[发明专利]一种多天线广播系统的导频系统及设计方法

说明书

本发明公开了一种多天线广播系统的导频系统及设计方法，系统包括一个发射机和多个接收机，发射机发送数据，接收机接收数据，其中发射机和接收机均配有多根天线。本发明的设计准则是：根据信道统计信息，在满足导频传输的总功率约束条件下，提出一种导频设计使得系统接收机信道估计总的加权均方误差最小。发送机首先通过测量分别获取发送端到所有接收机的信道协方差、信噪比等信息；引入辅助参数，将导频设计问题等价转换成一个对偶问题；对该对偶问题，设计循环迭代算法求出最优导频序列。本发明方法与各向同性传输方案相比，在相同的导频传输功率要求下，本方法的归一化均方误差更小。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种多天线广播系统的导频系统及设计方法。

背景技术

信道估计是无线通信系统接收机的重要组成部分，也是长久的研究热点。信道估计值一般用于数据检测，以便正确恢复出发送端传输的用户数据，信道估计器的优劣直接影响着系统性能。多数信道估计是基于导频序列而设计的，即发送端先发送一段训练序列，此序列对于接收机是已知的；然后接收机根据收到的数据，采用一定的估计准则将信道状态信息估计出来。导频序列设计的优劣将直接影响信道估计的性能，从而影响通信系统的性能。

《IEEE信息和通讯科技会议》(“Optimal Pilot Design for Space-Time CodedMulti-user MIMO OFDM/SDMA Systems，”IEEE International Conference onInformation and Communication Technology Convergence,2015,pp.915-920)提出了一种多用户多天线正交频分复用系统的导频设计方法，接收机的信道估计是基于最小平方(LS)准则的，根据此准则该文推出了最优导频结构应满足的条件，提出了基于二叉树的搜索算法得出了导频序列。《国际电气与电子工程师协会信号处理学报》(“Joint CFO andChannel Estimation for Multiuser MIMO-OFDM Systems With Optimal TrainingSequences,”IEEE Transactions on Signal Processing,2008,56(8):4008-4019)研究了存在载波频偏的多用户多天线正交频分复用系统的信道估计问题。基于最小化信道估计均方误差设计准则，该文推出了最优的导频序列结构，该导频也可以同时使载波频偏估计的克拉美劳下界达到最小；然后根据该导频序列，设计了最大似然信道估计器。目前现有的研究大多未考虑多天线信道的相关性，多数假设信道是不相关散射的，因此在导频设计时未能考虑信道相关等类似的统计信息。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种多天线广播系统的导频系统及设计方法,该方法利用了信道协方差矩阵、信噪比等信息，在满足导频传输的总功率约束条件下，导频设计使得系统的用户的信道估计总的加权均方误差最小。

为实现上述目的，本发明提供了一种多天线广播系统的导频系统，包括：一个发射机T_X和多个接收机R_X,i，发射机T_X和接收机R_X,i分别配有N_T和N_R,i根天线，系统的数据输入输出关系可以建模为：

y_i(n)＝H_ix(n)+n_i(n),i＝1,…,K.

其中是发射机在第n个时隙所发送的数据，y_i(n)是第i个接收机的接收信号；是从发射机到第i个接收机的平坦衰落MIMO信道；表示服从的复高斯噪声矢量；

信道矩阵H_i可以进一步建模为：