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CN115134200B - 一种基于子载波序列进行信道冲击响应和的信道估计方法及信号接收方法 - Google Patents

一种基于子载波序列进行信道冲击响应和的信道估计方法及信号接收方法 Download PDF

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CN115134200B
CN115134200B CN202210561642.3A CN202210561642A CN115134200B CN 115134200 B CN115134200 B CN 115134200B CN 202210561642 A CN202210561642 A CN 202210561642A CN 115134200 B CN115134200 B CN 115134200B
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Abstract

一种基于子载波序列进行信道冲击响应和的信道估计方法及信号接收方法,涉及通信技术领域,特别涉及信号处理领域。解决了现有信道估计以及补偿方法在提高精度的同时、增加了信道补偿的的难度、并且由于精度估计产生了一定的误差而影响准确度的问题。本法所述的信道估计方法,利用子载波序列具有全频带覆盖、理想自相关特性,进行循环卷积求和,对多路并行传输符号经过信道的信道冲击响应和进行估计,导频为选定的子载波,与数据子载波同时传输,经历信道状态相同,有效降低信道时变性对信道估计的影响,不需要准确区分信道多径及其信道增益。本发明应用在信号处理领域采用多路并行传输体制的应用场景的接收机方法中。

Description

一种基于子载波序列进行信道冲击响应和的信道估计方法及 信号接收方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域,特别涉及信号处理领域。
背景技术
现有的信道估计方法,大致可分为三种,一种是在频域进行,准确估计出信道在每个频点的衰落,以对信号进行补偿;另一种是在时域进行,准确估计出时域信道冲击响应,再进行后续的信道均衡;还有一种是基于基拓展的信道估计方法,通过精确估计出基拓展系数,从而得出信道信息。对于信道补偿,有利用信道估计得到精确信道信息后进行信道均衡的方法,也有扩频传输体制下常用的RAKE接收机,RAKE接收机是利用滑动相关估计出信道各个时延多径及其信道增益,再对信号进行对应的信道补偿。
这几种信道估计及信道补偿,都是对信道信息的精确估计,不论是对每个频点的估计或是对每个时延径的分离和增益估计,这样会增加信道估计及信道补偿的难度,而且精确估计会带来一定的误差,准确度会大大降低。
发明内容
本发明的目的是解决现有信道估计以及补偿方法在提高精度的同时、增加了信道补偿的的难度、并且由于精度估计产生了一定的误差进而影响准确度的问题。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
一种基于子载波序列进行信道冲击响应和的信道估计方法,所述方法为:
选定子载波间隔的步骤:选定子载波间隔为L,用于信道时延最大抽头小于L的信道;
计算子载波次数的步骤:子载波循环移位共有N种子载波序列,分别为ψ0(n),ψ1(n),ψ2(n),...,ψn(n),负载的子载波数为k,k=[N/L],[]表示向下取整;
选定数据传输的步骤:进行数据传输的子载波序列为ψi(n),ψi+L(n),ψi+2L(n),...ψi+kL(n),i<L,共传输k个数据,传输的数据序列为XN×1=[x(0),0,...,0,x(1),0,...,x(k)]T
选定导频子载波的步骤:用于信道估计的导频子载波为ψi(n),选择子载波传输的数据为x(0);
传输符号生成的步骤:所述数据传输的子载波序列乘以所述子载波传输的数据,所有调制好的子载波序列相加为一个新的序列,新的序列为传输符号;
接收符号的步骤:所述传输符号发送到信道,经过信道衰减,叠加信道噪声,到达接收端,接收端收到的传输符号为接收符号;
计算信道估计值的步骤:所述接收符号和所述子载波ψi(n)进行L点的循环相关计算,将所述L点循环相关计算的序列进行求和,所述求和的和值除以该子载波传输的数据x(0),得到每个子载波经过信道的信道冲击响应和的信道估计值。
进一步,还有一种优选实施例,上述子载波序列为具有ZC序列性质和循环移位特性的序列。
进一步,还有一种优选实施例,上述L点的循环相关计算为:
接收符号为序列a=[a(0),a(1),...,a(N-1)],接收端本地的子载波序列为b=[b(0),b(1),...,b(N-1)],对序列a和序列b进行L点的循环相关运算,所得结果为L点长序列c=[c(0),c(1),...,c(L-1)]。
与上述方法相应对,本发明还提供一种基于子载波序列进行信道冲击响应和的信道估计系统,所述系统包括:
选定子载波间隔的装置:选定子载波间隔为L,用于信道时延最大抽头小于L的信道的存储装置;
计算子载波次数的装置:用于根据子载波循环移位共有N种子载波序列,分别为ψ0(n),ψ1(n),ψ2(n),...,ψn(n),获得负载的子载波数为k,k=[N/L]的存储装置,[]表示向下取整;
选定数据传输的装置:用于根据进行数据传输的子载波序列为ψi(n),ψi+L(n),ψi+2L(n),...ψi+kL(n),i<L,共传输k个数据,选定传输的数据序列为XN×1=[x(0),0,...,0,x(1),0,...,x(k)]T的存储装置;
选定导频子载波的装置:用于信道估计的导频子载波为ψi(n),选择子载波传输的数据为x(0)的存储装置
传输符号生成的装置:用于将所述数据传输的子载波序列乘以所述子载波传输的数据序列,得到的序列相加为一个新的序列,新的序列为传输符号的存储装置;
接收符号的装置:用于将所述传输符号发送到信道,经过信道衰减,叠加信道噪声,到达接收端,接收端收到的传输符号为接收符号的存储装置;
计算信道估计值的装置:用于将所述接收符号和所述子载波ψi(n)进行L点的循环相关计算,将所述L点循环相关计算的序列进行求和,所述求和的和值除以该子载波传输的数据x(0),得到所述子载波经过信道的信道冲击响应和的信道估计值。
进一步,还有一种优选实施例,上述子载波序列为具有ZC序列性质和循环移位特性的序列。
进一步,还有一种优选实施例,上述L点的循环相关计算为:
接收符号为序列a=[a(0),a(1),...,a(N-1)],接收端本地的子载波序列为b=[b(0),b(1),...,b(N-1)],对序列a和序列b进行L点的循环相关运算,所得结果为L点长序列c=[c(0),c(1),...,c(L-1)]。
基于上述方法,本发明还提供一种计算机设备,其包括存储器和处理器,所述存储器中存储有计算机程序,当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时,所述处理器执行本发明所述的任意一种所述的一种基于子载波序列进行信道冲击响应和的信道估计方法。
本发明还提供一种基于子载波序列进行多路并行传输体制信道估计的接收方法,所述方法是基于上述一种基于子载波序列进行信道冲击响应和的信道估计方法实现的,所述方法包括:接收信号,将所述信号去除循环前缀之后分为两路:
一路采用本发明所述的信道估计方法进行信道估计,获得到信道冲击响应和的信道估计值;
另一路数据分别与接收端存储的传输数据子载波序列ψi(n)、ψi+L(n)、ψi+2L(n)、...、ψi+kL(n)中的每个子载波做L点循环相关计算,针对每个L点循环相关计算获得的序列进行求和之后,与获得的信道估计值相除,获得恢复后的每个子载波上传输的数据信息,获得的所有子载波的数据进行数字解调,还原信息序列。
技术效果
本发明所述的信道估计方法利用子载波序列具有全频带覆盖、理想自相关特性,子载波通过循环移位产生的多路并行传输体制时,对信道进行估计以及后续的对信号进行信道补偿,区别于现有技术,本发明只需对信道冲击响应和进行估计,不需要准确区分信道多径及其信道增益,能够减少对信道精确估计的难度,并且降低了精确估计带来的误差。
与现有技术相比,本发明产生了如下几个优点:
1、现有技术信道均衡估计方法均是对信道状态信息进行精确估计,看信道状态对信号每个点的影响情况,不论是对每个频点的估计或是对每个时延径的分离和增益估计。本发明所述的一种基于子载波序列进行信道冲击响应和的信道估计方法,利用子载波序列的理想自相关特性,进行循环卷积求和,对多路并行传输符号经过信道的信道冲击响应和进行估计,导频为一选定的子载波,与数据子载波同时传输,经历信道状态相同,可有效降低信道时变性对信道估计的影响,可在信道最大时延抽头小于子载波间隔时,对信号经过的信道进行信道信息求和估计,不需要准确区分信道多径及其信道增益,可以减少对信道精确估计的难度及其精确估计带来的误差。
2、本发明所述的一种接收方法区别于现有技术中扩频传输体制下常用的RAKE接收机的接收方法,现有常用的RAKE接收机需要对多径信道下每条时延径进行精确的信道估计,且需要准确分离每条时延径,在多径较多时对信道估计的难度加大。而本发明只需要估计整个信道的冲激响应和,不需要将各个时延多径分离,在保证信道信息完整的情况下降低了对信道估计的难度及其精确估计带来的误差。
3、本发明所述的信道估计方法,利用子载波序列具有全频带覆盖、理想自相关特性,与现有的信道估计方法的原理完全不同,创新性地提出将序列做循环相关求和进行信道估计的方法,并提出了一种基于子载波序列进行多路并行传输体制信道估计的接收方法。
本发明应用在信号处理领域或通信技术领域采用多路并行传输体制的应用场景的接收机方法中。
附图说明
图1是实施方式二所述的一种基于子载波序列进行信道冲击响应和的信道估计方法中的欠载多路并行传输系统信号调制框图。
图2是实施方式八所述的一种基于子载波序列进行多路并行传输体制信道估计的接收方法中的多路并行传输发射端系统示意图。
图3是实施方式八所述的一种基于子载波序列进行多路并行传输体制信道估计的接收方法中的多路并行传输接收端系统示意图。
图4是实施方式九所述的子载波chirp信号信道估计幅值图。
图5是实施方式九所述的子载波chirp信号信道估计相位值图。
图6是实施方式九所述的误码率曲线图。
具体实施方式
实施方式一.本实施方式所述的一种基于子载波序列进行信道冲击响应和的信道估计方法,所述方法为:
选定子载波间隔的步骤:选定子载波间隔为L,用于信道时延最大抽头小于L的信道;
计算子载波次数的步骤:子载波循环移位共有N种子载波序列,分别为ψ0(n),ψ1(n),ψ2(n),...,ψn(n),负载的子载波数为k,k=[N/L],[]表示向下取整;
选定数据传输的步骤:进行数据传输的子载波序列为ψi(n),ψi+L(n),ψi+2L(n),...ψi+kL(n),i<L,共传输k个数据,传输的数据序列为XN×1=[x(0),0,...,0,x(1),0,...,x(k)]T
选定导频子载波的步骤:用于信道估计的导频子载波为ψi(n),选择子载波传输的数据为x(0);
传输符号生成的步骤:所述数据传输的子载波序列乘以所述子载波传输的数据序列,得到的序列相加为一个新的序列,新的序列为传输符号;
接收符号的步骤:所述传输符号发送到信道,经过信道衰减,叠加信道噪声,到达接收端,接收端收到的传输符号为接收符号;
计算信道估计值的步骤:所述接收符号和所述子载波ψi(n)进行L点的循环相关计算,将所述L点循环相关计算的序列进行求和,所述求和的和值除以该子载波传输的数据x(0),得到每个子载波经过信道的信道冲击响应和的信道估计值。
本实施方式所述的子载波间隔,可避免不同子载波序列由于循环移位特性造成的载波间干扰。子载波间隔大于最大时延抽头,可避免在信道估计时信道多径效应和子载波循环移位特性带来的载波间干扰。
本实施方式中的选定子载波间隔的步骤:
现有技术信道均衡估计方法均是对信道状态信息进行精确估计,看信道状态对信号每个点的影响情况,不论是对每个频点的估计或是对每个时延径的分离和增益估计。本实施方式所述的一种基于子载波序列进行信道冲击响应和的信道估计方法,利用子载波序列的理想自相关特性,进行循环卷积求和,对多路并行传输符号经过信道的信道冲击响应和进行估计,导频为一选定的子载波,与数据子载波同时传输,经历信道状态相同,可有效降低信道时变性对信道估计的影响,可在信道最大时延抽头小于子载波间隔时,对信号经过的信道进行信道信息求和估计,不需要准确区分信道多径及其信道增益,可以减少对信道精确估计的难度及其精确估计带来的误差。
实施方式二.参见图1说明本实施方式,本实施方式是对实施方式一所述的一种基于子载波序列进行信道冲击响应和的信道估计方法中的子载波作具体说明,所述子载波序列为具有ZC序列性质和循环移位特性的序列。
本实施方式所述的子载波序列为具有ZC序列性质和循环移位特性的序列,如菲涅尔变换矩阵的列序列。
本实施方式对菲涅尔变换子载波chirp序列作举例说明。
数据序列为X=[x(0),x(1),...,x(N-1)]T,与多载波调制方式类似,系统的调制过程如图1所示,每一个chirp子载波都被一个数据符号调制,所有调制后的chirp子载波相加后得到一个传输符号,传输符号表示为:
其中第k(k=0,...,N-1)个子载波信号表示为:
当N=1时,系统退化成传统的线性调频扩频系统,其中每个chirp信号之间相互正交,有:
根据式(3),通过匹配滤波对信号进行恢复:
实施方式三.本实施方式是对实施方式一所述的一种基于子载波序列进行信道冲击响应和的信道估计方法中的L点的循环相关计算作具体说明,所述L点的循环相关计算为:
接收符号为序列a=[a(0),a(1),...,a(N-1)],接收端本地的子载波序列为b=[b(0),b(1),...,b(N-1)],对序列a和序列b进行L点的循环相关运算,所得结果为L点长序列c=[c(0),c(1),...,c(L-1)]。
在实际应用时还会对序列c进行求和,表示为:
c(k)=a(0)·b*(k)+a(1)·b*(k+1)+...+a(N-1)·b*(L)
本实施方式是对L点的循环相关计算作具体说明,由于子载波序列具有理想的自相关特性,在不存在噪声干扰下,子载波序列进行L点的循环相关计算,结果为L点的信道冲击响应,但由于信道时延抽头长度为L+1,且子载波间存在循环移位特性,为减少计算量,只需在接收端对已知子载波ψi(n)做大于等于L点的循环相关计算,获得信道完整信息,且在之后相加求和时减少了累加到信道估计中的噪声。
实施方式四.一种基于子载波序列进行信道冲击响应和的信道估计装置,所述装置为:
选定子载波间隔的装置:选定子载波间隔为L,用于信道时延最大抽头小于L的信道的存储装置;
计算子载波次数的装置:用于根据子载波循环移位共有N种子载波序列,分别为ψ0(n),ψ1(n),ψ2(n),...,ψn(n),获得负载的子载波数为k,k=[N/L]的存储装置,[]表示向下取整;
选定数据传输的装置:用于根据进行数据传输的子载波序列为ψi(n),ψi+L(n),ψi+2L(n),...ψi+kL(n),i<L,共传输k个数据,选定传输的数据序列为XN×1=[x(0),0,...,0,x(1),0,...,x(k)]T的存储装置;
选定导频子载波的装置:用于信道估计的导频子载波为ψi(n),选择子载波传输的数据为x(0)的存储装置;
传输符号生成的装置:用于将所述数据传输的子载波序列乘以所述子载波传输的数据序列,得到的序列相加为一个新的序列,新的序列为传输符号的存储装置;
接收符号的装置:用于将所述传输符号发送到信道,经过信道衰减,叠加信道噪声,到达接收端,接收端收到的传输符号为接收符号的存储装置;
计算信道估计值的装置:用于将所述接收符号和所述子载波ψi(n)进行L点的循环相关计算,将所述L点循环相关计算的序列进行求和,所述求和的和值除以该子载波传输的数据x(0),得到所述子载波经过信道的信道冲击响应和的信道估计值。
实施方式五.本实施方式是对实施方式四所述的一种基于子载波序列进行信道冲击响应和的信道估计装置中的子载波序列作具体说明,所述子载波序列为具有ZC序列性质和循环移位特性的序列。
实施方式六.本实施方式是对实施方式四所述的一种基于子载波序列进行信道冲击响应和的信道估计装置中的L点的循环相关计算作具体说明,所述L点的循环相关计算为:
接收符号为序列a=[a(0),a(1),...,a(N-1)],接收端本地的子载波序列为b=[b(0),b(1),...,b(N-1)],对序列a和序列b进行L点的循环相关运算,所得结果为L点长序列c=[c(0),c(1),...,c(L-1)]。
实施方式七.一种计算机设备包括存储器和处理器,所述存储器中存储有计算机程序,当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时,所述处理器执行实施方式一至三任意一项所述的一种基于子载波序列进行信道冲击响应和的信道估计方法。
实施方式八.参见图2和图3说明本实施方式,本实施方式所述的一种基于子载波序列进行多路并行传输体制信道估计的接收方法,所述方法基于实施方式一所述的一种基于子载波序列进行信道冲击响应和的信道估计方法实现的,传输符号经过信道,到达接收端,接收端收到的传输符号为接收符号,所述接收符号去除循环前缀,数据分为两路,一路进行信道估计,与接收端存储的子载波序列ψi(n)进行L点的循环相关计算,将所述L点循环相关计算的序列进行求和,所述求和的和值除以该子载波传输的数据x(0),得到信道冲击响应和的信道估计值;
另一路数据分别与接收端存储的传输数据子载波序列ψi(n),ψi+L(n),ψi+2L(n),...,ψi+kL(n),做L点循环相关计算,将所述L点循环相关计算的序列进行求和,所述求和的和值除以信道冲击响应和的信道估计值,恢复每个子载波上传输的数据信息,进行解数字解调,还原信息序列。
本实施方式所述的一种基于子载波序列进行多路并行传输体制信道估计的接收方法,在实际应用时,参见图2所示,对信息序列进行数字调制,串并转换后按照选定好的子载波间隔进行载波调制,其中选定的导频子载波直接调制已知数据x(0),数据子载波调制待传输数据,调制好再进行相加,得到传输序列,在加上循环前缀后完成发射端的基带调制。
本实施方式所述的一种基于子载波序列进行多路并行传输体制信道估计的接收方法可以还原信息序列,区别于现有技术中扩频传输体制下常用的RAKE接收机,RAKE接收机需要对多径信道下每条时延径进行精确的信道估计,且需要准确分离每条时延径,在多径较多时对信道估计的难度加大。而实施方式只需要估计整个信道的冲击响应和,不需要将各个时延多径分离,在保证信道信息完整的情况下降低了对信道估计的难度及其精确估计带来的误差。
实施方式九.参见图4、图5和图6说明本实施方式,本实施方式是验证实施方式一所述的一种基于子载波序列进行信道冲击响应和的信道估计方法中得到的信道估计值在每个传输数据子载波相同,且为信道冲击响应和,本实施方式选取信道时延抽头为[0,3,7,13]的准静态多径信道进行仿真分析,传输体制采用子载波chirp信号具有理想自相关特性的正交啁啾分复用技术,符号的子载波数N=256,子载波间隔取16,传输数据采用幅度和相位的16QAM调制,忽略信道噪声影响,用实施方式一所述的一种基于子载波序列进行信道冲击响应和的信道估计方法得到每个传输信息子载波的信道估计值,如图4和图5所示。
参见图4和图5所示,进行数据传输的每个子载波通过实施方式一所述的一种基于子载波序列进行信道冲击响应和的信道估计方法所得到的估计值的幅度和相位相同,且都等于信道冲击响应和的幅度值和相位值。
参见图6所示,图6是采用实施方式一所述的一种基于子载波序列进行信道冲击响应和的信道估计方法,得到的误码率曲线图,可以看出,正确解调出信号信息。
以上所述仅为本发明的实施例而已,并不限制于本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改,等同替换、改进等。均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种基于子载波序列进行信道冲击响应和的信道估计方法,其特征在于,所述方法为:选定子载波间隔的步骤:选定子载波间隔为L,用于信道时延最大抽头小于L的信道;
计算子载波次数的步骤:子载波循环移位共有N种子载波序列,分别为ψ0(n),ψ1(n),ψ2(n),...,ψN-1(n),负载的子载波数为k,k=[N/L],[]表示向下取整;
选定数据传输的步骤:进行数据传输的子载波序列为ψi(n),ψi+L(n),ψi+2L(n),...ψi+kL(n),i<L,共传输k个数据,传输的数据序列为XN×1=[x(0),0,...,0,x(1),0,...,x(k)]T
选定导频子载波的步骤:用于信道估计的导频子载波为ψi(n),选择子载波传输的数据为x(0);
传输符号生成的步骤:所述数据传输的子载波序列乘以所述子载波传输的数据序列,得到的序列相加为一个新的序列,新的序列为传输符号;
接收符号的步骤:所述传输符号发送到信道,经过信道衰减,叠加信道噪声,到达接收端,接收端收到的传输符号为接收符号;
计算信道估计值的步骤:所述接收符号和所述子载波ψi(n)进行L点的循环相关计算,将所述L点循环相关计算的序列进行求和,所述求和的和值除以该子载波传输的数据x(0),得到每个子载波经过信道的信道冲击响应和的信道估计值。
2.根据权利要求1所述的一种基于子载波序列进行信道冲击响应和的信道估计方法,其特征在于,所述子载波序列为具有ZC序列性质和循环移位特性的序列。
3.根据权利要求1所述的一种基于子载波序列进行信道冲击响应和的信道估计方法,其特征在于,所述L点的循环相关计算为:
接收符号为序列a=[a(0),a(1),...,a(N-1)],接收端本地的子载波序列为b=[b(0),b(1),...,b(N-1)],对序列a和序列b进行L点的循环相关运算,所得结果为L点长序列c=[c(0),c(1),...,c(L-1)]。
4.一种基于子载波序列进行信道冲击响应和的信道估计系统,其特征在于,所述系统包括:
选定子载波间隔的装置:选定子载波间隔为L,用于信道时延最大抽头小于L的信道的存储装置;
计算子载波次数的装置:用于根据子载波循环移位共有N种子载波序列,分别为ψ0(n),ψ1(n),ψ2(n),...,ψN-1(n),获得负载的子载波数为k,k=[N/L]的存储装置,[]表示向下取整;
选定数据传输的装置:用于根据进行数据传输的子载波序列为ψi(n),ψi+L(n),ψi+2L(n),...ψi+kL(n),i<L,共传输k个数据,选定传输的数据序列为XN×1=[x(0),0,...,0,x(1),0,...,x(k)]T的存储装置;
选定导频子载波的装置:用于信道估计的导频子载波为ψi(n),选择子载波传输的数据为x(0)的存储装置;
传输符号生成的装置:用于将所述数据传输的子载波序列乘以所述子载波传输的数据序列,得到的序列相加为一个新的序列,新的序列为传输符号的存储装置;
接收符号的装置:用于将所述传输符号发送到信道,经过信道衰减,叠加信道噪声,到达接收端,接收端收到的传输符号为接收符号的存储装置;
计算信道估计值的装置:用于将所述接收符号和所述子载波ψi(n)进行L点的循环相关计算,将所述L点循环相关计算的序列进行求和,所述求和的和值除以该子载波传输的数据x(0),得到所述子载波经过信道的信道冲击响应和的信道估计值。
5.根据权利要求4所述的一种基于子载波序列进行信道冲击响应和的信道估计系统,其特征在于,所述子载波序列为具有ZC序列性质和循环移位特性的序列。
6.根据权利要求4所述的一种基于子载波序列进行信道冲击响应和的信道估计系统,其特征在于,所述L点的循环相关计算为:
接收符号为序列a=[a(0),a(1),...,a(N-1)],接收端本地的子载波序列为b=[b(0),b(1),...,b(N-1)],对序列a和序列b进行L点的循环相关运算,所得结果为L点长序列c=[c(0),c(1),...,c(L-1)]。
7.一种计算机设备,其包括存储器和处理器,其特征在于,所述存储器中存储有计算机程序,当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时,所述处理器执行根据权利要求1至3任意一项所述的方法。
8.一种基于子载波序列进行多路并行传输体制信道估计的接收方法,其特征在于,所述接收方法包括:接收信号,将所述信号去除循环前缀之后分为两路:
一路采用权利要求1所述的信道估计方法进行信道估计,获得到信道冲击响应和的信道估计值;
另一路数据分别与接收端存储的传输数据子载波序列ψi(n)、ψi+L(n)、ψi+2L(n)、...、ψi+kL(n)中的每个子载波做L点循环相关计算,针对每个L点循环相关计算获得的序列进行求和之后,与获得的信道估计值相除,获得恢复后的每个子载波上传输的数据信息,获得的所有子载波的数据进行数字解调,还原信息序列。
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