技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線通信領(lǐng)域，尤其涉及一種基于卡爾曼濾波器的mimo信道估計(jì)方法。
背景技術(shù)：
：
無(wú)線通信系統(tǒng)的性能很大程度上受到無(wú)線信道的影響，如陰影衰落和頻率選擇性衰落等等，使得發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的傳播路徑非常復(fù)雜。無(wú)線信道并不像有線信道固定并可預(yù)見(jiàn)，而是具有很大的隨機(jī)性，這就對(duì)接收機(jī)的設(shè)計(jì)提出了很大的挑戰(zhàn)。在ofdm系統(tǒng)的相干檢測(cè)中需要對(duì)信道進(jìn)行估計(jì)，信道估計(jì)的精度將直接影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。為了能在接收端準(zhǔn)確的恢復(fù)發(fā)射端的發(fā)送信號(hào)，人們采用各種措施來(lái)抵抗多徑效應(yīng)對(duì)傳輸信號(hào)的影響，信道估計(jì)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要知道無(wú)線信道的信息，如信道的階數(shù)、多普勒頻移和多徑時(shí)延或者信道的沖激響應(yīng)等。因此，能否獲得詳細(xì)的信道信息，從而在接收端正確地解調(diào)出發(fā)射信號(hào)，是衡量一個(gè)無(wú)線通信系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)。因此，對(duì)于信道估計(jì)算法的研究是一項(xiàng)有重要意義的工作。最后，需強(qiáng)調(diào)的是信道估計(jì)是信道對(duì)輸入信號(hào)影響的一種數(shù)學(xué)表示，而好的信道估計(jì)方法則是使得某種估計(jì)誤差最小化的估計(jì)算法。
卡爾曼濾波一種利用線性系統(tǒng)狀態(tài)方程，通過(guò)系統(tǒng)輸入輸出觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行最優(yōu)估計(jì)的算法。由于觀測(cè)數(shù)據(jù)中包括系統(tǒng)中的噪聲和干擾的影響，所以最優(yōu)估計(jì)也可看作是濾波過(guò)程?？傮w來(lái)說(shuō)，其特點(diǎn)就是在線性狀態(tài)空間表示的基礎(chǔ)上對(duì)有噪聲的輸入和觀測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理，求取系統(tǒng)狀態(tài)或真實(shí)信號(hào)。
數(shù)據(jù)濾波是去除噪聲還原真實(shí)數(shù)據(jù)的一種數(shù)據(jù)處理技術(shù)，濾波在測(cè)量方差已知的情況下能夠從一系列存在測(cè)量噪聲的數(shù)據(jù)中，估計(jì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)。由于它便于計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)，并能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的更新和處理，卡爾曼濾波是目前應(yīng)用最為廣泛的濾波方法，在通信、導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制等多領(lǐng)域得到了較好的應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
：
本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，特別創(chuàng)新地提出了一種基于卡爾曼濾波的mimo信道估計(jì)方法。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供了一種基于卡爾曼濾波器的mimo信道估計(jì)方法，其特征在于，包括：
s1，利用天線陣列的空時(shí)互易性，構(gòu)造一組正定的觀測(cè)方程；
s2，通過(guò)卡爾曼濾波進(jìn)行信道估計(jì)得到信道頻域響應(yīng)。
所述的一種基于卡爾曼濾波器的mimo信道估計(jì)方法，其特征在于，所述s1包括：
通過(guò)信道傳輸特點(diǎn)可得系統(tǒng)的觀測(cè)方程
yi＝hixi+wi
其中，
本發(fā)明利用了天線陣列的空時(shí)互易性，觀測(cè)連續(xù)的nr個(gè)符號(hào)，并假設(shè)在這連續(xù)的nr個(gè)符號(hào)時(shí)間上信道矩陣hi是相等的，即
將子信道頻域響應(yīng)矩陣矢量化有
其中
其中
yi＝xihi+wi
其中
xi為發(fā)送的連續(xù)nr個(gè)符號(hào)構(gòu)成的矩陣，有
所述的一種基于卡爾曼濾波器的mimo信道估計(jì)方法，其特征在于，所述s2包括：
根據(jù)jacks信道模型，前后符號(hào)時(shí)間內(nèi)的信道響應(yīng)滿足如下關(guān)系
其中，vi表示過(guò)程噪聲，其協(xié)方差矩陣為
其中，j0(·)表示零階貝塞爾函數(shù)，
由此可以構(gòu)造卡爾曼濾波器進(jìn)行信道估計(jì)，卡爾曼濾波器的狀態(tài)空間模型為
可以得到其時(shí)間更新方程與測(cè)量更新方程如下：
時(shí)間更新方程
hi-1＝ri|i-1hi-1
測(cè)量更新方程
hi＝hi|i-1+ki(yi-xihi|i-1)
pi＝pi|i-1-kixipi|i-1
其中，pi|i-1為狀態(tài)變量的協(xié)方差矩陣，ki為卡爾曼濾波器的增益。
綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：
本發(fā)明利用天線陣列的空時(shí)互易性，解決了mimo信道下難以利用卡爾曼濾波器進(jìn)行信道估計(jì)的問(wèn)題，由于卡爾曼濾波器具有自適應(yīng)追蹤信道時(shí)域變化的能力，因此本發(fā)明能夠提升系統(tǒng)的信道估計(jì)精度。
本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
附圖說(shuō)明
本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：
圖1.本發(fā)明總體流程圖。
具體實(shí)施方式、
下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
在本發(fā)明的描述中，除非另有規(guī)定和限定，需要說(shuō)明的是，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)的具體含義。
本發(fā)明提出了一種基于卡爾曼濾波的參數(shù)模型信道估計(jì)方法，有效地利用jacks模型對(duì)于信道時(shí)域相關(guān)性的假設(shè)，簡(jiǎn)化卡爾曼濾波器的結(jié)構(gòu)，得到狀態(tài)變量最小均方誤差估計(jì)結(jié)果，可降低信道估計(jì)器復(fù)雜度，同時(shí)提升信道估計(jì)的精度。
結(jié)合附圖1對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，主要包括以下步驟：
步驟1：開始。
步驟2：接收到符號(hào)，開始信道估計(jì)。
步驟3：提取導(dǎo)頻子載波，在導(dǎo)頻符號(hào)上采用ls信道估計(jì)，并利用天線陣列的空時(shí)互異性構(gòu)造卡爾曼濾波的觀測(cè)方程。
通過(guò)ls的信道估計(jì)方法獲取導(dǎo)頻符號(hào)位置處的信道響應(yīng)
利用天線陣列的空時(shí)互易性，觀測(cè)連續(xù)的nr個(gè)符號(hào)，并假設(shè)在這連續(xù)的nr個(gè)符號(hào)時(shí)間上信道矩陣hi是相等的，即
將子信道頻域響應(yīng)矩陣矢量化有
其中
其中
yi＝xihi+wi
其中，
步驟4：構(gòu)造卡爾曼濾波器的狀態(tài)空間模型。
根據(jù)jacks信道模型，前后符號(hào)時(shí)間內(nèi)的信道響應(yīng)滿足如下關(guān)系
其中，vi表示過(guò)程噪聲，其協(xié)方差矩陣為
其中，j0(·)表示零階貝塞爾函數(shù)，
由此可以構(gòu)造卡爾曼濾波器進(jìn)行信道估計(jì)，卡爾曼濾波器的狀態(tài)空間模型為
步驟5：通過(guò)卡爾曼濾波估計(jì)方法進(jìn)行時(shí)域插值：
時(shí)間更新方程
hi-1＝ri|i-1hi-1
測(cè)量更新方程
hi＝hi|i-1+ki(yi-xihi|i-1)
pi＝pi|i-1-kixipi|i-1
其中，pi|i-1為狀態(tài)變量的協(xié)方差矩陣，ki為卡爾曼濾波器的增益。
步驟6：在頻域上采用線性插值，進(jìn)而獲得完整的一個(gè)子幀的信道響應(yīng)矩陣。
步驟7：信道估計(jì)結(jié)束并利用估計(jì)得到的信道頻域響應(yīng)進(jìn)行下一步的均衡。
步驟8：結(jié)束。
在本說(shuō)明書的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。