专利名称：基于导频信号辅助的导频设计方法
技术领域：
本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,简称OFDM )高速移动环境下的基于导频信号辅助的导频设计方法。
背景技术：
随着人民物质和精神文化需求的提高，在可预见的将来，音频、 视频、图像以及互联网等多媒体业务将成为移动通信的主导业务，这 些业务对无线链路传输能力有很高的要求(例如要求峰值业务速率大 于20Mbps) 。 OFDM技术作为一种对抗频域选择性衰落的宽带无线 并行数据传输技术得到了广泛应用，提高了 OFDM符号抗多径时延的 能力，并通过在OFDM符号的前端增加大于最大多径时延的保护间隔 (GI)，来消除由多径时延引起的符号间干扰(ISI),降低了接收端 均衡器的复杂度。因此OFDM技术已经被多个国际标准所采纳，并被 公认为后三代(B3G)移动通信系统的物理层基本技术之一。无线信道通常为多径时变衰落信道，各径幅度和相位会随时间发 生随机变化，根据现在移动通信系统的要求，移动终端应具备从静止 环境到500km/h移动环境的适应能力，当移动终端的移动速度很高的 时候，产生的多普勒频偏将很大，而多普勒频偏会造成子载波间干扰， 因此需要在信号解调之前对信道进行动态估计，以恢复发送端发送的 原始信号。为了克服无线信道的多普勒偏差，现有技术中主要有两种 信道估计方法导频信号辅助和盲信道估计，其中导频信号辅助的信 道估计算法性能更优越一些而被多数B3G系统釆用，对于导频信号辅 助的信道估计算法来说，导频插入方式有多种，例如梳状导频(即导 频在子载波间平均放置)、块状导频(导频集中分布在某块区域)。然而在基于OFDM系统的多同频小区环境下，在小区边缘的高 速移动台除了受到多普勒频偏引起的子载波间干扰外，还受到多小区 的干扰，如图1所示，为现有技术中多小区干扰示意图。现有技术尚 不能克服多小区所带来的干扰，从而导致信号估计的偏差，而无法准 确恢复原始信号。发明内容本发明的目的是提出一种基于导频信号辅助的导频设计方法及 系统，能够在多同频小区环境下克服相邻小区带来的干扰。为实现上述目的，本发明提供了一种导频信号辅助的导频设计方 法，包括以下步骤对目标小区和相邻小区的导频矩阵进行设计，使得相邻小区具有 与所述目标小区相同的导频结构，且所述相邻小区的导频矩阵与目标 小区的导频矩阵之间满足使目标小区的信道响应的最小二乘估计值的 均方误差最小的关系，计算获得目标小区的信道响应。在上述技术方案中，由于目标小区和干扰小区釆用相同的导频结 构，并且目标小区与相邻小区的导频主序列之间满足使目标小区的信 道响应的最小二乘估计值的均方误差最小的关系，以此建立的信道模 型可以在最大限度上抑制相邻小区对目标小区的干扰。进一步的，对目标小区和相邻小区的导频矩阵进行设计的步骤包括设定目标小区和相邻小区的导频主序列，以使得所述目标小区的 导频主序列和相邻小区的导频主序列之间满足使目标小区的信道响应的最小二乘估计值的均方误差最小的关系；对所述目标小区和相邻小区的导频主序列进行相移操作，来分别 设定所述目标小区和相邻小区的导频辅序列；通过对所述目标小区的导频主序列和导频辅序列，以及相邻小区 的导频主序列和导频辅序列进行傅立叶变换，来分别设定目标小区和 相邻小区的导频矩阵。目标小区和相邻小区的导频主序列、导频辅序列和导频矩阵均可 在信道估计之前的理论计算中由目标小区的导频主序列计算获得，这 样就使得各个小区的导频主序列、导频辅序列和导频矩阵均满足一定 的关系，使得小区间导频的相关性尽可能减小。进一步的，在设定目标小区的导频主序列、导频辅序列之前，还 包括设定导频簇个数S和归一化多普勒频偏g的操作。其中导频簇个数5*根据系统设计进行选择， 一般导频簇个数S为大于归 一化最大多 径时延I的最小的2的正整数次幂，以保证S能被子载波总数N整除。归一化多普勒频偏2的求取公式可以为e^2「u]， r为一个ofdm符号除去循环前缀的时间，/max为最大多普勒频偏。进一步的，所述设定目标小区的导频主序列、导频辅序列和导频矩阵的操作具体为根据所述导频簇个数S获得目标小区的导频主序列所在子栽波的序号/(W ，并根据对应于所述序号Hp)的恒幅度零自相关码 (CAZAC)生成所述目标小区的导频主序列X。。，其中其中，"。表示偏移量；根据所述归一化多普勒频偏2对所述目标小区的导频主序列xe/2 进行相移，生成目标小区的导频辅序列x,，其中<formula>formula see original document page 6</formula>其中，Z表示归一化最大多径时延，7V表示子栽波总数；通过对所述目标小区的导频主序列xe/2和导频辅序列\进行傅立叶变换，获得目标小区的导频矩阵p，其中<formula>formula see original document page 6</formula>f;为《xl矩阵，第A个行向量为<formula>formula see original document page 6</formula><formula>formula see original document page 6</formula>进一步的，所述设定相邻小区的导频主序列、导频辅序列和导频矩阵的操作具体为当设定目标小区的导频主序列为CAZAC序列时，通过对所述目 标小区的导频主序列x^进行以所述循环移位的偏移量为未知量的循 环移位，获得相邻小区的导频主序列x"，其中x;=[义'(r1 (o)), i' (,' (i)),…,义V (s -1))]r 根据所述归一化多普勒频偏^对所述相邻小区的导频主序列x" 进行相移，生成相邻小区的导频辅序列x:，其中x:卞(<。))，…,x' )r', 「 o,...必一 ，X'("(W) = X' (Y(p》exp(/2加。Y(P)(《一|)丄/ AO),p = 0,...,S -1 。 通过对所述相邻小区的导频主序列X"和导频辅序列X;进行傅立叶变换，设定相邻小区的导频矩阵P1,其中相邻小区的导频矩阵PJ通过以下公式获得，p'=[^g(x1。)F。1,.,.，^g(x』)PJ]，^为Sx厶矩阵，第A:个行向量为[l，…,exp(—y2if-')(￡-1)/AO],f) —l)i + g/2)modAU = 0,.'-，S-l 。进一步的，目标小区的信道响应的最小二乘估计值&由以下公式求解il = (PHP) ' PH￥ = h + (PHP) !pHp'h' + (PHP) 'PH"W ;其中，？表示接收端接收到的导频处信号；W表示加性高斯白噪 声向量，h、 ^分别表示目标小区和相邻小区的信道响应；所述目标小区的信道响应的估计值的最小二乘估计值的均方误 差的公式为MSE = ~~^E其中W表示加性高斯白噪声向量，E表示数学期望，ii.i表示范数。 进一步的，所述通过对目标小区和相邻小区的导频矩阵进行计 算，获得目标小区的信道响应的操作具体为<formula>formula see original document page 7</formula>目标小区的信道响应估计值通过以下公式获得，G = (pHp) pHY;其中，f表示接收端接收到的导频处信号。基于上述技术方案，本发明在对相邻小区的导频矩阵与目标小区 的导频矩阵进行设计时，要求导频矩阵之间满足使目标小区的信道响 应的最小二乘估计值的均方误差最小的关系，以使得干扰小区对目标 小区造成的误差最小，以此建立的信道模型在最大限度上抑制了相邻 小区间的干扰。
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请 的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构 成对本发明的不当限定。在附图中图1为现有技术中多小区干扰示意图。图2为本发明基于导频信号辅助的导频设计方法中导频结构的示意图。图3为本发明基于导频信号辅助的导频设计方法的一实施例的流 程示意图。图4为本发明基于导频信号辅助的导频设计方法的另一实施例的 流程示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。本发明针对多同频小区环境下，对于小区边缘的高速移动台进行 信号估计，并抑制了相邻小区对目标小区信号的干扰。如图3所示，为本发明基于导频信号辅助的导频设计方法的一实 施例的流程示意图。在本实施例中，主要包括以下步骤步骤IOI、对目标小区和相邻小区的导频矩阵进行设计，使得相邻小区具有与所述目标小区相同的导频结构，且所述相邻小区的导频 矩阵与目标小区的导频矩阵之间满足使目标小区的信道响应的最小二乘估计值的均方误差最小的关系，并计算获得目标小区的信道响应。导频结构如图2所示，图中列举了两条子载波，其中斜线阴影表 示导频辅序列，细方格阴影表示导频主序列，空白处表示数据子载波 或者空载波。在本实施例中，目标小区和相邻小区采用相同的导频结构，并且 目标小区与相邻小区的导频矩阵之间具有可以使得目标小区的信道响 应的最小二乘估计值的均方误差最小的关系，也即是通过设定目标小 区和相邻小区的导频矩阵适当的循环移位偏移量使得相邻小区对目标 小区造成的干扰最小。如图4所示，为本发明基于导频信号辅助的导频设计方法的另一 实施例的流程示意图。与上一实施例相比，本实施例还包括了导频设 计的步骤，导频设计的步骤包括步骤201、设定目标小区和各个相邻小区的导频主序列，以使得 所述目标小区的导频主序列和相邻小区的导频主序列之间满足使目标 小区的信道响应的最小二乘估计值的均方误差最小的关系；步骤202、对所述目标小区和相邻小区的导频主序列进行相移操 作，来分别设定所述目标小区和相邻小区的导频辅序列；步骤203、通过对所述目标小区的导频主序列和导频辅序列，以 及相邻小区的导频主序列和导频辅序列进行傅立叶变换，来分别设定 目标小区和相邻小区的导频矩阵。在本实施例中，时变OFDM信道模型可以采用BEM信道表示， —;/)=堂~ (,)e踏e，w, / = o,…￡ —1;其中，^为归一化多普勒频偏，/_为最大多普勒频偏；l为归一 化最大多径时延，^为零均值复高斯随机变量，N为OFDM系统子载波总数，同时也表示一个OFDM符号内除去循环前缀的有效时间段个数。导频簇个数S和归一化多普勒频偏j2可以在确定目标小区的导频主序列、导频辅序列和导频矩阵之前计算得到，也可以预先进行设 定。其中导频簇个数S根据系统设计进行选择， 一般导频簇个数S为大于归一化最大多径时延Z的最小的2的正整数次幂，以保证5"能被 子载波总数N整除。归一化多普勒频偏0的求取公式可以为在设定目标小区的导频主序列、导频辅序列和导频矩阵时， 一般 选用可使导频主序列和导频辅序列满足相移关系的序列。这里以恒幅度零自相关码(CAZAC)序列为例，在设定目标小区的导频主序列、导频辅序列和导频矩阵时，可以根据所述导频簇个数S获得目标小区的导频主序列所在子载波的序号WW，并根据对应于所述序号r(W的 CAZAC序列生成所述目标小区的导频主序列^re/2 ，其中xe/2 =[义o(o)), I (,(i)),…,- i))f;y(/7) = fl0+!/ ，p = o,"',s —1 ， "o为正整数，且2《"。^s —1;其中，"。表示上一子载波到当前子载波的导频主序列的偏移量； 根据所述归一化多普勒频偏0对所述目标小区的导频主序列xe/2 进行相移，生成目标小区的导频辅序列^，其中x = [x(《(。))，…,x(《(s—")]r ，《=0,…,&《# * ， x(C )=玲(p)) exp( j.2，(由—!)Z / vV)), p = 0,…〈—1 ， f) =(y("l)-《+ g/2)modA^:0,…，S-1 ;其中，丄表示归一化最大多径时延，7V表示子载波总数； 通过对所述目标小区的导频主序列x^和导频辅序列^进行傅立叶变换，获得目标小区的导频矩阵P，其中p ,'M(z。)巧,…,力"g(x^]，P;为SxjL矩阵，第/t个行向量为[i,..,eXp(~/27^f -i)/ao],C) =(Y(/t-l)-《+ g/2)modTV,^0,…，S-l 。 其中CAZAC序列可表达为q(/) = expC,'油'2= O,..,S-l ，应注意的是选用CAZAC序列作为导频主序列只是用来举例说明，并非作为导 频主序列的限定，只要主导频序列和辅导频序列满足对应的相位关系 的序列皆可。在设定目标小区的导频主序列后，基于同导频结构的原则，通过 对所述目标小区的导频主序列,2/2进行以所述循环移位的偏移量为未知量的循环移位，获得相邻小区的导频主序列义"，即序歹'J q ((p — c。) modS) = exp(_/7iA:((/ — c0)modS)2 /S),/ = 0，…，S — 1其中，c。表示循环移位的偏移量，作为导频设计中需要求解的未知量；根据所述归一化多普勒频偏g对所述相邻小区的导频主序列x" 进行相移，生成相邻小区的导频辅序列x:，其中X' ) = Z' (Y(p》exp(/2兀^y(/;)(《—|)丄/ AO), p = 0,…,S -1 。通过对所述相邻小区的导频主序列xe/2和导频辅序列进行傅立叶变换，获得相邻小区的导频矩阵，其中相邻小区的导频矩阵p1 通过以下公式获得，p^[汆g(x;)F",…,血g(x『)^]，F。为Sx丄矩阵，第k个行向量为[l,…,exp(力2兀W(H)(丄—1)/A0], f) =(y(yt-l)-O脂dW,^0,…，S-l 。目标小区的信道响应估计值通过以下公式获得"(PHP) W在导频设计中，对于釆用CAZAC序列的导频主序列来说，可以 通过求取目标小区的导频处的信道响应的最小二乘估计值的均方误差 最小来获得偏移量c。，信道响应的最小二乘估计值通过以下公式获得，t = (PHp) 1pH^二h + (pHp) lpHplhl +(pHp) —IpH^;其中，f表示接收端接收到的导频处信号，W表示加性高斯白噪 声向量，h、 ^分别表示目标小区和相邻小区的信道估计。接下来通过以下最小二乘估计值的均方误差计算公式，确定所述 相邻小区的导频矩阵与目标小区的导频矩阵之间循环移位的偏移量C。，MSE =-E其中W表示加性高斯白噪声向量，E表示数学期望，l.l表示范数， 求得使MSE最小的循环移位的偏移量c。。循环移位的偏移量c。构成目标小区与相邻小区之间的重要关系， 选择使MSE最小的循环移位的偏移量c。可以消除相邻小区对目标小区带来的干扰。对于导频主序列釆用CAZAC序列的情况，适用于求 解目标小区和相邻小区的导频主序列之间的循环移位的偏移量c。，而对于导频主序列采用其他序列的情况，并不限于求解循环移位的偏移 量c。，而只需满足以下条件相邻小区具有与目标小区相同的导频结构，且所述相邻小区的导频矩阵与目标小区的导频矩阵之间满足使目 标小区的信道响应的最小二乘估计值的均方误差最小的关系。 本发明既适用于多天线的情况，也适用于单天线的情况。 本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施例的全部或部 分步骤以及步骤中涉及的数据均可以通过程序指令相关的硬件来完 成，前述的程序及数据可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程 序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包 括ROM、 RAM、》兹碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。最后应当说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而 非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明的具体实施方式
进 行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案 的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。h — hE(PHP) 'PHPV +(PHP)'PHW
权利要求
1.一种基于导频信号辅助的导频设计方法，包括以下步骤对目标小区和相邻小区的导频矩阵进行设计，使得相邻小区具有与所述目标小区相同的导频结构，且所述相邻小区的导频矩阵与目标小区的导频矩阵之间满足使目标小区的信道响应的最小二乘估计值的均方误差最小的关系，并计算获得目标小区的信道响应。
2、 根据权利要求1所述的导频设计方法，其中所述对目标小区 和相邻小区的导频矩阵进行设计的步骤包括设定目标小区和相邻小区的导频主序列，以使得所述目标小区的 导频主序列和相邻小区的导频主序列之间满足使目标小区的信道响应 的最小二乘估计值的均方误差最小的关系；对所述目标小区和相邻小区的导频主序列进行相移操作，来分别 设定所述目标小区和相邻小区的导频辅序列；通过对所述目标小区的导频主序列和导频辅序列，以及相邻小区 的导频主序列和导频辅序列进行傅立叶变换，来分别设定目标小区和 相邻小区的导频矩阵。
3、 根据权利要求2所述的导频设计方法，其中在设定目标小区 的导频主序列、导频辅序列之前，还包括设定导频簇个数S和归一化 多普勒频偏Q的操作。
4、 根据权利要求3所述的导频设计方法，其中所述设定目标小 区的导频主序列、导频辅序列和导频矩阵的操作具体为根据所述导频簇个数获得目标小区的导频主序列所在子载波的序号y(P)，并根据对应于所述序号^(P)的恒幅度零自相关码生成所述 目标小区的导频主序列^/2;根据所述归 一化多普勒频偏0对所述目标小区的导频主序列xe/2进行相移，生成目标小区的导频辅序列通过对所述目标小区的导频主序列x。"和导频辅序列；^进行傅立叶变换，获得目标小区的导频矩阵P。
5、根据权利要求4所述的导频设计方法，其中所述设定相邻小区的导频主序列、导频辅序列和导频矩阵的操作具体为通过对所述目标小区的导频主序列x^进行循环移位，获得相邻小区的导频主序列x";根据所述归一化多普勒频偏2对所述相邻小区的导频主序列x"进行相移，生成相邻小区的导频辅序列x1/，通过对所述相邻小区的导频主序列x"和导频辅序列x:进行傅立叶变换，设定相邻小区的导频矩阵P1。
全文摘要
本发明涉及一种基于导频信号辅助的导频设计方法，包括以下步骤小区的导频主序列和导频辅序列满足一定的相移关系，对目标小区和相邻小区的导频矩阵进行设计，使得相邻小区具有与所述目标小区相同的导频结构，且所述相邻小区的导频矩阵与目标小区的导频矩阵之间满足使目标小区的信道响应的最小二乘估计值的均方误差最小的关系，并计算获得目标小区的信道响应。本发明在对相邻小区的导频矩阵与目标小区的导频矩阵进行设计时，要求导频矩阵之间满足使目标小区的信道响应的最小二乘估计值的均方误差最小的关系，以使得干扰小区对目标小区造成的误差最小，以此建立的信道模型在最大限度上抑制了相邻小区间的干扰。
文档编号H04Q7/36GK101227697SQ20081005687
公开日2008年7月23日 申请日期2008年1月25日 优先权日2008年1月25日
发明者吴晓光, 康桂霞, 平 张, 邹海燕 申请人:北京邮电大学