一种多天线交通通信网络系统及信号检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种多天线交通通信网络系统及信号检测方法。所述系统包括：一种多天线交通通信网络系统，其包括：发送端，其采用多输入多输出系统的空分复用技术，通过在车载节点或路侧节点上安装多根发送天线，利用MIMO信道传输交通通信信号；接收端，其通过在车载节点或路侧节点上安装多根接收天线接收信号，并通过合并各个天线上接收到的信号来联合检测信号；其中，在接收端采用基扩展模型对交通通信信道进行建模，基于该信道模型，采用信道估计方法估计基系数，从而得到信道信息；然后根据得到的信道信息，利用球形检测方法进行信号检测。本发明公开的上述系统和方法可以有效的降低交通通信网络的传输误码率；有效降低复杂度。
【专利说明】一种多天线交通通信网络系统及信号检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及交通通信网络中时频双选信道的信道估计与信号检测技术，特别是涉 及无线通信领域的多天线技术和球形检测技术。
【背景技术】
[0002] 交通通信系统通过车与车和车与路边单元之间的有效通信，可为车辆广播路况信 息，提供自适应导航等，从而保障车辆行驶的安全性。IEEE802. lip(又称Wireless Access in the Vehicular Environment，WAVE)是由IEEE 802. 11标准修改扩充的通信协议，主要 用于车载电子无线通信，以支持高速移动环境中车与车、车与路边单元进行通信。在高速 移动的车载环境下除了要提供传统的数据业务外，最主要的是要传送适时的安全与管理消 息，以提高车辆运行的安全性。IEEE 802. lip通过在物理层上扩大数据帧的保护间隔，使得 能可容忍的均方根时延更大，这样可以支持更高的移动速度。
[0003] 然而，IEEE 802. lip的数据速率最高为27Mbps，相对于802. lla/g的54Mbps减 半，这一数据速率对于当前车辆通信主要传输安全消息和一般数据服务来说基本是够用 的，但对于我国交通现状以及发展趋势，这样的原始数据速率显然不够；另外为了提高车辆 出行的安全性以及道路的通行能力，交通信息的准确传递及实时交互也是交通通信网络的 必然需要。提升交通信息可靠性和传输数据速率最有效的方式就是多天线（ΜΜ0)技术的 应用。而ΜΜ0的应用会带来一系列问题，比如说检测复杂度问题。ΜΜ0系统最简单的接 收技术是迫零（Zero Forcing, ZF)和最小均方误差（Minimum Mean Square Error, MMSE) 检测，这两种检测方法实现简单，但是对于多天线系统，它们只能获得分集阶数（diversity order)为1，不能达到有效利用ΜΙΜΟ系统优势的目的。而最大似然检测（Maximum Likelihood，ML)方法能够获得最优性能，但是具有很高的计算复杂度，不利于实际应用。
【发明内容】
[0004] 本发明采用ΜΙΜ0系统的空分复用（Spatial Multiplexing)技术来有效地提 高数据传输速率。假设发送天线数为Ντ，接收天线数为Ν κ，则空分复用阶数（Spatial Multiplexing Gain)可表示为：NS = min(NT，NK)。S卩，NS个数据流可以同时并行传输，从而 提高频谱利用率。
[0005] 为此，本发明提出了一种多天线交通通信网络系统，其包括：
[0006] 发送端，其采用多输入多输出系统的空分复用技术，通过在车载节点或路侧节点 上安装多根发送天线，利用ΜΜ0信道传输交通通信信号；
[0007] 接收端，其通过在车载节点或路侧节点上安装多根接收天线接收信号，并通过合 并各个天线上接收到的信号来联合检测信号；
[0008] 其中，在接收端采用基扩展模型对交通通信信道进行建模，基于该信道模型，采用 信道估计方法估计基系数，从而得到信道信息；然后根据得到的信道信息，利用球形检测方 法进行信号检测。
[0009] 本发明还提供了一种利用上述多天线交通通信网络系统接收端的信号检测方法， 其包括：
[0010] 步骤S1 :初始化阈值d2 = k = m表示发送信号矩阵中的第k个节点；m = 2NT
【权利要求】
1. 一种多天线交通通信网络系统，其包括： 发送端，其采用多输入多输出系统的空分复用技术，通过在车载节点或路侧节点上安 装多根发送天线，利用MIMO信道传输交通通信信号； 接收端，其通过在车载节点或路侧节点上安装多根接收天线接收信号，并通过合并各 个天线上接收到的信号来联合检测信号； 其中，在接收端采用基扩展模型对交通通信信道进行建模，基于该信道模型，采用信道 估计方法估计基系数，从而得到信道信息；然后根据得到的信道信息，利用球形检测方法进 行信号检测。
2. 如权利要求所述的系统，其中，所述信道模型如下表述：
其中，h(n，1)表示第1径在n采样时刻的信道状态信息，n= 0，1，. . .，N-l，1 = 0， 1，...，L-l，N为一个传输信号块内的采样点数，L为信道抽头数；bq为基函数向量，gq为基 系数；q= 0,1，...，Q，Q为基扩展模型的阶数，Q通常取值为
，ts为取样时 间间隔，为最大多普勒频移。
3. 如权利要求2所述的系统,其中，所沭某函数如下表示：
其中，
为基波频率； 信道信息如下表示：
t 采用最小二乘或者线性最小均方误差信道估计算法估计得出基系数，从而根据上式得 到信道信息。
4. 如权利要求1所述的系统，其中，所述利用球形检测方法进行信号检测过程中，根据 接收天线数目Nt将其建模为树形结构，树形结构的层数为接收天线数目Nt的2倍，根节点 为需要检测的信号向量中的第2NT个元素，每一层的叶子节点为实数调制集合中的星座点， 每层表示每根天线上发送信号的实部或虚部信号所有可能的元素。
5. 如权利要求4所述的系统，其中，所述球形检测方法是从所述树形结构的根节点开 始展开每一层并对相应的节点进行检验，如果该节点的权重函数大于预先定义的阈值，则 删除该节点以及该节点产生的所有分支及其子节点，直到发现叶子节点并更新所述预先定 义的阈值后，再返回上一层继续搜索，最终得到具有最小权重函数的检测信号。
6. 如权利要求5所述的系统，其中，所述检测信号可如下表示：
其中，H为信道估计得到的信道信息，对H进行QR分解得到
；NT为发送 天线数，Q为所采用调制方式所包括的星座点集合，X为发送信号矩阵。
7. -种利用权利要求1所述的多天线交通通信网络系统接收端的信号检测方法，其包 括： 步骤Sl:初始化阈值
表示发送信号矩阵中的第k个节点；
r
为发送信号矩阵，Nt为发送天线个数；将所有可能的信号星座点建 模为树形结构，根据发送天线数目Nt建模为2NT层的树结构；根节点为需要检测的信号向量X中的第2NT个元素，每一层的叶子节点为实数调制集合中的星座点，每层表示每根天线上 发送信号的实部和虚部信号所有可能的元素； 步骤S2 :检验k是否等于1 ;若是，进行步骤S12 ;若否，进行步骤S3 : 步骤S3 :展开当前节点，生成所有可能的子节点集合T，其中
，集 合中元素需满足不等式
》Sj为当前子节点 所代表的星座点；其中，接收信号可以表示为：Y=HX+W，这里，X为频域OFDM发送信号矩 阵，W为频域信道噪声，
，p= 0，1，…，N-1， N为一个传输信号块内的采样点数，对H进行QR分解得到
、Zi为矩阵Z中 第i个元素，rq为矩阵R中第i行，j列元素，\_为当前子节点所代表的星座点； 步骤S4 :按照权重函数的计算值从小到大对所有节点排序，第i个节点的代价函数值 为：
; 步骤S5 :从第一个子节点元素开始检测，使得
步骤S6 :检查该子节点否为集合T中的节点，若否，进行步骤S12 ;若是；进行步骤S7 ; 步骤S7 :检查目前节点是否为叶子节点即k= 1，若是，进行步骤S8 ;若否，进行步骤 Sll； 步骤S8 :检查该节点累积代价函数值是否小于d2,若是，进行步骤S9 ;若否，进行步骤 SlO； 步骤S9 :将阈值d2更新为该节点累积代价函数值，且i=S,g为检测到的信号矩阵； 步骤SlO:转到检查集合T中的下一个节点Sk =tp，即p=P+1，并执行步骤S6 ; 步骤Sll:转到树形结构的下一层节点，即k=k-1，并转到执行步骤S2 : 步骤S12 :输出存储的向量L
8. 如权利要求7所述的检测方法，其中，步骤S8中该节点累积代价函数值如下计算：
9. 如权利要求7所述的检测方法，其中，步骤S9中如下更新阈值d2 :
【文档编号】H04B17/00GK104243069SQ201410495382
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月24日 优先权日:2014年9月24日
【发明者】韩双双, 杨柳青, 朱凤华, 王飞跃, 陈世超 申请人:中国科学院自动化研究所