专利名称：频率选择性衰落mimo信道的时域处理方法及处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种无线通信技术领域的方法及处理装置，具体是一种频率选择 性衰落MIMO (Multiple Input Multiple Output，多输入多输出)信道的时域处理方法及处
理装置。
背景技术：
MIMO系统通过采用空间分集和复用的方法，使无线通信系统的容量得到了增长。 当MIMO系统应用在平坦信道环境下时，通常可以采用时域处理的方法在接收端进行信号 检测和解调。但是在实际环境中，由于信道的衰落和多径会造成其频率选择特性。此时， 传统的时域信号检测方法由于多径干扰的影响，存在着复杂度高、检测效果不理想的情 况。所以，衰落信道环境下的MIMO系统，通常和频域处理一起使用，特别是和正交频分复用 (OFDM)调制方法结合起来，成为MIM0-0FDM系统。MIM0-0FDM系统很好的解决了频率选择性 衰落下的MIMO信号检测问题，但是，这种系统也存在着峰均比高、对相位噪声敏感等缺点。经对现有文献检索发现，史鹃和张旭东在2004年《清华大学学报》上发表了题为 “基于自适应滤波算法的FIR ΜΙΜ0(有限冲激响应多输入多输出)系统均衡”的文章，该文 提供了一种MIMO系统的均衡装置，包括，前馈滤波器、延迟器和反馈滤波器。该装置实际 上直接借鉴了传统单输入单输出系统的均衡方法，并没有针对多输入多输出的情况进行优 化，因此实际性能不理想。经检索还发现，Bavarian 等人在 2005 年 3 月的《Wireless communications and NetworkingConferencd无线通信和网络会议)》第一卷的第515页到第520页发表了题 为"Symbol bysymbol soft-input soft-output multiuser detection for frequency selective MIMO channels (频分多输入多输出信道的符号软输入软输出多用户检测)”的 文章，该文提出了基于多用户检测(MUD)的MIMO时域信道估计与均衡技术，但是此技术需 要利用MUD技术在每一根接收天线上做检测，以得到所有子信道的信道响应，从而复杂度 较高，不易应用。经检索又发现，Patwary等人在2006年2月的《Communications (通信)》的153 卷第39页到第48页上发表了题为“Decision feedback MLSE for spatially multiplexed MIMOfrequency selective fading channel (空域复用多输入多输出系统中频率选择性衰 落信道的判定反馈最大可能序列估计)”的文章，该文提出了基于信道直接估计和最大似然 序列检测的均衡技术，但是该方法的复杂度和天线个数与信道冲激相应长度的积成正比， 与调制的星座点个数成指数关系，因此复杂度也很高，很难被用于实际系统中。综上所述，现有的技术或者是针对平坦衰落的MIMO信道；或者是需要结合OFDM技 术需要进行频域的信道均衡和信号检测，而时域处理的方法普遍复杂度太高，难以实用。而 现有的装置又无法达到理想的性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种频率选择性衰落MIMO信 道的时域处理方法及处理装置。本发明通过时域处理方法解决多输入多输出频率选择性衰 落信道中的信号检测问题，从而有效地解决频域处理方法中发射信号峰均比高、功率效率 低的问题。本发明是通过以下技术方案实现的本发明涉及的频率选择性衰落MIMO信道的时域处理方法，包括以下步骤第一步，分别对N路输入信号进行信道估计处理，得到每路输入信号中所包含的M 路原始信号所经过的信道冲激响应值。所述的信道估计处理是利用正交的伪随机序列，通过滑动相关的方法得到信道冲 激响应值。第二步，对得到的每路输入信号中的N个信道冲激响应值进行信道能量排序，得 到每个信道的能量及信道的能量顺序。所述的信道能量排序是利用模平方和的方法得到每个信道的能量，并按照信道能 量从大到小的顺序进行排列。第三步，对每路输入信号中信道能量最大的一路原始信号进行恢复处理，得到该 路原始发送信号的估计值。所述的恢复处理是采用自适应判决反馈均衡的方法实现的。第四步，对每路输入信号进行干扰消除处理和判决反馈处理，依次恢复每一路输 入信号中所包含的各个原始发送信息。所述的干扰消除处理是从每路的输入信号中，依次减去已经恢复出的各个原始发 送信号的估计值与信道冲激响应值的卷积，得到消除了已估计出的信号干扰的信息。所述的判决反馈处理是采用自适应判决反馈的方法得到当前尚未恢复的原始信 号中能量最大的原始信号。第五步，对每路输入信号中所包含的各个原始发送信息按照信道能量从大到小的 顺序进行最大比合并，得到原始信号的估计值。本发明涉及的频率选择性衰落MIMO信道的时域处理装置，包括N个信号处理模 块和一个最大比合并模块，其中信号处理模块分别与最大比合并模块相连传输信号处理 后恢复的原始发送信号信息。所述的信号处理模块包括信号估计子模块、信道能量排序子模块、M-I个消除干 扰子模块、M-I个判决反馈子模块和判决反馈均衡子模块，其中信号估计子模块与信道能 量排序子模块相连传输估计出的信道冲激响应值信息，信道能量排序子模块与判决反馈均 衡子模块相连传输信道能量的排序信息，信号估计子模块与判决反馈均衡子模块相连传输 估计出的信道冲激响应值信息，信号估计子模块分别与每个消除干扰子模块相连传输估计 出的信道冲激响应值信息，信号估计子模块分别与每个判决反馈子模块相连传输估计出的 信道冲激响应值信息，第i消除干扰子模块与第i判决反馈子模块相连传输消除干扰后的 信息，判决反馈均衡子模块与第一消除干扰子模块相连传输第一路原始信号的估计值信 息，第i判决反馈子模块与最大比合并模块相连传输第i+Ι路原始信号的估计值信息，判决 反馈均衡子模块与最大比合并模块相连传输第一路原始信号的估计值信息，1 < I^M-I0
所述的N是输入信号的路数。所述的M是原始信号的路数。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果本发明通过时域处理技术对频率选择 性衰落MBTO信道的信号进行检测，提高了能量的利用率，大大降低了误码率，且简单易于实 现，复杂度低，改变了现有技术中时域处理技术只能应用于平坦衰落的MBTO信道的情况。
图1是实施例中现有技术和实施例技术得到的误码率性能的比较示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前 提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下 述的实施例。实施例本实施例中有2个发射天线和2个接收天线，即原始信号和输入信号的路数都是 2。本实施例涉及的频率选择性衰落MIMO信道的时域处理方法，包括以下步骤第一步，分别对2路输入信号(Y1和Y2)进行信道估计处理，得到每路输入信号中 所包含的2路原始信号(X1和X2)所经过的信道冲激响应值。所述的信道估计处理是利用正交的伪随机序列，通过滑动相关的方法得到信道冲 激响应值。本实施例共得到四个信道冲激响应值，分别是=X1经Y1的信道冲激响应值hn，X1 经Y2的信道冲激响应值h12，X2经Y1的信道冲激响应值h21，X2经Y2的信道冲激响应值h22。第二步，对得到的每路输入信号中的N个信道冲激响应值进行信道能量排序，得 到每个信道的能量及信道的能量顺序。所述的信道能量排序是利用模平方和的方法得到每个信道的能量，并按照信道能 量从大到小的顺序进行排列。所述的模平方是指相应向量的二范数的平方，如计算|hug可以得到发射天线1 到接收天线1的信道能量。第三步，对每路输入信号中信道能量最大的一路原始信号进行恢复处理，得到该 路原始发送信号的估计值。所述的恢复处理是采用自适应判决反馈均衡的方法实现的。本实施例中将信道能量最大的一路原始信号的信道冲激响应值按照第一个抽头 系数不变、其它抽头系数取反的方法处理后，作为判决反馈均衡的抽头系数，均衡后恢复出 其中的一路原始发送信号。本实施例得到的hn的能量最大，由hn= [hn(l)，hn(2)，…hn (L)]，得到所对应 的判决反馈均衡的抽头系数为:[hn(l), _hn⑵，...-ML)]，其中:L为hn所对应的信道 冲激响应的长度。利用抽头系数[hn(l), -hn⑵，...-ML)]对接收天线1的接收信号Y1进行判决反馈均衡处理，可以恢复出天线1的原始信号X1的估计先,其中
其中 为线性卷积。第四步，对每路输入信号进行干扰消除处理和判决反馈处理，依次恢复每一路输 入信号中所包含的各个原始发送信息。所述的干扰消除处理是从每路的输入信号中，依次减去已经恢复出的各个原始发 送信号的估计值与信道冲激响应值的卷积，得到消除了已估计出的信号干扰的信息。本实 施例中从接收信号Y1中将X1的影响消除掉，即
。在ijnXi非常接近的情况下， 可以得到= 所述的判决反馈处理是采用自适应判决反馈的方法得到当前尚未恢复的原始信 号中能量最大的原始信号。本实施例中对h12进行变换后得到判决反馈的抽头系数，对信号
先进行 判决反馈的处理，最后恢复出发射天线2的原始信号X2的估计值交2。第五步，对每路输入信号中所包含的各个原始发送信息按照信道能量从大到小的 顺序进行最大比合并，得到原始信号的估计值。本实施例涉及的频率选择性衰落MIMO信道的时域处理装置，包括2个信号处理 模块和一个最大比合并模块，其中信号处理模块分别与最大比合并模块相连传输信号处 理后恢复的原始发送信号信息。所述的信号处理模块包括信号估计子模块、信道能量排序子模块、消除干扰子模 块、判决反馈子模块和判决反馈均衡子模块，其中信号估计子模块与信道能量排序子模块 相连传输估计出的信道冲激响应值信息，信道能量排序子模块与判决反馈均衡子模块相连 传输信道能量的排序信息，信号估计子模块与判决反馈均衡子模块相连传输估计出的信道 冲激响应值信息，信号估计子模块与消除干扰子模块相连传输估计出的信道冲激响应值信 息，信号估计子模块与判决反馈子模块相连传输估计出的信道冲激响应值信息，消除干扰 子模块与判决反馈子模块相连传输消除干扰后的信息，判决反馈均衡子模块与消除干扰子 模块相连传输第1路原始信号的估计值信息，判决反馈子模块与最大比合并模块相连传输 第2路原始信号的估计值信息，判决反馈均衡子模块与最大比合并模块相连传输第1路原 始信号的估计值信息。当分别采用本实施例技术和对比文献“基于自适应滤波算法的FIR MIMO系统均 衡”的技术进行时域处理得到的误码率如图1所示，由该图可知在相同的信噪比条件下， 本实施例的误码率大大降低，性能有比较大的提升。
权利要求
一种频率选择性衰落MIMO信道的时域处理方法，其特征在于，包括以下步骤第一步，分别对N路输入信号进行信道估计处理，得到每路输入信号中所包含的M路原始信号所经过的信道冲激响应值；第二步，对得到的每路输入信号中的N个信道冲激响应值进行信道能量排序，得到每个信道的能量及信道的能量顺序；第三步，对每路输入信号中信道能量最大的一路原始信号进行恢复处理，得到该路原始发送信号的估计值；第四步，对每路输入信号进行干扰消除处理和判决反馈处理，依次恢复每一路输入信号中所包含的各个原始发送信息；第五步，对每路输入信号中所包含的各个原始发送信息按照信道能量从大到小的顺序进行最大比合并，得到原始信号的估计值。
2.根据权利要求1所述的频率选择性衰落MIMO信道的时域处理方法，其特征是，第一 步中所述的信道估计处理是利用正交的伪随机序列，通过滑动相关的方法得到信道冲激响 应值。
3.根据权利要求1所述的频率选择性衰落MIMO信道的时域处理方法，其特征是，第二 步中所述的信道能量排序是利用模平方和的方法得到每个信道的能量，并按照信道能量从 大到小的顺序进行排列。
4.根据权利要求1所述的频率选择性衰落MIMO信道的时域处理方法，其特征是，第三 步中所述的恢复处理是采用自适应判决反馈均衡的方法实现的。
5.根据权利要求1所述的频率选择性衰落MIMO信道的时域处理方法，其特征是，第四 步中所述的干扰消除处理是从每路的输入信号中，依次减去已经恢复出的各个原始发送信 号的估计值与信道冲激响应值的卷积，得到消除了已估计出的信号干扰的信息。
6.根据权利要求1所述的频率选择性衰落MIMO信道的时域处理方法，其特征是，第四 步中所述的判决反馈处理是采用自适应判决反馈的方法得到当前尚未恢复的原始信号中 能量最大的原始信号。
7.一种频率选择性衰落MIMO信道的时域处理方法的时域处理装置，包括N个信号处 理模块和一个最大比合并模块，其特征在于，信号处理模块分别与最大比合并模块相连传 输信号处理后恢复的原始发送信号信息；所述的信号处理模块包括信号估计子模块、信道能量排序子模块、M-I个消除干扰子 模块、M-I个判决反馈子模块和判决反馈均衡子模块，其中信号估计子模块与信道能量排 序子模块相连传输估计出的信道冲激响应值信息，信道能量排序子模块与判决反馈均衡子 模块相连传输信道能量的排序信息，信号估计子模块与判决反馈均衡子模块相连传输估计 出的信道冲激响应值信息，信号估计子模块分别与每个消除干扰子模块相连传输估计出的 信道冲激响应值信息，信号估计子模块分别与每个判决反馈子模块相连传输估计出的信道 冲激响应值信息，第i消除干扰子模块与第i判决反馈子模块相连传输消除干扰后的信息， 判决反馈均衡子模块与第一消除干扰子模块相连传输第一路原始信号的估计值信息，第i 判决反馈子模块与最大比合并模块相连传输第i+Ι路原始信号的估计值信息，判决反馈均 衡子模块与最大比合并模块相连传输第一路原始信号的估计值信息，1 < I^M-I0
8.根据权利要求7所述的频率选择性衰落MIMO信道的时域处理装置，其特征是，所述的N是输入信号的路数。
9.根据权利要求7所述的频率选择性衰落MIMO信道的时域处理装置，其特征是，所述 的M是原始信号的路数。
全文摘要
一种无线通信技术领域的频率选择性衰落MIMO信道的时域处理方法及其装置，方法包括分别对N路输入信号进行信道估计处理，得到每路输入信号中所包含的M路原始信号所经过的信道冲激响应值；进行信道能量排序，得到每个信道的能量及信道的能量顺序；对每路输入信号中信道能量最大的一路原始信号进行恢复处理，得到该路原始发送信号的估计值；对每路输入信号进行干扰消除处理和判决反馈处理，依次恢复每一路输入信号中所包含的各个原始发送信息；进行最大比合并，得到原始信号的估计值。本发明提高了能量的利用率，大大降低了误码率，且简单易于实现，复杂度低，改变了现有技术中时域处理技术只能应用于平坦衰落的MIMO信道的情况。
文档编号H04L25/03GK101883077SQ20101023823
公开日2010年11月10日 申请日期2010年7月28日 优先权日2010年7月28日
发明者刘勃, 宫良, 归琳, 熊箭, 许文涛 申请人:上海交通大学