一种单载波mimo系统的时域导频及其同步方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种单载波多入多出（Multiple-Input Multiple-Output, ΜΙΜΟ)系统 的时域导频方法及与之对应的同步方法，属于无线通信系统技术领域。
【背景技术】
[0002] 传统的MIMO系统大部分与多载波正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)技术相结合，但OFDM具有较高峰均比，对频率偏移和相位 噪声很敏感等问题。相比较而言，单载波（Single Carrier, SC)技术降低了峰均比及对频 偏和相位噪声的敏感性，因此与SC相结合的MMO系统也受到了广泛关注。虽然不如OFDM 系统那样敏感，但是对于单载波MIMO系统来说，采样频偏、抽样频偏和相位噪声对系统的 性能影响也是不可忽略的。通常的解决办法是通过在数据中插入导频来进行频偏估计和相 位跟踪。
[0003] 现有的导频设计方案主要有两种：一种是时域导频，即在数据中插入已知的时域 序列用来进行频偏估计和相位纠正。一种典型的单载波系统的时域导频设计方案是在数据 中插入单个字（Unique Word, UW)，利用UW进行同步，并同时利用UW代替循环前缀（Cyclic Prefix，CP)对抗多径效应。但是对于MMO系统来说，一般都需要经过循环移位操作，这意 味着直接插入的UW将无法代替CP对抗多径，也由此会引入符号间干扰，所以传统的UW时 域导频设计方案并不适用于单载波MIMO系统。另一种常用单载波导频方案则是在频域进 行导频设计，但一般要求在发射端加入FFT和IFFT操作的模块，因此与时域导频相比，频域 的导频会增加系统发射端的复杂度。此外，单载波MMO系统的时域导频设计还存在不同天 线之间的导频相互干扰的问题。
【发明内容】
[0004] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提出一种适用于单载波MMO 系统的时域导频方法，包括导频位置及训练序列设计，并给出在此时域导频设计基础上可 以采用的同步方法，进行频偏估计和相位跟踪。
[0005] 技术方案：为了消除不同天线之间信号的相关性，以及消除不希望有的波束成形 效应，MMO系统中不同天线上的信号一般都需要进行循环移位操作（CSD)。此外，为对抗多 径，避免符号间干扰，发射端还需要插入CP。本发明在进行星座点映射之后，做CSD操作之 前插入导频。
[0006] 本发明提出一种单载波MMO系统的时域导频方法，包括以下步骤：
[0007] (1)生成要插入的训练（TS)序列；
[0008] (2)每隔相同的数据符号数在数据块中插入TS序列，所述每个数据块中插入的TS 序列不少于一个；
[0009] (3)对插入TS序列的数据块进行CSD操作和空间映射后，在变换后的数据块前插 入CP，所述CP的最后几位是该数据块中插入的TS序列。
[0010] 所述同一个数据流中各数据块插入的TS序列相同，所述不同数据流中插入的TS 序列不同。
[0011] 所述TS序列采用ZCZ序列，由于ZCZ序列具有良好的自相关和互相关特性，采用 ZCZ序列可以降低不同天线之间导频间相互干扰带来的影响。
[0012] 本发明同时提出一种用于实现单载波MIMO系统时域导频的发送装置，包括时域 导频模块、CSD模块、空间映射模块和CP插入模块，其中时域导频模块用于生成TS序列，并 在数据块中均匀插入TS序列；CSD模块用于对插入TS序列的数据块进行CSD操作；空间映 射模块用于对CSD操作后的数据块进行空间映射；CP插入模块用于在空间映射后的数据块 前插入CP。
[0013] 本发明还提出一种基于单载波MMO系统时域导频的同步方法，以数据块为单位 进行载波频偏估计和相位跟踪，包括以下步骤：
[0014] (1)对接收到的数据块进行FFT、均衡和IFFT变换，估计数据块中每个TS序列中 心符号处的相位误差；
[0015] 对接收到的时域信号y [i]，i = 1，2,. . .，N做N点的FFT得到频域信号Y [k]，k = 1，2，···，Ν，即：
[0016]
【主权项】
1. 一种单载波MIMO系统的时域导频方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 生成要插入的TS序列； (2) 每隔相同的数据符号数在数据块中插入TS序列，所述每个数据块中插入的TS序列 不少于一个； (3) 对插入TS序列的数据块进行CSD操作和空间映射后，在变换后的数据块前插入 CP，所述CP的最后几位是该数据块中插入的TS序列。
2. 如权利要求1所述的单载波MIM0系统的时域导频方法，其特征在于，所述同一个数 据流中各数据块插入的TS序列相同，所述不同数据流中插入的TS序列不同。
3. 如权利要求1所述的单载波MIM0系统的时域导频方法，其特征在于，所述TS序列采 用ZCZ序列。
4. 一种用于实现单载波MM0系统时域导频的发送装置，其特征在于，包括时域导频模 块、CSD模块、空间映射模块和CP插入模块，其中 时域导频模块用于生成TS序列，并在数据块中均匀插入TS序列； CSD模块用于对插入TS序列的数据块进行CSD操作； 空间映射模块用于对CSD操作后的数据块进行空间映射； CP插入模块用于在空间映射后的数据块前插入CP。
5. -种基于单载波MIM0系统时域导频的同步方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 对接收到的数据块进行FFT、均衡和IFFT变换，估计数据块中每个TS序列中心符 号位置处的相位误差； (2) 利用CP中的TS序列进行移位，对移位后的数据块进行FFT、均衡和IFFT变换，估 计数据块起始位置处的相位误差； (3) 对数据块中每个数据符号的相位误差进行估计和补偿。
6. 如权利要求5所述的基于单载波MIM0系统时域导频的同步方法，其特征在于，所述 每个数据符号相位误差估计的方法为： 设NTS为TS序列的长度，ND为相邻TS序列之间的数据符号数，M为数据块中插入的TS序列的数量，s[i],i= 1，2,. . .，NTS表示插入的TS序列，= 1，2，...，/V表示接收到的 时域信号y[i]，i= 1，2,...，N经N点FFT、均衡和IFFT变换后得到的时域信号，rm[i]，i=1，2,. . .，NTS，m= 1，2,. . .，M表示该变换后的数据符号块中第m个TS序列的第i个 导频符号，打以=1,2，...,况表示接收到的数据符号{y[-NTS+l]，...，y[-l]，y[0]，y[l]， y[2]，. ..，y[i]，. . .y[N-NTS+1]}经N点FFT、均衡和IFFT变换后得到的时域信号，则 数据块中每个TS序列中心符号位置处的相位误差为：
数据块中起始位置处的相位误差为：
数据块中每个数据符号对的相位误差为：
7. 如权利要求5所述的基于单载波MIMO系统时域导频的同步方法，其特征在于，所述 相位误差补偿的方法为：
其中，i[/]，/ =l，2，...，/V表示接收到的时域信号y[i]，i= 1，2,. . .，N经N点FFT、均衡 和IFFT变换后得到的时域信号，0i，i= 1，2，...，N表示数据块中每个数据符号的相位误 差。
8. -种用于实现基于单载波MIM0系统同步的接收装置，其特征在于，包括移位模块、 FFT模块、均衡模块、IFFT模块和相位校正模块；其中 移位模块用于对接收到的数据块进行移位操作； FFT模块用于对接收到的数据块和移位后的数据块进行FFT变换； 均衡模块用于对FFT变换后的数据块进行均衡； IFFT模块用于对均衡后的数据块进行IFFT变换； 相位校正模块用于对IFFT变换后的数据块进行相位误差估计和补偿。
【专利摘要】本发明公开了一种适用于单载波MIMO系统的时域导频设计方案，此设计方案包括时域导频位置设计及训练序列设计。本发明在同一个数据流中每个数据块中均匀插入若干个相同的ZCZ序列作为训练序列，在不同的数据流中插入的训练序列则不同。此外，本发明还公开了一种适用该单载波MIMO系统时域导频设计方案的导频跟踪和相位校正的简单算法。本发明公开的单载波MIMO系统时域导频设计方案和导频跟踪与相位校正算法对系统性能有提升。
【IPC分类】H04L27-00, H04L27-26, H04L27-38
【公开号】CN104580057
【申请号】CN201410842914
【发明人】何世文, 孙裕, 王宇, 王海明, 杨绿溪, 张军, 洪伟, 江华
【申请人】江苏中兴微通信息科技有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月30日