干扰信道下基于正则化的mimo-ofdm系统的检测方法
【技术领域】
[00011本发明涉及ΜIM0-0FDM系统的检测方法，特别是涉及干扰信道下基于正则化的 Μ頂0-0FDM系统的检测方法。
【背景技术】
[0002] ΜΙΜΟ系统通过在发射端和接收端配置多根天线，利用空间复用与分集技术，在不 增加系统带宽的前提下，有效提升了系统容量和链路稳定性。0FDM技术可将频率选择性信 道转换为一组平坦衰落的子信道集合，在大幅提高频谱效率的同时，降低了接收端均衡器 的设计复杂度。因此，ΜΠΚ)与0FDM技术的结合在目前最新的移动通信系统中得了广泛应用， 例如LTE(Long Term Evolution)、LTE_A(Long Term Evolution Advanced)移动通信系统。 对于第5代(5G)移动通信系统，大规模MM0和小小区（Smal 1 Ce 11)都是关键技术。然而，大 规模ΜΙΜ0与Sma 11 Ce 11技术均会引起用户间存在干扰信道的问题，影响系统的整体性能。 因此，对干扰信道下MM0-0FDM系统检测方法的研究具有十分重要的实际意义。
[0003] 对于ΜΙΜ0系统，最大后验概率(Maximum A posteriori Probability,MAP)检测是 最优检测，但是由于MAP检测的高复杂度使其无法应用于实际系统，特别是在系统的调制阶 数较高和天线数目较大的情况下。
【发明内容】
[0004] 发明目的:本发明的目的是提供一种能够降低计算复杂度的干扰信道下基于正则 化的Μ頂0-0FDM系统的检测方法。
[0005] 技术方案:为达到此目的，本发明采用以下技术方案：
[0006] 本发明所述的干扰信道下基于正则化的MM〇-(FDM系统的检测方法，包括如下的 步骤：
[0007] S1:各个基站与各个用户分别配置ητ和nR根天线；
[0008] S2:各基站在同一时频资源上与本小区内用户进行无线通信的同时，对其他小区 的用户产生干扰，用户的接收信号除了本小区基站发送给自己的信号外，还接收到了来自 其他小区基站的干扰信号，并同时受到信道噪声的影响；
[0009] S3:在检测前，接收端获取在第k(k=l，2, ···，!〇个子载波上各个用户与各个基站 之间的信道状态信息，包括第m个基站与第m个用户之间nR X ητ的频域信道矩阵Hm(k)、第u (u 矣m)个基站与第m个用户之间nRXnT的信道矩阵Hu(k)、n RXnR的干扰与噪声的协方差矩阵
，^表示接收信号中的噪声功率，I"s表示n R阶单位矩阵，K 为子载波总数；
[0010] S4:接收经过离散傅里叶变换的频域接收信号，其中第m个用户在子载波k处的频 域接收信号向量为ym(k);
[0011] S5:在一个OFDM符号内，以第一个子载波求得的近似最优正则化参数β来近似该 OFDM符号内所有子载波的最优正则化参数β〇ρ?;
[0012] S6:由近似最优正则化参数β、频域信道矩阵Hm和频域接收信号向量ym，定义频域扩 展信道矩阵$以及对应的频域扩展接收信号矩阵如式(1)所示：
[0014]其中，Hm为Hm( k)的简写，ym为ym(k)的简写，为(k)的简写，>为>(k)的简写，L 表示ητ阶单位矩阵，^表示ητ X 1的列向量；
[0015] S7 :根据修正的Gram-Schmidt正交化方法对频域扩展信道矩阵$进行排序QR分 解，得到（Μ+ητ) Χητ的预滤波矩阵^?、ητΧητ的上三角矩阵和列置换向量Pm，^m可以表不 为：
[0017] 其中，Qi, m为Μ X ητ阶矩阵，Q2, m为ητ X ητ阶上三角矩阵，化、Qi, m、Q2, m、P、Pm分别为+ (k)、Q1>m(k)、Q2,m(k)、p(k)、pm(k)的简写；
[0018] S8:根据QR分解得到的预滤波矩阵+对第m个用户的频域扩展接收信号矩阵 > 进行 预滤波，得到预滤波后的频域扩展接收信号矩阵么,：
[0020]
Λ m是由Q2,m的对角元素构成的对角矩阵，表示.的共 辄转置矩阵，（表示剩余干扰项，xu是第u个用户的发送信号向量，xm是第m个用户的发送信 号向量，zm是第m个用户接收信号中包含的加性噪声部分，Hu、Xu、 Zm、im、i:w、Xm、A4Pi：^ 别是仏〇〇、知〇〇、~(1〇、2,"(幻、芝,"(幻、以1〇、1〇〇和尤(幻的简写；
[0021 ] S9:计算剩余干扰项fL的协方差矩阵Φη:
[0025] 其中，Am>ii和q^ii分别是AjPQ2,m的第i个主对角线元素，(D m、Xm、Am分别是ΦΜ (k)、Xm(k)、Am(k)的简写；
[0026] S10:根据列置换向量Pm=[Pl，P2, . . .，ρητ]确定当前检测符号为Xm,i，i=Pm，第一次 进入该步骤时，Π? = ητ，以后每次进入该步骤时m减1;
[0027] S11:提取当前检测符号Xm>1对应的预滤波信号;^,，为预滤波后的频域扩展 接收信号矩阵中的第i个元素，利用已检测符号的重建均值八.,，j=p m+1，…，心对预滤 波信号么u进行干扰抵消，得到：
[0029]其中，为上三角矩阵；的第i行第j列元素；
[0030] S12:计算当前检测符号xm,i的估计值
[0032]其中，以;11为上三角矩阵；的第i行第i列元素；
[0033] S13:计算估计值U勺条件方差vi"" :
[0035] 其中，为已检测符号的重建方差；
[0036] S14:根据所得当前检测符号估计值和估计值的条件方差，计算当前检测符 号Xm>1对应比特的对数似然比和传递给译码器的外信息对数似然比；
[0037] S15:根据所得当前检测符号对应比特的对数似然比信息，计算当前检测符号xm>1 的重建均值和重建方差1^,,;
[0038] S16 :判断是否所有符号检测完毕，如果是，则结束，如果不是，则重复步骤S10至 S15〇
[0039] 进一步，所述步骤S5包括如下的子步骤：
[0040] S5.1:若k = 1，进入步骤S5.2，否则跳至S5.5;
[0042] 35.3:计算<1() = 1：1'{13111(1〇}/1：1'{厶111(1〇};
[0045] S5.6:若 k=K，结束，否则，k = k+l，跳至 S5.1。
[0046] 进一步，所述步骤S7包括如下的子步骤：
[0047] S7 · 1:初始化= 〇,irX"r，@m =廷m，pm= [ 1，2，…，ητ]，其中 仰表示ητΧητ阶零矩 阵；
[0048] S7.2:对于i = l，2,…，ητ，计算normm,i = | |￡m,i| |2,其中￡]11,：1表示^11 的第i列，令i = 1；
[0049] _交换尽m、Pm、norrnm及化中前Μ+i-l行的第i列和第 j*列；
[0051 ] S7 · 5:若i =ητ，则终止程序;否贝丨J，置j = i+Ι;
[0052]
更新^m，j =￡m，ij￡m，i和normm，j = n〇rmm，j- I ￡m，ij I 2;
[0053] 37.7:若」=1^，则置丨=丨+ 1并返回到步骤57.3;否则，置」=」+ 1并返回到步骤 S7.5〇
[0054] 有益效果:本发明具有如下的有益效果：
[0055] 1)该检测方法通过正则化方法、确定近似最优正则化参数β的简化算法以及引入 新的频域扩展信道矩阵和排序QR分解方法，大幅降低了干扰信道下MM0-0FDM系统检测方 法的计算复杂度；
[0056] 2)与干扰信道下传统的线性MMSE检测、MMSE SQRD检测和改进的MMSE SQRD检测方 法相比，该检测方法在具有低复杂度的同时，性能优于线性MMSE检测和MMSE SQRD检测，逼 近于改进的MMSE SQRD检测，具有较好的检测性能。
【附图说明】
[0057] 图1为干扰信道下MBTO系统模型示意图；
[0058] 图2为本发明的方法流程图。
【具体实施方式】
[0059] 下面结合【具体实施方式】对本发明的技术方案作进一步的介绍。
[0060] 1、干扰信道下的Μπω系统模型
[0061] 如图1所示，各基站(BS)在同一时频资源上与小区内用户（UE)进行无线通信的同 时，对其他小区的用户产生干扰，用户的接收信号除了本小区基站发送给自己的信号外，还 接收到了来自其他小区基站的干扰信号(CCI)，并同时受到信道噪声的影响。
[0062] 在检测前，接收端已知各个用户与各个基站之间的信道状态信息，包括第m个基站 与第m个用户之间ΜΧητ的信道矩阵Hm(k)、第u(u矣m)个基站与第m个用户之间ΜΧητ的信道 矩阵Hu(k)、nRXnR干扰与噪声的协方差矩阵
表示接受 信号中的噪声功率，所述的第k(k=l，2，-_，K)个子载波上各个用户与各个基站之间的信道 状态信息均可以利用导频信号进行信道估计的方法获取，I?s表示nR阶单位矩阵，K为子载波 总数。
[0063] 2、干扰信道下基于正则化的MMO-OFDM系统的检测方法
[0064] 本发明的方法流程图如图2所示，包括如下的步骤：
[0065] S1:各个基站与各个用户分别配置ητ和μ根天线；
[0066] S2:各基站在同一时频资源上与本小区内用户进行无线通信的同时，对其他小区 的用户产生干扰，用户的接收信号除了本小区基站发送给自己的信号外，还接收到了来自 其他小区基站的干扰信号，并同时受到信道噪声的影响；
[0067] S3:在检测前，接收端通过利用导频信号进行信道估计的方法来获取在第k(k=l， 2，···，K)个子载波上各个用户与各个基站之间的信道状态信息，包括第m个基站与第m个用 户之间ΜΧητ的频域信道矩阵Hm(k)、第u(u矣m)个基站与第m个用户之间ΜΧητ的信道矩阵 Hu(k)、nRXnR的干扰与噪声的协方差矩阵
< 表示接收信 号中的噪声功率，为后续表达简洁，除特别说明外，符号仏(1〇、化(1〇和241〇分别缩写为 Hm、Hu和Σm，I"s表示nR阶单位矩阵，K为子载波总数；
[0068] S4:接收经过离散傅里叶变换的频域接收信号，其中第m个用户在子载波k处的频 域接收信号向量为y m(k)，除特别说明外，ym(k)均缩写为ym;
[0069] S5:在一个OFDM符号内，以第一个子载波求得的近似最优正则化参数β来近似该 0FDM符号内所有子载波的最优正则化参数β〇 ρ?;
[0070] S6:由近似最优正则化参数β、频域信道矩阵Hm和频域接收信号向量ym，定义新的频 域扩展信道矩阵$以及对应的频域扩展接收信号矩阵如式(1)所示：