CN109039961A - 用于高速环境下的车地通信方法 - Google Patents

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吕启福
罗志刚
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Abstract

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种用于高速环境下的车地通信方法。本发明采用符号保护间隔GI序列进行相位校准，将接收端经过均衡后的GI序列与本地GI序列进行互相关，在幅值最大点的位置处，计算其相位偏转的大小，则该数据块的数据部分就根据GI序列计算得到的相位偏转进行相位校准。相比传统的SC‑FDE通信系统，本发明方法能明显缩短信道估计序列长度；能在快时变信道下，保证信道估计的有效性和准确性，并提高频谱效率，同时能保证在高符号速率下，高移动速度下，取得好的通信性能。

Description

用于高速环境下的车地通信方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种用于高速环境下的车地通信方法。
背景技术
随着无线通信技术的飞速发展，高速移动通信中的信号传输已经成为人们日益关注的焦点。尤其是在应对高铁环境下旅客宽带无线通信和车载无线传感网络大数据传输要求，我国在相关无线通信关键技术上展开了研究并取得了重大的突破。我国主导的第4代(4G)移动通信标准TD-LTE已经开始大规模商用，第5代移动通信标准也通过IMT-2020(5G)推进组开展了大量的研究。然而如何在超高速移动场景下提供稳定，可靠，高效的宽带无线通信服务，仍然面临许多挑战。
对于高速移动环境下，移动速度越高，多普勒效应对通信系统的影响越严重。造成误码率，计算复杂度，通信时延，数据传输率，传输容量在内的多项通信系统性能指标严重恶化。为了保证高移动性、高数据率的两高要求，必须克服多普勒效应。
发明内容
为了解决现有技术中高速移动环境下多普勒效应所带来的问题，本发明提出一种用于高速环境下的车地通信方法。
一种用于高速环境下的车地通信方法，步骤如下：
S1、设计帧结构，具体为：采用信道估计序列CEF和多个数据块构成子帧，在每个数据块中加入了保护间隔GI，采用多个子帧和同步序列STF构成物理帧，同步序列STF位于物理帧的开始部分，其中，第一个子帧中包含了用于传输固定参数信息的参数信息块，所述数据块的长度为512个符号，数据符号长度为448个符号，保护间隔GI为64个符号的格雷序列Ga64，同步序列STF为16个格雷序列Ga128；
S2、接收端将接收到的数据与本地序列Ga128做相关运算，确定物理帧的到来和同步；
S3、每个子帧信道估计序列进行信道估计，用于该子帧中数据块部分的通信算法处理，其中，信道估计序列CEF由-Ga128，Gu512和一个-Gb128构成，接收端通过对该序列分别做Ga128与Gb128进行序列相关和移位相加运算，所述Gu512序列的组成为-Gb128,-Ga128,Gb128,-Ga128；
S4、将均衡后的数据块中的GI序列部分与本地GI序列做相关计算其频偏，根据数据块中的保护间隔GI和本地GI序列进行相关计算，进行相位补偿。
进一步地，S3所述信道估计为：根据同步序列STF和信道估计序列CEF进行信道估计。
进一步的，S3所述信道估计序列CEF的插入方式为每隔10个数据块插入一个信道估计序列。
本发明的有益效果是：
采用符号保护间隔GI序列进行相位校准，GI序列不仅可以充当循环前缀，还由于自身有很强的自相关性，还可以用来做相位补偿。将接收端经过均衡后的GI序列与本地GI序列进行互相关，在幅值最大点的位置处，计算其相位偏转的大小，则该数据块的数据部分就根据GI序列计算得到的相位偏转进行相位校准。
根据本发明所提出的帧结构，相比传统的SC-FDE通信系统，能明显缩短信道估计序列长度；能在快时变信道下，保证信道估计的有效性和准确性，并提高频谱效率，同时能保证在高符号速率下，高移动速度下，取得好的通信性能。
本发明方法缩短子帧结构，每个子帧是由一个CEF序列和多个数据块构成。在进行信道均衡时，该子帧的所有数据块都要用该子帧中的CEF估计到的信道做均衡。子帧越短，CEF序列估计到的信道与数据块真实经历的信道偏差越小，性能从而越好。但是过短的子帧会带来频谱效率的浪费，因此，本发明方法结合另一种利用GI序列进行相位校准的方法，在载频38GHz，移动速度380km/h的环境下，一个子帧包含10个数据块就能够很好的解决多普勒效应问题，使符号传播速率上1个G。
附图说明
图1为本发明的SC-FDE系统下的帧结构示意图；
图2为子帧A的具体结构，主要包括信道估计序列CEF，参数段序列PARAMETER，b保护间隔序列GI和数据部分DATA；
图3为子帧B的具体结构，主要包括信道估计序列CEF，包含间隔序列GI和数据部分DATA；
图4为同步序列STF的具体组成示意图，由16个格雷序列Ga128组成；
图5为信道估计序列CEF的具体组成示意图，由-Ga128,Gu512,-Gb128组成。
具体实施方式
本例针对毫米波高速移动场景，设计了如图1所示的SC-FDE系统的帧结构，其中帧结构由“帧→子帧→时隙”构成。即物理帧结构由若干子帧构成，帧由多个时隙构成。
一个物理帧包含一个同步序列STF和若干个子帧。如图2所示，其中第一个子帧相比其他业务子帧，多了一个参数信息块，该参数信息块用来在通信过程传输固定的参数信息。子帧其余结构都是由信道估计序列CEF和10个业务数据块构成。每个数据块的长度是512个符号，其中数据符号长度为448个符号，符号块之间加了64符号的保护间隔。这里的保护间隔GI是格雷序列Ga64，用于循环前缀和相位补偿。
物理帧的同步序列放在帧结构的开始部分，用来同步和确定物理帧的到来。同步序列STF是由16个格雷序列Ga128构成。真正做同步算法时起作用的是STF序列和信道估计序列CEF最前面的-Ga128序列。
物理帧的信道估计序列，其构成为-Ga128，Gu512和一个-Gb128。接收端可对该序列分别做Ga128与Gb128进行序列相关和移位相加运算，估算到实际移动通信系统中的信道，从而为后面通信处理算法做准备。具体步骤如下：
接收端将接收到的数据与本地序列Ga128做相关运算，确定物理帧的到来和同步；
根据同步序列STF和信道估计序列CEF进行信道估计进行信道估计，用于该子帧中数据块部分的通信算法处理，其中，信道估计序列CEF由-Ga128，Gu512和一个-Gb128构成，接收端通过对该序列分别做Ga128与Gb128进行序列相关和移位相加运算，所述Gu512序列的组成为-Gb128,-Ga128,Gb128,-Ga128，序列CEF的插入方式为每隔10个数据块插入一个信道估计序列；
将均衡后的数据块中的GI序列部分与本地GI序列做相关计算其频偏，根据数据块中的保护间隔GI和本地GI序列进行相关计算，进行相位补偿。

Claims (3)

1.一种用于高速环境下的车地通信方法，其特征在于，步骤如下：
S1、设计帧结构，具体为：采用信道估计序列CEF和多个数据块构成子帧，在每个数据块中加入了保护间隔GI，采用多个子帧和同步序列STF构成物理帧，同步序列STF位于物理帧的开始部分，其中，第一个子帧中包含了用于传输固定参数信息的参数信息块，所述数据块的长度为512个符号，数据符号长度为448个符号，保护间隔GI为64个符号的格雷序列Ga64，同步序列STF为16个格雷序列Ga128；
S2、接收端将接收到的数据与本地序列Ga128做相关运算，确定物理帧的到来和同步；
S3、每个子帧信道估计序列进行信道估计，用于该子帧中数据块部分的通信算法处理，其中，信道估计序列CEF由-Ga128，Gu512和一个-Gb128构成，接收端通过对该序列分别做Ga128与Gb128进行序列相关和移位相加运算，所述Gu512序列的组成为-Gb128,-Ga128,Gb128,-Ga128；
S4、将均衡后的数据块中的GI序列部分与本地GI序列做相关计算其频偏，根据数据块中的保护间隔GI和本地GI序列进行相关计算，进行相位补偿。
2.根据权利要求1所述一种用于高速环境下的车地通信方法，其特征在于：S3所述信道估计为：根据同步序列STF和信道估计序列CEF进行信道估计。
3.根据权利要求1所述一种用于高速环境下的车地通信方法，其特征在于：S3所述信道估计序列CEF的插入方式为每隔10个数据块插入一个信道估计序列。
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