一种通信信道均衡补偿方法及系统

本发明属于无线通信，具体是一种通信信道均衡补偿方法及系统。

背景技术：

1、在无线通信系统中，信号经多径信道传输时会产生码间串扰，影响通信质量并制约系统传输速率的提升。信道均衡技术通过在接收端构建信道的逆响应来消除码间串扰，是无线通信接收机数字信号处理链路中的核心模块之一。目前主流的均衡方案包括线性均衡器、判决反馈均衡器以及基于压缩感知的稀疏信道均衡方法。其中，基于压缩感知的均衡方案利用信道冲激响应在时域上的稀疏性特征，通过正交匹配追踪等重构算法从少量观测中恢复信道系数，在降低导频开销方面已有相关研究。

2、然而，上述方案在实际应用中仍有优化空间。基于压缩感知的信道均衡方法通常在全局抽头范围内进行稀疏重构，计算量与信道记忆长度相关，在信道时延扩展较大的场景下，重构过程的计算资源消耗仍需进一步优化。此外，抽头支撑集的定位与信道系数的重构通常在同一算法框架内耦合完成，低能量抽头和噪声抽头在迭代过程中参与计算的机制仍有精简空间。再者，现有均衡器在信道特性发生变化时需要重新进行信道估计和重构，其收敛速度和跟踪能力仍是本领域技术人员持续关注的方向。

技术实现思路

1、为解决上述背景技术中提出的问题，本发明提供了一种通信信道均衡补偿方法及系统，以解决信道均衡计算量大及跟踪能力不足的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种通信信道均衡补偿方法，包括以下步骤：

3、接收端对接收信号进行时域采样，获取基带数字信号序列；

4、采用滑动时域窗口按照符号接收顺序对所述基带数字信号序列进行逐段截取，获取当前窗口内的信号片段；

5、根据所述当前窗口内的信号片段和已知训练序列，估计该窗口内的信道冲激响应，获取各抽头位置的信道冲激响应系数；

6、根据所述信道冲激响应系数，确定该窗口内各抽头位置的时域能量度量值；并将所述时域能量度量值超过预设能量阈值的抽头位置标记为候选抽头支撑集；

7、将所述候选抽头支撑集范围内的接收信号片段作为观测向量，将发送信号的时移版本作为字典原子，采用正交匹配追踪算法从所述候选抽头支撑集对应的原子集合中选取匹配原子并重构信道冲激响应的稀疏表示，获取重构后的局部信道系数及有效抽头支撑集；

8、根据所述重构后的局部信道系数，对当前窗口内的信号片段进行均衡补偿，输出均衡后的符号序列。

9、可选地，所述滑动时域窗口覆盖l个连续符号周期，所述滑动时域窗口每接收到m个新符号向前滑动一次，所述m不大于l的1/2。

10、可选地，所述时域能量度量值的确定方法为：

11、对当前窗口内各抽头位置的信道冲激响应系数幅值进行平方累加，将累加结果作为该抽头位置的时域能量度量值。

12、可选地，所述正交匹配追踪算法的迭代终止条件为：

13、残差能量低于预设残差阈值或迭代次数达到预设最大迭代次数；

14、所述预设最大迭代次数等于所述候选抽头支撑集中抽头位置的总数的1/2。

15、可选地，所述均衡补偿根据所述重构后的局部信道系数构建线性均衡器的抽头权重，对当前窗口内的信号片段进行迫零均衡或最小均方误差均衡。

16、可选地，在相邻两个滑动窗口之间对所述有效抽头支撑集进行连续性校验：

17、若当前窗口的有效抽头支撑集与前一窗口的有效抽头支撑集之间的重叠抽头数量大于或等于前一窗口有效抽头支撑集抽头总数的预设比例阈值，则维持当前窗口的有效抽头支撑集不变；

18、否则触发重新定位流程，所述重新定位流程包括降低预设能量阈值并重新计算时域能量度量值。

19、可选地，当触发所述重新定位流程时：

20、将所述预设能量阈值调整为前一窗口所使用的预设能量阈值的1/2，重新计算时域能量度量值并更新候选抽头支撑集；

21、当所述预设能量阈值降低至预设下限时停止调整。

22、可选地，采用长度不同的第一滑动窗口和第二滑动窗口对同一接收信号序列进行并行滑动监测，所述第一滑动窗口的长度大于所述第二滑动窗口的长度，两个滑动窗口以相同步长m同步滑动；

23、当所述第一滑动窗口定位的第一候选抽头支撑集与所述第二滑动窗口定位的第二候选抽头支撑集的交集大小超过所述第二候选抽头支撑集大小的预设比例阈值时，将所述交集作为最终候选抽头支撑集用于后续的信道重构；

24、否则将所述第二候选抽头支撑集作为最终候选抽头支撑集，并将所述第一滑动窗口的窗口长度减小m个符号。

25、可选地，当所述滑动时域窗口内未检测到任何抽头位置的时域能量度量值超过所述预设能量阈值时：

26、判定当前窗口内不存在有效多径分量，将前一窗口的有效抽头支撑集及对应的局部信道系数直接用于当前窗口的均衡补偿。

27、一种通信信道均衡补偿系统，包括：

28、时域采样模块，用于对接收信号进行时域采样，获取基带数字信号序列；

29、滑动窗口截取模块，用于采用滑动时域窗口按照符号接收顺序对所述基带数字信号序列进行逐段截取，获取当前窗口内的信号片段；

30、信道估计模块，用于根据所述当前窗口内的信号片段和已知训练序列，估计该窗口内的信道冲激响应，获取各抽头位置的信道冲激响应系数；

31、抽头支撑集定位模块，用于根据所述信道冲激响应系数确定该窗口内各抽头位置的时域能量度量值，并将所述时域能量度量值超过预设能量阈值的抽头位置标记为候选抽头支撑集；

32、局部信道重构模块，用于将所述候选抽头支撑集范围内的接收信号片段作为观测向量，将发送信号的时移版本作为字典原子，采用正交匹配追踪算法从所述候选抽头支撑集对应的原子集合中选取匹配原子并重构信道冲激响应的稀疏表示，获取重构后的局部信道系数及有效抽头支撑集；

33、均衡补偿输出模块，用于根据所述重构后的局部信道系数，对当前窗口内的信号片段进行均衡补偿，输出均衡后的符号序列。

34、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

35、本发明通过滑动时域窗口对信号进行逐段截取，在各窗口内独立完成信道冲激响应估计，在此基础上通过时域能量度量值的阈值比较实现抽头位置的初步筛选，将超过阈值的抽头标记为候选抽头支撑集，从而在进入正交匹配追踪重构之前即剔除了大量低能量和纯噪声抽头，显著缩减了后续稀疏重构的搜索空间，降低了正交匹配追踪算法的迭代次数和乘加运算量；进而仅在候选抽头支撑集对应的原子集合内进行正交匹配追踪的原子选取和信道冲激响应的稀疏重构，使重构过程聚焦于能量集中的抽头位置，减少了全局搜索中噪声原子被误选的可能性，在降低虚警概率的同时提高了信道系数估计的精度；同时通过在相邻滑动窗口之间对有效抽头支撑集进行重叠抽头数量的连续性校验，在信道特性变化平缓时直接沿用前一窗口的支撑集结果以避免重复计算，在变化剧烈时触发重新定位流程并将能量阈值调整为前一窗口的二分之一以降低定位门槛捕捉新出现的多径分量，在计算效率与信道跟踪灵敏度之间取得了合理的平衡；优选的，本发明还采用长度不同的第一滑动窗口和第二滑动窗口进行并行滑动监测，利用长窗口的稳定性和短窗口的灵敏度互补优势，通过两个窗口候选抽头支撑集的交集判决结果动态决定最终候选支撑集的构成，并在交集不足时将短窗口的定位结果作为最终候选支撑集且同步缩短长窗口的长度，实现了窗口长度的自适应调整，进一步提升了系统在时变信道下的鲁棒性和均衡性能。