[发明专利]一种基于先验时延信息的航空通信系统基扩展信道估计方法

说明书

本发明公开了一种基于先验时延信息的航空通信系统基扩展信道估计方法，该方法如下：基于基扩展的时变信道估计模型将待估计的信道冲激响应表示为基函数与基系数的乘积，并进行向量化操作；之后经过傅里叶变换得到频域信道冲激响应矩阵H，并代入对时域接收信号进行傅里叶变换的公式中，得到新的接收信号；将其分解为导频部分和数据部分，并简化；根据简化得导频数据矩阵；综合所有观测区间，得到接收信号；对接收信号进行估计，得到信道估计；根据接收信号，利用先验时延信息估计信道时延，得到信道的可分辨多径数目，进而得到导频数据矩阵，再得到基函数系数矩阵；代入向量化操作后的估计模块，并解向量化得到信道冲激响应矩阵；最终得到信道冲激响应矩阵。本发明能克服超高速飞行带来的巨大多普勒频移，实现高速率数据传输。

技术领域

本发明涉及航空通信技术领域，更具体的，涉及一种基于先验时延信息的航空通信系统基扩展信道估计方法。

背景技术

随着无人机等航空飞行器的发展，作为航空领域关键技术之一的航空通信得到了广泛的关注。在航空通信系统中，主要的技术难点在于如何克服超高速飞行带来的巨大多普勒频移，从而实现高速率数据传输。此外，航空信道的大时延的特点也给信道估计带来了很大的挑战。

现有的航空通信系统信道估计的算法主要可分为两个方面。一方面是利用航空通信的典型信道具有两条有效路径的特点，先估计出视距径(LOS)的信道参数，再通过反复迭代来消除多普勒频移带来的子载波串扰(ICI)[1]X.Bu,W.Xie,and R.Zhou,“A novelchannel estimation scheme for wideband OFDM aeronautical communication,”in2009IEEE 5th International Conference onWireless Communications,Networkingand Mobile Computing,2009,pp.1-4.

这种方法由于迭代次数过多，将导致较高的计算复杂度。

其他现有方法还包括使用波束赋形(BF)等技术对航空信道的多径进行分离，再对每条路径分别进行多普勒频移消除，使之可以应用传统的非时变信道估计算法进行估计[2]M.C.Erturk,J.Haque,W.A.Moreno,and H.Arslan,“Doppler mitigationinOFDM-basedaeronautical communications,”IEEE Transactions on Aerospaceand ElectronicSystems,vol.50,no.1,pp.120–129,2014.

此类方法需要用到参数频谱估计算法，例如多信号分类算法(MUSIC)等来估计每条径的多普勒频移。随着OFDM的子载波数增加，用于估计的自相关矩阵维度增大，也将导致计算复杂度大大提高，同时其估计精度也将显著降低。

另一方面，若使用传统的快时变信道估计方法，例如假设时变信道呈线性变化，可将信道响应表示为信道响应均值与变化率的线性组合[3]S.Chen and T.Yao,“Intercarrier interference suppression and channel estimation for OFDMsystems in time-varying frequency-selective fading channels,”IEEETransactions on Consumer Electronics,vol.50,no.2,pp.429-435,2004.