CN1809039A - 改善mimo－ofdm系统中时域最小二乘信道估计性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改善MIMO－OFDM系统中时域最小二乘信道估计性能的方法。本发明包括：首先，为多输入多输出正交频分复用MIMO－OFDM系统的各个发射天线确定一组导频符号，所述的一组导频符号X_i(t，k)为：X_i(t，k)＝X_i(t，k)·，其中，t、k和i分别表示时间变量、频率变量和发射天线序号变量，K为OFDM的子载波数，相位偏移因子S_t的取值为介于之间的正整数；然后，根据所述的一组导频符号进行MIMO－OFDM系统中的时域最小二乘信道估计。本发明使得MIMO－OFDM系统中进行时域最小二乘信道估计时最优导频符号的选取更为多样，从而使得系统中最佳信道估计性能的实现更为方便。

Description

改善MIMO-OFDM系统中时域最小二乘信道估计性能的方法

技术领域

本发明涉及无线通信系统领域，尤其涉及一种改善MIMO-OFDM系统中时域最小二乘信道估计性能的方法。

背景技术

随着Internet(互联网)和移动通信技术的快速发展，高速的无线数据业务存在潜在的巨大需求。然而，在恶劣的无线信道环境中使用有限的频谱资源来提供高速无线数据业务是很困难的。目前，MIMO(多输入多输出)和OFDM(正交频分复用)技术被视为较佳的高速无线传输技术。

在收发两端均安置多根天线的MIMO系统可以在不增加信号频率带宽的情况下成倍提高无线通信系统的容量和频谱效率；而OFDM技术则具有对抗ISI(符号间干扰)的能力，同时可以提供很高的频谱效率。因此两种技术各自都已得到广泛应用，其中OFDM系统已经在xDSL(数字用户环路)、DAB/DVB(数字音频/视频广播)、无线局域网标准IEEE 802.11a和HIPERLAN/2、无线城域网标准IEEE 802.16中得到了应用；而贝尔实验室提出的BLAST(贝尔实验室的分层空时结构)系统、3G(第三代移动通信系统)的主流标准WCDMA(宽带码分多址)已采用的STBC(空时分组码)等则是MIMO系统应用的范例。

目前，将两种技术结合起来的MIMO-OFDM系统成为了研究热点，IEEE802.11n标准组正致力于制定基于MIMO-OFDM系统的高速无线局域网标准，而IEEE 802.20标准组则正致力于制定基于MIMO-OFDM系统的高速移动通信标准。MIMO-OFDM系统被认为是4G(第四代移动通信系统)最有可能采用的技术。

为了保证MIMO-OFDM系统在无线信道环境中能够具有良好的性能，必需对时变的多径无线衰落信道进行估计。可以认为，信道估计的准确程度决定了系统是否能够提供优良的无线传输质量。即在MIMO-OFDM系统中，信道估计的质量对MIMO-OFDM系统的性能起着关键作用。目前MIMO-OFDM系统中最实用的信道估计方法是时域LS(最小二乘)信道估计，而导频符号的设计对时域LS信道估计的性能至关重要。

为了达到最佳的时域LS信道估计性能，目前已经提出了两种导频符号设计方案。这两种方案的思路是一样的，即导频符号采用恒模调制方式，在给定第一根发射天线所使用导频符号的前提下，对其它发射天线的导频符号相位进行设计，相应的导频符号为

$X_i(t,k)=X_1(t,k)\·e^{j\frac{2\mathrm{\π}}{K}(i-1)k\·S_t};$

其中，相位偏移因子分别可以为 其中 表示向下取整；或S_t＝L。

通过上述两种方案可以获得最优的导频符号，但是相位偏移因子的取值范围受限，即只有两种取值方法，因此，给实际应用过程中最优导频符号的获取带来不便。即系统参数的选取不够灵活。

发明内容

鉴于上述现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种改善MIMO-OFDM系统中时域最小二乘信道估计性能的方法，从而使得MIMO-OFDM系统中最优导频符号的获取更为便利。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种改善MIMO-OFDM系统中时域最小二乘信道估计性能的方法，包括：

A、为多输入多输出正交频分复用MIMO-OFDM系统的发射天线确定一组导频符号，所述的一组导频符号X_i(t，k)为：

$X_i(t,k)=X_1(t,k)\·e^{J\frac{2\mathrm{\π}}{K}(i-1)k\·S_t};$

其中，t、k和i分别表示时间变量、频率变量和发射天线序号变量，相位偏移因子S_t的取值包括 和S_t＝L，其中 表示向下取整；；

所述的相位偏移因子的取值还包括：

介于 $L-1<S_t<\frac{K-L+1}{N_T-1}$ 之间的除 和S_t＝L之外的任意正整数，其中，K为OFDM的子载波数，N_T为MIMO-OFDM系统的发射天线数量，L为无线信道的最大多径时延对应的系统采样点数；

B、根据所述的一组导频符号进行MIMO-OFDM系统中的时域最小二乘信道估计。

所述的相位偏移因子的取值范围还可以为：

S_t+mK，其中，S_t为符合 $L-1<S_t<\frac{K-L+1}{N_T-1}$ 条件的任意正整数，m的取值为：m＝±1，±2，L。

所述的步骤B包括：

根据所述的一组导频符号采用时域最小二乘准则对MIMO-OFDM系统中的信道进行估计。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明是在现有的两种技术方案基础上提供了更多可以获得最优导频符号的相位偏移因子，从而使得相位偏移因子的取值范围不再受限于现有技术方案中的两个具体值，即保证了相位偏移因子的取值更为灵活，因此，本发明的实现为实际应用过程中最优导频符号的获取带来极大的便利。

附图说明

图1为MIMO-OFDM系统的发射机示意图；

图2为本发明给出的最优导频符号的相位偏移因子的取值范围。

具体实施方式

本发明所述的实现MIMO-OFDM系统中最佳的时域LS信道估计性能的方法中，主要是给出一组最优的导频符号，基于这一组最优的导频符号，MIMO-OFDM系统中的时域LS信道估计的性能可以达到最佳；而且，本发明中给出的是一组最优导频符号，即最优导频符号的相位偏移因子的取值范围较宽，因此，相应的最优导频符号也就较易获取。

为对本发明有进一步了解，下面将对本发明所述方法的具体实现方式做详细说明。

本发明应用的MIMO-OFDM系统的发射机框图如图1所示，在图1中，发射天线数量为N_T，OFDM的子载波数为K，无线信道的最大多径时延对应的系统采样点数为L。

如果分别以t、k和i表示时间变量、频率变量和发射天线序号变量，其中t＝1，2，L，k＝1，L，K，i＝1，L，N_T。则基于上述t、k和i的参数含义，本发明中，第i根发射天线的第k个子载波在t时刻使用的导频符号记为X_i(t，k)，且导频符号均采用恒模调制，所谓恒模调制，即只对载波的相位进行调制，而保持调制后信号的幅度(即模值)恒定。

令X₁(t，k)，k＝1，L，K是第一根发射天线使用的满足若干优良特性的导频符号序列，那么令第i根发射天线使用的导频符号序列为：

$X_i(t,k)=X_1(t,k)\&CenterDot;e^{J\frac{2\mathrm{\&pi;}}{K}(i-1)k\&CenterDot;S_t};$

其中，S_t是相位偏移因子，取值为正整数；

通过数学证明可知，在本发明中，若要达到时域LS信道估计的最佳性能，则要求所述的相位偏移因子的取值范围为：

$L-1<S_t<\frac{K-L+1}{N_T-1};$

考虑到S_t取值为正整数，所以应该满足：

最小相位偏移因子min(S_t)＝L，

最大相位偏移因子

其中，

表示向下取整，即最大相位偏移因子max(S_t)的取值为比

小的最大整数；

本发明中，只要所述的相位偏移因子S_t的取值落在[min(S_t)max(S_t)]区间范围内，时域LS信道估计便可以达到最佳性能。从而可以得到一组最优导频符号，解决了现有技术所存在的获取最优导频符号过程中相位偏移因子取值范围受限的问题。

如图2所示，本发明所述的方法中可以确定，除现有技术中确定的两个相位偏移因子的具体值外，所有满足 $L-1<S_t<\frac{K-L+1}{N_T-1}$ 条件的相位偏移因子同样可以作为获取最优导频符号的依据，即本发明中相位偏移因子的取值范围如图中的取值范围X所示。

同时，由于相位偏移因子是作用在

的指数上，而 具有周期性且周期为K，因此，如果相位偏移因子S_t是最优的，则相位偏移因子S_t+mK也就是最优的，其中，m的取值范围为：m＝±1，±2，L，即m的取值为正负整数均可。也就是说，基于相位偏移因子S_t+mK同样可以获得MIMO-OFDM系统时域最小二乘信道估计所需要的最优导频符号。

因此，本发明中相位偏移因子的取值范围较现有技术大大增加，因而使得导频符号的获取更为方便，从而可以有效改善系统中信道估计性能。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1、一种改善MIMO-OFDM系统中时域最小二乘信道估计性能的方法，包括：

A、为多输入多输出正交频分复用MIMO-OFDM系统的发射天线确定一组导频符号，所述的一组导频符号X_i(t，k)为：

$X_i(t,k)=X_1(t,k){\&CenterDot;e}^{j\frac{2\mathrm{\&pi;}}{K}(i-1)k\&CenterDot;S_t};$

其中，t、k和i分别表示时间变量、频率变量和发射天线序号变量，相位偏移因子S_t的取值包括

和S_t＝L，其中

表示向下取整；

B、根据所述的一组导频符号进行MIMO-OFDM系统中的时域最小二乘信道估计；

其特征在于，所述的相位偏移因子的取值还包括：

介于 $L-1<S_t<\frac{K-L+1}{N_T-1}$ 之间的除

和S_t＝L之外的任意正整数，其中，K为OFDM的子载波数，N_T为MIMO-OFDM系统的发射天线数量，L为无线信道的最大多径时延对应的系统采样点数。

2、根据权利要求1所述的改善MIMO-OFDM系统中时域最小二乘信道估计性能的方法，其特征在于，所述的相位偏移因子的取值范围还可以为：

S_t+mK，其中，S_t为符合 $L-1<S_t<\frac{K-L+1}{N_T-1}$ 条件的任意正整数，m的取值为：m＝±1，±2，L。

3、根据权利要求1或2所述的改善MIMO-OFDM系统中时域最小二乘信道估计性能的方法，其特征在于，所述的步骤B包括：

根据所述的一组导频符号采用时域最小二乘准则对MIMO-OFDM系统中的信道进行估计。

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