[发明专利]无源反向散射通信信道的参数估计方法

说明书

本发明涉及一种无源反向散射通信信道的参数估计算法，解决了利用无源反向散射通信技术的系统中的全盲估计问题，处理了全盲估计过程中出现的观测数据含有多个隐藏变量以及待估信道参数随设备反射状态而不断交替变化的问题，并且设计了合理有效的算法迭代初值，获得了良好的估计性能。本发明的关键点在于：对于多个隐藏变量、多个信道参数相关联的情形，通过引入变量S_j，θ_m来处理，并推导出迭代过程中间变量的闭合解。对于迭代初值的设置，不需要获取额外的信息，且给出了明确的取值范围。欲保护点：(1)反向散射技术中对于多隐藏变量、多参数估计的处理方法，及相应的理论推导结果。(2)反向散射技术关于迭代初值的设置方法与具体取值范围。

技术领域

本发明涉及无线通信领域，具体说是一种无源反向散射通信信道的参数估计方法。

背景技术

无源反向散射技术是一种新生事物，可以让传感器摆脱电池的束缚，避免频繁的人工维护操作，兼备无线的便捷性和绿色通信的低能耗特点，不仅仅在RFID(无线射频识别)系统相关产品，而且在物联网行业具有广阔的应用前景，是一项很具有商业价值和潜力的无线技术。无源反向散射技术包括环境反向散射技术，WiFi反向散射技术以及FM反向散射技术等等，这类技术可以利用能量采集手段从周边已有的无线信号获得传感器运行所需的能量。无源反向散射技术可以应用到信息传输领域，构成一种不同于传统反向散射的通信技术——无源反向散射通信技术。无源反向散射通信技术中信道估计、信号检测等基本模块的设计与其他反向散射通信技术是不一样的，现有的传统反向散射通信技术的理论结果不能直接应用于无源反向散射通信技术，相关的通信理论还有待完善，其中很重要的一项就是信道估计理论。现有的关于无源反向散射通信技术的信号检测技术都是基于信道完美已知的假设，或者从接收信号的统计特性角度来检测从而避免信道估计，如能量检测，差分检测^[4]。而实际上，准确的信道估计可以降低检测的误码率，提升系统的检测效率。

现有一项名为“Expectation-maximization-based channel estimation andsignal detection for wireless communications systems”(无线通信系统中基于期望最大化算法的信道估计与信号检测)的美国专利^[1]及相应论文^[2]。此项技术主要针对OFDM通信系统，运用EM算法对OFDM的卷积信道分别进行频率响应和脉冲响应估计，对于EM迭代过程的初值设置问题，此技术利用前一帧的信道历史信息或通过发送导频序列进行粗略估计，为非全盲估计，且算法中的隐藏变量为单一变量，待估参数为卷积矩阵的形式。此技术存在以下的缺点：

1.此技术不适用于全盲估计，且初值的设置方法实用性差，系统需要获取额外的信息。采用发送导频序列获取初值的方式，在一些无线通信系统中无法实现，如某系统利用无源反向散射通信技术，反向散射设备为无源设备，自身所需的能量由无线采集模块获得，能量转换所得功率不足以支持无源设备发送导频信号。

2.此技术中涉及的隐藏变量为单一变量。在一些无线通信系统中，如果使用全盲估计，除待估参数外，可能存在不止一个隐藏变量，如利用无源反向散射通信技术的系统中，可能存在源信号与反射信号非单一隐藏变量，且隐藏变量中的反射信号与待估信道参数相关联。

3.此技术中的待估参数为卷积矩阵，主要适用于OFDM场景，对于其他不能转化成相同形式的通信系统并不适用。如利用无源反向散射通信技术的系统，信道参数随无源设备反射和不反射两种状态而不断变化。