[发明专利]一种偏移正交多载波系统的导频设计和信道估计方法

说明书

本发明涉及一种偏移正交多载波系统的导频设计和信道估计方法，包括以下步骤：采用最优的导频序列进行偏移正交多载波系统的导频设计；前向单次二维滤波的方法对接收端进行信道估计。本发明能够降低算法复杂度，提高系统可实现性。

技术领域

本发明涉及宽带无线通信领域，特别是涉及一种偏移正交多载波系统的导频设计和信道估计方法。

背景技术

OFDM(正交频分复用)是目前最主流的宽带通信调制方式，具有频谱效率高、抗多径能力强、多址接入灵活等特点，特别适合城市多径信道下的无线高速数据传输。其和MIMO(多输入多输出)相结合，已经广泛应用于IEEE802.11a/g/ac无线局域网(WLAN)、IEEE802.16全球微波互联接入(WiMAX)、IEEE802.22无线城域网(WRAN)、第四代移动通信(4G)等等。

OFDM系统虽然优势明显，但也存在一些不足之处。比如，为了对抗多径干扰需要引入循环前缀，且在城市复杂环境中，循环前缀长度较长，有时高达1/4符号长度，大大降低了频谱效率；另外，对载波偏移十分敏感，因为OFDM发射信号的快速傅里叶变换是基于矩形窗函数，频偏的存在将破坏子载波的正交性，从而引入ICI(子载波间干扰)，干扰功率将随着频偏增大按平方关系增加。

在此基础上，研究者从系统构造结构出发，提出一种改进型的OFDM，也叫正交O-QAM或OFDM-OQAM，每个子载波上的调制均采用交错偏移QAM，其和CP-OFDM(带循环前缀的OFDM信号)最显著的差别在于将正交条件放宽至实域正交，且引入一个时频二维的脉冲成形，使得信号对于收发两端的频率偏移不敏感。而且，在OFDM-OQAM系统中并不需要使用CP，由此可以带来更高的信道吞吐量。

关于OFDM-OQAM信号的研究，目前主要还停留在理论阶段。现有系统在设计导频时一般采用块状插入的方式，因为OFDM-OQAM系统仅在实部正交，实际信道非理想，故相邻符号和相邻子载波均会对当前导频产生虚部干扰，如果在信道估计时采用和OFDM符号类似的迫零算法，得到的信道冲击响应值误差较大，均衡后的数据恢复比较困难。另外，在接收信号中包含了比较复杂的干扰分量，仅通过取实部运算不能将其彻底消除，所以一般还要使用构造格点模型、干扰估计与抵消、迭代运算等途径进一步消除残余干扰，从而增加了系统的复杂度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种偏移正交多载波系统的导频设计和信道估计方法，能够降低算法复杂度，提高系统可实现性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种偏移正交多载波系统的导频设计和信道估计方法，包括以下步骤：

(1)采用最优的导频序列进行偏移正交多载波系统的导频设计；

(2)前向单次二维滤波的方法对接收端进行信道估计。

所述步骤(1)包括以下子步骤：

(11)确定块状导频的符号数使得增加的导频能量小于OFDM中循环前缀的能量；

(12)离线计算邻域内格点的模糊函数，得到每个相邻格点的干扰权重；

(13)以IAM导频结构为基础，以4×3共12个导频子载波为一组，其中，两边8个是未知的变量，根据干扰权重列出干扰总值方程组；

(14)通过相似性观察确定未知变量的虚实性，简化干扰总值方程组，并由拉格朗日乘子法求解带约束条件的最优化问题；

(15)求解干扰总值方程组，并得到特定条件下归一化后最优的导频序列。

所述步骤(2)包括以下子步骤：

(21)对接收的信号进行OFDM-OQAM解调；

(22)利用优选的块状导频序列进行信道估计，得到信道估计值，并对当前导频覆盖域内的数据符号进行迫零均衡；