基于OFDM系統(tǒng)下聯(lián)合信道編譯碼的壓縮感知信道估計(jì)方法技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)請求保護(hù)一種基于OFDM系統(tǒng)下聯(lián)合信道編譯碼的壓縮感知信道估計(jì)方案，包括：導(dǎo)頻與CRC的插入步驟、改進(jìn)型的壓縮感知信道估計(jì)方法、信道譯碼與判決、模擬編碼調(diào)制與復(fù)用、信道信息計(jì)算，其中改進(jìn)型的壓縮感知信道估計(jì)包括噪聲初估計(jì)、改進(jìn)的壓縮感知信道估計(jì)、自適應(yīng)停止條件計(jì)算、噪聲迭代估計(jì)。設(shè)計(jì)新的導(dǎo)頻與CRC插入方案，采用自適應(yīng)加權(quán)技術(shù)，將估計(jì)器與譯碼器進(jìn)行聯(lián)合迭代處理，在不知道信道稀疏度與信噪比的情況下估計(jì)出多徑信道信息與信噪比，并采用CRC分段判決反饋，同時(shí)加快迭代速度與精度。并增加在接收端重新模擬發(fā)送端數(shù)據(jù)，將正確譯碼后的信息看做導(dǎo)頻，與接收到的數(shù)據(jù)對比，得到較精確的信道信息，同時(shí)降低誤碼率。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于無線通信
，設(shè)及移動(dòng)通信及信道估計(jì)技術(shù)，適用于OFDM系統(tǒng) 下稀疏信道估計(jì)與譯碼。
技術(shù)介紹
多載波技術(shù)利用一系列正交子載波實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸，是一種高效的并行數(shù)據(jù) 傳輸方案，其中正交頻分復(fù)用（0抑M，OrthogonalRrequencyDivisionMultiplexing)技 術(shù)是應(yīng)用最廣的多載波技術(shù)。（FDM的主要特點(diǎn)是將高速串行數(shù)據(jù)分割到多個(gè)正交子載波 上進(jìn)行相對低速的并行傳輸。由于各個(gè)子載波之間存在正交性，允許子信道的頻譜相互重 疊，因而OFDM頻譜利用率更高。此外，OFDM技術(shù)抗頻率選擇性衰落性能強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)簡單，容易 消除符號(hào)間干擾。OFDM各個(gè)子信道中的正交調(diào)制和解調(diào)可W采用IFFT和FFT方法來實(shí)現(xiàn)， 大大降低了計(jì)算的復(fù)雜度。然而，OFDM系統(tǒng)對相位噪聲和載波頻偏非常敏感，并且由于子 信道的頻譜相互覆蓋，該就對子載波之間的正交性提出了嚴(yán)格的要求。由于無線傳輸信道 特性不理想，通常呈現(xiàn)時(shí)域和頻域雙選擇性衰落，極易成系統(tǒng)頻差。系統(tǒng)頻差的存在將破壞 (FDM系統(tǒng)中子載波的正交性，產(chǎn)生載波間干擾（ICI)，嚴(yán)重惡化系統(tǒng)性能。因而，對信道的 精確估計(jì)是保證OFDM系統(tǒng)具備優(yōu)良性能的關(guān)鍵。 目前，接收端估計(jì)信道的方法可W分為兩類：基于訓(xùn)練的方法和盲估計(jì)方法。在基 于訓(xùn)練的信道估計(jì)方法中，發(fā)送端發(fā)送一些收發(fā)兩端都已知的訓(xùn)練序列，接收端則根據(jù)該 訓(xùn)練序列和相應(yīng)的接收信號(hào)來估計(jì)信道。 在無線(FDM通信系統(tǒng)中，基于導(dǎo)頻的信道估計(jì)算法是最主要的信道估計(jì)手段。 針對多載波系統(tǒng)，導(dǎo)頻一般具有時(shí)頻二維特性，因此需要應(yīng)用二維導(dǎo)頻估計(jì)方法。二維導(dǎo) 頻估計(jì)方法一般包括兩個(gè)步驟；（1)估計(jì)導(dǎo)頻所處時(shí)間或頻率位置處信道響應(yīng)，其所用到 的數(shù)學(xué)最優(yōu)化準(zhǔn)則包括最小平方（L巧算法、最小均方誤差估計(jì)法（MinimumMeanSquare 化ror，匪SE)、最大似然估計(jì)法（MaximumL化ehood，ML)。（2)在已獲得導(dǎo)頻所在位置的信 道響應(yīng)的基礎(chǔ)上，通過某種二維的內(nèi)插方式獲得對完整信道響應(yīng)的估計(jì)。二維插值通?？?W分解為兩個(gè)級(jí)聯(lián)的一維插值，主要的一維插值方法包括：線性（Linear)插值、高斯插值、 化bic插值、拉格朗日插值和DFT插值等。常用的二維插值的組合方式主要包括Linear-DFT 二維插值和DFT-DFT二維插值。 然而傳統(tǒng)的二維插值技術(shù)存在如下缺陷；在實(shí)際的無線信號(hào)傳輸中，雙選擇性的 多徑信道通常只由少數(shù)的主要路徑簇所主導(dǎo)，因此所呈現(xiàn)的物理信道常具有稀疏特性。而 當(dāng)信號(hào)的傳輸帶寬較大或天線個(gè)數(shù)較多時(shí)，信道的稀疏特性尤為明顯。由于稀疏信道只有 少數(shù)非零抽頭，傳統(tǒng)的基于導(dǎo)頻序列的方法極有可能采樣到信道的零抽頭，而無法準(zhǔn)確地 插值出信道響應(yīng)。而壓縮感知技術(shù)可W充分挖掘信道的稀疏特性，能利用非常有限的導(dǎo)頻 有效地恢復(fù)稀疏的信道脈沖響應(yīng)。目前，已有國內(nèi)外的學(xué)者將現(xiàn)有的CS經(jīng)典算法應(yīng)用到對 稀疏信道的估計(jì)中去，但由于現(xiàn)有的大部分CS算法都需要已知信號(hào)的稀疏度作為信號(hào)重 構(gòu)的先決條件，該在實(shí)際應(yīng)用中很難實(shí)現(xiàn)，因此，需要有新型的稀疏度自適應(yīng)重構(gòu)算法，可W在信號(hào)稀疏度未知的情況下，仍能準(zhǔn)確恢復(fù)出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對稀疏信道的準(zhǔn)確估計(jì)。 壓縮感知（CompressiveSensing,C巧理論是應(yīng)用數(shù)學(xué)和信號(hào)處理領(lǐng)域的一大突 破，它表示當(dāng)信號(hào)是可壓縮的或在某個(gè)變換域具有稀疏性時(shí)，通過采集少量的信號(hào)投影就 可實(shí)現(xiàn)信號(hào)的準(zhǔn)確或近似重構(gòu)。在該理論框架下，采樣速率不再?zèng)Q定于信號(hào)的帶寬，而是 決定于信息在信號(hào)中的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容，從而打破了傳統(tǒng)奈奎斯特采樣定理對采樣率的瓶頸限 審IJ。壓縮感知理論，使得信號(hào)的采樣和壓縮可W同時(shí)W低速率進(jìn)行，極大地降低了信號(hào)的采 樣頻率及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸代價(jià)，顯著地減少了信號(hào)處理時(shí)間和計(jì)算成本，因而壓縮感知的 提出是信號(hào)處理領(lǐng)域的一次重大變革。 經(jīng)過檢索發(fā)現(xiàn)W下相關(guān)專利文獻(xiàn)：[000引寬帶移動(dòng)通信中利用壓縮感知減少導(dǎo)頻數(shù)的信道估計(jì)方法（CN200910079441)， 它是基于壓縮感知技術(shù)中利用較少測量值就能夠恢復(fù)稀疏信號(hào)的原理，W及基于寬帶移 動(dòng)通信系統(tǒng)中信道的稀疏特性，降低系統(tǒng)估計(jì)信道時(shí)所需的導(dǎo)頻符號(hào)個(gè)數(shù)實(shí)現(xiàn)的。該方法 利用信道稀疏性設(shè)計(jì)一種基于壓縮感知的信道估計(jì)方法來降低導(dǎo)頻數(shù)，降低系統(tǒng)的能量開 銷。但是該方案只是對壓縮感知技術(shù)的簡單應(yīng)用，并未對壓縮感知恢復(fù)算法進(jìn)行改進(jìn)。其 僅對傳統(tǒng)信道估計(jì)有優(yōu)勢。 一種基于稀疏度自適應(yīng)的壓縮感知無線通信信道估計(jì)方法（CN201110409342)，， 包括；1.計(jì)算出導(dǎo)頻處的信道響應(yīng)；2.構(gòu)造測量矩陣〇 ;3.計(jì)算關(guān)聯(lián)度向量，并對其元素 進(jìn)行排序；4.計(jì)算排序后的新的關(guān)聯(lián)度向量的二階差分向量，并設(shè)置用于判定信號(hào)稀疏度 的闊值I點(diǎn)估計(jì)信道沖激響應(yīng)的稀疏度S;6.從向量D的最后一個(gè)元素起依次與所設(shè)闊值 I進(jìn)行比較，第一個(gè)大于闊值的元素所對應(yīng)的系數(shù)值即為所估計(jì)的信號(hào)稀疏度S;7.信號(hào)重 構(gòu)。本專利技術(shù)提出的信道估計(jì)方不需要像傳統(tǒng)壓縮感知算法那樣必須已知信號(hào)稀疏度。但是 該專利技術(shù)計(jì)算過程復(fù)雜，并未結(jié)合信道編譯碼，且無法估計(jì)信噪比。 低密度導(dǎo)頻分布的OFDM快變信道估計(jì)方法（CN200910198215)，該方法在發(fā)射端 高斯分布導(dǎo)頻數(shù)據(jù)和待傳輸數(shù)據(jù)在時(shí)頻上隨機(jī)插入方式進(jìn)行復(fù)用；在接收端W遠(yuǎn)低于奈奎 斯特頻率進(jìn)行隨機(jī)降采樣、復(fù)用，將復(fù)用得到的對應(yīng)導(dǎo)頻位置上的接收導(dǎo)頻數(shù)據(jù)送入進(jìn)行 壓縮感知信道重建，得到信道的S個(gè)非零信道值后，再經(jīng)過除WS個(gè)非零位置的信道系數(shù)補(bǔ) 零和反變換處理，在頻域得到所有子載波的信道參數(shù)。該方法W低于奈奎斯特頻率進(jìn)行隨 機(jī)降采樣，利用壓縮感知信道重建濾除噪聲，W提高低信噪比和低密度導(dǎo)頻分布條件下的 OFDM快變信道參數(shù)估計(jì)精度。但是該方法也只是對壓縮感知技術(shù)的簡單應(yīng)用，并未對壓縮 感知恢復(fù)算法進(jìn)行改進(jìn)。 通過分析W上專利申請的
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
與本專利申請有較大的差別。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對現(xiàn)有技術(shù)中的OFDM系統(tǒng)基于導(dǎo)頻的信道估計(jì)技術(shù)需要插入大量導(dǎo)頻而浪費(fèi) 許多時(shí)頻資源，從而引入壓縮感知信道估計(jì)技術(shù)并做了大量改進(jìn)。本專利技術(shù)考慮與實(shí)際應(yīng)用 接軌，在不知道信道稀疏度與信噪比的前提下，不僅能估計(jì)出信道信息，還能同時(shí)估計(jì)信噪 比。本專利技術(shù)在發(fā)送端設(shè)計(jì)插入新的導(dǎo)頻圖案，在接收端結(jié)合信道編譯碼技術(shù)，加入模擬發(fā)送 端模塊，反饋?zhàn)g碼信息使得信道估計(jì)準(zhǔn)確性與誤碼率性能都得到提高，同時(shí)加快譯碼速度。 本專利技術(shù)中的算法還可w根據(jù)實(shí)際硬件條件改變迭代當(dāng)前第1頁1 2 本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于OFDM系統(tǒng)下聯(lián)合信道編譯碼的壓縮感知信道估計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟：101、在發(fā)送端，對基帶數(shù)據(jù)進(jìn)行信道編碼、調(diào)制與OFDM復(fù)用后，進(jìn)行導(dǎo)頻與循環(huán)冗余校驗(yàn)碼CRC的插入步驟，其中導(dǎo)頻與循環(huán)冗余校驗(yàn)碼CRC采用偽隨機(jī)導(dǎo)頻圖案生成算法進(jìn)行計(jì)算與插入，然后將進(jìn)行導(dǎo)頻與循環(huán)冗余校驗(yàn)碼CRC插入后的OFDM信號(hào)通過無線信道轉(zhuǎn)發(fā)給接收端；102、接收端接收到信號(hào)后，進(jìn)行OFDM信號(hào)解復(fù)用的步驟，分離出導(dǎo)頻與數(shù)據(jù)，對分離出的導(dǎo)頻采用自適應(yīng)分段加權(quán)匹配追蹤算法進(jìn)行信道估計(jì)得出信道信息，然后對接收到的數(shù)據(jù)及導(dǎo)頻進(jìn)行降噪、均衡，然后進(jìn)行軟解調(diào)；103、對軟解調(diào)的信息送入信道譯碼器，譯碼采用傳統(tǒng)的Log?Map算法，對每兩個(gè)導(dǎo)頻間的數(shù)據(jù)進(jìn)行分段譯碼，并在每次迭代后利用循環(huán)冗余校驗(yàn)碼CRC碼檢測是否解碼正確，同時(shí)把用在此譯碼正確段的信噪比zf反饋到步驟102的信道估計(jì)步驟中；若解碼錯(cuò)誤，則發(fā)出重傳信號(hào)計(jì)算誤碼率與誤塊率；若解碼正確則找出本次迭代譯出的所有正確數(shù)據(jù)段，使用同發(fā)送端一樣的參數(shù)對這些數(shù)據(jù)段進(jìn)行重新編碼調(diào)制并復(fù)用成與原位置相同OFDM符號(hào)，此時(shí)將這段數(shù)據(jù)當(dāng)成導(dǎo)頻看待，送入壓縮感知信道估計(jì)器進(jìn)行下一次迭代信道估計(jì)；直到全部譯碼正確，若整個(gè)塊譯碼正確，則把整個(gè)塊全部看成導(dǎo)頻，計(jì)算得到信道估計(jì)值。...

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：余翔，徐宇明，段思睿，鄭寒冰，呂世起，
申請(專利權(quán))人：重慶郵電大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：重慶;85