基于非正交導(dǎo)頻的時(shí)頻聯(lián)合的信道估計(jì)方法及系統(tǒng)、天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于非正交導(dǎo)頻的時(shí)頻聯(lián)合的信道估計(jì) 方法及系統(tǒng)、天線。
【背景技術(shù)】
[0002] 正交頻分復(fù)用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，0FDM)和多輸入 多輸出（Multiple Input Multiple 0utput，MIM0)技術(shù)由于其突出的抗信道衰落能力和高 頻譜效率，被認(rèn)為是下一代無(wú)線通信系統(tǒng)的兩項(xiàng)主要物理層技術(shù)，受到了來(lái)自學(xué)術(shù)界和工 業(yè)界的廣泛關(guān)注。MMO-OFDM技術(shù)也成為了許多現(xiàn)有無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)采用的主流技術(shù)，這其中 包括 IEEE 802. llac/ad，WiMax, 3GPP LTE 等。
[0003] 在MMO-OFDM系統(tǒng)中，準(zhǔn)確的信道狀態(tài)信息為信道預(yù)編碼（Channel Pre-coding)、波束成型（Beamforming)、空時(shí)解碼（Space-time Decoding)、空頻解碼 (Space-frequency Decoding)提供了必要的信息，是保證系統(tǒng)性能的重要前提。傳統(tǒng)的 MM0-0FDM系統(tǒng)中的信道估計(jì)方法可以分為兩類(lèi)：頻域估計(jì)方法和時(shí)域估計(jì)方法。頻域估 計(jì)方法利用頻分復(fù)用的導(dǎo)頻（又稱(chēng)正交導(dǎo)頻）將MMO系統(tǒng)中的信道估計(jì)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單 的單輸入單輸出（Single Input Single Output，SIS0)系統(tǒng)中的信道估計(jì)問(wèn)題。時(shí)域估計(jì) 方法利用前導(dǎo)序列進(jìn)行信道估計(jì)，利用所有的子載波，可以在慢變信道中提供更為可靠的 估計(jì)結(jié)果。
[0004] 在MM0-0FDM系統(tǒng)中基于導(dǎo)頻的頻域信道估計(jì)方法中，所需的導(dǎo)頻會(huì)隨著天線數(shù) 的增加而線性增加，對(duì)于未來(lái)天線數(shù)據(jù)巨大的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)而言，系統(tǒng)的導(dǎo)頻開(kāi)銷(xiāo)會(huì)非 常大，頻譜效率極低?；谇皩?dǎo)序列的時(shí)域信道估計(jì)方法，在大規(guī)模MMO系統(tǒng)中信道時(shí)變 時(shí)，前導(dǎo)序列必須大量頻繁插入，最終將導(dǎo)致前導(dǎo)序列的開(kāi)銷(xiāo)巨大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明的 第一方面目的在于提出一種開(kāi)銷(xiāo)低、頻譜效率高的基于非正交導(dǎo)頻的時(shí)頻聯(lián)合的信道的估 計(jì)方法。
[0006] 本發(fā)明第二方面實(shí)施例提出一種基于非正交導(dǎo)頻的時(shí)頻聯(lián)合的信道的估計(jì)系統(tǒng)。
[0007] 本發(fā)明第三方面實(shí)施例提出一種天線。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面實(shí)施例的基于非正交導(dǎo)頻的時(shí)頻聯(lián)合的信道 的估計(jì)方法，包括以下步驟：S1，所述F個(gè)發(fā)射天線分別產(chǎn)生并發(fā)送待發(fā)送信號(hào)幀，所述待 發(fā)送信號(hào)幀包括待發(fā)送時(shí)域訓(xùn)練序列和待發(fā)送OFDM時(shí)域數(shù)據(jù)塊；S2,所述S個(gè)接收天線獲 得接收信號(hào)幀，并對(duì)所述信道進(jìn)行沖激響應(yīng)的粗估計(jì)，獲得與所述F個(gè)發(fā)射天線一一對(duì)應(yīng) 的F個(gè)信道沖激響應(yīng)的部分共同時(shí)延，其中，所述接收信號(hào)幀為所述接收天線接收的所述 發(fā)射天線發(fā)送的經(jīng)過(guò)衰落信道及噪聲干擾后的所述待發(fā)送信號(hào)幀，所述接收信號(hào)幀包括接 收時(shí)域訓(xùn)練序列和接收OFDM時(shí)域數(shù)據(jù)塊；S3,對(duì)連續(xù)接收到的預(yù)定數(shù)目的所述接收OFDM時(shí) 域數(shù)據(jù)塊進(jìn)行循環(huán)重構(gòu)，以獲取導(dǎo)頻信息；S4,根據(jù)所述部分共同時(shí)延，利用所述導(dǎo)頻信息 進(jìn)行結(jié)構(gòu)化壓縮感知，以獲取所述F個(gè)信道沖激響應(yīng)的估計(jì)結(jié)果。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于非正交導(dǎo)頻的時(shí)頻聯(lián)合的信道的估計(jì)方法，利用非正交 導(dǎo)頻大大降低了導(dǎo)頻開(kāi)銷(xiāo)，時(shí)域訓(xùn)練序列在作為保護(hù)間隔避免塊間干擾的同時(shí)還能夠估計(jì) 多個(gè)信道的部分共同時(shí)延為信道的粗估計(jì)提供初始信息。本發(fā)明還充分利用了 MMO信道 的稀疏特性以及空間、時(shí)間相關(guān)性，在降低信道估計(jì)算法復(fù)雜度的同時(shí)提高了估計(jì)精度，具 有頻譜效率和估計(jì)精度高等特點(diǎn)。
[0010] 在一些示例中，所述OFDM時(shí)域數(shù)據(jù)塊由OFDM頻域數(shù)據(jù)塊經(jīng)過(guò)離散傅里葉逆變換 獲得，其中，所述OFDM頻域數(shù)據(jù)塊的部分子載波上設(shè)置有導(dǎo)頻，所述導(dǎo)頻用于進(jìn)行信道估 計(jì)，所述導(dǎo)頻的數(shù)量小于所述OFDM頻域數(shù)據(jù)塊的長(zhǎng)度。
[0011] 在一些示例中，步驟S2中，根據(jù)所述待發(fā)送時(shí)域訓(xùn)練序列和所述接收時(shí)域訓(xùn)練序 列，采用時(shí)域線性卷積法獲取所述信道的沖激響應(yīng)，并保留幅值超過(guò)預(yù)設(shè)閾值的徑的時(shí)延 作為所述部分共同時(shí)延。
[0012] 在一些示例中，步驟S3中，所述接收OFDM時(shí)域數(shù)據(jù)塊的循環(huán)重構(gòu)包括：所述接收 OFDM時(shí)域數(shù)據(jù)塊、所述接收時(shí)域訓(xùn)練序列和所述信道卷積的拖尾與所述接收OFDM時(shí)域數(shù) 據(jù)塊和所述信道卷積的拖尾的線性運(yùn)算。
[0013] 在一些示例中，根據(jù)所述導(dǎo)頻信息獲取觀測(cè)矩陣和測(cè)量矩陣，并根據(jù)所述觀測(cè)矩 陣和所述測(cè)量矩陣?yán)盟鲂诺赖目臻g和時(shí)間相關(guān)性和結(jié)構(gòu)化壓縮感知方法獲取F個(gè)發(fā) 射天線的F個(gè)信道沖激響應(yīng)的估計(jì)結(jié)果。
[0014] 本發(fā)明第二方面實(shí)施例提出一種基于非正交導(dǎo)頻的時(shí)頻聯(lián)合的信道的估計(jì)系統(tǒng)， 應(yīng)用于具有F個(gè)發(fā)射天線和S個(gè)接收天線的MIMO系統(tǒng)，包括：接收模塊、粗估計(jì)模塊、循環(huán) 重構(gòu)模塊和估計(jì)模塊。接收模塊用于獲得接收信號(hào)幀，其中，所述接收信號(hào)幀為所述接收天 線接收的所述發(fā)射天線發(fā)送的經(jīng)過(guò)衰落信道及噪聲干擾后的待發(fā)送信號(hào)幀，所述接收信號(hào) 幀包括接收時(shí)域訓(xùn)練序列和接收OFDM時(shí)域數(shù)據(jù)塊，所述待發(fā)送信號(hào)幀包括待發(fā)送時(shí)域訓(xùn) 練序列和待發(fā)送OFDM時(shí)域數(shù)據(jù)塊；粗估計(jì)模塊用于對(duì)所述信道進(jìn)行沖激響應(yīng)的粗估計(jì)，獲 得與所述F個(gè)發(fā)射天線一一對(duì)應(yīng)的F個(gè)信道沖激響應(yīng)的部分共同時(shí)延；循環(huán)重構(gòu)模塊用于 對(duì)連續(xù)接收到的預(yù)定數(shù)目的所述接收OFDM時(shí)域數(shù)據(jù)塊進(jìn)行循環(huán)重構(gòu)，以獲取導(dǎo)頻信息；估 計(jì)模塊用于根據(jù)所述部分共同時(shí)延，利用所述導(dǎo)頻信息進(jìn)行結(jié)構(gòu)化壓縮感知，以獲取所述F 個(gè)信道沖激響應(yīng)的估計(jì)結(jié)果。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于非正交導(dǎo)頻的時(shí)頻聯(lián)合的信道的估計(jì)系統(tǒng)，利用非正交 導(dǎo)頻大大降低了導(dǎo)頻開(kāi)銷(xiāo)，時(shí)域訓(xùn)練序列在作為保護(hù)間隔避免塊間干擾的同時(shí)還能夠估計(jì) 多個(gè)信道的部分共同時(shí)延為信道的粗估計(jì)提供初始信息。本發(fā)明還充分利用了 MMO信道 的稀疏特性以及空間、時(shí)間相關(guān)性，在降低信道估計(jì)算法復(fù)雜度的同時(shí)提高了估計(jì)精度，具 有頻譜效率和估計(jì)精度高等特點(diǎn)。
[0016] 在一些示例中，所述粗估計(jì)模塊還用于，根據(jù)所述待發(fā)送時(shí)域訓(xùn)練序列和所述接 收時(shí)域訓(xùn)練序列，采用時(shí)域線性卷積法獲取所述信道的沖激響應(yīng)，并保留幅值超過(guò)預(yù)設(shè)閾 值的徑的時(shí)延作為所述部分共同時(shí)延。
[0017] 在一些示例中，所述循環(huán)重構(gòu)模塊還用于，對(duì)所述接收OFDM時(shí)域數(shù)據(jù)塊、所述接 收時(shí)域訓(xùn)練序列和所述信道卷積的拖尾與所述接收OFDM時(shí)域數(shù)據(jù)塊和所述信道卷積的拖 尾進(jìn)行線性運(yùn)算。
[0018] 在一些示例中，所述估計(jì)模塊還用于，根據(jù)所述導(dǎo)頻信息獲取觀測(cè)矩陣和測(cè)量矩 陣，并根據(jù)所述觀測(cè)矩陣和所述測(cè)量矩陣?yán)盟鲂诺赖目臻g和時(shí)間相關(guān)性和結(jié)構(gòu)化壓縮 感知方法獲取所述F個(gè)信道沖激響應(yīng)的估計(jì)結(jié)果。
[0019] 本發(fā)明第三方面實(shí)施例提出一種天線，包括如前所述的基于非正交導(dǎo)頻的時(shí)頻聯(lián) 合的信道的估計(jì)系統(tǒng)。
[0020] 本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的基于非正交導(dǎo)頻的時(shí)頻聯(lián)合的信道估計(jì)方法的 流程圖；
[0022] 圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中在OFDM頻域數(shù)據(jù)塊中插入導(dǎo)頻后的信號(hào)幀結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0023] 圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的在兩個(gè)發(fā)射天線系統(tǒng)下的OFDM數(shù)據(jù)塊循環(huán)重構(gòu)示意 圖；和
[0024] 圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的基于非正交導(dǎo)頻的時(shí)頻聯(lián)合的信道估計(jì)系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)"中心"、"縱向"、"橫向"、"長(zhǎng)度"、"寬度"、 "厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"豎直"、"水平"、"頂"、"底" "內(nèi)"、"外"、"順時(shí) 針"、"逆時(shí)針"、"軸向"、"徑向"、"周向"等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或 位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必 須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0026] 此外，術(shù)語(yǔ)"第一"、"第二"僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性 或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或 者隱含地包括至少一個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，"多個(gè)"的含義是至少兩個(gè)，例如兩個(gè)， 三個(gè)等，除非另有明確具體的限定。
[0027] 在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)"安裝"、"相連"、"連接"、"固定"等 術(shù)語(yǔ)應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機(jī)械連 接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi) 部的連通或兩個(gè)元件的相互作用關(guān)系，除非另有明確的限定。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。
[0028] 在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征"上"或"下"可以 是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過(guò)中間媒介間接接觸。而且，第一特征在 第二特征"之上"、"上方"和"上面"可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示 第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"可以是 第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0029] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類(lèi)似的標(biāo)號(hào)表示相同或類(lèi)似的元件或具有相同或類(lèi)似功能的元件。下面通過(guò)參考附 圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0030] 參見(jiàn)圖1，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的基于非正交導(dǎo)頻的時(shí)頻聯(lián)合的信道估計(jì)方法 的流程圖所示，本發(fā)明第一方面實(shí)施例的基于非正交導(dǎo)頻的時(shí)頻聯(lián)合的信道估計(jì)方法包括 以下步驟：
[0031] S1，F(xiàn)個(gè)發(fā)射天線分別生成并發(fā)送待發(fā)送信號(hào)幀，待發(fā)送信號(hào)幀包括待發(fā)送時(shí)域訓(xùn) 練序列和待發(fā)