專利名稱：基于雙循環(huán)結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)時(shí)隙結(jié)構(gòu)及其實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種在移動(dòng)通信系統(tǒng)中應(yīng)用的時(shí)隙結(jié)構(gòu)及其實(shí)現(xiàn)方法。它屬于移動(dòng)通信系統(tǒng)中的發(fā)射信號(hào)格式。
背景技術(shù)：
移動(dòng)通信在全球范圍內(nèi)發(fā)展迅猛，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)將取代話音業(yè)務(wù)成為移動(dòng)通信的主要業(yè)務(wù)，且隨著因特網(wǎng)的迅速發(fā)展，人們對(duì)移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的速率要求越來越高。但可用于移動(dòng)通信頻譜資源卻越來越緊張，而且由于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的考慮，移動(dòng)通信系統(tǒng)的帶寬不可能無限制地增加。這就要求移動(dòng)通信系統(tǒng)能高效地支持高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。
在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，為了能夠?qū)崿F(xiàn)相干解調(diào)，需要用導(dǎo)頻序列來進(jìn)行信道估計(jì)?？梢圆捎眠B續(xù)導(dǎo)頻信道，也可以采用間歇導(dǎo)頻信道。這里，我們考慮間歇導(dǎo)頻序列的情況。在傳統(tǒng)的移動(dòng)通信系統(tǒng)中，對(duì)不同的移動(dòng)速度，時(shí)隙結(jié)構(gòu)通常是固定的。因此，需要按照支持的最高移動(dòng)速度來進(jìn)行時(shí)隙設(shè)計(jì)，在時(shí)隙中插入足夠多的導(dǎo)頻序列，以保證最高移動(dòng)速度情況下的信道估計(jì)精度。而對(duì)低速移動(dòng)的情況來說，這些導(dǎo)頻序列已經(jīng)超出了保證信道估計(jì)精度的需求，從而固定的時(shí)隙結(jié)構(gòu)將導(dǎo)致資源的浪費(fèi)。另一方面，借鑒正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)由于循環(huán)保護(hù)時(shí)間的引入使得線性卷積信道轉(zhuǎn)化為循環(huán)卷積信道，進(jìn)而使得抗多徑干擾的時(shí)間分集及空間分集合并可以在離散傅立葉變換(DFT)域各頻點(diǎn)獨(dú)立進(jìn)行的優(yōu)點(diǎn)，考慮到在間歇導(dǎo)頻模式下，利用已知導(dǎo)頻信號(hào)對(duì)未知數(shù)據(jù)信號(hào)的隔離作用，經(jīng)過簡(jiǎn)單的預(yù)處理，線性卷積信道同樣可以轉(zhuǎn)化為循環(huán)卷積信道，從而可以采用DFT域單點(diǎn)空時(shí)聯(lián)合檢測(cè)方法，以提高系統(tǒng)的性能和降低實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種能夠提高頻譜效率，提高信道估計(jì)精度，降低接收機(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度的基于雙循環(huán)結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)時(shí)隙結(jié)構(gòu)及其實(shí)現(xiàn)方法。
技術(shù)方案本發(fā)明的基于雙循環(huán)結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)時(shí)隙結(jié)構(gòu)，由一個(gè)或多個(gè)子時(shí)隙及尾部組成，依據(jù)移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)速度，自適應(yīng)地選擇具有不同子時(shí)隙個(gè)數(shù)的時(shí)隙結(jié)構(gòu)，一個(gè)時(shí)隙的長(zhǎng)度是固定的，而不同的時(shí)隙結(jié)構(gòu)中的子時(shí)隙的長(zhǎng)度是不同的，每個(gè)子時(shí)隙由循環(huán)保護(hù)、導(dǎo)頻、用戶數(shù)據(jù)段順序相連組成，而時(shí)隙尾部由循環(huán)保護(hù)和導(dǎo)頻順序相連組成，循環(huán)保護(hù)的長(zhǎng)度LG不小于信道的最大時(shí)延擴(kuò)展Δ，導(dǎo)頻的長(zhǎng)度LP大于循環(huán)保護(hù)的長(zhǎng)度LG，由導(dǎo)頻的后面LG個(gè)比特構(gòu)成循環(huán)保護(hù)，各段導(dǎo)頻采用相同的導(dǎo)頻序列。
對(duì)于比較低的移動(dòng)速度，在時(shí)隙中部不需插入導(dǎo)頻序列；對(duì)于較高的移動(dòng)速度，在時(shí)隙中插入一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)頻序列，并且在時(shí)隙中引入雙循環(huán)結(jié)構(gòu)，在不同的移動(dòng)速度下，應(yīng)采用何種時(shí)隙結(jié)構(gòu)取決于系統(tǒng)的載波工作頻率和采用的時(shí)隙長(zhǎng)度，應(yīng)保證在兩段導(dǎo)頻之間的信道參數(shù)基本不變。
所述的雙循環(huán)結(jié)構(gòu)是在每段導(dǎo)頻之前都有循環(huán)保護(hù)；而此導(dǎo)頻和其循環(huán)保護(hù)又是數(shù)據(jù)段加上下一個(gè)導(dǎo)頻和循環(huán)保護(hù)的“大循環(huán)保護(hù)”，從而形成“雙循環(huán)結(jié)構(gòu)”。
時(shí)隙結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)調(diào)整的實(shí)現(xiàn)包括以下幾個(gè)步驟第一步，利用已有的信道參數(shù)估計(jì)方法，在導(dǎo)頻序列的輔助下，對(duì)多徑信道進(jìn)行較準(zhǔn)確的估計(jì)，得到各徑的時(shí)延、相位和幅度等參數(shù)，對(duì)幅度進(jìn)行排序，并從中選出最大值，從而找到最強(qiáng)徑；第二步，根據(jù)估計(jì)到的最強(qiáng)徑的信道參數(shù)計(jì)算GA，然后根據(jù)f^d=1πτG]]>計(jì)算出相應(yīng)的最大多譜勒頻偏，并根據(jù)移動(dòng)速度的估計(jì)值v^=f^dλ]]>得出相應(yīng)的移動(dòng)速度；第三步，將估計(jì)到的移動(dòng)速度與系統(tǒng)事先設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，以確定此估計(jì)到的速度所在的速度區(qū)間，從而選定合適的時(shí)隙結(jié)構(gòu)。
有益效果本發(fā)明提出了一種能夠提高頻譜效率的自適應(yīng)時(shí)隙結(jié)構(gòu)。其基本特點(diǎn)包括(1).根據(jù)移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)速度的不同，分別采用不同的時(shí)隙結(jié)構(gòu)，從而降低開銷，提高系統(tǒng)的頻譜效率。
(2).具有雙循環(huán)結(jié)構(gòu)，能提高信道估計(jì)精度，簡(jiǎn)化檢測(cè)方法的復(fù)雜度，降
(3).低接收機(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。
本發(fā)明可用于任何移動(dòng)通信系統(tǒng)。
本發(fā)明主要考慮如何在移動(dòng)通信系統(tǒng)中提高頻譜效率，降低檢測(cè)算法的復(fù)雜度，提高系統(tǒng)性能，使得系統(tǒng)能更高效地支持高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。


圖1為基于“雙循環(huán)結(jié)構(gòu)”的三種不同移動(dòng)速度下的自適應(yīng)時(shí)隙結(jié)構(gòu)示意圖。其中圖1a是用于低速移動(dòng)情況下的時(shí)隙結(jié)構(gòu)，圖1b是用于中等移動(dòng)速度情況下的時(shí)隙結(jié)構(gòu)，圖1c是用于高速移動(dòng)情況下的時(shí)隙結(jié)構(gòu)。
圖2是自適應(yīng)時(shí)隙結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法裝置示意圖。它包括信道估計(jì)裝置、計(jì)算GA的裝置、計(jì)算fd的裝置、計(jì)算移動(dòng)速度的裝置、時(shí)隙結(jié)構(gòu)選擇裝置。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提出了一種基于“雙循環(huán)結(jié)構(gòu)”的自適應(yīng)時(shí)隙結(jié)構(gòu)，其基本思路是對(duì)于不同的移動(dòng)速度，將采用不同的時(shí)隙結(jié)構(gòu)，以減少開銷，節(jié)省頻譜資源。具體是，對(duì)于比較低的移動(dòng)速度，在時(shí)隙中插入較少的導(dǎo)頻序列；對(duì)于較高的移動(dòng)速度，在時(shí)隙中插入較多的導(dǎo)頻序列，并且在時(shí)隙中引入雙循環(huán)結(jié)構(gòu)，即每段導(dǎo)頻之前都有循環(huán)保護(hù)；而此導(dǎo)頻和其循環(huán)保護(hù)又是數(shù)據(jù)段加上下一個(gè)導(dǎo)頻和循環(huán)保護(hù)的“大循環(huán)保護(hù)”，從而形成“雙循環(huán)結(jié)構(gòu)”。
圖1中的時(shí)隙由一個(gè)或多個(gè)子時(shí)隙“G+P+D”及尾部“G+P”組成，依據(jù)移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)速度，自適應(yīng)地選擇具有不同子時(shí)隙個(gè)數(shù)的時(shí)隙結(jié)構(gòu)。一個(gè)時(shí)隙的長(zhǎng)度是固定的，而不同的時(shí)隙結(jié)構(gòu)中的子時(shí)隙的長(zhǎng)度是不同的。每個(gè)子時(shí)隙由循環(huán)保護(hù)G、導(dǎo)頻P、用戶數(shù)據(jù)段D組成，而時(shí)隙尾部由循環(huán)保護(hù)和導(dǎo)頻組成。循環(huán)保護(hù)的長(zhǎng)度LG不小于信道的最大時(shí)延擴(kuò)展Δ，導(dǎo)頻序列的長(zhǎng)度LP大于LG，由導(dǎo)頻序列的最后LG個(gè)數(shù)據(jù)構(gòu)成保護(hù)序列G，各導(dǎo)頻段采用相同的導(dǎo)頻序列。圖1(a)可用于低速移動(dòng)的情況，此時(shí)，時(shí)隙中部不需插入導(dǎo)頻，只在時(shí)隙的開始和結(jié)束部分加上導(dǎo)頻，此時(shí)導(dǎo)頻占據(jù)較少的資源；圖1(b)可用于中等的移動(dòng)速度，此時(shí)，在時(shí)隙中部插入一段導(dǎo)頻，此時(shí)導(dǎo)頻占據(jù)的資源比低速移動(dòng)的情況多；圖1(c)可用于高速移動(dòng)的情況，此時(shí)，在時(shí)隙中間插入兩段導(dǎo)頻，此時(shí)導(dǎo)頻占據(jù)較多的資源，以保證高速移動(dòng)情況下信道估計(jì)的準(zhǔn)確度。值得注意的是，如圖1所示的時(shí)隙結(jié)構(gòu)具有一個(gè)重要的特點(diǎn)每個(gè)導(dǎo)頻段之前都有循環(huán)保護(hù)，便于接收端信道參數(shù)的估計(jì)；每個(gè)數(shù)據(jù)段及其后繼的循環(huán)保護(hù)和導(dǎo)頻段所構(gòu)成的長(zhǎng)度與子時(shí)隙長(zhǎng)度相同的段之前亦有循環(huán)保護(hù)“G+P”，則便于接收端傳輸信號(hào)的檢測(cè)。這樣，就形成了雙循環(huán)結(jié)構(gòu)。
圖1中以三種不同移動(dòng)速度下的時(shí)隙結(jié)構(gòu)為例說明了基于雙循環(huán)結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)時(shí)隙結(jié)構(gòu)。在實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，時(shí)隙長(zhǎng)度、時(shí)隙結(jié)構(gòu)的種類、導(dǎo)頻序列的長(zhǎng)度、一個(gè)時(shí)隙中的子時(shí)隙的個(gè)數(shù)可以根據(jù)需要安排，但每個(gè)子時(shí)隙中都采用循環(huán)結(jié)構(gòu)，子時(shí)隙的長(zhǎng)度應(yīng)保證在其時(shí)間內(nèi)，信道參數(shù)基本保持不變。
實(shí)現(xiàn)時(shí)隙結(jié)構(gòu)自適應(yīng)調(diào)整的關(guān)鍵是準(zhǔn)確估計(jì)移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)速度。下面我們介紹估計(jì)移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)速度的方法。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)速度為v，移動(dòng)方向與反射體(散射體)的徑向夾角為θ時(shí)，多普勒頻移為f＝vcosθ/λ＝fdcos，其中，λ為載波波長(zhǎng)，fd＝v/λ為最大多普勒頻移。由此可見，最大多普勒頻移由移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)速度和載波頻率決定。因此，由最大多譜勒頻偏能得到移動(dòng)速度。
未來移動(dòng)通信系統(tǒng)將是寬帶系統(tǒng)，具有分辨多徑的能力。鑒于接收機(jī)的所分辨出的各多徑分量的最大多普勒頻移是相同的，因此我們可以只利用搜索分支得到的一個(gè)最強(qiáng)分支對(duì)其進(jìn)行估計(jì)。
設(shè)接收機(jī)所用的分支數(shù)為L(zhǎng)，以下考慮第l個(gè)分支的等效低通復(fù)接收信號(hào)的導(dǎo)頻信道數(shù)據(jù)。設(shè)利用導(dǎo)頻符號(hào)估計(jì)出的信道參數(shù)的采樣序列為ci，其采樣時(shí)間間隔為τ(τ在為一個(gè)符號(hào)的時(shí)間)。設(shè)xi為ci的包絡(luò)，我們利用xi在區(qū)間1≤i≤N的值來估計(jì)信道的最大多普勒頻移fd。構(gòu)造如下變量GG=1N-1Σi=1N-1(xi+1-xi)21NΣi=1Nxi2]]>[公式1]則以下關(guān)系式成立GA=E[(xi+1-xi)2]E[xi2]=(πfdτ)2+O((πfdτ)4)]]>[公式2]其中，E[·]表示取均值，O(·)表示高階無窮小，GA可以理解為無噪聲時(shí)[公式1]所示構(gòu)造變量的精確值。
由[公式1]和[公式2]可以得到fd的估計(jì)為f^d=1πτG]]>[公式3]在得到fd的估計(jì)值后，可以很容易地由
v^=f^dλ]]>[公式4]得到移動(dòng)速度的估計(jì)。
因此，時(shí)隙結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)調(diào)整的實(shí)現(xiàn)包括以下幾個(gè)步驟第一步，利用已有的信道參數(shù)估計(jì)方法，在導(dǎo)頻序列的輔助下，對(duì)多徑信道進(jìn)行較準(zhǔn)確的估計(jì)，得到各徑的時(shí)延、相位和幅度等參數(shù)，對(duì)幅度進(jìn)行排序，并從中選出最大值，從而找到最強(qiáng)徑。
第二步，根據(jù)估計(jì)到的最強(qiáng)徑的信道參數(shù)計(jì)算GA，然后根據(jù)f^d=1πτG]]>計(jì)算出相應(yīng)的最大多譜勒頻偏，并根據(jù)v^=f^dλ]]>得出相應(yīng)的移動(dòng)速度。
第三步，將估計(jì)到的移動(dòng)速度與系統(tǒng)事先設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，以確定此估計(jì)到的速度所在的速度區(qū)間，從而選定合適的時(shí)隙結(jié)構(gòu)。
時(shí)隙結(jié)構(gòu)自適應(yīng)調(diào)整的實(shí)現(xiàn)裝置包括信道估計(jì)裝置，計(jì)算GA的裝置，計(jì)算fd的裝置，計(jì)算移動(dòng)速度裝置、時(shí)隙結(jié)構(gòu)選擇裝置。信道估計(jì)裝置利用接收信號(hào)進(jìn)行信道參數(shù)的估計(jì)，并找出最強(qiáng)徑；計(jì)算GA的裝置根據(jù)最強(qiáng)徑的信道估計(jì)結(jié)果，利用[公式2]計(jì)算GA，計(jì)算fd的裝置根據(jù)[公式3]來計(jì)算最大多譜勒頻偏，計(jì)算移動(dòng)速度裝置根據(jù)[公式4]計(jì)算移動(dòng)速度。得到移動(dòng)速度的估計(jì)之后，時(shí)隙結(jié)構(gòu)選擇裝置根據(jù)移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)速度和預(yù)先設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，然后選定合適的時(shí)隙結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種基于雙循環(huán)結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)時(shí)隙結(jié)構(gòu)，其特征在于時(shí)隙由一個(gè)或多個(gè)子時(shí)隙及尾部組成，依據(jù)移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)速度，自適應(yīng)地選擇具有不同子時(shí)隙個(gè)數(shù)的時(shí)隙結(jié)構(gòu)，一個(gè)時(shí)隙的長(zhǎng)度是固定的，而不同的時(shí)隙結(jié)構(gòu)中的子時(shí)隙的長(zhǎng)度是不同的，每個(gè)子時(shí)隙由循環(huán)保護(hù)(G)、導(dǎo)頻(P)、用戶數(shù)據(jù)段(D)順序相連組成，而時(shí)隙尾部由循環(huán)保護(hù)(G)和導(dǎo)頻(P)順序相連組成，循環(huán)保護(hù)(G)的長(zhǎng)度LG不小于信道的最大時(shí)延擴(kuò)展Δ，導(dǎo)頻(P)的長(zhǎng)度LP大于循環(huán)保護(hù)(G)的長(zhǎng)度LG，由導(dǎo)頻的后面LG個(gè)比特構(gòu)成循環(huán)保護(hù)(G)，各段導(dǎo)頻(P)采用相同的導(dǎo)頻序列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙循環(huán)結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)時(shí)隙結(jié)構(gòu)，其特征在于對(duì)于比較低的移動(dòng)速度，在時(shí)隙中部不需插入導(dǎo)頻序列；對(duì)于較高的移動(dòng)速度，在時(shí)隙中插入一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)頻序列，并且在時(shí)隙中引入雙循環(huán)結(jié)構(gòu)，在不同的移動(dòng)速度下，應(yīng)采用何種時(shí)隙結(jié)構(gòu)取決于系統(tǒng)的載波工作頻率和采用的時(shí)隙長(zhǎng)度，應(yīng)保證在兩段導(dǎo)頻之間的信道參數(shù)基本不變。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙循環(huán)結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)時(shí)隙結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的雙循環(huán)結(jié)構(gòu)是在每段導(dǎo)頻(P)之前都有循環(huán)保護(hù)(G)；而此導(dǎo)頻(P)和其循環(huán)保護(hù)(G)又是數(shù)據(jù)段(D)加上下一個(gè)導(dǎo)頻(P)和循環(huán)保護(hù)(G)的“大循環(huán)保護(hù)”，從而形成“雙循環(huán)結(jié)構(gòu)”。
4.一種基于雙循環(huán)結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)時(shí)隙結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于對(duì)于時(shí)隙結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)調(diào)整的實(shí)現(xiàn)包括以下幾個(gè)步驟第一步，利用已有的信道參數(shù)估計(jì)方法，在導(dǎo)頻序列的輔助下，對(duì)多徑信道進(jìn)行較準(zhǔn)確的估計(jì)，得到各徑的時(shí)延、相位和幅度等參數(shù)，對(duì)幅度進(jìn)行排序，并從中選出最大值，從而找到最強(qiáng)徑；第二步，根據(jù)估計(jì)到的最強(qiáng)徑的信道參數(shù)計(jì)算GA，然后根據(jù)f^d=1πτG]]>計(jì)算出相應(yīng)的最大多譜勒頻偏，并根據(jù)移動(dòng)速度的估計(jì)值v^=f^dλ]]>得出相應(yīng)的移動(dòng)速度；第三步，將估計(jì)到的移動(dòng)速度與系統(tǒng)事先設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，以確定此估計(jì)到的速度所在的速度區(qū)間，從而選定合適的時(shí)隙結(jié)構(gòu)。
全文摘要
基于雙循環(huán)結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)時(shí)隙結(jié)構(gòu)及其實(shí)現(xiàn)方法是一種在移動(dòng)通信系統(tǒng)中應(yīng)用的時(shí)隙結(jié)構(gòu)及其實(shí)現(xiàn)方法，該結(jié)構(gòu)中時(shí)隙由一個(gè)或多個(gè)子時(shí)隙及尾部組成，依據(jù)移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)速度，自適應(yīng)地選擇具有不同子時(shí)隙個(gè)數(shù)的時(shí)隙結(jié)構(gòu)，一個(gè)時(shí)隙的長(zhǎng)度是固定的，而不同的時(shí)隙結(jié)構(gòu)中的子時(shí)隙的長(zhǎng)度是不同的，每個(gè)子時(shí)隙由循環(huán)保護(hù)G、導(dǎo)頻P、用戶數(shù)據(jù)段D順序相連組成，而時(shí)隙尾部由循環(huán)保護(hù)G和導(dǎo)頻P順序相連組成，循環(huán)保護(hù)G的長(zhǎng)度L
文檔編號(hào)H04W80/00GK1525770SQ03158239
公開日2004年9月1日 申請(qǐng)日期2003年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月17日
發(fā)明者潘志文, 高西奇, 尤肖虎 申請(qǐng)人:東南大學(xué)