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快速时变信道下的基扩展模型信道估计性能分析

孟德智;王钰炜;王明军;秦启波;俞晖

【摘要】针对快速时变信道,提出了一种基于复指数基扩展模型(CE-BEM)的线性

最小均方误差(LMMSE)信道估计方法,对信道估计的结果使用离散长椭球序列

(DPSS)进行平滑处理,并相应提出了基于迭代的载波间干扰(ICI)消除信道均衡方法.

仿真结果表明:在高多普勒信道场景下,该方法系统误码性能较传统信道估计方法有

一定程度的提升.

【期刊名称】《上海师范大学学报（自然科学版）》

【年(卷),期】2019(048)001

【总页数】6页(P64-69)

【关键词】信道估计;基扩展模型;快速时变信道;载波间干扰(ICI)消除

【作者】孟德智;王钰炜;王明军;秦启波;俞晖

【作者单位】中国铁建电气化局集团有限公司安全质量管理部,北京100043;上海

交通大学电子信息与电气工程学院,上海200240;铁路总公司拉林铁路建设总指挥

部,西藏林芝860000;上海交通大学电子信息与电气工程学院,上海200240;上海交

通大学电子信息与电气工程学院,上海200240

【正文语种】中文

【中图分类】TN929.5

0引言

高速移动环境中,无线信道表现出频率及时间的选择性衰落,传统的信道模型不能很

好地对高速时变的信道进行模拟,由此,基扩展模型(BEM)[1-2]得到广泛的应用.

文献[3-5]中,作者提出了基于导频的BEM信道估计方法.MA等[3]时域中插入导频,

解决符号间干扰(ISI)的问题.KANNU等[4]在时域中插入导频,解决载波间干扰(ICI)

的问题.STAMOULIS等[5]作者在文献[4]的基础上,研究得出ICI大多发生在相邻的

子载波,导致信道矩阵可近似地被认为是带状的,并相应地给出了信道均衡的迭代算

法,降低了运算复杂度.

本文作者基于复指数(CE)[1]函数,提出了一种在频域中插入导频簇的信道估计方法,

并采用离散长椭球序列(DPSS)[6]对信道估计出的结果进行平滑处理.仿真结果表明:

在高多普勒的信道场景下,附加DPSS平滑处理的信道估计方法优于复指数基扩展

模型(CE-BEM).

1系统和信道模型

1.1OFDM系统模型

图1所示,考虑一个子载波数为N的正交频分复用(OFDM)系统,发送端对一个

OFDM符号S进行快速傅里叶逆变换(IFFT),并附加循环前缀(CP),经过衰落信道h

后,接收端通过去除CP,进行快速傅里叶变换(FFT),得到频域的接收信号

Y=FhFHS+Fz=HS+Z,

(1)

其中,F为N点离散傅里叶变换矩阵,为均值为0、方差为的时域噪声;Z为频域噪

声;h为N×N维时域信道矩阵;H为信道矩阵,有

[h]p,q=h(p;mod(p-q,N)).

(2)

其中,[h]p,q表示h第p行第q列元素的值,假设衰落信道的多径数为L,且当l0

或lL-1时,h(n;l)=0,n对应IFFT第n个点,l为多径的第l条径.

图1OFDM系统收发信机框图

1.2CE-BEM信道模型

对信道h(n;l)使用CE-BEM建模,OFDM符号内第l条路径的信道抽头系数

hl=BCEgl,

(3)

其中,hl=[h(0;l),h(1;l),…,h(N-1;l)]T;BCE=[b0,b1,…,bQ],是N×(Q+1)的基函数矩

阵,Q为CE-BEM基函数阶数,且[BCE]p,q=exp[(j2πp/N)(q-

Q/2)];gl=[g0(l),g1(l),…,gQ(l)]T表示一个OFDM符号内第l条路径信道抽头的

CE-BEM系数.

若将一个符号内所有的信道抽头系归到一个NL×1的矢量c中,有

c=[h(0;0),h(0;1),…,h(0;L-1),…,h(N-1;0),h(N-1;1),…,h(N-1;L-1)]T,

(4)

可得

c=(B⊗IL)gCE,

(5)

其中,IL是L×L的单位阵,⊗是Kronecker积.

(6)

gq=[gq(0),gq(1),…,gq(L-1)]T,q=0,1,…,Q.

(7)

因此,采用CE-BEM模型,只需要估计L×(Q+1)个BEM系数即可.

2信道估计与均衡

2.1CE-BEM信道估计

将式(5)代入(1),