專利名稱：一種用于多用戶正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的多徑時延的估計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于多用戶的正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)的多徑時延估計前導(dǎo)序列設(shè)計和估計方法，用于多徑信道時延值的精確估計。
背景技術(shù)：
OFDM能夠克服信道的頻率選擇性衰落，它已經(jīng)成功地應(yīng)用到無線局域網(wǎng)、數(shù)字廣播以及固定本地無線接入系統(tǒng)中，并且是超三代移動通信系統(tǒng)中最有前景的技術(shù)之一。
信道估計是OFDM系統(tǒng)應(yīng)用研究的關(guān)鍵技術(shù)，衰落信道的多徑時延估計有利于簡化系統(tǒng)中信道估計的復(fù)雜度。到目前為止，針對OFDM系統(tǒng)多徑時延估計的方法明顯欠缺。雖然已提出了多種針對DS-CDMA系統(tǒng)的多徑時延估計方案，例如時延鎖定環(huán)(DLL)、最大似然(ML)算法、子空間算法等等，為實現(xiàn)碼片內(nèi)多徑分離也提出了如MUSIC、TLS-ESPRIT、擴展Kalman濾波器、最大熵譜估計算法以及最小均方估計等方法。然而OFDM系統(tǒng)與DS-CDMA系統(tǒng)區(qū)別甚大，因此上述多徑時延估計方案不能直接運用于OFDM系統(tǒng)。由于OFDM系統(tǒng)中的上行信號多為非同步的，加上多用戶的影響，保證多徑時延估計精度有相當?shù)碾y度。綜合考慮以上因素，提供一種適用于多用戶OFDM系統(tǒng)的多徑時延估計前導(dǎo)序列和多徑時延估計方法是十分必要的。良好的估計方案必須在低復(fù)雜度的前提下保證高準確度，同時必須具備靈活性和實用性，對用戶數(shù)或天線數(shù)沒有嚴格要求，以此為目標具有工程應(yīng)用價值和前景。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出了一種適用于多用戶的OFDM系統(tǒng)的多徑時延估計方法，可以準確估計多徑時延信息，并且可以進一步用于信道估計和均衡，提高OFDM系統(tǒng)的性能。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于多用戶正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的多徑時延的估計方法，包括步驟(1)在所述多用戶正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的發(fā)送端，對多用戶信號的前導(dǎo)序列進行時分處理，使得不同用戶的前導(dǎo)序列占用一個正交頻分復(fù)用符號的不同時間段；(2)將所述時分處理后的前導(dǎo)序列進行逆傅立葉變換處理后進行發(fā)送；(3)在接收端，利用本地序列與接收到的前導(dǎo)序列進行相關(guān)處理，其中所述本地序列和由發(fā)送端所發(fā)送的經(jīng)過逆傅立葉變換處理后的前導(dǎo)序列相同；(4)選定窗口值W，其中所述窗口值的大小不小于正交頻分復(fù)用符號的循環(huán)擴展長度，并且保留自正交頻分復(fù)用符號起始的窗口內(nèi)的相關(guān)值；(5)在所述保留的相關(guān)值范圍內(nèi)，選擇從最大到較大順序排列的L個相關(guān)值所對應(yīng)的延時位置，其中L小于或者等于信道可檢測徑數(shù)，或者選擇相關(guān)值門限以上的相關(guān)值所對應(yīng)的延時位置，作為估計的時延位置信息，從而得到多用戶的時延估計。
優(yōu)選地，步驟(1)還包括步驟在對多用戶信號的前導(dǎo)序列進行時分處理時，所有用戶所分配的子載波標識均為S＝{0，1，…，V-1)，V＝N/K，其中K為總用戶數(shù)，N為一個正交頻分復(fù)用符號的長度，從而通過不同的時間段來區(qū)分不同的用戶。
優(yōu)選地，所述前導(dǎo)序列是一個正交頻分復(fù)用符號。
優(yōu)選地，根據(jù)系統(tǒng)的信道特性來選擇信道的徑數(shù)以及相關(guān)值門限。
根據(jù)本發(fā)明的基本構(gòu)思，在發(fā)送端，為了支持多個用戶的時延估計，前導(dǎo)序列可以設(shè)計為時分前導(dǎo)序列，即不同用戶的序列占用OFDM符號的不同時間段。在本發(fā)明中，不同用戶的前導(dǎo)序列必須進行IFFT后發(fā)送。在接收端，首先本地序列和接收到的序列進行相關(guān)運算，本地序列是和發(fā)送端相同的前導(dǎo)序列進行IFFT變換后的序列，然后選定一個窗口值W，此值的大小不小于OFDM符號的循環(huán)擴展長度，保留自O(shè)FDM符號起始的窗口內(nèi)的相關(guān)值。在所述保留的相關(guān)值范圍內(nèi)，選擇從最大到較大順序排列的L個相關(guān)值所對應(yīng)的延時位置，其中L小于或者等于信道可檢測徑數(shù)，或者選擇相關(guān)值門限以上的相關(guān)值所對應(yīng)的延時位置，作為估計的時延位置信息，從而得到多用戶的時延估計。
根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，在保證多徑時延估計方法簡單可靠的前提下，即使在高車速、多用戶數(shù)時，仍能保證精確的多徑時延估計精度。


下面結(jié)合附圖并參照具體實施方式
來描述本發(fā)明，其中圖1是本發(fā)明采用的OFDM系統(tǒng)框圖及傳輸時隙結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明設(shè)計的多徑時延估計前導(dǎo)序列結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是多徑時延估計正確概率直方圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提出的多徑時延估計前導(dǎo)序列設(shè)計和估計方法在一個時隙內(nèi)進行，實現(xiàn)多用戶OFDM系統(tǒng)的多徑時延估計。
圖1是本發(fā)明所使用的OFDM系統(tǒng)框圖及傳輸時隙結(jié)構(gòu)示意圖，可見整個系統(tǒng)的信息處理流程，其中多徑時延估計前導(dǎo)序列設(shè)計方案在發(fā)送端決定前導(dǎo)序列的具體結(jié)構(gòu)，多徑時延估計則在接收端定時頻率同步和信道估計之間完成。同時可見傳輸時隙包括前導(dǎo)符號，前導(dǎo)符號用做多徑時延估計，以及定時和頻率同步，其中多徑時延信息可簡化系統(tǒng)中信道估計的復(fù)雜度。為不失一般性，前導(dǎo)符號為一個OFDM符號。
圖2是本發(fā)明設(shè)計的多徑時延估計TDP結(jié)構(gòu)示意圖。在保證普遍性的前提下假設(shè)系統(tǒng)共有2個用戶，即Kmulti＝2，所有用戶所分配的子載波標識均為S＝{0，1，…，V-1}，第k個用戶占用前導(dǎo)符號的第k段，則時間段的區(qū)別實現(xiàn)用戶區(qū)分。
OFDM系統(tǒng)中，發(fā)送端選擇TDP進行IFFT后發(fā)送。用戶k的發(fā)送信號進行IFFT運算公式1公式1sk(n,m+kV)=KVΣk′=0V-1ck(n,k′)ej2πN(m+kV)k′]]>其中ck(n，k′)代表用戶k的第n個符號中第k′個子載波上的前導(dǎo)符號。 是便于與其他前導(dǎo)序列方式比較的功率系數(shù)。
接收端進行多徑時延估計，首先本地序列和接收到的序列進行相關(guān)運算公式2公式2Rk2(M′)=Σm=0N-1y(m)(Ck2ref(m-M′))*]]>其中y(m)是已同步的接收信號，Ck2ref(m)作為本地序列，是和發(fā)送端相同的前導(dǎo)序列進行IFFT變換后的序列。當信道有L條徑可檢測時，Rx(M′)必然有L個相關(guān)峰值。選定一個窗口值W，保留自O(shè)FDM符號起始的窗口內(nèi)的相關(guān)值公式3公式3Rk2W(M′)=RK2(M′)ΣM′=0GI-1δ(M′)]]>GI為OFDM符號的循環(huán)擴展長度，W值大小不小于GI。
選擇保留窗口內(nèi)最大的L個相關(guān)值所對應(yīng)的延時位置公式4公式4M^(i)=max0≤M′<GI-1|Rk2W(M′)|--i=0,···,L-1]]>或選擇保留窗口內(nèi)大于最大徑功率XdB的相關(guān)值所對應(yīng)的延時位置公式5公式5threshold=(max0≤M′<GI-1|Rk2W(M′)|)*10^(X20)]]>M^(i)=maxRk2W(M′)>threshold|Rk2W(M′)|---i=0,1,···]]> 即為估計的時延位置信息。0改變本地序列Ckref，k＝0…，k＝0…，K-1，重復(fù)以上步驟即可得到所有用戶的時延位置信息。
結(jié)合實例以證明本發(fā)明的高效性、可靠性和實用性。TDP方式下，用戶數(shù)K＝4時，目標用戶的多徑時延估計正確概率直方圖。仿真條件是載頻2GHz、系統(tǒng)帶寬20MHz、子載波總數(shù)為1024、GI長度為216、傳輸時隙長度為5個OFDM符號(1個前導(dǎo)符號，2個導(dǎo)頻符號和3個數(shù)據(jù)符號)、信道模型為3GPP Vehicular-A、車速為120km/h，徑數(shù)L＝6，歸一化多徑時延位置為
。當SNR≥6dB時，目標用戶1能100％正確估計6條徑。即使用戶數(shù)K＝8，正確率也能在SNR≥9dB時達到100％。
權(quán)利要求
1.一種用于多用戶正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的多徑時延的估計方法，包括步驟(1)在所述多用戶正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的發(fā)送端，對多用戶信號的前導(dǎo)序列進行時分處理，使得不同用戶的前導(dǎo)序列占用一個正交頻分復(fù)用符號的不同時間段；(2)將所述時分處理后的前導(dǎo)序列進行逆傅立葉變換處理后進行發(fā)送；(3)在接收端，利用本地序列與接收到的前導(dǎo)序列進行相關(guān)處理，其中所述本地序列和由發(fā)送端所發(fā)送的經(jīng)過逆傅立葉變換處理后的前導(dǎo)序列相同；(4)選定窗口值W，其中所述窗口值的大小不小于正交頻分復(fù)用符號的循環(huán)擴展長度，并且保留自正交頻分復(fù)用符號起始的窗口內(nèi)的相關(guān)值；(5)在所述保留的相關(guān)值范圍內(nèi)，選擇從最大到較大順序排列的L個相關(guān)值所對應(yīng)的延時位置，其中L小于或者等于信道可檢測徑數(shù)，或者選擇相關(guān)值門限以上的相關(guān)值所對應(yīng)的延時位置，作為估計的時延位置信息，從而得到多用戶的時延估計。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(1)還包括步驟在對多用戶信號的前導(dǎo)序列進行時分處理時，所有用戶所分配的子載波標識均為S＝{0，1，…，V-1}，V＝N/K，其中K為總用戶數(shù)，N為一個正交頻分復(fù)用符號的長度，從而通過不同的時間段來區(qū)分不同的用戶。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述前導(dǎo)序列是一個正交頻分復(fù)用符號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述相關(guān)門限值是最大徑功率的XdB，并且根據(jù)系統(tǒng)的信道特性來選擇L值以及X值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于多用戶正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的多徑時延的估計方法，包括在發(fā)送端，對多用戶信號的前導(dǎo)序列進行時分處理，使得不同用戶的前導(dǎo)序列占用一個正交頻分復(fù)用符號的不同時間段；將時分處理后的前導(dǎo)序列進行逆傅立葉變換處理后進行發(fā)送；在接收端，利用本地序列與接收到的前導(dǎo)序列進行相關(guān)處理，本地序列和由發(fā)送端所發(fā)送的經(jīng)過逆傅立葉變換處理后的前導(dǎo)序列相同；選定窗口值W，其中窗口值的大小不小于正交頻分復(fù)用符號的循環(huán)擴展長度，保留自正交頻分復(fù)用符號起始的窗口內(nèi)的相關(guān)值；在所述保留的相關(guān)值范圍內(nèi)，選擇從最大到較大順序排列的L個相關(guān)值所對應(yīng)的延時位置，其中L小于或者等于信道可檢測徑數(shù)，或者選擇相關(guān)值門限以上的相關(guān)值所對應(yīng)的延時位置，作為估計的時延位置信息，從而得到多用戶的時延估計。
文檔編號H04L27/26GK1777159SQ20051013459
公開日2006年5月24日 申請日期2005年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月22日
發(fā)明者張建華, 張平, 劉若菊, 徐國鑫, 劉寶玲 申請人:北京郵電大學(xué)