利用信道相關性的mimo檢測方法及系統的製作方法

2023-09-15 04:02:35

專利名稱：：利用信道相關性的mimo檢測方法及系統的製作方法
技術領域：
：本發明涉及MIMO(多輸入多輸出)通信系統，具體地，涉及一種MIMO系統中接收機端的檢測方法，用於已有和將來出現的信息傳輸系統中的MIMO檢測。
背景技術：
：根據現有技術的方法，當在MIMO系統的接收端檢測到發射自發射端的信號時，首先對信道進行估計。根據估計後的信道，利用MMSE-OSIC(最小均方誤差-串行幹擾抵消)或者MMSE-OSIC2(最小均方誤差-串行幹擾抵消-多候選)方法對接收到的數據的檢測是獨立進行的，即，認為信道間的是獨立不相關的。以2x4MIMO檢測為例，需要檢測發送的數據x1與x2。利用現有技術的檢測方法，首先需要檢測出x1，然後根據x1的結果估計出x2，從而完成對x1與x2的檢測。MMSE-OSIC與MMSE-OSIC2的區別在於MMSE-OSIC在檢測x1時只判決一種可能性，而MMSE-OSIC2在檢測x1時判決多個候選(candidate),判決的性能隨著candidate數目的增加而增加，但複雜度隨之增加。當candidate數目等於1時，兩個算法完全相同。本文中提到的相干時間是指一特定時間範圍，在該範圍內，兩個到達信號有很強的幅度相關性；相干帶寬是指一特定頻率範圍，在該範圍內，兩個頻率分量有很強的幅度相關性。現有技術存在的問題在於1.由於現有的方法對接收到的數據的檢測是獨立進行的，沒有利用到信道的相關性。在存在突發噪聲存在的環境下，信道就會pi機出現比較大的突發的估計偏差。此時，如果根據該存在較大偏差的信道來檢測信號，就會出現比較大的偏差或者增加信號判決的BER。2.為了達到特定的BER，MMSE-OSIC^增加了解碼算法需要的硬體資源，硬體資源增加是與candidate的數目成正比的。
發明內容本發明提供了一種OFDM符號檢測的方法，包括步驟接收通過多個發射天線發送的OFDM調製符號；接收相干時間信息和/或相干帶寬信息；對來自所述多個發射天線的信道進行信道估計後，利用所述相干時間和/或相干帶寬對每個信道估計進行平滑處理，得到對應多個信道的信道估計平均值；利用對所述多個信道的信道估計平均值，對接收到的OFDM符號進行信號檢測。根據本發明的另一方面，一種OFDM通信系統，包括發送端，所述發送端包括多個天線，用於向接收端發送OFDM調製符號以及相干時間信息和/或相干帶寬信息；和接收端，所述接收端包括多個接收天線，用於接收來自發送端的OFDM調製符號以及相關子載波數目和相關OFDM符號數目；平滑濾波器，對來自所述多個發射天線的信道進行信道估計後，利用所述相干時間和/或相干帶寬對每個信道估計進行平滑處理，得到對應多個信道的信道估計平均值；和信號檢測模塊，利用對所述多個信道的信道估計平均值，對接收到的OFDM符號進行信號檢測。本發明的方法能夠同時考慮到信道的時間相關性與頻率相關性，從而實現如下目的1.在類似複雜度的情況下，性能優於MMSE-OSIC算法；2.在減少硬體資源佔用的情況下，性能迫近於MMSE-OSIC^算法。—圖1是示出了MIM0操作環境的示意圖2示出了MIMO發送流程的示例；圖3示出了根據本發明的MIMO接收端示意圖4示出了根據本發明的MIMO檢測部分的方框圖5示出了根據本發明的MIMO信號檢測方法的流程圖6示出了根據本發明的平滑平均濾波器的示意圖7示意性地示出了理想Rayleigh信道；圖8示意性地示出了存在幹擾的Rayleigh信道；圖9示出了平均誤差錯概率仿真結果；以及圖IO示出了平均誤差錯概率仿真結果。具體實施例方式為了清楚地說明新的發明，首先對現有技術的MMSE-OSlC方法進行介紹，然後據此來描述本發明的檢測方法。假設A^xA^的MIMO系統可以表達為y=Hx+z其中y=hJViw/，是(A^X1)維的接收信號向:線數目，A^為接收天線數目。(1);A^為發送天H=、(2)是MIMO信道響應；x^x,;v"Xw.,.]7'是(iVrX1)維的接收信號向量z-^^…、r是噪聲向量，屬於循環對稱白噪聲，服從的分布為在本實施例中，發送信號^/=1,2,...,~是IC卜QAM是調製符號其中C為星座圖中點的集合，而M為星座圖上星座點的個數。假設H的列向量為h^=l,2,..,iV7.。部分信道的MMSE加權矩陣為G("二(H,H,+(721)-'H,",H,=[h2h3h4](3)G(2)-(H/H^+c^I)-'H/,H2=[h3h4](4)G(3)=(H/H3+(j2I)-'H/，H3=[h4](5)假設^G(')L為矩陣G(')的第一行。下面，以4x4MIMO為例，對現有技術的MMSE-OSIC^算法進行描述步驟1:對1,2,..,~(在4x4MIMO中，Nt等於4)個信道進行排序(因為信道為覆信道，且為向量格式，取其範數，並比較大小以進行排序)，得到序列，h2,......h4。其中利用^來表示排序後4個信道中的最大值，利用h^來表示排序後4個信道中的最小值。步驟2:從x1的可能集合中選擇M個候選符號。該步驟可以表示為表1中所描述的過程。表1中的^就是從步驟1中得到的h"步驟3:從x1,x2的可能集合中選擇M個候選符號。該步驟可以表示為表2中所描述的過程。步驟4:從x1，x2，x3的可能集合中選擇M個候選符號。該步驟可以表示為表3中所描述的過程。步驟5:從x1，x2，x3,x4的可能集合中選擇M個候選符號。該步驟可以表示為表4中所描述的過程。以下表中的slicer過程是指從調製的星座圖所代表的符號中判決輸出最接近的星座點，例如如果調製方式是16QAM,則需要從16QAM所包括的16個電平符號中判決輸出最接近的星座點。如果調製方式是64QAM,則需要從64QAM所包括的64個電平符號中判決輸出最接近的星座點。以下表中sorted過程是將ICI個距離按照從小到大的順序進行整理；如果調製方式是16QAM，|〇|是16;如果調製方式是64QAM，ICI是64。表1MMSE-OSIC2步驟2tableseeoriginaldocumentpage8tableseeoriginaldocumentpage9表4MMSE-OSIC2步驟5tableseeoriginaldocumentpage10下面將參考圖3-6來描述根據本發明的接收端信號檢測方法。圖3示出了根據本發明的MIMO接收端示意圖。圖4示出了根據本發明的MIMO信號檢測部分的方框圖。圖5示出了根據本發明的MIMO信號檢測方法的流程圖。圖6示出了根據本發明的滑動平均濾波器的示意圖。本發明主要在於對上述步驟1的操作進行改進。如圖3所示，根據本發明的接收端300可以包括MIMO接收部分301，用於接收來自發射端的通過多天線發送的OFDM符號數據及相關信息；MMSE-OSIC信號檢測部分303，用於利用接收到的相關信息，從接收到的數據信號中檢測出來自的發射端的信號；QAM解調部分，用於對檢測出的信號進行解調，從而得到來自對應發射端的解調數據。主要在信號檢測部分303中實現根據本發明的MIMO信號檢測方法。如圖4所示，信號檢測部分303可以包括滑動平均濾波器3031;信道幹擾自適應消除器3033以及檢測部分3035。下面將結合圖5和圖6來描述根據本發明的信號檢測方法。首先，在步驟501，接收端300的接收部分301接收來自發射端的OFDM符號以及相關信息。這裡，相關信息可以包括例如相干子載波數目m的相干時間信息與例如相干帶寬信息的相干OFDM符號數目。本文中提到的相干時間是指一特定時間範圍，在該範圍內，兩個到達信號有很強的幅度相關性；相干帶寬是指一特定頻率範圍，在該範圍內，兩個頻率分量有很強的幅度相關性。之後，信號檢測部分303利用接收到的所述相關子載波數目m和相關OFDM符號數目n對來自不同接收天線的信道強弱進行判斷。信道強弱的判斷方法是先分別求出h"h2、h與、四個信道(它們是列向量)的範數，然後比較四個範數的大小，若某個列向量的範數大，則判斷其信道強，反之則判斷其信道弱。接收端利用信道判斷的結果對接收到的信號進行處理。具體地，在步驟502，在判斷接收到的信道強弱時，滑動平均濾波器3031對利用接收到的相干子載波數目m與相干OFDM符號的數目n，對接收到的信道進行滑動平均。滑動平均濾波器本質上是一種有限衝擊響應濾波器，起平滑濾波作用。這裡，(mVi)是抽頭係數個數，由信道相關性決定。經過平滑後的信道，可以消除因大的瞬時幹擾對接收機造成的影響，將大幹擾信號自動加以抑制。滑動平均濾波器的示意圖如圖6所示。在圖6中，(m)是滑動濾波器的抽頭係數個數，也就是濾波器的長度，D是移位寄存器，滑動平均的輸入是信道，在時鐘的上升沿，移入一個信道範數，每個信道衝擊響應值乘以係數1，前後(n^n)個信道相加，然後除以(rr^n)，作為滑動平均濾波器的輸出。也就是把(mVi)個信道作平均運算，滑動平均後的輸出的信道中抑制了大的幹擾成分。值得注意的是當m=1時，滑動平均的長度為n，相當於只在相關時間以內做滑動平均；當n=1時，滑動平均的長度為m，相當於只在相干帶寬內做滑動平均；當m，n均大於1時，相當於在相干時間與相干帶寬內的rrfT>個信道做滑動平均。對滑動平均後的信道與未作滑動平均的信道作自適應選擇，h1avg表示滑動平均後信道矩陣的第一列，h2avg表示滑動平均後信道矩陣的第二列，h1，h2是未經滑動平均的信道矩陣的第1列和第2列。這裡進行自適應選擇的目的在於判決信道中是否有大幹擾，如果有大幹擾，則進行滑動平均幹擾消除，如果沒有幹擾，則選擇沒有幹擾的正常信道。這裡，滑動濾波器可以採取肘間上滑動平均或者頻率上滑動平均，或者兩者兼而有之。其中，滑動平均濾波器3031採用自適應可調整窗口的濾波方案，根據信道衰落快慢，自適應調整滑動窗口的長短。當信道是快變信道時，滑動窗口要調短。反之，當信道是慢變信道時，滑動窗口要變長。在信道強弱判斷中，考慮了相干時間內1~n個OFDM符號內的信道，而不是僅僅考慮當前OFDM符號內的信道。同時，考慮了相干帶寬內1m個OFDM子載波內的信道，而不是僅僅考慮當前OFDM子載波上的信道。之後，對做過滑動平均處理後的信道值，進行自適應信道幹擾消除。具體地，在步驟503，對h^g與~^進行比較，如果h^g大於h2avg，則執行步驟504，對h,和、進行比較。如果大於h2，執行步驟507，h^和h2保持不變，繼續進行後續步驟的運算(即，表1-表4中所列的運算)。相反，若^不大於h2，則執行步驟506，以、^的值替代，hj呆持不變，繼續進行後續步驟的運算。在若h1avg不大於h2avg的情況下，在步驟505判斷^大於h2的情況下，執行步驟509，以h^g的值替代hv、保持不變，繼續後續步驟的運算(即，表1-表4中所列的運算)。相反，若、不大於、，執行步驟508，^和、保持不變，繼續進行後續步驟的運算。表5中給出了根據本發明優選實施例的系統參數示例。表5tableseeoriginaldocumentpage13為了證明本發明所取得的性能增益，本發明提供了計算機仿真結果，仿真信道為獨立同分布的Rayleigh衰落信道模型，都卜勒頻移為30Hz，可以相應換算成移動速度，仿真結果如圖9和10所示。從圖9和圖10可以看出，相比於傳統MIMO的發送和接收方法，本發明提出的MIMO的發送和接收方法具有明顯的性能增益。在低信噪比條件下，大約有1dB的性能改善，這對提高MIMO接收機的性能無疑是很有意義。權利要求1.一種OFDM符號檢測的方法，包括步驟接收通過多個發射天線發送的OFDM調製符號；接收相干時間信息和/或相干帶寬信息；對來自所述多個發射天線的信道進行信道估計後，利用所述相干時間和/或相干帶寬對每個信道估計進行平滑處理，得到對應多個信道的信道估計平均值；利用對所述多個信道的信道估計平均值，對接收到的OFDM符號進行信號檢測。2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述相干時間信息包括相干時間內OFDM符號的個數，所述相干帶寬信息包括表示相干帶寬內OFDM子載波的個數。3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，在進行平滑處理時，對多個信道的值進行時間上滑動平均和/或頻率上滑動平均，得到多個信道估計平均值，其中信道的個數為相關子載波數目乘以相關OFDM符號數目。4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述自適應地調整滑動濾波窗口的大小，其中，當信道是快變信道時，滑動窗口變短，當信道是慢變信道時，滑動窗口變長。5.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，對於經過滑動平均處理的信道估計平均值，進行自適應信道幹擾消除。6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，比較經過滑動平均得到的第一平均信道相關值h^g和第二平均信道相關值h^g的大小，以及比較當前信道的第一信道相關值h,與第二信道相關值112的大小，並根據比較結果來進行接收到的OFDM符號的處理。7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，如果h,^大於h2avg且h,大於h2,則將h,和h2用於對接收到的OFDM符號的處理。8.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，如果h,^大於h2avg且h,不大於h2，則h,和112,用於對接收到的OFDM符號的處理。9.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，如果h^g不大於h2avg，且h,大於h2，則將H^g和H2用於對接收到的OFDM符號的處理。10.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，如果h^g不大於h2avg，且l^不大於h2，則將h,和h2用於對接收到的OFDM符號的處理。11.一種OFDM通信系統，包括發送端，所述發送端包括多個天線，用於向接收端發送OFDM調製符號以及相干時間信息和/或相干帶寬信息；和接收端，所述接收端包括多個接收天線，用於接收來自發送端的OFDM調製符號以及相關子載波數目和相關OFDM符號數目；平滑濾波器，對來自所述多個發射天線的信道進行信道估計後，利用所述相干時間和/或相干帶寬對每個信道估計進行平滑處理，得到對應多個信道的信道估計平均值；和信號檢測模塊，利用對所述多個信道的信道估計平均值，對接收到的OFDM符號進行信號檢測。全文摘要一種OFDM符號檢測的方法，包括步驟接收通過多個發射天線發送的OFDM調製符號；接收相干時間信息和/或相干帶寬信息；對來自所述多個發射天線的信道進行信道估計後，利用所述相干時間和/或相干帶寬對每個信道估計進行平滑處理，得到對應多個信道估計的平均值；利用對所述多個信道的信道估計平均值，對接收到的OFDM符號進行信號檢測。本發明的方法能夠同時考慮到信道的時間相關性與頻率相關性。文檔編號H04L27/26GK101588335SQ20081009716公開日2009年11月25日申請日期2008年5月19日優先權日2008年5月19日發明者周寒冰,黃周松申請人:三星電子株式會社;北京三星通信技術研究有限公司