基于导频间隔优化的导频位置确定方法及收发装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于导频间隔优化的导频位置确定方法及收发装置。所述方法为根据导频在无线系统中如何更好的用来做采样频率同步和剩余相位跟踪来优化导频位置。根据方法得到了较优的导频位置后，发射端在相应导频位置处插入导频序列，接收端已知导频位置及序列，信道均衡后通过与本地序列做相干检测对偏差进行跟踪。针对上述方法，本发明还提出了无线系统中导频相关模块的收发装置。在不提高系统复杂度的情况下，更好的确定了导频位置，本发明对系统性能有显著提升。
【专利说明】基于导频间隔优化的导频位置确定方法及收发装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及基于导频间隔优化的导频位置确定方法及收发装置，属于无线通信系 统【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 在无线局域网（Wireless Local Area Network，WLAN)电气与电子工程师协会 (Institute of Electrical and Electronic Engineers, IEEE) 802. 11 正交步页分复用 (Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)系统中，导频主要用来做米样频 率同步和剩余相位跟踪。接收端在采样时会产生小数偏移，必须在频域用导频进行采样频 率校正，经过载波频偏校正后的数据仍有一定的残余偏差，这些残余偏差将会引起数据的 相位偏移，利用导频进行剩余相位跟踪。导频子载波上采样频率偏差相当于对每个子载波 上频率偏差的抽样，在样本数目一样且等间隔的前提下，样本抽样分布越均匀，越能代表总 体的实际情况。
[0003] 由于IEEE 802. 11系统中空子载波的存在，导频均采用非均匀插入，但导频间的 间隔保持一致或在间隔一致的基础上通过选择得到。以IEEE 802. llad协议（2. 16GHz带 宽）中每个OFDM符号共有512个子载波，分布在-256到255的位置上，其中导频子载波 16个，位置分别为{±10, ±30, ±50, ±70, ±90, ±110, ±130, ±150}，导频子载波间隔为 20 〇
[0004] 在IEEE 802. 110FDM系统中，导频主要用来做采样频率同步和剩余相位跟踪。所 估计的采样频率偏差与预添加采样频率偏差差值越小，剩余相位偏差与预添加剩余相位偏 差差值越小，估计就越精确，反映在无线系统中的就是性能的改善。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种基于导频间隔优化导频位置的方法及发 射接收装置，使采样频率偏差估计更准确，通过对导频位置的调整更好的进行采样频率同 步和剩余相位跟踪，在不会影响系统吞吐量的前提下进一步改善系统性能。
[0006] 本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0007] 一方面，本发明提供基于导频间隔优化的导频位置确定方法，包括以下步骤：
[0008] 步骤1，根据IEEE 802. 11系统中子载波的分布情况，确定导频间隔的取值集合；
[0009] 步骤2,对步骤1中导频间隔的取值集合中的导频间隔，得出对应的导频位置序列 及其集合；
[0010] 步骤3,将采样频率偏差的取值集合和步骤2中导频位置序列的集合做直积，估 计各个空间数据流的采样频率偏差和剩余相位偏差，并统计采样频率偏差的归一化均方误 差；
[0011] 步骤4,从步骤1中导频间隔的取值集合中，选取使步骤3中采样频率偏差的归一 化均方误差最小的导频间隔，此导频间隔对应的导频位置序列集合中的导频位置序列即为 最优导频位置序列。
[0012] 作为本发明的进一步优化方案，上述基于导频间隔优化的导频位置确定方法，具 体步骤如下：
[0013] 步骤1，根据IEEE 802. 11系统中子载波的分布情况，确定导频间隔的取值集合， 具体为：
[0014] 在取值范围
【权利要求】
1. 基于导频间隔优化的导频位置确定方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1，根据IEEE 802. 11系统中子载波的分布情况，确定导频间隔的取值集合； 步骤2,对步骤1中导频间隔的取值集合中的导频间隔，得出对应的导频位置序列及其 集合； 步骤3,将采样频率偏差的取值集合和步骤2中导频位置序列的集合做直积，估计各个 空间数据流的采样频率偏差和剩余相位偏差，并统计采样频率偏差的归一化均方误差； 步骤4,从步骤1中导频间隔的取值集合中，选取使步骤3中采样频率偏差的归一化均 方误差最小的导频间隔，此导频间隔对应的导频位置序列集合中的导频位置序列即为最优 导频位置序列。
2. 根据权利要求1所述的基于导频间隔优化的导频位置确定方法，其特征在于，具体 步骤如下：
步骤1，根据IEEE 802. 11系统中子载波的分布情况，确定导频间隔的取值集合，具体 为： 内得到导频间隔d的取 值集合D = {屯，d2,…，dm}，其中，dt表示导频子载波间隔，t = 1，2,…，m，m表示集合D的 元素个数；ND。为直流空子载波数，NSP为导频子载波数，NSD为每个OFDM符号内的数据子载 波数；U表示向下取整；m〇d2表示除2的余数； 步骤2,对步骤1中导频间隔的取值集合中的导频间隔，得出对应的导频位置序列及其 集合，具体为： 导频在子载波序列上成对称、等间隔分布的条件下，导频子载波位置匕用导频间 隔d表示为Av
，i = 1，2，"、NSP，对得到对应的导频位置序列 1=?為》…，AYwJ，导频位置序列集合为b = ，…，bm}，集合B元素个数与集合D元 素个数相等； 步骤3,将采样频率偏差的取值集合和步骤2中导频位置序列的集合做直积，估计各个 空间数据流的采样频率偏差和剩余相位偏差，并统计采样频率偏差的归一化均方误差，具 体为： 令采样频率偏差的取值集合为S= {Sl，s2，…，sn}，其中，&为#在满足均值为0、方 差为σ 2的高斯分布上随机取值，#的取值范围为[-1/2, 1/2]，η表示集合S的元素个数， 1 = 1，2,…n ;S和Β的直积表示为eS RVb, eB卜则SXB中的每个元素 对应仿真中选取的一种采样频率偏差和导频位置序列的组合，估计各个空间数据流的采样 频率偏差和剩余相位偏差，并统计采样频率偏差的归一化均方误差； 步骤4,从步骤1中导频间隔的取值集合D中，选取使步骤3中采样频率偏差的归一化 均方误差最小的导频间隔，此导频间隔对应的导频位置序列集合B中的导频位置序列即为 最优导频位置序列。
3.根据权利要求2所述的基于导频间隔优化的导频位置确定方法，其特征在于，步骤3 中估计采样频率偏差和剩余相位偏差，具体如下： 不考虑噪声影响的情况下，令发送端发送的导频序列为x=
妾收端 接收的导频序列为y
* ki表示导频子载波位置即第i个导频的对应位 置是第k个子载波，％,表示其对应的频域信道，则第ki个导频子载波上的采样频率偏差# 和剩余相位偏差#的模型如下：
(1) 其中，NFFT表示一个OFDM符号内的子载波数；j为虚数； 信道均衡后，导频子载波处做相干检测得到的相位偏差为：
(2)
，z表示求相位值，（· Γ1表示求逆，（· Γ表示求共轭； 对于NSP个导频子载波，设
示一个大小为NSPX1的全1向量，则：§ = + ，根据最小二乘准则使
最小化，分别对(S和#求偏导并令偏 导式等于0,得到一个OFDM符号内的采样频率偏差估计值Μ和剩余相位偏差估计值，分别 为：
其中，（·）τ表示求转置，（·）2表示求平方； ? Μ 将先=μ一一^ ^带入公式3,得到用导频间隔d表示的估计的采样频率偏差和剩余 \ 2 J 相位偏差为：
又，导频位置关于0对称分布，S
?将公式4简化为
(5)
4. 根据权利要求2所述的基于导频间隔优化的导频位置确定方法，其特征在于，步骤4 中使采样频率偏差的归一化均方误差最小的导频间隔^的表达式为：
其中，argmin{ ·}表示使得括号内取值最小的参数取值，| · |表示取绝对值，E[ ·]表
表示采样频率偏差的归一化均方误差。
5. 无线系统中导频相关模块的收发装置，其特征在于，包括发送机和接收机，其中，发 送机包括导频位置优化模块、插入导频模块，接收机包括相位跟踪模块、去导频模块； 所述导频位置优化模块，用于在对称、等间隔插入导频的前提下，按照如权利要求1所 述的基于导频间隔优化的导频位置确定方法，通过仿真优化出导频位置序列； 所述插入导频模块是根据导频位置优化模块得出的导频位置序列，插入导频补零得到 完整的OFDM符号组成空间数据流输出； 所述相位跟踪模块是对导频位置优化模块估计出的采样频率偏差和剩余相位偏差值， 做最小二乘估计得到每个OFDM符号的估计采样频率偏差和剩余相位偏差值，对每个OFDM 符号去采样频率偏差和剩余相位偏差； 所述去导频模块是根据导频位置优化模块得出的导频位置序列去除导频子载波和空 子载波，得到只含有数据的空间数据流输出。
【文档编号】H04L25/02GK104301275SQ201410452513
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月5日 优先权日:2014年9月5日
【发明者】王海明, 田琳, 何世文, 王宇, 黄永明, 张军 申请人:江苏中兴微通信息科技有限公司