新型無線通信系統(tǒng)及其應(yīng)對(duì)復(fù)雜山區(qū)地形優(yōu)化通信方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種WiMAX無線通信系統(tǒng)及其OFDM調(diào)制技術(shù)的信道估計(jì)算法，特別涉 及新型無線通信系統(tǒng)及其應(yīng)對(duì)復(fù)雜山區(qū)地形優(yōu)化通信方法，屬于電力信息化領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 無線電波的傳播特性與電波傳播環(huán)境密切相關(guān)，這些環(huán)境包括地形地貌、人工建 筑、氣象條件、電磁干擾等情況，以及移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)速度與使用的頻段。在蜂窩移動(dòng)通信系 統(tǒng)中，接收機(jī)的接收功率隨距離而減小的現(xiàn)象被認(rèn)為是路徑損耗。而多數(shù)移動(dòng)通信系統(tǒng)工 作在城區(qū)，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間無直接視距路徑，而且高層建筑產(chǎn)生了強(qiáng)烈的繞射損耗。此 外，由于不同物體的多路徑反射，經(jīng)過不同長(zhǎng)度路徑的電波相互作用引起多徑損耗，同時(shí)隨 著發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間距離的不斷增加而引起電波強(qiáng)度的衰落。如果接受天線在大于幾十 米或幾百米距離上移動(dòng)的話，使接收信號(hào)中的尺度變化被稱為陰影效應(yīng)。
[0003] 由于移動(dòng)通信環(huán)境具有復(fù)雜性與多樣性，電波在傳播時(shí)將產(chǎn)生三種不同類型的效 應(yīng)：
[0004] 1)陰影效應(yīng)：它是由地形結(jié)構(gòu)引起的傳播損耗，表現(xiàn)為慢衰落，或稱為長(zhǎng)期衰落。
[0005] 2)多徑效應(yīng)：它是由于移動(dòng)體周圍的局部散射體引起的多徑傳播，使到達(dá)接收機(jī) 輸入端的信號(hào)相互疊加，其合成的信號(hào)幅度表現(xiàn)為快速起伏變化，即快衰落，或稱為短期衰 落。
[0006] 3)多普勒效應(yīng)：它是由于移動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)速度和方向會(huì)使接收的信號(hào)產(chǎn)生多普勒 頻移，在多徑條件下，便形成多普勒頻譜擴(kuò)展，對(duì)信號(hào)形成隨機(jī)跳調(diào)頻的多普勒效應(yīng)。
[0007] 一個(gè)無線通信系統(tǒng)質(zhì)量的好壞，在很大程度上取決于無線信道傳輸質(zhì)量的好壞。 無線通信靠的是無線電波的傳播，由于山區(qū)山高林密，地形復(fù)雜，有高山阻擋，無線電波傳 播環(huán)境復(fù)雜，在傳播時(shí)既可能有直射波，也可能產(chǎn)生大量的反射波、折射波、散射波和繞射 波等，將引起較大的傳輸損耗以及傳輸信號(hào)的隨機(jī)衰落，使信號(hào)衰落起伏大，場(chǎng)強(qiáng)分布不均 勻，甚至出現(xiàn)信號(hào)盲區(qū)。為了減小無線電波傳播損耗，保證無線通信的質(zhì)量，確保無線電 波發(fā)射的業(yè)務(wù)覆蓋服務(wù)區(qū)和電波傳播的可靠程度，在山區(qū)無線電波頻段一般采用甚高頻 (VHF)，但因受頻譜資源限制，也采用超高頻（UHF)的低頻段。同時(shí)，因傳播環(huán)境不斷變化， 電磁波在無線信道中傳播會(huì)存在多種傳播機(jī)制，這使得接收端信號(hào)的幅度、頻率和相位等 均可能處于一種不斷變化、極不穩(wěn)定的狀態(tài)之中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種新型無線通信系統(tǒng)及其 應(yīng)對(duì)復(fù)雜山區(qū)地形優(yōu)化通信方法，本發(fā)明所提供的新型無線通信系統(tǒng)及其應(yīng)對(duì)復(fù)雜山區(qū)地 形優(yōu)化通信方法不僅能夠?qū)崿F(xiàn)在復(fù)雜山區(qū)地形中的有效數(shù)據(jù)傳輸，而且傳輸速率較高，此 外，還能更好地跟蹤無線信道的變化從而提高接收機(jī)性能
[0009] 本發(fā)明技術(shù)方案一如下：
[0010] 一種新型無線通信系統(tǒng)，包括發(fā)射機(jī)模塊、信道估計(jì)模塊和接收機(jī)模塊；
[0011] 所述發(fā)射機(jī)模塊與所述信道估計(jì)模塊連接，用于發(fā)射OFDM數(shù)據(jù)和訓(xùn)練序列，
[0012] 所述信道估計(jì)模塊與所述接收機(jī)模塊連接，用于接收發(fā)射機(jī)模塊發(fā)射的信號(hào)，
[0013] 所述信道估計(jì)模塊采用廣義平穩(wěn)非相關(guān)散射瑞利衰落（WideSenseStationary UncorrelatedScattering,wssus)信道，不同時(shí)延的所述信道沖激響應(yīng)表示為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種新型無線通信系統(tǒng)，其特征在于： 包括發(fā)射機(jī)模塊、信道估計(jì)模塊和接收機(jī)模塊； 所述發(fā)射機(jī)模塊與所述信道估計(jì)模塊連接，用于發(fā)射OFDM數(shù)據(jù)和訓(xùn)練序列， 所述信道估計(jì)模塊與所述接收機(jī)模塊連接，用于接收發(fā)射機(jī)模塊發(fā)射的信號(hào)； 所述信道估計(jì)模塊采用廣義平穩(wěn)非相關(guān)散射瑞利衰落（Wide Sense Stationary Uncorrelated Scattering, wssus)信道，不同時(shí)延的所述信道沖激響應(yīng)表示為：
其中，W (η)為離散時(shí)間第η時(shí)刻第i條傳播路徑的脈沖響應(yīng)，其相關(guān)函數(shù)為：
其中皮是每一徑的平均功率，·)為第一類零階Bessel函數(shù)，4是最大多普勒頻 移，Ts是一個(gè)OFDM符號(hào)的周期，δ (·)是單位沖擊函數(shù)，（· Γ表示取共軛運(yùn)算。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型無線通信系統(tǒng)，其特征在于： 所述OFDM數(shù)據(jù)和訓(xùn)練序列同時(shí)發(fā)送。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型無線通信系統(tǒng)，其特征在于： 所述OFDM數(shù)據(jù)和訓(xùn)練序列都具有單位功率。
4. 一種用于權(quán)利要求2所述的新型無線通信系統(tǒng)的應(yīng)對(duì)復(fù)雜山區(qū)地形優(yōu)化通信方法， 其特征在于：所述數(shù)據(jù)傳輸方法包括以下依序進(jìn)行的步驟： 1)所述發(fā)射機(jī)模塊同時(shí)發(fā)射OFDM數(shù)據(jù)和訓(xùn)練序列 數(shù)據(jù)b (k)，k = 0, 1，2,…，N-I經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換后b (bQ，h…，V1)，b為一個(gè)OFDM信號(hào) 內(nèi)承載的數(shù)據(jù)，其中，b(k)是映射到OFDM信號(hào)第k個(gè)子載波上的數(shù)據(jù)信息，·為訓(xùn)練 序列的頻域采樣，訓(xùn)練序列的時(shí)域采樣值為IcUf=，所述數(shù)據(jù)符號(hào)bk和訓(xùn)練序列z k都具有 單位功率，把數(shù)據(jù)bk和訓(xùn)練序列Zk乘以不同的系數(shù)α和P，分別控制發(fā)射信號(hào)中數(shù)據(jù)符 號(hào)和訓(xùn)練序列兩部分的發(fā)射功率，且滿足α2+ρ2= 1，數(shù)據(jù)符號(hào)和訓(xùn)練序列進(jìn)行IDFT之后 得到的信號(hào)分別為<和Cn，它們的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
把< 和Cn相加后得到發(fā)送信號(hào)X η，并添加循環(huán)前綴通過射頻部分發(fā)射出去，發(fā)送信號(hào) 的Xn數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 兵干：Ak= a bk+P Zk
2) 對(duì)疊加訓(xùn)練序列的OFDM信號(hào)信道通過所述信道估計(jì)模塊進(jìn)行信道的頻域響應(yīng)估計(jì) 所述信道的頻域響應(yīng)估計(jì)Fk可以表示為：
發(fā)送數(shù)據(jù)的估計(jì)可以表示為：
3) 所述接收機(jī)模塊接收信號(hào) 由于循環(huán)前綴的作用，接收信號(hào)去掉循環(huán)前綴后可表示為x(n)與信道沖激響應(yīng)的圓 周卷積，用表示去掉循環(huán)前綴后的接收信號(hào)r (η)，則r (η)可表示為：
(?\表示求模（modulo)運(yùn)算，wn表示加性復(fù)高斯白噪聲采樣，所述噪聲采的雙邊功率 譜密度為Ntl，去掉循環(huán)前綴并對(duì)信號(hào)進(jìn)行DFT后，第k個(gè)子載波上承載的信號(hào)為：
IlXk +Ik+Wk,0<k<N-\ C 2-23) Hk表示信道增益，Ik表示由于信道的時(shí)變性而產(chǎn)生的ICI，Wk對(duì)應(yīng)于信道中高斯白噪聲 的貢獻(xiàn)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種WiMAX無線通信系統(tǒng)及其OFDM調(diào)制技術(shù)的信道估計(jì)算法，特別涉及新型無線通信系統(tǒng)及其應(yīng)對(duì)復(fù)雜山區(qū)地形優(yōu)化通信方法，屬于電力信息化領(lǐng)域。一種新型無線通信系統(tǒng)，包括發(fā)射機(jī)模塊、信道估計(jì)模塊和接收機(jī)模塊；所述發(fā)射機(jī)模塊與所述信道估計(jì)模塊連接，用于發(fā)射OFDM數(shù)據(jù)和訓(xùn)練序列，所述信道估計(jì)模塊與所述接收機(jī)模塊連接，用于接收發(fā)射機(jī)模塊發(fā)射的信號(hào)。本發(fā)明所提供的新型無線通信系統(tǒng)及其應(yīng)對(duì)復(fù)雜山區(qū)地形優(yōu)化通信方法不僅能夠?qū)崿F(xiàn)在復(fù)雜山區(qū)地形中的有效數(shù)據(jù)傳輸，而且傳輸速率較高，此外，還能更好地跟蹤無線信道的變化從而提高接收機(jī)性能。
【IPC分類】H04L27-26, H04L25-02
【公開號(hào)】CN104660542
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410825912
【發(fā)明人】施明泰, 周亮, 鄭學(xué)明, 梁懿
【申請(qǐng)人】國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司, 國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院, 國(guó)網(wǎng)信通億力科技有限責(zé)任公司
【公開日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2014年12月25日