專利名稱：一種正交頻分復(fù)用系統(tǒng)及其信道估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)線通訊領(lǐng)域，尤其涉及一種正交頻分復(fù)用OFDM系統(tǒng)及 其信道估計(jì)方法。
背景技術(shù)：
在目前的通信技術(shù)領(lǐng)域中，OFDM系統(tǒng)備受關(guān)注，而要完全實(shí)現(xiàn)OFDM 的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，需要先實(shí)現(xiàn)相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)，信道估計(jì)技術(shù)就是其中之一，其 性能的優(yōu)劣直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的通信質(zhì)量。信道估計(jì)技術(shù)在無(wú)線通信領(lǐng)域 中主要用于獲得發(fā)送天線到接收天線之間無(wú)線信道的頻率響應(yīng)。
基于OFDM的無(wú)線通信系統(tǒng)，對(duì)傳輸速率的要求較高，同時(shí)接收端需 要進(jìn)行相干檢測(cè)才能獲得較好的系統(tǒng)性能。因此，目前在對(duì)OFDM系統(tǒng)的 研究中，更側(cè)重于采用基于導(dǎo)頻的信道估計(jì)算法，它可以很好地跟蹤信道的 變化，提升接收機(jī)的性能。在基于導(dǎo)頻的信道估計(jì)技術(shù)研究中，除了導(dǎo)頻信 道估計(jì)算法性能之外，發(fā)送端導(dǎo)頻設(shè)計(jì)在很大程度上也直接影響系統(tǒng)的性 能。
在多載波系統(tǒng)中采用基于導(dǎo)頻的信道估計(jì)算法中，發(fā)送機(jī)先確定插入的 導(dǎo)頻圖樣，然后在所要發(fā)送的數(shù)據(jù)流中設(shè)計(jì)插入已確定的導(dǎo)頻圖樣，接收機(jī) 接收數(shù)據(jù)流后，獲得導(dǎo)頻位置上的信道信息，然后利用信道估計(jì)算法，實(shí)現(xiàn) 對(duì)整個(gè)信道的估計(jì)。其中導(dǎo)頻設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵，從可靠性角度考慮，插入導(dǎo)頻 越多，估計(jì)就越準(zhǔn)，但導(dǎo)頻設(shè)計(jì)過密有效傳輸?shù)乃俾示驮降?，而?dǎo)頻設(shè)計(jì)過 疏又會(huì)影響系統(tǒng)解調(diào)性能。因此，目前需要一種OFDM系統(tǒng)，以及在該系 統(tǒng)中，不增加系統(tǒng)開銷，就可以提高系統(tǒng)解調(diào)性能的信道估計(jì)方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種OFDM系統(tǒng)及其信道估計(jì)方 法，從而在不增加系統(tǒng)開銷的前提下，提高信道估計(jì)性能以及系統(tǒng)的解調(diào)性 能。
為了解決上述問題，本發(fā)明提供了， 一種OFDM系統(tǒng)中信道估計(jì)的方 法，首先發(fā)送端在數(shù)據(jù)流的設(shè)定位置插入共享控制信息后發(fā)送到接收端，接 收端接收到所述數(shù)據(jù)流后，通過首次業(yè)務(wù)信道估計(jì)獲取共享控制信息后，結(jié) 合公共導(dǎo)頻，再次進(jìn)行信道估計(jì)。
該方法具體包括以下步驟
A:發(fā)送端在所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流的設(shè)定位置插入共享控制信息后，發(fā)送 到接收端；
B:接收端接收到所述數(shù)據(jù)流后，根據(jù)公共導(dǎo)頻首次進(jìn)行業(yè)務(wù)信道估計(jì) 后，對(duì)共享控制信道解碼，獲得共享控制信息；
C:接收端將已得到的共享控制信息作為輔助參考導(dǎo)頻，結(jié)合7>共導(dǎo)頻， 再次進(jìn)行業(yè)務(wù)信道估計(jì)后，獲得整個(gè)業(yè)務(wù)信道。
上述共享控制信息為連續(xù)的共享控制信息或者離散的共享控制信息。
其中離散的共享控制信息，其插入位置與公共導(dǎo)頻插入位置等時(shí)間間 隔、等頻率間隔。
若采用時(shí)分復(fù)用方式插入所述連續(xù)的共享控制信息時(shí)，共享控制信息插 入位置與公共導(dǎo)頻插入位置等時(shí)間間隔，或者共享控制信息與公共導(dǎo)頻位于 同一OFDM符號(hào)。
實(shí)現(xiàn)上述方法所依賴的OFDM系統(tǒng)，包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，其中發(fā)射 機(jī)在所要發(fā)送的數(shù)據(jù)流的設(shè)定位置插入共享控制信息后,發(fā)送數(shù)據(jù)流到接收 機(jī)，接收機(jī)收到數(shù)據(jù)流后，通過首次信道估計(jì)獲取共享控制信息，結(jié)合接收 的公共導(dǎo)頻，再次進(jìn)行信道估計(jì)。
上述發(fā)射機(jī)插入的共享控制信息為連續(xù)的共享控制信息或者離散的共 享控制信息。
若發(fā)射機(jī)插入離散的共享控制信息時(shí)，其插入位置與公共導(dǎo)頻插入位置 等時(shí)間間隔、等頻率間隔。
若發(fā)射機(jī)采用時(shí)分復(fù)用插入方式插入連續(xù)的共享控制信息時(shí)，共享控制 信息插入位置與公共導(dǎo)頻插入位置等時(shí)間間隔，或者共享控制信息與公共導(dǎo)
頻位于同一 OFDM符號(hào)。
本發(fā)明通過對(duì)已有資源的合理設(shè)計(jì)及利用，在不增加系統(tǒng)開銷的前提 下，提高了系統(tǒng)的解調(diào)性能。


圖1為公共導(dǎo)頻插入示意圖2為等間隔插入離散的共享控制信息的示意圖3為插入連續(xù)的共享控制信息的示意圖4為針對(duì)高速導(dǎo)頻設(shè)計(jì)插入共享控制信息的示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的主要構(gòu)思是，針對(duì)共享控制信道采用低階調(diào)制可靠性要求高的 特點(diǎn)，在發(fā)送端合理插入共享控制信道，接收端先解調(diào)共享控制信道，然后 利用已解調(diào)的共享控制信道，并結(jié)合公共導(dǎo)頻，再次估計(jì)信道響應(yīng)，以此解 調(diào)其它信道。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明采用的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
實(shí)施例， 一種OFDM系統(tǒng)及其利用共享控制信息輔助信道估計(jì)的方法。
本實(shí)施例中OFDM系統(tǒng)包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，其中發(fā)射機(jī)與現(xiàn)有發(fā)射 機(jī)的不同之處在于，在所要發(fā)送的數(shù)據(jù)流中在設(shè)定位置插入共享控制信息， 即發(fā)射機(jī)的組幀模塊按照設(shè)計(jì)的共享控制信道將共享控制信息插入設(shè)定的 位置。而接收機(jī)不同于現(xiàn)有接收機(jī)之處是，接收機(jī)的信道估計(jì)模塊利用接收
的公共導(dǎo)頻進(jìn)行首次信道估計(jì)后，將獲得的共享控制信息作為輔助參考導(dǎo) 頻，結(jié)合公共導(dǎo)頻，再次進(jìn)行信道估計(jì)，從而獲得更為精準(zhǔn)的信道頻率響應(yīng)。
其中，發(fā)射機(jī)可以在數(shù)據(jù)流中插入連續(xù)或者離散的共享控制信息。發(fā)射
機(jī)在數(shù)據(jù)流中插入離散的共享控制信息時(shí)，如圖2所示，共享控制信息C 的插入位置與公共導(dǎo)頻插入位置等時(shí)間間隔、等頻率間隔。
當(dāng)發(fā)射機(jī)在數(shù)據(jù)流插入連續(xù)的共享控制信息時(shí)，針對(duì)連續(xù)的共享控制信 息可以采用時(shí)分復(fù)用的插入方式，如圖3所示，插入的連續(xù)共享控制信息位 于第l和第5個(gè)OFDM符號(hào)，即與公共導(dǎo)頻在同一OFDM符號(hào)內(nèi)，且布滿 整個(gè)頻帶，此時(shí)可以保證接收機(jī)對(duì)共享控制信道良好的解碼性能，當(dāng)共享控 制信息作為輔助參考導(dǎo)頻時(shí)，也可以提高接收機(jī)對(duì)共享數(shù)據(jù)信道解調(diào)的性 能。
如圖4所示為，發(fā)射機(jī)采用的另 一種時(shí)分復(fù)用插入連續(xù)的共享控制信息 的方式，插入的連續(xù)的共享控制信息布滿整個(gè)頻帶，且連續(xù)的共享控制信息 的插入位置與公共導(dǎo)頻的插入位置等時(shí)間間隔，針對(duì)此種情況，接收機(jī)提取 共享控制信息作為輔助參考導(dǎo)頻后，則可以在高速移動(dòng)時(shí)提高對(duì)共享數(shù)據(jù)信 道的解碼性能。
另外，對(duì)于平坦衰落信道，發(fā)射機(jī)也可以采用頻分復(fù)用的插入方式，插 入連續(xù)的共享控制信息。
發(fā)射機(jī)釆用的共享控制信息的插入方式，除了上述三種優(yōu)化方式外，也 可以采用任意其它方式。
上述OFDM系統(tǒng)，利用共享控制信息輔助信道估計(jì)的方法，包括以下 步驟
第一步發(fā)送端在所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流中插入公共導(dǎo)頻及共享控制信息；
該步驟中，插入的公共導(dǎo)頻及共享控制信息為連續(xù)的或者離散的，即公 共導(dǎo)頻及共享控制信息的插入方式，可以采用時(shí)分復(fù)用插入方式、頻分復(fù)用 插入方式、離散插入方式等現(xiàn)有的插入方式。
本實(shí)施例中，采用離散的公共導(dǎo)頻插入方式，如圖l所示，每個(gè)子幀在
頻域等間隔插入公共導(dǎo)頻，其中Tl是天線1上的公共導(dǎo)頻，T2是天線2 上的公共導(dǎo)頻，Tl 、 T2在時(shí)域上位于第1和第5個(gè)OFDM符號(hào)。
本實(shí)施例中，采用離散的共享控制信息插入方式，如圖2所示，共享控 制信息C的插入位置與公共導(dǎo)頻插入位置等時(shí)間間隔、等頻率間隔。當(dāng)然 也可以采用連續(xù)的共享控制信息，針對(duì)連續(xù)的共享控制信息可以采用時(shí)分復(fù) 用的插入方式，如圖3所示，插入的連續(xù)共享控制信息位于第1和第5個(gè) OFDM符號(hào)，即與^^共導(dǎo)頻在同一OFDM符號(hào)內(nèi)，且布滿整個(gè)頻帶，此時(shí) 可以保證共享控制信道良好的解碼性能，當(dāng)共享控制信息作為輔助參考導(dǎo)頻 時(shí)，也可以提高對(duì)共享數(shù)據(jù)信道解調(diào)的性能。
如圖4所示為連續(xù)的共享控制信息的另一種插入方式，其插入方式也釆 用了時(shí)分復(fù)用的插入方式，即連續(xù)的共享控制信息布滿整個(gè)頻帶，且連續(xù)的 共享控制信息的插入位置與公共導(dǎo)頻的插入位置等時(shí)間間隔，此種情況接收 端提取共享控制信息作為輔助參考導(dǎo)頻后，則可以在高速移動(dòng)時(shí)提高對(duì)共享 數(shù)據(jù)信道的解碼性能。
另外，當(dāng)連續(xù)的共享控制信息所在共享控制信道為準(zhǔn)靜態(tài)信道，即低速 移動(dòng)用戶時(shí)，還可以釆用頻分復(fù)用的方式插入共享控制信息。
針對(duì)公共導(dǎo)頻及共享控制信息，除了上述三種優(yōu)化的插入方式外，也可 以采用任意其它方式。
第二步接收端獲取公共導(dǎo)頻位置信道信息，從而進(jìn)行業(yè)務(wù)信道估計(jì)；
該步驟中，信道估計(jì)可以采用現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行，比如采用LS、 LMMSE 等信道估計(jì)算法，本實(shí)施例采用LS頻域估計(jì)算法，因?yàn)檫@種估計(jì)僅在頻域 上進(jìn)行，計(jì)算復(fù)雜度較低。
其中插入公共導(dǎo)頻符號(hào)的子載波稱為導(dǎo)頻子載波，""'表示第z'個(gè)發(fā)射天 線、第y個(gè)接收天線之間的信道的頻率響應(yīng)，則第y個(gè)接收天線上解調(diào)后的 OFDM信號(hào)可以表示為如下形式
<formula>formula see original document page 8</formula>
LS信道估計(jì)就是在不考慮噪聲的條件下，估計(jì)信道的沖激響應(yīng)向量:
使如下定義的代價(jià)函數(shù)最小
<formula>formula see original document page 9</formula>
由此可以得到，第/個(gè)發(fā)射天線、第/個(gè)接收天線之間導(dǎo)頻位置的信道頻 率響應(yīng)LS估計(jì)式為
H印=[G^g(X,Yj , ; = 1,2;) = 1,2
對(duì)上式估計(jì)出的對(duì)公共導(dǎo)頻位置的信道頻率響應(yīng)6&,進(jìn)行插值，得到整 個(gè)4言道的響應(yīng)<formula>formula see original document page 9</formula>
所述插值可以采用一階線性插值、二階線性插值、樣條插值、FFT插值
法以及基于變換域的插值方法等。本實(shí)施例中采用一階線性插值的方法，得
到整個(gè)信道的響應(yīng)如下式
<formula>formula see original document page 9</formula>
第三步接收端對(duì)共享控制信道解碼，獲取共享控制信息；
該步驟可以采用任何一種現(xiàn)有的解碼方法實(shí)現(xiàn)，在本實(shí)施例中由于共享 控制信道采用現(xiàn)有的SFBC編碼，則相應(yīng)地采用SFBC解碼，其過程如下
根據(jù)第二步得到的整個(gè)信道的響應(yīng)，得到信道矩陣如下
<formula>formula see original document page 9</formula>
其中~表示從第/個(gè)發(fā)射天線到第7'個(gè)接收天線的信道增益。用^， ，3表
示第1個(gè)發(fā)射符號(hào)間隔接收天線的接收符號(hào)，用r2, ^表示第2個(gè)發(fā)射符號(hào) 間隔接收天線的接收信號(hào)，得到如下方程組
<formula>formula see original document page 9</formula>
<formula>formula see original document page 10</formula>
當(dāng)X1， x2的功率為1時(shí),接收信號(hào)的能量之和為l、卩+l/^卩+l/^l2+l/y2,
噪聲能量之和為2cr2。其中a, "2, "3, 是方差為cr2復(fù)高斯隨機(jī)變量，代
表接收機(jī)的干擾和噪聲。
由此最優(yōu)極大似然譯碼可表征為下式<formula>formula see original document page 10</formula>
由于共享控制信道一般采用極低的碼率，且采用分集等多種手段來(lái)保證 共享控制信道有極低的碼率，所以共享控制信道一般可正確解碼，即得到共
享控制信息，可以表示為時(shí)頻二維圖樣，如圖2所示。
第四步，接收端根據(jù)已得到的共享控制信息和公共導(dǎo)頻，再次進(jìn)行信道 估計(jì)；
該步驟中，將已得到的共享控制信息和公共導(dǎo)頻認(rèn)為是已知的，并將共 享控制信息作為輔助參考導(dǎo)頻，此時(shí)就可以認(rèn)為導(dǎo)頻密度增加，再次進(jìn)行信 道估計(jì)，即可以采用現(xiàn)有的ls、 lmmse等信道估計(jì)算法，估計(jì)公共導(dǎo)頻 位置和共享控制信息位置的信道頻率響應(yīng)，然后對(duì)該頻率響應(yīng)進(jìn)行插值，從 而得到整個(gè)信道的頻率響應(yīng)。
其中插值可以采用一階線性插值、二階線性插值、樣條插值、fft插值 法、基于變換域的插值方法等現(xiàn)有的插值方法。
第五步，根據(jù)估計(jì)的公共導(dǎo)頻檢測(cè)業(yè)務(wù)信道；
該步驟可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的任一種檢測(cè)方法實(shí)現(xiàn)，本實(shí)施例中采用 lmmse檢測(cè)算法根據(jù)接收端的接收信號(hào)r和已知的信道矩陣響應(yīng)//找到 一個(gè)具體的加權(quán)矩陣w,從而利用加權(quán)矩陣和接收信號(hào)得到發(fā)送信號(hào)的估 計(jì)i,即
<formula>formula see original document page 11</formula>
LMMSE算法要使得e達(dá)到最小，即
計(jì)算得到 <formula>formula see original document page 11</formula>
即LMMSE算法中的加權(quán)矩陣。 LMMSE算法的檢測(cè)步驟如下
步驟a:初始化<formula>formula see original document page 11</formula>式中Z/h表示信道 矩陣H的共軛轉(zhuǎn)置；
步驟b:根據(jù)下式計(jì)算接收信號(hào)的信噪比，按其信噪比由大到小進(jìn)行排 序，并4要序4全測(cè)，<formula>formula see original document page 11</formula>
式中M表示發(fā)射天線個(gè)數(shù)，(『),表示取『的第i行，it,表示加權(quán)矩陣范 數(shù)小的行所對(duì)應(yīng)的行號(hào)，即對(duì)應(yīng)接收端信噪比大的接收天線。；
步驟c:按下式計(jì)算加權(quán)矢量K,， 步驟d:按下式計(jì)算判決向量<formula>formula see original document page 11</formula>步驟e:進(jìn)行判決，按下式計(jì)算得到估計(jì)值，
<formula>formula see original document page 11</formula>
步驟f:按下式計(jì)算偽逆矩陣，
步驟g:根據(jù)下式選擇信躁比最大的那個(gè)信號(hào)，
<formula>formula see original document page 11</formula>
步驟<formula>formula see original document page 11</formula>
步驟i:判斷/是否大于天線總數(shù)，如果是，結(jié)束檢測(cè)流程，否則返回步驟b。
上述實(shí)施例在發(fā)送端合理設(shè)計(jì)共享控制信道，在接收端進(jìn)行信道估計(jì)解 碼控制信息后，再次估計(jì)信道，從而提高了信道估計(jì)準(zhǔn)確性及信道解碼的正 確性。
當(dāng)然，上述具體實(shí)施例不是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，任何熟悉 本領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明技術(shù)特征所作的等同替換或相應(yīng)改進(jìn)，仍在本發(fā) 明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種正交頻分復(fù)用OFDM系統(tǒng)中信道估計(jì)的方法，其特征在于，發(fā)送端在數(shù)據(jù)流的設(shè)定位置插入共享控制信息后發(fā)送到接收端，接收端接收到所述數(shù)據(jù)流后，通過首次業(yè)務(wù)信道估計(jì)獲取共享控制信息后，結(jié)合公共導(dǎo)頻，再次進(jìn)行信道估計(jì)。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟A:發(fā)送端在所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流的設(shè)定位置插入共享控制信息后，發(fā)送 到接收端；B:接收端接收到所述數(shù)據(jù)流后，根據(jù)公共導(dǎo)頻首次進(jìn)行業(yè)務(wù)信道估計(jì) 后，對(duì)共享控制信道解碼，獲得共享控制信息；C:接收端將已得到的共享控制信息作為輔助參考導(dǎo)頻，結(jié)合公共導(dǎo)頻， 再次進(jìn)行業(yè)務(wù)信道估計(jì)后，獲得整個(gè)業(yè)務(wù)信道。
3、 如權(quán)利要求1或者2所述的方法，其特征在于，所述共享控制信息 為連續(xù)的共享控制信息或者離散的共享控制信息。
4、 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述離散的共享控制信息， 其插入位置與公共導(dǎo)頻插入位置等時(shí)間間隔、等頻率間隔。
5、 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，采用時(shí)分復(fù)用方式插入所 述連續(xù)的共享控制信息時(shí)，共享控制信息插入位置與公共導(dǎo)頻插入位置等時(shí) 間間隔，或者共享控制信息與公共導(dǎo)頻位于同一 OFDM符號(hào)。
6、 權(quán)利要求l所述方法所依賴的OFDM系統(tǒng)，包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)， 其特征在于，發(fā)射機(jī)在所要發(fā)送的數(shù)據(jù)流的設(shè)定位置插入共享控制信息后， 發(fā)送數(shù)據(jù)流到接收機(jī)，接收機(jī)收到數(shù)據(jù)流后，通過首次信道估計(jì)獲取共享控 制信息，結(jié)合接收的公共導(dǎo)頻，再次進(jìn)行倌道估計(jì)。
7、 如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射機(jī)插入的共享控 制信息為連續(xù)的共享控制信息或者離散的共享控制信息。
8、 如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射機(jī)插入離散的共 享控制信息時(shí)，其插入位置與^^共導(dǎo)頻插入位置等時(shí)間間隔、等頻率間隔。
9、如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射機(jī)采用時(shí)分復(fù)用 插入方式插入連續(xù)的共享控制信息時(shí)，共享控制信息插入位置與公共導(dǎo)頻插 入位置等時(shí)間間隔，或者共享控制信息與公共導(dǎo)頻位于同一 OFDM符號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種OFDM系統(tǒng)及其信道估計(jì)方法，屬于無(wú)線通訊領(lǐng)域。本發(fā)明方法中，發(fā)送端在數(shù)據(jù)流的設(shè)定位置插入共享控制信息后發(fā)送到接收端，接收端接收到所述數(shù)據(jù)流后，通過首次業(yè)務(wù)信道估計(jì)獲取共享控制信息后，結(jié)合公共導(dǎo)頻，再次進(jìn)行信道估計(jì)。本發(fā)明還提供了一種OFDM系統(tǒng)，包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，其中發(fā)射機(jī)在所要發(fā)送的數(shù)據(jù)流的設(shè)定位置插入共享控制信息后，發(fā)送數(shù)據(jù)流到接收機(jī)，接收機(jī)收到數(shù)據(jù)流后，通過首次信道估計(jì)獲取共享控制信息，結(jié)合接收的公共導(dǎo)頻，再次進(jìn)行信道估計(jì)。本發(fā)明通過對(duì)已有資源的合理設(shè)計(jì)及利用，在不增加系統(tǒng)開銷的前提下，提高了系統(tǒng)的解調(diào)性能。
文檔編號(hào)H04B7/26GK101383796SQ20071014561
公開日2009年3月11日 申請(qǐng)日期2007年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月3日
發(fā)明者峰 畢, 王文煥, 趙建平 申請(qǐng)人:中興通訊股份有限公司