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一种基于EM-MAP的联合CFO双选信道估计算法

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计算机应用研究 2014年第1期31卷 269-272页

作者：田玮钟子发葛梅宝电子工程学院安徽省电子制约技术重点实验室合肥230037 总参五十所北京100083

针对在双选信道下OFDM系统需要同时获取精确的载波偏移和信道状态信息,而采用贝叶斯MAP算法进行联合载波频率偏移和信道状态估计复杂度过高的问题,提出一种基于EM-MAP的联合CFO双选信道估计算法。首先利用基扩展模型解决信道状态由于快... 详细信息

针对在双选信道下OFDM系统需要同时获取精确的载波偏移和信道状态信息,而采用贝叶斯MAP算法进行联合载波频率偏移和信道状态估计复杂度过高的问题,提出一种基于EM-MAP的联合CFO双选信道估计算法。首先利用基扩展模型解决信道状态由于快时变带来的可辨识问题,然后引入期望最大化(EM)算法对系统的载波频偏和信道状态信息进行联合估计,避免大规模的矩阵求逆,降低算法复杂度。仿真结果表明,该方法能获取与MAP算法相当的估计性能,且大幅度降低了复杂度,有效地解决了双选信道下进行联合估计复杂度过高的问题,具有很好的实用性。

关键词：期望最大化双选信道联合估计正交频分复用基扩展模型

基于压缩感知的双选信道下信道估计方法的研究

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基于压缩感知的双选信道下信道估计方法的研究

作者：李世明西安电子科技大学

学位级别：硕士

信道估计的准确性对保障通信系统的可靠性具有重要意义。在水下通信、低空无人机通信和车联网等通信场景中,电磁波多普勒效应导致的无线信道时变特性和多径传输导致的信道频率选择性,一起构成了无线信道的双选特性。无线信道的双选特性... 详细信息

信道估计的准确性对保障通信系统的可靠性具有重要意义。在水下通信、低空无人机通信和车联网等通信场景中,电磁波多普勒效应导致的无线信道时变特性和多径传输导致的信道频率选择性,一起构成了无线信道的双选特性。无线信道的双选特性对准确的信道估计造成了很大困难。传统信道估计方法如LS估计等,在双选信道下性能无法满足要求。但根据线性时变理论分析,双选信道在时延-多普勒域可以表示为稀疏信号。对于稀疏信号,压缩感知理论证明,通过少量的采样点,可以准确恢复出原始信号。本文研究了基于压缩感知理论的时变信道下信道估计方法。仿真结果表明,压缩感知信道估计在相同导频开销下,可以获得比LS估计更好的性能。在此基础上,本文进一步提出了改进压缩感知信道估计的方案以及降低复杂度的算法。本文论述了双选信道下信道估计方法研究的重要性,并对双选信道分析方法、信道估计方法、压缩感知理论以及压缩感知信道估计等领域的研究现状做了总结。其次,探讨了双选信道的物理特性,并使用线性时变系统对双选信道进行建模分析。分析了信道的双选特性对OFDM系统中基于导频的信道估计带来的影响。研究了压缩感知基本理论,包括稀疏表示,稀疏重建等问题,以及如何使用压缩感知进行信道估计。在此基础上,本文提出了三种改善压缩感知双选信道下信道估计的方法,包括时延方向和多普勒方向的过采样技术改善信道估计性能;提出新的导频设计方法以提高压缩感知信道的性能;将压缩感知与BEM相结合,分析了不同扩展基的适用场景。最后,分析了压缩感知信道估计的复杂度,并结合信道的先验信息,提出了两种降低压缩感知信道估计复杂度的方法。

关键词：压缩感知双选信道导频设计过采样降低复杂度

基于压缩感知的OFDM系统双选信道估计研究

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基于压缩感知的OFDM系统双选信道估计研究

作者：陈冰雪天津理工大学

学位级别：硕士

高速移动下正交频分复用系统无线通信信道要经历时间和频率的双选择性衰落,为了使发送的数据经过双选信道后在接收端被正确地接收,必须对信道状态信息进行估计。由于双选信道在时延-多普勒域呈现出稀疏性,压缩感知技术得以应用到双选信... 详细信息

高速移动下正交频分复用系统无线通信信道要经历时间和频率的双选择性衰落,为了使发送的数据经过双选信道后在接收端被正确地接收,必须对信道状态信息进行估计。由于双选信道在时延-多普勒域呈现出稀疏性,压缩感知技术得以应用到双选信道稀疏信道估计中。本文主要研究了基于压缩感知的双选信道估计。主要研究内容包括:(1)提出了双选信道估计下最优导频模式的选取方法。OFDM系统采用压缩感知技术进行双选信道估计时,随机选取的导频模式易导致压缩感知的观测矩阵重构能力不稳定,影响信道估计性能。可通过多种相关性标准来描述双选信道的观测矩阵,根据观测矩阵的相关性最小准则选取最优导频模式可改善信道估计性能。仿真结果表明比起随机放置导频和等距放置导频,所选最优导频模式的信道估计性能更好。(2)基于OMP、ROMP算法提出了两种改进恢复算法。当稀疏度提高时,压缩感知中ROMP算法的复杂度增大,为了降低复杂度,提出了两种改进算法。一种是有严格计算约束的改进恢复算法,该算法每次迭代选择固定数目的原子使支撑集为非奇异矩阵来降低原子选择和LS计算上的复杂度,并且每次迭代更新支撑集来保证精度;另一种改进恢复算法利用QR矩阵分解来避免ROMP中LS中的伪逆运算,降低了计算复杂度。(3)ICI存在的情况下提出了基于压缩感知技术的双选信道估计方法。ICI存在时,双选信道系数矩阵的主对角线及其他对角线皆为非零值,而传统信道估计方法忽略了主对角线之外的其他部分。根据信道系数矩阵的每条对角线在时延-多普勒域都具有稀疏性,利用压缩感知理论,可对信道系数矩阵的所有对角线进行估计,并通过选取适当的信道系数矩阵有效带宽的大小,获得最优的估计性能。仿真结果表明该估计方法可提高ICI存在下双选信道的估计性能。

关键词：双选信道压缩感知相关性恢复算法子载波间干扰

双选衰落信道下OFDM系统信道估计技术研究

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双选衰落信道下OFDM系统信道估计技术研究

作者：曹梦硕中国电子科技集团公司电子科学研究院

学位级别：硕士

未来无线通信系统应能满足高速移动场景下的宽带无线通信需求。针对此种时频双选衰落信道,单载波通信系统需要复杂的自适应均衡算法来抵抗衰落信道中的符号间干扰,在此背景下,凭借频谱资源利用效率高、抗多径能力好等方面的优势,正交频... 详细信息

未来无线通信系统应能满足高速移动场景下的宽带无线通信需求。针对此种时频双选衰落信道,单载波通信系统需要复杂的自适应均衡算法来抵抗衰落信道中的符号间干扰,在此背景下,凭借频谱资源利用效率高、抗多径能力好等方面的优势,正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术的关注度显著提升。它通过插入循环前缀可以有效抑制多径效应造成的频率选择性衰落,却对多普勒效应造成的时间选择性衰落十分敏感,少许的多普勒频移便会破坏OFDM系统子载波间的正交性,产生严重的子载波间干扰(Inter-carrier Interference,ICI)。传统的信道估计技术应用到双选衰落信道下的OFDM系统中时,需要占用大量的导频资源,而且性能较差,尤其系统的时变性较强时,性能恶化严重。针对以上问题,本文首先研究了基于压缩感知的信道响应估计方法,分析了由多普勒扩展引起的子载波间干扰的统计特性以及其在子载波间的分布规律,指出某个子载波受到的ICI主要来自于邻近的少数几个子载波。为了抑制ICI,在有效导频两侧插入保护导频;使用基扩展模型对双选衰落信道进行建模,减少了待估参数;利用分布式压缩感知理论对联合稀疏的基系数向量进行恢复并使用离散长椭球序列对其进行平滑处理,通过仿真验证了算法的优越性。其次研究了基于深度学习的信道响应估计方法。首先,针对学习网络进行离线训练,并使用鲸鱼优化算法搜索网络的最佳学习率,然后将训练过的网络用于在线的信道估计。通过离线训练与在线估计,修正了由于线性插值未考虑信道时变性带来的估计误差,进而使得系统误码性能以及信道估计精度获得显著改善。最后在FPGA上进行了上述信道估计算法的部分顶层设计与实现,进一步验证了算法的有效性。

关键词：双选信道信道估计基扩展模型压缩感知深度学习

时频双选信道下OTFS系统的信道估计技术研究

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时频双选信道下OTFS系统的信道估计技术研究

作者：肖之长西安电子科技大学

学位级别：硕士

移动通信发展至5G后,高速移动的物体、位于更高频段的载波以及更大规模的天线阵列等,都使得为克服双选衰落问题而提出的一些算法面临巨大挑战。而于2017年首次提出的正交时频空（Orthogonal Time Frequency Space,OTFS）新型调制技术,... 详细信息

移动通信发展至5G后,高速移动的物体、位于更高频段的载波以及更大规模的天线阵列等,都使得为克服双选衰落问题而提出的一些算法面临巨大挑战。而于2017年首次提出的正交时频空（Orthogonal Time Frequency Space,OTFS）新型调制技术,便能够工作在5G所定义的各类使用场景中。现有关于该技术的接收机算法研究主要集中在信道估计与均衡上,均衡又是其中研究最为广泛的,包括线性均衡与非线性均衡。多项研究指出,精确的信道估计对提高均衡性能必不可少。而对于OTFS信道估计的研究,则相对较少,尤其是时延-多普勒域中导频辅助的信道估计技术。目前,通过在时延-多普勒域插入导频进行信道估计的技术,主要是基于单个导频脉冲的幅值来得到传输信道的抽头系数。而为了解决单导频脉冲在低信噪比下性能急剧恶化的问题,又有了对多导频脉冲信道估计技术的研究,如基于先验信息的多脉冲阈值判决法。然而,此类方法还存在一些改进空间,本文则是在此基础上,提出了两种基于多个导频脉冲的信道估计改进算法:1.考虑到已有多脉冲信道估计方法未充分利用各个导频脉冲的幅度信息,本文提出了一种多脉冲非相干信道估计方法。该方法对多个导频脉冲的幅值进行累加后再做门限判断,并将幅值的和作为信道衰落系数。这不仅可以提高信道抽头的检测概率、也提高了抽头增益的估计精度。仿真结果表明,所提非相干的信道估计方法较已有方法在估计结果的归一化均方误差（Normalized mean square error,NMSE）性能与系统的比特误码率（Bit Error Rate,BER）性能上均有显著提升:在0dB-12dB的导频信噪比范围内,NMSE性能提升了3dB;导频信噪比为0dB,数据信噪比为0dB-12dB时,数据信噪比越大BER性能提升越明显。2.在所提多脉冲非相干信道估计方法取得了一定性能提升的基础上,本文又提出了另一种新的算法,多脉冲相干信道估计方法。该方法对多个导频脉冲进行相干累加后再计算幅值,进而做门限判断并将该幅值作为信道衰落系数。根据相干运算的原理可知,该方法可获得较非相干方法更优的抗噪声性能。仿真结果表明,低信噪比环境下,所提相干信道估计方法较非相干信道估计方法在估计结果的NMSE性能与系统的BER性能上均有显著提升,而高信噪比环境下二者无显著差别:导频信噪比为-6dB-0dB时,其取值越小NMSE性能提升越明显;导频信噪比为-5dB,数据信噪比为0dB-12dB时,BER性能获得十分明显的提升。

关键词：双选信道 OTFS 信道估计导频非相干相干

基扩展模型下基于深度学习的双选信道估计方法

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计算机测量与控制 2020年第10期28卷 205-210,215页

作者：曹梦硕韩军陈宝文中国电子科技集团公司第五十四研究所石家庄050081

针对OFDM系统在高速移动环境下信道的双选衰落和非平稳特性导致下行链路信道估计性能受限的问题,提出一种基于基扩展模型(BEM)并结合深度学习(DL)的信道估计方法;针对高速移动环境信道的双选衰落特性,使用BEM对信道进行建模,把估计大量... 详细信息

针对OFDM系统在高速移动环境下信道的双选衰落和非平稳特性导致下行链路信道估计性能受限的问题,提出一种基于基扩展模型(BEM)并结合深度学习(DL)的信道估计方法;针对高速移动环境信道的双选衰落特性,使用BEM对信道进行建模,把估计大量的信道冲激响应转变为估计少量的基系数,减少了待估参数,有效降低了估计复杂度;针对高速移动环境信道非平稳特性,建立了深度神经网络,通过离线训练使其学习到双选信道的变化特征,提高了信道估计的准确度;仿真结果表明,在高速移动环境下,与传统的方法相比,所提信道估计方法性能提升明显。

关键词：基扩展模型双选信道深度学习

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基于二维压缩感知的双选信道估计

计算机技术与发展 2013年第10期23卷 220-223页

作者：彭钰侯晓赟南京邮电大学信号处理与传输研究院江苏南京210003

高速移动下的无线宽带通信要经历时间和频率的双选择性衰落,为了使发送的数据经过衰落的信道后在接收端被正确地接收,必须要对信道状态信息进行估计。文中根据双选信道在时延-多普勒域的二维稀疏性,同时利用时域和多普勒域内的相关性,在... 详细信息

高速移动下的无线宽带通信要经历时间和频率的双选择性衰落,为了使发送的数据经过衰落的信道后在接收端被正确地接收,必须要对信道状态信息进行估计。文中根据双选信道在时延-多普勒域的二维稀疏性,同时利用时域和多普勒域内的相关性,在OFDM系统中提出了基于二维压缩感知(2 Dimension Compressive Sensing,2D-CS)的双选信道估计。同时为了克服信道的双选特性对信道估计造成的不稳定性,设计了二维正则正交匹配追踪(2 Dimension Regularized Orthogonal Matching Pursuit,2D-ROMP)算法进行信道估计。理论分析和仿真结果表明,在同等条件下,采用二维的信道估计方法比一维的信道估计方法性能提高很多,同时与现有的基于传统的时频二维的算法相比,基于2D-ROMP的信道估计复杂度更低,且系统性能更高,减少估计时延。

关键词：信道估计压缩感知双选信道二维正则正交匹配追踪

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面向高速移动场景的5G NR信道估计研究

面向高速移动场景的5G NR信道估计研究

作者：陈颖重庆大学

学位级别：硕士

随着应用场景、用户需求和技术演进的需要,5G新空口(New Radio,NR)通信应运而生。信道估计在5G NR通信系统中起着至关重要的作用,准确高效的信道估计算法可以保障通信的可靠性与时效性,确保整个系统的通信性能。针对城市轨道交通、城际... 详细信息

随着应用场景、用户需求和技术演进的需要,5G新空口(New Radio,NR)通信应运而生。信道估计在5G NR通信系统中起着至关重要的作用,准确高效的信道估计算法可以保障通信的可靠性与时效性,确保整个系统的通信性能。针对城市轨道交通、城际高铁和车联网等高速移动环境,无线信道面临频率选择性和时间选择性衰落(双选衰落)的问题,这给信道估计带来了严峻的挑战,使得信道状态信息的准确获取变得困难,影响行车通信质量和驾驶安全。考虑到信道估计在5G NR中的重要性,高效且准确的信道估计研究十分重要。有鉴于此,本文针对高速移动场景下的5G NR信道估计展开研究。本文的主要工作内容如下:第一,对于高速环境下无线信道传播特征进行了分析,主要包括信道的双选衰落特性,并搭建了信道估计系统模型,对不同的衰落信道进行了仿真。分别从导频处和数据处估计出发,对传统的信道估计方法进行了介绍,并由仿真结果分析了传统估计算法所存在的不足。第二,为了解决传统算法无法跟踪快时变信道的问题,本文提出了一种联合判决反馈的扩展卡尔曼滤波-反向递归(Extended Kalman Filter-Backward Recursion,EKF-BR)信道估计算法,对信道响应和时域相关系数进行估计,遵循状态预测与状态更新的迭代循环,实现追踪信道变化。系统仿真结果表明,在不同多普勒场景下,所提EKF-BR算法相比传统信道估计算法可以有效提升信道估计的准确度,具有较优的估计性能。第三,为进一步提升信道估计的准确性和降低算法复杂度,将深度学习与信道估计相结合,由于信道矩阵和图像之间存在一定的相似性,利用深度学习在图像恢复的原理,本文提出了信道估计残差网络(Channel Estimation Residual Networks,CE-Res Net)算法,将信道估计转换为图像恢复问题,在经过LS信道估计后得到低分辨率图像的基础上,用CE-Res Net实现对高分辨率图像的恢复即完整资源网格的恢复。经过CE-Res Net在线估计使得算法复杂度大大降低,且能更为准确地学习信道的变化特征以追踪信道的变化。通过仿真分析,证实了所提算法具有出色的估计性能,能够明显提升系统通信性能,而且具有更强的算法鲁棒性,适用于高速环境下的信道估计。

关键词：信道估计 5G NR 双选信道扩展卡尔曼滤波残差网络

高速场景下基于叠加导频的迭代EKF信道估计方法

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电子学报 2019年第11期47卷 2399-2406页

作者：廖勇张楠姚海梅花远肖赵砚重庆大学通信与测控中心重庆400044 中国人民解放军61212部队北京100043

针对正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)系统在高速移动场景下时/频域选择性衰落(双选衰落)和非平稳特性给信道估计带来的技术挑战,本文采用导频与数据叠加的帧结构,提出一种基于基扩展模型(Basis Expansio... 详细信息

针对正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)系统在高速移动场景下时/频域选择性衰落(双选衰落)和非平稳特性给信道估计带来的技术挑战,本文采用导频与数据叠加的帧结构,提出一种基于基扩展模型(Basis Expansion Model,BEM)的迭代扩展卡尔曼滤波(iterative Extend-Kalman Filter,iEKF)信道估计方法.基于BEM信道模型且采用EKF信道估计方法可以联合估计出信道冲激响应(Channel Impulse Response,CIR)与时变的时域自相关系数,有效消除子载波间干扰(Inter Carrier Interference,ICI).同时,为了进一步消除叠加导频位置处的数据符号干扰,我们提出将叠加位置处的数据和导频先解耦、后重构再进行迭代EKF的信道估计方法.仿真分析表明,相较传统叠加导频的信道估计方法和导频符号辅助调制(Pilot Symbol Assisted Modulation,PSAM)估计方法,本文提出的信道估计方法在高速场景特别是低信噪比的条件下,具有更高的估计精度,更强的鲁棒性及更大的吞吐量.

关键词：叠加导频双选信道基扩展模型迭代扩展卡尔曼滤波 OFDM 信道估计