CN101207595B - 一种同步序列的传输方法及发送端设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在多入多出-正交频分复用(MIMO-OFDM)***中传输同步序列的方法以及该MIMO-OFDM***所使用的发送端设备，可以在不增加***开销、保证***容量的情况下，实现同步序列的传输。其中，同步序列的传输方法主要包括：发送端根据MIMO-OFDM***当前时刻的信道脉冲响应，从多根发射天线中选择一根发射天线发送经逆快速傅立叶变换的同步序列。本发明所使用的发送端设备主要包括：至少两根发射天线，信道信息收集模块以及发射天线选择模块。

Description

一种同步序列的传输方法及发送端设备

技术领域

本发明涉及多入多出-正交频分复用(MIMO-OFDM)技术，特别涉及一种在MIMO-OFDM通信***中同步序列的传输方法及在MIMO-OFDM通信***中使用的发送端设备。

背景技术

OFDM技术因其高频谱利用率以及便于快速实现等原因越越受到人们的关注。目前，OFDM技术已经成为无线局域网标准的一部分，并成为超三代移动通信***中最有前景的技术之一。

多天线技术和OFDM技术的结合能够极大地提高频谱效率，提高无线***的容量，因此，近年来在世界上受到越来越多的关注，已经逐渐成为目前第三代合作项目伙伴(3GPP，3rd Generation Participant Program)组织提出的长期演进(LTE，Long Term Evolution)和下一代无线通信***物理层的核心技术。

目前，对于MIMO-OFDM***中同步序列的发送可以采用多种方法实现，例如，可以在MIMO-OFDM***的多根天线上发送不同的正交多相序列，这种方法虽然可以降低序列间的干扰，但是多根天线使用不同的正交多相序列会增加***的开销。另外，还可以在不同的天线上发送相同的同步序列，这种方法虽然可以避免天线之间的干扰，但是却使多天线***退化为单天线***，舍弃了多天线技术带来的不同天线经历衰落深度不同的好处。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种同步序列的发送方法以及在MIMO-OFDM***中使用的发送端设备，可以在不增加***开销、保证***容量的情况下，实现同步序列的传输。

本发明所述在MIMO-OFDM***中传输同步序列的方法，包括：MIMO-OFDM***的发送端根据MIMO-OFDM***当前时刻的信道脉冲响应，从多根发射天线中选择一根发射天线发送经逆快速傅立叶变换IFFT后的时域同步序列。

其中，所述从多根发射天线中选择一根发射天线的步骤包括：根据MIMO-OFDM***当前时刻所有发射天线和接收天线之间信道脉冲响应第一径的绝对值选择发射天线。

所述根据当前时刻所有发射天线和接收天线之间信道脉冲响应第一径的绝对值选择发射天线的步骤包括：从所有发射天线和接收天线之间信道脉冲响应第一径中选择具有最大绝对值的信道脉冲响应，将该绝对值最大信道脉冲响应所对应的发射天线作为所选择的发射天线。

所述从多根发射天线中选择一根发射天线的步骤包括：根据MIMO-OFDM***当前时刻所有发射天线和接收天线之间信道脉冲响应第一径的功率选择发射天线。

所述根据当前时刻所有发射天线和接收天线之间信道脉冲响应第一径的功率选择发射天线的步骤包括：从所有发射天线和接收天线之间信道脉冲响应第一径中选择具有最大功率的信道脉冲响应，将该功率最大信道脉冲响应所对应的发射天线作为所选择的发射天线。

所述从多根发射天线中选择一根发射天线的步骤包括：根据MIMO-OFDM***当前时刻所有发射天线和接收天线之间所有径信道脉冲响应绝对值的和选择发射天线。

所述根据当前时刻所有发射天线和接收天线之间所有径信道脉冲响应绝对值的和选择发射天线的步骤包括：计算各发射天线和各接收天线之间所有径的信道脉冲响应绝对值的和，从中选择和值最大的信道冲击响应所对应的发射天线作为所选择的发射天线。

所述从多根发射天线中选择一根发射天线的步骤包括：根据MIMO-OFDM***当前时刻所有发射天线和接收天线之间所有径信道脉冲响应功率的和选择发射天线。

所述根据当前时刻所有发射天线和接收天线之间所有径信道脉冲响应功率的和选择发射天线的步骤包括：计算各发射天线和各接收天线之间所有径的信道脉冲响应功率的和，从中选择和值最大的信道冲击响应所对应的发射天线作为所选择的发射天线。

IFFT变换之前的频域同步序列仅存在于偶子载波上。

所述MIMO-OFDM***当前时刻的信道脉冲响应可以通过此刻之前的信道脉冲响应预测获得或通过上行/下行链路的信道估计结果反馈得到。

本发明所述MIMO-OFDM***的发送端设备，包括：至少两根发射天线；IFFT模块，用于将MIMO-OFDM***产生的同步序列进行IFFT变换；信道信息收集模块，用于收集该发送端设备上各根天线到接收机各根天线的信道脉冲响应；以及发射天线选择模块，用于根据所述信道信息收集模块收集的信道脉冲响应，从所述至少两根发射天线中选择一根发送经过IFFT变换的同步序列。

其中，所述发射天线选择模块根据MIMO-OFDM***当前时刻所有发射天线和接收天线之间信道脉冲响应第一径的绝对值或功率选择发射天线。

所述发射天线选择模块根据MIMO-OFDM***当前时刻所有发射天线和接收天线之间所有径信道脉冲响应绝对值或功率的和选择发射天线。

由此可以看出，在利用本发明所述方法及发送端设备传输同步序列的过程中，通过发射天线的选择，同步序列将仅通过一根发射天线发送，这样，一方面由于所使用的发射天线由多根减少为一根，同现有在不同的发射天线上发送相同同步序列的方法相比，可以提高***的容量；另一方面由于所使用的同步序列可以仅为一个，而同现有在多根天线上发送不同的正交多相序列的方法相比，可以降低***的开销。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：

图1为本发明优选实施例所述同步序列的发送方法流程图；

图2为本发明优选实施例所述的MIMO-OFDM***中发送端设备内部结构示意图；

图3为接收端对接收到的通过本发明的方法以及现有方法发送的同步序列进行细定时之后的正确概率示意图；

图4为接收端对接收到的通过本发明的方法以及现有方法发送的同步序列进行频偏估计之后的频偏均方误差(MSE，Mean Square Error)示意图。

具体实施方式

为了解决现有技术的问题，本发明的一个优选实施例给出了一种同步序列的发送方法，该方法如图1所示，主要包括以下步骤：

A、MIMO-OFDM***将一定长度的频域同步序列进行逆快速傅立叶变换(IFFT，Inverse Fast Fourier Transform)；

在本实施例中，所述同步序列主要用于接收端的定时和频偏估计，可以表示为C＝{C(k)，k＝1，2，...，N/2-1}，其中，该同步序列的长度为N/2。经IFFT变换之后，该同步序列的时域信号可通过下面的公式(1)表达。

$c\left(m\right)=\frac{\sqrt{2}}{\sqrt{N}}\underset{k=0}{\overset{N/2-1}{\mathrm{\Σ}}}C\left(k\right)W_N^{-2\mathrm{mk}},m=0,\·\·\·,N-1---\left(1\right)$

其中， $W_N=e^{j\frac{2\mathrm{\π}}{N}}$ 为傅立叶变换系数；

为保证变换前后信号功率统一的归一化因子。由IFFT变换的特性可知，c(m)为周期是N/2的时域信号。

从上述公式(1)可以看出，MIMO-OFDM***的同步序列将仅存在于OFDM的偶子载波上，而不在其奇子载波上。

需要说明的是，本实施例对所产生的同步序列没有特殊的要求，较佳地，所述同步序列具有良好的同步特性，例如，具有良好的峰均比，自相关和互相关特性等等。

B、MIMO-OFDM***根据当前时刻的信道脉冲响应，从多根发射天线中选择一根发射天线发送经IFFT变换之后的同步序列。

为了描述方便，假设MIMO-OFDM***的信道脉冲响应由如下公式(2)表示。

h_i，j＝{h_i，j，l，l＝1，2，...，L}      (2)

其中，i表示发射天线的标号，j表示接收天线的标号，则h_i，j表示第i根发射天线到第j根接收天线的复数信道脉冲响应。假设每根发射天线和每根接收天线之间有L条径，则h_i，j，l表示第i根发射天线到第j根接收天线之间第l条径的信道脉冲响应。

所述发送端可以通过现有的信道预测技术得到上述信道的脉冲响应，特别地，对于时分双工(TDD，Time Division Duplex)的MIMO-OFDM***来讲，由于在TDD方式下，***的上行信道和下行信道是对称的，发送端不需要进行信道预测，可以根据下行/上行的信道估计结果直接反馈，得到上行/下行的MIMO-OFDM***信道脉冲响应。

本步骤所述MIMO-OFDM***从多根发射天线中选择一根发射天线发送经IFFT变换之后的同步序列的方法可以有多种。

方法1：根据此刻的所有发射天线和接收天线之间信道脉冲响应第一径的绝对值选择发射天线。

该方法所述选择发射天线的方法具体包括：根据以下公式(3)，从所有发射天线和接收天线之间信道脉冲响应的第一径中选择具有最大绝对值的信道脉冲响应，将该绝对值最大信道脉冲响应所对应的发射天线作为所选择的发射天线。

$i_1=\arg \underset{1\≤j\≤N_r}{\underset{1\≤i\≤N_t}{\max }}\left(\right|h_{i,j,l}\left|\right)---\left(3\right)$

其中，max()运算为求最大值运算；arg运算为求反函数运算；N_t为发射天线的数目；N_r为接收天线的数目；h_i，j，l则表示发射天线i和接收天线j之间第一径的信道脉冲响应。

方法2：根据此刻的所有发射天线和接收天线之间信道脉冲响应第一径的功率选择发射天线。

该方法所述选择发射天线的方法具体包括：根据以下公式(4)，从所有发射天线和接收天线之间信道脉冲响应的第一径中选择具有最大功率的信道脉冲响应，将该功率最大信道脉冲响应所对应的发射天线作为所选择的发射天线。

$i_1=\arg \underset{1\≤j\≤N_r}{\underset{1\≤i\≤N_t}{\max }}\left(\right|h_{i,j,l}{|}^2)---\left(4\right)$

其中，公式(4)中的各个参数与公式(3)中各参数的含义相同。

方法3：根据此刻的所有发射天线和接收天线之间所有径信道脉冲响应绝对值的和选择发射天线。

该方法所述选择发射天线的方法具体包括：根据以下公式(5)，计算各发射天线和各接收天线之间信道脉冲响应所有径的绝对值的和，再从中选择和值最大的信道冲击响应所对应的发射天线作为所选择的发射天线。

$i_1=\arg \underset{1\≤j\≤N_r}{\underset{1\≤i\≤N_t}{\max }}\left(\underset{l=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}\right|h_{i,j,l}\left|\right)---\left(5\right)$

其中，如前所述，L表示每根发射天线和每根接收天线之间多径的个数，其他参数与公式(3)中各参数的含义相同。

方法4：根据此刻的所有发射天线和接收天线之间所有径信道脉冲响应功率的和选择发射天线。

该方法所述选择发射天线的方法具体包括：根据以下公式(6)，计算各发射天线和各接收天线之间信道脉冲响应所有径的功率的和；再从中选择和值最大的信道冲击响应所对应的发射天线作为所选择的发射天线。

$i_1=\arg \underset{1\≤j\≤N_r}{\underset{1\≤i\≤N_t}{\max }}\left(\underset{l=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}\right|h_{i,j,l}{|}^2)---\left(6\right)$

其中，公式(6)中的各个参数与公式(5)中参数的含义相同。

图2显示了MIMO-OFDM***中实现上述同步序列发送的发送端设备内部结构示意图。如图2所示，所述发射极包括至少两根发射天线、IFFT模块、信道信息收集模块以及发射天线选择模块。

其中，所述IFFT模块用于将MIMO-OFDM***产生的同步序列进行IFFT变换；

所述信道信息收集模块用于收集该发送端设备上各根天线到接收机各根天线的信道脉冲响应；

所述发射天线选择模块用于根据所述信道信息收集模块收集的信道脉冲响应，利用上述方法1～方法4从该发送端设备的至少两根发射天线中选择一根发送经过IFFT处理的同步序列。

通过上述优选实施例所述的方法和发送端设备，MIMO-OFDM***产生的同步序列将通过发送端一根天线发送出去，并且经过无线信道到达接收端。接收端将通过粗定时、频偏估计以及细定时等运算之后获得精确的同步信息。

图3显示了接收端对接收到的通过本发明的方法以及现有方法发送的同步序列进行细定时之后的正确概率。图3中的横轴为信道的信噪比(SNR)参数，纵轴为接收端接收同步序列的正确概率。其中，带加号的曲线表示发送端通过上述实施例中方法1或2从多根发射天线中选择一根发射天线发送同步序列时，接收端接收同步序列的正确概率；带三角号的曲线表示发送端通过上述实施例中方法3或4从多根发射天线中选择一根发射天线发送同步序列时，接收端接收同步序列的正确概率；带圆圈的曲线表示发送端同时从多根发射天线发送相同的同步序列时，接收端接收同步序列的正确概率；普通曲线表示传统单天线***接收端接收同步序列的正确概率。从图3中可以看出，与现有两种方案相比，采用上述实施例中方法1或2从多根发射天线中选择一根发射天线发送同步序列时，在90％的正确细定时概率处有近5dB的增益；采用本实施例方法3或4从多根发射天线中选择一根发射天线发送同步序列时，在90％的正确细定时概率处有近2dB的增益。

图4显示了接收端对接收到的通过本发明的方法以及现有方法发送的同步序列进行频偏估计之后的频偏MSE。图4中的横轴为信道的信噪比(SNR)参数，纵轴为接收端对同步序列进行频偏估计后的频偏MSE。其中，带正方形的曲线表示发送端通过上述实施例中方法1或2从多根发射天线中选择一根发射天线发送同步序列时，接收端进行频偏估计后的频偏MSE；带三角号的曲线表示发送端通过上述实施例中方法3或4从多根发射天线中选择一根发射天线发送同步序列时，接收端进行频偏估计后的频偏MSE；带圆圈的实曲线表示发送端同时从多根发射天线发送相同的同步序列时，接收端进行频偏估计后的频偏MSE；带圆圈的虚线曲线表示传统单天线***接收端进行频偏估计后的频偏MSE。从图4中可以看出，与现有两种方案相比，采用上述实施例中方法1或2从多根发射天线中选择一根发射天线发送同步序列时，在频偏MSE为10^-3时有近2dB的增益。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种在多入多出-正交频分复用MIMO-OFDM***中传输同步序列的方法，其特征在于，

MIMO-OFDM***的发送端根据MIMO-OFDM***当前时刻的信道脉冲响应，从所有发射天线和接收天线之间信道脉冲响应第一径中选择具有最大绝对值的信道脉冲响应，利用该绝对值最大信道脉冲响应所对应的发射天线发送经逆快速傅立叶变换IFFT后的时域同步序列。

2.根据权利要求1所述的在MIMO-OFDM***中传输同步序列的方法，其特征在于，IFFT变换之前的频域同步序列仅存在于偶子载波上。

3.根据权利要求1所述的在MIMO-OFDM***中传输同步序列的方法，其特征在于，所述MIMO-OFDM***当前时刻的信道脉冲响应通过此刻之前的信道脉冲响应预测获得。

4.根据权利要求1所述的在MIMO-OFDM***中传输同步序列的方法，其特征在于，所述MIMO-OFDM***当前时刻的信道脉冲响应根据上行/下行链路的信道估计结果反馈得到。

5.一种在多入多出-正交频分复用MIMO-OFDM***中传输同步序列的方法，其特征在于，

MIMO-OFDM***的发送端根据MIMO-OFDM***当前时刻的信道脉冲响应，从所有发射天线和接收天线之间信道脉冲响应第一径中选择具有最大功率的信道脉冲响应，利用该功率最大信道脉冲响应所对应的发射天线发送经逆快速傅立叶变换IFFT后的时域同步序列。

6.根据权利要求5所述的在MIMO-OFDM***中传输同步序列的方法，其特征在于，IFFT变换之前的频域同步序列仅存在于偶子载波上。

7.根据权利要求5所述的在MIMO-OFDM***中传输同步序列的方法，其特征在于，所述MIMO-OFDM***当前时刻的信道脉冲响应通过此刻之前的信道脉冲响应预测获得。

8.根据权利要求5所述的在MIMO-OFDM***中传输同步序列的方法，其特征在于，所述MIMO-OFDM***当前时刻的信道脉冲响应根据上行/下行链路的信道估计结果反馈得到。

9.一种在多入多出-正交频分复用MIMO-OFDM***中传输同步序列的方法，其特征在于，

MIMO-OFDM***的发送端根据MIMO-OFDM***当前时刻的信道脉冲响应，计算各发射天线和各接收天线之间所有径的信道脉冲响应绝对值的和，从中选择和值最大的信道冲击响应所对应的发射天线发送经逆快速傅立叶变换IFFT后的时域同步序列。

10.根据权利要求9所述的在MIMO-OFDM***中传输同步序列的方法，其特征在于，IFFT变换之前的频域同步序列仅存在于偶子载波上。

11.根据权利要求9所述的在MIMO-OFDM***中传输同步序列的方法，其特征在于，所述MIMO-OFDM***当前时刻的信道脉冲响应通过此刻之前的信道脉冲响应预测获得。

12.根据权利要求9所述的在MIMO-OFDM***中传输同步序列的方法，其特征在于，所述MIMO-OFDM***当前时刻的信道脉冲响应根据上行/下行链路的信道估计结果反馈得到。

13.一种在多入多出-正交频分复用MIMO-OFDM***中传输同步序列的方法，其特征在于，

MIMO-OFDM***的发送端根据MIMO-OFDM***当前时刻的信道脉冲，计算各发射天线和各接收天线之间所有径的信道脉冲响应功率的和，从中选择和值最大的信道冲击响应所对应的发射天线发送经逆快速傅立叶变换IFFT后的时域同步序列。

14.根据权利要求13所述的在MIMO-OFDM***中传输同步序列的方法，其特征在于，IFFT变换之前的频域同步序列仅存在于偶子载波上。

15.根据权利要求13所述的在MIMO-OFDM***中传输同步序列的方法，其特征在于，所述MIMO-OFDM***当前时刻的信道脉冲响应通过此刻之前的信道脉冲响应预测获得。

16.根据权利要求13所述的在MIMO-OFDM***中传输同步序列的方法，其特征在于，所述MIMO-OFDM***当前时刻的信道脉冲响应根据上行/下行链路的信道估计结果反馈得到。

17.一种多入多出-正交频分复用MIMO-OFDM***的发送端设备，其特征在于，包括：

至少两根发射天线；

逆快速傅立叶IFFT模块，用于将MIMO-OFDM***的同步序列进行IFFT变换；

信道信息收集模块，用于收集该发送端设备上各根天线到接收机各根天线的信道脉冲响应；以及

发射天线选择模块，用于根据所述信道信息收集模块收集的信道脉冲响应，从所有发射天线和接收天线之间信道脉冲响应第一径中选择具有最大绝对值的信道脉冲响应，利用该绝对值最大信道脉冲响应所对应的发射天线发送经过IFFT变换的同步序列。

18.一种多入多出-正交频分复用MIMO-OFDM***的发送端设备，其特征在于，包括：

至少两根发射天线；

逆快速傅立叶IFFT模块，用于将MIMO-OFDM***的同步序列进行IFFT变换；

信道信息收集模块，用于收集该发送端设备上各根天线到接收机各根天线的信道脉冲响应；以及

发射天线选择模块，用于根据所述信道信息收集模块收集的信道脉冲响应，从所有发射天线和接收天线之间信道脉冲响应第一径中选择具有最大功率的信道脉冲响应，利用该功率最大信道脉冲响应所对应的发射天线发送经逆快速傅立叶变换IFFT后的时域同步序列。

19.一种多入多出-正交频分复用MIMO-OFDM***的发送端设备，其特征在于，包括：

至少两根发射天线；

逆快速傅立叶IFFT模块，用于将MIMO-OFDM***的同步序列进行IFFT变换；

信道信息收集模块，用于收集该发送端设备上各根天线到接收机各根天线的信道脉冲响应；以及

发射天线选择模块，用于根据所述信道信息收集模块收集的信道脉冲响应，计算各发射天线和各接收天线之间所有径的信道脉冲响应绝对值的和，从中选择和值最大的信道冲击响应所对应的发射天线发送经逆快速傅立叶变换IFFT后的时域同步序列。

20.一种多入多出-正交频分复用MIMO-OFDM***的发送端设备，其特征在于，包括：

至少两根发射天线；

逆快速傅立叶IFFT模块，用于将MIMO-OFDM***的同步序列进行IFFT变换；

信道信息收集模块，用于收集该发送端设备上各根天线到接收机各根天线的信道脉冲响应；以及

发射天线选择模块，用于根据所述信道信息收集模块收集的信道脉冲响应，计算各发射天线和各接收天线之间所有径的信道脉冲响应功率的和，从中选择和值最大的信道冲击响应所对应的发射天线发送经逆快速傅立叶变换IFFT后的时域同步序列。

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