一种卫星VDES系统的信道估计方法.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CN111628815A(43)申请公布日2020.09.04(21)申请号202010390286.4(22)申请日2020.05.08(71)申请人山东星通易航通信科技有限公司地址277600山东省济宁市微山县经济开发区青山路碧水明珠小区C-20号(72)发明人丁大为丁晓光智慧张红伟(74)专利代理机构安徽华人律师事务所34163代理人张璞君(51)Int.Cl.H04B7/185(2006.01)H04L25/02(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图4页(54)发明名称一种卫星VDES系统的信道估计方法(57)摘要本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种卫星VDES系统的信道估计方法。该方法包括以下步骤：一、构造块状导频结构；二、构造数据传输模型；三、建立IEKF预测、更新方程，输出下一个符号的估计点；四、在新的估计点进行多次迭代减少非线性误差，提高信道估计精度；五、IEKF输出的后验估计值将其转化为基向量系数，计算信道响应矩阵。与现有的卫星信道估计方法相比，本发明使用IEKF估计方法可以有效的跟踪快时变信道变化，降低多普勒频移的影响，提高信道估计精度。采用BEM减少待估参数个数，降低计算复杂度。可以有效保障卫星VDES系统的通信质量，为海上船舶提供相应服务，及时响应数据请求服务。CN111628815ACN111628815A权利要求书1/3页1.一种卫星VDES系统的信道估计方法，该方法包括以下步骤：步骤1：构造块状导频结构在一个子帧所包含的多个数据符号中，等间隔插入导频符号，即所述的导频符号之间是所述的数据符号，形成块状导频结构；步骤2：构造数据传输模型基于BEM的多载波调制数据传输模型，第i个符号块上N个子载波接收到的频域符号向量yi按照以下公式计算：yi＝Dici+wiTT其中，yi＝[yi(0),...,yi(N-1)]，式[·]表示矩阵的转置；ci为i个符号压缩基的基系数向量，第i个数据符号上第l个抽头压缩基的基系数向量其中Q表示压缩基向量维度；Di为测量矩阵,有Di＝FSiB，其中F表示傅里叶变换矩阵，si表示发送第i个符号上n个子T载波符号的向量集合，si＝[si(0),...,si(n),...si(N-1)]，si(n)表示发送第i个符号上的第n个子载波符号，向量其中，IL表示L×L维单位矩阵，表示kronecker积；根据CE-BEM模型，基向量有其中k表示第k个采样点，q表示0～Q之间的整数；wi为信道的加性复高斯白噪声；步骤3：建立IEKF预测、更新方程，输出下一个符号的估计点xi3.1)IEKF的状态空间模型：其中，Ri表示相邻两个符号间的基系数的相关矩阵；ri表示时域相关系数，为所述的Ri的对角线元素集合；vi表示信道转移过程噪声，其协方差矩阵为zi表示所述的ri的过程噪声，是复高斯白噪声,其均值为零，协方差矩阵为T3.2)构造一个新的状态变量xi＝[rici]，则可将3.1)所述的状态空间模型改写为：其中，ui为状态转移方程的过程噪声向量，其协方差矩阵为T(xi)是一个非线性的状态转移方程：2CN111628815A权利要求书2/3页根据IEKF的原理，利用一阶Taylor线性化近似，进行展开：其中，其是由基系数的后验估计值构成的对角矩阵，Ri表示时域相关系数矩阵的后验估计值；3.3)状态预测方程如下：其中，Pi|i-1表示第i个状态变量的先验协方差矩阵，由于在数据符号位置的测量矩阵无法直接获得，因此可以通过预测得到的先验的基系数ci|i-1，通过公式将其HH转换为先验的信道频域响应矩阵Hi|i-1，Hi＝FhtoepF，F表示N阶傅里叶逆变换，矩阵htope是由向量hi生成的N×N阶对称toeplitz矩阵；此时，可以通过一次均衡对第i个的发送的符号向量si做出预测：但是由于受到噪声的影响，可能偏离实际发送信号si的星座点，采用软判决反馈进行补偿，使其更接近实际的发送信号，再重新建立测量矩阵Di的先验估计值，代入更新方程；3.4)得到状态变量的后验估计值：其中，Kgain(i)为IEKF的增益，随着IEKF的状态预测与状态更新的迭代运算，可以得到后验状态变量估计值xi作为输出；步骤4：计算频域信道响应矩阵Hi4.1)在新的估计点进行一阶Taylor展开，进行M次迭代，其中对于第k次迭代(1≤k≤M)，使用Levenberg-Marquardt优化方法修正的协方差为：更新第k次迭代：3CN111628815A权利要求书3/3页4.2)当迭代次数达到M次或者两次连续迭代之间的误差小于设定的最小误差值ε1，则停止迭代过程，输出新的估计点，即后验状态变量估计值xi；步骤5：将输出的IEKF后验估计值xi转化为基