專利名稱：基于mimo非實時平臺的自適應(yīng)信道估計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及MIMO(多輸入多輸出)非實時平臺中應(yīng)用的自適應(yīng)導(dǎo)頻設(shè)計和信道估計算法，屬于真實無線通信環(huán)境的物理層技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中無線通信手段越來越受到人們的重視。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，對通信的信道容量，頻譜利用率和可靠性提出了越來越高的要求，利用MIMO信道可以成倍地提高無線信道容量，在不增加帶寬和天線發(fā)送功率的情況下，頻譜利用率可以成倍地提高，同時提高了信道的可靠性，降低誤碼率。因此MIMO系統(tǒng)及其相關(guān)技術(shù)成為近年來人們的熱點。
CN101170333公開了一種《分布式多輸入多輸出無線通信系統(tǒng)真實環(huán)境測試平臺》，是一種MIMO非實時平臺，針對現(xiàn)有的無線通信算法驗證僅使用簡化的無線信道仿真所帶來的問題，該平臺的發(fā)送接收經(jīng)歷一個完整的從星座映射、脈沖成形，到同步、星座逆映射、判決的傳輸過程，并通過真實的無線信道傳輸，恢復(fù)的信號能夠更加準(zhǔn)確的檢驗MIMO系統(tǒng)算法的性能。MIMO非實時平臺為研究在真實無線信道環(huán)境下MIMO通信系統(tǒng)的實現(xiàn)問題，搭建一套開放式、階段性、系統(tǒng)級試驗平臺，集數(shù)字基帶軟件實現(xiàn)、模擬前端電路和MIMO天線陣列于一體，實現(xiàn)“算法設(shè)計→性能驗證→系統(tǒng)實現(xiàn)”的全方位服務(wù)。MIMO非實時平臺縮短了研究人員學(xué)習(xí)使用MIMO系統(tǒng)的時間，從而能夠使研究人員只將精力集中在提高算法的性能上，大大提高了MIMO試驗平臺的利用率。
在真實的信道環(huán)境中，信道估計技術(shù)是必不可少的關(guān)鍵技術(shù)。在MIMO非實時平臺中，用信道估計得出的信道沖擊響應(yīng)輔助空時解碼，對于正確無誤的通信是至關(guān)重要的。MIMO非實時平臺解決的主要問題是真實地模擬信道環(huán)境，基于此驗證關(guān)鍵理論技術(shù)和算法，所以信道估計需要盡可能反映真實的傳輸環(huán)境信息，這就使得自適應(yīng)信道估計算法具有其必要性。MIMO非實時平臺自適應(yīng)信道估計根據(jù)發(fā)送前導(dǎo)序列測出實際的傳輸環(huán)境的統(tǒng)計信息(相干時間，相干帶寬等)，根據(jù)新到統(tǒng)計信息自適應(yīng)地設(shè)計發(fā)射端導(dǎo)頻參數(shù)進(jìn)行接收端信道估計，信道統(tǒng)計信息具有不確定性。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對MIMO非實時平臺信道統(tǒng)計信息的不確定性，提供一種信道統(tǒng)計信息確定的基于MIMO非實時平臺的自適應(yīng)信道估計方法，該自適應(yīng)信道估計方法能夠提高頻譜利用率，并且在發(fā)送功率一定時可以提高信道容量，適用于實際信道環(huán)境的信道估計。
本發(fā)明的基于MIMO非實時平臺的自適應(yīng)信道估計方法包括以下步驟 (1)在接收端獲得信道統(tǒng)計信息 在MIMO非實時平臺的發(fā)送端插入前導(dǎo)序列，在接收端根據(jù)前導(dǎo)序列估計出的信道沖擊響應(yīng)獲得信道統(tǒng)計信息，得到實際信道環(huán)境的相干時間 信道的時延—時間差相關(guān)函數(shù)由信道沖擊響應(yīng)獲得 信道相干時間為Tcoh＝rms[Rc(Δξ)]； 各符號的含義 Rc表示信道的時延—時間差相關(guān)函數(shù)，t表示電波傳播時間，τ表示電波經(jīng)過不同路徑的傳播時間延時，并用ξ表示移動接收臺的移動時間，Δξ表示移動接收臺接收兩個不同路徑信號的觀測時間延時，h(τ，t)為信道在時間t的等效低通沖激響應(yīng)；Tcoh表示信道相干時間；rms[x]表示x的均方根； (2)根據(jù)信道統(tǒng)計信息自適應(yīng)地設(shè)定信道估計的導(dǎo)頻時域間隔及導(dǎo)頻信號功率 根據(jù)獲得的信道相干時間，將導(dǎo)頻時域間隔設(shè)定為不大于已經(jīng)得到的信道相干時間； 發(fā)送端總功率一定的情況下，導(dǎo)頻信號功率應(yīng)該盡可能小，以提高系統(tǒng)容量，同時應(yīng)從導(dǎo)頻信號中提取盡量多的信道信息，以提高信道預(yù)測的信噪比，在保證一定的系統(tǒng)誤碼率性能的前提下，減小不必要的導(dǎo)頻信號功率； (3)設(shè)計信道估計方法 在MIMO非實時平臺中，引入以下插入周期性插入導(dǎo)頻信號的信道估計方法 對于導(dǎo)頻符號，采用LS(最小二乘法)信道估計，利用導(dǎo)頻位置的接收符號和發(fā)送符號，得到導(dǎo)頻位置的信道沖擊響應(yīng)，公式如下 各符號的含義

表示導(dǎo)頻位置信道沖擊響應(yīng)的估計值，X表示導(dǎo)頻位置的發(fā)送信號矩陣，Y表示導(dǎo)頻位置的接收符號矩陣，Xk表示k時刻導(dǎo)頻位置的發(fā)送信號，Yk表示k時刻導(dǎo)頻位置的接收信號； 對于數(shù)據(jù)符號，利用線性內(nèi)插插值信道估計方法，估計出數(shù)據(jù)位置的信道沖擊響應(yīng)系數(shù)，插值方法如下 線性內(nèi)插濾波每次估計只需要兩個導(dǎo)頻點信號，估計兩相鄰導(dǎo)頻位置的信道響應(yīng)，通過插值得到兩個導(dǎo)頻間數(shù)據(jù)位置的信道響應(yīng)，線性內(nèi)插公式如下 其中，i表示第i個數(shù)據(jù)符號，L為導(dǎo)頻時域間隔，m表示第m個導(dǎo)頻符號。
本發(fā)明解決了實際信道中信道環(huán)境不確定的問題，利用自適應(yīng)地設(shè)計導(dǎo)頻時域間隔以及導(dǎo)頻信號功率，可以提高信道估計性能和頻譜利用率并且在發(fā)送功率一定的情況下，提高信道容量。利用插入導(dǎo)頻的信道估計方法，避免了在環(huán)境惡劣時Golden序列信道估計會造成錯誤傳播的弱點。對應(yīng)用于實際平臺中的算法降低系統(tǒng)復(fù)雜度的同時，避免了錯誤傳播，提高了系統(tǒng)性能并且提高了頻譜利用率。



圖1為MIMO非實時平臺自適應(yīng)導(dǎo)頻傳輸方案示意圖。
圖2為MIMO非實時平臺數(shù)據(jù)格式及導(dǎo)頻插入方式示意圖。
圖3為MIMO多天線的導(dǎo)頻安排方式示意圖。
其中P為導(dǎo)頻處的符號，D為數(shù)據(jù)處的符號。

具體實施例方式 圖1給出了MIMO非實時平臺自適應(yīng)導(dǎo)頻傳輸?shù)姆桨?，具體為在接收端對輸入比特流進(jìn)行編碼映射后插入前導(dǎo)序列，經(jīng)過天線發(fā)送接收，在接收端對信道參數(shù)進(jìn)行估計，根據(jù)測得的信道統(tǒng)計信息自適應(yīng)地設(shè)計發(fā)送端導(dǎo)頻參數(shù)。
如圖2所示，在MIMO非實時平臺的發(fā)送端，根據(jù)MIMO非實時平臺的數(shù)據(jù)格式，加入前導(dǎo)序列，測得信道統(tǒng)計信息，即信道的時延-時間差相關(guān)函數(shù)和信道相干時間。
根據(jù)信道相干時間等統(tǒng)計信息來自適應(yīng)地設(shè)定信道估計的導(dǎo)頻間隔及導(dǎo)頻功率，以此來確定如何在產(chǎn)生的發(fā)送序列中根據(jù)信道特性等間隔時分插入導(dǎo)頻符號。由于是多天線，為了空時解碼的方便，在插入導(dǎo)頻符號的過程中，在不同天線插入導(dǎo)頻的時候，在天線I插入導(dǎo)頻的相應(yīng)位置，天線H的相應(yīng)位置應(yīng)該插入0導(dǎo)頻，同樣地，在天線II插入導(dǎo)頻的相應(yīng)位置，天線I的相應(yīng)位置應(yīng)該插入0導(dǎo)頻。如圖3所示。
發(fā)送信號經(jīng)過MIMO非實時平臺發(fā)射天線發(fā)射，到達(dá)接收天線，在接收端對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。在接收端，對于導(dǎo)頻符號，利用導(dǎo)頻處接收信號和發(fā)送的導(dǎo)頻符號，進(jìn)行LS信道估計得到導(dǎo)頻處的信道沖擊響應(yīng)，再利用內(nèi)插信道估計方法，得到數(shù)據(jù)處的信道沖擊響應(yīng)。根據(jù)估計得到的信道沖擊響應(yīng)，進(jìn)行輔助空時解碼。
在MIMO非實時平臺中，引入以下插入周期性插入導(dǎo)頻信號的信道估計方法 對于導(dǎo)頻符號，采用最小二乘LS信道估計，利用導(dǎo)頻位置的接收符號和發(fā)送符號，得到導(dǎo)頻位置的信道沖擊響應(yīng)，公式如下 對于數(shù)據(jù)符號，利用插值信道估計方法，估計出數(shù)據(jù)位置的信道沖擊響應(yīng)系數(shù)，插值方法如下 線性內(nèi)插是利用相鄰導(dǎo)頻信道相應(yīng)的估計值進(jìn)行線性插值，獲得其它數(shù)據(jù)位置上的信道響應(yīng)估計值，每個導(dǎo)頻的信道響應(yīng)值看作是對信道響應(yīng)的采樣，只要滿足導(dǎo)頻時域間隔小于信道的相關(guān)時間或者導(dǎo)頻時域間隔小于信道的相關(guān)帶寬，就能夠在時域或者頻域完成對信道的估計； 線性內(nèi)插濾波每次估計只需要兩個導(dǎo)頻點信號，估計兩相鄰導(dǎo)頻位置的信道響應(yīng)，通過插值得到兩個導(dǎo)頻間數(shù)據(jù)位置的信道響應(yīng)，線性內(nèi)插公式如下 本發(fā)明自適應(yīng)地設(shè)計導(dǎo)頻參數(shù)，可以有效利用頻譜和發(fā)送功率；在數(shù)據(jù)處等間隔地插入導(dǎo)頻，而不是在數(shù)據(jù)起始位置處加入導(dǎo)頻序列，避免了錯誤傳播造成的誤差，從而提高信道估計的準(zhǔn)確性，提高系統(tǒng)性能；信道估計算法簡單，復(fù)雜度低，避免了實際MIMO信道下對于信道高階統(tǒng)計信息的要求。
權(quán)利要求
1.一種基于MIMO非實時平臺的自適應(yīng)信道估計方法，其特征在于包括以下步驟
(1)在接收端獲得信道統(tǒng)計信息
在MIMO非實時平臺的發(fā)送端插入前導(dǎo)序列，在接收端根據(jù)前導(dǎo)序列估計出的信道沖擊響應(yīng)獲得信道統(tǒng)計信息，得到實際信道環(huán)境的相干時間
信道的時延—時間差相關(guān)函數(shù)由信道沖擊響應(yīng)獲得
信道相干時間為Tcoh＝rms[Rc(Δξ)]；
各符號的含義
Rc表示信道的時延—時間差相關(guān)函數(shù)，t表示電波傳播時間，τ表示電波經(jīng)過不同路徑的傳播時間延時，并用ξ表示移動接收臺的移動時間，Δξ表示移動接收臺接收兩個不同路徑信號的觀測時間延時，h(τ，t)為信道在時間t的等效低通沖激響應(yīng)；Tcoh表示信道相干時間；rms[x]表示x的均方根；
(2)根據(jù)信道統(tǒng)計信息自適應(yīng)地設(shè)定信道估計的導(dǎo)頻時域間隔及導(dǎo)頻信號功率
根據(jù)獲得的信道相干時間，將導(dǎo)頻時域間隔設(shè)定為不大于已經(jīng)得到的信道相干時間；
發(fā)送端總功率一定的情況下，導(dǎo)頻信號功率應(yīng)該盡可能小，以提高系統(tǒng)容量，同時應(yīng)從導(dǎo)頻信號中提取盡量多的信道信息，以提高信道預(yù)測的信噪比，在保證一定的系統(tǒng)誤碼率性能的前提下，減小不必要的導(dǎo)頻信號功率；
(3)設(shè)計信道估計方法
在MIMO非實時平臺中，引入以下插入周期性插入導(dǎo)頻信號的信道估計方法
對于導(dǎo)頻符號，采用LS信道估計，利用導(dǎo)頻位置的接收符號和發(fā)送符號，得到導(dǎo)頻位置的信道沖擊響應(yīng)，公式如下
各符號的含義
表示導(dǎo)頻位置信道沖擊響應(yīng)的估計值，X表示導(dǎo)頻位置的發(fā)送信號矩陣，Y表示導(dǎo)頻位置的接收符號矩陣，Xk表示k時刻導(dǎo)頻位置的發(fā)送信號，Yk表示k時刻導(dǎo)頻位置的接收信號；
對于數(shù)據(jù)符號，利用線性內(nèi)插插值信道估計方法，估計出數(shù)據(jù)位置的信道沖擊響應(yīng)系數(shù)，插值方法如下
線性內(nèi)插濾波每次估計只需要兩個導(dǎo)頻點信號，估計兩相鄰導(dǎo)頻位置的信道響應(yīng)，通過插值得到兩個導(dǎo)頻間數(shù)據(jù)位置的信道響應(yīng)，線性內(nèi)插公式如下
其中，i表示第i個數(shù)據(jù)符號，L為導(dǎo)頻時域間隔，m表示第m個導(dǎo)頻符號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于MIMO非實時平臺的自適應(yīng)信道估計方法，是在發(fā)送端插入前導(dǎo)序列而獲得信道統(tǒng)計信息，根據(jù)信道統(tǒng)計信息自適應(yīng)調(diào)整導(dǎo)頻間隔和導(dǎo)頻功率，對導(dǎo)頻位置應(yīng)用LS信道估計方法估計出導(dǎo)頻位置的信道沖擊響應(yīng)和在數(shù)據(jù)位置利用插值方法估計數(shù)據(jù)位置的信道沖擊響應(yīng)。本發(fā)明自適應(yīng)地設(shè)計導(dǎo)頻時域間隔以及導(dǎo)頻功率，可以提高信道估計性能和頻譜利用率并且在發(fā)送功率一定的情況下，提高信道容量。利用插入導(dǎo)頻的信道估計方法，避免了在環(huán)境惡劣時Golden序列信道估計會造成錯誤傳播的弱點。對應(yīng)用于實際平臺中的算法降低系統(tǒng)復(fù)雜度的同時，避免了錯誤傳播，提高了系統(tǒng)性能并且提高了頻譜利用率。
文檔編號H04L1/02GK101364961SQ20081015720
公開日2009年2月11日 申請日期2008年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月25日
發(fā)明者袁東風(fēng), 于衛(wèi)華 申請人:山東大學(xué)