面向高速移動場景的信道估計方法
隨著我國高速鐵路的不斷發(fā)展,應用在高速環(huán)境下的移動通信系統(tǒng)日 漸成為研究的熱點。從系統(tǒng)設計的角度來看,信道估計可以看作一個系統(tǒng)狀態(tài) 估計問題,信道響應是系統(tǒng)中的狀態(tài)變量。若將時域變化的信道看作是一個非線 性的動態(tài)系統(tǒng),便可以利用擴展卡爾曼濾波器(EKF)對其狀態(tài)變量求最小均方誤 差(MMSE)估計。迭代檢測譯碼(IDD)結構是一種基于Turbo譯碼原理設計的接收 機結構。在迭代接收機中,軟入軟出(SISO)的Turbo譯碼器與數(shù)據(jù)檢測器之間 有一條反饋通道,使得數(shù)據(jù)檢測器能夠利用軟譯碼器輸出的后驗對數(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)。 針對高速移動通信下快速時變信道估計的問題,我們提出一種基于EKF的 聯(lián)合IDD信道估計方法(IDD-EKF) o采用自回歸(AR)過程對信道建模,在導頻 符號處采用最小二乘法(LS)估計,時域采用EKF插值,頻域采用離散傅里葉變 換(DFT)插值。通過聯(lián)合估計信道頻域響應及信道的時域相關系數(shù)的方法追蹤信 道的信道頻率響應(CFR)。同時為了消除EKF誤差傳播的影響,采用迭代接收機結 構,利用Turbo譯碼器的碼元糾錯能力,通過外信息更新EKF觀測方程中的加權矩 陣,從而輔助EKF更新,并進行迭代信道估計。 EKF工作在三種不同的模式下,三種模式分別對應三種不同的構造加權矩 陣的方法。通過后驗對數(shù)似然比構造的加權矩陣利用了 Turbo譯碼器的檢錯糾 錯能力,使得構造的加權矩陣更加接近實際發(fā)送的符號,則EKF能夠在更多的時頻域位置上提供MMSE估計值。 相對于傳統(tǒng)的信道估計方法,在NMSE方面,IDD-EKF的信道估計方法在高速 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,其信噪比增益達到了將近lOdBo通 過仿真分析證明了這一設計的有效性。 該成果可以進一步推廣到5G通信終端接收機以及拓展應用到飛行器之間 的高速通信中,提高通信性能。
重慶大學
2021-04-11