本发明涉及多天线环境下接收系统设计，特别涉及一种自适应正交恢复空频编码方法。
背景技术：
随着移动通信应用的不断发展和扩大，在一些特殊的场合(例如高速铁路)，要求在快速移动的情况下能够实现数据的高速传输。典型高速移动场景包括高速列车(highspeedtrain,hst)，车联网(vehicletox,v2x)以及空中交通管理(airtrafficmanagement,atm)。陆地高速移动通信系统主要包括高速列车和车联网。现今的高速列车可以达到350km/h的时速，在未来5年内可能达到600km/h～1000km/h。现有的车联网系统在6ghz的载频下支持高达140k/m的绝对速度和280km/h的相对速度。在未来的5g中，ev2x系统将支持在mm波段(30ghz～70ghz)载波频率下的200km/h绝对速度。另一方面，高速移动场景中通常采用属于同一逻辑单元的多个远程无线单元(remoteradiounits,rru)/路边单元(roadsideunits,rsu)的网络部署方案，这种部署方案能够有效地减少hst/v2x中的切换发生频率。在目前的hst网络部署中，一个逻辑单元通常包含3～5个路边单元。该部署方案意味着列车或者车辆会接收到来自相同逻辑单元内的同一个bbu控制的多个rru/rsu发送的相同信号。
在无线系统中，空间分集和空间复用能够抑制信道衰弱和增大系统容量，因此通常被用作提高系统性能的方法。考虑到高速移动场景，来自快速时变信道的衰弱将成为严重影响系统性能的因素之一。在空间分集技术中，空时码或空频码与正交频分复用(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing，ofdm)技术的复用因其较高的频谱效率和抗多径衰弱特性而被广泛地研究。正交码的优点在于系统无需知道发射端的信道情况，简单的线性处理便可以在接收端恢复信号，而且正交码的正交特性抑制了平坦衰弱下码间干扰的产生。
然而，在高速移动情况下，信道呈现出显著的时变性，在相邻ofdm符号上使用空间时间块编码(spacetimeblockcoding,stbc)将会导致系统性能的损失，空间频率块编码(spacefrequencyblockcoding,sfbc)则被更广泛地应用。当天线之间的距离较近时，我们可以假设同一ofdm符号内的相邻子载波上的信道频率响应系数是大致相同的。当信道发生频率选择性衰弱时，上面的假设将不再成立，并且会出现码间干扰(inter-symbolinterference,isi)。同一ofdm符号内子载波间的非正交性同样会在sfbc-ofdm系统中引发波间干扰(inter-carrierinterference,ici)。由于码间干扰和波间干扰的影响，接收信号无法在接收端被很好地分离，整个系统的性能也将会被严重地影响。
综上，本发明针对上述现有技术的缺陷及市场需求，开发出一种自适应正交恢复空频编码方法。
技术实现要素：
本发明针对现有技术的不足，提出了一种自适应正交恢复空频编码方法。本发明的自适应正交恢复空频编码方法具有大幅度提高了系统信噪比，误码率和分集增益等性能。
为了达到上述的目的，本发明采取以下技术方案：
一种自适应正交恢复空频编码方法，包括如下步骤：
步骤1：根据车辆行驶速度和行驶方向等因素，对不同天线发出信号的到达时间差进行预估计，以估计时延δtl为中心点构建时延估计环；
步骤2：利用时延因子对预编码矩阵中的元素进行不同程度的相位旋转，用于补偿时延造成的信道非正交性，在一个时隙同个ofdm码元不同子载波上，根据上一步骤中时延估计环所得的两个时延，对导频信号进行预编码；
步骤3：利用接收端解码后的信号进行信道估计，使用信道脉冲响应的共轭对接收信号进行解码；
步骤4：接收端利用时延估计判断环，对估计时延的准确性进行判断；
步骤5：发送端根据反馈值，对tdoa进行修正。
进一步地，所述自适应正交恢复空频编码方法具体包括以下步骤：
步骤1：根据车辆行驶速度和行驶方向等因素，对不同天线发出信号的到达时间差进行预估计，即
式中(p,q)为二维地理位置坐标中目标节点的当前位置，(pl,ql)为二维地理位置坐标中第l个天线的位置，c为电磁波传播速度，η为时延估计误差。
以估计时延δtl为中心点构建时延估计环，即
其中ts为ofdm码元周期，m为估计环的半径，m的具体数值可通过仿真确定。
步骤2，本发明利用时延因子对预编码矩阵中的元素进行不同程度的相位旋转，用于补偿时延造成的信道非正交性。在一个时隙同个ofdm码元不同子载波上，根据上一步骤中时延估计环所得的两个时延，对导频信号进行预编码，即
利用时延估计环得到的传输时延δtf,l，δts,l对导频序列进行如下预编码
其中矩阵的行表示不同的子载波，列表示不同的天线,x和x*分别表示发送符号和发送符号的共轭，j为虚数单位；接收机的同步位置与来自第1根天线的信号对齐，即δtf,0＝0，δts,0＝0。
步骤3，利用接收端解码后的信号进行信道估计，采用最小方差估计(lse)，算法如下：
其中hk为第k个子载波上的信道脉冲响应，xp为发送的参考符号序列，
由于预编码补偿了时延，恢复了信道之间的正交性，从而本方法可以直接使用信道脉冲响应的共轭对接收信号进行解码，即
其中
步骤4，接收端利用时延估计判断环，对估计时延的准确性进行判断。在同个ofdm符号的导频上使用不同预编码的序列分别进行相关运算，根据相关峰的大小对tdoa估计值偏大还是偏小进行辨别，并将相关峰δr(0)返回给发送端，即
δr(n)＝rf(n)-rs(n)
其中df，ds分别为使用了时延因子δtf,l，δts,l进行预编码的导频序列部分，n为导频序列的总长度。图2显示了接收端时延估计判断环。
步骤5，发送端根据反馈值，对tdoa进行修正。如果反馈值δr(0)大于0，则说明估计时延过大，需对估计时延进行减少处理；如果反馈值δr(0)小于0，则说明估计时延过小，需对估计时延进行增大处理，即
其中δtc,l表示修正后第l根天线的估计时延。ts为ofdm码元长度，σ为时延调整步长。时延调整步长的大小与车辆行驶速度v(km/h)以及天线之间的距离l(m)相关，即
其中天线间的距离l我们可以通过第m，n根天线在二维地理位置坐标中的坐标(pm,qm)，(pn,qn)得到
利用修改后的时延对发送信号进行预编码
本发明有益效果如下：
(1)本发明在同一导频符号上的不同子载波进行了不同的预编码操作。减小了空口上数据传输的冗余度，不需要导频符号在时间上是连续的，而且导频符号之间的时间间隔也比传统方法要大，可以减小无线信道上数据传输的冗余度；
(2)本发明利用车辆提供的位置、速度信息对时延进行估计，并利用估计时延对预编码举证中的元素进行不同程度的相位旋转，用于补偿时延造成的信道非正交性。并且通过接收端使用时延估计判断环对估计时延进行自适应地调整，大幅度提高了系统信噪比，误码率和分集增益等性能。
附图说明
图1为基于lte标准构建的新型导频编码图；
图2为接收端时延估计判断环；
图3为本发明整个方案的流程图。
具体实施方式
以下具体实施例是对本发明提供的方法与技术方案的进一步说明，但不应理解成对本发明的限制。
一种自适应正交恢复空频编码方法，图3是本发明的流程图，具体包括如下步骤：
步骤1：根据车辆行驶速度和行驶方向等因素，对不同天线发出信号的到达时间差进行预估计，即
式中(p,q)为二维地理位置坐标中目标节点的当前位置，(pl,ql)为二维地理位置坐标中第l个天线的位置，c为电磁波传播速度，η为时延估计误差。
以估计时延δtl为中心点构建时延估计环，即
其中ts为ofdm码元周期，m为估计环的半径，m的具体数值可通过仿真确定。
步骤2，本发明利用时延因子对预编码矩阵中的元素进行不同程度的相位旋转，用于补偿时延造成的信道非正交性。在一个时隙同个ofdm码元不同子载波上，根据上一步骤中时延估计环所得的两个时延，对导频信号进行预编码，即
利用时延估计环得到的传输时延δtf,l，δts,l对导频序列进行如下预编码
其中矩阵的行表示不同的子载波，列表示不同的天线,x和x*分别表示发送符号和发送符号的共轭，j为虚数单位；接收机的同步位置与来自第1根天线的信号对齐，即δtf,0＝0，δts,0＝0。
步骤3，利用接收端解码后的信号进行信道估计，采用最小方差估计(lse)，算法如下：
其中hk为第k个子载波上的信道脉冲响应，xp为发送的参考符号序列，
由于预编码补偿了时延，恢复了信道之间的正交性，从而本方法可以直接使用信道脉冲响应的共轭对接收信号进行解码，即
其中
步骤4，接收端利用时延估计判断环，对估计时延的准确性进行判断。在同个ofdm符号的导频上使用不同预编码的序列分别进行相关运算，根据相关峰的大小对tdoa估计值偏大还是偏小进行辨别，并将相关峰δr(0)返回给发送端，即
δr(n)＝rf(n)-rs(n)
其中df，ds分别为使用了时延因子δtf,l，δts,l进行预编码的导频序列部分，n为导频序列的总长度。
步骤5，发送端根据反馈值，对tdoa进行修正。如果反馈值δr(0)大于0，则说明估计时延过大，需对估计时延进行减少处理；如果反馈值δr(0)小于0，则说明估计时延过小，需对估计时延进行增大处理，即
其中δtc,l表示修正后第l根天线的估计时延。ts为ofdm码元长度，σ为时延调整步长。时延调整步长的大小与车辆行驶速度v(km/h)以及天线之间的距离l(m)相关，即
其中天线间的距离l我们可以通过第m，n根天线在二维地理位置坐标中的坐标(pm,qm)，(pn,qn)得到
利用修改后的时延对发送信号进行预编码
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求保护范围内。