专利名称：一种适用于高速移动ofdm系统的决策反馈均衡器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种决策反馈均衡器，尤其涉及一种适用于高速移动OFDM系统的决 策反馈均衡器，属于宽带无线通信领域，适用于高速移动正交频分复用(OFDM)通信系统。
背景技术：
用户的高速运动使得信道的快变特性更加明显，信道的快速变化使得正交频分复 用(OFDM)系统的载波间干扰遭到破坏，出现载波间干扰，导致系统性能明显下降。为了解 决这一问题，通常采用复杂的均衡器或编码器，改善系统性能。编码器消除载波间干扰的原理是将传输符号经编码后，在多个载波上传输，达到 干扰抵消的目的。基于编码器的载波间干扰消除的最大问题是频带利用率的降低。为 此，许多学者对高速移动OFDM系统的均衡器就行了研究，主要包括最小均方误差均衡器 (MMSE)和决策反馈均衡器(DFE)，其中决策反馈均衡器性能明显优于最小均方误差均衡
ο高速移动OFDM系统的决策反馈均衡器最早由Y.-S.Choi等人报道(Choi， Y. -S. , Voltz, P.J., and Cassara, F. Α. , iOn channel estimation anddetection for multicarrier signals in fast and selective Rayleigh fadingchannels',IEEE Trans. Commun.，vol. 49，no. 8，pp. 1375-1387，Aug. 2001.)，其矩阵求逆运算针对大矩阵进行，且在 每个符号检测时，均需进行矩阵求逆运算，实现复杂度太高。为了减小复杂度，X. Cai等人利 用载波间干扰主要来自相邻载波这一性质，通过减小矩阵维数和矩阵求逆的递归运算，在 不明显降低系统性能的前提下，使得均衡器复杂度明显降低(Cai，X.and Giannakis, G. B. 'Bounding performance and suppressing intercarrier interferencein wireless mobile 0FDM，，IEEE Trans. Commun.，vol. 51，no. 12，pp.2047-2056，Dec. 2003.)。在以上工作基础上，许多研究学者提出了不同的基于矩阵求逆递归运算的均衡器 结构，使得计算量进一步降低，但它们在一个OFDM符号检测中，均需进行N次矩阵求逆(见 图1)，其中N为OFDM系统载波数量，限制了复杂度量的进一步降低，且矩阵求逆的递归计 算会造成数据截断误差的积累，导致均衡器性能有所降低。因此，有必要设计一种能够克服上述缺点的一种适用于高速移动OFDM系统的决 策反馈均衡器，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于高速移动OFDM系统的决策反馈均衡器，其目的 在于解决现有均衡器存在计算复杂、矩阵求逆的递归计算会造成数据截断误差的积累，导 致均衡器性能降低的缺点，而提供一种复杂度大大降低，便于系统实现，且避免了矩阵求逆 的递归运算所造成数据截断误差积累，均衡器性能较好的适用于高速移动OFDM系统的决 策反馈均衡器。本发明所采用的技术方案是一种适用于高速移动OFDM系统的决策反馈均衡器，其特征在于，包括检测排序电路、矩阵分解求逆电路、载波间干扰消除器、最小均方误差均 衡器和判决器，所述检测排序电路对OFDM系统的FFT单元输出信号进行检测排序，通过矩 阵分解求逆电路和载波间干扰消除器逐级消除，得到更新的最小均方误差均衡器，在一个 OFDM符号周期的数据检测中，仅需要进行一次矩阵求逆运算。本发明的有益效果是本发明的主要优点如下利用矩阵分解性质，在一个OFDM符号检测中，只需要进行一次矩阵求逆(现有的 决策反馈均衡器需进行N次矩阵求逆，其中N为OFDM系统载波数量)，使得复杂度大大降 低，便于系统实现。该均衡器还避免了矩阵求逆的递归计算所造成数据截断误差积累，均衡 器性能较好。
图1是现有接收机及均衡器的结构原理框图。图2是本发明实施例的接收机及决策反馈均衡器的结构原理框图。图3是本发明均衡器与已有均衡器误码率性能比较，其中归一化多普勒频移为 0. 1。图4是本发明均衡器与已有均衡器误码率性能比较，其中归一化多普勒频移为 0. 3。
具体实施例方式以下结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。本发明提供的一种适用于高速移动OFDM系统的决策反馈均衡器，如图2所示。该 均衡器对OFDM系统的FFT单元输出信号进行检测排序，通过矩阵分解求逆电路和载波间干 扰(ICI)消除器逐级消除，得到更新的最小均方误差均衡器，对均衡后的信号进行判决得 到恢复后的传输信号。在OFDM接收机中(假设系统载波数量为N)，接收数据去除循环前缀，再经过N点 FFT变换，得到第i个OFDM符号数据矢量为 y(° = FwH ⑴ F》⑴ + Fwn = G('V') + w
(1)其中:S⑴=[Si,。，A，Si,N_JT为第i个发送数据矢量，η⑴表示加性高斯信道噪声 (均值为0，方差为σ 2)，Ηω SNXN时域信道矩阵，G = FwHwF^表示频域信道矩阵，在高 速移动情形下，由于信道的快速变化，存在载波间干扰，G(i)为非对角矩阵，为了表达方便， 在以下描述中，省略掉i。本发明技术描述如下均衡器一实现步骤(i)对OFDM符号内的信号检测顺序进行排序计算最小均方误差均衡后的等效信噪比(SINR)，
2 2 2 Λ/{+σ2Κ| }，0<k<N-l，其中r为最小均方误差均衡均衡器矩
阵(GhG+。2In)-1 Gh的第(k+Ι)行，&为G的第(k+Ι)列，按照人 >人>Λ 的大小
4排序，确定载波检测的先后顺序为载波Iv ki; Λ，kN_i，将适量S和矩阵G分别变换成 S = [V1，V2，Λ，\ [S^1，、_2，Λ，]，式⑴变成y = Gs + w(2)(ii)计算Q—1 = δ^^ + σ2^及其 LDLh 分解 Q-1 = LDLh.(iii)计算U= (L1V1,得到适量Utl (矩阵U的最后一列)·(iV)计算q〖=η0χχξ Id0 (其中Utl和dQ分别为Utl和D的最后一个元素)，得到检
测符号\ =硬判决紀炉y}·(V)For j = 1，2，Λ，N-1，计算、=y;-i- SkjJkj^，其中 yQ = y, Uj = U (1 :N_j，1 :N_j) (Uj 为取 U 的 1 至 N-j 行、1至N-j列构成的矩阵)，Dj = D (1 :N-j，1 :N-j) (Dj为取D的1至Ν-j行、1至Ν-j列构 成的矩阵)，和& (G7为取1至N-j列构成的矩阵)，计算< =U1U1; Idj
(其中Uj和…分别为UjPDj的最后一个元素)，得到检测符号\=判决{q〗6fy,i特点已有的决策反馈均衡器在一个OFDM符号周期内的每个符号检测时，均需进 行矩阵求逆，见图1。本发明仅在步骤(ii)和(iii)中利用矩阵分解，进行一次矩阵求逆运 算，而在其它符号检测中(步骤(V))，不需再进行矩阵求逆，均衡器复杂度明显降低(见图 2)。均衡器二本方法与方法一基本相同，只是在步骤(ii)和(iii)中，利用矩阵G的近似带状 性质(假设上下带宽均为Q)，使得矩阵分解与求逆的计算量降至ο (N)。但该近似会导致均 衡性能略微降低。图3给出了本发明均衡器与文献[1]_[3]均衡器的误码率性能比较。文献 [1]-[3]具体是[l]Choi, Y. -S. , Voltz,P. J. ,and Cassara,F. Α. , iOnchannel estimation and detection for multicarrier signals in fast andselective Rayleigh fading channels', IEEE Trans. Commun. , vol. 49, no. 8, pp. 1375-1387, Aug. 2001 ； [2]Cai, X. and Giannakis,G. B. iBoundingperformance and suppressing intercarrier interference in wireless mobiIeOFDM',IEEE Trans. Commun. ,vol. 51,no. 12,pp. 2047-2056,Dec.2003 ； [3]J.Park, Y. Whang, and K. Kim,"Low complexity MMSE-SIC equalizeremploying time-domain recursion for OFDM Systems,，，IEEE SignalProcessing Letters,vol.15, pp. 633-636,2008.仿真实验条件如下调制方式QPSK，OFDM载波数量N = 128，循环前缀长度Np = 8.信道为3路径，路径间互不相关，能量按指数衰减，时变特性满足Jake多普勒谱条件，在 方法二中，取Q = 5。实验结果表明均衡器一误码率性能与完整矩阵求逆DFE均衡器(文献[1])接近，优于文献[2]和[3]均衡器，均衡器二在大幅度减低计算量的情况下，性能与已有DFE 均衡器性能比较接近。因此，本发明可应用于高速移动OFDM系统接收机设计。本发明的主要优点如下利用矩阵分解性质，在一个OFDM符号检测中，只需要进行一次矩阵求逆(现有的决策反馈均衡器需进行N次矩阵求逆，其中N为OFDM系统载波 数量)，使得复杂度大大降低，便于系统实现。该方法还避免了矩阵求逆的递归运算所造成 数据截断误差积累，均衡器性能 较好。
权利要求
一种适用于高速移动OFDM系统的决策反馈均衡器，其特征在于，包括检测排序电路、矩阵分解求逆电路、载波间干扰消除器、最小均方误差均衡器和判决器，所述检测排序电路对OFDM系统的FFT单元输出信号进行检测排序，通过矩阵分解求逆电路和载波间干扰消除器逐级消除，得到更新的最小均方误差均衡器，在一个OFDM符号周期的数据检测中，仅需要进行一次矩阵求逆运算。
全文摘要
本发明公开了一种适用于高速移动OFDM系统的决策反馈均衡器，包括检测排序电路、矩阵分解求逆电路、载波间干扰消除器、最小均方误差均衡器和判决器，其特征在于所述检测排序电路对OFDM系统的FFT单元输出信号进行检测排序，通过矩阵分解求逆电路和载波间干扰消除器逐级消除，得到更新的最小均方误差均衡器，在一个OFDM符号周期的数据检测中，仅需要进行一次矩阵求逆运算。使得复杂度大大降低，便于系统实现。该均衡器还避免了矩阵求逆的递归计算所造成数据截断误差积累，均衡器性能较好。
文档编号H04L27/26GK101964766SQ20101029571
公开日2011年2月2日 申请日期2010年9月29日 优先权日2010年9月29日
发明者代光发, 杨杨, 陈少平 申请人:中南民族大学