CN1777159B - 一种用于多用户正交频分复用系统的多径时延的估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于多用户正交频分复用系统的多径时延的估计方法，包括：在发送端，对多用户信号的前导序列进行时分处理，使得不同用户的前导序列占用一个正交频分复用符号的不同时间段；将时分处理后的前导序列进行逆傅立叶变换处理后进行发送；在接收端，利用本地序列与接收到的前导序列进行相关处理，本地序列和由发送端所发送的经过逆傅立叶变换处理后的前导序列相同；选定窗口值W，其中窗口值的大小不小于正交频分复用符号的循环扩展长度，保留自正交频分复用符号起始的窗口内的相关值；在所述保留的相关值范围内，选择从最大到较大顺序排列的L个相关值所对应的延时位置，其中L小于或者等于信道可检测径数，或者选择相关值门限以上的相关值所对应的延时位置，作为估计的时延位置信息，从而得到多用户的时延估计。

Description

一种用于多用户正交频分复用系统的多径时延的估计方法

技术领域

本发明涉及一种适用于多用户的正交频分复用(OFDM)系统的多径时延估计前导序列设计和估计方法，用于多径信道时延值的精确估计。

背景技术

OFDM能够克服信道的频率选择性衰落，它已经成功地应用到无线局域网、数字广播以及固定本地无线接入系统中，并且是超三代移动通信系统中最有前景的技术之一。

信道估计是OFDM系统应用研究的关键技术，衰落信道的多径时延估计有利于简化系统中信道估计的复杂度。到目前为止，针对OFDM系统多径时延估计的方法明显欠缺。虽然已提出了多种针对DS-CDMA系统的多径时延估计方案，例如：时延锁定环(DLL)、最大似然(ML)算法、子空间算法等等，为实现码片内多径分离也提出了如MUSIC、TLS-ESPRIT、扩展Kalman滤波器、最大熵谱估计算法以及最小均方估计等方法。然而OFDM系统与DS-CDMA系统区别甚大，因此上述多径时延估计方案不能直接运用于OFDM系统。由于OFDM系统中的上行信号多为非同步的，加上多用户的影响，保证多径时延估计精度有相当的难度。综合考虑以上因素，提供一种适用于多用户OFDM系统的多径时延估计前导序列和多径时延估计方法是十分必要的。良好的估计方案必须在低复杂度的前提下保证高准确度，同时必须具备灵活性和实用性，对用户数或天线数没有严格要求，以此为目标具有工程应用价值和前景。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出了一种适用于多用户的OFDM系统的多径时延估计方法，可以准确估计多径时延信息，并且可以进一步用于信道估计和均衡，提高OFDM系统的性能。

根据本发明，提供了一种用于多用户正交频分复用系统的多径时延的估计方法，包括步骤：

(1)在所述多用户正交频分复用系统的发送端，对多用户信号的前导序列进行时分处理，使得不同用户的前导符号占用一个正交频分复用符号的不同时间段；

(2)将所述时分处理后的前导序列进行逆傅立叶变换处理后进行发送；

(3)在接收端，利用本地序列与接收到的前导序列进行相关处理，其中所述本地序列和由发送端所发送的经过逆傅立叶变换处理后的前导序列相同；

(4)选定窗口值W，其中所述窗口值的大小不小于正交频分复用符号的循环扩展长度，并且保留自正交频分复用符号起始的窗口内的相关值；

(5)在所述保留的相关值范围内，选择从最大到较大顺序排列的L个相关值所对应的延时位置，其中L小于或者等于信道可检测径数，或者选择相关值门限以上的相关值所对应的延时位置，作为估计的时延位置信息，从而得到多用户的时延估计。

优选地，步骤(1)还包括步骤：

在对多用户信号的前导序列进行时分处理时，所有用户所分配的子载波标识均为S＝{0，1，...，V-1}，V＝N/K，其中K为总用户数，N为一个正交频分复用符号的长度，从而通过不同的时间段来区分不同的用户。

优选地，所述前导序列是一个正交频分复用符号。

优选地，根据系统的信道特性来选择信道的径数以及相关值门限。

根据本发明的基本构思，在发送端，为了支持多个用户的时延估计，前导序列可以设计为时分前导序列，即不同用户的序列占用OFDM符号的不同时间段。在本发明中，不同用户的前导序列必须进行IFFT后发送。在接收端，首先本地序列和接收到的序列进行相关运算，本地序列是和发送端相同的前导序列进行IFFT变换后的序列，然后选定一个窗口值W，此值的大小不小于OFDM符号的循环扩展长度，保留自OFDM符号起始的窗口内的相关值。在所述保留的相关值范围内，选择从最大到较大顺序排列的L个相关值所对应的延时位置，其中L小于或者等于信道可检测径数，或者选择相关值门限以上的相关值所对应的延时位置，作为估计的时延位置信息，从而得到多用户的时延估计。

根据本发明的技术方案，在保证多径时延估计方法简单可靠的前提下，即使在高车速、多用户数时，仍能保证精确的多径时延估计精度。

附图说明

下面结合附图并参照具体实施方式来描述本发明，其中：

图1是本发明采用的OFDM系统框图及传输时隙结构示意图；

图2是本发明设计的多径时延估计前导序列结构示意图；

图3是多径时延估计正确概率直方图。

具体实施方式

本发明提出的多径时延估计前导序列设计和估计方法在一个时隙内进行，实现多用户OFDM系统的多径时延估计。

图1是本发明所使用的OFDM系统框图及传输时隙结构示意图，可见整个系统的信息处理流程，其中多径时延估计前导序列设计方案在发送端决定前导序列的具体结构，多径时延估计则在接收端定时频率同步和信道估计之间完成。同时可见传输时隙包括前导符号，前导符号用做多径时延估计，以及定时和频率同步，其中多径时延信息可简化系统中信道估计的复杂度。为不失一般性，前导符号为一个OFDM符号。

图2是本发明设计的多径时延估计TDP结构示意图。在保证普遍性的前提下假设系统共有2个用户，即K_multi＝2，所有用户所分配的子载波标识均为S＝{0，1，...，V-1}，第k个用户占用前导符号的第k段，则时间段的区别实现用户区分。

OFDM系统中，发送端选择TDP进行IFFT后发送。用户k的发送信号进行IFFT运算【公式1】：

【公式1】

$s_k(n,m+\mathrm{kV})=\frac{\sqrt{K}}{\sqrt{V}}\underset{k^{\′}=0}{\overset{V-1}{\mathrm{\Σ}}}{c}_k(n,k^{\′})e^{j\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{ZN}}(m+\mathrm{kV})k^{\′}}$

其中c_k(n，k′)代表用户k的第n个符号中第k′个子载波上的前导符号。是便于与其他前导序列方式比较的功率系数。

接收端进行多径时延估计，首先本地序列和接收到的序列进行相关运算【公式2】：

【公式2】

$R_{k2}\left(M^{\′}\right)=\underset{m=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}y\left(m\right){\left(C_{k2}^{\mathrm{ref}}(m-M^{\′})\right)}^{*}$

其中y(m)是已同步的接收信号，C_k2 ^ref(m)作为本地序列，是和发送端相同的前导序列进行IFFT变换后的序列。当信道有L条径可检测时，R_k2(M′)必然有L个相关峰值。选定一个窗口值W，保留自OFDM符号起始的窗口内的相关值【公式3】：

【公式3】

$R_{k2}^W\left(M^{\′}\right)=R_{k2}\left(M^{\′}\right)\underset{M^{\′}=0}{\overset{\mathrm{GI}-1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\δ}\left(M^{\′}\right)$

GI为OFDM符号的循环扩展长度，W值大小不小于GI。

选择保留窗口内最大的L个相关值所对应的延时位置【公式4】：

【公式4】

$\hat{M}\left(i\right)=\underset{0\&le;M^{\&prime;}<\mathrm{GI}-1}{\max }\left|R_{k2}^W\left(M^{\&prime;}\right)\right|,i=0,\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,L-1$

或选择保留窗口内大于最大径功率X dB的相关值所对应的延时位置【公式5】：

【公式5】

$\mathrm{threshold}=\left(\underset{0\&le;M^{\&prime;}<\mathrm{GI}-1}{\max }\right|R_{k2}^W\left(M^{\&prime;}\right)\left|\right)*10^\left(\frac{X}{20}\right)$

$\hat{M}\left(i\right)=\underset{R_{k2}^W\left(M^{\&prime;}\right)>\mathrm{threshold}}{\max }\left|R_{k2}^W\left(M^{\&prime;}\right)\right|$ i＝0，1，…

即为估计的时延位置信息。

改变本地序列C_k ^ref，k＝0…，K-1，重复以上步骤即可得到所有用户的时延位置信息。

结合实例以证明本发明的高效性、可靠性和实用性。TDP方式下，用户数K＝4时，目标用户的多径时延估计正确概率直方图。仿真条件是：载频2GHz、系统带宽20MHz、子载波总数为1024、GI长度为216、传输时隙长度为5个OFDM符号(1个前导符号，2个导频符号和3个数据符号)、信道模型为3GPP Vehicular-A、车速为120km/h，径数L＝6，归一化多径时延位置为[0 6 14 21 34 50]。当SNR≥6dB时，目标用户1能100％正确估计6条径。即使用户数K＝8，正确率也能在SNR≥9dB时达到100％。

Claims (4)

1.一种用于多用户正交频分复用系统的多径时延的估计方法，包括步骤：

(1)在所述多用户正交频分复用系统的发送端，对多用户信号的前导序列进行时分处理，使得不同用户的前导符号占用一个正交频分复用符号的不同时间段；

(2)将所述时分处理后的前导序列进行逆傅立叶变换处理后进行发送；

(3)在接收端，利用本地序列与接收到的前导序列进行相关处理，其中所述本地序列和由发送端所发送的经过逆傅立叶变换处理后的前导序列相同；

(4)选定窗口值W，其中所述窗口值的大小不小于正交频分复用符号的循环扩展长度，并且保留自正交频分复用符号起始的窗口内的相关值；

(5)在所述保留的相关值范围内，选择从最大到较大顺序排列的L个相关值所对应的延时位置，其中L小于或者等于信道可检测径数，或者选择相关值门限以上的相关值所对应的延时位置，作为估计的时延位置信息，从而得到多用户的时延估计。

2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(1)还包括步骤：

在对多用户信号的前导序列进行时分处理时，所有用户所分配的子载波标识均为S＝{0，1，...，V-1}，V＝N/K，其中K为总用户数，N为一个正交频分复用符号的长度，从而通过不同的时间段来区分不同的用户。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述前导序列是一个正交频分复用符号。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述相关值门限是最大径功率的X dB，并且根据系统的信道特性来选择L值以及X值。

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