基于非正交导频的时频联合的信道估计方法及系统、天线的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于非正交导频的时频联合的信道估计 方法及系统、天线。
【背景技术】
[0002] 正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，0FDM)和多输入 多输出（Multiple Input Multiple 0utput，MIM0)技术由于其突出的抗信道衰落能力和高 频谱效率，被认为是下一代无线通信系统的两项主要物理层技术，受到了来自学术界和工 业界的广泛关注。MMO-OFDM技术也成为了许多现有无线通信标准采用的主流技术，这其中 包括 IEEE 802. llac/ad，WiMax, 3GPP LTE 等。
[0003] 在MMO-OFDM系统中，准确的信道状态信息为信道预编码（Channel Pre-coding)、波束成型（Beamforming)、空时解码（Space-time Decoding)、空频解码 (Space-frequency Decoding)提供了必要的信息，是保证系统性能的重要前提。传统的 MM0-0FDM系统中的信道估计方法可以分为两类：频域估计方法和时域估计方法。频域估 计方法利用频分复用的导频（又称正交导频）将MMO系统中的信道估计问题转化为简单 的单输入单输出（Single Input Single Output，SIS0)系统中的信道估计问题。时域估计 方法利用前导序列进行信道估计，利用所有的子载波，可以在慢变信道中提供更为可靠的 估计结果。
[0004] 在MM0-0FDM系统中基于导频的频域信道估计方法中，所需的导频会随着天线数 的增加而线性增加，对于未来天线数据巨大的大规模MIMO系统而言，系统的导频开销会非 常大，频谱效率极低。基于前导序列的时域信道估计方法，在大规模MMO系统中信道时变 时，前导序列必须大量频繁插入，最终将导致前导序列的开销巨大。
【发明内容】
[0005] 本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的 第一方面目的在于提出一种开销低、频谱效率高的基于非正交导频的时频联合的信道的估 计方法。
[0006] 本发明第二方面实施例提出一种基于非正交导频的时频联合的信道的估计系统。
[0007] 本发明第三方面实施例提出一种天线。
[0008] 为了实现上述目的，本发明第一方面实施例的基于非正交导频的时频联合的信道 的估计方法，包括以下步骤：S1，所述F个发射天线分别产生并发送待发送信号帧，所述待 发送信号帧包括待发送时域训练序列和待发送OFDM时域数据块；S2,所述S个接收天线获 得接收信号帧，并对所述信道进行冲激响应的粗估计，获得与所述F个发射天线一一对应 的F个信道冲激响应的部分共同时延，其中，所述接收信号帧为所述接收天线接收的所述 发射天线发送的经过衰落信道及噪声干扰后的所述待发送信号帧，所述接收信号帧包括接 收时域训练序列和接收OFDM时域数据块；S3,对连续接收到的预定数目的所述接收OFDM时 域数据块进行循环重构，以获取导频信息；S4,根据所述部分共同时延，利用所述导频信息 进行结构化压缩感知，以获取所述F个信道冲激响应的估计结果。
[0009] 根据本发明实施例的基于非正交导频的时频联合的信道的估计方法，利用非正交 导频大大降低了导频开销，时域训练序列在作为保护间隔避免块间干扰的同时还能够估计 多个信道的部分共同时延为信道的粗估计提供初始信息。本发明还充分利用了 MMO信道 的稀疏特性以及空间、时间相关性，在降低信道估计算法复杂度的同时提高了估计精度，具 有频谱效率和估计精度高等特点。
[0010] 在一些示例中，所述OFDM时域数据块由OFDM频域数据块经过离散傅里叶逆变换 获得，其中，所述OFDM频域数据块的部分子载波上设置有导频，所述导频用于进行信道估 计，所述导频的数量小于所述OFDM频域数据块的长度。
[0011] 在一些示例中，步骤S2中，根据所述待发送时域训练序列和所述接收时域训练序 列，采用时域线性卷积法获取所述信道的冲激响应，并保留幅值超过预设阈值的径的时延 作为所述部分共同时延。
[0012] 在一些示例中，步骤S3中，所述接收OFDM时域数据块的循环重构包括：所述接收 OFDM时域数据块、所述接收时域训练序列和所述信道卷积的拖尾与所述接收OFDM时域数 据块和所述信道卷积的拖尾的线性运算。
[0013] 在一些示例中，根据所述导频信息获取观测矩阵和测量矩阵，并根据所述观测矩 阵和所述测量矩阵利用所述信道的空间和时间相关性和结构化压缩感知方法获取F个发 射天线的F个信道冲激响应的估计结果。
[0014] 本发明第二方面实施例提出一种基于非正交导频的时频联合的信道的估计系统， 应用于具有F个发射天线和S个接收天线的MIMO系统，包括：接收模块、粗估计模块、循环 重构模块和估计模块。接收模块用于获得接收信号帧，其中，所述接收信号帧为所述接收天 线接收的所述发射天线发送的经过衰落信道及噪声干扰后的待发送信号帧，所述接收信号 帧包括接收时域训练序列和接收OFDM时域数据块，所述待发送信号帧包括待发送时域训 练序列和待发送OFDM时域数据块；粗估计模块用于对所述信道进行冲激响应的粗估计，获 得与所述F个发射天线一一对应的F个信道冲激响应的部分共同时延；循环重构模块用于 对连续接收到的预定数目的所述接收OFDM时域数据块进行循环重构，以获取导频信息；估 计模块用于根据所述部分共同时延，利用所述导频信息进行结构化压缩感知，以获取所述F 个信道冲激响应的估计结果。
[0015] 根据本发明实施例的基于非正交导频的时频联合的信道的估计系统，利用非正交 导频大大降低了导频开销，时域训练序列在作为保护间隔避免块间干扰的同时还能够估计 多个信道的部分共同时延为信道的粗估计提供初始信息。本发明还充分利用了 MMO信道 的稀疏特性以及空间、时间相关性，在降低信道估计算法复杂度的同时提高了估计精度，具 有频谱效率和估计精度高等特点。
[0016] 在一些示例中，所述粗估计模块还用于，根据所述待发送时域训练序列和所述接 收时域训练序列，采用时域线性卷积法获取所述信道的冲激响应，并保留幅值超过预设阈 值的径的时延作为所述部分共同时延。
[0017] 在一些示例中，所述循环重构模块还用于，对所述接收OFDM时域数据块、所述接 收时域训练序列和所述信道卷积的拖尾与所述接收OFDM时域数据块和所述信道卷积的拖 尾进行线性运算。
[0018] 在一些示例中，所述估计模块还用于，根据所述导频信息获取观测矩阵和测量矩 阵，并根据所述观测矩阵和所述测量矩阵利用所述信道的空间和时间相关性和结构化压缩 感知方法获取所述F个信道冲激响应的估计结果。
[0019] 本发明第三方面实施例提出一种天线，包括如前所述的基于非正交导频的时频联 合的信道的估计系统。
[0020] 本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[0021] 图1是根据本发明一个实施例的基于非正交导频的时频联合的信道估计方法的 流程图；
[0022] 图2是本发明一个实施例中在OFDM频域数据块中插入导频后的信号帧结构示意 图；
[0023] 图3是本发明一个实施例的在两个发射天线系统下的OFDM数据块循环重构示意 图；和
[0024] 图4是根据本发明一个实施例的基于非正交导频的时频联合的信道估计系统的 结构框图。
【具体实施方式】
[0025] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、 "厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底" "内"、"外"、"顺时 针"、"逆时针"、"轴向"、"径向"、"周向"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或 位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必 须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0026] 此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性 或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或 者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是至少两个，例如两个， 三个等，除非另有明确具体的限定。
[0027] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"、"固定"等 术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连 接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内 部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员 而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0028] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征"上"或"下"可以 是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在 第二特征"之上"、"上方"和"上面"可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示 第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"可以是 第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0029] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0030] 参见图1，根据本发明一个实施例的基于非正交导频的时频联合的信道估计方法 的流程图所示，本发明第一方面实施例的基于非正交导频的时频联合的信道估计方法包括 以下步骤：
[0031] S1，F个发射天线分别生成并发送待发送信号帧，待发送信号帧包括待发送时域训 练序列和待发