作 者:刘光毅 王勇 张建华
DL-PUSC是下行部分使用子信道,所有导频随着基本簇的划分被分成6个组,这6个组又分给不同的扇区,每个扇区调用其中的一个或多个组。DL-PUSC支持2根和4根发射天线,不同天线间的导频通过时域和频域区分,其变化周期为4个时间符号。
2.2DL-FUSC
DL-FUSC调用所有子信道,首先在可用子载波中指定导频子载波,然后将剩下的数据子载波分成子信道。导频子载波分为固定导频和可变导频,分别包含固定和可变的两个导频集。导频集中导频子载波数目和位置随子载波个数的不同而不同[1]。固定导频不随时间变化,可变导频根据奇符号和偶符号改变导频子载波,导频位置的计算如式(1)所示:
PilotLocation=VariableSet#x+6×(SymbolNumbermod2) (1)
其中,x=0或1,SymbolNumber表示第m个符号,m 从0开始。
DL-FUSC支持2根或4根发射天线,其变化规则如下:
(1) 2根发射天线:在偶时间符号内,天线0使用VariableSet#0和ConstantSet#0,天线1使用VariableSet#1 和ConstantSet#1;在奇时间符号内,天线0使用VariableSet#1和ConstantSet#0,天线1使用VariableSet#0和ConstantSet#1。其中,可变导频子载波每2个符号变化一次,如式(2)所示:
PilotLocation=VariableSet#x+6×floor( (SymbolNumber/2) mod 2) (2)
(2) 4 根发射天线:在偶时间符号内,天线0使用VariableSet#0和ConstantSet#0,天线1使用VariableSet#1 和ConstantSet#1,天线2使用VariableSet#0+1,天线3使用VariableSet#1+1;在奇时间符号内,天线0使用VariableSet#1,天线1使用VariableSet#0,天线2使用VariableSet#1+1和ConstantSet#0,天线3使用VariableSet#0+1和ConstantSet#1。其中,可变导频子载波的位置也是每两个符号变化一次。
2.3DL-OFUSC
这种分配方法调用所有的子信道,先分配导频载波,再将剩下的数据子载波分成子信道。导频子载波的分配方法是:每9个可用子载波为一组,分为若干子载波组,每组指定一个导频子载波,导频子载波的位置根据OFDMA符号的时间序号而改变。如果9个连续子载波的编号是0~8,则导频子载波的编号是3l+1,l=m mod3(m是OFDMA符号序号)。DL-OFUSC支持2根、3根或4根发射天线。
2.4UL-PUSC
和DL-PUSC 一样,首先将所有可用子载波分成“单元块”,每个单元块由3 个连续符号上的4 个连续子载波组成,导频子载波位于每个单元块的四角,如图2所示。子信道由6个不相邻单元块构成。UL-PUSC仅支持2根发射天线,其变化规则见图3。
2.5UL-OPUSC
该方法中每个子信道包含6个单元块,每个单元块由3个连续符号上的3个连续子载波构成,导频子载波指定为第二个子载波上的第二个符号。UL-OPUSC仅支持2根发射天线。
2.6五种导频模式分析比较
(1)分配导频数
DL-FUSC和DL-OFUSC属于下行导频模式,调用了所有的子信道,接收端可以得到全部导频信号;DL-PUSC属于下行使用子信道的导频模式,每个扇区调用其中的一个或多个组,接收端得到的导频多少和调用组的数目和型号有关;UL-PUSC和UL-OPUSC属于上行部分使用子信道的导频模式,一个用户分配其中的一个或多个子信道,接收端得到的导频多少与分配的子信道数目有关。
(2)导频开销
UL-PUSC>UL-OPUSC>DL-PUSC> DL-OFUSC>DL-FUSC。
(3)导频功率
DL-PUSC、DL-FUSC、DL-OFUSC 和UL-OPUSC这4种模式中,导频处功率比平均数据功率高2.5 dB;而UL-PUSC模式中,两者相等。
3 WiMAX-MIMO-OFDMA系统中的信道估计
目前的信道估计种类繁多,本文就3种典型的估计方法进行研究。仿真条件为:子载波个数是1 024,载频为3.5 GHz,信道模型采用6径的典型城市(TU)信道[5],循环前缀是64,发射接收天线分别为2和1,车速是50 km/h,采用1/2卷积编码加交织,其他不同条件下的信道估计仍可参考这些仿真图。
3.1时域LS信道估计
(1) 时域LS信道估计算法原理
时域LS信道估计器实际是一个解相关器,接收信号通过和伪逆矩阵相乘分离出信道特性。算法假设接收端知道每个径的具体延时,但不知道确切增益。
若一根发射天线的一个时间符号上有M个导频{a i(mk)}, k =0,1…M -1,i 表示第i 根发射天线,mk表示第k个导频所处的子载波,mk∈{0…N -1},N为子载波个数,那么接收到的导频信号,其矩阵形式如式(3)所示(为了简化,省略掉接收天线和时间序号):
其中,
代表第k个导频子载波上的接收信号;hi=[hi(0),hi (1)…hi (L -1)]?祝,hi (l)代表了第一径的复信道增益;hpi是加性高斯噪声向量;Tpi =diag[ai(mk)/k =0…M -1]是一个Mp×Mp的对角矩阵,Wpi见式(4):
Wpi是M×L的傅立叶变换矩阵,?子i, i =0…L -1是每径的时延,Tu是符号周期。
因为(Tpi )HTpi=dI,d为常数,I为单位阵,所以信道的时域冲激响应如式(5)所示: