專利名稱：基于最佳二元序列偶的信道估計(jì)均衡方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信系統(tǒng)最佳信號(hào)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種周期為N= 2n、周期自相關(guān)函數(shù)具有理想沖激特性的最佳二元序列偶，可用于通信系統(tǒng)的信道估計(jì)、系統(tǒng)同步等應(yīng)用場(chǎng)景。
背景技術(shù)：
最佳信號(hào)在通信系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用，特別是近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，硬件性能的持續(xù)提升，最佳離散信號(hào)設(shè)計(jì)理論和工程應(yīng)用得到了較快的發(fā)展，僅互補(bǔ)序列集這類最佳離散信號(hào)，在同步(中國(guó)專利CN101155021，CN101523745)、信道估計(jì)(中國(guó)專利CN102007742A，CN101626360)、雷達(dá)(中國(guó)專利CN101902432A)等諸多領(lǐng)域獲得了較好的應(yīng)用。一般而言，序列信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)是用序列與其自身時(shí)延序列的內(nèi)積來(lái)表征的，目前在研究各種最佳信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)時(shí)都用此定義。這一方面限制了最佳序列的存在空間，另一方面，要求發(fā)送序列與接收機(jī)中計(jì)算自相關(guān)函數(shù)時(shí)所用的本地序列是同一序列。所以，尋找新的意義下的最佳信號(hào)形式以克服這種局限性，具有重大的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。通過(guò)對(duì)雷達(dá)、聲納、碼分多址等系統(tǒng)中信號(hào)檢測(cè)過(guò)程的研究，我們發(fā)現(xiàn)，發(fā)送序列與接收機(jī)的本地序列可以不是同一序列，而只要這兩個(gè)序列(或稱為序列偶)滿足一定的條件，就完全可以達(dá)到工程上的要求。在研究最佳序列偶的基礎(chǔ)上，蔣挺等人第一次提出了屏蔽二進(jìn)序列偶的概念，并且將最佳屏蔽二進(jìn)序列偶應(yīng)用到了系統(tǒng)同步領(lǐng)域(中國(guó)專利CNl681236 )，獲得了較好的系統(tǒng)性能。以信道估計(jì)為例，它是OFDM接收機(jī)進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)、解調(diào)和均衡的基礎(chǔ)，目前OFDM信道估計(jì)的研究可以分為兩大類:盲/半盲估計(jì)和非盲估計(jì)。導(dǎo)頻輔助(Pilot Assisted)信道估計(jì)技術(shù)屬于非盲信道估計(jì)方式，它在數(shù)據(jù)流中插入一定數(shù)量的時(shí)域或頻域已知訓(xùn)練序列來(lái)進(jìn)行信道估計(jì)，根據(jù)導(dǎo)頻分布情況的不同，該方法有一維和二維之分，前者在時(shí)間或頻率方向上插入訓(xùn)練序列，后者在時(shí)間和頻率兩個(gè)方向同時(shí)插入訓(xùn)練序列。但是，采用導(dǎo)頻輔助的方法，需要占用一定的時(shí)隙或頻帶資源，降低了數(shù)據(jù)的傳輸效率。因此，導(dǎo)頻疊加(Superimposed Training)(也稱為隱含導(dǎo)頻序列，Implicit Training)信道估計(jì)方法的出現(xiàn)(中國(guó)專利CN101292481)，引來(lái)了國(guó)內(nèi)外大量學(xué)者的關(guān)注。其核心思想是:在發(fā)送端，將導(dǎo)頻信號(hào)直接疊加到數(shù)據(jù)信號(hào)上進(jìn)行發(fā)送；在接收端，利用數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性完成信道估計(jì)和信道均衡。這種方法將數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻序列同時(shí)發(fā)送，極大地提高了通信系統(tǒng)的傳輸效率。針對(duì)導(dǎo)頻疊加的信道估計(jì)方法，已有部分學(xué)者對(duì)其訓(xùn)練序列進(jìn)行了設(shè)計(jì)。但是，大部分是以最小化信道估計(jì)的均方誤差(Mean Square Error)為目標(biāo)，并沒有考慮其他因素，例如:序列長(zhǎng)度為N = 2n以適合FFT操作，序列元素取實(shí)數(shù)值以降低計(jì)算復(fù)雜度，序列構(gòu)造方法足夠簡(jiǎn)單以適合實(shí)際使用。因此，周期二元序列是一個(gè)較好的選擇。但是，已有文獻(xiàn)證明，在長(zhǎng)度12100的范圍內(nèi)，只存在長(zhǎng)度為4的最佳二元序列(Y.Y.Xian, Existence of One - Dimensional Perfect Binary Arrays, ElectronicsLetters, 23(24):1277-1278, 1987)，極大地限制了其應(yīng)用。為了突破序列的工程應(yīng)用，有學(xué)者提出了非匹配濾波序列，即在發(fā)送端和接收到采用不同的序列，只要其相關(guān)函數(shù)滿足一定的條件。在研究非匹配濾波序列的基礎(chǔ)上，Xu等人提出了一類具有二值周期自相關(guān)特性的二兀序列偶(C.Q.Xu, K.Liu, G.Li, and W.B.Yu, Binary Sequence PairsWith Two-level Autocorrelation Functions, International Conference on WirelessCommunications, Networking and Mobile Computing, pp.1361-1364，2007.),并且給出了幾種不同周期的BSPT的構(gòu)造方法，但是由于這些文獻(xiàn)中披露的序列偶用于信道估計(jì)時(shí)存在很多缺陷不能滿足信道估計(jì)的要求。因此，本發(fā)明構(gòu)造了一種周期為N = 2n的二元序列偶，該序列偶能夠應(yīng)用于OFDM系統(tǒng)的導(dǎo)頻疊加信道估計(jì)方法，采用這種信道估計(jì)方法在提高信道估計(jì)性能的同時(shí)，降低計(jì)算復(fù)雜度，具有較好的理論和應(yīng)用研究?jī)r(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，為克服上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了基于最佳二元序列偶的信道估計(jì)均衡方法及系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種信道估計(jì)方法，所述方法包含:步驟101)用于構(gòu)造最佳二元序列偶的步驟，該步驟具體為:首先構(gòu)造一種剩余類加群上的差集偶，然后再構(gòu)造所述差集偶的特征序列a和b，形成序列偶(a，b)，所述序列偶(a，b)為得到的最佳二元序列偶；步驟102)在發(fā)送端，將上述構(gòu)造的序列偶中的序列a進(jìn)行周期延拓得到隱含導(dǎo)頻序列，將該隱含導(dǎo)頻序列直接疊加到數(shù)據(jù)信息上進(jìn)行發(fā)送；步驟103)在接收端，采用上述序列偶中的序列b與接收到的信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)完成信道估計(jì)。上述步驟101)進(jìn) 一步包含如下子步驟:步驟101-1)構(gòu)造一種剩余類加群Z2 上的差集偶(U，V)，其中，U= {O, 1,2,-，2^-2}，V = {0，2，4，...，2^-2, 2^+1, 2^+3,...，2^+(2^+1)};且所述差集偶的參數(shù)分別為 N = 2n，k = 2n_1-l, k，= 2n_1-l, e = 2' λ = 2n_2-l ；其中，所述n的取值范圍為n彡3 ;步驟101-2)以構(gòu)造的差集偶集合U和V為基礎(chǔ)，分別構(gòu)造差該集偶的特征序列a和b,構(gòu)造方法為:
權(quán)利要求
1.一種信道估計(jì)方法，所述方法包含: 步驟101)用于構(gòu)造最佳二元序列偶的步驟，該步驟具體為: 首先構(gòu)造一種剩余類加群上的差集偶，然后再構(gòu)造所述差集偶的特征序列a和b，形成序列偶(a，b)，所述序列偶(a，b)為得到的最佳二元序列偶； 步驟102)在發(fā)送端，將上述構(gòu)造的序列偶中的序列a進(jìn)行周期延拓得到隱含導(dǎo)頻序列，將該隱含導(dǎo)頻序列直接疊加到數(shù)據(jù)信息上進(jìn)行發(fā)送； 步驟103)在接收端，采用上述序列偶中的序列b與接收到的信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)完成信道估計(jì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信道估計(jì)方法，其特征在于，所述步驟101)進(jìn)一步包含如下子步驟: 步驟101-1) 構(gòu)造一種剩余類加群Z上的差集偶(U，V)，其中，U= {O, 1,2, - ,2n^-2},V= {O, 2，4，…，2^-2, 2^+1, 2^+3,…，2^+(2^+1)};且所述差集偶的參數(shù)分別為N = 2n，k = 2n_1-l, k，= 2n_1-l, e = 2“，λ = 2n-[l ； 其中，所述n的取值范圍為η ^ 3，根據(jù)誤碼率性能和信道估計(jì)性能的標(biāo)準(zhǔn)確定構(gòu)造的序列偶的長(zhǎng)度N ； 步驟101-2)以構(gòu)造的差集偶集合U和V為基礎(chǔ)，分別構(gòu)造差該集偶的特征序列a和b，構(gòu)造方法為:
3.一種信道估計(jì)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包含: 最佳二元序列偶生成模塊，用于依據(jù)如下策略構(gòu)造最佳二元序列偶:首先構(gòu)造一種剩余類加群上的差集偶，然后再構(gòu)造所述差集偶的特征序列a和b，形成序列偶(a，b)，所述序列偶(a，b)為得到的最佳二元序列偶； 第一處理模塊，用于將序列a進(jìn)行周期延拓處理； 疊加模塊，用于將周期延拓后的序列a作為隱含導(dǎo)頻序列直接疊加到發(fā)送端待發(fā)送的數(shù)據(jù)信息上進(jìn)行發(fā)送；和 信道估計(jì)模塊，該模塊采用最佳二元序列偶模塊得到的序列b與接收端接收的信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)完成信道估計(jì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的信道估計(jì)系統(tǒng)，其特征在于，所述的最佳二元序列偶生成模塊進(jìn)一步包含如下子模塊: 差集偶構(gòu)造子模塊，該模塊構(gòu)造一種剩余類加群4 上的差集偶(U，V)，其中，U ={O, I, 2，-,2^-2}, V = {O, 2，4，..H 2^+1, 2^+3, -,2^+(2^+1)};且所述差集偶的參數(shù)分別為 N = 2n，k = 2n^-l, k’ = 2n^-l, e = 2n_2，λ = 2n_2_l ； 其中，n的取值范圍為n≥3 ； 特征序列構(gòu)造子模塊，用于以差集偶構(gòu)造子模塊構(gòu)造的差集偶集合U和V為基礎(chǔ)，分別構(gòu)造差該集偶的特征序列a和b，構(gòu)造方法為:
5.一種OFDM系統(tǒng)的信道估計(jì)方法，所述方法包含: 步驟301)用于構(gòu)造最佳二元序列偶的步驟，該步驟具體為: 首先構(gòu)造一種剩余類加群上的差集偶，然后再構(gòu)造所述差集偶的特征序列a和b，形成序列偶(a，b)，所述序列偶(a，b)為得到的最佳二元序列偶； 上述序列偶構(gòu)造時(shí)應(yīng)該根據(jù)誤碼率性能和信道估計(jì)性能的標(biāo)準(zhǔn)確定構(gòu)造的序列偶的長(zhǎng)度N; 步驟302)將最佳二元序列偶中一個(gè)序列進(jìn)行周期延拓，并將周期延拓后的信號(hào)作為隱含導(dǎo)頻信號(hào)疊加于發(fā)送端待發(fā)送的數(shù)據(jù)上； 步驟303)接收端采用最佳二元序列偶的另一個(gè)序列與該接收端接收的信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)完成信道估計(jì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的OFDM系統(tǒng)的信道估計(jì)方法，其特征在于，所述步驟301)進(jìn)一步包含: 步驟301-1)構(gòu)造一種剩余類加群上的差集偶(U, V)，其中，U = {O, I, 2，..H，V= {O, 2，4，…，2n-2, 2n+1, 2n+3,…，2n+(2n+1)};且所述差集偶的參數(shù)分別為N = 2n，k = 2n_1-l, k，= 2n_1-l, e = 2“，λ = 2n-[l ； 其中，n的取值范圍為:n≥3 ; 步驟301-2)以構(gòu)造的差集偶集合U和V為基礎(chǔ)，分別構(gòu)造差該集偶的特征序列a和b，構(gòu)造方法為:
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的OFDM系統(tǒng)的信道估計(jì)方法，其特征在于，所述步驟302)進(jìn)一步包含: 步驟302-1)發(fā)送端發(fā)送的原始的數(shù)據(jù)符號(hào)為Si [k]對(duì)應(yīng)的時(shí)域數(shù)據(jù)序列為s[n]，將最佳二元序列偶(a，b)中的序列a進(jìn)行周期延拓，得到訓(xùn)練序列a[n]，使訓(xùn)練序列a[n]的長(zhǎng)度與時(shí)域數(shù)據(jù)序列s [η]的長(zhǎng)度一致； 步驟302-2)把訓(xùn)練序列a[n]疊加到數(shù)據(jù)序列s[n]上，并添加長(zhǎng)度為L(zhǎng)的循環(huán)前綴CP，得到發(fā)送端的時(shí)域發(fā)送信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的OFDM系統(tǒng)的信道估計(jì)方法，其特征在于，對(duì)于頻率選擇性衰落信道所述步驟303)進(jìn)一步包含: 步驟303-1)頻率選擇性衰落信道采用抽頭延遲模型h = [h(0)，h(l)，…，h(L-l)]來(lái)表不， 首先，接收機(jī)端的接收信號(hào)為:
9.一種基于權(quán)利要求8所述的OFDM系統(tǒng)信道估計(jì)方法的信道均衡方法，該方法針對(duì)每個(gè)子載波上的數(shù)據(jù)利用單抽頭的頻域均衡器獲得，具體公式為:
全文摘要
本發(fā)明提供了一種信道估計(jì)和均衡方法及系統(tǒng)，所述方法包含步驟101)用于構(gòu)造最佳二元序列偶的步驟，該步驟具體為首先構(gòu)造一種剩余類加群上的差集偶，然后再構(gòu)造所述差集偶的特征序列a和b，形成序列偶(a,b)，所述序列偶(a,b)為得到的最佳二元序列偶；步驟102)在發(fā)送端，將上述構(gòu)造的序列偶中的序列a進(jìn)行周期延拓得到隱含導(dǎo)頻序列，將該隱含導(dǎo)頻序列直接疊加到數(shù)據(jù)信息上進(jìn)行發(fā)送；步驟103)在接收端，采用上述序列偶中的序列b與接收到的信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)完成信道估計(jì)。本發(fā)明構(gòu)造的最佳二元序列偶周期滿足2的冪次方，周期自相關(guān)函數(shù)具有沖激特性，可應(yīng)用于OFDM通信系統(tǒng)的信道估計(jì)、系統(tǒng)同步等諸多應(yīng)用。
文檔編號(hào)H04L25/03GK103152295SQ20131007743
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月11日
發(fā)明者施炯, 金麗萍, 尹湘源 申請(qǐng)人:浙江萬(wàn)里學(xué)院