專利名稱：用于雙向正交頻分復用系統(tǒng)的導頻傳輸和信道估計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體講是一種用于雙向正交頻分復用系統(tǒng)的導頻傳輸和信道估計方法。
背景技術(shù)：
近年來，用戶對視頻電話和移動互聯(lián)網(wǎng)等高速無線數(shù)據(jù)業(yè)務的需求日益增強，這對無線網(wǎng)絡的覆蓋和帶寬提出了更高的要求。然而由于無線電波信號在空氣中隨著傳輸距離的增加而迅速衰減，在發(fā)射功率一定的制約下，無線網(wǎng)絡的覆蓋范圍受到一定的限制。為解決上述問題，通過在網(wǎng)絡中引入中繼基站來幫助用戶進行信號的轉(zhuǎn)發(fā)，可以在一定程度上降低發(fā)射終端功率消耗，并增大傳輸距離.其中無線雙向中繼技術(shù)由于其較低的實現(xiàn)復雜度和較高的傳輸效率，在近年來得到了業(yè)界廣泛關(guān)注。在寬帶無線通信系統(tǒng)中，信號發(fā)射帶寬遠大于無線信道的相干帶寬.此時，發(fā)射數(shù)據(jù)經(jīng)過信道后會受到符號間干擾.正交頻分復用(OFDM)技術(shù)，通過對發(fā)送數(shù)據(jù)流分塊， 并為每一數(shù)據(jù)塊添加循環(huán)前綴的方式，將寬帶頻率選擇性信道轉(zhuǎn)變?yōu)槿舾烧瓗教顾ヂ湫诺?，從而有效克服了符號間干擾。OFDM技術(shù)已被數(shù)字視頻廣播(DVB)，第三代移動通信系統(tǒng)演進版本(3G-LTE)等標準所采納。因此，將OFDM與雙向中繼結(jié)合成為一種自然的選擇.通過OFDM技術(shù)可以有效避免高速數(shù)據(jù)流的符號間干擾，利用雙向中繼則可以增加無線網(wǎng)絡覆蓋范圍并降低移動終端的功率消耗。在雙向中繼OFDM系統(tǒng)中，信號收發(fā)雙方都需要首先移除自身發(fā)送數(shù)據(jù)對接收信號的自干擾，然后對移除自干擾后的信號進行檢測以獲得對對方發(fā)送數(shù)據(jù)的估計。在這一過程中，收發(fā)雙方需要精確的自身與中繼之間的信道信息以及中繼與對方終端中間的信道信息，因此在信號收發(fā)雙方處必須進行精確的信道估計?，F(xiàn)有的導頻傳輸和信道估計方法采用了正交導頻插入的方式，即收發(fā)雙方的導頻占用不同的子載波，并且在對方放置導頻的子載波上不再發(fā)送數(shù)據(jù)。這種方法具有以下不足第一、導頻與數(shù)據(jù)采用正交的復用方式，對于具有K個子載波的系統(tǒng)，若其中η個子載波位置放置導頻，則收發(fā)雙方只能使用剩余的Κ-2η個子載波位置放置數(shù)據(jù)，這樣為了獲得較高的信道估計精度，通常需要插入較多的導頻，這意味著將占用較多的子載波，從而導致數(shù)據(jù)傳輸效率大大降低。第二、在信號收發(fā)雙方進行信道估計時，只是根據(jù)對方導頻信息進行信道估計，信道估計的精度較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種既提高了數(shù)據(jù)傳輸效率，又保證信道估計精度的用于雙向正交頻分復用系統(tǒng)的導頻傳輸和信道估計方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，本發(fā)明提供一種用于雙向正交頻分復用系統(tǒng)的導頻傳輸和信道估計方法，它包括以下步驟
(1)、信號收發(fā)雙方將各自的包含有導頻信號及發(fā)送數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)塊進行歸一化傅里葉變換，并添加循環(huán)前綴后同時發(fā)送給中繼設(shè)備；O)、中繼設(shè)備接收到數(shù)據(jù)塊，移除循環(huán)前綴后，根據(jù)接收信號功率及自身發(fā)射功率對數(shù)據(jù)塊進行適當放縮處理；(3)、中繼設(shè)備將處理后的信號收發(fā)雙方發(fā)出的數(shù)據(jù)塊添加循環(huán)前綴后，全部的數(shù)據(jù)塊同時轉(zhuǎn)發(fā)給信號收發(fā)雙方；0)、信號收發(fā)雙方根據(jù)接收到的包含有導頻信號及發(fā)送數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)塊進行信道估計；所述步驟O)中數(shù)據(jù)塊中信號收發(fā)雙方的導頻所占用的子載波是正交的，信號收發(fā)雙方的一方的導頻和另一方的發(fā)送數(shù)據(jù)所占用的子載波是非正交的，所述步驟中信道估計的方法采用以下步驟a、根據(jù)對方導頻信號及該導頻子載波對應位置上的自身的發(fā)送數(shù)據(jù)進行信道初始估計，得出信道初始估計值；b、根據(jù)信道初始估計值從接收到的數(shù)據(jù)塊中去除自身發(fā)送數(shù)據(jù)引入的干擾，并檢測對方發(fā)送數(shù)據(jù)，獲得對方發(fā)送數(shù)據(jù)的初次估計值；C、根據(jù)對方數(shù)據(jù)的初次估計值，對方導頻信號、以及自身發(fā)送的導頻及發(fā)送數(shù)據(jù)進行判決反饋信道估計，得出二次信道估計值；d、利用二次信道估計值，再次從接收到的數(shù)據(jù)塊中去除自身發(fā)送數(shù)據(jù)引入的干擾，并檢測對方發(fā)送數(shù)據(jù)，獲得對方發(fā)送數(shù)據(jù)的二次估計值，即得到最終估計值。采用本發(fā)明所述方法，具有以下優(yōu)點第一、數(shù)據(jù)傳輸效率的提高在傳統(tǒng)的導頻與數(shù)據(jù)復用方式中，導頻與數(shù)據(jù)采用正交的復用方式，這樣對于具有K個子載波的系統(tǒng)，若其中η個子載波位置放置導頻，則收發(fā)雙方只能使用剩余的Κ-2η個子載波位置放置數(shù)據(jù)。而在本發(fā)明中，導頻與數(shù)據(jù)采用了非正交的方式，剩余的Κ-η個子載波位置上都可以放置數(shù)據(jù)，從而提高了傳輸效率。第二、信道估計精度的提高在傳統(tǒng)的方法中，只是根據(jù)對方導頻信息進行信道估計。而在本發(fā)明中采用了二次信道估計方法.先根據(jù)對方導頻信息和自身發(fā)送數(shù)據(jù)進行第一次信道估計，得到信道初始估計值，同時利用該信道估計值得到對方發(fā)送數(shù)據(jù)的初始估計；然后根據(jù)信道初始估計值和對方發(fā)送初始估計，以及自身發(fā)送數(shù)據(jù)進行第二次估計，這樣可以提高估計的精度。


附圖1為雙向中繼正交頻復用系統(tǒng)的示意圖；附圖2為傳統(tǒng)的導頻與數(shù)據(jù)復用方式示意圖；附圖3為本發(fā)明采用的導頻與數(shù)據(jù)復用方式示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明。本發(fā)明提供一種用于雙向正交頻分復用系統(tǒng)的導頻傳輸和信道估計方法，它包括以下步驟
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(1)、信號收發(fā)雙方將各自的包含有導頻信號及發(fā)送數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)塊進行歸一化傅里葉變換，并添加循環(huán)前綴后同時發(fā)送給中繼設(shè)備；如圖1，所述設(shè)信號收發(fā)雙方為終端A和終端B，中繼設(shè)備為中繼終端R，設(shè)A與B 的第t個時刻發(fā)送的OFDM塊中第η個子載波符號分別為sA,t (η)，sB,t (η)，η = 1，2，…，N。 每個OFDM塊包含N個符號，其中K個為導頻符號，N-K個為數(shù)據(jù)符號。發(fā)送時收發(fā)雙方進行導頻與數(shù)據(jù)復用。在終端A中，第k個導頻占用的子載波記為 aA,k，k=l，2，"^KjPsu(Ciu) = Γ A,k為第k個導頻符號，而其余N-K個子載波位置 i3A,k，k=l，2，…，N-K，放置數(shù)據(jù)符號sA,t(i3A,k) =dA,k。由于導頻與數(shù)據(jù)占用不同的子載波位置，并且導頻與數(shù)據(jù)占用所有的子載波，因此子載波位置集合aA= {aAa, A aA,J 與 βΑ = {βΑ>1, Λ βΑ,Ν_Κ}滿足 αΑ η βΑ = φ, αΑ U βΑ = {1，2，Α，Ν}。在終端 B 中，第 k個導頻占用的子載波記為aB,k，k=l，2，…，K，即sB,t(aB,k) = rB,k為終端B第k個導頻符號，而其余N-K個子載波位置i3B,k，k= 1,2,…，N-K，放置數(shù)據(jù)符號sB,t(i3B,k) = dB, k。同樣地，子載波位置集合α β ={ α β,” Λ a B,K}與β B = { β B1，Λ β Β,Ν_Κ}滿足α Β Π β Β =Φ，αΒυ βΒ= {1，2，Α，Ν}。本發(fā)明中終端A與終端B中導頻符號占用的子載波位置是不同的，即αΑη αΒ= Φ，而數(shù)據(jù)符號占用的子載波位置部分是重疊的βΑΠ Φ ；如圖3所示，圖中暗色部分為導頻，白色部分為發(fā)出數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)塊中信號收發(fā)雙方的導頻所占用的子載波是正交的，信號收發(fā)雙方的一方的導頻和另一方的發(fā)送數(shù)據(jù)所占用的子載波是非正交的，即終端A的導頻與終端B的發(fā)送數(shù)據(jù)所占用的子載波是非正交的，終端B的導頻與終端A的發(fā)送數(shù)據(jù)所占用的子載波也是非正交的。而傳統(tǒng)的導頻與數(shù)據(jù)的復用方式如圖 2所示，信號收發(fā)雙方的導頻與數(shù)據(jù)均采用正交的復用方式，即終端A發(fā)送導頻的子載波， 終端B不發(fā)送數(shù)據(jù)，終端B發(fā)送導頻的子載波，終端A不發(fā)送數(shù)據(jù)。終端A將包含導頻與數(shù)據(jù)符號的第t個OFDM塊sA,t(n)，n= 1，2，…，N。作N點歸一化快速傅里葉逆變換(IFFT)，并添加循環(huán)前綴。所述OFDM塊即為數(shù)據(jù)塊，終端B也對第t個OFDM塊％,t(n)，η= 1，2，…，N作相同操作。然后兩個終端同時將各自的第t個 OFDM塊發(fā)射給中繼終端R。中繼終端R接收到的信號為j； = H^rFh S\ + H^rFh Ste + ；其中F是大小為NXN的歸一化傅里葉變換矩陣，Ht1 R,i = A, B,是一個循環(huán)矩陣，其第一列為[g Afi/，而/^表示從終端i，i = A，B，到中繼R的LXl的信道沖擊響應向量。也可以表示為=Fff/t^，其中^^是一個對角陣，可以表示為 A;’R=diag{FLh;’R}，而&是NXN的傅里葉變換矩陣的前L列。ηκ則表示白噪聲向量。上述對OFDM塊進行歸一化傅里葉變換并添加循環(huán)前綴發(fā)送給中繼設(shè)備的方法為行業(yè)內(nèi)公知技術(shù)，并非本發(fā)明的發(fā)明點，故不詳述。O)、中繼設(shè)備接收到數(shù)據(jù)塊，移除循環(huán)前綴后，根據(jù)接收信號功率及自身發(fā)射功率對數(shù)據(jù)塊進行適當放縮處理；設(shè)中繼設(shè)備為中繼終端R，中繼終端R移除第t個接收到的OFDM塊的循環(huán)前綴后再對接收信號進行線性縮放Stli = cy'R (2)其中c為常數(shù)，為滿足R平均發(fā)射功率的限制，c可以取為
權(quán)利要求
1. 一種用于雙向正交頻分復用系統(tǒng)的導頻傳輸和信道估計方法，它包括以下步驟 (1)、信號收發(fā)雙方將各自的包含有導頻信號及發(fā)送數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)塊進行歸一化傅里葉變換，并添加循環(huán)前綴后同時發(fā)送給中繼設(shè)備；O)、中繼設(shè)備接收到數(shù)據(jù)塊，移除循環(huán)前綴后，根據(jù)接收信號功率及自身發(fā)射功率對數(shù)據(jù)塊進行適當放縮處理；(3)、中繼設(shè)備將處理后的信號收發(fā)雙方發(fā)出的數(shù)據(jù)塊添加循環(huán)前綴后，全部的數(shù)據(jù)塊同時轉(zhuǎn)發(fā)給信號收發(fā)雙方；G)、信號收發(fā)雙方根據(jù)接收到的包含有導頻信號及發(fā)送數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)塊進行信道估計；其特征在于所述步驟(1)中數(shù)據(jù)塊中信號收發(fā)雙方的導頻所占用的子載波是正交的，信號收發(fā)雙方的一方的導頻和另一方的發(fā)送數(shù)據(jù)所占用的子載波是非正交的； 所述步驟中信道估計的方法采用以下步驟a、根據(jù)對方導頻信號及該導頻子載波對應位置上的自身的發(fā)送數(shù)據(jù)進行信道初始估計，得出信道初始估計值；b、根據(jù)信道初始估計值從接收到的數(shù)據(jù)塊中去除自身發(fā)送數(shù)據(jù)引入的干擾，并檢測對方發(fā)送數(shù)據(jù)，獲得對方發(fā)送數(shù)據(jù)的初次估計值；C、根據(jù)對方數(shù)據(jù)的初次估計值，對方導頻信號、以及自身發(fā)送的導頻及發(fā)送數(shù)據(jù)進行判決反饋信道估計，得出二次信道估計值；d、利用二次信道估計值，再次從接收到的數(shù)據(jù)塊中去除自身發(fā)送數(shù)據(jù)引入的干擾，并檢測對方發(fā)送數(shù)據(jù)，獲得對方發(fā)送數(shù)據(jù)的二次估計值，即得到最終估計值。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于雙向正交頻分復用系統(tǒng)的導頻傳輸和信道估計方法，在本發(fā)明中，導頻與數(shù)據(jù)采用了非正交的方式，剩余的K-n個子載波位置上都可以放置數(shù)據(jù)，從而提高了傳輸效率。并且本發(fā)明中采用了二次信道估計方法.先根據(jù)對方導頻信息和自身發(fā)送數(shù)據(jù)進行第一次信道估計，得到信道初始估計值，同時利用該信道估計值得到對方發(fā)送數(shù)據(jù)的初始估計；然后根據(jù)信道初始估計值和對方發(fā)送初始估計，以及自身發(fā)送數(shù)據(jù)進行第二次估計，這樣可以提高估計的精度。
文檔編號H04L27/26GK102255845SQ20111019692
公開日2011年11月23日 申請日期2011年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月14日
發(fā)明者方朝曦 申請人:浙江萬里學院