一种SC-IFDMA系统的信道均衡方法及系统

本发明涉及无线通信计算领域，特别涉及一种sc-ifdma系统的信道均衡方法及系统。

背景技术：

1、在现有通信系统中，单载波交织式频分多址(sc-ifdma)通信系统在一些应用场景下具有更好的优势，它结合了单载波频域均衡(sc-fde)和正交频分多址接入(ofdma)两种通信系统的优点，既可以采用频域均衡技术来克服频率选择性衰落，又可以以正交频分的形式将带宽划分不同的子载波，将子载波动态地分配给不同用户，满足多址接入的特点。此外sc-ifdma在不降低系统容量与多址接入能力的同时，系统复杂度也较低，还具有更低峰均比，能够在很大程度上降低功放发射机的成本。因此sc-ifdma获得越来越多的应用。

2、sc-ifdma系统针对不同的应用场景有更多的可扩展性。为了抑制传输中的子载波串扰和符号间干扰，根据sc-idfma的信号特点，只需加入一定长度的循环前缀(cp)，即将尾部部分子载波的数据复制到符号的最前端，如此在产生多径效应时，仍可保证子载波的正交性，cp的持续时间应大于最大时延扩展。

3、sc-ifdma系统中，可以根据需要插入导频信号。导频信号分为数据前导与导频符号。在数据帧前加入数据前导以完成接收端的信号同步，其一般为自相关性较好的恒包络序列，相关峰值超过同步阈值即可认为捕获到信号开始位置。导频符号的作用为信道估计与均衡。只需对比处理收发两端的导频符号，即可估计出当前信道的信道特性与信道质量。之后即可采用不同的均衡算法对接收数据做均衡，得到接收端的软信息序列。

4、信道均衡算法一般应用于衰落信道中。线性均衡器如迫零均衡、最小均方误差(mmse)均衡，由于较容易实现而得到广泛应用。然而在深衰落信道和低信噪比场景下，线性均衡器受噪声影响较大，性能有很大限制。非线性均衡器可以有效抑制噪声影响，在电离层散射信道中有较优的性能。块迭代判决反馈均衡器是非线性均衡器的一种，它通过迭代的思想，在频域做均衡后，变换至时域判决，之后再变换至频域做迭代均衡，有较优的性能。然而，由于每次迭代都需要重新计算均衡器系数，具有较大的复杂度。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种sc-ifdma系统的信道均衡方法及系统，以解决sc-ifdma系统中信道均衡算法性能和复杂度的问题。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

3、一种sc-ifdma系统的信道均衡方法，包括如下步骤：

4、步骤1，将sc-ifdma系统的接收端数据变换至频域，根据sc-ifdma系统帧结构获取导频符号与数据符号；

5、步骤2，根据导频符号估计当前信噪比和当前信道特性，得到估计信噪比和信道估计参数；

6、步骤3，根据估计信噪比与信道估计参数计算信道均衡器系数；

7、步骤4，将数据符号通过信道均衡器，设置迭代次数，利用信道均衡器系数对数据符号进行迭代均衡；

8、步骤5，将均衡后的数据符号变换至时域，并进行判决；

9、步骤6，判断当前迭代次数是否为设置次数，若没有达到设置次数，则返回步骤4，若达到设置次数，则输出当前数据符号为最终迭代均衡结果。

10、上述方案中，sc-ifdma系统帧结构设计为，假设每个符号的总子载波数为m，将总子载波平均划分给所有用户，每个用户的子载波数为n，n为偶数，m＝用户数×n；每帧数据共有16个数据符号，则对于每个用户的待发送数据，在每间隔4个数据符号中插入长度为n的cazac序列作为导频符号，共插入4个相同的导频符号，长度为n的导频符号生成公式为：

11、

12、其中，n为导频符号的第n个数据，k为此导频符号的根值；

13、插入导频符号后的所有发送符号数为20，之后将所有发送符号映射到m个子载波上。

14、上述方案中，步骤2中，估计信噪比和信道估计参数的具体方法如下：

15、假设在发送端一共插入4个相同的长度为n的导频符号，记为p(1)(k)，p(2)(k)，p(3)(k)，p(4)(k)，k＝1，2，…，n，k为对应导频符号的第k个元素；在接收端接收到这4个导频符号，记为y(1)(k)，y(2)(k)，y(3)(k)，y(4)(k)，k＝1，2，…，n；取接收导频符号功率均值作为信号功率均值power_s，取接收端导频符号差值的功率均值作为噪声功率power_n，则估计信噪比为：

16、

17、将y(1)(k)，y(2)(k)，y(3)(k)，y(4)(k)分别变换至频域，对应的信道估计参数的计算方式为：

18、h(i)(k)＝fft(y(i)(k))/fft(p(i)(k))，i＝1，2，3，4

19、取其均值作为信道估计参数：

20、

21、进一步的技术方案中，信号功率均值power_s和噪声功率power_n的计算公式如下：

22、

23、

24、其中，re代表实部，im代表虚部，y(i)(j)表示第i个接收到的导频符号中的第j个值，每个导频符号共有n个值。

25、上述方案中，步骤3中，信道均衡器参数包括前馈滤波器系数c(k)和反馈滤波器系数b(k)，其计算方式为：

26、

27、

28、其中，为信道估计参数的第k个系数，为对应的共轭参数，α为常数，在每一次迭代过程中保持不变，计算方式为：

29、

30、上述方案中，步骤4的具体方法为：将数据fft变换至频域后，通过前馈滤波器后将数据进行ifft变换返回时域，对数据做硬判决后再fft变换至频域送至反馈滤波器，如此迭代数次后判决输出。

31、上述方案中，步骤4中，对接收数据进行频域迭代均衡的计算方式为：

32、

33、其中，rm(k)为第m次迭代后的第k个频域数据，为rm(k)变换至时域进行判决后的频域变换，r0(k)为接收到的第k个频域数据。

34、进一步的技术方案中，r0(k)、的计算公式如下：

35、r0(k)＝fft(r0(n))

36、rm(n)＝ifft(rm(k))

37、

38、其中，r0(n)为信道均衡器接收到的时域数据的第n个元素，r0(k)为r0(n)的频域变换对应的元素，rm(n)为第m次迭代后的时域数据的第n个元素，为rm(n)的判决输出的第n个元素，如果发送端采用bpsk调制，判决方式为根据正负号硬判决，即其他调制方式解调后进行硬判决。

39、一种sc-ifdma系统的信道均衡系统，包括信噪比估计模块、信道估计模块和信道均衡模块；

40、所述信噪比估计模块，用于根据接收端导频符号计算信号功率和噪声功率，并计算出估计信噪比

41、所述信道估计模块，用于根据接收端导频符号在频域计算信道估计参数

42、所述信道均衡模块，用于根据估计信噪比与信道估计参数计算信道均衡器参数，包括前馈滤波器系数c(k)、反馈滤波器系数b(k)，并对接收端数据进行迭代均衡。

43、通过上述技术方案，本发明提供的sc-ifdma系统的信道均衡方法及系统具有如下有益效果：

44、(1)本发明采用sc-ifdma系统架构，在数据符号中插入导频符号，不需要占用sc-ifdma系统的子载波资源，提高了带宽的利用率。

45、(2)本发明采用恒包络自相关序列作为导频符号和同步前导，实现了序列的复用性，同时在不破坏帧结构的同时保证了sc-ifdma系统的低峰均比特性，不会影响系统大功率的工作环境。每一帧的导频符号可以保证信噪比估计与信道特性估计的实时性。

46、(3)本发明提出的改进型低复杂度频域判决反馈均衡器使前馈滤波器与反馈滤波器的系数在迭代过程中维持不变，在提高均衡性能的同时，使大部分处理都处于频域，降低了信号处理的复杂度。

47、(4)本发明还提供一种sc-ifdma系统的信道均衡系统，给出每一个处理模块的信号处理计算方式，通过模块化，可以多次调用同一模块，使每一模块的计算消耗的资源都在最低要求。