专利名称：多输入多输出正交频分多路复用系统中的信道估计方法和用于信道估计的训练信号创建方法
技术领域：
本发明涉及多输入多输出正交频分多路复用(MIMO-OFDM )系统中的 信道估计方法和用于信道估计的训练信号生成方法。更具体地说，本发明的 目的是在MIMO-OFDM系统中使用利用正交码(例如，沃尔什(Walsh )码) 编码的脉冲列的训练信号生成方法、和利用正交码解码的信道估计方法，其 中，通过在发送端生成和发送利用正交码编码的脉冲列作为训练信号，并且 在接收端利用正交码解码接收的信号然后对解码信号求平均而筒单和准确地 进行信道估计。
背景技术：
MIMO技术指的是通过从安排在发送端和接收线端上的多个天线的每一 个发送分立数据，无需增加任何带宽就可以提高传送速率的技术。
众所周知，OFDM是将数据分配给多个正交载波和发送它们的频率多路 复用方案。换句话说，OFDM指的是尽管一部分发送频带是重叠的，但通过 给定载波之间的正交条件，可以在接收器上分离每个载波的频率多路通信方 案。
因此，MIMO-OFDM技术是汇集了 MIMO技术和IFDM技术，和基于当
每个天线发送不同数据时，理论信道容量与发送天线数量和接收天线数量当 中的较小数量成正比的事实的技术。也就是说，由于要发送的数据量与天线 数量成正比，因此MIMO-OFDM技术的特征在于，无需任何附加带宽就可以 提高单位时间的数据传送速率。
图1是例示应用了 Nt个发送天线和Nr个接收天线的传统MIMO-OFDM 系统的配置的图形。
如图1所示，首先将用户数据b[l, k]施加于MIMO-OFDM系统中的 MIMO编码和码元映射单元1，其中，数据纟皮编码和映射成码元。然后，通 过快速付里叶逆变换器(IFFT)单元12正交变频和发送映射数据。包括在IFFT单元12中的IFFT ]21到IFFT 123的每一个同时并行处理来自MTMO编码和 码元映射单元11的输出，因此，将它们的数量设置成相信应于来自MMO 编码和码元映射单元11的输出的数量。
与IFFT单元12连接的是用于向无线电环境发送来自IFFT 12的发送信
并且随后在接收端通过接收天线单元14的每个接收天线接收。
与接收天线单元14连接的是对通过Nr个接收天线接收的每个信号进行 FFT (快速付里叶变换)的FFT单元5。 FFT单元15的输出可以通过下式表 示
<formula>formula see original document page 5</formula>.(l)
其中，//,,[/^]表示在第I码元间隔上，对于第k子信道，第i发送天线与第j 接收天线之间的多路信道的频率响应，和fi7[/,./]表示平均值是0和方差是 的加性白高斯噪声(AWGN )的FF「输出。
发送信号相互混合、通过各自接收天线14接收的信号由FFT单元15变 换成相应时域信号。为了上迷目的，接收端需要与发送端天线数量一样多的 FFT 151到153。
来自FFT 151到153每一个的信号是从通过接收天线接收的混合信号变 换的时域信号，因此，需要检测块从它们中分离出每一个，其中，MIMO解 码和码元去映射单元16被用作检测块。
作为用在MIMO-OFDM系统中的检测算法，存在有最小均方误差法 (MMSE)、垂直贝尔实验室分层时空法(VBLAST)、迫零法(ZF)、最大似 然法(M:L)等。这些检测算法的性能主要依赖于天线之间的子信道的信道估 计器17的精确度。并且，与信道估计器17连接的是通过检测算法附加配备 的码元映射单元18。
在检测算法中，如果在估计信道系数中巻入估计误差，就不能正确地从 接收信号中分离出每个发送天线的发送信号。其结果是，来自其它发送天线 的信号以噪声的形式保留在其中，导致MIMO-OFDM系统的性能降低。因此， 为了提高MIMO-OFDM系统的性能，需要一种能够精确估计尤其在多路衰落 环境下的信道的技术。估计这样的信道的现有技术之一是基于利用脉冲信道响应的延迟分布的
MMSE技术的信道估计方法。这种方法通过考虑时域中信道响应的长度有效 地消除了 AWGN成分。但是，这样的方法将求解复杂的逆矩阵，随着信道响 应的长度越来越长和发送天线数量和接收天线数量不断增加，使计算量急剧 增大。
为了降低成为基于如上所述的MMSE技术的信道估计方法的一个问题的 计算复杂性，人们提出了不利用逆矩阵，而是借助于信道的延迟分布估计信 道的技术。也就是说，这种技术以这样的方式估计信道，即，每个天线发送 在时域中存在不同时间延迟的训练信号，以便使信道响应在接收端上不相互 混合。
这种技术与MMSE信道估计方法相比较筒单，但仍然存在复杂的结构。 而且，该技术存在前信道估计值的精确度严重影响当前信道估计的精确度的 反馈结构。由于这样的反馈结构，难以将该技术应用于低SNR (信噪比)或 信道迅速变化的环境下的系统
发明内容
技术问题
因此，本发明的一个目的是提供生成和发送借助于正交码(沃尔什码) 编码的脉冲列作为用于接收端的信道估计的训练信号、MIMO-OFDM系统中
本发明的另一个目的是提供能够通过借助于正交码解码接收信号，然后 对解码信号求平均简单和准确地进行信道估计、MIMO-OFDM系统中利用正
交码解码的信道估计方法。
本发明的其它目的和优点可以通过如下的描述来理解，也可以通过本发 明的实施例更清楚地明白。并且，可以容易地看出，本发明的目的和优点可 以通过规定在权利要求书中的途径及其组合实现。
技术解决方案
按照本发明的一个方面，提供了多输入多输出正交频分多路复用(MIMO-OFDM )系统中将借助于正交码编码的脉冲列用于接收端的信道估计的训练 信号生成方法，该方法包括如下步骤根据发送天线的数量创建多个正交码； 和针对每个发送天线，生成由借助于正交码编码的脉冲列组成的训练信号。按照本发明的另一个方面，提供了 MIMO-OFDM系统中利用正交码解码 的信道估计方法，该方法包括如下步骤创建视接收天线的数量而定的多个 正交码；利用正交码解码通过每个接收天线接收的信号；和通过将借助于正 交码解码的接收信号对每个OFDM码元求平均来估计信道响应。算更精确地估计无线电信道，可以提高接收信号的质量。另外，本发明还存在通过将沃尔什解码过程和零填充用于接收天线端的 信道估计，可以显著降低噪声方差的益处。附图描述通过结合附图对本发明的优选实施例进行如下描述，本发明的上面和其 它目的和特征将更加显而易见，在附图中图1是例示传统MIMO-OFDM系统的配置的图形；图2是描述4要照本发明实施例的MIMO-OFDM系统中利用沃尔什编码脉 冲列的训练信号生成方法和利用沃尔什解码的信道估计方法的视图；和图3是描述按照本发明实施例的MIMO-OFDM系统中的沃尔什编码训练 信号和天线接收信号的视图。
具体实施方式
通过结合附图进行如下详细描述，本发明的上述目的、特征、和优点将 更加显而易见，因此，本领域的普通技术人员可以容易地想像本发明的附属 物。并且，在如下的描述中，将不详细描述那些众所周知的现有技术，因为 它们有可能使本发明埋没在不必要的细节之中。在下文中，将参照附图详细首先，在详细描述本发明之前，简单说明传统OFDM技术。 为了防止OFDM中的码元间千扰(ISI),其中配备了比信道响应的长度 长的循环前缀(CP)。考虑到信道的最大响应长度，CP的长度大约是整个 OFDM码元长度的1/4。因此，在时域中，在一个OFDM码元的长度内可能 存在4次信道响应。下，利用沃^本发明提供了发送利用沃尔什码编码的训练信号，以便MIMO-OFDM系 统可以使用如上所述的信道的时间响应特性，和可以在接收端作出准确信,包-估计的方法。
换句话说，由于考虑到最大响应长度，在一个OFDM码元中可以容纳4 个脉冲，本发明可以发送4个沃尔什编码脉冲列；并且，当4个天线发送各 自相应沃尔什编码脉冲列时，允许4x4个MIMO-OFDM信道估计信道响应。
图2是描述按照本发明实施例的MIMO-OFDM系统中利用沃尔什编码脉 冲列的训练信号生成方法和使用沃尔什解码的信道估计方法的视图。图3是 描述按照本发明实施例的MIMO-OFDM系统中的沃尔什编码训练信号和天 线接收信号的视图。
将本发明应用于下面参照图2描述本发明信道估计方法的概念的MIMO-OFDM 系统。
在发送端，首先在框21中通过沃尔什编码生成训练信号，然后在框22 中进行IFFT变换。通过发送天线发送1FFT变换信号。然后，在接收端，在 框23中接收信号被沃尔什解码和零填充，然后在框24中进行FFT变换，这 样，估计各自发送天线与接收天线之间的信道。
首先，下面将对在发送端实现的使用沃尔什编码脉冲列的训练信号生成 方法力口以^苗述。
在发送端，根据发送天线的数量生成多个沃尔什码，以便创建由利用沃 尔什码编码的脉冲列组成的训练信号。
如果发送天线和接收天线的数量分别是4个，所使用的沃尔什码的阶也 是4,这可以通过下面的Eq.(2)给出。此时，在发送天线和接收天线的数量分 别大于4个的情况下，如果使用了 2个OFDM码元和使用了更高阶的沃尔什 码，则可以扩展到8。
,,[2]，稱卩，i， i， i)
，，,2 [2],咽i, -i, i, -i
刚，咽，唱，咽——i, i, -i, -i
咽，、'—1- —i， i乂
Eq.(2)
并且，在上面描述的Eq.(2)中的沃尔什码具有相互正交性；因此，获得 如下方程。
81，如果/ = ./ 0, 否则
Eq.(3)
如果发送天线的数量是4,则沃尔什编码训练信号如图3所示。也就是 说，以这样的方式从发送天线31发送训练信号，即，如上面Eq.(2)所示的沃 尔什码出现在时域中最大响应时间间隔(L个样本)上。
此时，发送天线i利用沃尔什码。并且，从发送天线i发送的^[w]训练 信号可以通过使用如下的单位脉冲函数表示成时域中的离散信号
/,y,(")=坏:[讽"]+『J2]外7 -+ - 2丄]+『'[4何〃 -3Z1 Eq,(4) 其中，表示从天线i发送的时间训练信号的第n样本；n具有0s〃s A,-1 的关系，N是总子信道数和是2的指数次方的值；列〃]代表只有当n = 0时单 位脉冲函数才具有1;和L(-N/4)表示OFDM信号的最大响应长度。频域中 的沃尔什编码训练信号7^>)可以通过执行如下的FFT获得
71S;(")^fT[",(〃)] Eq.(5) 其中，FFT[]指示快速付里叶运算。
现在，详细描述在接收端使用沃尔什解码的信道估计方法。与发送端一 样，接收端也应该生成视接收天线的数量而定的多个沃尔什码。'在下文中， 对与发送端一样，发送天线和接收天线的数量都是4，并使用沃尔什码的例 子给予描述。
如图3所示，在本发明的MIMO-OFDM系统中，当从每个发送天线31 发送化(")信号时，通过每个发送天线31发送的信号是重叠的，并且通过每个 相应接收天线32接收。
这个重叠信号(接收信号)包含每个天线的信道响应。也就是说，通过 接收天线j接收的信号是通过使来自每个发送天线的沃尔什编码训练信号都 经过该信道重叠的信号。接收信号可以通过下式表示
=+『,[2]~[/7 - Z] + ,,[3]/,,[" - 2￡] +『,[4]//,,[" - 3,]) Eq.(6) 其中，';'表示巻积算符，和 [n]示出发送天线j与接收天线i之间的信道的时 间响应。考虑因果系统，这可以通过下式给出
从上面Eq.(6)和Eq.(7)中导出的重叠信号经历分离各自相应天线之间的
Eq.(7)信道响应的沃尔什解码过程。此时，通过使用如上面Eq.(3)所述的沃尔什码 的正交性，可以非常简单地在时域中执行沃尔什解码过程。
为了更便于沃尔什解码，将接收信号,;[n]划分成4个间隔，因此，可以 按如下表示成2维排列信号
<formula>formula see original document page 10</formula>时域中多种多样天线的重叠信道响应可以通过下面作为沃尔什解码过程 的Eq.(12)分离。换句话说，将通过每个接收天线接收的信号乘以相应沃尔 什码进行沃尔什解码。然后，通过将沃尔什解码接收信号对每个OFDM码元 求平均估计信道响应。
<formula>formula see original document page 10</formula>12)
通过使用如Eq.(3)所述的沃尔什码的正交性，可以沃尔什解码通过上面 Eq.(12)估计的信道响应
如果/=/,则&["] = / ,,["] Eq.(13) 在分离了各自相应信道之间的信道响应之后，将零填充进去，以考虑信道的延迟分布。也就是说，对接在每个OFDM码元保护间隔的数据之后的部 分进行零填充。更具体地说，通过在/ ["]之后填充(N-L)个零，然后进行 FFT，可以导出信道的频率响应。
在上面的过程中，为了例示信道估计，省略了噪声项。在考虑噪声项的 情况下，1/4项处在上面Eq.(12)的沃尔什解码过程中，噪声方差降低为1/4。
因此，按照本发明的无线电信道估计装置和方法在其实现得到简化的同 时，提高了信道估计的精确度。
虽然参照某些优选实施例已经对本发明进行了描述，^旦对于本领域的普 通技术人员来说，显而易见，可以不偏离如所附权利要求书限定的本发明范 围地作出各种各样的改变和修改。
权利要求
1.一种在多输入多输出正交频分多路复用系统中使用利用正交码编码的脉冲列用于接收端的信道估计的训练信号生成方法，该方法包括如下步骤根据发送天线的数量创建多个正交码；和针对每个发送天线，生成由利用正交码编码的脉冲列组成的训练信号。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，如果发送天线和接收天线的数量分别是4，则正交码创建步骤按如下创建沃尔什码作为正交码 ,[l],，]，〖《[3], 「1, 1, 1， 1、『2[1], ,2[2]，『2[3], F2[4] = 1,-1,1, -1,3[1]，『3 [2],〖F3[3], ,3 [4] — 1,1,-1, -1 ° 、『4[1],『4[2], ,4[3],『J4]J b，—丄，—L l乂
3. 根据权利要求2所述的方法，其中，训练信号生成步骤利用如下方程=『+ w': [2]列,7 - L] + [3]外7 - 2丄]+ W〈 [4]c3'[〃 - 3丄], 其中，",(,力表示从天线i发送的时域训练信号的第n样本；ii具有 0S;7《A,-l的关系，N是总子信道数；外7]代表只有当n = 0时单位脉沖函数 才具有1;和L表示正交频分多路复用信号的最大响应长度。
4. 一种在多输入多输出正交频分多路复用系统中使用正交码解码的信道 估计方法，该方法包括如下步骤创建视接收天线的数量而定的多个正交码； 使用正交码解码通过每个接收天线接收的信号；和 通过将利用正交码解码的接收信号对每个正交频分多路复用码元求平均 来估计信道响应。
5. 根据权利要求4所述的方法，进一步包含步骤充并进行快速付里叶变换。
6. 根据权利要求4所述的方法，其中，如果发送天线和接收天线的数量 分别是4，则正交码创建步骤利用如权利要求2所述的方程创建沃尔什码作 为正交码。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中，如果接收天线的数量是4，则信道估计步骤利用如下方程估计信道响应
全文摘要
本发明提供了多输入多输出正交频分多路复用(MIMO-OFDM)系统中使用利用正交码编码的脉冲列的训练信号生成方法和利用正交码解码的信道估计方法。MIMO-OFDM系统中利用正交码解码的信道估计方法包括如下步骤创建视接收天线的数量而定的多个正交码；利用正交码解码通过每个接收天线接收的信号；和通过将利用正交码解码的接收信号对每个OFDM码元求平均来估计信道响应。
文档编号H04J11/00GK101297510SQ200580051900
公开日2008年10月29日 申请日期2005年12月2日 优先权日2005年8月19日
发明者全炯九, 崔源喆, 炫 李 申请人:韩国电子通信研究院