简化的迫零均衡滤波器计算方法

专利名称：简化的迫零均衡滤波器计算方法
技术领域：
本发明涉及两种通信接收机中使用的迫零均衡滤波器(ZF-BLE)的简化计算方法，尤其涉及TD-SCDMA接收机或者其他通信接收机中两种改进的ZF-BLE快速计算方法。
背景技术：
在通信系统中，接收方要对接收信号进行滤波，滤除噪音干扰，恢复出传送的数据。迫零均衡滤波器(ZF-BLE)就是一种可以选择的方法。TD-SCDMA系统使用了ZF-BLE，为了实现ZF-BLE过程，接收机经过了如下一些处理对接收信号进行数据部分和训练序列部分的分离，并选择训练序列部分进行多用户的联合信道估计。
利用多用户的联合信道响应，构造系统矩阵。系统矩阵反映了多用户信源从发射端到接收端经历的过程，包括了扩频加扰、无线信道的传输。
实施迫零均衡滤波器算法，计算公式d^|Rn=σ2I=(AHA)-1AHy]]> 表示传送数据的估计，是[NK×1]的列向量，N表示每个用户的数据数量，K表示用户数量；Rn＝σ2I是多用户白噪音的协方差矩阵，是[K×K]矩阵；A是系统矩阵，它是[(LN+W-1)×NK]矩阵，L表示扰码长度，W表示窗长；y表示接收信号，在一倍码片速率情况下，是[NK×1]的列向量；H表示共轭转置；AHA是系统矩阵的协方差矩阵，它是[NK×NK]矩阵。
公式里AHy表示匹配滤波，可以用滑动相关来实现。(AHA)-1表示均衡器，需要求解[NK×NK]矩阵的逆，一般的方法是用上下三角矩阵分解，对非零元素递推的方法求逆。因为[NK×NK]矩阵规模较大，使计算量大，误差易发散。
由于无线通信信道噪音和干扰的存在，使信道响应估计包含了误差，造成系统矩阵A失真。如果使用递推的方法来求逆，会使后序信号的信号处理的信噪比进一步恶化，误码率增加。

发明内容
本发明的目的是提供两种简单的ZF-BLE计算方法，这两种方法是有效的，计算量小的，改进的ZF-BLE计算方法。可以减少计算量，加快计算速度，减少设备量，降低接收机成本。此技术既可以应用在系统一侧，也可以应用在移动台一侧。
本发明提出了两种简化的计算方法，方法一，对MAI进行均衡，放弃对ISI的均衡。
该方法包括如下6个步骤步骤1.每个用户的信道响应hk和每个用户的扰码信道码ScrambleOVSFk卷积，得到Bk向量Bk＝hkScrambleOVSFkBk是[(L+W-1)×1]复数列向量；步骤2.K个用户的Bk排列成简化的新的系统矩阵B，是[(L+W-1)×K]矩阵；步骤3.求B矩阵的协方差矩阵BHB，是[K×K]矩阵；步骤4.求矩阵BHB的逆(BHB)-1，是[K×K]矩阵；步骤5.对匹配滤波后的[NK×1]列向量AHy，重新排列MF＝reshape(AHy，k，N)它是[K×N]矩阵，reshape表示重新排列；步骤6.实施均衡，d^|Rn=σ2I=(BHB)-1MF.]]>方法二，对MAI和ISI同时进行均衡。
该方法包括如下8个步骤
步骤1.每个用户的信道响应hk和每个用户的扰码信道码ScrambleOVSFk卷积，得到Bk向量Bk＝hkScrambleOVSFk，Bk是[(L+W-1)×1]复数列向量；步骤2.K个用户的Bk排列成简化的系统矩阵B，它是[(L+W-1)×K]矩阵；步骤3.对矩阵B进行分解Bu＝B(1:W-1，1:K)，Bd＝B(L+1:L+W-1，1:K)，其中表示矩阵行、列的排列；步骤4.直接计算出AHA中的分块矩阵ara，它是[2K×2K]矩阵ara=BHBBdHBuBuHBdBHB;]]>步骤5.计算ara的逆矩阵ara-1，是一个[2K×2K]分块矩阵，ara-1=abca;]]>步骤6.对匹配滤波后的[NK×1]列向量AHy，重新排列MF＝reshape(AHy，K，N)，它是[K×N]矩阵，reshape表示重新排列；步骤7.均衡的具体计算方法是，用矩阵a、b、c分别去乘以数据MF，d^a=aMF,]]>d^b=bMF,]]>d^c=cMF,]]> 都是[K×N]矩阵；步骤8.把 的第1列置0，得到 把 的第N列置0，得到 然后把 和 对应项相加，得到数据的估计 d^=d^a+d^b0+d^c0.]]>


图1是迫零均衡滤波器110在通信系统中的位置示意图；图2是本发明第一种方法210和第二种方法410中的迫零均衡滤波器的示意图；图3是本发明第一种方法210所涉及矩阵和变换关系示意图；图4是本发明第二种方法410所涉及矩阵和变换关系示意图。
具体实施例方式
首先描述本发明的原理。TD-SCDMA系统采用了迫零均衡滤波器(ZF-BLE)联合检测方法，经过AHy匹配滤波后的符号要被(AHA)-1均衡，消除ISI和MAI。ISI是前后符号的交叉干扰，是多径干扰造成，MAI是多用户干扰。本发明第一种方法的思路是放弃对次要干扰ISI的均衡，只对主要的干扰MAI均衡，具体操作时没有使用传统的系统矩阵A，而是定义了简化的新的系统矩阵B，它规模小，减少了计算量。这种方法可以用在郊区，多径干扰少的环境的基站和手机。本发明第二种方法对ISI和MAI干扰同时进行均衡。运用了简化的矩阵ara-1，它规模小，减少了计算量，但是带来了一定的误差，这些误差是在容许的范围。这种方法可以用在城市，多径干扰大的环境的基站和手机。
传统的方法是用B矩阵构成系统矩阵A，计算A的相关矩阵AHA，针对其中中非零元素，用递推方法求其逆，其缺点如前述。本发明第一种方法是直接计算B的相关矩阵的逆(BHB)-1；本发明第二种方法，是直接计算相关矩阵AHA的分块矩阵ara的逆ara-1。
第一种方法用(BHB)-1对匹配滤波以后，重新排列的公式(2)的数据MF，进行MAI均衡。第二种方法用ara-1对MF，进行ISI和MAI均衡。
这样的处理方式，减少了计算量。
下面结合附图对本发明作详细说明。
首先描述本发明的第一种方法。每个用户的信道响应hk和每个用户的扰码信道码ScrambleOVSFk卷积，得到Bk向量Bk＝hkScrambleOVSFk，Bk是[(L+W-1)×1]复数列向量。
接着K个用户的Bk排列成简化的新的系统矩阵B，它是[(L+W-1)×K]矩阵，并且求出B矩阵的协方差矩阵BHB，它是[K×K]矩阵。
在图3中，相关矩阵BHBkron310，输入上一步骤中形成的简化的系统矩阵B的协方差矩阵BHB，在对角线上按数据量N排列BHB，形成分块矩阵BHBkron。用公式表示，BHBkron＝kron(eye(N)，BHB)，它是[NK×NK]矩阵，eye是[N×N]单位矩阵，kron表示重复排列，是MATLAB语言的函数。此过程在第一种方法的步骤里并没有具体实施，而是说明BHBkron相当传统的系统矩阵A的，协方差AHA。
BHB求逆器320，对上述形成的BHB求逆操作，得到(BHB)-1。
相关矩阵BHBkron的逆矩阵330，因为(BHBkron)-1＝(BHB)-1kron。可以在对角线上按数据量N排列(BHB)-1，形成分块矩阵(BHB)-1kron。用公式表示，(BHB)-1kron＝kron(eye(N)，(BHB)-1)，它是[NK×NK]矩阵。此过程在方法一的步骤里并没有具体实施，而是说明(BHB)-1kron相当传统的协方差AHA的逆矩阵(AHA)-1。
通过对(BHB)-1kron的分析，对匹配滤波后的[NK×1]列向量AHy重新排列操作MF＝reshape(AHy，K，N)，然后，可以直接实施均衡操作d^|Rn=σ2I=(BHB)-1MF,]]>得到最终的估计数据 下面描述本发明的第二种方法。对第一种方法中得到的[(L+W-1)×K]矩阵B进行分解Bu＝B(1:W-1，1:K)，Bd＝B(L+1:L+W-1，1:K)，其中:表示矩阵行、列的排列。
图4中，系统矩阵A的相关矩阵510，直接计算出AHA中的分块矩阵ara，ara=BHBBdHBuBuHBdBHB,]]>AHA是由分块矩阵ara在矩阵对角线上排列构成。AHA在第二种方法的步骤里并没有具体计算，而是用来说明传统的系统矩阵A的，协方差AHA的构成。
求逆器520直接对ara求逆操作，得到ara-1。它也是分块矩阵，由分块矩阵a、b、c构成，ara-1=abca.]]>简化的AHA的逆矩阵530，按照每个用户的数据数量N，在矩阵的对角线上排列分块矩阵ara-1，得到简化的均衡器矩阵(AHA)-1kron。此过程在方法二的步骤里并没有具体实施，而是说明(AHA)-1kron。相当传统的协方差AHA的逆矩阵(AHA)-1。
通过对(AHA)-1kron的分析，可以利用小的分块矩阵a、b、c直接对匹配滤波以后的数据MF进行均衡操作，d^a=aMF,]]>d^b=bMF,]]>d^c=cMF,]]> 都是[K×N]矩阵。然后，把 的第1列置0，得到 把 的第N列置0，得到 然后把 和 对应项相加，得到数据的估计d^:d^=d^a+d^b0+d^c0,]]>因而得到最终的估计数据 以上所述两种简化算法，一般的通信系统工程师就可以在设备中顺利实现。
权利要求
1.一种迫零均衡滤波器简化计算的方法，其中包括步骤1.每个用户的信道响应hk和每个用户的扰码信道码ScrambleOVSFk卷积，得到Bk向量Bk＝hkScrambleOVSFk，Bk是[(L+W-1)×1]复数列向量；步骤2.K个用户的Bk排列成简化的系统矩阵B，它是[(L+W-1)×K]矩阵；步骤3.求B矩阵的协方差矩阵BHB，它是[K×K]矩阵；步骤4.求矩阵BHB的逆(BHB)-1，是[K×K]矩阵；步骤5.对匹配滤波后的[NK×1]列向量AHy，重新排列MF＝reshape(AHy，K，N)，它是[K×N]矩阵，reshape表示重新排列；步骤6.实施均衡，d^|Rn=σ21=(BHB)-1MF.]]>
2.一种迫零均衡滤波器简化计算方法，其中包括步骤1.每个用户的信道响应hk和每个用户的扰码信道码ScrambleOVSFk卷积，得到Bk向量Bk＝hkScrambleOVSFk，Bk是[(L+W-1)×1]复数列向量；步骤2.K个用户的Bk排列成简化的系统矩阵B，它是[(L+W-1)×K]矩阵；步骤3.对矩阵B进行分解Bu＝B(1:W-1，1:K)，Bd＝B(L+1:L+W-1，1:K)，其中:表示矩阵行、列的排列；步骤4.直接计算出AHA中的分块矩阵ara，它是[2K×2K]矩阵ara=BHBBdHBuBuHBdBHB;]]>步骤5.计算ara的逆矩阵ara-1，是一个[2K×2K]分块矩阵，ara-1=abca;]]>步骤6.对匹配滤波后的[NK×1]列向量AHy，重新排列MF＝reshape(AHy，K，N)，它是[K×N]矩阵，reshape表示重新排列；步骤7.均衡的具体计算方法是，用矩阵a、b、c分别去乘以数据MF，d^a=aMF,]]>d^b=bMF,]]>d^c=cMF,]]> 都是[K×N]矩阵；步骤8.把 的第1列置0，得到 把 的第N列置0，得到 然后把 和 对应项相加，得到数据的估计 d^=d^a+d^b0+d^c0.]]>
全文摘要
本发明涉及两种通信接收机中使用的迫零均衡滤波器(ZF－BLE)的简化计算方法。在TD－SCDMA通信系统中，第一种方法计算出简化的系统矩阵B，由此计算出B的相关矩阵B
文档编号H04B7/26GK1885727SQ20061008963
公开日2006年12月27日 申请日期2006年7月7日 优先权日2006年7月7日
发明者倪明 申请人:北京北方烽火科技有限公司