专利名称：Ofdm系统中导频信号的设计方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种OFDM系统中导频信号的设计方法及系统。
背景技术：
正交频分复用(OFDM)技术是一种多载波调制技术。在OFDM系统中，数据被分配到多个带宽很小且正交的子载波上同时并行传送，每个子载波上传送的数据量都很小，且可使用不同的调制方式。OFDM技术能够有效减小由于信道时间色散引起的符号间干扰。由于每个子载波带宽都很小，远小于信道的相关带宽，因此每个子载波上的频率响应是平坦的，这样就大大降低了接收均衡器的复杂度。OFDM技术目前已经被广泛用于各种宽带无线接入系统，如IEEE802. 11系列标准，IEEE 802. 16系列标准，3GPP LTE标准等。在无线通信系统中，发送端的自适应编码调制，接收端的相干检测和译码都需要知道收发天线间的信道信息，因此信道估计成为无线通信系统的关键技术之一。为了获得无线信道的频率响应，最常用的方法是导频辅助的信道估计算法，即利用导频信号对信道在时频空间的不同点上进行采样，然后再采用插值滤波得到整个信道的频率响应值完成信道估计。因此，为了获得最优的信道估计性能，导频设计就变得至关重要，导频的时频域间隔和导频位置都成为影响整个系统性能的重要因素。
发明内容
本发明的目的在于提供一种OFDM系统中导频信号的设计方法及系统，基于本发明，可以使收发端能更好地跟踪信道函数，更好地适应信道特性，从而提高系统吞吐量。一方面，本发明公开了一种OFDM系统中导频信号的设计方法，包括如下步骤相干时间和相关带宽计算步骤，确定OFDM系统的无线信道模型，计算该无线信道模型的相干时间和相关带宽；时频域密度确定步骤，确定表征所述导频信号时、频域密度的时、频域间隔；其中，导频信号频域间隔小于所述相关带宽，导频信号时域间隔小于所述相干时间； 时、频域导频信号数量确定步骤，根据所述导频信号时域间隔，确定帧结构内时域导频信号数量为m个；根据所述导频信号频域间隔，确定帧结构内的频域导频信号数量为η个；其中，m和η为自然数；一维时域导频位置组合确定步骤，将时域上的第一个导频信号设置在第一个OFDM符号，将其余(m-1)个导频信号均勻地分布在整个时域内，列举出所有可能的一维时域导频位置组合；一维频域导频位置组合确定步骤，在频域上列举所有满足所述导频信号频域间隔要求的一维频域导频位置组合，要求η个导频信号均勻分布在整个频域内；二维导频图样确定步骤，基于所述一维时域导频位置组合和一维频域导频位置组合，通过穷举法，确定排列组合而成的所有二维导频图样；信道估计步骤，对于每一个二维导频图样，基于二维维纳滤波器作信道估计；最优导频图样确定步骤，对于排列组合而成的所有二维导频图样，计算每一个二维导频图样的信道估计值与实际信道的均方误差；将均方差最小的导频图样确定为最优导频图样。
上述OFDM系统中导频信号的设计方法中，所述相干时间和相关带宽计算步骤中， 所述相干时间为最大多普勒频移的倒数，所述相关带宽为最大多径时延的倒数。上述OFDM系统中导频信号的设计方法中，所述时频域密度确定步骤中，所述导频信号的时域密度是由下式确定
权利要求
1.一种OFDM系统中导频信号的设计方法，其特征在于，包括如下步骤相干时间和相关带宽计算步骤，确定OFDM系统的无线信道模型，计算该无线信道模型的相干时间和相关带宽；时频域密度确定步骤，确定表征所述导频信号时、频域密度的时、频域间隔；其中，导频信号频域间隔小于所述相关带宽，导频信号时域间隔小于所述相干时间；时、频域导频信号数量确定步骤，根据所述导频信号时域间隔，确定帧结构内时域导频信号数量为m个；根据所述导频信号频域间隔，确定帧结构内的频域导频信号数量为η个； 其中，m和η为自然数；一维时域导频位置组合确定步骤，将时域上的第一个导频信号设置在第一个OFDM符号，将其余(m-Ι)个导频信号均勻地分布在整个时域内，列举出所有可能的一维时域导频位置组合；一维频域导频位置组合确定步骤，在频域上列举所有满足所述导频信号频域间隔要求的一维频域导频位置组合，要求η个导频信号均勻分布在整个频域内；二维导频图样确定步骤，基于所述一维时域导频位置组合和一维频域导频位置组合， 通过穷举法，确定排列组合而成的所有二维导频图样；信道估计步骤，对于每一个二维导频图样，基于二维维纳滤波器作信道估计； 最优导频图样确定步骤，对于排列组合而成的所有二维导频图样，计算每一个二维导频图样的信道估计值与实际信道的均方误差；将均方差最小的导频图样确定为最优导频图样。
2.根据权利要求1所述的OFDM系统中导频信号的设计方法，其特征在于，所述相干时间和相关带宽计算步骤中，所述相干时间为最大多普勒频移的倒数，所述相关带宽为最大多径时延的倒数。
3.根据权利要求2所述的OFDM系统中导频信号的设计方法，其特征在于，所述时频域密度确定步骤中，所述导频信号的时域密度是由下式确定
4.根据权利要求1所述的OFDM系统中导频信号的设计方法，其特征在于，所述信道估计步骤中，基于最小均方误差的准则设计二维维纳滤波器。
5.一种OFDM系统中导频信号的设计系统，其特征在于，包括相干时间和相关带宽计算模块，用于确定OFDM系统的无线信道模型，计算该无线信道模型的相干时间和相关带宽；时频域密度确定模块，用于确定表征所述导频信号时、频域密度的时、频域间隔；其中，导频信号频域间隔小于所述相关带宽，导频信号时域间隔小于所述相干时间；时、频域导频信号数量确定模块，用于根据所述导频信号时域间隔，确定帧结构内时域导频信号数量为m个；根据所述导频信号频域间隔，确定帧结构内的频域导频信号数量为η 个；其中，m和η为自然数；一维时域导频位置组合确定模块，用于将时域上的第一个导频信号设置在第一个OFDM 符号，将其余(m-Ι)个导频信号均勻地分布在整个时域内，列举出所有可能的一维时域导频位置组合；一维频域导频位置组合确定模块，用于在频域上列举所有满足所述导频信号频域间隔要求的一维频域导频位置组合，要求η个导频信号均勻分布在整个频域内；二维导频图样确定模块，用于基于所述一维时域导频位置组合和一维频域导频位置组合，通过穷举法，确定排列组合而成的所有二维导频图样；信道估计模块，用于对于每一个二维导频图样，基于二维维纳滤波器作信道估计；最优导频图样确定模块，用于对于排列组合而成的所有二维导频图样，计算每一个二维导频图样的信道估计值与实际信道的均方误差；将均方差最小的导频图样确定为最优导频图样。
6.根据权利要求5所述的OFDM系统中导频信号的设计系统，其特征在于，所述相干时间和相关带宽计算模块中，所述相干时间为最大多普勒频移的倒数，所述相关带宽为最大多径时延的倒数。
7.根据权利要求5所述的OFDM系统中导频信号的设计系统，其特征在于，所述时频域密度确定模块中，所述导频信号的时域密度是由下式确定
8.根据权利要求5所述的OFDM系统中导频信号的设计系统，其特征在于，所述信道估计模块中，基于最小均方误差的准则设计二维维纳滤波器。
全文摘要
本发明公开了一种OFDM系统中导频信号的设计方法及系统。该方法首先根据信道的最大多径时延和最大多普勒频移来确定导频符号的时域和频域间隔，并利用穷举法列举所有可能的导频图样，最终根据估计信道和实际信道的均方误差(Mean Square Error，MSE)结果得到最优的导频图样。利用仿真曲线验证最优导频的优越性，仿真结果表明应用本发明所设计的最优导频图样的OFDM系统，在相同系统开销的情况下，具有最好的误码率(Bit Error Rate，BER)性能，这一点在高速移动场景中更为明显。
文档编号H04L25/02GK102195906SQ201110168309
公开日2011年9月21日 申请日期2011年6月22日 优先权日2011年6月22日
发明者孙乐, 杨维, 许昌龙, 顾德依 申请人:北京交通大学