用于向车载通信中的802.11p OFDM帧中引入补充训练符号的方法
【技术领域】
[0001] 概括地说，本发明涉及无线通信，具体而言，涉及使用802. Ilp的车载通信。更具体 地说，本发明涉及用于向802. Ilp正交频分复用（OFDM)帧中引入补充训练符号的方法，其 中，发射机从第一单元向特定第二单元的接收机或多个第二单元的相应的接收机发送加密 的信息，并且其中，在发射机芯片中实现的固定训练符号与所述信息复用，并传输到所述接 收机用于所述接收机侧的信道估计。
【背景技术】
[0002] IEEE 802. Ilp被选择作为车载通信的标准，其等同于广泛使用的802.11a。在 802. Ilp中，提出了IOMHz的默认信道间隔而不是在802. Ila中通常使用的20MHz间隔，以便 针对较长的延时扩展提供更好的保护。在"C. Mecklenbrauker, A. Mo I i sch，J. Karedal， F.Tufvesson，A.Paier，L.Bernad0，T.Zemen，0.Klemp，and N.Czink，''Vehicular channel characterization and its implications for wireless system design and performance"，Proceedings of the IEEE，vol · 99，no · 7，pp · 1189-1212，2011 ,以及 uT.Zemen,L.Bernado,N.Czink,and A.Molisch，"Iterative time-variant channel estimation for 802. lip using generalized discrete prolate spheroidal sequences，'，IEEE Transactions on Vehicular Technology,νο1.61,ηο.3,ρρ.1222-1233,2012."中已经指出：循环前缀(CP)的长度和子载波间隔对于测得的车载信道(延时、 多普勒扩展值)来说满足OFDM系统的设计指南^然而，802. Ilp中的原本为802. Ila设计的训 练数据是为相对静态的设备和室内用途设计的。在车载通信中，车辆的大速度、动态环境以 及约400字节的长的分组大小意味着信道脉冲响应可以在一个OFDM帧中显著改变，参见 "L.Bernad0，T.Zemen、F.Tufvesson，A.Molisch and C.MecMenbrSllker，"Delay and doppler spreads of non-stationary vehicular channels for safety relevant scenarios，"IEEE Transactions on Vehicular Technology，no.99,2013."D针对整个帧 的鲁棒的信道估计是必需的，以确保对于交通安全应用（traffic safety application)所 必需的低的帧错误率(FER)d
[0003] 为了解决由于非鲁棒信道估计导致的高的帧错误率的问题，由"T.Zemen， L.Bernado,N.Czinkjand A.Molischj ''iterative time-variant channel estimation for 802. lip using generalized discrete prolate spheroidal sequences，'，IEEE Transactions on Vehicular 丁6。1111〇1〇87，￥〇1.61，11〇.3，卩卩.1222-1233,2012.'，提出了使 用迭代方法和后同步信号(post-ambles)的解决方案。
[0004] 就作者所知而言，802. Ilp收发机的MAC和PHY层功能是在芯片中实现的，并且在 MAC和PHY层以上的层是软件定义的，可以通过软件升级来修改此外，由于802. Ilp使用在 基本服务集通信的上下文之外，加密和认证不是由MAC层执行的。因此，来自在MAC层以上的 层的数据不加改变地进入PHY层，只添加了报头以及固定长度的CRC-32校验和。
[0005] 系统模型和802. Ilp帧结构
[0006] 802. Ilp的物理层使用的正交频分复用（OFDM)具有N=64的子载波和长度NCP=16 的CP。在这64个子载波中，48个子载波被分配用于数据，4个子载波被分配用于导频，并且12 个是空子载波。IOMHz的信道间隔导致Tsym=8ys的OFDM符号持续时间，该持续时间包括1.6μ s的循环前缀。802.1 Ip标准支持八种不同的调制和编码方案，参见例如""IEEE standard for information technology-telecommunications and information exchange between systems local and metropolitan area networks-specific requirements part 11:ffireless LAN medium access control(MAC)and physical layer(PHY) specifications/IEEE Std 802. ll-2012，pp. 1-2793,2012. ,Table 18.4"；使用QPSK映射 和编码速率1/2的方案适用于安全应用，并且将其纳入考虑是很重要的。
[0007] 在图1中示出了 802.11OFDM符号的已知编码过程，图1示出了 80 2.11P发射机的框 图。对数据比特进行加扰，并使用速率1/2,（1718，1338)的卷积码对其进行编码。使用打孔来 达到更高的编码速率。将经编码的比特分成N cbps个比特的组，其中，Ncbps是每个OFDM符号的 编码比特的数量。使用两级交织器来对每组中的比特进行交织。将经交织的比特映射到星 座图G，得到复值符号(complex valued symbol)。将复值符号和导频分别映射到OFDM符号 的数据子载波和导频子载波。随后，执行N点离散傅立叶逆变换（N-point inverse Discrete Fourier Transform(DFT))以获得时域信号，并且添加 Ncp个采样的循环前缀以形 成OFDM符号。关于该发射机中的各个模块的具体细节，读者可参考"〃IEEE standard for information technology-telecommunications and information exchange between systems local and metropolitan area networks-specific requirements part 11: Wireless LAN medium access controI (MAC) and physical Iayer(PHY) specifications，"IEEE Std 802.11-2012，pp.1-2793,2012."，Ch.18"〇
[0008] 向集合D分配数据符号位置，并向集合：P分配导频位置，映射到在第m个OFDM符 号中的第k个子载波的频域符号由下式给出： S[m，k] =D[m，k]+P[m，k]
[0009] 其中，D [m，k ]和P [m，k ]分别是在第m个OFDM符号中的第k个子载波处的数据符号和 导频符号，从而？[111，1^]=0，￥[/?，女]￡及，并且0[111，1^]=0，￥[历,幻6/ ?。在~点0卩1'逆变换之 后获得的时域采样由下式给出： s[m，n]=IDFTN(S[m，k])
[0010] 考虑具有由下式给出的离散时间冲激响应的无线信道： *· Σι；：〇 ?5 δ|? - Xtl
[0011] 其中，Ct1是第1个抽头的复路径增益，τι是第1个抽头的延时，并且L是总的抽头数。 假设无线信道的最大过量延时(maximum excess delay)比循环前缀的长度短，并且信道冲 激响应在一个OFDM符号的经过时间（transit time)期间不发生变化，在丢弃了CP之后的所 接收到的第m个OFDM符号的采样可表示为：
[0012] 其中，点循环卷积，w[n]是具有零均值和方差&的独立同分布（iid)时域复 AWGN采样。在接收机处的N点DFT运算之后由子载波承载的频域符号由下式给出： R[m，k] = DFTN(r[m，n]) R[m，k] =H[m，k]S[m，k]+W[m，k]
[0013] 其中，H[m，k]是在第m个OFDM符号的第k个子载波处的信道频率响应，并且W[m，k] 是具有零均值和方差στ,:,的频域复AWGN采样。对IDFT和DFT运算进行合适的缩放，以保留信 号能量。
[0014] 由于车载信道是时变的，因此信道冲激响应在一个OFDM符号之内发生