多天线单载波频分多址系统定时同步并行干扰消除方法
【专利摘要】多天线单载波频分多址系统定时同步并行干扰消除方法，包括，在发送端，个发送天线相同子载波位置上插入循环前缀，所述循环前缀长度应小于数据符号的长度；信号经无线信道传输，且存在定时同步偏差，所述信道为独立准静态瑞利平衰落多输入多输出信道；在接收端，对接收信号进行处理，获得初期信号的估计值；获得的初始信号的估计值经并行干扰消除技术处理，获得较为准确的信号；将获得的较为准确的信号再次经并行干扰消除技术处理，获得更为准确的信号，本发明能够更加高效和准确的解决定时偏差带来的问题，同时可以根据系统要求灵活调节初始值获取的方式和干扰消除的迭代次数，达到更好的系统性能。
【专利说明】多天线单载波频分多址系统定时同步并行干扰消除方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及多天线单载波频分多址技术，具体涉及多天线单载波频分多址系统定时同步并行干扰消除方法。
【背景技术】
[0002]上行链路传输方案(简称LTE-Advanced)是 LTE (Long Term Evolution)的演进，它不仅是3GPP形成国际电信联盟ITU IMT-Advanced技术标准的一个重要来源，还是一个后向兼容的技术，要完全兼容LTE。LTE-Advanced相对于LTE系统，主要增强了峰值速率、传输时延、频谱效率、VoIP容量、系统带宽等方面的需求。
[0003]LTE-Advanced上行链路传输方案采用多天线单载波频分多址(简称MMOSC-FDMA)技术，将经典的正交频分复用技术和单载波传输方案融合在一起，具有较低的峰均比(简称PAPR)的优点。相比多载波传输技术，单载波频分多址技术能有效降低待发射信号的峰均比，从而相应地提高了功放的效率和增加小区的覆盖面积，这就为研制低价格、低功耗、小尺寸的移动终端提供了条件。LTE-Advanced上行链路利用多输入多输出(ΜΜ0)技术可以实现空间分集，使空间成为一种可以用于提高性能的资源，并能够增加无线系统的覆盖范围，有效提高系统的传输性能。
[0004]在无线通信系统中，由于受到无线信道传输特性的影响，接收端与发送端的定时通常会不完全一致，从而导致定时偏移。当MMO SC-FDMA系统存在定时偏移的时候，它就会破坏子载波之间的正交性，导致码间干扰(简称ISI)和子载波间干扰(简称ICI)，使发送的信息不能正确恢复，误码率增加，系统性能大大降低。对于数字通信系统而言，只有发送端和接收端同步才有信息的可靠性传输。
[0005]就目前而言，对于SC-FDMA技术而言，该技术的研究成熟度远远比不上正交频分多址(简称0FDMA)技术，特别是针对MMO SC-FDMA系统的定时同步研究非常少。在传统的OFDM技术定时同步算法中，大多先进行粗估计，再进行细估计，以此来确定在接收端快速傅里叶变换(简称FFT)检测窗口的起始位置，从而达到符号定时同步的目的。
【发明内容】
[0006]本发明是针对现有技术的不足和缺陷，提供多天线单载波频分多址系统定时同步并行干扰消除方法，与传统方法相比能有效提高传输系统性能。
[0007]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为:多天线单载波频分多址系统定时同步并行干扰消除方法，所述方法包括以下步骤:
步骤一:发送端，在个发送天线相同子载波位置上插入循环前缀，所述循环前缀长度应小于数据符号的长度；
步骤二:信号经无线信道传输，且存在定时同步偏差，所述信道为独立准静态瑞利平衰落多输入多输出信道；
步骤三:在个接收天线的接收端，对接收信号进行处理，获得初期信号的估计值； 步骤四:将步骤三所述获得的初始信号的估计值经并行干扰消除技术处理，即根据获得的信号初始值对所有天线的信号进行重构，部分求和，得到当前天线的干扰信号，从总的接收信号中将干扰信号消除,将消除后的信号进行匹配滤波、判决,获得较为准确的信号;
步骤五:将步骤四获得的较为准确的信号再次经并行干扰消除技术处理，即将步骤四获得的较为准确的信号再次进行重构，部分求和，得到当前天线的干扰信号，从所述的较为准确的信号中将干扰信号消除，消除后的信号进行匹配滤波、判决，获得更为准确的信号。
[0008]所述的步骤三中获得初期信号估计值的方法采用信道传输矩阵的QR分解的方法、或线性迫零、最小均方误差、以及串行干扰消除等方法及其上述方法的组合方式获取。
[0009]所述的信道传输矩阵QR分解的方法为在接收端，对信道传输矩阵进行QR分解变换，得到的酉矩阵与上三角矩阵的乘积，使用Q矩阵的共轭矩阵矩阵左乘接收向量，得到改进接收矢量，通过判决获得信号的初始值。
[0010]所述的循环前缀是每帧数据符号尾部的复制部分，其长度小于每帧数据符号长度，与数据符号形成发送帧通过天线发送出去。
[0011]所述的独立准静态瑞利平衰落多输入多输出信道，其元素为独立同分布的均值为
O、方差为的复高斯随机变量，噪声为均值为零、方差为的加性高斯白噪声。
[0012]在信号的接收端，接收信号的采样频率与载波频率均无偏移，且无信道估计偏差。
[0013]在信号发送端，所有发送天线使用同一个本振。
[0014]在信号接收端，所有接收天线使用同一个本振。
[0015]本发明的有益效果在于:该方法充分利用多天线单载波频分多址系统特点和优势以及干扰消除技术，能够更加高效和准确的解决定时偏差带来的问题，同时可以根据系统要求灵活调节初始值获取的方式和干扰消除的迭代次数，达到更好的系统性能，同时，本发明提供的方法与现有方法相比，能简化接收机的结构，降低接收机的复杂度和成本，具有很好的实用性。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明的多天线单载波频分多址技术整体系统框图。
[0017]图2为本发明的单载波频分多址符号插入循环前缀的结构方框图。
[0018]图3为本发明的QR分解检测联合并行干扰消除的方框图。
[0019]图4为本发明的QR分解检测的详细结构方框图。
[0020]图5为本发明的并行干扰消除方法的详细结构方框图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的实施方式并不限于此。
[0022]如图1所示，图中准确的反映了多天线单载波频分多址(简称MMO SC-FDMA)技术在发送和接收信号时，信号处理的全部过程，包括:单载波频分多址(简称SC-FDMA)调制解调器，离散傅里叶变换/离散傅里叶逆变换(简称DFT/IDFT)，循环前缀(简称CP)的添加与去除、定时偏移的添加、检测与干扰消除器等。
[0023]如图2所示，SC-FDMA符号插入循环前缀CP，循环前缀CP长度应小于数据符号DATA的长度，添加循环前缀CP能够对抗多径时延，同时，循环前缀的添加与本发明添加定时偏移有直接关系。
[0024]如图3所示，将接收到的信号与信道传输矩阵进行QR分解检测，作为第一步提高信号初始值的精度；接着第二步并行干扰消除算法采用并行方式消除符号间的干扰，即在所有信号被检测之后，同时将干扰从接收信号中消除，以进一步提高MMO SC-FDMA系统的性能。
[0025]如图4所示，QR分解检测器包括:共轭转置器、乘法器、累加求和器、加法器、判决器，通过对信道传输矩阵进行QR分解变换，得到的酉矩阵与上三角矩阵的乘积，使用Q的共轭矩阵左乘接收向量，得到改进接收矢量，通过判决获得信号的初始值。
[0026]如图5所示，并行干扰消除器包括:乘法器、累加求和器、减法器、共轭转置器、匹配滤波器、判决器，根据获得的信号初始值对所有天线的信号进行重构，部分求和，得到当前天线的干扰信号，之后从总的接收信号中将干扰信号减去消除，消除后的信号进行匹配滤波、判决，获得较为准确的信号。
[0027]以上所述的本发明的实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神原则之内所作出的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
【权利要求】
1.多天线单载波频分多址系统定时同步并行干扰消除方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: 步骤一:发送端，在个发送天线相同子载波位置上插入循环前缀，所述循环前缀长度应小于数据符号的长度； 步骤二:信号经无线信道传输，且存在定时同步偏差，所述信道为独立准静态瑞利平衰落多输入多输出信道； 步骤三:在个接收天线的接收端，对接收信号进行处理，获得初期信号的估计值； 步骤四:将步骤三所述获得的初始信号的估计值经并行干扰消除技术处理，即根据获得的信号初始值对所有天线的信号进行重构，部分求和，得到当前天线的干扰信号，从总的接收信号中将干扰信号消除，将消除后的信号进行匹配滤波、判决，获得较为准确的信号； 步骤五:将步骤四获得的较为准确的信号再次经并行干扰消除技术处理，即将步骤四获得的较为准确的信号再次进行重构，部分求和，得到当前天线的干扰信号，从所述的较为准确的信号中将干扰信号消除，消除后的信号进行匹配滤波、判决，获得更为准确的信号。
2.如权利要求1所述的多天线单载波频分多址系统定时同步并行干扰消除方法，其特征在于:所述的步骤三中获得初期信号估计值的方法采用信道传输矩阵的QR分解的方法、或采用线性迫零、最小均方误差、以及串行干扰消除方法及其上述方法的组合方式获取。
3.如权利要求1或2所述的多天线单载波频分多址系统定时同步并行干扰消除方法，其特征在于:所述的获得初期信号估计值采用的信道传输矩阵QR分解的方法是在接收端，对信道传输矩阵进行QR分解变换，得到的酉矩阵与上三角矩阵的乘积，使用Q矩阵的共轭矩阵矩阵左乘接收向量，得到改进接收矢量，通过判决获得信号的初始值。
4.如权利要求1所述的多天线单载波频分多址系统定时同步并行干扰消除方法，其特征在于:所述的循环前缀是每帧数据符号尾部的复制部分，其长度小于每帧数据符号长度，与数据符号形成发送帧通过天线发送出去。
5.如权利要求1所述的多天线单载波频分多址系统定时同步并行干扰消除方法，其特征在于:所述的独立准静态瑞利平衰落多输入多输出信道，其建模元素为独立同分布的均值为O、方差为的复高斯随机变量，噪声为均值为零、方差为的加性高斯白噪声。
6.如权利要求1所述的多天线单载波频分多址系统定时同步并行干扰消除方法，其特征在于:在信号接收端，接收信号的采样频率与载波频率均无偏移，且无信道估计偏差。
7.如权利要求1所述的多天线单载波频分多址系统定时同步并行干扰消除方法，其特征在于:在信号发送端，所有发送天线使用同一个本振。
8.如权利要求1所述的多天线单载波频分多址系统定时同步并行干扰消除方法，其特征在于:在信号接收端，所有接收天线使用同一个本振。
【文档编号】H04J1/12GK103634259SQ201310635685
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年12月3日 优先权日:2013年12月3日
【发明者】彭端, 郭宁, 彭珞丽 申请人:广东工业大学