CN107888368A - 一种导频发送方法、装置、设备及计算机可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种导频发送方法，该方法包括：通过跳频或平移的方式，设置导频在各子载波中的插入位置；其中，所述导频的数量根据信道带宽确定；通过位置正交的方式向所述插入位置插入所述导频，并发送所述各子载波。该方法根据信道带宽确定导频的数量，通过跳频或平移的方式将梳状导频改为分散导频，可以保证一个周期内各子载波上均有导频分布，而避免了频域插值；通过位置正交的方式向所述插入位置插入所述导频，实现多个空间流的情况下发送导频同时又不增加额外的导频开销。本发明还公开了一种导频发送装置、设备、导频收发系统以及计算机可读存储介质，均具有上述有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及无线局域网领域，特别涉及一种导频发送方法；还涉及一种导频发送装置、设备、导频收发系统以及计算机可读存储介质。
背景技术
现有高吞吐量的WLAN(Wireless Local Area Networks，无线局域网)的适用范围仅限于室内低速移动的环境，而在室外高速移动的环境中可能发生多普勒频移。为了将WLAN的适用范围由室内扩展到室外，需要对现有的标准进行适当的修改，其中，信道估计是一项技术难题。目前，有一些解决这一技术难题的方案。例如，传统LTF(Long Trainingfield，长训练序列)方法通过不同天线时间上正交的发送长前导码，采用IEEE802.11a标准下帧格式，利用块状导频进行信道估计；但是，该方法无法对信道信息进行跟踪和更新，所以不适用于室外高速移动的环境；又例如，为适应室外高速移动的环境，在IEEE802.11ah标准下，采用traveling pilot导频发送方法，当存在1个空间流时，改变导频的频域位置，使在一定数量的OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)内每个子载波的频点位置都分配有导频；当空间流数量为2个时，每个导频位置包含两个导频符号，如果全部子载波的频点位置都插入导频，每个周期所包含的导频符号开销会过大，进而降低数据传输效率，为了避免这一情况发生，考虑到IEEE802.11ah标准下子载波的间隔为31.25kHz，可以进行频域插值，所以采用了在一半子载波位置上插入导频即在偶数子载波或奇数子载波上插入导频的方式；然而，该方式最多只能支持两个空间流，不能实现多个空间流的情况。再例如，采用序列正交的traveling pilot方法，将导频在时域内根据空间流的个数进行分组，并改变分组导频的频域位置，使在一个周期内每个子载波位置含有一组导频。然后与正交矩阵相乘，正交矩阵的大小根据空间流的个数确定。例如当空间流的个数为2个时，2个不同发送天线连续发送的2个导频分别为正交矩阵的每一行与导频符号的点乘；但是，该方法会导致导频数量冗余。
因此，如何实现在室外高速移动场景、多空间流的情况下发送导频，同时又不增加额外的导频开销是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种导频发送方法，该方法可以实现在室外高速移动场景、多个空间流的情况下发送导频同时又不增加额外的导频开销的目的。本发明的另一个目的是提供一种导频发送装置、设备、导频收发系统以及计算机可读存储介质，均具有上述有益效果。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种导频发送方法，所述方法包括：
通过跳频或平移的方式，设置导频在各子载波中的插入位置；其中，所述导频的数量根据信道带宽确定；
通过位置正交的方式向所述插入位置插入所述导频，并发送所述各子载波。
优选的，所述通过位置正交的方式向所述插入位置插入所述导频包括：
根据空间流的个数向所述插入位置插入与所述空间流相同个数的导频符号；其中，各所述插入位置上的导频符号只有一个为非零导频符号，且所述非零导频符号的幅值提高所述空间流个数的平方根倍。
优选的，所述根据空间流的个数向所述插入位置插入与所述空间流相同个数的导频符号包括：
根据所述空间流的个数向所述插入位置插入与所述空间流相同个数的连续分布的导频符号。
本发明还提供了一种导频发送装置，所述装置包括：
设置单元，用于通过跳频或平移的方式，设置导频在各子载波中的插入位置；其中，所述导频的数量根据信道带宽确定；
处理单元，用于通过位置正交的方式向所述插入位置插入所述导频，并发送所述各子载波。
优选的，所述处理单元具体用于根据空间流的个数向所述插入位置插入与所述空间流相同个数的导频符号；其中，各所述插入位置上的导频符号只有一个为非零导频符号，且所述非零导频符号的幅值提高所述空间流个数的平方根倍。
优选的，所述处理单元包括：
插入子单元，用于根据所述空间流的个数向所述插入位置插入与所述空间流相同个数的连续分布的导频符号。
本发明还提供了一种导频发送设备，所述设备包括：
处理器，用于通过跳频或平移的方式，设置导频在各子载波中的插入位置；其中，所述导频的数量根据信道带宽确定；通过位置正交的方式向所述插入位置插入所述导频；
发送天线，用于发送插入了所述导频的各子载波。
优选的，所述处理器具体用于通过跳频或平移的方式，设置导频在各子载波中的插入位置；其中，所述导频的数量根据信道带宽确定；根据空间流的个数向所述插入位置插入与所述空间流相同个数的导频符号；其中，各所述插入位置上的导频符号只有一个为非零导频符号，且所述非零导频符号的幅值提高所述空间流个数的平方根倍。
本发明还提供了一种导频收发系统，所述系统包括：
发送端，所述发送端包括如上述所述的导频发送设备；
接收端，用于接收所述发送端发送的各子载波并根据所述各子载波中的导频进行信道估计。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述的导频发送方法的步骤。
本发明所提供的导频发送方法，包括：通过跳频或平移的方式，设置导频在各子载波中的插入位置；其中，所述导频的数量根据信道带宽确定；通过位置正交的方式向所述插入位置插入所述导频，并发送所述各子载波。
可见，本发明提供的导频发送方法，根据信道带宽确定导频的数量，通过跳频或平移的方式将梳状导频改为分散导频，可以保证一个周期内各子载波上均有导频分布，同时避免了频域插值；通过位置正交的方式向所述插入位置插入所述导频，实现多个空间流的情况下发送导频，而无需增加额外的导频开销。
本发明所提供的导频发送装置、设备、导频收发系统以及计算机可读存储介质，均具有上述有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的导频发送方法的流程示意图；
图2为本发明实施例所提供的导频分布示意图；
图3为本发明实施例所提供的一种仿真图；
图4为本发明实施例所提供的另一种仿真图；
图5为本发明实施例所提供的另一种仿真图；
图6为本发明实施例所提供的另一种仿真图；
图7为本发明实施例所提供的又一种仿真图；
图8为本发明实施例所提供的再一种仿真图；
图9为本发明实施例所提供的导频发送装置的示意图；
图10为本发明实施例所提供的导频发送设备的示意图；
图11为本发明实施例所提供的导频收发系统的示意图；
图12为本发明实施例所提供的接收端的处理框图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种导频发送方法，可以实现室外高速移动场景、多个空间流的情况下发送导频，同时又不增加额外的导频开销的目的。本发明的另一个核心是提供一种导频发送装置、设备、导频收发系统以及计算机可读存储介质，均具有上述有益效果。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，图1为本发明实施例所提供的导频发送方法的流程示意图，参考图1可知，该方法可以包括以下步骤：
S10：通过跳频或平移的方式，设置导频在各子载波中的插入位置；其中，导频的数量根据信道带宽确定；
具体的，通过跳频或者平移的方式，设置导频在各子载波中的插入位置，各导频的插入位置呈现分散分布的状态。可参考图2，图2为本发明实施例所提供的导频分布示意图，结合该示意图可知，本发明改梳状导频为分散导频，可有效保证频域上一个周期内各子载波上至少插入一次导频，即一个周期内所有子载波的频点位置上都有导频分布；其中，可以以一个时频块为一个周期。
此外，频域上导频的数量可以根据信道带宽确定，即可以根据IEEE802.11ac标准确定频域内导频的数量，而无需增加额外的导频开销。
S20：通过位置正交的方式向插入位置插入导频，并发送各子载波。
具体的，在时域上，通过位置正交的方式向各插入位置插入导频，使不同空间流相同的时域扩展位置上的导频发送序列相互位置正交，即在频域上，不同空间流的相同位置上的导频符号只有一个不为零。
优选的，通过位置正交的方式向插入位置插入导频包括：
根据空间流的个数向插入位置插入与空间流相同个数的导频符号；其中，各插入位置上的导频符号只有一个为非零导频符号，且非零导频符号的幅值提高空间流个数的平方根倍。
具体的，一个周期内，根据空间流的个数，在时域上向各插入位置插入与空间流个数相同的导频符号，且每个空间流的同一个插入位置上的导频符号只有一个非零，其他导频符号都为零；例如，当空间流个数为3个时，各插入位置上插入的导频符号个数即为3个，且该3个导频符号中只有一个非零。而对于具体哪一个为非零的导频符号本发明不作具体限定，可根据实际情况作出差异性的选择。
进一步，该非零的导频符号的幅值提高空间流个数的平方根倍，例如，当空间流个数为3个时，该非零的导频符号的幅值提高倍。
此外，同一个导频插入位置上的导频符号的放置情况可以有多种情况，如各导频符号可以连续放置，或者也可以分散放置。
优选的，根据空间流的个数向插入位置插入与空间流相同个数的导频符号包括：
根据空间流的个数向插入位置插入与空间流相同个数的连续分布的导频符号。
具体的，在同一个插入位置上插入与空间流相同个数的连续分布的导频符号，以方便接收端从相应插入位置上提取导频值。
重要的是，上述各步骤均在离散傅里叶逆变换之前完成，且一个周期内的所有导频的持续时间在相干时间之内。例如，4个空间流的情况下，该4个空间流的导频连续分布在4*14＝56个OFDM符号中，在IEEE802.11ac标准的VHT(Very High Throughput，高吞吐量)帧结构20MHz带宽下，所有导频的持续的时间为T＝56*4μs＝0.224ms，该持续时间在室外高速移动场景的相干时间内。
综上所述，本发明所提供的导频发送方法，根据信道带宽确定导频的数量,通过跳频或平移的方式将梳状导频改为分散导频，可以保证一个周期内各子载波上均有导频分布，而避免了频域插值；通过位置正交的方式向所述插入位置插入所述导频，实现多个空间流的情况下发送导频，而无需增加额外的导频开销。
为方便理解本发明提供的导频发送方法的技术效果，请参考图3至图8，图3至图8为本发明实施例所提供的仿真图。
具体的，对于奇数个空间流的情况，本发明所提供的导频发送方法中，每个子载波上的导频符号个数和空间流个数相等，每个导频周期相比序列正交traveling pilot方法更短，信道更新更及时。例如当空间流的个数为3个时，序列正交的traveling pilot方法每个子载波上的导频符号个数为4个，一个导频周期为4*14＝56个OFDM符号，而本发明一个导频周期为3*14＝42个OFDM符号。可见本发明所提供的导频发送方法的一个导频周期更短，信道更新更频繁，更适用于室外移动场景的快变信道，且导频开销更小，数据传输效率更高。
另外，采用本发明所提供的导频发送方法，在导频发送时，每个天线对可以简化为单发单收的模型，这样信道估计比较简单，并且单发单收模型的一些结论可以直接运用。当空间流扩展时，序列正交的traveling pilot方案需要设计更大的正交矩阵，而本发明提供的导频发送方法无需设计更大的正交矩阵，因而比较容易实现空间流的扩展。
此外，从各仿真图还可以知道，移动台速度为1.2km/h(第三径为40km/h)的低速时，三种方法误比特率基本相同，在高信噪比的情况下，序列正交的traveling pilot方法和本发明所提供的导频发送方法好于传统的LTF方法。移动台在60km/h的较高速度情况下，传统的LTF方法基本不能工作。而本发明提供的导频发送方法能够达到和序列正交的traveling pilot方案几乎相同的性能，而不会额外增加导频开销，所以本发明所提供的导频发送方法更适用于室外高速移动场景。
本发明还提供了一种导频发送装置，下文描述的该装置可以与上文描述的导频发送方法相互对应参照。参考图9，图9为本发明实施例所提供的导频发送装置的示意图，结合图9可知，该导频发送装置包括：
设置单元1，用于通过跳频或平移的方式，设置导频在各子载波中的插入位置；其中，导频的数量根据信道带宽确定；
处理单元2，用于通过位置正交的方式向插入位置插入导频，并发送各子载波。
优选的，处理单元2具体用于根据空间流的个数向插入位置插入与空间流相同个数的导频符号；其中，各插入位置上的导频符号只有一个为非零导频符号，且非零导频符号的幅值提高所述空间流个数的平方根倍。
优选的，处理单元2包括：
插入子单元，用于根据空间流的个数向插入位置插入与空间流相同个数的连续分布的导频符号。
对于本发明提供的装置的介绍请参照上述方法实施例，本发明在此不做赘述。
本发明还提供了一种导频发送设备，同样下文描述的该设备可以与上文描述的导频发送方法相互对应参照。
请参考图10，图10为本发明实施例所提供的导频发送设备的示意图，由图10可知，该设备包括处理器3和发送天线4。
处理器3，用于通过跳频或平移的方式，设置导频在各子载波中的插入位置；其中，导频的数量根据信道带宽确定；通过位置正交的方式向插入位置插入导频；
发送天线4，用于发送插入了导频的各子载波。
优选的，处理器3具体用于通过跳频或平移的方式，设置导频在各子载波中的插入位置；其中，导频的数量根据信道带宽确定；根据空间流的个数向插入位置插入与空间流相同个数的导频符号；其中，各插入位置上的导频符号只有一个为非零导频符号，且非零导频符号的幅值提高空间流个数的平方根倍。
对于本发明提供的设备的介绍请参照上述方法实施例，本发明在此不做赘述。
本发明还提供了一种导频收发系统，请参考图11，图11为本发明实施例所提供的导频收发系统的示意图，结合该示意图可知该系统可以包括：
发送端5，该发送端包括如上述所述的导频发送设备；
接收端6，用于接收发送端发送的各子载波并根据各子载波中的导频进行信道估计。
具体的，发送端5通过跳频或平移的方式，设置导频在各子载波中的插入位置；其中，导频的数量根据信道带宽确定；通过位置正交的方式向插入位置插入导频，并发送各子载波。接收端6各接收天线接收到子载波后进行相应的处理。如图12所示，图12为本发明实施例所提供的接收端的处理框图，参考该处理框图可知处理过程可以如下：
各接收天线接收到子载波以后，首先进行下变频处理，每个接收天线端口得到一个基带模拟数据流，然后再进行A/D转换得到数字基带数据流，经过同步过程后得到帧和符号的起始点，然后再根据起始点进行串并转换得到的并行信号，并行信号去掉保护间隔后进行FFT变换(Fast Fourier Transformation，快速傅里叶变换)，得到并行的频域信号。
接收端6根据预存的导频位置图案以及发送的导频序列，在接收到的子载波中的对应的导频插入位置上提取导频值，进行信道估计。其中，可以采用LS(Least Square，最小平方)信道估计方法进行信道估计，当然也可以采用其它的信道估计方法。以2个空间流为例，在第N个接收天线上的单个子载波上，其中N为1或2，接收信号频域表达式可以如下：
Y＝Hx+W
其中，
为接收天线i在tj时刻接收的值；
x为导频值，W为2*2的噪声矩阵。
经过LS信道估计，信道估计值可以如下表示：
估计到的进行保存，用于提取数据。当下一个导频周期到来时，估计到的新的对进行更新，这样便可达到信道跟踪的目的。提取数据后，对得到的数据进行均衡，然后进行解调、判决，从而得到发送数据。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如下的步骤：
通过跳频或平移的方式，设置导频在各子载波中的插入位置；其中，导频的数量根据信道带宽确定；
通过位置正交的方式向插入位置插入导频并发送各子载波。
该计算机可读存储介质可以包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置、设备以及计算机可读存储介质而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上对本发明所提供的导频发送方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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的保护范围。
Claims (10)
1.一种导频发送方法，其特征在于，所述方法包括：
通过跳频或平移的方式，设置导频在各子载波中的插入位置；其中，所述导频的数量根据信道带宽确定；
通过位置正交的方式向所述插入位置插入所述导频，并发送所述各子载波。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过位置正交的方式向所述插入位置插入所述导频包括：
根据空间流的个数向所述插入位置插入与所述空间流相同个数的导频符号；其中，各所述插入位置上的导频符号只有一个为非零导频符号，且所述非零导频符号的幅值提高所述空间流个数的平方根倍。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据空间流的个数向所述分布位置插入与所述空间流相同个数的导频符号包括：
根据所述空间流的个数向所述插入位置插入与所述空间流相同个数的连续分布的导频符号。
4.一种导频发送装置，其特征在于，所述装置包括：
设置单元，用于通过跳频或平移的方式，设置导频在各子载波中的插入位置；其中，所述导频的数量根据信道带宽确定；
处理单元，用于通过位置正交的方式向所述插入位置插入所述导频，并发送所述各子载波。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述处理单元具体用于根据空间流的个数向所述插入位置插入与所述空间流相同个数的导频符号；其中，各所述插入位置上的导频符号只有一个为非零导频符号，且所述非零导频符号的幅值提高所述空间流个数的平方根倍。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述处理单元包括：
插入子单元，用于根据所述空间流的个数向所述插入位置插入与所述空间流相同个数的连续分布的导频符号。
7.一种导频发送设备，其特征在于，所述设备包括：
处理器，用于通过跳频或平移的方式，设置导频在各子载波中的插入位置；其中，所述导频的数量根据信道带宽确定；通过位置正交的方式向所述插入位置插入所述导频；
发送天线，用于发送插入了所述导频的各子载波。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述处理器具体用于通过跳频或平移的方式，设置导频在各子载波中的插入位置；其中，所述导频的数量根据信道带宽确定；根据空间流的个数向所述插入位置插入与所述空间流相同个数的导频符号；其中，各所述插入位置上的导频符号只有一个为非零导频符号，且所述非零导频符号的幅值提高所述空间流个数的平方根倍。
9.一种导频收发系统，其特征在于，所述系统包括：
发送端，所述发送端包括如权利要求7或8所述的导频发送设备；
接收端，用于接收所述发送端发送的各子载波并根据所述各子载波中的导频进行信道估计。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至3任一项所述的导频发送方法的步骤。
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