專利名稱：一種無線通信系統(tǒng)中的訓練符號傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線通信系統(tǒng)中的訓練符號傳輸方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著移動用戶數(shù)據(jù)業(yè)務需求的不斷增長，無線通信系統(tǒng)正經(jīng)歷從第三代(3G)向后三代(B3G)的發(fā)展。在當前世界各國的移動通信運營商和設備制造商正在積極推動第三代移動通信的商用化和市場化的同時，各國企業(yè)，大學及其他科研機構(gòu)對于具有更高頻譜利用率和提供更高速業(yè)務的B3G移動通信系統(tǒng)的研發(fā)也已經(jīng)展開。為了最大化運營商在寶貴的頻譜資源上的投資利潤，B3G移動通信系統(tǒng)將比以往的系統(tǒng)具有更高的頻譜效率以支持更高數(shù)據(jù)速率(如100Mb/s以上)的業(yè)務，使得高速音頻、視頻、圖像以及Internet等多媒體業(yè)務成為可能。這些業(yè)務對于無線鏈路傳輸能力的要求明顯提高。在此情況下正交頻分復用(OFDM)技術(shù)和基于頻域均衡的單載波(SC-FDE)技術(shù)等技術(shù)逐漸嶄露頭角。OFDM技術(shù)將高速的數(shù)據(jù)流調(diào)制為頻譜交疊的多個并行低速數(shù)據(jù)流發(fā)送。通過在OFDM符號的前端加上大于最大多徑時延的保護間隔(GI)，可以完全消除由多徑時延引起的符號間干擾(ISI)，從而大大降低了接收端均衡器的復雜度?；陬l域均衡的單載波技術(shù)具有與OFDM類似的性能、效率和信號處理復雜度。此外基于頻域均衡的單載波技術(shù)和OFDM技術(shù)相比還具有峰平比方面的優(yōu)勢。
為了進一步提高系統(tǒng)容量，B3G系統(tǒng)廣泛采用MIMO傳輸技術(shù)。理論研究及實踐證明，采用MIMO傳輸將極大提高信道容量。
訓練符號在無線通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應用，也將在B3G移動通信系統(tǒng)中獲得廣泛應用。訓練符號主要有兩種用途1)用于同步過程。系統(tǒng)發(fā)送已知的訓練符號，在接收端，通過與該訓練符號進行相關(guān)運算，獲得對系統(tǒng)的時/頻同步。
2)用于信道估計過程。系統(tǒng)發(fā)送已知的訓練符號，在接收端，通過將接收信號與該訓練符號進行運算，獲得對于傳輸過程中信道特性的估計。
在以MIMO為代表的多天線傳輸下，訓練符號的設計成為一個熱點問題。目前國內(nèi)外無線通信系統(tǒng)中的訓練符號設計主要有兩種1)不相交(disjoint)的正交訓練符號設計在這種設計中，系統(tǒng)為訓練符號預留特定的時頻資源。但為了避免多天線訓練符號傳輸?shù)南嗷ジ蓴_，在一根天線發(fā)送訓練符號的同時，其余的天線都發(fā)送空符號。例如參見3GPP，R1-050484，Nortel，“Proposal for the downlink multiple access scheme for E-UTRA(update)”和3GPP，R1-050485，Nortel，“Proposal for the uplinkmultiple access scheme for E-UTRA(update)”，這里將所述文獻引作參考。
2)相移正交的訓練符號設計在理想的假設前提下，采用相移正交的訓練符號設計能夠達到最小的信道估計均方誤差。例如參見I.Barhumi，G.Leus，M.Moonen，“Optimal training design for MIMO OFDM systems inmobile wireless channels”，IEEE Trans.on Signal Processing，vol.51，pp.1615-1624，June 2003，這里將所述文獻引作參考。
采用不相交的正交訓練符號設計方法雖然能夠避免多天線間的信號干擾，但由于在一根天線傳輸訓練符號的同時，其他天線只能發(fā)送空符號而不能充分利用預留的頻/時資源。采用相移正交的訓練符號設計雖然能夠達到最優(yōu)的信道估計性能，卻由于其過高的接收機復雜度以及實際系統(tǒng)參數(shù)的種種限制而難以得到實際應用。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述狀態(tài)，本發(fā)明的目的在于提供一種無線通信系統(tǒng)中的改進訓練符號傳輸方法與系統(tǒng)，其中既能夠充分利用頻/時資源，又能夠降低接收機端的復雜度并避免實際系統(tǒng)參數(shù)的限制。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明面向未來無線通信系統(tǒng)的應用，提出一種改進的正交訓練符號傳輸方法。該系統(tǒng)包含至少兩根發(fā)射天線，訓練符號與用戶數(shù)據(jù)符號復用時/頻資源并插入到特定的時/頻格中，該方法的特征在于，訓練符號采用連續(xù)正交傳輸方式，即訓練符號占用至少兩根發(fā)射天線的相同的時/頻格，在至少兩個連續(xù)的時/頻格上進行正交的訓練符號傳輸。
進一步地，在所述方法中，被傳送的訓練符號從至少兩根天線上傳輸?shù)揭粋€或多個接收設備，以便被所述接收設備利用各發(fā)射天線上的訓練符號進行信道估計，從而在此基礎(chǔ)上進行用戶信號的檢測。
進一步地，在所述方法中，由接收設備接收來自至少兩根天線的信號，在這些天線上的訓練符號占用相同的時/頻格進行傳輸，在至少兩個連續(xù)的時/頻格上的進行正交的訓練符號傳輸。
進一步地，在所述方法中，一個或多個用戶的信息與所述訓練符號復用時/頻資源。
本發(fā)明還提供了一種包含至少一個小區(qū)的無線通信系統(tǒng)，包含至少一個發(fā)送設備和至少一個接收設備，該無線通信系統(tǒng)被分配特定的頻帶資源進行傳輸，訓練符號和用戶數(shù)據(jù)符號復用系統(tǒng)的時頻資源，所述接收設備使用對至少兩根天線發(fā)射的訓練符號進行接收的方法，其特征在于，所述發(fā)送設備被配置成以這樣的方式發(fā)送所述訓練符號，使得所述訓練符號占用至少兩根發(fā)射天線的相同的時/頻格，在至少兩個連續(xù)的時/頻格上進行正交的訓練符號傳輸。


圖1示出了以兩天線為例，利用信道的頻域相關(guān)性進行訓練符號分配示意圖。
圖2示出了以兩天線為例，利用信道的時域相關(guān)性進行訓練符號分配示意圖。
具體實施例方式
下面以具有兩根發(fā)射天線的MIMO OFDMA系統(tǒng)為例說明本發(fā)明的內(nèi)容。將OFDM系統(tǒng)的不同子載波分配給不同用戶，即構(gòu)成了OFDMA系統(tǒng)。
訓練符號的設計方法如圖1所示。橫坐標為時間，每個時間單元對應一個OFDM符號；縱坐標為頻率，每個頻率單元對應OFDM符號中的一個子載波。用戶數(shù)據(jù)(data)符號與訓練符號(pilot，也稱為導頻)復用OFDMA系統(tǒng)的時/頻資源，即用戶數(shù)據(jù)符號與訓練符號占用不同的時/頻單元進行傳輸。訓練符號在時/頻域中間歇地插入到OFDM符號中去。訓練符號在頻域占用兩個連續(xù)的OFDM子載波進行傳輸，且在每根天線上的訓練符號占用相同的連續(xù)子載波。如圖1所示，左側(cè)為第一根天線上的訓練符號分配，右側(cè)為第二根天線上的訓練符號分配。兩根天線上的訓練符號都占用了第1個和第4個OFDM符號的第1、2，6、7和11、12三對連續(xù)的子載波進行傳輸。在每對連續(xù)子載波上，兩根天線上都有符號傳輸。假設pij表示在某個OFDM符號上第i(i＝1，2)根天線上傳輸?shù)牡趈(j＝1，2)個訓練符號。連續(xù)的正交訓練符號傳輸方法要求p11p21p12p22Hp11p21p12p22=KI,---(1)]]>其中I為單位矩陣，()H為轉(zhuǎn)秩共軛操作，pi1和pi2在兩個連續(xù)的子載波上傳輸，K為任意常數(shù)。
可選地，訓練符號設計如圖2所示。用戶數(shù)據(jù)(data)符號與訓練符號(pilot)復用OFDMA系統(tǒng)的時/頻資源。訓練符號在時/頻域中間歇地插入到OFDM符號中去。訓練符號在特定的子載波上占用兩個連續(xù)的時間單元進行傳輸，且在每根天線上的訓練符號占用相同的連續(xù)時間單元。如圖2所示，左側(cè)為第一根天線上的訓練符號分配，右側(cè)為第二根天線上的訓練符號分配。兩根天線上的訓練符號都占用了第1、6、11個子載波上的第1、2和4、5兩對連續(xù)的時間單元進行傳輸。在每對連續(xù)的時間單元上，兩根天線上都有符號傳輸。假設qij表示在某個子載波上第i(i＝1，2)根天線上的第j(j＝1，2)個訓練符號。連續(xù)的正交訓練符號傳輸方法要求
q11q21q12q22Hq11q21q12q22=KI,---(2)]]>其中I為單位矩陣，()H為轉(zhuǎn)秩共軛操作，qi1和qi2在兩個連續(xù)的時間單元上傳輸，K為任意常數(shù)。
下面考慮一個包括兩根發(fā)射天線的MIMO OFDMA系統(tǒng)。以圖1為例，在第一根天線上傳輸?shù)倪B續(xù)兩個訓練符號可以設計為p11＝1+j，p12＝-1-j，在第二根天線上傳輸?shù)倪B續(xù)兩個訓練符號可以設計為p21＝1-j，p22＝1-j.
可以證明，這兩根天線上傳輸?shù)倪B續(xù)訓練符號互相正交，即該設計可以滿足(1)式。
下面以將該訓練符號用于信道估計為例描述接收端的信號處理。利用頻率上的相關(guān)性，即假設信道在連續(xù)兩個子載波上不發(fā)生變化，則訓練符號如圖1所示進行設計。也可以利用時域上的相關(guān)性，即假設信道在連續(xù)兩個OFDM符號的傳輸時間上不發(fā)生變化，則訓練符號如圖2所示進行設計。
假設信道在連續(xù)兩個子載波上不發(fā)生變化，即訓練符號如圖1所示進行設計。則在接收端，由于兩根天線占用相同的時/頻單元進行訓練符號傳輸，則在各根天線的第一個訓練符號對應的子載波上的接收信號為r0＝p11h0+p21h1. (3)在各根天線的第二個訓練符號對應的子載波上的接收信號為r1＝p12h0+p22h1. (4)將(3)和(4)表達為矩陣形式為r0r1=p11p21p12p22h0h1+n0n1.---(5)]]>接收機的信道估計如下進行h^0h^1=1Kp11p21p12p22Hr0r1.---(6)]]>
本發(fā)明并不限于兩根發(fā)射天線，而是能夠應用于多于兩根的情況。例如當有四根發(fā)射天線時，以訓練序列用于信道估計為例，利用頻域上的相關(guān)性，即假設信道在連續(xù)四個OFDM子載波上不發(fā)生變化，則訓練符號在頻域占用四個連續(xù)的OFDM子載波進行傳輸，且在每根天線上的訓練符號占用相同的連續(xù)子載波。在四根天線上分別傳輸?shù)倪B續(xù)四個訓練符號應該互相正交。也可以類似地利用時域上的相關(guān)性進行傳輸。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠明白，以訓練符號用于信道估計為例，利用頻域或時域上的相關(guān)性，則傳輸訓練符號所用的連續(xù)子載波的數(shù)量或連續(xù)時間單元的數(shù)量可以不限于兩個。
可以驗證，以信道估計為例，采用本發(fā)明中的連續(xù)正交訓練符號傳輸方法，將比不連續(xù)正交訓練符號傳輸方法得到更好的系統(tǒng)誤碼性能。另一方面，在同樣的系統(tǒng)誤碼性能要求下，采用連續(xù)正交訓練符號傳輸方法將比不連續(xù)正交訓練符號傳輸方法具有更高的帶寬效率。此外，采用本發(fā)明描述的在至少兩根天線上同時傳輸訓練符號的方法，能夠較不連續(xù)正交訓練符號的傳輸方法在同樣的性能下需要更低的發(fā)射功率，從而有效地抑制OFDMA系統(tǒng)的峰平比。采用本發(fā)明中的連續(xù)正交訓練符號傳輸方法，將比相移正交的訓練符號設計具有更低的接收機實現(xiàn)復雜度。
應當注意，雖然這里以OFDM系統(tǒng)為例描述了本發(fā)明的實施例，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)這里的描述能夠明白，本發(fā)明的范圍并不限于此，而是能夠應用于其它傳輸連續(xù)正交訓練符號的無線通信系統(tǒng)中。
權(quán)利要求
1.一種無線通信系統(tǒng)中的訓練符號傳輸方法，該系統(tǒng)包含至少兩根發(fā)射天線，并選用子帶進行一個或多個用戶數(shù)據(jù)信號的傳輸，用于信道估計的訓練符號與用戶數(shù)據(jù)符號復用時/頻資源并插入到特定的時/頻格中，該方法的特征在于，訓練符號采用連續(xù)正交傳輸方式，即訓練符號占用至少兩根發(fā)射天線的相同的時/頻格，在至少兩個連續(xù)的時/頻格上進行正交的訓練符號傳輸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，被傳送的訓練符號從至少兩根天線上傳輸?shù)揭粋€或多個接收設備，以便被所述接收設備利用各發(fā)射天線上的訓練符號進行信道估計，從而在此基礎(chǔ)上進行用戶信號的檢測。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，由接收設備接收來自至少兩根天線的信號，在這些天線上的訓練符號占用相同的時/頻格進行傳輸，在至少兩個連續(xù)的時/頻格上的進行正交的訓練符號傳輸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一個的方法，其特征在于，一個或多個用戶的信息與所述訓練符號復用時/頻資源。
5.一種包含至少一個小區(qū)的無線通信系統(tǒng)，包含至少一個發(fā)送設備和至少一個接收設備，該無線通信系統(tǒng)被分配特定的頻帶資源進行傳輸，訓練符號和用戶數(shù)據(jù)符號復用系統(tǒng)的時頻資源，所述接收設備使用對至少兩根天線發(fā)射的訓練符號進行接收的方法，其特征在于，所述發(fā)送設備被配置成以這樣的方式發(fā)送所述訓練符號，使得所述訓練符號占用至少兩根發(fā)射天線的相同的時/頻格，在至少兩個連續(xù)的時/頻格上進行正交的訓練符號傳輸。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種無線通信系統(tǒng)中的訓練符號傳輸方法。該系統(tǒng)包含至少兩根發(fā)射天線。系統(tǒng)選用子帶進行一個或多個用戶數(shù)據(jù)信號的傳輸，用于信道估計的訓練符號與用戶數(shù)據(jù)符號復用時/頻資源并插入到特定的時/頻格中。在該設計方案中，訓練符號采用連續(xù)正交傳輸方法，即訓練符號占用至少兩根發(fā)射天線的相同的時/頻格，在至少兩個連續(xù)的時/頻格上進行正交的訓練符號傳輸。
文檔編號H04L5/00GK1913512SQ200510090090
公開日2007年2月14日 申請日期2005年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月12日
發(fā)明者康桂霞, 張平, 劉寶玲, 陶小峰 申請人:北京郵電大學