一种双极化信道估计实现方法和装置与流程

本发明涉及无线通信和信号处理领域，尤其涉及一种双极化信道估计实现方法和装置。

背景技术：

1、随着无线通信进入b5g/6g时代，无线速率需求不断提升，在频谱资源稀缺的背景下，亟需大力提升频谱效率即单位频率带宽下的通信容量。极化复用技术是指同时在两个极化方向上发送携带信息的电磁波信号，相较于单极化信号在理论上能使频谱效率提升100%，在大容量无线通信方面得到了广泛关注和部分应用。常见的双极化复用信号如图1所示，包括水平（horizontal，h）极化方向信号和垂直（vertical，v）极化方向信号，二者在理论上相互正交，可以共享空间传输信道。

2、在实际系统中，由于射频器件的非理想特性，难以将两个极化方向信号进行精确分离，而且双极化信号在传播途中还容易出现极化旋转现象，所以极化干扰是双极化系统必须要考虑的不利因素。极化干扰通常由交叉极化鉴别度（cross polarizationdiscrimination，xpd）进行描述，目前针对双极化信道传输主要关注如何有效评估xpd并通过提高xpd来改善系统性能，而完成极化干扰下的信号解调还依赖于对双极化信道响应的准确获取，即高性能的双极化信道估计。双极化信道估计的对象包括同极化响应和异极化响应，同极化响应包括h方向发送h方向接收的响应hhh和v方向发送v方向接收的响应hvv，异极化响应包括v方向发送h方向接收的响应hhv和h方向发送v方向接收的响应hvh，这里，同极化响应对应有效传输部分，而异极化响应对应极化干扰部分。

3、传统用于单极化信道响应估计的最小二乘（least square，ls）、最小均方误差（minimum mean square error，mmse）、线性最小均方误差（linear minimum mean squareerror，lmmse）算法虽然在理论上也能用于双极化信道估计，但涉及到的矩阵求逆等运算在双极化情况下的计算复杂度较高，在实际系统中难以实现。通过构建特殊导频序列用于信道估计可以大大降低实现复杂度，在单极化情况下得到了较好的应用，而针对双极化情况还缺乏具体研究。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的在于提供一种双极化信道估计实现方法和装置，拟基于具有良好自相关特性的golay互补序列设计一种双极化信道估计导频，以较低实现复杂度完成高性能性道估计，保障双极化信号的解调性能，为极化复用技术的实用性提供支撑条件。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供一种双极化信道估计实现方法，包括：

4、设计基于golay互补序列的信道估计基础导频，所述的信道估计基础导频由循环前缀、主体部分、循环后缀组成；

5、基于信道估计基础导频以及相同长度的零导频，构建双极化信道估计导频，将所述的双极化信道估计导频插入帧同步序列和待发送的有用数据之间，得到双极化发送信号并由发送端发出；

6、接收端获取接收信号，将信道估计基础导频的主体部分作为本地序列，利用本地序列分别对两个极化方向的接收信号执行滑动相关计算；根据接收信号中的帧同步序列定位两个极化方向的信道估计基础导频，从定位到的信道估计基础导频的主体部分起始位置开始，分别截取信道响应长度的滑动相关值计算信道估计结果，得到两个极化方向的同极化响应和异极化响应。

7、进一步地，所述的设计基于golay互补序列的信道估计基础导频，包括：

8、根据预期的信道响应长度c+1，设计长度为l的golay互补序列sa与sb，其中l=2n且l≥c，n为大于或等于0的整数；

9、根据长度为l的golay互补序列sa与sb，构建长度为4l的主体部分{sa -sb sb sa}；

10、截取序列sa中的后c个元素作为主体部分的循环前缀，截取序列sa中的前c个元素作为主体部分的循环后缀，将循环前缀、主体部分、循环后缀依次拼接，得到信道估计基础导频。

11、进一步地，所述的长度为l的golay互补序列sa与sb通过递归形式生成，即长度为的互补序列与可由两个长度为的互补序列与拼接得到。

12、进一步地，所述的双极化信道估计导频中的h方向信道估计导频和v方向信道估计导频均由所述的信道估计基础导频及其相同长度的零导频拼接得到，且拼接顺序相反。

13、进一步地，所述的信道估计结果的计算过程包括：

14、根据接收信号中的帧同步序列定位两个极化方向的信道估计基础导频的位置，将位于接收信号最前面的信道估计基础导频的主体部分的起始位置作为接收信号序列的起点，截取的h方向接收信号序列和v方向接收信号序列；

15、利用本地序列分别对两个极化方向的接收信号序列执行滑动相关计算；

16、从定位到的信道估计基础导频的主体部分起始位置开始，分别截取信道响应长度的滑动相关值，将滑动相关值的1/4l作为信道估计结果。

17、进一步地，执行滑动相关计算时，从本地序列中提取两个长度为l的golay互补序列sa与sb，本地序列与任意序列的滑动相关值等效为互补序列sa、sb与相应序列的滑动相关值的组合结果。

18、第二方面，本发明提供一种双极化信道估计实现装置，用于实现上述的双极化信道估计实现方法。

19、第三方面，本发明提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的机器可执行指令，所述处理器执行所述机器可执行指令以实现上述的双极化信道估计实现方法。

20、第四方面，本发明提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质存储有机器可执行指令，该机器可执行指令在被处理器调用和执行时，用于实现上述的双极化信道估计实现方法。

21、本发明具备的有益效果：本发明通过golay互补序列构建的基础导频和零导频组合得到两个极化方向的信道估计导频，并采用滑动相关运算估计得到同极化响应和异极化响应，主要优势包括：（1）通过导频组合有效实现了同极化响应和异极化响应之间的解耦，在不同位置截取滑动相关结果可以直接得到各响应；（2）借助于golay互补序列相关器易于实现的优势，支撑了双极化信道估计较低的实现复杂度；（3）可以显著抑制噪声的影响，保障了双极化信道估计的优异性能。

技术特征：

1.一种双极化信道估计实现方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的双极化信道估计实现方法，其特征在于，所述的设计基于golay互补序列的信道估计基础导频，包括：

3.根据权利要求2所述的双极化信道估计实现方法，其特征在于，所述的长度为l的golay互补序列sa与sb通过递归形式生成，公式如下：

4.根据权利要求1或2所述的双极化信道估计实现方法，其特征在于，所述的双极化信道估计导频中的h方向信道估计导频和v方向信道估计导频均由所述的信道估计基础导频以及相同长度的零导频拼接得到，且拼接顺序相反。

5.根据权利要求2所述的双极化信道估计实现方法，其特征在于，所述的信道估计结果的获取过程包括：

6.根据权利要求5所述的双极化信道估计实现方法，其特征在于，执行滑动相关计算时，从本地序列中提取两个长度为l的golay互补序列sa与sb，本地序列与任意序列的滑动相关值等效为互补序列sa、sb与相应序列的滑动相关值的组合结果。

7.一种双极化信道估计实现装置，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的双极化信道估计实现装置，其特征在于，所述的信道估计基础导频构建模块，包括：

9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的机器可执行指令，所述处理器执行所述机器可执行指令以实现权利要求1至6任一项所述的双极化信道估计实现方法。

10.一种机器可读存储介质，其特征在于，该机器可读存储介质存储有机器可执行指令，该机器可执行指令在被处理器调用和执行时，用于实现权利要求1至6任一项所述的双极化信道估计实现方法。

技术总结
本发明公开了一种双极化信道估计实现方法和装置，属于无线通信和信号处理领域。包括：设计基于Golay互补序列的信道估计基础导频；基于信道估计基础导频以及相同长度的零导频，构建双极化信道估计导频，将其插入帧同步序列和待发送的有用数据之间，得到双极化发送信号并由发送端发出；接收端获取接收信号，将信道估计基础导频的主体部分作为本地序列，利用本地序列分别对两个极化方向的接收信号执行滑动相关计算，截取相应位置的滑动相关值计算双极化信道估计结果，得到两个极化方向的同极化响应和异极化响应。本发明提出的双极化信道估计方法具有低实现复杂度和优异性能，能为双极化通信的可靠性提供保障。

技术研发人员：张昌明,戴胜男,李雪敏,余显斌
受保护的技术使用者：之江实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16