本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是涉及用于子載波索引調(diào)制OFDM系統(tǒng)的信道估計方法。

背景技術(shù)：

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技術(shù)是一種無線通信的高速傳輸技術(shù)，其基本原理是將高速的數(shù)據(jù)流分解成許多低速率的子數(shù)據(jù)流，即將信號分成許多正交的子載波，利用這些相互正交的子載波同時進行傳輸。該技術(shù)利用子載波對數(shù)據(jù)進行調(diào)制，擴展了符號的脈沖寬度，可以有效地抵抗符號間干擾(Inter-Symbol Interference,ISI)，提高了對抗多徑衰落的性能。與傳統(tǒng)頻分復(fù)用(Frequency Division Multiplexing,FDM)相比，OFDM不需要專門的保護頻帶。雖然頻譜之間會有重疊，但是各個載波之間是相互正交的。根據(jù)正交性原理可知，各個載波之間是不存在干擾的，從而大大提高了頻譜的利用率。

近來，一種新的多載波通信方式——基于子載波索引調(diào)制(Subcarrier Index Modulation,SIM)的OFDM系統(tǒng)被提出。對于SIM-OFDM系統(tǒng)而言，除了增加了SIM調(diào)制模塊以外，其他的步驟和傳統(tǒng)的OFDM系統(tǒng)并沒有任何差異。其中，最核心的SIM調(diào)制模塊采用了子載波分塊的思想。首先將整個多載波連續(xù)地分成大小相同的多個子塊，每個子塊中通過索引比特來選擇其中若干個子載波(稱之為激活子載波)來發(fā)送數(shù)據(jù)，而其余的子載波不發(fā)送數(shù)據(jù)(稱之為靜默子載波)。由于索引比特本身并不發(fā)送，而是隱含在激活子載波的位置信息中的，所以索引比特并不占用頻譜資源。在接收端，通過激活子載波的位置就可以獲得索引比特的信息。

現(xiàn)有的SIM-OFDM與傳統(tǒng)的OFDM通信方法相比，有著諸多優(yōu)點，例如SIM-OFDM系統(tǒng)峰值平均功率比更小、對抗子載波間干擾性能更好、誤碼率更低等，通過選擇不同的功率分配策略還可以節(jié)約發(fā)射機能量。缺點是由于采用了分塊的方式，SIM-OFDM系統(tǒng)無法像OFDM系統(tǒng)中一樣，簡單地在固定的位置上插入導(dǎo)頻以完成信道估計。而導(dǎo)頻位置判斷錯誤將會對SIM-OFDM系統(tǒng)的信道估計性能產(chǎn)生巨大的影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有索引調(diào)制OFDM系統(tǒng)導(dǎo)頻位置判斷錯誤對系統(tǒng)產(chǎn)生影響的問題，提出一種選擇性地剔除錯誤導(dǎo)頻點的算法。從而使得既保留了SIM-OFDM系統(tǒng)本身的優(yōu)勢，又可以減少導(dǎo)頻位置判斷錯誤對系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

用于子載波索引調(diào)制OFDM系統(tǒng)的信道估計方法，其特征在于，包括：

發(fā)射端：

a.分塊：對子載波索引調(diào)制OFDM系統(tǒng)的子載波進行分塊處理，得到g＝N/n個子塊，其中N表示系統(tǒng)的子載波總個數(shù)，n表示每個子塊的子載波個數(shù)；

b.調(diào)制：對每個子塊，調(diào)制模塊先提取對應(yīng)的導(dǎo)頻圖案比特和調(diào)制比特，然后調(diào)制比特經(jīng)過M-QAM調(diào)制得到要發(fā)送的星座點符號，最后根據(jù)導(dǎo)頻圖案比特來確定n-k個導(dǎo)頻放置位置，其余k個子載波用于發(fā)送星座點符號；因此，一幀符號傳輸?shù)男畔⒈忍財?shù)為g·k·log₂(M)；導(dǎo)頻圖案比特為k為每個子塊中發(fā)送星座點符號的子載波個數(shù)，表示向下取整函數(shù)，則有總比特數(shù)為

c.發(fā)送：對系統(tǒng)的每個子塊，由k個數(shù)據(jù)映射子載波攜帶經(jīng)索引調(diào)制后的數(shù)據(jù)，n-k個導(dǎo)頻映射子載波攜帶經(jīng)索引調(diào)制后的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)，并設(shè)置兩種子載波的發(fā)送功率；

接收端：

d.第一次導(dǎo)頻位置判斷：頻域接收信號Y采用與發(fā)送端相同的分塊方式，得到g＝N/n個子塊，每個子塊中含有n個子載波；分塊之后，對每個子塊進行能量檢測，認(rèn)為每個子塊中能量最低的n-k個子載波位置為當(dāng)前子塊的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)所在子載波位置，即查找每個子塊中能量最低的n-k個子載波位置并標(biāo)記為當(dāng)前子塊的導(dǎo)頻位置l_i，下標(biāo)i為子塊標(biāo)識符，由g個導(dǎo)頻位置l_i構(gòu)成導(dǎo)頻位置集合L₁，由導(dǎo)頻位置集合L₁獲取導(dǎo)頻位置處的頻域接收信號Y_P1；

e.初始信道估計：采用傳統(tǒng)信道估計方法由頻域接收信號Y_P1、導(dǎo)頻數(shù)據(jù)P和導(dǎo)頻位置集合L₁進行信道估計得到第一次信道估計值傳統(tǒng)信道估計方法指線性最小二乘估計(LS)、線性最小均方誤差估計(LMMSE)、壓縮感知的信道估計(CS)等信道估計方法；

f.第二次導(dǎo)頻位置判斷：根據(jù)信道估計值對頻域接收信號Y進行均衡處理得到均衡信號對均衡信號采用與發(fā)射端相同的分塊方式，得到g＝N/n個子塊，每個子塊中含有n個子載波，分塊之后，對每個子塊進行能量檢測，同樣認(rèn)為均衡信號的每個子塊中能量最低的n-k個子載波位置為當(dāng)前子塊的導(dǎo)頻位置，由g個子塊的導(dǎo)頻位置構(gòu)成導(dǎo)頻位置集合L₂，由導(dǎo)頻位置集合L₂獲取導(dǎo)頻位置處的頻域接收信號Y_P2；采用的均衡方法包括但不僅限于破零均衡(ZF)、線性最小均方誤差均衡(LMMSE)等

g.更新信道估計值：由頻域接收信號Y_P2、導(dǎo)頻數(shù)據(jù)P和導(dǎo)頻位置集合L₂進行二次信道估計，得到第二次信道估計值

h.剔除m個判斷錯誤的導(dǎo)頻位置：計算導(dǎo)頻位置集合L₂中各導(dǎo)頻位置處第二次信道估計與第一次信道估計值的均方誤差MSE_P,i,j：其中i表示第i個子塊,j表示第i個子塊的中的第j個子載波；假設(shè)導(dǎo)頻位置剔除系數(shù)為λ，將均方誤差MSE_P,i,j按降序排列，剔除前m＝λ·(n-k)·g個均方誤差值所對應(yīng)的導(dǎo)頻位置，得到導(dǎo)頻位置集合L₃，由導(dǎo)頻位置集合L₃可獲得導(dǎo)頻位置處的頻域接收信號Y_P3；

i.再次更新信道估計值：由頻域接收信號Y_P3、導(dǎo)頻數(shù)據(jù)P和導(dǎo)頻位置集合L₃進行信道更新估計，得到第三次信道估計值

j.重復(fù)步驟f-步驟i，直到重復(fù)次數(shù)等于預(yù)設(shè)閾值T，得到最終的信道估計值

本發(fā)明的有益效果為：在現(xiàn)有的索引調(diào)制OFDM系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在發(fā)送端對數(shù)據(jù)映射子載波和導(dǎo)頻映射子載波進行功率分配，接收端通過能量檢測獲取導(dǎo)頻所在位置，并選擇性地剔除判斷錯誤的導(dǎo)頻位置，本發(fā)明用于基于導(dǎo)頻的索引調(diào)制OFDM通信系統(tǒng)，通過剔除若干判斷錯誤的導(dǎo)頻位置，減少錯誤導(dǎo)頻位置對系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，提高系統(tǒng)信道估計的性能。

附圖說明

圖1為實施例的索引調(diào)制的原理圖；其中X₁,...,X₅₁₂表示每個子塊的發(fā)送數(shù)據(jù)，α_S表示數(shù)據(jù)映射子載波的發(fā)送功率，P₁,...,P₅₁₂表示每個子塊的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)，α_P表示數(shù)據(jù)映射子載波的發(fā)送功率；

圖2為應(yīng)用錯誤導(dǎo)頻位置剔除算法的索引調(diào)制系統(tǒng)接收端的框圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例，詳細描述本發(fā)明的技術(shù)方案：

本發(fā)明以現(xiàn)有的基于導(dǎo)頻的索引調(diào)制OFDM系統(tǒng)為基礎(chǔ)，與現(xiàn)有的基于導(dǎo)頻的索引調(diào)制OFDM系統(tǒng)不同的是，采用了一種錯誤導(dǎo)頻位置剔除算法，減少了由導(dǎo)頻位置判斷錯誤對信道估計的影響，其中所涉及的索引調(diào)制、發(fā)送和接收處理等均與現(xiàn)有的基于導(dǎo)頻的索引調(diào)制OFDM系統(tǒng)相同。

實施例：

下面以(n,k)＝(2,1)，總的子載波個數(shù)N＝1024，循環(huán)前綴CP＝64，調(diào)制符號采用QPSK(4-QAM)，信道粗估計采用LS信道估計，信道精估計采用CS信道估計，采用ZF均衡為例介紹本發(fā)明的具體實施方式。

發(fā)送端：

如圖1所示的SIM調(diào)制的原理圖，具體實施過程大致分為如下幾步：

步驟1-1：確定要選擇的系統(tǒng)的參數(shù)，即確定子載波個數(shù)N＝1024，每個子塊的子載波個數(shù)n＝2，子塊中激活多少子載波個數(shù)k＝1，分成的子塊數(shù)g＝N/n＝512，調(diào)制階數(shù)M＝4。然后根據(jù)公式計算出一幀的比特數(shù)量。對于其中任意一個子塊而言索引比特長度為：表示向下取整，則對于一幀的索引OFDM系統(tǒng)而言，一共有m₁＝p₁g＝512位索引比特；對激活的子載波發(fā)送4-QAM調(diào)制符號，對于(n,k)＝(2,1)的系統(tǒng)而言，可以發(fā)送一幀的調(diào)制比特個數(shù)為：m₂＝gp₂＝gklog₂M＝1024，則一幀總的比特數(shù)m＝m₁+m₂＝1536。將此幀數(shù)據(jù)分成兩組，一組為索引比特，用于選擇子載波發(fā)送數(shù)據(jù)，一組為調(diào)制比特，用于調(diào)制到被激活中的子載波中發(fā)送出去。

步驟1-2：進行SIM調(diào)制，確定對應(yīng)的數(shù)據(jù)映射子載波，然后將SIM調(diào)制符號分配到對應(yīng)的數(shù)據(jù)映射子載波上。對每個子塊，由數(shù)據(jù)映射子載波攜帶發(fā)送數(shù)據(jù)，導(dǎo)頻映射子載波攜帶導(dǎo)頻數(shù)據(jù)(對應(yīng)圖中的導(dǎo)頻符號)，并設(shè)置數(shù)據(jù)映射子載波的發(fā)送功率大于導(dǎo)頻映射子載波的發(fā)送功率。在本實施方式中，對于(n,k)的索引調(diào)制OFDM系統(tǒng)，設(shè)置數(shù)據(jù)映射子載波、導(dǎo)頻映射子載波的發(fā)送功率在平均歸一化滿足kα_S+(n-k)α_P＝n，且α_S>1,α_P<1，其中α_S為數(shù)據(jù)映射子載波的平均歸一化發(fā)送功率，α_P為導(dǎo)頻映射子載波的平均歸一化發(fā)送功率。

SIM調(diào)制的具體過程為：k個子載波攜帶p₂位比特信息，每個子載波攜帶1個符號，每個符號是將log₂M個比特映射成的1個M階信號調(diào)制符號。每個子塊中根據(jù)p₁個比特的數(shù)值取值來確定具體哪k個激活子載波來發(fā)送這k個M階信號調(diào)制符號。

接收端：

步驟2-1：第一次導(dǎo)頻位置判斷。頻域的接受信號Y采用與發(fā)送端相同的分塊方式，得到g＝512個子塊，每個塊中含有2個子載波。分塊之后，對每個子塊逐一進行能量檢測e_j＝|Y_i,j|，其中i表示第i個子塊,j表示第i個子塊的中的第j個子載波，認(rèn)為每個子塊中能量最低的n-k＝1個子載波位置為當(dāng)前子塊的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)P_i(i＝1,2,...,512)所在子載波位置，并記為當(dāng)前子塊的導(dǎo)頻位置l_i(i＝1,2,...,g),由512個導(dǎo)頻位置l_i構(gòu)成導(dǎo)頻位置集合L₁，由導(dǎo)頻位置集合L₁可獲取導(dǎo)頻位置處的頻域接收信號Y_P1。

步驟2-2：初始信道估計。由頻域接收信號Y_P1、導(dǎo)頻數(shù)據(jù)P＝[P_i]_1≤i≤g和導(dǎo)頻位置集合L₁進行CS信道估計，得到信道估計值

步驟2-3：第二次導(dǎo)頻位置判斷。利用步驟2-2得到的信道估計值對頻域接收信號Y進行ZF均衡得到均衡信號同樣，對均衡信號采用與發(fā)送端相同的分塊方式，得到g＝512個子塊,每個子塊中含有n＝2個子載波。分塊之后，對每個子塊逐一進行能量檢測同樣認(rèn)為均衡信號的每個子塊中能量最低的n-k＝1個子載波位置為當(dāng)前子塊的導(dǎo)頻位置，由512個子塊的導(dǎo)頻位置構(gòu)成導(dǎo)頻位置集合L₂，由導(dǎo)頻位置集合L₂獲取導(dǎo)頻位置處的頻域接收信號Y_P2。

步驟2-4：更新信道估計值由頻域接收信號Y_P2、導(dǎo)頻數(shù)據(jù)P和導(dǎo)頻位置集合L₂進行信道粗估計和信道精估計，分別得到最小二乘法信道估計值和更優(yōu)的CS信道估計值

步驟2-5：剔除m個判斷錯誤的導(dǎo)頻位置。導(dǎo)頻位置剔除系數(shù)的取值范圍通常為2％～5％，本發(fā)明以剔除12個導(dǎo)頻位置為例，計算導(dǎo)頻位置集合L₂中各導(dǎo)頻位置處CS信道估計與LS信道估計的均方誤差MSE_P,i,j：其中i表示第i個子塊,j表示第i個子塊的中的第j個子載波。將均方誤差MSE_P,i,j按降序排列，剔除前12個均方誤差值所對應(yīng)的導(dǎo)頻位置，剩下的500個導(dǎo)頻位置構(gòu)成集合L₃，由導(dǎo)頻位置集合L₃可獲得導(dǎo)頻位置處的頻域接收信號Y_P3。

步驟2-6：再次更新信道估計值由頻域接收信號Y_P3、導(dǎo)頻數(shù)據(jù)P和導(dǎo)頻位置集合L₃進行CS信道估計，得到更新后的信道估計值

步驟2-7：重復(fù)執(zhí)行步驟2-3、2-4、2-5和2-6，直到重復(fù)次數(shù)等于預(yù)設(shè)閾值T，得到最終的信道估計值

基于本發(fā)明最終得到的信道估計值可得到對頻域接收信號Y的解調(diào)數(shù)據(jù)。