信道的变化进行建模，充分利用时变信道的统计特性，借助前向‑后向算法提高信道估计性能；构建合理的频域子系统模型以同时考虑由无CP引入的子数据块之间的干扰和由FTNS引入的色噪声干扰；进一步基于此频域子系统模型，保留了数据符号为离散随机变量的统计特性，并利用GAMP方法迭代更新信道系数和数据符号的估计值。本发明基于频域系统模型，算法实现复杂度低；无需添加循环前缀，有效提高了系统的频谱效率。

主权项

1.一种基于广义近似消息传递GAMP的联合双选信道估计与超奈奎斯特信号FTNS检测方法，基于一个FTNS通过双选信道传输的编码系统，在发送端，经过编码调制后的数据符号s＝[s0,...,sK‑1]T通过发送滤波器ht(t)后，以τT为发送符号周期进行传输，其中[·]T表示转置，数据符号sk∈X，k＝0,…,K‑1,χ＝{a0，...，aJ‑1}为调制符号空间集，aj为调制符号星座点，j＝0,…,J‑1，J为调制阶数，T为满足无符号间干扰的符号周期，τ为压缩因子；调制后的波形通过双选信道进行传输，其特征在于：将传输数据块分为若干个子数据块，并假设在一个子数据块内信道系数不变，采用一阶自回归AR模型对不同子数据块间信道的变化进行建模，充分利用时变信道的统计特性，借助前向‑后向FB算法提高信道估计性能；构建合理的频域子系统模型以同时考虑由无循环前缀CP引入的子数据块之间的干扰和由FTNS引入的色噪声干扰；进一步基于此频域子系统模型，保留了数据符号为离散随机变量的统计特性，并利用GAMP算法迭代更新信道系数和数据符号的估计值，其中，为了利用GAMP算法，将频域子系统模型重写成下式：yp＝HpFNsp+wp式中，对角矩阵c_p为双选信道DSCs系数h_p后补零的频域表示，其计算式为s_p＝T₃s_p，为L_h维单位矩阵，L_h为信道记忆深度，T₃＝[I_M 0_M×(N‑M)]^T；I_M为M维单位矩阵，对于n＝pM，...，pM+N‑1，定义无噪输出矢量ξ_p＝H_pF_Ns_p线性转移矩阵Φ_p＝H_pF_N，以及GAMP算法中需要用到的输入、输出标量估计函数：其中p(s_n＝a_i)就是s_n取值为a_i时的先验概率，s_n，y_n，和ξ_n分别为s_p，y_p，Λ_p和ξ_p的第n个元素，和将在GAMP算法的迭代过程中更新，意义为H_pF_Ns_p第n个元素的近似先验均值和先验方差；意义为s_p第n个元素的似然函数中的均值和方差；其中，F_N为离散傅里叶变换DFT矩阵，其第(m,n)个元素为其中，w_p′＝F_Nv′_p，和分别为第p‑1个子数据块和第p+1个子数据块对当前第p个子数据块的干扰，v′_p为第p个子数据块的色噪声矢量；表示以矢量为对角线元素的对角矩阵；是c_p估计的均值，其计算式为其中，是h_p的估计的均值；表示以矢量g为对角线元素的对角矩阵；g为FTN引入的符号间干扰ISI系数g后补零的频域表示，其计算式为为L_g维单位矩阵，L_g为FTNS引入的ISI长度；第p个子数据块为sp＝[spM,...,s(p+1)M‑1]T；数据符号s分为P个长度为M的子数据块；N＝M+L‑1；L＝Lh+Lg‑1；K＝PM；为关于变量s_n的均值为方差为的高斯分布，在s_n＝a_i时的值；w_p的均值矢量为E(w_p)；Λ_p＝Λ_p′+λI_N，I_N为N维单位矩阵，Λ_p′为对角矩阵，是色噪声协方差矩阵的近似矩阵，其对角线元素与的对角线元素相同，其中的v′_p‑1和v′_p+1与符号估计方差有关，为第p‑1个子数据块中，第l个信道系数，为第p+1个子数据块中，第l个信道系数；且当下标为p时，v′_p通过式(2)计算：其中，是t_p的估计方差，是的迹，t_p为s_p后补零的频域表示，其表达式为t_p＝F_NT₃s_p＝F_Ns_p。