专利名称：一种正交频分复用系统及其信道估计方法
技术领域：
本发明属于无线通讯领域，尤其涉及一种正交频分复用OFDM系统及 其信道估计方法。
背景技术：
在目前的通信技术领域中，OFDM系统备受关注，而要完全实现OFDM 的技术优势，需要先实现相关的关键技术，信道估计技术就是其中之一，其 性能的优劣直接影响到整个系统的通信质量。信道估计技术在无线通信领域 中主要用于获得发送天线到接收天线之间无线信道的频率响应。
基于OFDM的无线通信系统，对传输速率的要求较高，同时接收端需 要进行相干检测才能获得较好的系统性能。因此，目前在对OFDM系统的 研究中，更侧重于采用基于导频的信道估计算法，它可以很好地跟踪信道的 变化，提升接收机的性能。在基于导频的信道估计技术研究中，除了导频信 道估计算法性能之外，发送端导频设计在很大程度上也直接影响系统的性 能。
在多载波系统中采用基于导频的信道估计算法中，发送机先确定插入的 导频图样，然后在所要发送的数据流中设计插入已确定的导频图样，接收机 接收数据流后，获得导频位置上的信道信息，然后利用信道估计算法，实现 对整个信道的估计。其中导频设计非常关键，从可靠性角度考虑，插入导频 越多，估计就越准，但导频设计过密有效传输的速率就越低，而导频设计过 疏又会影响系统解调性能。因此，目前需要一种OFDM系统，以及在该系 统中，不增加系统开销，就可以提高系统解调性能的信道估计方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种OFDM系统及其信道估计方 法，从而在不增加系统开销的前提下，提高信道估计性能以及系统的解调性 能。
为了解决上述问题，本发明提供了， 一种OFDM系统中信道估计的方 法，首先发送端在数据流的设定位置插入共享控制信息后发送到接收端，接 收端接收到所述数据流后，通过首次业务信道估计获取共享控制信息后，结 合公共导频，再次进行信道估计。
该方法具体包括以下步骤
A:发送端在所要传输的数据流的设定位置插入共享控制信息后，发送 到接收端；
B:接收端接收到所述数据流后，根据公共导频首次进行业务信道估计 后，对共享控制信道解码，获得共享控制信息；
C:接收端将已得到的共享控制信息作为辅助参考导频，结合7>共导频， 再次进行业务信道估计后，获得整个业务信道。
上述共享控制信息为连续的共享控制信息或者离散的共享控制信息。
其中离散的共享控制信息，其插入位置与公共导频插入位置等时间间 隔、等频率间隔。
若采用时分复用方式插入所述连续的共享控制信息时，共享控制信息插 入位置与公共导频插入位置等时间间隔，或者共享控制信息与公共导频位于 同一OFDM符号。
实现上述方法所依赖的OFDM系统，包括发射机和接收机，其中发射 机在所要发送的数据流的设定位置插入共享控制信息后,发送数据流到接收 机，接收机收到数据流后，通过首次信道估计获取共享控制信息，结合接收 的公共导频，再次进行信道估计。
上述发射机插入的共享控制信息为连续的共享控制信息或者离散的共 享控制信息。
若发射机插入离散的共享控制信息时，其插入位置与公共导频插入位置 等时间间隔、等频率间隔。
若发射机采用时分复用插入方式插入连续的共享控制信息时，共享控制 信息插入位置与公共导频插入位置等时间间隔，或者共享控制信息与公共导
频位于同一 OFDM符号。
本发明通过对已有资源的合理设计及利用，在不增加系统开销的前提 下，提高了系统的解调性能。
图1为公共导频插入示意图2为等间隔插入离散的共享控制信息的示意图3为插入连续的共享控制信息的示意图4为针对高速导频设计插入共享控制信息的示意图。
具体实施例方式
本发明的主要构思是，针对共享控制信道采用低阶调制可靠性要求高的 特点，在发送端合理插入共享控制信道，接收端先解调共享控制信道，然后 利用已解调的共享控制信道，并结合公共导频，再次估计信道响应，以此解 调其它信道。
下面结合附图对本发明采用的技术方案作进一步详细说明。
实施例， 一种OFDM系统及其利用共享控制信息辅助信道估计的方法。
本实施例中OFDM系统包括发射机和接收机，其中发射机与现有发射 机的不同之处在于，在所要发送的数据流中在设定位置插入共享控制信息， 即发射机的组帧模块按照设计的共享控制信道将共享控制信息插入设定的 位置。而接收机不同于现有接收机之处是，接收机的信道估计模块利用接收
的公共导频进行首次信道估计后，将获得的共享控制信息作为辅助参考导 频，结合公共导频，再次进行信道估计，从而获得更为精准的信道频率响应。
其中，发射机可以在数据流中插入连续或者离散的共享控制信息。发射
机在数据流中插入离散的共享控制信息时，如图2所示，共享控制信息C 的插入位置与公共导频插入位置等时间间隔、等频率间隔。
当发射机在数据流插入连续的共享控制信息时，针对连续的共享控制信 息可以采用时分复用的插入方式，如图3所示，插入的连续共享控制信息位 于第l和第5个OFDM符号，即与公共导频在同一OFDM符号内，且布满 整个频带，此时可以保证接收机对共享控制信道良好的解码性能，当共享控 制信息作为辅助参考导频时，也可以提高接收机对共享数据信道解调的性 能。
如图4所示为，发射机采用的另 一种时分复用插入连续的共享控制信息 的方式，插入的连续的共享控制信息布满整个频带，且连续的共享控制信息 的插入位置与公共导频的插入位置等时间间隔，针对此种情况，接收机提取 共享控制信息作为辅助参考导频后，则可以在高速移动时提高对共享数据信 道的解码性能。
另外，对于平坦衰落信道，发射机也可以采用频分复用的插入方式，插 入连续的共享控制信息。
发射机釆用的共享控制信息的插入方式，除了上述三种优化方式外，也 可以采用任意其它方式。
上述OFDM系统，利用共享控制信息辅助信道估计的方法，包括以下 步骤
第一步发送端在所要传输的数据流中插入公共导频及共享控制信息；
该步骤中，插入的公共导频及共享控制信息为连续的或者离散的，即公 共导频及共享控制信息的插入方式，可以采用时分复用插入方式、频分复用 插入方式、离散插入方式等现有的插入方式。
本实施例中，采用离散的公共导频插入方式，如图l所示，每个子帧在
频域等间隔插入公共导频，其中Tl是天线1上的公共导频，T2是天线2 上的公共导频，Tl 、 T2在时域上位于第1和第5个OFDM符号。
本实施例中，采用离散的共享控制信息插入方式，如图2所示，共享控 制信息C的插入位置与公共导频插入位置等时间间隔、等频率间隔。当然 也可以采用连续的共享控制信息，针对连续的共享控制信息可以采用时分复 用的插入方式，如图3所示，插入的连续共享控制信息位于第1和第5个 OFDM符号，即与^^共导频在同一OFDM符号内，且布满整个频带，此时 可以保证共享控制信道良好的解码性能，当共享控制信息作为辅助参考导频 时，也可以提高对共享数据信道解调的性能。
如图4所示为连续的共享控制信息的另一种插入方式，其插入方式也釆 用了时分复用的插入方式，即连续的共享控制信息布满整个频带，且连续的 共享控制信息的插入位置与公共导频的插入位置等时间间隔，此种情况接收 端提取共享控制信息作为辅助参考导频后，则可以在高速移动时提高对共享 数据信道的解码性能。
另外，当连续的共享控制信息所在共享控制信道为准静态信道，即低速 移动用户时，还可以釆用频分复用的方式插入共享控制信息。
针对公共导频及共享控制信息，除了上述三种优化的插入方式外，也可 以采用任意其它方式。
第二步接收端获取公共导频位置信道信息，从而进行业务信道估计；
该步骤中，信道估计可以采用现有技术进行，比如采用LS、 LMMSE 等信道估计算法，本实施例采用LS频域估计算法，因为这种估计仅在频域 上进行，计算复杂度较低。
其中插入公共导频符号的子载波称为导频子载波，""'表示第z'个发射天 线、第y个接收天线之间的信道的频率响应，则第y个接收天线上解调后的 OFDM信号可以表示为如下形式
<formula>formula see original document page 8</formula>
LS信道估计就是在不考虑噪声的条件下，估计信道的冲激响应向量:
使如下定义的代价函数最小
<formula>formula see original document page 9</formula>
由此可以得到，第/个发射天线、第/个接收天线之间导频位置的信道频 率响应LS估计式为
H印=[G^g(X,Yj , ; = 1,2;) = 1,2
对上式估计出的对公共导频位置的信道频率响应6&,进行插值，得到整 个4言道的响应<formula>formula see original document page 9</formula>
所述插值可以采用一阶线性插值、二阶线性插值、样条插值、FFT插值
法以及基于变换域的插值方法等。本实施例中采用一阶线性插值的方法，得
到整个信道的响应如下式
<formula>formula see original document page 9</formula>
第三步接收端对共享控制信道解码，获取共享控制信息；
该步骤可以采用任何一种现有的解码方法实现，在本实施例中由于共享 控制信道采用现有的SFBC编码，则相应地采用SFBC解码，其过程如下
根据第二步得到的整个信道的响应，得到信道矩阵如下
<formula>formula see original document page 9</formula>
其中~表示从第/个发射天线到第7'个接收天线的信道增益。用^， ，3表
示第1个发射符号间隔接收天线的接收符号，用r2, ^表示第2个发射符号 间隔接收天线的接收信号，得到如下方程组
<formula>formula see original document page 9</formula>
<formula>formula see original document page 10</formula>
当X1， x2的功率为1时,接收信号的能量之和为l、卩+l/^卩+l/^l2+l/y2,
噪声能量之和为2cr2。其中a, "2, "3, 是方差为cr2复高斯随机变量，代
表接收机的干扰和噪声。
由此最优极大似然译码可表征为下式<formula>formula see original document page 10</formula>
由于共享控制信道一般采用极低的码率，且采用分集等多种手段来保证 共享控制信道有极低的码率，所以共享控制信道一般可正确解码，即得到共
享控制信息，可以表示为时频二维图样，如图2所示。
第四步，接收端根据已得到的共享控制信息和公共导频，再次进行信道 估计；
该步骤中，将已得到的共享控制信息和公共导频认为是已知的，并将共 享控制信息作为辅助参考导频，此时就可以认为导频密度增加，再次进行信 道估计，即可以采用现有的ls、 lmmse等信道估计算法，估计公共导频 位置和共享控制信息位置的信道频率响应，然后对该频率响应进行插值，从 而得到整个信道的频率响应。
其中插值可以采用一阶线性插值、二阶线性插值、样条插值、fft插值 法、基于变换域的插值方法等现有的插值方法。
第五步，根据估计的公共导频检测业务信道；
该步骤可以采用现有技术中的任一种检测方法实现，本实施例中采用 lmmse检测算法根据接收端的接收信号r和已知的信道矩阵响应//找到 一个具体的加权矩阵w,从而利用加权矩阵和接收信号得到发送信号的估 计i,即
<formula>formula see original document page 11</formula>
LMMSE算法要使得e达到最小，即
计算得到 <formula>formula see original document page 11</formula>
即LMMSE算法中的加权矩阵。 LMMSE算法的检测步骤如下
步骤a:初始化<formula>formula see original document page 11</formula>式中Z/h表示信道 矩阵H的共轭转置；
步骤b:根据下式计算接收信号的信噪比，按其信噪比由大到小进行排 序，并4要序4全测，<formula>formula see original document page 11</formula>
式中M表示发射天线个数，(『),表示取『的第i行，it,表示加权矩阵范 数小的行所对应的行号，即对应接收端信噪比大的接收天线。；
步骤c:按下式计算加权矢量K,， 步骤d:按下式计算判决向量<formula>formula see original document page 11</formula>步骤e:进行判决，按下式计算得到估计值，
<formula>formula see original document page 11</formula>
步骤f:按下式计算伪逆矩阵，
步骤g:根据下式选择信躁比最大的那个信号，
<formula>formula see original document page 11</formula>
步骤<formula>formula see original document page 11</formula>
步骤i:判断/是否大于天线总数，如果是，结束检测流程，否则返回步骤b。
上述实施例在发送端合理设计共享控制信道，在接收端进行信道估计解 码控制信息后，再次估计信道，从而提高了信道估计准确性及信道解码的正 确性。
当然，上述具体实施例不是对本发明技术方案的进一步限定，任何熟悉 本领域的技术人员对本发明技术特征所作的等同替换或相应改进，仍在本发 明的保护范围之内。
权利要求
1、一种正交频分复用OFDM系统中信道估计的方法，其特征在于，发送端在数据流的设定位置插入共享控制信息后发送到接收端，接收端接收到所述数据流后，通过首次业务信道估计获取共享控制信息后，结合公共导频，再次进行信道估计。
2、 如权利要求l所述的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤A:发送端在所要传输的数据流的设定位置插入共享控制信息后，发送 到接收端；B:接收端接收到所述数据流后，根据公共导频首次进行业务信道估计 后，对共享控制信道解码，获得共享控制信息；C:接收端将已得到的共享控制信息作为辅助参考导频，结合公共导频， 再次进行业务信道估计后，获得整个业务信道。
3、 如权利要求1或者2所述的方法，其特征在于，所述共享控制信息 为连续的共享控制信息或者离散的共享控制信息。
4、 如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述离散的共享控制信息， 其插入位置与公共导频插入位置等时间间隔、等频率间隔。
5、 如权利要求3所述的方法，其特征在于，采用时分复用方式插入所 述连续的共享控制信息时，共享控制信息插入位置与公共导频插入位置等时 间间隔，或者共享控制信息与公共导频位于同一 OFDM符号。
6、 权利要求l所述方法所依赖的OFDM系统，包括发射机和接收机， 其特征在于，发射机在所要发送的数据流的设定位置插入共享控制信息后， 发送数据流到接收机，接收机收到数据流后，通过首次信道估计获取共享控 制信息，结合接收的公共导频，再次进行倌道估计。
7、 如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述发射机插入的共享控 制信息为连续的共享控制信息或者离散的共享控制信息。
8、 如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述发射机插入离散的共 享控制信息时，其插入位置与^^共导频插入位置等时间间隔、等频率间隔。
9、如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述发射机采用时分复用 插入方式插入连续的共享控制信息时，共享控制信息插入位置与公共导频插 入位置等时间间隔，或者共享控制信息与公共导频位于同一 OFDM符号。
全文摘要
本发明公开了一种OFDM系统及其信道估计方法，属于无线通讯领域。本发明方法中，发送端在数据流的设定位置插入共享控制信息后发送到接收端，接收端接收到所述数据流后，通过首次业务信道估计获取共享控制信息后，结合公共导频，再次进行信道估计。本发明还提供了一种OFDM系统，包括发射机和接收机，其中发射机在所要发送的数据流的设定位置插入共享控制信息后，发送数据流到接收机，接收机收到数据流后，通过首次信道估计获取共享控制信息，结合接收的公共导频，再次进行信道估计。本发明通过对已有资源的合理设计及利用，在不增加系统开销的前提下，提高了系统的解调性能。
文档编号H04B7/26GK101383796SQ20071014561
公开日2009年3月11日 申请日期2007年9月3日 优先权日2007年9月3日
发明者峰 毕, 王文焕, 赵建平 申请人:中兴通讯股份有限公司