一种多载波Large-Scale MIMO系统的重叠导频方法
【专利摘要】本发明涉及一种多载波Large-Scale?MIMO系统的重叠导频方法，包括：S1：根据MIMO编码将待传输数据进行编码；S2：以预设规则将不同发射天线的导频插入编码后的待传输数据；S3：通过快速傅里叶变换，生成时域OFDM符号；S4：将不同天线的数据经过处理进行发射。本发明所公开的方法适用于MIMO系统，尤其是大规模（Large-Scale）MIMO系统，该方法利用了MIMO信道的稀疏特性和空时相关性，在本发明中利用重叠导频可以有效降低导频开销并获得高频谱效率，信道估计可以根据接收的重叠导频同时获得多个MIMO信道估计，具有高频谱效率以及易用性。本发明还公开了一种多载波Large-Scale?MIMO系统的重叠导频装置。
【专利说明】—种多载波Large-Scale MIMO系统的重叠导频方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及数字信息传输【技术领域】，尤其涉及一种多载波Large-Scale MIMO系统的重叠导频方法。
【背景技术】
[0002]OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分复用)和 ΜΙΜΟ(Multiple Input Multiple Output,多输入输出)技术由于其突出的抗多径能力和高频谱效率，被广泛认为是未来无线通信系统的两项关键物理层技术。
[0003]目前，大规模MMO技术这一概念利用大量的天线，其中天线数量可能几百，甚至上千，在同样的时频资源内同时向多个用户提供服务，可获得高达几十bit/s/Hz甚至更高的频谱效率。例如，日本NTT DoCoMo公司演示了 12X12的MMO系统，在IOOMHz的带宽上实现了 4.92Gbps的传输速率，其频谱效率接近50bit/s/Hz ；WLAN的演进标准IEEE802.1lac也开始研究16 X 16的MMO天线配置，以实现lGbit/s的高速无线传输。
[0004]在MM0-0FDM系统中，准确的信道状态信息是保证其系统性能的重要前提。概括来说，MM0-0FDM系统中的信道估计方法可以分为两类:频域估计算法和时域估计算法。频域估计算法利用正交导频可将MMO系统中的信道估计问题直接转为为单输入单输出系统(Single-1nput Single-Output, SISO)中的信道估计问题；另一方面,基于前导序列(Preamble)的时域信道估计方法利用了所有的子载波，故可以在慢变信道中提供更为可靠的信道估计结果。
[0005]MM0-0FDM系统中的信道估计方法中的频域估计算方法，所需的导频数量随着天线数的增大而线性增加，对于天线数目巨大的大规模MMO技术而言，这会导致很高的系统导频开销。为了保证MMO系统中的导频开销不会过高，通常的做法是降低各天线的等效导频密度，但这会导致信道估计精度的明显下降。另一方面MM0-0FDM系统中的信道估计方法中的时域估计算法，在大规模MMO系统中信道时变时，前导序列必须频繁插入，以及时跟踪快速变化的信道，最终导致前导序列的开销仍然较大。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是如何有效降低导频开销并获得高频谱频率。本发明可以通过接收的重叠导频同时获得多个MIMO信道的估计。
[0007]为此目的，本发明提出了一种多载波Large-Scale MMO系统的重叠导频方法，所述方法具体包括:
[0008]S1:根据MIMO编码将待传输数据进行编码；
[0009]S2:以预设规则将不同发射天线的导频插入编码后的待传输数据；
[0010]S3:通过快速傅里叶变换，生成时域OFDM符号；
[0011]S4:将不同天线的数据经过处理进行发射。
[0012]具体地，所述不同发射天线的导频共用部分或全部的相同的频域子载波。[0013]具体地，所述不同发射天线的导频具有相对应的导频序列。
[0014]进一步地,所述步骤S3进一步包括:
[0015]S31:提取并获得导频对应子载波处的信号；
[0016]S32:根据获得的导频对应子载波处的信号估计与不同发射天线相关的信道。
[0017]为此目的，本发明提出了一种多载波Large-Scale MMO系统的重叠导频装置，包括:
[0018]编码模块，用于根据MIMO编码将传输数据进行编码；
[0019]插入模块，用于以预设规则将不同发射天线的导频插入编码后的待传输数据；
[0020]时域OFDM符号生成模块，用于通过快速傅里叶变换，生成时域OFDM符号；
[0021 ] 发射模块，用于将不同天线的数据经过处理进行发射。
[0022]具体地,所述时域OFDM符号生成模块还包括:
[0023]导频序列生成单元，用于生成不同发射天线对应的导频序列；
[0024]导频图案生成单元，用于生成导频所插入频域OFDM符号中子载波的位置；
[0025]时域OFDM符号生成单元，用于根据频域OFDM符号生成时域OFDM符号，并加上保护间隔构成一个带保护间隔的完整OFDM符号。
[0026]进一步地,还包括:
[0027]导频提取模块，用于将接收端经过DFT获得的频域OFDM符号中导频子载波处的频域数据提取出来；
[0028]信道估计模块，用于根据提取出来的导频处的数据获得MIMO信道估计。
[0029]通过采用本发明所公开的一种多载波Large-Scale MMO系统的重叠导频方法，适用于MMO系统，尤其是大规模MMO系统。该方法利用了 MMO信道的稀疏特性和空时相关性，在本发明中利用重叠导频可以有效降低导频开销并获得高频谱效率，信道估计可以根据接收的重叠导频同时获得多个MMO信道估计，具有高频谱效率以及易用性。本发明还公开了一种多载波Large-Scale MIMO系统的重叠导频装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中:
[0031]图1示出了本发明实施例中的一种多载波Large-Scale MMO系统的重叠导频方法的步骤流程图；
[0032]图2示出了本发明在OFDM频域符号中插入导频后的结构示意图；
[0033]图3示出了本发明实施例中的一种多载波Large-Scale MIMO系统的信道估计方法的步骤流程图；
[0034]图4示出了传统正交导频方法与重叠导频方法对比效果图；
[0035]图5 (a) (b) (c)不出了本发明实施例中的一种多载波Large-Scale MIMO系统的重叠导频装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0036]下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。[0037]如图1所示，为本发明实施例中的一种多载波Large-Scale MMO系统的重叠导频方法，该方法具体包括以下步骤:
[0038]步骤S1:根据MIMO编码将待传输数据进行编码。
[0039]具体地，MIMO编码为基于现有成熟的空时编码理论，如垂直-贝尔实验分层空时编码技术。
[0040]步骤S2:以预设规则将不同发射天线的导频插入编码后的待传输数据。其中，在OFDM频域符号中插入导频，如图2所示。
[0041]进一步地，不同发射天线的导频共用部分或全部的相同的频域子载波；不同发射天线的导频具有相对应的导频序列。
[0042]步骤S3:通过快速傅里叶变换，生成时域OFDM符号。
[0043]步骤S4:将不同天线的数据经过处理进行发射。
[0044]具体地，各个发射天线的导频序列彼此正交，可以有Zadoff-Chu序列以及其循环移位版本构成，且各个发射天线的导频与频域数据频分复用的OFDM频域符号通过IDFT变换成时域OFDM符号，并加上保护间隔构成带有保护间隔的完整OFDM符号。
[0045]如图3所示，本发明实施例中的一种多载波Large-Scale MMO系统的信道估计方法，其方法具体包括以下步骤:
[0046]步骤S31:提取并获得导频对应子载波处的信号。
[0047]步骤S32:根据获得的导频对应子载波处的信号估计与不同发射天线相关的信道。
[0048]具体地，在NtXNr MIMO系统中，第i个发射天线到第j个接收天线接收导频为:
「hftj) I
[0049]yl ' - diag{s^F|D+ w( ' - Si F￡ |Ω h(l,J) +^( 1 =?(h(1'J) + w(1J)
_0(A:Zlxl_
[0050]这里h(U是第i个发射天线到第j个接收天线间的信道冲击响应，最大长度为L5Fli2是对NXN维傅里叶矩阵F按Ω取行构成的部分傅里叶矩阵；Ω为导频图案；Si是第i个发射天线的导频序列，不同天线的导频序列可以通过Zadoff-Chu序列及其循环移位版本构成，因为Zadoff-Chu序列具有很好的循环正交性；diag{sj是一个对角矩阵，对角元素由Si构成！Sediagki} ；Fl是一个NXL维部分傅里叶矩阵，由F的前L列组成；
0I=S1Fl ω。
[0051]由于发端不同天线共用 相同的导频图案，接收导频序列可表示为:
V'jl _
N,h(2’j) N<
y7'=Eyiljl =[φρφ2>.*.φΛτ(].+￡w(I>J)=?h.+w.1-l./-1
-.h(2,J)
[0052]这里θ = ^Φι，Φ2，...Φ\」，hZ=:，由于无线信道的稀疏特性，是稀疏的，所以I也是稀疏的。对于形如>^=0^+'的欠定方程，I是稀疏的，这可以利用压
缩感知的相关算法来从低维导频恢复高维信道冲击响应^。
[0053]如图4所示，传统正交导频方法与提出的重叠导频方法对比效果图。
[0054]具体地，传统的正交导频方法要求不同发射天线导频图案在频域、时域、码域等保持正交；重叠导频方法允许不同发射天线的导频共用完全相同的导频图案。
[0055]如图5 (a) (b) (c)所不,本发明实施例中的一种多载波Large-Scale MIMO系统的重叠导频装置的结构。
[0056]图5 (a)为本发明实施例中的一种多载波Large-Scale MIMO系统的重叠导频装置的整体结构。
[0057]具体地，编码模块501用于根据MMO编码将传输数据进行编码；插入模块502用于以预设规则将不同发射天线的导频插入编码后的待传输数据；时域OFDM符号生成模块503用于通过快速傅里叶变换，生成时域OFDM符号；发射模块504用于将不同天线的数据经过处理进行发射。[0058]图5 (b)为本发明实施例中的一种多载波Large-Scale MIMO系统的发射信号配置设备的结构。
[0059]具体地，上述设备包括编码模块501以及时域OFDM符号生成模块503。
[0060]进一步地,时域OFDM符号生成模块503还包括:导频序列生成单元5031用于生成不同发射天线对应的导频序列；导频图案生成单元5032用于生成导频所插入频域OFDM符号中子载波的位置；时域OFDM符号生成单元5033用于根据频域OFDM符号生成时域OFDM符号并加上保护间隔构成一个带保护间隔的完整OFDM符号。
[0061]图5 (C)为本发明实施例中的一种多载波Large-Scale MIMO系统的发射信号配置设备的结构。
[0062]具体地，上述设备包括导频提取模块505用于将接收端经过DFT获得的频域OFDM符号中导频子载波处的频域数据提取出来，以及信道估计模块506用于根据提取出来的导频处的数据获得MMO信道估计。
[0063]通过采用本发明所公开的一种多载波Large-Scale MMO系统的重叠导频方法，适用于MMO系统，尤其是大规模MMO系统。该方法利用了 MMO信道的稀疏特性和空时相关性，在本发明中利用重叠导频可以有效降低导频开销并获得高频谱效率，信道估计可以根据接收的重叠导频同时获得多个MMO信道估计，具有高频谱效率以及易用性。
[0064]虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
【权利要求】
1.一种多载波Large-Scale MIMO系统的重叠导频方法，其特征在于，所述方法具体包括: 51:根据MIMO编码将待传输数据进行编码； 52:以预设规则将不同发射天线的导频插入编码后的待传输数据； 53:通过快速傅里叶变换，生成时域OFDM符号； 54:将不同天线的数据经过处理进行发射。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述不同发射天线的导频共用部分或全部的相同的频域子载波。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述不同发射天线的导频具有相对应的导频序列。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3进一步包括: S31:提取并获得导频对应子载波处的信号； S32:根据获得的导频对应子载波处的信号估计与不同发射天线相关的信道。
5.一种多载波Large-Scale MIMO系统的重叠导频装置，其特征在于，包括: 编码模块，用于根据MIMO编码将传输数据进行编码； 插入模块，用于以预设规则将不同发射天线的导频插入编码后的待传输数据； 时域OFDM符号生成模块，用于通过快速傅里叶变换，生成时域OFDM符号； 发射模块，用于将不同天线的数据经过处理进行发射。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述时域OFDM符号生成模块还包括: 导频序列生成单元，用于生成不同发射天线对应的导频序列； 导频图案生成单元，用于生成导频所插入频域OFDM符号中子载波的位置； 时域OFDM符号生成单元，用于根据频域OFDM符号生成时域OFDM符号并加上保护间隔构成一个带保护间隔的完整OFDM符号。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括: 导频提取模块，用于将接收端经过DFT获得的频域OFDM符号中导频子载波处的频域数据提取出来； 信道估计模块，用于根据提取出来的导频处的数据获得MIMO信道估计。
【文档编号】H04L5/00GK103944702SQ201410140828
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月9日 优先权日:2014年4月9日
【发明者】戴凌龙, 高镇, 王昭诚 申请人:清华大学