一种基于低轨卫星系统的快变信道估计方法.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CN106254284A(43)申请公布日2016.12.21(21)申请号201610619150.X(22)申请日2016.08.01(71)申请人西安电子科技大学昆山创新研究院地址215347江苏省苏州市昆山市祖冲之南路1699号806室申请人西安电子科技大学(72)发明人李勇朝张学敏刘灿张锐阮玉晗张海林(74)专利代理机构北京科亿知识产权代理事务所(普通合伙)11350代理人黄浩威(51)Int.Cl.H04L25/02(2006.01)H04L27/26(2006.01)权利要求书3页说明书8页附图2页(54)发明名称一种基于低轨卫星系统的快变信道估计方法(57)摘要本发明公开了一种基于低轨卫星系统的快变信道估计方法，针对低轨卫星较大多普勒频移以及中继级联信道的时频双选特性，建立放大转发(AF，AmplifyForward)协议下级联信道的基扩展模型(BEM，BasisExpansionModel)，分析了适用于BEM模型的信道估计算法。首先根据归一化多普勒频偏和信噪比来判断要选用的BEM模型，然后利用信道稀疏特性选取最小二乘算法(LS)和线性最小均方误差算法(LMMSE)估计模型系数。本发明能够利用基扩展模型减少快变信道的待估参数，结合信道稀疏性和自适应混合BEM模型保证估计精度的同时降低椭圆基函数BEM(DPS-BEM)模型和LMMSE算法的复杂度，从而实现高效准确估计。CN106254284ACN106254284A权利要求书1/3页1.一种基于低轨卫星系统的快变信道估计方法，其特征在于，包括如下步骤：S1构造基于导频簇的梳状导频结构；S2低轨卫星中继传输系统中采用AF放大转发协议，采用一组基函数的线性组合来拟合BEM模型的信道，所述BEM模型包括复指数BEM模型和椭圆基函数BEM模型，复指数BEM模型和椭圆基函数BEM模型分别采用傅里叶基和椭圆基函数作为基函数；其中，根据归一化多普勒频率fnd和信噪比SNR自适应选择BEM模型，当在fnd＜0.5时，SNR＜5dB和SNR≥5dB分别采用复指数BEM模型和椭圆基函数BEM模型；当fnd＞0.5时，采用椭圆基函数BEM模型；S3BEM模型下接收信号表示为：其中，n＝0，1，…，N-1，N是子载波个数，l＝0，1，…，L，L为可分辨多径数，b(n)＝[b1TT(n)，…，bQ(n)]，g(l)＝[g1(l)，…，gQ(l)]；是经中继R放大转发的接收信号，α为放大因子，x(n)为源端S发送的OFDM信号，η(n)表示均值为0，方差为δ2的加性高斯白噪声；b1(n)，...，bQ(n)分别表示BEM模型的第1-Q个基函数；g1(l)，...，gQ(l)分别表示BEM模型的第1-Q个基函数的系数；对所述BEM模型下接收信号进行DFT变换得到的频域Y表示为：T其中，bq＝[bq(0)，bq(1)，…，bq(N-1)]为BEM模型的第q个基函数，bq(0)，...，bq(N-1)分别为BEM模型的第q个基函数在第0-N-1个子载波上对应的值；gq＝[gq(0)，gq(1)，…，gq(L-T1)]为BEM模型的第q个基函数的系数，gq(0)，...，gq(L-1)分别为BEM模型的第q个基函数的系数在第0-L-1个可分辨多径上对应的值；Gq是一个N×N大小的循环矩阵，其第一列为对应于第q个基函数的系数；X是频域发送信号；W是频域噪声；F是N×N维的离散傅里叶变换矩阵；FL是一个N×L大小的参数矩阵，由的前L列构成；diag表示矩阵对H角化；令Aq＝Fdiag(bq)F，q＝0，...，Q，则上式又表示为：S4将接收信号中的导频提取出来，此时频域Y对应的导频子载波的矩阵为Y(p)＝A(p)Δ(p)g+d+W(p)其中，d为数据子载波对导频子载波的干扰，W(p)为频域噪声W对应的导频子载波的矩阵，表示Kronecker积，IQ+1是Q+1(p)(p)(p)阶单位矩阵，A0，...，AQ分别为A0，...，AQ对应的导频子载波的矩阵，X表示频域发送2CN106254284A权利要求书2/3页(p)信号X对应的导频子载波的矩阵；FL表示FL对应的导频子载波的矩阵；S5设定已知信道的稀疏度和有效信道抽头的位置，则简化估计算法，将有效信道抽头的系数放入向量Isig中，得到：其中是由矩阵选取的向量Isig中对应列组成，对应于所有导频子载波的发送数据；为Δ(p)在已知抽头位置下的表述；S6针对复指数BEM模型和椭圆基函数BEM模型分别采用LS、LMMSE算法估计基函数的系数；S7根据基函数的系数计算时域信道冲击响应。2.根据权利要求1所述的基于低轨卫星系统的快变信道估计方法，其特征在于，步骤S1的具体方法为：对每个O