信号检测装置、方法以及滤波器组多载波系统与流程

本发明实施例涉及多载波通信技术领域，尤其涉及一种信号检测装置、方法以及滤波器组多载波(fbmc，filter-bankmulticarrier)系统。

背景技术：

fbmc具有比正交频分复用(ofdm，orthogonalfrequencydivisionmultiplexing)更低的功率密度谱旁瓣。但是fbmc只能和实值或者虚值的调制技术相结合，例如脉冲幅度调制(pam，pulseamplitudemodulation)或者差分正交幅度调制(oqam，offsetquadratureamplitudemodulation)；因为fbmc只在实数域或者虚数域正交，在复数域内不正交，这个特性使得fbmc的应用受到局限。

例如fbmc的信道估计在多径衰落信道环境下特别复杂，因为信道响应总是复数值的，这导致数据和导频之间会相互干扰。再例如fbmc和多输入多输出(mimo，multipleinputmultipleoutput)结合时也不如ofdm方便，因为ofdm在衰落信道下只存在天线间干扰，而fbmc不仅存在天线间干扰还包含子载波间的干扰。

因此，目前的fbmc系统存在应用受限以及传输性能不够高的问题。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种信号检测装置、方法以及滤波器组多载波系统。无需改变fbmc发送端的原型滤波器，尽量保留fbmc原始的功率谱旁瓣的性质。

根据本发明实施例的第一个方面，提供一种信号检测装置，配置于滤波器组多载波系统，所述信号检测装置包括：

信号处理单元，其将接收到的多载波符号进行傅里叶变换和解扩频；

干扰消除单元，其基于符号间相关矩阵对符号进行非线性的符号间干扰消除；

线性均衡单元，其基于载波间相关矩阵对符号进行线性的载波间干扰消除；以及

解调单元，其将进行了符号间干扰消除和载波间干扰消除后的符号进行解调。

根据本发明实施例的第二个方面，提供一种信号检测方法，应用于滤波器组多载波系统，所述信号检测方法包括：

将接收到的多载波符号进行傅里叶变换和解扩频；

基于符号间相关矩阵对符号进行非线性的符号间干扰消除；

基于载波间相关矩阵对符号进行线性的载波间干扰消除；以及

将进行了符号间干扰消除和载波间干扰消除后的符号进行解调。

根据本发明实施例的第三个方面，提供一种滤波器组多载波系统，所述滤波器组多载波系统包括：

发送端，其使用滤波器组多载波原型滤波器生成并发送多载波信号；

接收端，其包括如上所述的信号检测装置。

本发明实施例的有益效果在于：接收端进行非线性的符号间干扰消除(isi，intersymbolinterference)和线性的载波间干扰消除(ici，intercarrierinterference)；可以删除复数域内多载波符号的干扰，从而即使在发送端采用qam方式，信号也可以在fbmc系统中传输，而无需改变fbmc发送端的原型滤波器，能够最大限度地保留fbmc原始的功率谱旁瓣的性质。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明实施例的特定实施方式，指明了本发明实施例的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施方式，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是本发明实施例1的信号检测装置的示意图；

图2是本发明实施例1的加权扩频的示意图；

图3是本发明实施例1的加权扩频的另一示意图；

图4是本发明实施例1的符号叠加的示意图；

图5是本发明实施例1的两级干扰消除的示意图；

图6是本发明实施例2的信号检测方法的示意图；

图7是本发明实施例2的信号检测方法的另一示意图；

图8是本发明实施例3的fbmc系统的示意图；

图9是本发明实施例3的接收机的示意图。

具体实施方式

参照附图，通过下面的说明书，本发明实施例的前述以及其它特征将变得明显。在说明书和附图中，具体公开了本发明的特定实施方式，其表明了其中可以采用本发明实施例的原则的部分实施方式，应了解的是，本发明不限于所描述的实施方式，相反，本发明实施例包括落入所附权利要求的范围内的全部修改、变型以及等同物。

实施例1

本发明实施例提供一种信号检测装置，配置于fbmc系统；该信号检测装置可以配置在fbmc系统的接收端。

图1是本发明实施例的信号检测装置的示意图，如图1所示，信号检测装置100包括：

信号处理单元101，其将接收到的多载波符号进行傅里叶变换和解扩频；

干扰消除单元102，其基于符号间相关矩阵对符号进行非线性的符号间干扰消除；

线性均衡单元103，其基于载波间相关矩阵对符号进行线性的载波间干扰消除；以及

解调单元104，其将进行了符号间干扰消除和载波间干扰消除后的符号进行解调。

在本实施例中，可以对接收端的多载波信号进行两级干扰消除：isi和ici；由此，即使在发送端采用正交幅度调制(qam，quadratureamplitudemodulation)方式，信号也可以在fbmc系统中传输，而无需改变fbmc发送端的原型滤波器，能够最大限度地保留fbmc原始的功率谱旁瓣的性质。

在本实施例中，干扰消除单元102和线性均衡单元103可以基于解调后的符号，迭代地进行isi和ici。由此，可以进一步提升干扰消除的效果，获得更加准确的检测结果。

为了更加清楚地说明，以下先示意性地对fbmc的发送端进行说明。

在fbmc的发送端，信号需要先进行调制，本发明实施例可以使用qam方式进行调制，而无需oqam等方式；调制符号可以为复数值，在经过加权扩频、逆傅里叶变换(例如ifft)和叠加等处理后形成多载波信号。

图2是本发明实施例的加权扩频的示意图；图3是本发明实施例的加权扩频的另一示意图；图4是本发明实施例的符号叠加的示意图，示出了以奇数位和偶数位为例的情况。

其中，k为过采样率(例如k＝4)，n为总的子信道数，被扩展的逆快速傅里叶变换(ifft，inversefastfouriertransform)的大小为n*k；每个子信道调制2*k-1个子载波。

在本实施例中，扩频码即每个子信道的原型滤波器的频率响应，可以表示为：

c(2k-1)×1＝[hk-1...h1h0h1...hk-1]^t

上述这些值是符合奈奎斯特准则的值，例如一些可用值如下：

表1

奇数位子信道的联合扩频码矩阵可以为：

偶数子信道的扩频码矩阵可以为：

经过扩频之后的每个子载波上承载的信号可以为：

codd·dodd(n)+ceven·deven(n)

其中，dodd(n)被定义为：

[d1(n)d3(n)...dn-1(n)]^t；

deven(n）被定义为：

[d2(n)d4(n)...dn(n)]^t；

n为符号的序号，n＝1,2,3,…。n为ifft/fft的点数(即子信道的数目)，假设为偶数。

如果将奇数和偶数子信道结合起来，可以表达为

c·d(n)

其中，c为扩频矩阵，可以被定义为：

d(n)被定义为：

[d1(n)d2(n)...dn(n)]^t

在经过ifft之后，第n个多载波符号为：

x(n)＝idft·c·d(n)＝idft·(codd·dodd(n)+ceven·deven(n))。

其中，idft为逆离散傅里叶变换矩阵，是可以根据fbmc原型滤波器预先确定的矩阵参数，可以参考相关技术。

在本实施例中，发送端共有2k-1个符号在时域上相加，叠加的信号可以记为x′(n)，由于奈奎斯特准则，在接收端并不会造成实数域内的符号间干扰，但复数域内是存在干扰的。

以上对fbmc的发送端进行了示意性说明，以下对于fbmc的接收端进行说明。

在本实施例中，在加性高斯白噪声信道下，接收端接收的信号可以表示为：

y(n)＝x(n)+w(n)，其中w(n)为白噪声部分。

在本实施例中，与上述发送端的加权扩频、ifft和叠加等操作相对应地，信号处理单元101可以将接收到的多载波符号进行傅里叶变换(例如fft)和解扩频等处理；关于信号处理的具体实施方式，本发明不再赘述。

在本实施例中，如上所述，在fbmc的原型滤波器被确定的情况下，idft和c也可以被预先确定。基于这两个矩阵，本发明实施例可以确定进行isi和ici的符号间相关矩阵和载波间相关矩阵。

例如可以定义g为

则载波间相关矩阵ρ0为g^h·g；其中，idft表示逆离散傅里叶变换矩阵，c表示扩频矩阵，n为子信道的数目，k为过采样率。该载波间相关矩阵ρ0可以用于消除同一符号中不同子载波间的干扰，即ρ0可以用于ici。

例如，在k＝2的情况下，

上述矩阵空白处元素为0。

值得注意的是，该载波间相关矩阵ρ0不限于此；在fbmc的原型滤波器被确定的情况下，ρ0可以根据idft和c被预先确定。

在本实施例中，符号间相关矩阵ρk为g^h·g′k；其中，

idft表示所述逆离散傅里叶变换矩阵，c表示所述扩频矩阵，n为子信道的数目，k为过采样率；-k≤k≤k，k≠0。该符号间相关矩阵ρk可以用于消除不同符号间的干扰，即ρk可以用于isi。

例如，在k＝2的情况下，

上述矩阵空白处元素为0。

值得注意的是，该符号间相关矩阵ρk不限于此；在fbmc的原型滤波器被确定的情况下，ρk可以根据idft和c被预先确定。

以上仅示意性说明了载波间相关矩阵和符号间相关矩阵的具体实施方式，但本发明不限于此，例如还可以对载波间相关矩阵ρ0和符号间相关矩阵ρk的上述定义进行适当地变型或者调整。

在本实施例中，干扰消除单元102可以使用如下的公式进行符号间干扰消除：

其中，为进行isi后的符号，n为符号的序号；为进行isi前的符号；ρk为所述符号间相关矩阵，k为过采样率；-k≤k≤k，k≠0。表示第n-k个符号的估计值。

在本实施例中，线性均衡单元103可以使用迫零(zf，zero-forcing)方法进行线性均衡，也可以使用最小均方误差(minimummeansquareerror)法进行线性均衡，关于zf或mmse方法的具体内容可以参考相关技术。

例如，线性均衡单元103可以使用如下的公式进行ici：

其中，为采用zf方法进行ici后的符号，n为符号的序号；ρ0为所述载波间相关矩阵，为进行ici前的符号。

或者，线性均衡单元103也可以使用如下的公式进行ici：

为采用mmse方法进行载波间干扰消除后的符号，σ²为信号的白噪声，β为修正因子，i为单位阵。

图5是本发明实施例的两级干扰消除的示意图。如图5所示，接收端的多载波信号在进行fft和解扩频之后，可以迭代地进行isi和ici。

表2示意性示出了迭代地进行干扰消除的形式化描述。

表2

其中，yn是第n个多载波符号的接收信号，n是多载波符号的序号。m是总的待检测的多载波符号个数；例如m＝10，即10个多载波符号为一组检测。是第n个符号在第r次迭代时的每个子载波的数据符号的检测结果，r是总迭代次数。

qeq是ici的均衡矩阵，例如可以是zf的均衡矩阵：也可以是mmse的均衡矩阵：其中，n和r出现复数或者大于m的值，是为了形式化描述方便。

wdft为dft矩阵，是可以预先确定的参数。ρn,n+k为isi的符号间相关矩阵，是ρ-k 的另一种表达形式。

值得注意的是，以上仅以实例的形式对本发明的isi和ici迭代过程进行了示意性说明，但本发明不限于此，例如还可以采用其他的表述方式。例如可以对某些计算步骤进行变化，例如还可以使用等效的时域表述方式(本发明示意性示出了频域内的描述方式)。

由上述实施例可知，接收端进行非线性的isi和线性的ici；可以删除复数域内多载波符号的干扰，从而使得即使在发送端采用qam方式，信号也可以在fbmc系统中传输，而无需改变fbmc发送端的原型滤波器，能够最大限度地保留fbmc原始的功率谱旁瓣的性质。

实施例2

本发明实施例提供一种信号检测方法，应用于fbmc系统。本发明实施例与实施例1相同的内容不再赘述。

图6是本发明实施例的信号检测方法的示意图，如图6所示，所述信号检测方法包括：

步骤601，将接收到的多载波符号进行傅里叶变换和解扩频；

步骤602，基于符号间相关矩阵对符号进行非线性的符号间干扰消除；

步骤603，基于载波间相关矩阵对符号进行线性的载波间干扰消除；以及

步骤604，将进行了符号间干扰消除和载波间干扰消除后的符号进行解调。

在本实施例中，符号间相关矩阵和载波间相关矩阵可以基于逆离散傅里叶变换矩阵和扩频矩阵被预先确定，具体如何确定可以如实施例1所述。

在本实施例中，可以基于解调后的符号，迭代地进行符号间干扰消除和载波间干扰消除。

图7是本发明实施例的信号检测方法的另一示意图，如图7所示，所述信号检测方法包括：

步骤701，将接收到的多载波符号进行傅里叶变换和解扩频；

步骤702，基于符号间相关矩阵对符号进行非线性的符号间干扰消除；

步骤703，基于载波间相关矩阵对符号进行线性的载波间干扰消除；以及

步骤704，将进行了符号间干扰消除和载波间干扰消除后的符号进行解调；

步骤705，判断是否满足迭代条件；在满足迭代条件的情况下结束信号检测过程，在不满足迭代条件的情况下执行步骤702，基于解调后的符号迭代地进行isi和ici。

在本实施例中，迭代条件可以被预先确定，例如可以是一定的迭代次数或者时间，也可以是信号检测的结果满足一定的条件(例如两次迭代的结果不超过预设阈值)等等；本发明不限于此。

值得注意的是，图6和7仅示意性地对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于此。例如可以适当地调整各个步骤之间的执行顺序，此外还可以增加其他的一些步骤或者减少其中的某些步骤。本领域的技术人员可以根据上述内容进行适当地变型，而不仅限于上述附图的记载。

由上述实施例可知，接收端进行非线性的isi和线性的ici；可以删除复数域内多载波符号的干扰，从而使得即使在发送端采用qam方式，信号也可以在fbmc系统中传输，而无需改变fbmc发送端的原型滤波器，能够最大限度地保留fbmc原始的功率谱旁瓣的性质。

实施例3

本发明实施例提供一种fbmc系统，与实施例1或2相同的内容不再赘述。

图8是本发明实施例的fbmc系统的示意图，如图8所示，fbmc系统800包括：发送端801和接收端802；其中发送端801使用fbmc原型滤波器生成并发送多载波信号，可以参考相关技术；接收端802被配置有如实施例1所述的信号检测装置100。

本发明实施例还提供一种接收机。

图9是本发明实施例的接收机的示意图。如图9所示，接收机900可以包括：中央处理器(cpu)901和存储器110；存储器110耦合到中央处理器901。其中该存储器110可存储各种数据；此外还存储信息处理的程序，并且在中央处理器901的控制下执行该程序。

在一个实施方式中，信号检测装置100的功能可以被集成到中央处理器901中。其中，中央处理器901可以被配置为实现如实施例2所述的信号检测方法。

例如，中央处理器901可以被配置进行如下控制：将接收到的多载波符号进行傅里叶变换和解扩频；基于符号间相关矩阵对符号进行非线性的符号间干扰消除；基于载波间相关矩阵对符号进行线性的载波间干扰消除；以及将进行了符号间干扰消除和载波间干扰消除后的符号进行解调。

在另一个实施方式中，信号检测装置100可以与中央处理器901分开配置，例如 可以将信号检测装置100配置为与中央处理器901连接的芯片，通过中央处理器901的控制来实现信号检测装置100的功能。

此外，如图9所示，接收机900还可以包括：输入输出单元120等；其中，上述部件的功能与现有技术类似，此处不再赘述。值得注意的是，接收机900也并不是必须要包括图9中所示的所有部件；此外，接收机900还可以包括图9中没有示出的部件，可以参考现有技术。

本发明实施例还提供一种计算机可读程序，其中当在接收机中执行所述程序时，所述程序使得所述接收机执行如实施例2所述的信号检测方法。

本发明实施例还提供一种存储有计算机可读程序的存储介质，其中所述计算机可读程序使得接收机执行如实施例2所述的信号检测方法。

本发明以上的装置和方法可以由硬件实现，也可以由硬件结合软件实现。本发明涉及这样的计算机可读程序，当该程序被逻辑部件所执行时，能够使该逻辑部件实现上文所述的装置或构成部件，或使该逻辑部件实现上文所述的各种方法或步骤。本发明还涉及用于存储以上程序的存储介质，如硬盘、磁盘、光盘、dvd、flash存储器等。

结合本发明实施例描述的装置和/或方法可直接体现为硬件、由处理器执行的软件模块或二者组合。例如，图1中所示的功能框图中的一个或多个和/或功能框图的一个或多个组合(例如，干扰消除单元和线性均衡单元等)，既可以对应于计算机程序流程的各个软件模块，亦可以对应于各个硬件模块。这些软件模块，可以分别对应于图6所示的各个步骤。这些硬件模块例如可利用现场可编程门阵列(fpga)将这些软件模块固化而实现。

以上结合具体的实施方式对本发明进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本发明保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本发明原理对本发明做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本发明的范围内。

关于包括以上实施例的实施方式，还公开下述的附记：

(附记1)一种信号检测装置，配置于滤波器组多载波系统，所述信号检测装置包括：

信号处理单元，其将接收到的多载波符号进行傅里叶变换和解扩频；

干扰消除单元，其基于符号间相关矩阵对符号进行非线性的符号间干扰消除；

线性均衡单元，其基于载波间相关矩阵对符号进行线性的载波间干扰消除；以及

解调单元，其将进行了符号间干扰消除和载波间干扰消除后的符号进行解调。

(附记2)根据附记1所述的信号检测装置，其中，所述干扰消除单元和线性均衡单元基于解调后的符号迭代地进行所述符号间干扰消除和所述载波间干扰消除。

(附记3)根据附记1所述的信号检测装置，其中，所述符号间相关矩阵和所述载波间相关矩阵基于逆离散傅里叶变换矩阵和扩频矩阵被确定。

(附记4)根据附记3所述的信号检测装置，其中，所述载波间相关矩阵ρ0为g^h·g；

其中，g为

idft表示所述逆离散傅里叶变换矩阵，c表示所述扩频矩阵，n为子信道的数目，k为过采样率。

(附记5)根据附记3所述的信号检测装置，其中，所述符号间相关矩阵ρk为g^h·g′k；

其中，g为

idft表示所述逆离散傅里叶变换矩阵，c表示所述扩频矩阵，n为子信道的数目，k为过采样率；-k≤k≤k，k≠0。

(附记6)根据附记1所述的信号检测装置，其中，所述干扰消除单元使用如下的公式进行符号间干扰消除：

其中，为进行符号间干扰消除后的符号，n为符号的序号；为进行符号间干扰消除前的符号；ρk为所述符号间相关矩阵，k为过采样率；-k≤k≤k，k≠0。

(附记7)根据附记1所述的信号检测装置，其中，所述线性均衡单元使用如下的公式进行载波间干扰消除：

或者

其中，为采用迫零方法进行载波间干扰消除后的符号，n为符号的序号；ρ0为所述载波间相关矩阵，为进行载波间干扰消除前的符号。

(附记8)根据附记1所述的信号检测装置，其中，所述线性均衡单元使用如下 的公式进行载波间干扰消除：

其中，为采用最小均方误差方法进行载波间干扰消除后的符号，n为符号的序号；ρ0为所述载波间相关矩阵，为进行载波间干扰消除前的符号；σ²为信号的白噪声，β为修正因子，i为单位阵。

(附记9)一种信号检测方法，应用于滤波器组多载波系统，所述信号检测方法包括：

将接收到的多载波符号进行傅里叶变换和解扩频；

基于符号间相关矩阵对符号进行非线性的符号间干扰消除；

基于载波间相关矩阵对符号进行线性的载波间干扰消除；以及

将进行了符号间干扰消除和载波间干扰消除后的符号进行解调。

(附记10)根据附记9所述的信号检测方法，其中，所述方法还包括：

基于解调后的符号迭代地进行所述符号间干扰消除和所述载波间干扰消除。

(附记11)根据附记9所述的信号检测方法，其中，所述符号间相关矩阵和所述载波间相关矩阵基于逆离散傅里叶变换矩阵和扩频矩阵被确定。

(附记12)根据附记11所述的信号检测方法，其中，所述载波间相关矩阵ρ0为g^h·g；

其中，g为

idft表示所述逆离散傅里叶变换矩阵，c表示所述扩频矩阵，n为子信道的数目，k为过采样率。

(附记13)根据附记11所述的信号检测方法，其中，所述符号间相关矩阵ρk为g^h·g′k；

其中，g为

idft表示所述逆离散傅里叶变换矩阵，c表示所述扩频矩阵，n为子信道的数目，k为过采样率；-k≤k≤k，k≠0。

(附记14)根据附记9所述的信号检测方法，其中，使用如下的公式进行符号间干扰消除：

其中，为进行符号间干扰消除后的符号，n为符号的序号；为进行符号间干扰消除前的符号；ρk为所述符号间相关矩阵，k为过采样率；-k≤k≤k，k≠0。

(附记15)根据附记9所述的信号检测方法，其中，使用如下的公式进行载波间干扰消除：

或者

其中，为采用迫零方法进行载波间干扰消除后的符号，n为符号的序号；ρ0为所述载波间相关矩阵，为进行载波间干扰消除前的符号。

(附记16)根据附记9所述的信号检测方法，其中，使用如下的公式进行载波 间干扰消除：

其中，为采用最小均方误差方法进行载波间干扰消除后的符号，n为符号的序号；ρ0为所述载波间相关矩阵，为进行载波间干扰消除前的符号；σ²为信号的白噪声，β为修正因子，i为单位阵。

(附记17)一种接收机，配置于滤波器组多载波系统，所述接收机包括如附记1至8任一项所述的信号检测装置。

(附记18)一种滤波器组多载波系统，包括：

发送端，使用fbmc原型滤波器生成并发射多载波信号；

接收端，包括如附记1至8任一项所述的信号检测装置。