专利名称：基于单载波频域均衡的选择反馈检测方法
技术领域：
本发明涉及一种通过使用多个发送天线/接受天线来传输高速数据的移动通信系统，且涉及缓解宽带系统中符号间干扰问题的单载波频域均衡(SC-FDE)技术，尤其涉及一种用于多天线无线通信系统的信号检测方法。所涉及的无线通信系统具有一个或以上的接收天线和一个或以上的发送天线。
背景技术：
信息论研究表明在存在丰富散射的无线信道条件下，多输入多输出(MIMO)系统可以获得比单发单收系统更高的容量，在发射端，不同的发送天线发送不同的符号流，在接受端，通过适当的检测方法根据由发送符号流及噪声叠加而成的接受符号恢复出发送符号。
相对于正交频分复用(OFDM)技术，单载波频域均衡(SC-FDE)技术有低的峰均比和对频偏不敏感的特点。同时，在检测复杂度相同的条件下，SC-FDE和OFDM能够达到相同的性能。基于最小均方误差(MMSE)准则的单载波频域线性均衡(FD-LE)，仅通过在频域的线性均衡来实现对接收信号的检测，性能相对较差。频域均衡时域判决反馈(FD-DFE)检测，通过对时域的判决反馈，能够进一步消除符号间干扰。性能较FD-LE优。但在MMSE准则下，FD-DFE的频域抽头系数依赖于时域抽头系数，从而导致计算复杂度较高。相比之下，基于噪声预测的频域均衡(FDE-NP)技术通过时域的噪声预测，达到与同阶数的FD-DFE完全相同的性能，同时基于MMSE准则，FDE-NP结构能够实现了频域和时域抽头系数的独立计算，复杂度明显降低。
发明内容
技术问题基于噪声预测模型，本发明提出了一种基于单载波频域均衡的选择反馈检测方法，该方法的基本思想是选择最佳的时域反馈信号来预测当前待检测符号的干扰噪声，通过与传统FDE-NP相类似的抽头系数计算和均衡，在同复杂度情况下，能够明显的提高性能。
技术方案本发明的基于单载波频域均衡的选择反馈检测方法在多天线单载波块传输(MIMO-SCBT)接收机中，在接收端，根据确定的信道模型和时域反馈阶数，基于最小均方误差准则，可以通过得到在各种可行的反馈方式下的平均最小均方误差，选择使得平均最小均方误差最小的抽头反馈位置来构造是与反馈滤波器；然后基于对检测符号的最小均方误差准则，可以得到频域和时域的抽头系数，用该抽头系数构成的滤波器来检测当前数据块的符号信息，由时域滤波器的结构是否固定，基于单载波频域均衡的选择反馈检测方法可分为非自适应选择反馈检测和自适应反馈检测方法，具体的检测步骤如下 非自适应选择反馈检测方法 步骤1对具体的通信信道建立信道模型，并分析其个频点的统计特性f(Hk)，(k＝0，…，N-1)其中N为每个数据块长度， 步骤2基于FDE-NP模型，在MMSE准则下，对于给定的反馈阶数，可得到在各种可行反馈方式下的MMSE表达式。其MMSE值随各频点的冲击响应值Hk(k＝0，…，N-1)变化， 步骤3分别对各个MMSE求关于Hk，(k＝0，…，N-1)的期望E{MMSE}，选择使得该E{MMSE}最小的抽头反馈位置来设计时域滤波器， 步骤4对于每个传输数据块，根据设计的FDE-NP结构，在MMSE准则下优化频域和时域抽头系数， 步骤5对该接收数据块进行快速傅里叶变换(FFT)，经过频域线性均衡后，进行快速傅里叶逆变换(IFFT)返回到时域， 步骤6对上述经过频域均衡的符号，通过时域噪声预测进一步消除干扰，并判决得到最终检测信号， 检测步骤1-3在设计时域滤波器时就完成，在检测过程中仅执行步骤4-6，因此，检测复杂度较传统FDE-NP完全相同， 检测步骤2中，可根据对延迟，反馈结构的限定，在有限的反馈方式中选取其中最优的反馈方式。
自适应选择反馈检测方法 步骤1基于FDE-NP模型，在MMSE准则下，对于给定的反馈阶数，可得到在各种可行反馈方式下的MMSE表达式。其MMSE值随各频点的冲击响应值Hk，(k＝0，…，N-1)变化， 步骤2对于每个传输数据块，分别得到各种反馈方式下的MMSE值，选择使该MMSE最小的反馈方式调整时域滤波器来检测当前数据块， 步骤3根据设计的FDE-NP结构，在MMSE准则下优化频域和时域抽头系数， 步骤4对该接收数据块进行FFT，经过频域线性均衡后，进行IFFT返回到时域， 步骤5对上述经过频域均衡的符号，通过时域噪声预测进一步消除干扰。并判决得到最终检测信号。
检测步骤2-5对于每个待检测数据块都要被执行。考虑到执行的复杂度，在步骤1中，可选择某些使得E{MMSE}相对较小的反馈方式作为用来每次调整时域滤波器的备选反馈方式。
有益效果本发明提出的基于单载波频域均衡选择反馈检测算法具有如下优点 1、与传统FDE-NP相比，非自适应选择反馈检测算法选择有效的反馈位置来进行噪声预测，降低了整个通信过程的平均MMSE。
2、与传统FDE-NP相比，在相同的检测复杂度的情况下，非自适应选择反馈检测算法能实现了检测性能增益。
3、与传统FDE-NP相比，对于每个传输数据块，自适应选择反馈检测算法都选择最优的反馈位置来检测该数据块，平均MMSE可达最小。
本发明提出的检测方法，适用于 1、各种单载波频域反馈均衡。如FD-DFE，FDE-NP，FDE-NP-SIC 2、MIMO-SCBT系统。
图1是传统FDE-NP系统框图。
图2是本发明提出的非自适应选择反馈检测系统框图。
图3是本发明提出的自适应选择反馈检测系统框图。
具体实施例方式 基于单载波频域均衡的选择反馈检测方法的基本思想是根据确定的信道模型和时域反馈阶数，通过计算并比较在各种可行的反馈方式下的平均MMSE，选择使得平均MMSE最小的抽头反馈位置来构造是与反馈滤波器。然后根据MMSE准则来优化频域和时域的抽头系数，用该抽头系数构成的滤波器来检测当前数据块的符号信息。由时域滤波器的结构是否固定，基于单载波频域均衡的选择反馈检测方法可分为非自适应选择反馈检测和自适应反馈检测方法。
这里假设系统有NT根发送天线、NR根接收天线。信源比特流经过调制分发到nT根发送天线，以固定长度N分块发送，且对于每个数据块插入循环嵌缀(CP)，在接收端，去除CP后，接受信号可以表示为 n＝0，1，...，N-1 其中，接收符号向量yn，j为第j根接收天线在时刻n的接收信号。对于得发送符号向量xn，i为第i根发送天线在时刻n的发送信号。
hn，ij为第i根发送天线到第j根接收天线的信道在时刻n的脉冲响应。vn对应为NR根接收天线上的加性高斯白噪声向量。且设噪声功率为σv2，平均发送功率为σx2。对应的频域表达式为 Yk＝HkXk+Vk， k＝0，1，...，N-1 其中，Hk为分块对角矩阵，每个分块大小为NR×NT，且 设时域反馈阶数为B，基于MMSE准则，各种反馈方式下的MMSE可表示为 其中k1，…，kB表示在各种反馈方式下，反馈抽头的相对于待检测符号的位置。c1，…，cB表示相对于k1，…，kB的各反馈抽头上的最优系数，且
对于给定的信道模型，可得到在各种反馈方式下的平均MMSE 比较各种反馈方式下的平均MMSE，就可以选择使其最小的反馈方式来设计FDE-NP模型中时域反馈滤波器。最后，基于MMSE准则，用该设计的FDE-NP模型来检测接收信号。
非自适应选择反馈检测流程如下 1.对具体的通信信道建立信道模型，并分析其个频点的统计特性f(Hk)，(k＝0，…，N-1)。
2.基于FDE-NP模型，在MMSE准则下，对于给定的反馈阶数B，可得到在各种可行反馈方式下的MMSE表达式 其MMSE值随各频点的冲击响应值Hk，(k＝0，…，N-1)变化。
3.分别对各个MMSE求关于Hk，(k＝0，…，N-1)的期望E{MMSE} 选择使得该E{MMSE}最小的抽头反馈位置
来设计时域滤波器。
4.对于每个传输数据块，根据设计的FDE-NP结构，在MMSE准则下优化频域抽头系数Wk，(k＝0，…，N-1)和时域抽头系数cl，(l＝0，…，B-1)得。
5.对该接收数据块进行FFT，经过频域线性均衡后，进行IFFT返回到时域。得到时域信号an，(n＝0，…，N-1) 6.对上述经过频域均衡的符号，通过时域噪声预测进一步消除干扰。并判决得到最终检测信号
(n＝0，…，N-1)。
其中 自适应选择反馈检测算法流程如下 1.基于FDE-NP模型，在MMSE准则下，对于给定的反馈阶数B，可得到在各种可行反馈方式下的MMSE表达式 其MMSE值随各频点的冲击响应值Hk，(k＝0，…，N-1)变化。
2.对于每个传输数据块Hk，(k＝0，…，N-1)可以通过信道估计得到，分别得到各种反馈方式下的MMSE值，选择使该MMSE最小的抽头反馈位置
来调整时域滤波器。
3.根据设计的FDE-NP结构，在MMSE准则下优化频域和时域抽头系数。得频域抽头系数Wk，(k＝0，…，N-1)和时域抽头系数cl，(l＝0，…，B-1)
4.对该接收数据块进行FFT，经过频域线性均衡后，进行IFFT返回到时域。得时域信号an，(n＝0，…，N-1) 5.对上述经过频域均衡的符号，通过时域噪声预测进一步消除干扰。并判决得到最终检测信号
(n＝0，…，N-1)。
其中
权利要求
1.一种基于单载波频域均衡的选择反馈检测方法，其特征在于该检测方法在多天线传输系统或多天线发送多天线接收的单载波传输系统接收机中，在接收端，根据确定的信道模型和时域反馈阶数，基于最小均方误差准则，可以通过得到在各种可行的反馈方式下的平均最小均方误差，选择使得平均最小均方误差最小的抽头反馈位置来构造是与反馈滤波器；然后基于对检测符号的最小均方误差准则，可以得到频域和时域的抽头系数，用该抽头系数构成的滤波器来检测当前数据块的符号信息，由时域滤波器的结构是否固定，基于单载波频域均衡的选择反馈检测方法可分为非自适应选择反馈检测和自适应反馈检测方法。
2.根据权利要求1所述的基于单载波频域均衡的选择反馈检测方法，其特征在于非自适应选择反馈检测的具体步骤如下
步骤1对具体的通信信道建立信道模型，并分析其个频点的统计特性f(Hk)，其中k＝0，1…，N-1；N表示每个数据块的长度，
步骤2基于噪声预测单载波频域均衡模型，在最小均方误差准则下，对于给定的反馈阶数，可得到在各种可行反馈方式下的最小均方误差表达式，其最小均方误差值随各频点的冲击响应值Hk变化，
步骤3分别对各个最小均方误差求关于冲击响应值Hk的期望E{MMSE}，选择使得该E{MMSE}最小的抽头反馈位置来设计时域滤波器，
步骤4对于每个传输数据块，根据设计的噪声预测单载波频域均衡结构，在符号检测的最小均方误差准则下，得到频域和时域抽头系数，
步骤5对该接收数据块进行快速傅里叶变换，经过由上述得到的频域抽头系数进行的频域线性均衡后，进行快速傅里叶反变换返回到时域，
步骤6对上述经过频域均衡的符号，通过上述的得到的时域抽头系数进行时域反馈噪声预测，并将得到的符号送入判决器做出判决。
3.根据权利要求1所述的基于单载波频域均衡的选择反馈检测方法，其特征在于自适应反馈检测方法的具体步骤如下
步骤1基于噪声预测单载波频域均衡模型，在最小均方误差准则下，对于给定的反馈阶数，可得到在各种可行反馈方式下的最小均方误差表达式，其最小均方误差值随各频点的冲击响应值Hk变化，
步骤2对于每个传输数据块，分别得到各种反馈方式下的最小均方误差值，选择使该最小均方误差最小的反馈方式调整时域滤波器来检测当前数据块，
步骤3根据设计的噪声预测单载波频域均衡结构，基于对检测符号的最小均方误差准则，得到频域和时域抽头系数，
步骤4对该接收数据块进行快速傅里叶变换，经过由上述得到的频域抽头系数进行的频域线性均衡后，进行快速傅里叶反变换返回到时域，
步骤5对上述经过频域均衡的符号，通过上述的得到的时域抽头系数进行时域反馈噪声预测，并将得到的符号送入判决器做出判决。
全文摘要
基于单载波频域均衡的选择反馈检测方法涉及一种通过使用多个发送天线/接受天线来传输高速数据的移动通信系统，且涉及缓解宽带系统中符号间干扰问题的单载波频域均衡(SC-FDE)技术，在多天线传输系统或多天线发送多天线接收的单载波传输系统接收机中，在接收端，根据确定的信道模型和时域反馈阶数，基于最小均方误差准则，可以通过得到在各种可行的反馈方式下的平均最小均方误差，选择使得平均最小均方误差最小的抽头反馈位置来构造是与反馈滤波器；然后基于对检测符号的最小均方误差准则，可以得到频域和时域的抽头系数，用该抽头系数构成的滤波器来检测当前数据块的符号信息，由时域滤波器的结构是否固定，该方法可分为非和自适应反馈检测方法。
文档编号H04L25/03GK101184069SQ200710191738
公开日2008年5月21日 申请日期2007年12月14日 优先权日2007年12月14日
发明者高西奇, 唯 赵, 王闻今 申请人:东南大学