CN101394262A - 正交频分复用系统中的导频传输方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了正交频分复用系统中的导频传输方法和装置。本发明方法包括：获取数据传输过程中预设因素的参数，并选取所述参数对应的导频图案，所述预设因素至少基于业务的服务质量；将所选取的导频图案的标识通过信令进行传输。所述导频传输方法和装置，具有较低的开销和实现复杂度，至少能够适应OFDM系统中不同业务对导频设计的要求。

Description

正交频分复用系统中的导频传输方法和装置

技术领域

本发明涉及正交频分复用(OFDM，Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing)技术领域，尤其涉及OFDM系统中的导频传输方法和装置。

背景技术

由于OFDM系统一般采用相干解调，当系统采用相干解调时，必须进行信道估计。在实际应用中，OFDM系统通常采用基于导频的信道估计方法，即在发射数据流中插入导频信号，接收端提取导频信号，从而得到导频上的信道响应，再利用插值的方法估计其他数据载波位置上的信道响应，导频设计的目标是以较低的实现复杂度和开销获得较好的信道估计性能。

导频图案是指导频分布的结构，导频图案的选择是OFDM系统的重要参数，它直接影响到信道估计结果的精度和系统最大的数据传输速率。例如，在发射端插入的导频数过长会影响通信的速率，导频数过短又不能有效地估计出信道参数。导频图案选择的重要依据是信道的最小相干带宽、最小相干时间以及信道估计算法，其中，最小相干带宽与最大多径时延有关，最小相干时间与最大多普勒频移有关。导频符号是专门用于做导频的符号，时域内导频符号的放置必须使信道估计器能够跟上信道传输函数的变化，而又不过多地增加系统的额外开销，需要控制导频密度，导频密度即指时域或者频域导频之间的间隔。导频密度的下限由二维奈奎斯特(Nyquist)采样定理确定。设频域方向导频间隔为N_F，最大多径时延为τ_max，子载波间隔为Δ_F，时域方向导频间隔为N_T，最大多普勒频移为f_Dmax，OFDM符号周期为T，则根据采样定理要求N_F和N_T应该满足以下条件：

${\mathrm{\τ}}_{\max }{\mathrm{\Δ}}_F{N}_F\≤\frac{1}{2};$ $f_{D\max }{\mathrm{TN}}_T\≤\frac{1}{2};$

目前，业界提出了一些导频设计指导准则，现归纳如下：

1)设无噪声信道的长度为L，子载波总数为K时，可以用L个导频准确地估计出信道；

2)当L各导频等间距分布时，信道的最小均方误差最小；

3)当信道为时变信道时，在每一帧符号中等距插入导频的方案比在时域上周期性地插入导频的均方误差要小；

4)导频必须等能量；

5)不同OFDM符号的导频等间隔交错分布比矩形分布信道的均方误差要小；

6)不同发射天线的导频互相正交。

这些准则只是一些理论上的指导原则，离实际应用还有一定距离。

现有技术中应用的一种导频设计方案如下：对于快速傅立叶变换(FFT，Fast Fourier Transform)点数大于等于512点的情况，提供了3种专用的导频格式，其中，格式0是缺省的导频图案，能够支持秩等于3的情况；格式1用于支持高时延扩展信道，格式2用于支持秩等于4的情况。参照图1，为现有技术一中的专用导频图案，其中，黑色方格表示导频符号，白色方格表示数据符号。三种导频图案均支持FFT点数大于等于512点以上的情况，FFT点数表示子载波的数目，图中只显示了其中16个子载波的情况。而秩不同，代表支持的天线数目不同。格式0、格式2与格式1在频域上的导频密度不同，反映了支持频域选择性衰落快慢的不同，即多径数目不同。对于FFT点数小于512点的情况，只提供格式0和格式1两种导频图案，参照图1中的格式0和格式1。

在实现本发明的过程中，发明人发现上述导频设计方案虽然考虑了不同天线模式，不同多径的情况，但是无法适应OFDM系统对导频设计图案的其他要求。例如，无法满足不同业务对服务质量(QoS，Quality of Service)的要求，也无法适应不同的信道质量。

现有技术中还有另一种技术方案，具体如下：在802.16e协议中，定义了自适应编码调制(AMC，Adaptive Modulation and Coding)这种子载波分配模式，AMC的基本分配单位为bin，一个bin由一个OFDM符号中的9个连续的子载波组成，参照图2，为现有技术二中bin的结构示意图，其中，n表示符号索引，写有“导频”字样的框格为用作导频符号的子载波，即：每个OFDM符号的第9k+3m+1个子载波被用作导频，其中k为子载波索引，m＝n mod 3。

在实现本发明的过程中，发明人发现，由于AMC区中的导频是固定导频，即导频的位置和开销是固定的，这种设计方案不能满足OFDM系统对不同场景的要求，例如，当图2所示的这种导频图案为高速移动场景而设计时导频开销比较大，当用户低速移动时实际上这么大的开销是不必要的，而当导频图案为低速移动场景而设计时导频开销比较小，但是不能满足高速移动信道估计性能的要求。

总之，上述两个导频设计方案都无法满足OFDM系统在不同情况下的需要，不是完全的自适应设计。

发明内容

本发明实施例要解决的技术问题是提供OFDM系统中的导频传输方法和装置，能够适应于OFDM系统对导频设计的更多要求。

本发明实施例的一个方面提供了一种OFDM系统中导频传输的方法，该方法包括：

获取数据传输过程中预设因素的参数，并选取所述参数对应的导频图案，所述预设因素至少基于业务的服务质量；

将所选取的导频图案对应的标识通过信令进行传输。

本发明实施例的另一方面提供了一种发射装置，该发射装置包括：导频图案信息存储单元、参数获取单元、导频图案选取单元、导频图案标识发送单元，其中：

导频图案信息存储单元，保存导频图案及导频图案对应的标识；

参数获取单元，获取数据传输过程中预设因素的参数，所述预设因素至少基于业务的服务质量；

导频图案选取单元，根据参数获取单元所获取的参数，选取所述参数所对应的导频图案；

导频图案标识发送单元，将所选取的导频图案的标识通过信令进行发送。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例在设计导频图案时至少考虑了业务的服务质量因素，对服务质量要求不高的业务的导频具有较低的开销，对服务质量要求较高的业务具有较高的开销，从而使得所传输的导频至少能够适应OFDM系统的对不同的业务的要求，并且由于只是将所选取的导频的标识进行传输，因此具有较低的开销和实现复杂度，至少可以适应OFDM系统中不同业务对导频设计的要求。

附图说明

图1为现有技术一中的专用导频图案；

图2为现有技术二中bin的结构示意图；

图3为本发明实施例中导频传输方法较佳实施例流程图；

图4为本发明实施例中导频传输方法较佳实施例中设计的导频图案一；

图5为本发明实施例中导频传输方法较佳实施例中设计的导频图案二；

图6为本发明实施例中导频传输方法较佳实施例中设计的导频图案三；

图7为本发明实施例中基站结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了OFDM系统中导频传输的方法和装置，在本发明实施例进行导频传输的过程中，通过获取数据传输过程中预设因素的参数，选取所述参数对应的导频图案，其中，所述预设因素至少基于业务的服务质量(QoS，Quality of Service)，并将所选取的导频图案对应的标识通过信令进行传输。

为使本发明实施例的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下参照附图，通过一个较佳的实施例进行详细说明。

参照图3，为本发明实施例中导频传输方法较佳实施例流程图，以下通过具体步骤进行详细说明：

31、根据预设因素预先设计多种导频图案，所述预设因素至少基于业务的服务质量，保存导频图案及其对应的标识；

从导频设计来说，不同业务对物理层性能的要求不尽相同，例如网际协议承载语音(VoIP，Voice over IP)业务对误块率(BLER，Block Error Rate)要求相对来说不高，而尽力交付(BE，Best Effort)业务对BLER要求就很高，从而不同业务对信道估计性能的要求也不尽相同，即导频图案应该自适应于不同业务的QoS。导频图案的总体开销比较大，适合业务的QoS要求比较高；而导频图案的总体开销比较小，适合业务的QoS要求比较低的情况。可以设计不同开销的导频图案来满足OFDM系统对业务的QoS的要求。

为了适应更多OFDM系统对信道估计性能的要求，还可以考虑更多的因素，例如：对于相同QoS业务的数据流来说，对应相应的信道估计性能，由于信道变化和多普勒频移的不同，为了维持恒定的信道估计性能，导频图案也应该自适应于信道质量指示(CQI，Channel Quality Index)，CQI能够说明信道的频率选择性大小和移动速率。

如果为了使导频设计自适应于业务的QoS的同时，还适应CQI，导频图案的设计可以基于如下因素：

1)信道的频率选择性；

该参数影响频率上信道的变化，反映了频域上选择性衰落快慢的不同，即频率轴上的导频密度，通过多径数目的多少来体现。

2)移动速率；

移动速率的高低影响时间上信道的变化，即时间轴上的导频密度。

3)多输入多输出(MIMO，Multiple Input Multiple Output)模式；

即考虑实际的天线数目，天线模式。

4)业务的QoS。

基于不同业务的QoS设计不同的导频图案，可以设计至少一个总体开销比较大的导频图案，以适应业务的QoS对信道的估计性能要求比较高时的情况；相应地，可以设计至少一个总体开销比较小的导频图案，以适应业务的QoS对信道估计性能要求不高时的情况。

在设计导频图案时，除了考虑业务的QoS外，还可以基于业务的CQI等其他因素设计不同的导频图案。可以理解的是，也可以仅仅考虑不同业务的CQI设计不同的导频图案。

基于不同业务的CQI设计不同的导频图案，预先设计至少一个能够满足较高CQI的导频图案，同时，设计至少一个满足较低CQI的导频图案。

参照图4至图6，为本实施例假设一个AMC的配置为1 x 6的结构，即频域子载波数目为9，时域OFDM符号数目为6，基于上述因素所设计的三种不同的导频图案，在所设计的这三种导频图案中，“导频1”所在导频符号用于天线一的相干解调，“导频2”所在导频符号用于天线二的相干解调。如果只有一根天线，“导频1”或“导频2”所在位置可以不插导频，用于承载数据符号。可见，在所设计的不同导频图案中，可以考虑不同的MIMO模式，即考虑天线模式和天线数目。

其中，图4为本发明实施例中导频传输方法较佳实施例中设计的导频图案一，相对于图5和图6中的导频图案，频域上导频比较密，适合信道的频率选择性衰落变化比较快的场景；而时域上导频比较稀，适合移动速度比较低的应用场景；同时，由于总体开销比较大，因此适合业务的QoS要求比较高的应用场景。

图5为本发明实施例中导频传输方法较佳实施例中设计的导频图案二，相对于图4和图6中的导频图案，频域上导频比较稀疏，适合信道的频率选择性衰落变化比较慢的应用场景；而时域上导频比较密，所以也适合移动速度比较高的应用场景；又由于该导频图案的总体开销比较大，因此也适合业务的QoS要求比较高时的应用场景。

图6为本发明实施例中导频传输方法较佳实施例中设计的导频图案三，相对于图4和图5中的导频图案，导频总体开销比较小，适合业务的QoS要求比较低的应用场景。

可以理解的是，导频图案的设计不限于以上几种因素，可以根据实际业务或场景对信道估计性能的要求，设计不同的导频图案。

可以设置不同导频图案对不同因素的参数所适用的范围，当然，每个导频图案所适用的不同因素的参数的范围可以根据不同的OFDM系统或业务进行策略调整。

导频图案的标识具体可以为索引号。

由于不同的导频图案可以适应不同场景下OFDM系统对信道估计的要求，因此，可以设置每个导频图案所适用的各种预设因素的范围，当然，这种范围可以根据不同的OFDM系统进行策略调整。

32、获取数据传输过程中预设因素的参数，并选取所述参数所对应的导频图案；

对于基站(BS，Base Station)等导频发射装置来说，所述的数据传输包括上行数据传输和下行数据传输，所谓上行数据传输，是指数据向发送装置方向传输；相应地，下行数据传输，是指发送装置向移动台(MS，Mobile Station)方向传输数据。

对于下行数据传输，可以获取这些预设因素对应的参数，并选取这些预设因素的参数所对应的导频图案。例如，对于BS这种发射装置来说，可以获取业务的QoS和自身所保存的MIMO模式，并可以根据MS上报的CQI，获取该业务相应的信道的频率选择性以及移动速率，从预先保存的导频图案中选取业务的QoS、MIMO模式、信道的频率选择性和移动速率等这些参数所对应的导频图案即可。

例如，通常，CQI代表信噪比(SNR，Signal Noise Ratio)，如果接收到的CQI比较高，就选取比较稀疏的导频图案，如果接收到的CQI比较低，就选择比较密的导频图案。这里所述的导频图案的疏与密是针对时频域总体而言的，实际选择时可以根据具体的系统策略，仅仅考虑信道的频率选择性大小或者移动速率的大小。

也可以基于不同业务的QoS选择不同的导频图案。例如，如果业务的QoS要求信道估计性能比较高，可以选择开销比较大的导频图案，如果业务的QoS要求信道估计性能比较低，可以选择开销比较小的导频图案。

对于上行数据传输，BS可以获取业务的QoS以及自身保存的MIMO模式，BS可以检测得到反向信道质量并根据该反向信道质量获取对应信道的频率选择性、移动速率，并选取业务的QoS、MIMO模式、信道的频率选择性和移动速率各因素的参数所对应的导频图案。

可以理解的是，预设因素可以为其中一种或多种，而在数据传输过程中，也可以仅仅获取其中一种或几种因素的参数，并根据获取的因素的参数选取适应所述因素参数的导频图案。并不表示获取所有预设因素的参数，可以根据具体策略而定。

33、将所选取的导频图案的标识通过信令进行传输。

所选取的导频图案的标识通过信令传输到接收端，对于接收端，同样保存有预先所设计的各种导频图案及其对应的预设因素的参数范围，由于预先设计的有多个导频图案，而接收端只有获知确定的导频图案时才能准确地进行信道估计，因此，需要将所选取的导频图案的标识通过信令传输到接收端。发射端和接收端保存导频图案的标识，而不保存导频图案本身，可以减少系统开销。

所传输的导频图案的标识可以随资源指配消息一起传输，也可以单独传输，其中，承载所述导频图案的标识的信令所在的OFDM符号采用固定导频，即固定位置、固定开销。由于是固定导频，所以能够获取OFDM符号的具体位置，根据这些OFDM符号，解调这些符号承载的信息，进而可以获取其他符号的导频值，以进行信道估计。

从该实施例可以看出，预设因素中至少考虑了业务的服务质量因素，根据预设因素设计不同的导频图案，并根据获取得到的数据传输过程中预设因素的参数，选取出所述参数所对应的导频图案，最后将所选取的导频图案的标识通过信令进行传输，并且由于只是将所选取的导频图案的标识进行传输，因此具有较低的开销和实现复杂度，这种导频传输方案考虑了更多的影响信道估计的因素，至少能够满足不同业务对QoS的要求。

同时，还可以考虑其他因素，设计相应的导频图案，例如，不同场景、不同移动性、不同信道条件的要求，因而可以极大地满足系统需要，适应于OFDM系统对导频设计的更多要求。

可以理解的是，设计的导频图案也并非越多越好，设计的导频图案越多，相应的开销越大，在实际设计时，尽量能以较小的开销来获得较好的信道估计性能，因此，设计几种比较典型的导频图案，能够均衡考虑上述几种主要因素即可。

以上对本发明实施例所提供的方法较佳实施例进行了详细描述，为使本领域普通技术人员更好地理解并实现本发明，以下通过本发明实施例所提供的发射装置作进一步说明。

这种发射装置可以通过对BS进行升级来实现。参照图7，为本发明实施例中BS结构示意图，该BS包括：导频图案信息存储单元71、参数获取单元72、导频图案选取单元73、导频图案标识发送单元74，其中：

导频图案信息存储单元71，保存导频图案及导频图案对应的标识；

参数获取单元72，获取数据传输过程中预设因素的参数，所述预设因素至少基于业务的QoS；

导频图案选取单元73，根据参数获取单元72所获取的参数选取满足要求的导频图案；

导频图案标识发送单元74，将所选取的导频图案的标识通过信令进行发送。

导频图案信息存储单元71所保存的导频图案为根据预设因素设计，预设因素至少要基于业务的QoS。

所设计的导频图案除了基于业务的QoS以外，还可以考虑MIMO模式、信道的频率选择性、移动速率等其他对系统信道估计性能产生影响的因素，以使BS满足对系统对导频设计的更多要求。

其中，MIMO模式与天线模式和天线数目有关；信道的频率选择性即多径的多与少，影响频率上信道的变化，即频率轴上的导频密度；移动速率影响时间上信道的变化，即时间轴上的导频密度。

可以理解的是，导频图案的设计并不仅限于以上因素，任何可以满足不同业务或场景的导频图案均可以加以考虑。

导频图案的标识具体可以为索引号。

在具体实施中，所述的导频信息存储单元71还可以将预先设计的导频图案所适应的因素的参数范围进行保存，以利于导频图案选取单元73快速选取所需要的导频图案。

BS的运行原理是：对于下行数据传输，参数获取单元72获取BS本身所保存的MIMO模式以及业务的QoS，并根据MS上报的CQI获取对应信道的频率选择性、移动速率等参数，导频图案选取单元73根据参数获取单元72获取的参数，从导频图案信息存储单元71中选取出满足信道估计性能要求的导频图案，并通过导频图案标识发送单元74将选取的导频图案的标识通过信令进行发送。

对于上行数据传输，参数获取单元72获取业务的QoS以及BS自身所保存的MIMO模式，并根据检测得到的反向信道质量获取对应信道的频率选择性、移动速率等参数，导频图案选取单元73根据参数获取单元获取的参数，从导频图案信息存储单元71中选取出满足信道估计性能要求的导频图案，并通过导频图案标识发送单元74将选取的导频图案的标识通过信令进行发送。

其中，信令所在的OFDM符号采用固定导频。

从该技术方案可以看出，BS预先保存的不同的导频图案及其对应的标识，并获取数据传输过程中预设因素的参数，选取出适应参数要求的导频图案，最后将所选取的导频图案的标识通过信令进行发送。与现有技术方案相比，这种BS在用于导频设计时考虑了不同业务的QoS对信道估计性能的要求。同时，还可以考虑更多的影响信道估计的因素，例如，不同场景、不同移动性、不同信道条件的要求，因而可以极大地满足系统需要，适应于OFDM系统对导频设计的更多要求。

本领域普通技术人员可以理解的是，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所有的程序可以存储于一计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括如下步骤：

获取数据传输过程中预设因素的参数，并选取所述参数对应的导频图案，所述预设因素至少基于业务的服务质量；

将所选取的导频图案对应的标识通过信令进行传输。

上述提到的存储介质可以是RAM/ROM，磁盘或光盘等。

以上对本发明所提供的OFDM系统中的导频传输方法和装置进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种OFDM系统中导频传输的方法，其特征在于，包括：

获取数据传输过程中预设因素的参数，并选取所述参数对应的导频图案，所述预设因素至少基于业务的服务质量；

将所选取的导频图案对应的标识通过信令进行传输。

2.如权利要求1所述的OFDM系统中导频传输的方法，其特征在于，所述预设因素还包括以下至少一种：

多输入多输出模式、信道的频率选择性、移动速率。

3.如权利要求2所述的OFDM系统中导频传输的方法，其特征在于，所述数据传输为下行数据传输时，获取数据传输过程中预设因素的参数，并选取所述参数所对应的导频图案的步骤具体为：

获取业务的服务质量参数；

并获取多输入多输出模式参数，或/和根据上报的信道质量指示获取对应信道的频率选择性及移动速率中的至少一个参数；

根据获取的所述参数选取对应的导频图案。

4.如权利要求2所述的OFDM系统中导频传输的方法，其特征在于，所述数据传输为上行数据传输时，获取数据传输过程中预设因素的参数，并选取所述参数所对应的导频图案的步骤具体为：

获取业务的服务质量参数；

并获取多输入多输出模式参数，或/和根据反向信道质量获取对应信道的频率选择性及移动速率中的至少一个参数；

根据获取的所述参数选取对应的导频图案。

5.如权利要求1至4任一项所述的OFDM系统中导频传输的方法，其特征在于，所述信令所在的OFDM符号采用固定导频。

6.一种发射装置，其特征在于，包括：导频图案信息存储单元、参数获取单元、导频图案选取单元、导频图案标识发送单元，其中：

导频图案信息存储单元，保存导频图案及导频图案对应的标识；

参数获取单元，获取数据传输过程中预设因素的参数，所述预设因素至少基于业务的服务质量；

导频图案选取单元，根据参数获取单元所获取的参数，选取所述参数所对应的导频图案；

导频图案标识发送单元，将所选取的导频图案的标识通过信令进行发送。

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