一種單載波無線通信系統中的接收處理方法

2023-04-28 14:54:11

專利名稱：一種單載波無線通信系統中的接收處理方法
技術領域：
本發明屬於通信技術領域，特別是一種接收性能與採用近最大似然處理技術的效 果相當的單載波無線通信系統接收方法。
背景技術：
正交頻分復用(OFDM)和單載波頻域均衡(SC-FDE)技術是寬帶無線傳輸中兩種很 有效的對抗多徑幹擾的方法。傳統採用頻域均衡技術的單載波無線通信系統工作流程如 圖1所示，該系統中，發射端用戶的信息比特經調製處理(1)得到調製信號向量、即用於 發送的用戶時域數據塊向量；調製處理後的信號經添加循環前綴(2)、D/A轉換(3)、上變 頻(4)等處理後進行發射；接收端接收機將接收到的信號，經過下變頻處理(5)、A/D轉換 (6)得到基帶(接收)信號，基帶(接收)信號通過去循環前綴處理(7)及FFT變換處理 (8)得到頻域數據塊向量及導引塊向量；導引塊向量再經過信道估計處理(9)得到該信道 的頻率響應信號，該頻率響應信號與由步驟(8)直接輸入的頻域數據塊向量通過線性均衡 處理(10)以消除信道的不利影響；均衡後的信號再通過IFFT變換處理(11)將其轉變為時 域信號；最後經過解調處理(12)將該時域信號還原為發射時的比特信號，從而完成信號的 接收。上述技術針對多徑效應帶來的碼間幹擾，在接收端(機)單純採用線性均衡技術來 提高系統的性能，雖然實現簡單，但存在誤碼率高等缺陷。而採用最大似然處理(Maximum Likelihood Detection,MLD)技術，雖然可以達到系統所能實現的最低誤碼率，但卻存在復 雜度高、且複雜度隨信道的輸入量呈指數增長，難以實現等缺陷。與MLD技術效果相近的球 型解碼技術，通過不斷縮小搜索半徑，在正常情況下較大幅度地降低了 MLD技術處理的復 雜度，同時可以達到十分接近MLD的性能並可實現，但在極端情況或低信噪比(SNR)情況下 其處理的複雜度仍與MLD技術的複雜度相當。

發明內容
本發明的目的是針對背景技術存在的缺陷，改進設計一種單載波無線通信系統中 的接收處理方法，以達到在相同的頻譜效率的條件下，顯著改善SC-FDE系統的性能、大幅 度降低誤碼率，有效提高通信的質量、可靠性及傳輸的效率等目的。本發明的解決方案是在發射端(系統)的發射方式、流程保持不變的條件下，在接 收端進行線性均衡處理後、直接解調，然後再進行含比特對數似然比處理、候選符號向量列 表及最大似然處理在內的解碼處理，最後對解碼處理後的數據進行解調處理後、發送；從而 實現其發明目的。因此，本發明的接收方法包括步驟A.下變頻對接收到的發射信號進行下變頻處理，得到基帶時域的模擬信 號；步驟B. A/D轉換對步驟A處理後的模擬信號進行採樣，得到基帶時域的數字信 號；步驟C.去循環前綴處理對步驟B採樣所得時域數據信號進行去循環前綴處理，
3以去除各數據塊前面的前綴、得到時域數據塊向量；步驟D. FFT處理對步驟C去除循環前綴後的數據信號中各數據塊進行FFT變換 處理，將其轉變為頻域數據信號及導引塊向量；步驟E.信道估計步驟D所得導引塊向量經過信道估計處理得到該信道的頻率響 應信號；步驟F.線性均衡由步驟D直接輸入的頻域數據塊向量與步驟E所得頻率響應信 號一併通過線性均衡處理、以消除信道的不利影響，得到發送的時域數據串；步驟G.解調處理對步驟F所得時域數據串經過解調，得到發送信息比特的初始 數據；步驟H.解碼處理步驟Hl.根據步驟G得到的初始數據，確定其比特對數似然比；步驟H2.利用步驟Hl得到的比特對數似然比，構建候選符號向量列表；步驟H3.對列表裡的候選向量進行最大似然處理，得時域信號；步驟I.解調處理對步驟H3所得時域信號進行解調，將其還原為發送時的信息比 特後、輸出。在步驟I中所述對時域信號進行解調，解調方式採用與信號調製一致的QPSK(正 交相移鍵控)技術解調。本發明通過在接收端進行線性均衡處理後、直接解調，然後再進行含比特對數似 然比處理、候選符號向量列表及最大似然處理在內的解碼處理，最後對解碼處理後的數據 進行解調處理後、發送；從而確保不失真地還原出發送信號；本發明誤碼率僅為背景技術 的15-50%，而與接近MLD性能、但複雜度較高的SD(球形解碼)技術相當，並可提高性能增 益5dB左右；因而，本發明具有在相同的頻譜效率的條件下、通信系統接收處理複雜度低， SC-FDE系統的性能得顯著改善，大幅度降低了誤碼率，有效提高了通信的質量、可靠性及傳 輸的效率等特點。


圖1是傳統單純採用線性均衡的單載波系統工作流程示意圖(方框圖)其中，發射流程1.調製處理，2.添加循環前綴，3. D/A轉換，4.上變頻處理；接收 流程5.是下變頻處理，6. A/D轉換，7.是去循環前綴處理，8. FFT變換，9.信道估計，10.線 性均衡處理，11. IFFT變換，12.解調處理。圖2是本發明單載波無線通信系統接收流程示意圖(方框圖)；其中，發射機部分與背景技術相同；接收流程:A.下變頻處理，B.是A/D轉換， C.去循環前綴，D. FFT變換，E.信道估計，F.線性均衡處理，G.解調處理，H.解碼處理，I.解 調處理；圖3為本發明具體實施方式
與傳統採用ZF均衡技術、MMSE均衡的單載波SC-FDE 系統接收技術及SD(球形解碼)技術在COSt207TUx6信道下仿真運行的性能對比示意圖 (坐標圖)。
具體實施例方式本實施方式發射方法(流程)與背景技術相同，即為步驟1.信號調製擬發射的信源比特經調製處理，得到調製信號向量、即發送時 域數據塊向量d= [(I1, d2，…，dM]T，其中，上標「 []τ 」表示矩陣的轉置，M表示每幀時域數 據塊的長度；本實施例調製方式採用QPSK，每幀時域數據塊的長度M = 16 ；步驟2.插入循環前綴經過步驟1調製後的時域數據塊向量d經插入循環前綴處 理，將時域數據塊後面Ng個數據複製到前面、形成前綴，得到新的數據塊d = [d_Ns+],---,d0,dx,d2,---,dM]T，其中，K +1，…，A]7為數據塊中的循環前綴部分，本實施例循環 前綴的長度為Ng = 3 ；步驟3.數模(D/A)轉換含循環前綴的數據塊3經D/A轉換得到基帶模擬信號
a (小步驟4.上變頻將基帶模擬信號^i)通過上變頻處理、將信號變換為適合在信道 上傳輸的信號d(t)發送出去； 本實施方式接收流程(步驟)步驟A.下變頻接收信號經下變頻處理，得到時域的模擬信號？(O ；步驟B.模數(A/D)轉換接收向量 經A/D轉換得到長度為N+Ng的採樣數據塊？( ) = [r_ +1，……，rpr2,.",rMf步驟C.去循環前綴由步驟B所得數據塊、經去循環前綴處理，得到單載波接收時 域數據塊向量r(n) = Lr1, r2,…，rM]T ；步驟D.FFT變換單載波接收時域數據塊向量r(n)經M點FFT轉換到頻域，得到 單載波接收頻域數據塊向量及導引塊向量；步驟E.信道估計步驟D得到的導引塊向量經過信道估計處理得到該信道的頻率 響應信號Λ :Λ = diag{A [1]，Λ [2]，…，Λ [Μ]}為對角線元素為{Λ [1]，Λ [2]，…， Λ [Μ]}的MXM對角矩陣，而{Λ [1], A [2],…，Λ [Μ]}為信道時域衝激響應的M點FFT 變換；系統等效為R = Qwr( ) = AQMd + Z,其中QM為M點的FFT矩陣，第P行q列的元素 [/^] = *廣I0mxM^P =
1，…，M，q=l，…，M，Z為加性高斯白噪聲矢量的M點FFT變換，步驟F.線性均衡由步驟D得到的頻域數據塊向量與步驟E得到的頻率響應信 號，通過線性均衡處理以消除信道的不利影響，得到發送的時域數據串的估計值i =[先，Χ2，···，;^]Γ 二 WR其中W = [HhH+α 2I]-1 Hh為信道線性均衡矩陣，上標「 []Η，[Γ1」表示矩陣的共軛 轉置和逆，H= Λ QM，I為M階的單位矩陣，α =0是ZF檢測器，α 2 = Ntl (Ntl是噪聲功率) 是匪SE檢測器；
步驟G.解調處理初始的符號估計i經過解調處理進行硬判，得到用戶發送信息 的初始比特估計步驟H.解碼處理具體的檢測步驟如下步驟Hl.對步驟G得到的初始比特估計 ，計算其比特對數似然比 (Log-LikelihoodRatio, LLR)；產生一個長度為Mp的對數似然向量
權利要求
一種單載波無線通信系統中的接收處理方法，包括；步驟A.下變頻對接收到的發射信號進行下變頻處理，得到基帶時域的模擬信號；步驟B.A/D轉換對步驟A處理後的模擬信號進行採樣，得到基帶時域的數位訊號；步驟C.去循環前綴處理對步驟B採樣所得時域數據信號進行去循環前綴處理，以去除各數據塊前面的前綴、得到時域數據塊向量；步驟D.FFT處理對步驟C去除循環前綴後的數據信號中各數據塊進行FFT變換處理，將其轉變為頻域數據信號及導引塊向量；步驟E.信道估計步驟D所得導引塊向量經過信道估計處理得到該信道的頻率響應信號；步驟F.線性均衡由步驟D直接輸入的頻域數據塊向量與步驟E所得頻率響應信號一併通過線性均衡處理、以消除信道的不利影響，得到發送的時域數據串；步驟G.解調處理對步驟F所得時域數據串經過解調，得到發送信息比特的初始數據；步驟H.解碼處理步驟H1.根據步驟G得到的初始數據，確定其比特對數似然比；步驟H2.利用步驟H1得到的比特對數似然比，構建候選符號向量列表；步驟H3.對列表裡的候選向量進行最大似然處理，得時域信號；步驟I.解調處理對步驟H3所得時域信號進行解調，將其還原為發送時的信息比特後、輸出。
2.按權利要求1所述單載波無線通信系統中的接收處理方法，其特徵在於步驟I中所 述的解調方式採用QPSK技術解調。
全文摘要
該發明屬於單載波無線通信系統中的接收處理方法，包括對接收到的發射信號進行下變頻處理，A/D轉換，去循環前綴，FFT處理，信道估計，線性均衡，解調處理，解碼處理及其後的解調。該發明在接收端進行線性均衡處理後、直接解調，然後再進行含比特對數似然比處理、候選符號向量列表及最大似然處理在內的解碼處理，最後再對解碼處理後的數據進行解調後、發送。本發明誤碼率僅為背景技術的15-50％，而與複雜度較高的SD(球形解碼)技術相當，並可提高性能增益5dB左右；因而具有在相同的頻譜效率的條件下、通信系統接收處理複雜度低，SC-FDE系統的性能得顯著改善，大幅度降低了誤碼率，有效提高了通信的質量、可靠性及傳輸的效率等特點。
文檔編號H04L25/02GK101945062SQ20101027946
公開日2011年1月12日 申請日期2010年9月10日 優先權日2010年9月10日
發明者何旭, 劉新亞, 李少謙, 肖悅 申請人:電子科技大學