一种基于V-OFDM的信道均衡和跟踪方法技术

本发明专利技术公开了一种基于V‑OFDM的信道均衡和跟踪方法，包括：对于一个物理层帧，首先使用第一段前导训练字估计出信道响应初始值H；对于第一个V‑OFDM符号，估计出接收到的V‑OFDM数据符号中导频部分变换到频域上后对应的导频位置上的导频值P，使用H对P进行均衡，再用P和已知导频序列P

【技术实现步骤摘要】
一种基于V-OFDM的信道均衡和跟踪方法
本专利技术涉及矢量正频分复用(VectorOtrhogonalFrequencyDivisionMultiplexing,V-OFDM)系统，具体涉及一种基于V-OFDM的信道均衡和跟踪方法。
技术介绍
无线通信在自由空间中利用电磁波来传送信息，不再受到种种限制，可以在环境复杂、距离更远的情况中实现通信。目前在信息通信领域中，无线通信发展最快、应用最广，大大改变了人类社会。下一代无线通信技术的研究已成为研究人员关注的焦点，而在发送端与接收端之间以较高的速度相对移动的场景(高移动场景)下提供稳定可靠的通信服务则是下一代无线通信技术的重点之一。无线信道具有开放性和复杂性。携带信息的无线电磁波在传播过程中，会受到各种信道的影响干扰，信道的影响一般分为时间或频率选择性衰落以及加性噪声。在高移动环境下，信道同时引入时间、频率选择性衰落，展现双选择性，信道参数随着时间的变化而快速变化，这为通信系统稳定性、可靠性带来了很大的挑战。正交频分调制(OFDM)技术通过离散傅里叶变换，将需要传输的信息在频域分到多个平行的子信道上独立传输，有效地消除了由多径传输引起的符号间干扰。因为其频谱利用率高、能使用DFT/IDFT技术优化等特点，成为了许多无线通信接入技术的核心。但是，OFDM系统对子载波正交性要求非常严格，也因为每个信息都在独立的信道中传输，对频谱零点非常敏感。此外，随着信号长度的增加，IDFT阶数也相应增加，引入了更高的计算复杂度，带来了高峰均比(PAPR)的影响。在OFDM和单载波调制的基础上，研究人员提出了矢量正交频分调制(V-OFDM)的技术。V-OFDM传输方法为:发送端将映射后的星座点数据从串行变为块状，即取P×M个连续的发送数据，按从左至右、从上至下顺序组成一个数据块，大小为P行M列，得到大小为N＝P×M的数据块。之后对该数据块的每一列的P个数据做P点离散傅里叶逆变换(IDFT)，并将得到的数据块按按从左至右、从上至下顺序转化为串行数据，通过发送端天线发送。接收端收到信号并采样后，同样获得N＝P×M个串行数据，按与发送端相同的方式组成形状为P×M的数据块，对该数据块的每一列做P点离散傅里叶变换(DFT)，恢复出发送的数据。V-OFDM技术能够对抗信道频谱零点、减少循环前缀开销，作为OFDM与单载波调制的一般形式，方便发送端与接收端复杂度的分配。通过分析发现，V-OFDM二维的结构特性适合于高移动环境下的双选择信道。但是，由于将V-OFDM应用到高移动环境下的通信系统中是一种较新的做法，相关研究工作比较局限，特别地，目前对于V-OFDM物理层系统的设计以及对于快变信道跟踪以及均衡的方法复杂度较高，降低了系统的传输性能；、
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于V-OFDM的信道均衡和跟踪方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于V-OFDM的信道均衡和跟踪方法，包括以下步骤：A.在发送端，生成V‐OFDM二维数据块并在其中插入导频，具体包括以下子步骤：A.1确定V-OFDM二维数据块大小NV＝P×M，P为V-OFDM数据块行数，M为V-OFDM数据块列数，P与M为2的幂，且都大于等于8，Ndata为每个V-OFDM二维数据块携带的数据星座点数量，Ndata＝(P-2)×M；A.2对于Ndata个数据星座点序列获取用户确定的导频向量[P0,P2,...,PM-1]，将D排列为如下P行M列矩阵形式：该矩阵S称为V-OFDM二维数据块，其中，矩阵的第1行全为0，第P行为导频向量P＝[P0,P2,...,PM-1]，在其余位置按行方向依次插入D中的数据星座点；将导频向量中的每个值Pm,m∈[0,M-1]乘以系数e-jπm/M后对其做M点DFT，可以获得发送导频值B.在发送端，生成基于V-OFDM通信系统的物理层帧，具体包括以下子步骤：B.1对于待发送的Nframe个数据星座点，将其平均分为段，若最后一段长度不足Ndata，使用随机星座点补足；B.2生成短前导部分sSTS：对于每个帧都相同，具体使用Zadoff-Chu序列；B.3生成长前导部分sLTS：使用接收端已知的长前导序列做NV点IDFT得到再生成长前导部分sLTS＝[lLTS,GIlLTSlLTS]，其中lLTS,GI作为循环前缀，与lLTS的后NV/4个数据相同；每个物理层帧中有两段长前导部分，分别位于第一个V-OFDM数据符号之前和第个V-OFDM数据符号之前；B.4生成V-OFDM时域信号向量部分sDATA,q,q∈[0,Q-1]，共Q个。对于第q个V-OFDM数据符号，使用步骤B.1中的第q段数据作为数据星座点序列，按照步骤A.2的方法生成V-OFDM二维数据块Sq，对其每一列数据做P点IDFT，获得P行M列的V-OFDM二维信号块其中为P点IDFT对应的傅里叶反变换矩阵，将按行方向串行化，并加入NV/8长度的循环前缀，获得V-OFDM时域信号向量sDATA,q:B.5将短前导、长前导以及Q个V-OFDM时域信号向量组合成一个物理层帧并发送给接收端；C.在接收端，利用发送端传输的物理层帧，对发送的数据进行信道均衡和跟踪，具体包括以下子步骤：C.1使用短前导定时同步后，获得接收到的物理层帧离散信号其中rLTS1、rLTS2为接收到的第一、二段长前导部分时域信号；rDATA,q,q∈[0,Q-1]为第q个V-OFDM时域信号向量；C.2对第一段长前导的处理，具体为：将收到的长前导部分时域数据rLTS1去掉循环前缀部分，做NV点DFT获得前导部分频域数据RLTS1，用RLTS1点除已知的长前导序列LLTS，获得初始信道估计值将该值保存下来，并用于后面V-OFDM二维数据块的信道跟踪及信道均衡；C.3对第一段长前导后到第二段长前导前的V-OFDM时域信号向量的处理，具体为：C.3.1信道跟踪阶段：a.对于接收到的物理层帧的Q个V-OFDM时域信号向量，对于每个信号向量rDATA，去掉循环前缀，并按步骤B.3中的串行化的逆方法将时域信号恢复为V-OFDM二维信号块对其每一列数据做P点DFT，恢复出V-OFDM二维数据块R；b.获取恢复出的V-OFDM二维数据块R的第(P/2+1)行，定义为向量P'＝[P'0,P'2,...,P'M-1],该行为发送端插入的导频所在的位置；c.将P'中的每个值P'm,m∈[0,M-1]乘以系数e-jπm/M，对得到的向量做M点DFT，得到接收导频值计算其中∠C表示复数C的辐角；d.使用θ和Δθ补偿信道估计值：并更新Hm+pM值，将补偿后的H保存下来，并用于后面V-OFDM二维数据块的信道跟踪及信道均衡；C.3.2信道均衡阶段：i.获取V-OFDM二维数据块R的第p行，p∈[1,P/2-1]∪[P/2+1,P-1],即数据部分的每一行，定义为向量Rp＝[Rp,0,Rp,1,...,Rp,M-1]；ii.将Rp中的每个值Rp,m,m∈[0,M-1]乘以系数e-jπm/M，对得到的向量做M点DFT，得到iii.使用补偿过的H对进行均衡得到再对做M点IDFT，获得均衡后的数据向量R'p；iv.将所有R'p按顺序连接在一起，得到该V-OFDM时域信号向量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于V‑OFDM的信道均衡和跟踪方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)在发送端，生成V‐OFDM二维数据块并在其中插入导频，具体包括以下子步骤：(1.1)确定V‑OFDM二维数据块大小N

【技术特征摘要】
1.一种基于V-OFDM的信道均衡和跟踪方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)在发送端，生成V‐OFDM二维数据块并在其中插入导频，具体包括以下子步骤：(1.1)确定V-OFDM二维数据块大小NV＝P×M，P为V-OFDM数据块行数，M为V-OFDM数据块列数，P与M为2的幂，且都大于等于8，Ndata为每个V-OFDM二维数据块携带的数据星座点数量，Ndata＝(P-2)×M；(1.2)对于Ndata个数据星座点序列获取用户确定的导频向量[P0,P2,...,PM-1]，将D排列为如下P行M列矩阵形式：该矩阵S称为V-OFDM二维数据块，其中，矩阵的第1行全为0，第P行为导频向量P＝[P0,P2,...,PM-1]，在其余位置按行方向依次插入D中的数据星座点；将导频向量中的每个值Pm,m∈[0,M-1]乘以系数e-jπm/M后对其做M点DFT，可以获得发送导频值其中m∈[0,M-1]；(2)在发送端，生成基于V-OFDM通信系统的物理层帧，具体包括以下子步骤：(2.1)对于待发送的Nframe个数据星座点，将其平均分为段，若最后一段长度不足Ndata，使用随机星座点补足；(2.2)生成短前导部分sSTS：对于每个帧都相同，具体使用Zadoff-Chu序列；(2.3)生成长前导部分sLTS：使用接收端已知的长前导序列做NV点IDFT得到再生成长前导部分sLTS＝[lLTS,GIlLTSlLTS]，其中lLTS,GI作为循环前缀，与lLTS的后NV/4个数据相同；每个物理层帧中有两段长前导部分，分别位于第一个V-OFDM数据符号之前和第个V-OFDM数据符号之前；(2.4)生成V-OFDM时域信号向量部分sDATA,q,q∈[0,Q-1]，共Q个。对于第q个V-OFDM数据符号，使用步骤2.1中的第q段数据作为数据星座点序列，按照步骤1.2的方法生成V-OFDM二维数据块Sq，对其每一列数据做P点IDFT，获得P行M列的V-OFDM二维信号块其中为P点IDFT对应的傅里叶反变换矩阵，将按行方向串行化，并加入NV/8长度的循环前缀，获得V-OFDM时域信号向量sDATA,q:(2.5)将短前导、长前导以及Q个V-OFDM时域信号向量组合成一个物理层帧并发送给接收端；(3)在接收端，利用发送端传输的物理层帧，对发送的数据进行信道均衡和跟踪，具体包括以下子步骤：(3.1)使用短前导定时同步后，获得接收到的物理...

【专利技术属性】
技术研发人员：张朝阳，彭朱炜，朱致焕，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33