面向高速移動(dòng)場(chǎng)景的信道估計(jì)方法
隨著我國高速鐵路的不斷發(fā)展,應(yīng)用在高速環(huán)境下的移動(dòng)通信系統(tǒng)日 漸成為研究的熱點(diǎn)。從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度來看,信道估計(jì)可以看作一個(gè)系統(tǒng)狀態(tài) 估計(jì)問題,信道響應(yīng)是系統(tǒng)中的狀態(tài)變量。若將時(shí)域變化的信道看作是一個(gè)非線 性的動(dòng)態(tài)系統(tǒng),便可以利用擴(kuò)展卡爾曼濾波器(EKF)對(duì)其狀態(tài)變量求最小均方誤 差(MMSE)估計(jì)。迭代檢測(cè)譯碼(IDD)結(jié)構(gòu)是一種基于Turbo譯碼原理設(shè)計(jì)的接收 機(jī)結(jié)構(gòu)。在迭代接收機(jī)中,軟入軟出(SISO)的Turbo譯碼器與數(shù)據(jù)檢測(cè)器之間 有一條反饋通道,使得數(shù)據(jù)檢測(cè)器能夠利用軟譯碼器輸出的后驗(yàn)對(duì)數(shù)似然比(也 稱作“外信息”)完成多次迭代的信道均衡和解調(diào)。 針對(duì)高速移動(dòng)通信下快速時(shí)變信道估計(jì)的問題,我們提出一種基于EKF的 聯(lián)合IDD信道估計(jì)方法(IDD-EKF) o采用自回歸(AR)過程對(duì)信道建模,在導(dǎo)頻 符號(hào)處采用最小二乘法(LS)估計(jì),時(shí)域采用EKF插值,頻域采用離散傅里葉變 換(DFT)插值。通過聯(lián)合估計(jì)信道頻域響應(yīng)及信道的時(shí)域相關(guān)系數(shù)的方法追蹤信 道的信道頻率響應(yīng)(CFR)。同時(shí)為了消除EKF誤差傳播的影響,采用迭代接收機(jī)結(jié) 構(gòu),利用Turbo譯碼器的碼元糾錯(cuò)能力,通過外信息更新EKF觀測(cè)方程中的加權(quán)矩 陣,從而輔助EKF更新,并進(jìn)行迭代信道估計(jì)。 EKF工作在三種不同的模式下,三種模式分別對(duì)應(yīng)三種不同的構(gòu)造加權(quán)矩 陣的方法。通過后驗(yàn)對(duì)數(shù)似然比構(gòu)造的加權(quán)矩陣?yán)昧?nbsp;Turbo譯碼器的檢錯(cuò)糾 錯(cuò)能力,使得構(gòu)造的加權(quán)矩陣更加接近實(shí)際發(fā)送的符號(hào),則EKF能夠在更多的時(shí)頻域位置上提供MMSE估計(jì)值。 相對(duì)于傳統(tǒng)的信道估計(jì)方法,在NMSE方面,IDD-EKF的信道估計(jì)方法在高速 環(huán)境下具有8dB的信噪比增益。而在BER方面,IDD-EKF在低速環(huán)境下相對(duì)于傳 統(tǒng)算法信噪比增益為5dB,而高速環(huán)境下,其信噪比增益達(dá)到了將近lOdBo通 過仿真分析證明了這一設(shè)計(jì)的有效性。 該成果可以進(jìn)一步推廣到5G通信終端接收機(jī)以及拓展應(yīng)用到飛行器之間 的高速通信中,提高通信性能。
重慶大學(xué)
2021-04-11