一种基于正交时频空联合信道估计与符号检测方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113395221A(43)申请公布日2021.09.14(21)申请号202110448874.3(22)申请日2021.04.25(71)申请人北京邮电大学地址100876北京市海淀区西土城路10号(72)发明人郭文彬赵磊王文博刘瑞芳(74)专利代理机构北京中海智圣知识产权代理有限公司11282代理人杨树芬(51)Int.Cl.H04L25/02(2006.01)权利要求书4页说明书9页附图2页(54)发明名称一种基于正交时频空联合信道估计与符号检测方法(57)摘要本发明公开了一种基于正交时频空联合信道估计与符号检测方法，包括以下步骤：步骤1，导频符号放置：根据MIMO‑OTFS系统输入与输出之间的关系建立数学模型，通过分析数学模型将信道估计问题转换为稀疏信号重构问题；步骤2，信道估计，在接收端，信号先经过预处理后得到时延‑多普勒域符号；步骤3，符号检测，在接收端，根据信道估计步骤所得到的信道参数进行符号检测；步骤4，迭代反馈，本发明的优越效果是：基于迭代联合的思想提出了多输入多输出正交时频空系统下的联合信道估计与符号检测方法，能够通过不断的反馈迭代来提高系统性能，对低于阈值概率的符号索引集合重新进行检测，形成信号检测与信道估计的联合迭代检测来提升系统性能。CN113395221ACN113395221A权利要求书1/4页1.一种基于正交时频空联合信道估计与符号检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，导频符号放置：根据MIMO‑OTFS系统输入与输出之间的关系建立数学模型，通过分析数学模型将信道估计转换为稀疏信号重构，在时延‑多普勒域放置少量的导频符号用于接收端的信道参数估计，其中收发天线数目Nt＝Nr＝Na，首先输入比特先经过编码，交织以及正交相移键控调制映射后得到时延‑多普勒域符号，根据输入与输出之间的关系导频符号放置图案，设定系统的信道模型为以下公式(1)：公式(1)中分别表示第nt发送天线与第nr接收天线之间信号在第i径的时延以及多普勒，同理，为信道复增益，则输入与输出之间的关系为以下公式(2)、(3)：其中：公式(1)中表示第nr个接收天线的第k行，l列时延‑多普勒域符号，M和N分别表示子载波和符号数目，为第nr接收天线的系统噪声，其中P表示信道多径数目，Q＝5为分数多普勒近似参数，分别表示第nt发送天线与第nr接收天线之间信号在第i径的时延以及多普勒抽头，同理，为信道复增益，公式(2)表示相位偏移，其中是多普勒的分数抽头，取值范围为(‑0.5,0.5]，代表分数多普勒抽头干扰项，根据公式(1)一个接收符号由NaP(2Q+1)个发送信号叠加以及高斯噪声所组成，其中kν和lτ分别是最大多普勒偏移和最大时延所对应的时延‑多普勒域网格上多普勒轴以及时延轴位置；步骤2，信道估计，在接收端，信号先经过预处理后得到时延‑多普勒域符号，提取出导频符号并构建出求解稀疏信号恢复问题的观测矩阵，再通过压缩感知理论或者稀疏贝叶斯学习理论利用观测矩阵对信道进行估计得到信道参数，信号先经过预处理得到时延‑多普勒域符号，根据时延‑多普勒域信道的稀疏特性将信道估计转换为稀疏信号恢复，则接收端第p个导频位置处的公式(2)能够写为向量形式，如以下公式(4)所示：2CN113395221A权利要求书2/4页其中分别为接收端导频信号和噪声，为发送端导频信号，L＝(2kv+2Q+1)(Nala+1)是待估计的时延多普勒域信道长，为公式(5)中的的向量形式，已知导频信息，通过α对导频符号进行预处理以提高信道估计准确度，为待重构的时延多普勒域信道矩阵，h矩阵具有对称块稀疏特性，采用块正交匹配追踪(BOMP)算法来进行信道估计；步骤3，符号检测，在接收端，根据信道估计步骤所得到的信道参数进行符号检测，其中符号检测采用低复杂度近似消息传递算法，得到每个星座符号的概率并传递给下次迭代；步骤4，迭代反馈，优选部分数据符号与导频符号构成新的导频观测矩阵，利用新的导频观测矩阵重新进行信道估计，根据所估计出的新的信道参数对低于阈值概率的符号重新进行检测以形成信号检测与信道估计的联合迭代检测来提升系统性能。2.根据权利要求1所述的一种基于正交时频空联合信道估计与符号检测方法，其特征在于，所述步骤2包括以下步骤：步骤2.1，首先初始化残差初始化索引集合迭代次数n＝1；步骤2.2，残差与字典矩阵Φp中的每一列进行内积运算，并记录绝对值最大的列向量的索引值λ，计算公式为步骤2.3，由索引λ求解块稀疏所对应的连续索引位置ω＝λ‑Q,...,λ+Q；步骤2.4，更新索引值集合Ωn＝Ωn‑1∪ω，即步骤2.3中求出的块稀疏位置集合与n‑1次迭代索引集合Ωn‑1的并集，生成新的索引集合Ωn；步骤2.5，获