专利名称：多输入多输出正交频分复用系统同步序列构造方法
技术领域：
本发明涉及一种可应用于多输入多输出正交频分复用系统中的同步序列构造方 法，属于移动通信中的同步技术领域。
背景技术：
正交频分复用技术(OFDM,orthogonal frequency-division multiplexing)由于 具有频谱效率高、抗频率选择性衰落和窄带干扰的优点，非常适合在无线通信信道传输，也 是当前新一代移动通信系统中采用的主流技术。多输入多输出技术和OFDM技术相结合，能 提供更大的频谱效率、更高的数据速率；在当前频谱资源越来越紧张、对数据速率要求越来 越高的形势下，多输入多输出OFDM技术具有更为广阔的应用前景。但是采用OFDM技术的系统都有一个共同的缺点，对同步误差尤其是载波频偏非 常敏感。由于OFDM系统各子信道之间的频谱相互覆盖，这就对它们之间的正交性提出了严 格的要求。然而，由于无线信道存在时变性，在传输过程中会出现无线信号的频率偏移，例 如多普勒频移，或者发射机载波频率与接收机本地振荡器之间存在的频率偏差。只占子载 波间隔一小部分的载波频偏都会使得OFDM系统子载波之间的正交性遭到破坏，进而产生 子载波间干扰，从而导致OFDM接收机性能的显著下降。因此，对于OFDM接收机来说，载波 频偏的估计与训练序列的设计是至关重要的，设计合适的训练序列可以明显改善估计性能 并适当降低算法复杂度。
发明内容
技术问题本发明的目的是在多输入多输出正交频分复用系统中，提供一种可以 有效估计频偏的同步序列构造方法。所提出的同步序列构造方法生成简单、系统负载低；基 于所提出的同步序列可实现环境自适应低复杂度频偏估计，且可实现多种简化频偏估计算 法；通过序列参数的设计可最大化频偏估计范围、最优化频偏估计性能，并保证频偏估计的
一致性。技术方案为解决上述技术问题，本发明提供一种多输入多输出正交频分复用系 统的同步序列构造方法，该方法包括如下步骤1)构造长度为P的chu序列s，其中，P < N，且(N) ρ = 0，(N) P表示关于N做模P 运算，N是同步序列的长度；2)对chu序列s做循环移位操作，得到移位序列s(1JM)，其中，g(g)是循环移位算 符，s(uM)表示对chu序列s做循环向下移μ M位所得到得矢量，M是移位参数，μ代表发送 天线的索引，Μ=^p/μ」，^」是取整算符，Li3/M」代表对P/X进行取整，设计参数N1使 Nt ^ N1 < P，Nt代表发送天线的数目；3)对移位序列s(vM)做离散傅立叶变换，得到频域序列約”，其
中，Fp是归一化离散傅立叶变换矩阵，Q = N/P,并有Q > Nt, Q代表相应于发送天线上的训 练序列中相邻非零导频之间的间距，P代表chu序列s的长度，N是同步序列的长度，Nt代表发送天线数目；4)对频域序列％做矩阵运算，得到相应于第μ根发送天线的训练序列吟， ^ = O1^其中，% =[^,ere,L，々+(Ρ—1)e] 一表示单位阵In的第込个列矢量，表示相
μ ，L」，、N
应于第μ根发送天线的训练序列的第一个非零元素的索引，μ代表发送天线的索引，Q代 表相应于发送天线上的训练序列中相邻非零导频之间的间距，P代表chu序列s的长度，N 是同步序列的长度，0 ^ i0 < I1 < L < μ < L < iK_! < Q0得到相应于第μ根发送天线的训练序列^应满足的条件是a)发送天线能量均勻分配准则频域序列呤N是同步序列的长
9
度，Nt代表发送天线数目，I |g| I表示相应矢量的2范数；b)频偏估计一致性准则=(N-NtP)彡 NtP, P 彡 L，(Iq-I)tIw > 0， V^e {1,2,L Q-l}其中，L表示信道的最大多径时延，Iq表示QX 1的全1矢量，1 = Σ咤表
示QX 1的非零导频矢量；N是同步序列的长度，Nt代表发送天线数目，P代表chu序列s的 长度，Q代表相应于发送天线上的训练序列中相邻非零导频之间的间距，q代表相应于发送 天线上的训练序列中相邻非零导频之间的零导频的索引，T代表转置运算，“表示相应于第 μ根发送天线的训练序列的第一个非零元素的索引，μ代表发送天线的索引；c)整数频偏估计可靠性准则ιηαχι^·-/^} max mn J(Ie-I)' l(<i)J μ 表
示相应于第μ根发送天线的训练序列的第一个非零元素的索引，iu,表示相应于第μ ‘根 发送天线的训练序列的第一个非零元素的索引，Mf表转置运算，q代表相应于发送天线上 的训练序列中相邻非零导频之间的零导频的索引，Q代表相应于发送天线上的训练序列中 相邻非零导频之间的间距，d)小数频偏估计简化准则凡P > Q，P代表chu序列s的长度，Q代表相应于发送 天线上的训练序列中相邻非零导频之间的间距，凡代表接收天线的数目。有益效果本发明所提出的同步序列构造方法，仅需对chu基础序列做循环移位 操作、离散傅立叶变换与插零操作，即可生成对应各发送天线的训练序列，序列构造方法简 单且系统负载小。本发明所提出的同步序列构造方法，基于其频偏估计一致性准则，可以保证接收 机频偏估计在足够大的频偏范围内(_L0/2」,0-L0/2」]都是一致、可识别的；本发明所提出的同步序列构造方法，基于其整数频偏估计可靠性准则，可以实现 整数频偏的简化计算，特别地，在友善信道环境中，通过简单的二值逻辑运算即可实现整数 频偏估计的低复杂度实现；本发明所提出的同步序列构造方法，基于其小数频偏估计简化准则与所构造序列 的周期属性，可以根据实际需要灵活采用多种方法实现低复杂度高精度小数频偏估计；本发明所提出的同步序列构造方法，适于集中式多天线系统、分布式多天线系统、 协同多中继系统、协同多用户系统等符合多输入多输出基本特征的通信系统。
图1是多输入多输出正交频分复用系统发射机框图；图2是多输入多输出正交频分复用系统同步序列结构示意图；图3是多输入多输出正交频分复用系统同步序列构造方法的实现结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步说明。本发明是基于多输入多输出正交频分复用技术(OFDM，orthogonal frequency-division multiplexing)系统，针对该系统所存在的频率偏移这一问题所提出 来的。多输入多输出正交频分复用系统的同步序列构造方法，该方法包括如下步骤1)构造长度为P的chu序列s，其中，P < N，且(N) ρ = 0，(N) P表示关于N做模P 运算，N是同步序列的长度；2)对chu序列s做循环移位操作，得到移位序列s(1JM)，其中，g(g)是循环移位算 符，s(uM)表示对chu序列s做循环向下移μ M位所得到得矢量，M是移位参数，μ代表发送 天线的索引，Μ=^p/μ」，^」是取整算符，Li3/M」代表对P/X进行取整，设计参数N1使 Nt ^ N1 < P，Nt代表发送天线的数目；3)对移位序列s(vM)做离散傅立叶变换，得到频域序列約”，其
中，Fp是归一化离散傅立叶变换矩阵，Q = N/P,并有Q > Nt, Q代表相应于发送天线上的训 练序列中相邻非零导频之间的间距，P代表chu序列s的长度，N是同步序列的长度，Nt代 表发送天线数目；4)对频域序列％做矩阵运算，得到相应于第μ根发送天线的训练序列灼’ ^ = 其中，% =[^,ere,L，々+(Ρ—1)e] 一表示单位阵In的第込个列矢量，表示相
μ ，L」，、N
应于第μ根发送天线的训练序列的第一个非零元素的索引，μ代表发送天线的索引，Q代 表相应于发送天线上的训练序列中相邻非零导频之间的间距，P代表chu序列s的长度，N 是同步序列的长度，0 ^ i0 < I1 < L < μ < L < iK_! < Q0a)发送天线能量均勻分配准则频域序列场N是同步序列的长
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度，Nt代表发送天线数目，I |g| I表示相应矢量的2范数；b)频偏估计一致性准则=(N-NtP)彡 NtP, P 彡 L，(Iq-I)tIw > 0， V^e {1,2,L Q-l}其中，L表示信道的最大多径时延，Iq表示QX 1的全1矢量，1 = Σ咤表
示QX 1的非零导频矢量；N是同步序列的长度，Nt代表发送天线数目，P代表chu序列s的 长度，Q代表相应于发送天线上的训练序列中相邻非零导频之间的间距，q代表相应于发送 天线上的训练序列中相邻非零导频之间的零导频的索引，T代表转置运算，“表示相应于第 μ根发送天线的训练序列的第一个非零元素的索引，μ代表发送天线的索引；c)整数频偏估计可靠性准则ιηαχι^·-/^} maxmnj^-l)" l(<i)J μ 表示相应于第μ根发送天线的训练序列的第一个非零元素的索引，iu,表示相应于第μ ‘根 发送天线的训练序列的第一个非零元素的索引，Mf表转置运算，q代表相应于发送天线上 的训练序列中相邻非零导频之间的零导频的索引，Q代表相应于发送天线上的训练序列中 相邻非零导频之间的间距，d)小数频偏估计简化准则凡P > Q，P代表chu序列s的长度，Q代表相应于发送 天线上的训练序列中相邻非零导频之间的间距，凡代表接收天线的数目。本发明所考虑的多输入多输出OFDM系统，其发送天线和接收天线数目分别设为 Nt和凡。设一个OFDM符号或同步训练序列的长度为N，令μ表示发送天线的索引，μ
<Nt。基于上述关于系统与训练序列的定义，本发明的多输入多输出OFDM系统同步序 列构造的方法为1)构造长度为P的chu序列s，其中，P < N，且(N)P = 0，(g)P是模P算符；chu序列为无线通信领域广泛采用的一种训练序列，且相应中文文献也都直接称 为chu序列；2)对s做循环移位操作，得到序列sUM)，其中，g(g)是循环移位算符，M是移位参 数，M = Ipzn1]，Lg」是取整算符，设计参数N1使Nt彡N1 < ρ ；3)对8(μΜ)做离散傅立叶变换，得到序列呤邺=^^^^·^，其中，Fp是归一化 离散傅立叶变换矩阵，Q = Ν/Ρ,并有Q > Nt ；4)对场做矩阵运算，得到相应于第μ根发送天线的训练序列松，玲=0、呤，其 中，Θ^ =[e^,ere,L ,々+(Ρ—υβ]，々表示单位阵In的第个列矢量，表示相应于第μ根
发送天线的训练序列的第一个非零元素的索引，0 ^i0<i1<L<i, <L< iK_i < Q0其同步序列设计方法如下a)发送天线能量均勻分配准则
权利要求
1.一种多输入多输出正交频分复用系统的同步序列构造方法，其特征在于该方法包 括如下步骤1)构造长度为P的Chu序列S，其中，P< N，且(N)p = 0，(N)ρ表示关于N做模P运算， N是同步序列的长度；2)对chu序列s做循环移位操作，得到移位序列sUM)，其中，g(g)是循环移位算符，s(uM) 表示对chu序列s做循环向下移μΜ位所得到得矢量，M是移位参数，μ代表发送天线的索 引，
2.根据权利要求1多输入多输出正交频分复用系统的同步序列构造方法，其特征在于 得到相应于第μ根发送天线的训练序列^应满足的条件是a)发送天线能量均勻分配准则频域序列场N是同步序列的长度，Nt代 表发送天线数目，11 g 11表示相应矢量的2范数；b)频偏估计一致性准则(
全文摘要
本发明涉及一种多输入多输出正交频分复用系统的同步序列构造方法，该方法包括如下步骤构造长度为P的chu序列s，其中，P＜N，且(N)P＝0，(g)P是模P算符，(N)P表示关于N做模P运算，N是同步序列的长度；对chu序列s做循环移位操作，得到移位序列s(μM)，其中，g(g)是循环移位算符，s(μM)表示对chu序列s做循环向下移μM位所得到得矢量，M是移位参数，μ代表发送天线的索引，是取整算符，代表对P/NI进行取整，设计参数NI使Nt≤NI＜P，Nt代表发送天线的数目。本发明所提出的同步序列构造方法生成简单、系统负载低。
文档编号H04L27/26GK102098266SQ20111007411
公开日2011年6月15日 申请日期2011年3月25日 优先权日2011年3月25日
发明者尤肖虎, 蒋雁翔, 高西奇 申请人:东南大学