CN1913512A - 一种无线通信系统中的训练符号传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种无线通信系统中的训练符号传输方法。该系统包含至少两根发射天线。系统选用子带进行一个或多个用户数据信号的传输，用于信道估计的训练符号与用户数据符号复用时/频资源并插入到特定的时/频格中。在该设计方案中，训练符号采用连续正交传输方法，即训练符号占用至少两根发射天线的相同的时/频格，在至少两个连续的时/频格上进行正交的训练符号传输。

Description

一种无线通信系统中的训练符号传输方法

技术领域

本发明涉及一种无线通信系统中的训练符号传输方法。

背景技术

近年来，随着移动用户数据业务需求的不断增长，无线通信系统正经历从第三代(3G)向后三代(B3G)的发展。在当前世界各国的移动通信运营商和设备制造商正在积极推动第三代移动通信的商用化和市场化的同时，各国企业，大学及其他科研机构对于具有更高频谱利用率和提供更高速业务的B3G移动通信系统的研发也已经展开。为了最大化运营商在宝贵的频谱资源上的投资利润，B3G移动通信系统将比以往的系统具有更高的频谱效率以支持更高数据速率(如100Mb/s以上)的业务，使得高速音频、视频、图像以及Internet等多媒体业务成为可能。这些业务对于无线链路传输能力的要求明显提高。在此情况下正交频分复用(OFDM)技术和基于频域均衡的单载波(SC-FDE)技术等技术逐渐崭露头角。OFDM技术将高速的数据流调制为频谱交叠的多个并行低速数据流发送。通过在OFDM符号的前端加上大于最大多径时延的保护间隔(GI)，可以完全消除由多径时延引起的符号间干扰(ISI)，从而大大降低了接收端均衡器的复杂度。基于频域均衡的单载波技术具有与OFDM类似的性能、效率和信号处理复杂度。此外基于频域均衡的单载波技术和OFDM技术相比还具有峰平比方面的优势。

为了进一步提高系统容量，B3G系统广泛采用MIMO传输技术。理论研究及实践证明，采用MIMO传输将极大提高信道容量。

训练符号在无线通信系统中得到了广泛的应用，也将在B3G移动通信系统中获得广泛应用。训练符号主要有两种用途：

1)用于同步过程。系统发送已知的训练符号，在接收端，通过与该训练符号进行相关运算，获得对系统的时/频同步。

2)用于信道估计过程。系统发送已知的训练符号，在接收端，通过将接收信号与该训练符号进行运算，获得对于传输过程中信道特性的估计。

在以MIMO为代表的多天线传输下，训练符号的设计成为一个热点问题。目前国内外无线通信系统中的训练符号设计主要有两种：

1)不相交(disjoint)的正交训练符号设计：

在这种设计中，系统为训练符号预留特定的时频资源。但为了避免多天线训练符号传输的相互干扰，在一根天线发送训练符号的同时，其余的天线都发送空符号。例如参见3GPP，R1-050484，Nortel，“Proposal for the downlink multiple access scheme for E-UTRA(update)”和3GPP，R1-050485，Nortel，“Proposal for the uplinkmultiple access scheme for E-UTRA(update)”，这里将所述文献引作参考。

2)相移正交的训练符号设计：

在理想的假设前提下，采用相移正交的训练符号设计能够达到最小的信道估计均方误差。例如参见I.Barhumi，G.Leus，M.Moonen，“Optimal training design for MIMO OFDM systems inmobile wireless channels”，IEEE Trans.on Signal Processing，vol.51，pp.1615-1624，June 2003，这里将所述文献引作参考。

采用不相交的正交训练符号设计方法虽然能够避免多天线间的信号干扰，但由于在一根天线传输训练符号的同时，其他天线只能发送空符号而不能充分利用预留的频/时资源。采用相移正交的训练符号设计虽然能够达到最优的信道估计性能，却由于其过高的接收机复杂度以及实际系统参数的种种限制而难以得到实际应用。

发明内容

鉴于现有技术的上述状态，本发明的目的在于提供一种无线通信系统中的改进训练符号传输方法与系统，其中既能够充分利用频/时资源，又能够降低接收机端的复杂度并避免实际系统参数的限制。

为实现上述目的，本发明面向未来无线通信系统的应用，提出一种改进的正交训练符号传输方法。该系统包含至少两根发射天线，训练符号与用户数据符号复用时/频资源并插入到特定的时/频格中，该方法的特征在于，训练符号采用连续正交传输方式，即训练符号占用至少两根发射天线的相同的时/频格，在至少两个连续的时/频格上进行正交的训练符号传输。

进一步地，在所述方法中，被传送的训练符号从至少两根天线上传输到一个或多个接收设备，以便被所述接收设备利用各发射天线上的训练符号进行信道估计，从而在此基础上进行用户信号的检测。

进一步地，在所述方法中，由接收设备接收来自至少两根天线的信号，在这些天线上的训练符号占用相同的时/频格进行传输，在至少两个连续的时/频格上的进行正交的训练符号传输。

进一步地，在所述方法中，一个或多个用户的信息与所述训练符号复用时/频资源。

本发明还提供了一种包含至少一个小区的无线通信系统，包含至少一个发送设备和至少一个接收设备，该无线通信系统被分配特定的频带资源进行传输，训练符号和用户数据符号复用系统的时频资源，所述接收设备使用对至少两根天线发射的训练符号进行接收的方法，其特征在于，所述发送设备被配置成以这样的方式发送所述训练符号，使得所述训练符号占用至少两根发射天线的相同的时/频格，在至少两个连续的时/频格上进行正交的训练符号传输。

附图说明

图1示出了以两天线为例，利用信道的频域相关性进行训练符号分配示意图。

图2示出了以两天线为例，利用信道的时域相关性进行训练符号分配示意图。

具体实施方式

下面以具有两根发射天线的MIMO OFDMA系统为例说明本发明的内容。将OFDM系统的不同子载波分配给不同用户，即构成了OFDMA系统。

训练符号的设计方法如图1所示。横坐标为时间，每个时间单元对应一个OFDM符号；纵坐标为频率，每个频率单元对应OFDM符号中的一个子载波。用户数据(data)符号与训练符号(pilot，也称为导频)复用OFDMA系统的时/频资源，即用户数据符号与训练符号占用不同的时/频单元进行传输。训练符号在时/频域中间歇地插入到OFDM符号中去。训练符号在频域占用两个连续的OFDM子载波进行传输，且在每根天线上的训练符号占用相同的连续子载波。如图1所示，左侧为第一根天线上的训练符号分配，右侧为第二根天线上的训练符号分配。两根天线上的训练符号都占用了第1个和第4个OFDM符号的第1、2，6、7和11、12三对连续的子载波进行传输。在每对连续子载波上，两根天线上都有符号传输。假设p_ij表示在某个OFDM符号上第i(i＝1，2)根天线上传输的第j(j＝1，2)个训练符号。连续的正交训练符号传输方法要求：

${\left[\begin{array}{cc}{p}_{11}& p_{21}\\ p_{12}& p_{22}\end{array}\right]}^H\left[\begin{array}{cc}{p}_{11}& p_{21}\\ p_{12}& p_{22}\end{array}\right]=\mathrm{KI},---\left(1\right)$

其中I为单位矩阵，()^H为转秩共轭操作，p_i1和p_i2在两个连续的子载波上传输，K为任意常数。

可选地，训练符号设计如图2所示。用户数据(data)符号与训练符号(pilot)复用OFDMA系统的时/频资源。训练符号在时/频域中间歇地插入到OFDM符号中去。训练符号在特定的子载波上占用两个连续的时间单元进行传输，且在每根天线上的训练符号占用相同的连续时间单元。如图2所示，左侧为第一根天线上的训练符号分配，右侧为第二根天线上的训练符号分配。两根天线上的训练符号都占用了第1、6、11个子载波上的第1、2和4、5两对连续的时间单元进行传输。在每对连续的时间单元上，两根天线上都有符号传输。假设q_ij表示在某个子载波上第i(i＝1，2)根天线上的第j(j＝1，2)个训练符号。连续的正交训练符号传输方法要求：

${\left[\begin{array}{cc}{q}_{11}& q_{21}\\ q_{12}& q_{22}\end{array}\right]}^H\left[\begin{array}{cc}{q}_{11}& q_{21}\\ q_{12}& q_{22}\end{array}\right]=\mathrm{KI},---\left(2\right)$

其中I为单位矩阵，()^H为转秩共轭操作，q_i1和q_i2在两个连续的时间单元上传输，K为任意常数。

下面考虑一个包括两根发射天线的MIMO OFDMA系统。以图1为例，在第一根天线上传输的连续两个训练符号可以设计为：

p₁₁＝1+j，p₁₂＝-1-j，

在第二根天线上传输的连续两个训练符号可以设计为：

p₂₁＝1-j，p₂₂＝1-j.

可以证明，这两根天线上传输的连续训练符号互相正交，即该设计可以满足(1)式。

下面以将该训练符号用于信道估计为例描述接收端的信号处理。利用频率上的相关性，即假设信道在连续两个子载波上不发生变化，则训练符号如图1所示进行设计。也可以利用时域上的相关性，即假设信道在连续两个OFDM符号的传输时间上不发生变化，则训练符号如图2所示进行设计。

假设信道在连续两个子载波上不发生变化，即训练符号如图1所示进行设计。则在接收端，由于两根天线占用相同的时/频单元进行训练符号传输，则在各根天线的第一个训练符号对应的子载波上的接收信号为：

r₀＝p₁₁h₀+p₂₁h₁.                               (3)

在各根天线的第二个训练符号对应的子载波上的接收信号为：

r₁＝p₁₂h₀+p₂₂h₁.                               (4)

将(3)和(4)表达为矩阵形式为：

$\left[\begin{array}{c}{r}_0\\ r_1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{p}_{11}& p_{21}\\ p_{12}& p_{22}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{h}_0\\ h_1\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{n}_0\\ n_1\end{array}\right].---\left(5\right)$

接收机的信道估计如下进行：

$\left[\begin{array}{c}{\hat{h}}_0\\ {\hat{h}}_1\end{array}\right]=\frac{1}{K}{\left[\begin{array}{cc}{p}_{11}& p_{21}\\ p_{12}& p_{22}\end{array}\right]}^H\left[\begin{array}{c}{r}_0\\ r_1\end{array}\right].---\left(6\right)$

本发明并不限于两根发射天线，而是能够应用于多于两根的情况。例如当有四根发射天线时，以训练序列用于信道估计为例，利用频域上的相关性，即假设信道在连续四个OFDM子载波上不发生变化，则训练符号在频域占用四个连续的OFDM子载波进行传输，且在每根天线上的训练符号占用相同的连续子载波。在四根天线上分别传输的连续四个训练符号应该互相正交。也可以类似地利用时域上的相关性进行传输。

本领域的技术人员能够明白，以训练符号用于信道估计为例，利用频域或时域上的相关性，则传输训练符号所用的连续子载波的数量或连续时间单元的数量可以不限于两个。

可以验证，以信道估计为例，采用本发明中的连续正交训练符号传输方法，将比不连续正交训练符号传输方法得到更好的系统误码性能。另一方面，在同样的系统误码性能要求下，采用连续正交训练符号传输方法将比不连续正交训练符号传输方法具有更高的带宽效率。此外，采用本发明描述的在至少两根天线上同时传输训练符号的方法，能够较不连续正交训练符号的传输方法在同样的性能下需要更低的发射功率，从而有效地抑制OFDMA系统的峰平比。采用本发明中的连续正交训练符号传输方法，将比相移正交的训练符号设计具有更低的接收机实现复杂度。

应当注意，虽然这里以OFDM系统为例描述了本发明的实施例，然而本领域技术人员根据这里的描述能够明白，本发明的范围并不限于此，而是能够应用于其它传输连续正交训练符号的无线通信系统中。

Claims (5)

1.一种无线通信系统中的训练符号传输方法，该系统包含至少两根发射天线，并选用子带进行一个或多个用户数据信号的传输，用于信道估计的训练符号与用户数据符号复用时/频资源并插入到特定的时/频格中，该方法的特征在于，训练符号采用连续正交传输方式，即训练符号占用至少两根发射天线的相同的时/频格，在至少两个连续的时/频格上进行正交的训练符号传输。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，被传送的训练符号从至少两根天线上传输到一个或多个接收设备，以便被所述接收设备利用各发射天线上的训练符号进行信道估计，从而在此基础上进行用户信号的检测。

3.根据权利要求2的方法，其特征在于，由接收设备接收来自至少两根天线的信号，在这些天线上的训练符号占用相同的时/频格进行传输，在至少两个连续的时/频格上的进行正交的训练符号传输。

4.根据权利要求1至3中任何一个的方法，其特征在于，一个或多个用户的信息与所述训练符号复用时/频资源。

5.一种包含至少一个小区的无线通信系统，包含至少一个发送设备和至少一个接收设备，该无线通信系统被分配特定的频带资源进行传输，训练符号和用户数据符号复用系统的时频资源，所述接收设备使用对至少两根天线发射的训练符号进行接收的方法，其特征在于，所述发送设备被配置成以这样的方式发送所述训练符号，使得所述训练符号占用至少两根发射天线的相同的时/频格，在至少两个连续的时/频格上进行正交的训练符号传输。

Images