專利名稱：多輸入多輸出正交頻分復用系統(tǒng)同步序列構(gòu)造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種可應用于多輸入多輸出正交頻分復用系統(tǒng)中的同步序列構(gòu)造方 法，屬于移動通信中的同步技術領域。
背景技術：
正交頻分復用技術(OFDM,orthogonal frequency-division multiplexing)由于 具有頻譜效率高、抗頻率選擇性衰落和窄帶干擾的優(yōu)點，非常適合在無線通信信道傳輸，也 是當前新一代移動通信系統(tǒng)中采用的主流技術。多輸入多輸出技術和OFDM技術相結(jié)合，能 提供更大的頻譜效率、更高的數(shù)據(jù)速率；在當前頻譜資源越來越緊張、對數(shù)據(jù)速率要求越來 越高的形勢下，多輸入多輸出OFDM技術具有更為廣闊的應用前景。但是采用OFDM技術的系統(tǒng)都有一個共同的缺點，對同步誤差尤其是載波頻偏非 常敏感。由于OFDM系統(tǒng)各子信道之間的頻譜相互覆蓋，這就對它們之間的正交性提出了嚴 格的要求。然而，由于無線信道存在時變性，在傳輸過程中會出現(xiàn)無線信號的頻率偏移，例 如多普勒頻移，或者發(fā)射機載波頻率與接收機本地振蕩器之間存在的頻率偏差。只占子載 波間隔一小部分的載波頻偏都會使得OFDM系統(tǒng)子載波之間的正交性遭到破壞，進而產(chǎn)生 子載波間干擾，從而導致OFDM接收機性能的顯著下降。因此，對于OFDM接收機來說，載波 頻偏的估計與訓練序列的設計是至關重要的，設計合適的訓練序列可以明顯改善估計性能 并適當降低算法復雜度。

發(fā)明內(nèi)容
技術問題本發(fā)明的目的是在多輸入多輸出正交頻分復用系統(tǒng)中，提供一種可以 有效估計頻偏的同步序列構(gòu)造方法。所提出的同步序列構(gòu)造方法生成簡單、系統(tǒng)負載低；基 于所提出的同步序列可實現(xiàn)環(huán)境自適應低復雜度頻偏估計，且可實現(xiàn)多種簡化頻偏估計算 法；通過序列參數(shù)的設計可最大化頻偏估計范圍、最優(yōu)化頻偏估計性能，并保證頻偏估計的
一致性。技術方案為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種多輸入多輸出正交頻分復用系 統(tǒng)的同步序列構(gòu)造方法，該方法包括如下步驟1)構(gòu)造長度為P的chu序列s，其中，P < N，且(N) ρ = 0，(N) P表示關于N做模P 運算，N是同步序列的長度；2)對chu序列s做循環(huán)移位操作，得到移位序列s(1JM)，其中，g(g)是循環(huán)移位算 符，s(uM)表示對chu序列s做循環(huán)向下移μ M位所得到得矢量，M是移位參數(shù)，μ代表發(fā)送 天線的索引，Μ=^p/μ」，^」是取整算符，Li3/M」代表對P/X進行取整，設計參數(shù)N1使 Nt ^ N1 < P，Nt代表發(fā)送天線的數(shù)目；3)對移位序列s(vM)做離散傅立葉變換，得到頻域序列約”，其
中，F(xiàn)p是歸一化離散傅立葉變換矩陣，Q = N/P,并有Q > Nt, Q代表相應于發(fā)送天線上的訓 練序列中相鄰非零導頻之間的間距，P代表chu序列s的長度，N是同步序列的長度，Nt代表發(fā)送天線數(shù)目；4)對頻域序列％做矩陣運算，得到相應于第μ根發(fā)送天線的訓練序列吟， ^ = O1^其中，% =[^,ere,L，々+(Ρ—1)e] 一表示單位陣In的第込個列矢量，表示相
μ ，L」，、N
應于第μ根發(fā)送天線的訓練序列的第一個非零元素的索引，μ代表發(fā)送天線的索引，Q代 表相應于發(fā)送天線上的訓練序列中相鄰非零導頻之間的間距，P代表chu序列s的長度，N 是同步序列的長度，0 ^ i0 < I1 < L < μ < L < iK_! < Q0得到相應于第μ根發(fā)送天線的訓練序列^應滿足的條件是a)發(fā)送天線能量均勻分配準則頻域序列呤N是同步序列的長
9
度，Nt代表發(fā)送天線數(shù)目，I |g| I表示相應矢量的2范數(shù)；b)頻偏估計一致性準則=(N-NtP)彡 NtP, P 彡 L，(Iq-I)tIw > 0， V^e {1,2,L Q-l}其中，L表示信道的最大多徑時延，Iq表示QX 1的全1矢量，1 = Σ咤表
示QX 1的非零導頻矢量；N是同步序列的長度，Nt代表發(fā)送天線數(shù)目，P代表chu序列s的 長度，Q代表相應于發(fā)送天線上的訓練序列中相鄰非零導頻之間的間距，q代表相應于發(fā)送 天線上的訓練序列中相鄰非零導頻之間的零導頻的索引，T代表轉(zhuǎn)置運算，“表示相應于第 μ根發(fā)送天線的訓練序列的第一個非零元素的索引，μ代表發(fā)送天線的索引；c)整數(shù)頻偏估計可靠性準則ιηαχι^·-/^} max mn J(Ie-I)' l(<i)J μ 表
示相應于第μ根發(fā)送天線的訓練序列的第一個非零元素的索引，iu,表示相應于第μ ‘根 發(fā)送天線的訓練序列的第一個非零元素的索引，Mf表轉(zhuǎn)置運算，q代表相應于發(fā)送天線上 的訓練序列中相鄰非零導頻之間的零導頻的索引，Q代表相應于發(fā)送天線上的訓練序列中 相鄰非零導頻之間的間距，d)小數(shù)頻偏估計簡化準則凡P > Q，P代表chu序列s的長度，Q代表相應于發(fā)送 天線上的訓練序列中相鄰非零導頻之間的間距，凡代表接收天線的數(shù)目。有益效果本發(fā)明所提出的同步序列構(gòu)造方法，僅需對chu基礎序列做循環(huán)移位 操作、離散傅立葉變換與插零操作，即可生成對應各發(fā)送天線的訓練序列，序列構(gòu)造方法簡 單且系統(tǒng)負載小。本發(fā)明所提出的同步序列構(gòu)造方法，基于其頻偏估計一致性準則，可以保證接收 機頻偏估計在足夠大的頻偏范圍內(nèi)(_L0/2」,0-L0/2」]都是一致、可識別的；本發(fā)明所提出的同步序列構(gòu)造方法，基于其整數(shù)頻偏估計可靠性準則，可以實現(xiàn) 整數(shù)頻偏的簡化計算，特別地，在友善信道環(huán)境中，通過簡單的二值邏輯運算即可實現(xiàn)整數(shù) 頻偏估計的低復雜度實現(xiàn)；本發(fā)明所提出的同步序列構(gòu)造方法，基于其小數(shù)頻偏估計簡化準則與所構(gòu)造序列 的周期屬性，可以根據(jù)實際需要靈活采用多種方法實現(xiàn)低復雜度高精度小數(shù)頻偏估計；本發(fā)明所提出的同步序列構(gòu)造方法，適于集中式多天線系統(tǒng)、分布式多天線系統(tǒng)、 協(xié)同多中繼系統(tǒng)、協(xié)同多用戶系統(tǒng)等符合多輸入多輸出基本特征的通信系統(tǒng)。


圖1是多輸入多輸出正交頻分復用系統(tǒng)發(fā)射機框圖；圖2是多輸入多輸出正交頻分復用系統(tǒng)同步序列結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是多輸入多輸出正交頻分復用系統(tǒng)同步序列構(gòu)造方法的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。本發(fā)明是基于多輸入多輸出正交頻分復用技術(OFDM，orthogonal frequency-division multiplexing)系統(tǒng)，針對該系統(tǒng)所存在的頻率偏移這一問題所提出 來的。多輸入多輸出正交頻分復用系統(tǒng)的同步序列構(gòu)造方法，該方法包括如下步驟1)構(gòu)造長度為P的chu序列s，其中，P < N，且(N) ρ = 0，(N) P表示關于N做模P 運算，N是同步序列的長度；2)對chu序列s做循環(huán)移位操作，得到移位序列s(1JM)，其中，g(g)是循環(huán)移位算 符，s(uM)表示對chu序列s做循環(huán)向下移μ M位所得到得矢量，M是移位參數(shù)，μ代表發(fā)送 天線的索引，Μ=^p/μ」，^」是取整算符，Li3/M」代表對P/X進行取整，設計參數(shù)N1使 Nt ^ N1 < P，Nt代表發(fā)送天線的數(shù)目；3)對移位序列s(vM)做離散傅立葉變換，得到頻域序列約”，其
中，F(xiàn)p是歸一化離散傅立葉變換矩陣，Q = N/P,并有Q > Nt, Q代表相應于發(fā)送天線上的訓 練序列中相鄰非零導頻之間的間距，P代表chu序列s的長度，N是同步序列的長度，Nt代 表發(fā)送天線數(shù)目；4)對頻域序列％做矩陣運算，得到相應于第μ根發(fā)送天線的訓練序列灼’ ^ = 其中，% =[^,ere,L，々+(Ρ—1)e] 一表示單位陣In的第込個列矢量，表示相
μ ，L」，、N
應于第μ根發(fā)送天線的訓練序列的第一個非零元素的索引，μ代表發(fā)送天線的索引，Q代 表相應于發(fā)送天線上的訓練序列中相鄰非零導頻之間的間距，P代表chu序列s的長度，N 是同步序列的長度，0 ^ i0 < I1 < L < μ < L < iK_! < Q0a)發(fā)送天線能量均勻分配準則頻域序列場N是同步序列的長
9
度，Nt代表發(fā)送天線數(shù)目，I |g| I表示相應矢量的2范數(shù)；b)頻偏估計一致性準則=(N-NtP)彡 NtP, P 彡 L，(Iq-I)tIw > 0， V^e {1,2,L Q-l}其中，L表示信道的最大多徑時延，Iq表示QX 1的全1矢量，1 = Σ咤表
示QX 1的非零導頻矢量；N是同步序列的長度，Nt代表發(fā)送天線數(shù)目，P代表chu序列s的 長度，Q代表相應于發(fā)送天線上的訓練序列中相鄰非零導頻之間的間距，q代表相應于發(fā)送 天線上的訓練序列中相鄰非零導頻之間的零導頻的索引，T代表轉(zhuǎn)置運算，“表示相應于第 μ根發(fā)送天線的訓練序列的第一個非零元素的索引，μ代表發(fā)送天線的索引；c)整數(shù)頻偏估計可靠性準則ιηαχι^·-/^} maxmnj^-l)" l(<i)J μ 表示相應于第μ根發(fā)送天線的訓練序列的第一個非零元素的索引，iu,表示相應于第μ ‘根 發(fā)送天線的訓練序列的第一個非零元素的索引，Mf表轉(zhuǎn)置運算，q代表相應于發(fā)送天線上 的訓練序列中相鄰非零導頻之間的零導頻的索引，Q代表相應于發(fā)送天線上的訓練序列中 相鄰非零導頻之間的間距，d)小數(shù)頻偏估計簡化準則凡P > Q，P代表chu序列s的長度，Q代表相應于發(fā)送 天線上的訓練序列中相鄰非零導頻之間的間距，凡代表接收天線的數(shù)目。本發(fā)明所考慮的多輸入多輸出OFDM系統(tǒng)，其發(fā)送天線和接收天線數(shù)目分別設為 Nt和凡。設一個OFDM符號或同步訓練序列的長度為N，令μ表示發(fā)送天線的索引，μ
<Nt?；谏鲜鲫P于系統(tǒng)與訓練序列的定義，本發(fā)明的多輸入多輸出OFDM系統(tǒng)同步序 列構(gòu)造的方法為1)構(gòu)造長度為P的chu序列s，其中，P < N，且(N)P = 0，(g)P是模P算符；chu序列為無線通信領域廣泛采用的一種訓練序列，且相應中文文獻也都直接稱 為chu序列；2)對s做循環(huán)移位操作，得到序列sUM)，其中，g(g)是循環(huán)移位算符，M是移位參 數(shù)，M = Ipzn1]，Lg」是取整算符，設計參數(shù)N1使Nt彡N1 < ρ ；3)對8(μΜ)做離散傅立葉變換，得到序列呤鄴=^^^^·^，其中，F(xiàn)p是歸一化 離散傅立葉變換矩陣，Q = Ν/Ρ,并有Q > Nt ；4)對場做矩陣運算，得到相應于第μ根發(fā)送天線的訓練序列松，玲=0、呤，其 中，Θ^ =[e^,ere,L ,々+(Ρ—υβ]，々表示單位陣In的第個列矢量，表示相應于第μ根
發(fā)送天線的訓練序列的第一個非零元素的索引，0 ^i0<i1<L<i, <L< iK_i < Q0其同步序列設計方法如下a)發(fā)送天線能量均勻分配準則
權利要求
1.一種多輸入多輸出正交頻分復用系統(tǒng)的同步序列構(gòu)造方法，其特征在于該方法包 括如下步驟1)構(gòu)造長度為P的Chu序列S，其中，P< N，且(N)p = 0，(N)ρ表示關于N做模P運算， N是同步序列的長度；2)對chu序列s做循環(huán)移位操作，得到移位序列sUM)，其中，g(g)是循環(huán)移位算符，s(uM) 表示對chu序列s做循環(huán)向下移μΜ位所得到得矢量，M是移位參數(shù)，μ代表發(fā)送天線的索 引，
2.根據(jù)權利要求1多輸入多輸出正交頻分復用系統(tǒng)的同步序列構(gòu)造方法，其特征在于 得到相應于第μ根發(fā)送天線的訓練序列^應滿足的條件是a)發(fā)送天線能量均勻分配準則頻域序列場N是同步序列的長度，Nt代 表發(fā)送天線數(shù)目，11 g 11表示相應矢量的2范數(shù)；b)頻偏估計一致性準則(
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多輸入多輸出正交頻分復用系統(tǒng)的同步序列構(gòu)造方法，該方法包括如下步驟構(gòu)造長度為P的chu序列s，其中，P＜N，且(N)P＝0，(g)P是模P算符，(N)P表示關于N做模P運算，N是同步序列的長度；對chu序列s做循環(huán)移位操作，得到移位序列s(μM)，其中，g(g)是循環(huán)移位算符，s(μM)表示對chu序列s做循環(huán)向下移μM位所得到得矢量，M是移位參數(shù)，μ代表發(fā)送天線的索引，是取整算符，代表對P/NI進行取整，設計參數(shù)NI使Nt≤NI＜P，Nt代表發(fā)送天線的數(shù)目。本發(fā)明所提出的同步序列構(gòu)造方法生成簡單、系統(tǒng)負載低。
文檔編號H04L27/26GK102098266SQ20111007411
公開日2011年6月15日 申請日期2011年3月25日 優(yōu)先權日2011年3月25日
發(fā)明者尤肖虎, 蔣雁翔, 高西奇 申請人:東南大學