一种可见光通信系统最大似然信道估计方法

本发明涉及可见光通信，特别是一种可见光通信系统最大似然信道估计方法。

背景技术：

1、可见光通信(visible light communication,vlc)系统采用强度调制/直接检测技术，以光强作为信号传输的载体，本系统采用的调制方式为dco-ofdm(direct currentbiased optical ofdm，直流偏置光正交频分复用)调制。目前vlc系统的信道估计算法大多将射频通信中的信道估计算法直接应用于vlc系统中，并未考虑可见光通信系统的信道时域响应为实数的约束，因而可能出现错误估计或估计精度较低。当系统中噪声服从高斯分布时，可见光信道的最大似然估计问题等价于求解线性方程组问题，求解中主要的计算复杂度在于一个l×l阶矩阵求逆运算，其中l为可见光通信系统的信道时域响应最大长度。精确的矩阵求逆方法，如cholesky分解法复杂度为o(l3)，复杂度较高。采用gs(gauss–seidel，高斯-赛德尔)迭代求解线性方程组，避免了复杂度较高的矩阵精确求逆，复杂度为o(l2)。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种可见光通信系统最大似然信道估计方法，本发明方法不仅能够使得可见光信道的最大似然估计值满足实数约束，而且无需进行精确的矩阵求逆运算，降低了信道估计的复杂度。

2、本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

3、根据本发明提出的一种可见光通信系统最大似然信道估计方法，针对可见光通信系统，建立了信道估计模型；满足可见光时域响应为实数的约束，将频域接收信号的实部虚部拆分后组合成新的矩阵；然后将最大似然信道估计模型转化为求解线性方程组；再采用基于gs迭代的方法求解所述线性方程组，迭代终止后的输出即为可见光通信系统的信道时域响应的最大似然估计值。

4、作为本发明所述的一种可见光通信系统最大似然信道估计方法进一步优化方案，具体步骤如下：

5、步骤a：建立可见光通信系统的信道估计模型a1：

6、y＝xbh+w

7、其中，y表示n×1维频域接收信号，n表示子载波个数；x表示频域发送信号构成的n×n阶对角矩阵；b表示n×l阶dft变换矩阵，l表示所述可见光通信系统的信道时域响应最大长度；表示可见光通信系统的信道时域响应，表示实数域；w表示n×1维复高斯白噪声；

8、步骤b：求解所述信道估计模型a1，具体步骤如下：

9、步骤b-1：将所述信道估计模型a1中频域接收信号的实部虚部拆分后组合成新的矩阵，则所述信道估计模型a1转化为模型b1：

10、

11、其中re(·)表示取实部操作，im(·)表示取虚部操作；

12、步骤b-2：对于步骤b-1得到的模型b1中，记则模型b1等价为模型b2：

13、

14、其中，表示2n×1维实向量；θ表示2n×l阶实矩阵；表示2n×1维实向量；

15、步骤b-3：求解所述模型b2的最大似然信道估计，得到模型b3：

16、

17、其中(·)t表示转置，为h的最大似然估计量；

18、步骤b-4：对于步骤b-3得到的模型b3，记a＝θtθ，a为l×l阶对称正定矩阵，b为l×1维实向量；则求解模型b3转化为求解模型b4：

19、ah＝b

20、步骤b-5：用gs迭代求解所述模型b4，对矩阵a进行分解：

21、a＝d+l+lt

22、其中d、l和lt分别为a的对角线分量、下三角分量和上三角分量；用于迭代的初始解h0＝d-1b；第i次迭代的输出hi为：

23、hi＝(λ+l)-1(b-lthi-1)

24、其中，i表示迭代次数；

25、步骤b-6：当||hi-hi-1||2小于门限值ε时，迭代终止，得到可见光通信系统的信道时域响应h＝hi，其中||·||2表示2-范数运算；否则进行下一轮迭代。

26、作为本发明所述的一种可见光通信系统最大似然信道估计方法进一步优化方案，步骤b-6中所述门限值ε为10-3。

27、本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

28、本发明方法针对可见光通信系统，建立了信道估计模型；为满足可见光时域响应为实数的约束，将频域接收信号的实部虚部拆分后组合成新的矩阵；然后将最大似然信道估计模型转化为求解线性方程组；再采用基于gs迭代的方法求解所述线性方程组，迭代终止后的输出即为可见光通信系统的信道时域响应的最大似然估计值。采用本发明方法，不仅能够使得可见光信道的最大似然估计值满足实数约束，而且无需进行精确的矩阵求逆运算，降低了信道估计的复杂度。

1.一种可见光通信系统最大似然信道估计方法，其特征在于，针对可见光通信系统，建立了信道估计模型；满足可见光时域响应为实数的约束，将频域接收信号的实部虚部拆分后组合成新的矩阵；然后将最大似然信道估计模型转化为求解线性方程组；再采用基于gs迭代的方法求解所述线性方程组，迭代终止后的输出即为可见光通信系统的信道时域响应的最大似然估计值。

2.根据权利要求1所述的一种可见光通信系统最大似然信道估计方法，其特征在于，具体步骤如下：

3.根据权利要求2所述的一种可见光通信系统最大似然信道估计方法，其特征在于，步骤b-6中所述门限值ε为10-3。