[发明专利]认知无线电中基于稀疏信道估计的导频设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，涉及认知无线电系统，尤其涉及认知无线电中基于稀疏信道估计的导频设计方法。

背景技术

快速发展的移动通信系统及各类通信业务，对频谱资源提出了更高的需求，频谱资源的短缺日益显著。而另一方面，已获得授权的频段没有得到充分利用，大量频段处于闲置或者很少利用的状态。由此，产生了一种认知无线电（Cognitive Radio，CR）技术。利用该技术，在保障授权用户优先使用其频段的前提下，其他用户也可使用这些频段；因此，该技术有望在不开辟新频段的情况下，大幅提高现有频段的频谱利用率。

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)作为当前移动通信及未来无线通信的核心技术，能有效对抗无线传播中的多径效应、简化均衡器设计、降低接收机复杂度和功耗并提高频谱利用率。OFDM利用多个子载波并行传输数据，能灵活的填充频谱空穴；那些与授权用户发生频段冲突的OFDM子载波可随时停用，而剩下的子载波则继续用于非授权用户的数据传输，因此，OFDM是一项适用于认知无线电的重要技术。

OFDM信道估计对信号传输所经历的信道的时延、衰减、多径等参数进行估测，信道估计的准确程度对信道均衡、解调和信道译码等均有直接的影响。因此，信道估计技术是OFDM系统的关键环节之一。最近新出现的稀疏信道估计(Sparse Channel Estimation)或者称为压缩信道感知(Compressed Channel Sensing)，它利用无线信道的稀疏性，将压缩感知(Compressed Sensing，CS)技术用于信道估计。相比传统的最小二乘（Least Squares，LS）或最小均方误差（Minimum Mean Square Error，MMSE）信道估计，稀疏信道估计能大幅度降低导频开销，提高频谱利用率和信道估计精度。考虑到无线信道的时延扩展和接收机前端较高的采样率，信道多径分量分散于这一时延扩展中，经过采样以后的信道冲击响应(Channel Impulse Response，CIR)序列通常呈现大多数为零、少数非零的稀疏性，尤其对于普遍使用过采样技术的OFDM系统，这一稀疏特性更为明显。目前，正交匹配追踪（Orthogonal Matching Pursuit，OMP)、压缩采样匹配追踪（Compressive Sampling Matching Pursuit，CoSaMP)、基追踪（Basis Pursuit，BP)、迭代支集检测（iterative support detection，ISD)等算法已被用于OFDM稀疏信道估计，并获得了比LS和MMSE更好的信道估计性能。

然而，基于稀疏信道估计的OFDM导频设计，仍然是一个开放性的课题，尤其在采用OFDM和稀疏信道估计的认知无线电系统中，与授权用户发生频段冲突的一些OFDM子载波停用以后。现有技术考虑了一种非连续OFDM系统中基于压缩感知的信道估计方法，该方法包括设计信道估计导频图案、导频图案的选取和信道频域响应的估计。导频图案选择使用以下两种方案。方案一保留了传统的均匀导频图案，禁用子载波处的导频自然禁用，从而使可用导频呈现自然的不均匀性。方案二采用固定导频数量，基于恢复矩阵互相关最小化的准则，以更少的导频获得优于目前其他方法的信道估计性能和系统误码率性能。该方法可以在多种禁用子载波场景下，以更少的导频获得优于目前其他方法的信道估计性能和系统误码率性能。但是，方案二采用“随机搜索”算法获取导频排布，效率低下，在实际应用中无法保证系统性能。

发明内容

本发明为采用OFDM和稀疏信道估计的认知无线电系统提供一种导频设计方法。它可对稀疏信道估计进行导频优化，提高OFDM稀疏信道估计的均方误差和误码率性能，从而提高认知无线电系统性能。

本发明提供了一种认知无线电中基于稀疏信道估计的导频设计方法，包括：

从频谱感知获得的可用子载波构成的集合C中，随机选择子载波构成一组初始导频排布P，根据C和P生成候选集并从所述候选集中选取P中每个元素位置上的最佳元素，并进一步从这些最佳元素中选取一个最好的元素，找到该最好元素对应的元素位置，用该最好元素替换该位置上原来的元素，并保持P其他位置上的元素不变，形成一组新的导频排布P1；根据C和P1生成新的候选集，重复以上的操作，直到形成的新的导频排布保持不变为止。保持不变的导频排布称为优选导频。

多次重复执行上述步骤，并选取多次重复过程中获得的优选导频中最好的一个，确定为优化导频排布。