CN101938449A - 基于误码率预估的ofdm导频自适应插入方法 - Google Patents

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汪晋宽
韩鹏
韩英华
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汪晋宽
韩鹏
韩英华
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Abstract

本发明公开了一种基于误码率预估的OFDM导频自适应插入方法，包括：S1，设定系统容许的误码率标准、偏差阈值系数、偏差重置阈值系数；S2，提取第一个数据单元的数据进行信道估计，预估系统误码率，确定第二个数据单元中插入导频的导频间隔；S3，提取第K个数据单元中的导频控制信号进行信道估计，K的初值为2；S4，利用得到的信道参数和校正的误码率进行系统误码率预估；S5，根据预估的误码率确定第K+1个数据单元中导频的间隔，并将确定的导频及对应的导频控制信号插入第K+1个数据单元中；S6，K=K+1，执行步骤S3。本发明通过时变信道即时误码率确定每一数据单元插入的导频，从整体上提高了带宽利用率。

Description

基于误码率预估的OFDM导频自适应插入方法
技术领域
本发明涉及移动通信领域，尤其涉及一种基于误码率预估的OFDM导频自适应插入方法。
背景技术
下一代移动通信系统将具有完全自治、自适应的网络结构，能够自适应的进行资源分配，处理变化的业务流和适应不同的信道环境，实现更高质量的多媒体通信。
 OFDM技术因其频谱利用率高和抗多径衰落性能好成为下一代移动通信系统的关键技术之一。另外，信道估计是相干检测OFDM系统的关键技术之一，尤其是基于导频的信道估计以其较好的估计性能和较低的计算复杂度而受到人们的青睐。在OFDM系统中基于导频的信道估计的核心技术是导频设计。
传统的基于导频的信道估计方法的导频设计中，所选用的导频间隔通常是基于实际条件下信道的最坏情况（即快衰落信道）的一个确定的值，在这种方法中，导频间隔无法自适应并且为了达到良好的信道估计性能，插入的导频数目比较多，占用了大量的带宽，导致带宽利用率极低。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种基于误码率预估的OFDM导频自适应插入方法。该方法能够实现导频间隔与信道环境的自适应，并且在误码率满足系统要求的情况下，插入的导频数目减少，整体上提高带宽利用率。
本发明的技术方案：基于误码率预估的OFDM导频自适应插入方法，包括：
S1，设定系统容许的误码率标准
Figure 495430DEST_PATH_IMAGE001
，误码率偏差阈值系数
Figure 417118DEST_PATH_IMAGE002
及偏差重置阈值系数 ;
S2，接收机提取OFDM数据流的第一个数据单元中的数据进行信道估计，并利用信道估计得到的信道参数进行系统误码率预估;
S3，根据预估值确定第二个数据单元中所选用导频的导频间隔；
S4，在第二个数据单元中插入已确定其间隔的导频，同时将此导频间隔对应的导频控制信号反馈到发射机，由发射机将其插入到第二个数据单元中；
S5，接收机提取OFDM数据流的第K个数据单元中的导频控制信号进行信道估计,K的初始值为2；
S6，校正第K-1个数据单元中得到的第K个数据单元的系统误码率的预估值；
S7，利用信道估计得到的信道参数和校正的误码率进行第K+1个数据单元中系统误码率的预估，得到预估值
Figure 12496DEST_PATH_IMAGE004
；
S8，根据预估值确定第K+1个数据单元中所选用导频的导频间隔；
S9，在第K+1个数据单元中插入所确定的导频间隔的导频，并将此导频间隔对应的导频控制信号反馈到发射机，由发射机将其插入到第K+1个数据单元中；
S10，K=K+1，执行步骤S5。
前述的基于误码率预估的OFDM导频自适应插入方法中，步骤S2所述的进行信道估计，是指利用与导频控制信号的数值所对应的导频进行信道估计。
前述的基于误码率预估的OFDM导频自适应插入方法中，步骤S2所述的进行信道估计，对OFDM数据流的第一个数据单元采用最小导频间隔的导频进行信道估计，数据单元中插入导频数目比较多，以保证达到良好的信道估计性能。
前述的基于误码率预估的OFDM导频自适应插入方法中，导频间隔定义为 ，其中，L是非负的导频间隔因子，L的初始值为0，确保导频间隔为正整数，便于发射机插入确定导频间隔的导频信号。
前述的基于误码率预估的OFDM导频自适应插入方法中，步骤S8所述的确定第K+1个数据单元中所选用导频的导频间隔包括：误码率偏差大于偏差区间上限且不超过偏差重置阈值，即
Figure 614302DEST_PATH_IMAGE006
，则L=L-1；
误码率偏差小于偏差区间下限，即
Figure 648117DEST_PATH_IMAGE007
，则L=L+1；
误码率偏差超过偏差重置阈值，即
Figure 281093DEST_PATH_IMAGE008
，则L=1；
误码率偏差在偏差区间内，即
Figure 349543DEST_PATH_IMAGE009
，则L=L。
其中，以上误码率偏差与导频间隔因子的变化关系，表明了导频间隔的变化是以时变信道的信道状况为依据的。
前述的基于误码率预估的OFDM导频自适应插入方法中，所述的L值，若上一数据单元中L=0，则下一数据单元中当误码率偏差大于偏差区间上限且不超过偏差重置阈值时，L的值保持不变，确保了在信道状况比较差时，下一数据单元中插入充分多的导频间隔较小的导频信号，以确保良好的信道估计性能。
  前述的基于误码率预估的OFDM导频自适应插入方法中，步骤S4所述的导频控制信号包括：
误码率偏差大于偏差区间上限且不超过偏差重置阈值，则导频控制信号为01；
误码率偏差小于偏差区间下限，则导频控制信号为10；
误码率偏差超过偏差重置阈值，则导频控制信号为11；
误码率偏差在偏差区间之内，则导频控制信号为00。
以上的这种对应关系，使得接收机能够从提取到的导频控制信号对应得到唯一的某导频间隔的导频信号以进行准确的信道估计。
前述的基于误码率预估的OFDM导频自适应插入方法中，所述的导频间隔必须满足奈奎斯特采样定理，以确保在接收机端能准确无误的恢复出发射信号。
前述的基于误码率预估的OFDM导频自适应插入方法中，所述的导频可以是块状导频，也可以是梳状导频。
前述的基于误码率预估的OFDM导频自适应插入方法中，所述的导频间隔，它的阈值大小由最大多普勒频移、最大时延扩展等信道参数以及带宽、子载波个数、信道个数及具体应用来决定。
与现有技术相比，本发明通过时变信道的即时误码率确定OFDM数据流的每一个数据单元中插入导频的导频间隔，实现了在误码率满足系统要求的情况下，所插入导频的导频间隔与信道环境自适应，即在信道状况较好时，插入导频的导频间隔较大，插入的导频数目较少；在信道状况稍差时，插入导频的导频间隔稍小，插入的导频数目稍多；在信道状态最差时，插入导频的导频间隔最小，插入的导频数目最多。因此，就整个信道状况来说，数据单元中插入的导频数目和现有技术下插入的导频数目相比大大减少，从而极大的提高了带宽利用率。据大量统计表明，采用本发明后，所插入导频的导频间隔自适应信道环境，使得信道带宽利用率提高达30%左右。
附图说明
图1是本发明的一种实施例的方法流程图；
图2是本发明的应用系统方框图；
图3是确定导频间隔的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
本发明的实施例：基于误码率预估的OFDM导频自适应插入方法，方法流程图如图1所示，应用系统方框图如图2所示，该方法具体包括以下步骤：
S1，设定系统容许的误码率标准
Figure 488400DEST_PATH_IMAGE001
，误码率偏差阈值系数
Figure 760244DEST_PATH_IMAGE002
及偏差重置阈值系数 ;
S2，接收机提取OFDM数据流的第一个数据单元中的数据进行信道估计，并利用信道估计得到的信道参数进行系统误码率预估；
S3，根据预估值确定第二个数据单元中所选用导频的导频间隔；
S4，在第二个数据单元中插入已确定其间隔的导频，同时将此导频间隔对应的导频控制信号反馈到发射机，由发射机将其插入到第二个数据单元中；
S5，接收机提取OFDM数据流的第K个数据单元中的导频控制信号进行信道估计,K的初始值为2；
S6，校正第K-1个数据单元中得到的第K个数据单元的系统误码率的预估值；
S7，利用信道估计得到的信道参数和校正的误码率进行第K+1个数据单元中系统误码率的预估，得到预估值
Figure 932916DEST_PATH_IMAGE004
；
S8，根据预估值确定第K+1个数据单元中所选用导频的导频间隔；
S9，在第K+1个数据单元中插入所确定的导频间隔的导频，并将此导频间隔对应的导频控制信号反馈到发射机，由发射机将其插入到第K+1个数据单元中；
S10，K=K+1，执行步骤S5。
上述方法的步骤S2中，所述的进行信道估计，是指利用与导频控制信号的数值所对应的导频进行信道估计。
上述方法的步骤S2中，所述的进行信道估计，对OFDM数据流的第一个数据单元采用最小导频间隔的导频进行信道估计，数据单元中插入导频数目比较多，以保证达到良好的信道估计性能。
上述方法中，导频间隔定义为
Figure 242675DEST_PATH_IMAGE005
，其中，L是非负的导频间隔因子，L的初始值为0，确保导频间隔为正整数，便于发射机插入确定导频间隔的导频信号。
上述方法的步骤S8中，所述的确定第K+1个数据单元中所选用导频的导频间隔包括（如图3）：误码率偏差大于偏差区间上限且不超过偏差重置阈值，即
Figure 500350DEST_PATH_IMAGE006
，则L=L-1；
误码率偏差小于偏差区间下限，即
Figure 553756DEST_PATH_IMAGE007
，则L=L+1；
误码率偏差超过偏差重置阈值，即
Figure 331220DEST_PATH_IMAGE008
，则L=1；
误码率偏差在偏差区间内，即
Figure 811880DEST_PATH_IMAGE009
，则L=L。
其中，以上误码率偏差与导频间隔因子的变化关系，表明了导频间隔的变化是以时变信道的信道状况为依据的。
上述方法中，所述的L值，若上一数据单元中L=0，则下一数据单元中当误码率偏差大于偏差区间上限且不超过偏差重置阈值时，L的值保持不变，确保了在信道状况比较差时，下一数据单元中插入充分多的导频间隔较小的导频信号，以确保良好的信道估计性能。
  上述方法的步骤S4中，所述的导频控制信号包括：
误码率偏差大于偏差区间上限且不超过偏差重置阈值，则导频控制信号为01；
误码率偏差小于偏差区间下限，则导频控制信号为10；
误码率偏差超过偏差重置阈值，则导频控制信号为11；
误码率偏差在偏差区间之内，则导频控制信号为00。
以上的这种对应关系，使得接收机能够从提取到的导频控制信号对应得到唯一的某导频间隔的导频信号以进行准确的信道估计。
上述方法中，所述的导频间隔必须满足奈奎斯特采样定理，以确保在接收机端能准确无误的恢复出发射信号。即
时域满足
        
Figure 813244DEST_PATH_IMAGE010
频域满足
式中， 为相对多普勒频移，
Figure 140823DEST_PATH_IMAGE013
为多普勒频移，
Figure 123823DEST_PATH_IMAGE014
为子载波间隔；K为子载波数，
Figure 207447DEST_PATH_IMAGE015
为循环前缀长度。
上述方法中，所述的导频可以是块状导频，也可以是梳状导频。
上述方法中，所述的导频间隔，它的阈值大小由最大多普勒频移、最大时延扩展等信道参数以及带宽、子载波个数、信道个数及具体应用来决定。
本发明的工作原理如下：
S10，接收机设定系统容许的误码率标准
Figure 756240DEST_PATH_IMAGE001
，误码率偏差阈值系数
Figure 781965DEST_PATH_IMAGE002
及偏差重置阈值系数
Figure 48998DEST_PATH_IMAGE003
，根据系统性能的要求，可以自行设置上述参数；
S20，导频间隔因子L的初始值设为0，则导频间隔D=1，接收机提取OFDM数据流的第一个数据单元中的数据，根据数据单元中L=0,D=1的导频间隔的导频信号进行信道估计。其中信道估计可利用LS估计准则或LMMSE准则。如果插入的导频是块状导频，则根据导频信号直接得到整个信道的信道参数；如果插入的导频是梳状导频，则先根据导频信号得到导频子载波上的信道信息，再由导频子载波的估计值得到非导频子载波上的信道信息。其中信道参数包括信道时延、多径数目、多普频移、幅度衰减和相位旋转等；
S30，利用以上得到的信道参数进行系统误码率预估，得到误码率的预估值
Figure 169270DEST_PATH_IMAGE016
；
S40，判断误码率偏差：假设由于满足
Figure 775832DEST_PATH_IMAGE007
， 故L=L+1=1，D=2，并得到对应的导频控制信号为10；
S50，在第二个数据单元中插入导频间隔为D=2的导频信号，并且将导频控制信号10反馈到发射机，插入到第二个数据单元中；
S60，当接收机接收到OFDM数据流的第二个数据单元时，根据其中的导频控制信号10对应的导频间隔D=2的导频信号进行信道估计，并利用得到的信道参数对由上一个数据单元即第一个数据单元得到的系统误码率预估值进行校正；
S70，利用校正的误码率预估值和此时信道估计得到的信道参数重新进行误码率预估得到预估值，接下来根据新确定的预估值确定第三个数据单元中插入导频的导频间隔，在第三个数据单元中插入所确定间隔的导频，并将对应的导频控制信号插入第三个数据单元中。接下来接收到的数据单元的处理方式同接收到第二个数据单元的处理方式一样。

Claims (10)

1.基于误码率预估的OFDM导频自适应插入方法，其特征在于，包括：
S1，设定系统容许的误码率标准                                               ，误码率偏差阈值系数
Figure 2010105049938100001DEST_PATH_IMAGE004
及偏差重置阈值系数
Figure 2010105049938100001DEST_PATH_IMAGE006
；
S2，接收机提取OFDM数据流的第一个数据单元中的数据进行信道估计，并利用信道估计得到的信道参数进行系统误码率预估；
S3，根据预估值确定第二个数据单元中所选用导频的导频间隔；
S4，在第二个数据单元中插入已确定其间隔的导频，同时将此导频间隔对应的导频控制信号反馈到发射机，由发射机将其插入到第二个数据单元中；
S5，接收机提取OFDM数据流的第K个数据单元中的导频控制信号进行信道估计,K的初始值为2；
S6，校正第K-1个数据单元中得到的第K个数据单元的系统误码率的预估值；
S7，利用信道估计得到的信道参数和校正的误码率进行第K+1个数据单元中系统误码率的预估，得到预估值
Figure 2010105049938100001DEST_PATH_IMAGE008
；
S8，根据预估值确定第K+1个数据单元中所选用导频的导频间隔；
S9，在第K+1个数据单元中插入所确定的导频间隔的导频，并将此导频间隔对应的导频控制信号反馈到发射机，由发射机将其插入到第K+1个数据单元中；
S10，K=K+1，执行步骤S5。
2.根据权利要求1所述的基于误码率预估的OFDM导频自适应插入方法，其特征在于，步骤S2中所述的进行信道估计，是指利用与导频控制信号的数值所对应的导频进行信道估计。
3.根据权利要求1所述的基于误码率预估的OFDM导频自适应插入方法，其特征在于，步骤S2中所述的进行信道估计，对OFDM数据流的第一个数据单元采用最小导频间隔的导频进行信道估计。
4.根据权利要求1所述的基于误码率预估的OFDM导频自适应插入方法，其特征在于，导频间隔定义为
Figure 2010105049938100001DEST_PATH_IMAGE010
，其中，L是非负的导频间隔因子，L的初始值为0。
5.根据权利要求1所述的基于误码率预估的OFDM导频自适应插入方法，其特征在于，步骤S8中所述的确定第K+1个数据单元中所选用导频的导频间隔包括：误码率偏差大于偏差区间上限且不超过偏差重置阈值，即
Figure 2010105049938100001DEST_PATH_IMAGE012
，则L=L-1；
误码率偏差小于偏差区间下限，即
Figure 2010105049938100001DEST_PATH_IMAGE014
，则L=L+1；
误码率偏差超过偏差重置阈值，即，则L=1；
误码率偏差在偏差区间内，即
Figure 2010105049938100001DEST_PATH_IMAGE018
，则L=L。
6.根据权利要求5所述的基于误码率预估的OFDM导频自适应插入方法，其特征在于：所述的L值，若上一数据单元中L=0，则下一数据单元中当误码率偏差大于偏差区间上限且不超过偏差重置阈值时，L的值保持不变。
7.根据权利要求1所述的基于误码率预估的OFDM导频自适应插入方法，其特征在于，步骤S4中所述的导频控制信号包括：
误码率偏差大于偏差区间上限且不超过偏差重置阈值，则导频控制信号为01；
误码率偏差小于偏差区间下限，则导频控制信号为10；
误码率偏差超过偏差重置阈值，则导频控制信号为11；
误码率偏差在偏差区间之内，则导频控制信号为00。
8.根据权利要求1或5所述的基于误码率预估的OFDM导频自适应插入方法，其特征在于，所述的导频间隔必须满足奈奎斯特采样定理。
9.根据权利要求1或5所述的基于误码率预估的OFDM导频自适应插入方法，其特征在于，所述的导频可以是块状导频，也可以是梳状导频。
10.根据权利要求1、3或5所述的基于误码率预估的OFDM导频自适应插入方法，其特征在于，所述的导频间隔，它的阈值大小由最大多普勒频移、最大时延扩展等信道参数以及带宽、子载波个数、信道个数及具体应用来决定。
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