本發(fā)明涉及移動(dòng)通信技術(shù)，尤其涉及移動(dòng)通信的一種基于802.11n多天線OFDM系統(tǒng)中聯(lián)合訓(xùn)練序列和導(dǎo)頻的信道估計(jì)方法。

背景技術(shù)：

多天線OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交頻分復(fù)用)系統(tǒng)中傳輸速率較高，精確解調(diào)是傳輸質(zhì)量的保證。而接收機(jī)能否精確解調(diào)，離不開精確的CSI(Channel State Information，信道狀態(tài)信息)和檢測(cè)。信道估計(jì)是將無線信道的信道沖激響應(yīng)估計(jì)出來，是進(jìn)行檢測(cè)和解調(diào)的基礎(chǔ)。高性能的信道估計(jì)方法可以利用估計(jì)出來的信道信息將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)還原，再進(jìn)行解碼。

MIMO(Multiple Input Multiple Output,多輸入多輸出)天線系統(tǒng)可以提供多個(gè)獨(dú)立的信道，在一定條件下，可以令信道容量隨天線數(shù)的增加而線性增長(zhǎng)。OFDM是對(duì)抗頻率選擇性衰落的有效技術(shù)，它將原信道轉(zhuǎn)換為多個(gè)并行平坦衰落子信道。IEEE 802.11n采用空時(shí)編碼的多天線OFDM系統(tǒng)傳輸鏈路，帶來高吞吐量的無線局域網(wǎng)系統(tǒng)。

目前，在802.11n標(biāo)準(zhǔn)中，間接映射或空間擴(kuò)展技術(shù)也離不開精確的信道參數(shù)估計(jì)。并且基于OFDM技術(shù)的通信系統(tǒng)接收機(jī)均衡可以利用時(shí)域幀結(jié)構(gòu)中訓(xùn)練序列的特點(diǎn)，已被諸多通信標(biāo)準(zhǔn)所采用，但是很難在算法精度和復(fù)雜度方面取得較好折中，往往具有較高精度的算法具有較大的計(jì)算復(fù)雜度，計(jì)算復(fù)雜度較低的算法在多天線OFDM系統(tǒng)中性能卻不太理想。由于多根天線同時(shí)接收數(shù)據(jù)，在低信噪比情況下，也會(huì)帶來多天線間干擾。針對(duì)802.11n多天線的信道估計(jì)方法，已經(jīng)提出一些關(guān)于802.11n在接收端多天線信道估計(jì)方案，如文獻(xiàn)(Robust Channel Estimation for 802.11n(MIMO-OFDM)Systems，Effect of Carrier Frequency Offset on Channel Estimation for SISO/MIMO-OFDM Systems)中對(duì)數(shù)據(jù)經(jīng)過同步后，討論CFO(Carrier Frequency Offset,載波頻率偏移)對(duì)信道估計(jì)的影響，提出信道估計(jì)方法，不僅利用HT(Hight Throughput,高吞吐量)區(qū)域訓(xùn)練序列還加入低吞吐量訓(xùn)練序列，文獻(xiàn)充分考慮了在2T-1R情況下，也提高均衡系數(shù)。但如果在40MHz帶寬且4個(gè)空間流的情況下，文獻(xiàn)方法采用低吞吐訓(xùn)練序列的載波數(shù)目就不符合要求，并且計(jì)算量較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種簡(jiǎn)單而高效，且適用于基于802.11n多天線OFDM系統(tǒng)中聯(lián)合訓(xùn)練序列和導(dǎo)頻的信道估計(jì)方法，是一種為了解決信道誤差最小化的估計(jì)方法，同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)無線通信系統(tǒng)中接收端準(zhǔn)確恢復(fù)發(fā)射端的發(fā)送信號(hào)，該方案可以分離接收端多個(gè)天線間的干擾，實(shí)現(xiàn)與發(fā)送端各正向過程相對(duì)應(yīng)的逆過程之間的獨(dú)立運(yùn)算。

本發(fā)明的構(gòu)思如下，信號(hào)經(jīng)過信道解調(diào)后，提取信號(hào)HT的長(zhǎng)序列部分，使用本地參考長(zhǎng)訓(xùn)練序列與接收端的長(zhǎng)訓(xùn)練序列進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算。在不考慮噪聲情況下，該方法主要利用LS(Least Square,最小二乘)信道估計(jì)算法引入正交映射矩陣和傅里葉矩陣，得到第k個(gè)子信道的信道頻率響應(yīng)估計(jì)值:其中i＝1,2,….N_RX表示循環(huán)移位，N_RX表示接收天線數(shù)量，y_k表示信道接收端解調(diào)后的數(shù)據(jù)，HTLTF_K為本地參考高吞吐量長(zhǎng)訓(xùn)練序列，ΔF為子載波頻率間隔，為循環(huán)移位。這是一個(gè)基于訓(xùn)練序列的估計(jì)，使多天線中的信道估計(jì)成為可能。信號(hào)在發(fā)送端空間流中插入固定的子載波作為導(dǎo)頻，經(jīng)過上述長(zhǎng)訓(xùn)練序列的信道估計(jì)后，為了避免噪聲的影響，增加信道估計(jì)準(zhǔn)確性，在接收端利用導(dǎo)頻再獲取一次信道狀態(tài)信息，主要目的是降噪盡最大可能恢復(fù)出發(fā)送信號(hào)。

鑒于此，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種基于802.11n多天線OFDM系統(tǒng)中聯(lián)合訓(xùn)練序列和導(dǎo)頻的信道估計(jì)方法，包括以下步驟：

A、接收端信號(hào)經(jīng)過解調(diào)后，提取其高吞吐量區(qū)域，經(jīng)N點(diǎn)FFT變換為頻域信號(hào)，再進(jìn)行串并變換。

B、將串并變換后的信號(hào)進(jìn)行空間映射，依次映射到空時(shí)流。

C、將映射到空時(shí)流的信號(hào)去除循環(huán)移位延時(shí)。

D、步驟C處理后的信號(hào)，利用本地參考導(dǎo)頻值和導(dǎo)頻處的接收信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)頻信道估計(jì)，計(jì)算導(dǎo)頻時(shí)刻的信道響應(yīng)矩陣

進(jìn)一步，步驟B中所述空間映射的步驟為：

B1、提取本地參考高吞吐量長(zhǎng)訓(xùn)練序列生成相應(yīng)空時(shí)流數(shù)量矩陣：

其中N_STS為空時(shí)流數(shù)量，HH為空時(shí)流數(shù)量矩陣，HTLTF表示本地參考高吞吐量長(zhǎng)訓(xùn)練序列。

B2、將本地參考高吞吐量長(zhǎng)訓(xùn)練矩陣與正交映射矩陣P_HTLTF相乘生成HT-LTF矩陣；HT-LTF表示本地參考高吞吐量長(zhǎng)訓(xùn)練序列乘以正交映射矩陣后的結(jié)果矩陣。

H_HT-LTF為正交映射后的高吞吐量長(zhǎng)訓(xùn)練矩陣，代表正交映射矩陣第n_STS行n列元素(將簡(jiǎn)寫為[P]_1,1等)，n_STS＝0,1,…,N_STS，N_STS為空時(shí)流數(shù)量，n＝0,1,…,N_HTLTF，N_HTLTF表示一幀中高吞吐量長(zhǎng)訓(xùn)練序列個(gè)數(shù)。

B3、將HT-LTF矩陣進(jìn)行循環(huán)位移。循環(huán)位移參考802.11n多天線OFDM系統(tǒng)發(fā)送端的空時(shí)流處理。

B4、將步驟B3循環(huán)移位的矩陣與一個(gè)固定加權(quán)矩陣Q相乘，擴(kuò)展到N_RX維向量。

B5、調(diào)用公式擴(kuò)展N_RX維向量與步驟A得到的并行向量長(zhǎng)訓(xùn)練序列通過上述公式做相應(yīng)矩陣逆變化，得信道響應(yīng)矩陣H。

具體地，所述固定加權(quán)矩陣Q為其中N＝N_STS+N_ESS,N_ESS代表擴(kuò)展空間流數(shù)量，N_STS代表空時(shí)流數(shù)量。其中HTLTF_k表示為本地參考高吞吐量長(zhǎng)訓(xùn)練序列，Q表示固定加權(quán)矩陣，k是子載波索引值，y_k表示信道接收端解調(diào)后的數(shù)據(jù)，ΔF為子載波頻率間隔，為循環(huán)移位，m＝1,2,….N_RX，N_RX表示接收天線數(shù)量，n＝1,2,….N。

在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，所述導(dǎo)頻信道估計(jì)包括：

D1、提取每個(gè)空時(shí)流的導(dǎo)頻值；

D2、根據(jù)每個(gè)空時(shí)流中的符號(hào)數(shù)求余計(jì)算每個(gè)符號(hào)的導(dǎo)頻值；

D3、把步驟D2所述的導(dǎo)頻值乘以導(dǎo)頻子載波的極性序列

D4、基于導(dǎo)頻相關(guān)性，解矩陣方程求出信道響應(yīng)矩陣表示導(dǎo)頻信道后的接收信號(hào)，表示參考導(dǎo)頻值，其中x_i,j,n是第j個(gè)發(fā)射天線第n個(gè)符號(hào)中第i個(gè)導(dǎo)頻值。

本發(fā)明在多天線接收機(jī)中，引入正交映射矩陣和傅里葉矩陣，完成信道均衡與發(fā)送信號(hào)的星座圖恢復(fù)，結(jié)合時(shí)頻同步、OFDM解調(diào)等過程，實(shí)現(xiàn)并統(tǒng)一于MIMO處理的信道估計(jì)方法。該方法適用于無線局域網(wǎng)802.11n信號(hào)的接收方案。該接收方案實(shí)現(xiàn)了與多天線OFDM系統(tǒng)發(fā)送端各正向過程相對(duì)應(yīng)的逆過程間的獨(dú)立與分離，降低了802.11n的多天線OFDM系統(tǒng)接收信號(hào)的實(shí)現(xiàn)難度。

附圖說明

圖1為802.11n標(biāo)準(zhǔn)HT模式的幀結(jié)構(gòu)圖；

圖2為802.11n標(biāo)準(zhǔn)HT模式的數(shù)據(jù)部分接收端結(jié)構(gòu)圖；

圖3為802.11n信號(hào)信道估計(jì)接收流程圖。

具體實(shí)施方式

在802.11n的多天線OFDM信號(hào)解調(diào)方案下，聯(lián)合長(zhǎng)訓(xùn)練序列和導(dǎo)頻共同完成信道估計(jì)的功能，首先信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，其次解調(diào)信號(hào)通過串并變換后，將串行信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行信號(hào)，再經(jīng)過空間映射將傳輸信號(hào)依次送入空時(shí)流，進(jìn)行去除CSD?？臻g映射就是接收鏈路映射到空時(shí)流，802.11n的信道估計(jì)在頻域計(jì)算，在空間映射過程中初步還原發(fā)送信號(hào)。

如圖1所示為802.11n標(biāo)準(zhǔn)HT模式的幀結(jié)構(gòu)圖，包含低吞吐量和高吞吐量訓(xùn)練序列，本發(fā)明的信道估計(jì)方法利用幀結(jié)構(gòu)中的高吞吐量長(zhǎng)訓(xùn)練序列。

如圖2所示為802.11n標(biāo)準(zhǔn)HT模式的數(shù)據(jù)從接收鏈路映射到空時(shí)流多天線接收方案圖，在接收鏈路經(jīng)過解調(diào)等操作后，復(fù)值數(shù)據(jù)經(jīng)過串并變換映射到空時(shí)流，在空時(shí)流中進(jìn)行兩次信道估計(jì)。

本發(fā)明的方法中，包含了兩種算法，即訓(xùn)練序列的信道估計(jì)算法和導(dǎo)頻信道估計(jì)算法，圖2表示了兩次信道估計(jì)的實(shí)施位置，具體實(shí)施步驟在圖3。

如圖3所示為802.11n信號(hào)聯(lián)合訓(xùn)練序列和導(dǎo)頻信道估計(jì)方法示意圖，具體包括以下處理步驟：

步驟1,信號(hào)通過N點(diǎn)FFT后，將信號(hào)變換為頻域信號(hào)。

步驟2,將串行信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行信號(hào)，信號(hào)以符號(hào)為單位依次傳輸。

步驟3,將接收鏈路的頻域信號(hào)映射到空時(shí)流。

以下步驟具體描述空間映射實(shí)施過程。

步驟31,提取本地參考HTLTF(Hight Throughput Long Training Field，高吞吐量長(zhǎng)訓(xùn)練序列)生成相應(yīng)空時(shí)流數(shù)量矩陣：

其中N_STS為空時(shí)流數(shù)量，HH表示空時(shí)流中高吞吐量長(zhǎng)訓(xùn)練序列矩陣。

步驟32,生成高吞吐量長(zhǎng)訓(xùn)練矩陣與正交映射矩陣相乘可以得到HT-LTF矩陣。

其中代表正交映射矩陣第n_STS行n列元素，n_STS＝0,1,…,N_STS，N_STS為空時(shí)流數(shù)量，n＝0,1,…,N_HTLTF，N_HTLTF表示一幀中高吞吐量長(zhǎng)訓(xùn)練序列個(gè)數(shù)。

步驟33,參考發(fā)送端的空時(shí)流處理過程進(jìn)行循環(huán)移位。

步驟34,矩陣向量循環(huán)移位后與一個(gè)固定加權(quán)矩陣相乘，擴(kuò)展到N_RX維向量，得到信號(hào)x_k：

其中代表矩陣前N_STS列，N_STS代表空時(shí)流數(shù)量；N＝N_STS+N_ESS,N_ESS代表擴(kuò)展空間流數(shù)量，k是子載波索引值。

步驟35,結(jié)合本地?cái)U(kuò)展的N_RX維向量與步驟2得到的并行向量中的長(zhǎng)訓(xùn)練序列，通過y_HTLTFk＝H_kQ_Kx_k做矩陣逆變化，得信道矩陣H。其中y_HTLTFk代表信道接收端解調(diào)后數(shù)據(jù)中高吞吐量長(zhǎng)訓(xùn)練序列，Q_k代表加權(quán)矩陣，x_k代表步驟34生成的信號(hào)，k代表子載波索引值。

通過矩陣變換求得信道矩陣，把接收鏈路的頻域信號(hào)按符號(hào)依次通過信道矩陣計(jì)算。

步驟4,映射到空時(shí)流的信號(hào)去除循環(huán)移位。

步驟5,通過導(dǎo)頻位置計(jì)算導(dǎo)頻時(shí)刻的信道信息導(dǎo)頻信道矩陣可以使信號(hào)最優(yōu)化，例如每個(gè)符號(hào)的導(dǎo)頻提取

以下步驟具體描述導(dǎo)頻信道估計(jì)實(shí)施過程。

步驟51,參考協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，提取每個(gè)空時(shí)流中數(shù)據(jù)第一個(gè)符號(hào)的導(dǎo)頻值，例如本地參考導(dǎo)頻提取[x₁₁ x₁₂ x₁₃ x₁₄…]。

步驟52,每個(gè)空時(shí)流導(dǎo)頻值不一樣，而且導(dǎo)頻值根據(jù)數(shù)據(jù)中第一個(gè)符號(hào)導(dǎo)頻值在不同符號(hào)中循環(huán)。通過同一空時(shí)流中導(dǎo)頻值循環(huán)特性，計(jì)算后面符號(hào)的導(dǎo)頻值。

步驟53,把步驟52的導(dǎo)頻值乘以導(dǎo)頻子載波的極性序列其中k＝1,2,…,126，

步驟54,通過導(dǎo)頻相關(guān)性，解矩陣方程求例如其中為接收端去除循環(huán)移位后數(shù)據(jù)中的導(dǎo)頻信號(hào)，X_pilot為本地導(dǎo)頻信號(hào)。

本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)一種基于802.11n多天線OFDM系統(tǒng)中聯(lián)合訓(xùn)練序列和導(dǎo)頻的信道估計(jì)方法，是一種為了解決信道誤差最小化的估計(jì)算法，同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)無線通信系統(tǒng)中接收端準(zhǔn)確恢復(fù)發(fā)射端的發(fā)送信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了802.11n信號(hào)接收端與正向過程的相應(yīng)逆過程的獨(dú)立與分離，降低信號(hào)信道估計(jì)方法的實(shí)現(xiàn)難度，提出一種在性能和計(jì)算復(fù)雜度方面有較好折中，具有各相關(guān)模塊獨(dú)立設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低的方法。本發(fā)明為基于802.11n的多天線OFDM系統(tǒng)信道估計(jì)的方法提供了統(tǒng)一、簡(jiǎn)單而高效的解決方案。