專利名稱：一種基于預(yù)編碼的信道均衡方法及其通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線寬帶接入技術(shù)領(lǐng)域，具體提出一種基于預(yù)編碼的信道均衡方法，以及一種基于預(yù)編碼的通信系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
信道均衡技術(shù)作為一種用于高速無線通信有效的抗多徑衰落技術(shù)，被3G長期演進(jìn)系統(tǒng)LTE采用。在數(shù)據(jù)傳輸率很高時(shí)，由于多徑最大時(shí)延大大超過單個(gè)傳輸符號的持續(xù)時(shí)間，導(dǎo)致在某個(gè)時(shí)刻收到的數(shù)據(jù)是之前數(shù)十甚至數(shù)百個(gè)符號的疊加，因此在接收端恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)流異常困難。從數(shù)學(xué)本質(zhì)上講，信道均衡器首先通過信道估計(jì)模塊估計(jì)出信道的沖激相應(yīng)矩陣，再對接收的信號進(jìn)行信道矩陣求逆操作，從而恢復(fù)出數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的信道均衡技術(shù)主要在時(shí)域進(jìn)行，但隨著現(xiàn)代通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸率越來越高，時(shí)域均衡的復(fù)雜度也隨之增大，往往需要數(shù)百個(gè)延遲器和乘法器，這在高速數(shù)據(jù)流傳輸?shù)倪^程中是很難實(shí)現(xiàn)的。而另一方面，快速傅里葉變換算法FFT的高速電路實(shí)現(xiàn)使得諸如OFDM、MC-CDMA之類基于頻域操作的新技術(shù)大量涌現(xiàn)。此類技術(shù)是在頻域進(jìn)行映射和加載，真正傳輸過程卻是在時(shí)域完成，因此發(fā)送端需要進(jìn)行IFFT操作。眾所周知，IFFT操作會導(dǎo)致嚴(yán)重的峰均比問題，所以使用頻域均衡技術(shù)，則FFT和IFFT操作都能在接收機(jī)完成，從而有效解決峰均比的問題。
信道均衡可以根據(jù)多種準(zhǔn)則進(jìn)行，迫零ZF(Zero-Forcing)、最小均方差MMSE(Minimum-Mean-Square-Error)、最大比合并MRC(Maximum-Ratio-Combining)、等增益合并EGC(Equal-Gain-Combining)是四種最常用的準(zhǔn)則。其中，使用ZF準(zhǔn)則進(jìn)行信道均衡可以完全消除碼間干擾ISI(Inter-Symbol Interference)，但代價(jià)是可能在某些頻點(diǎn)將噪聲放得很大，導(dǎo)致整體性能的損失。而使用MMSE準(zhǔn)則進(jìn)行信道均衡不會放大噪聲，但卻不能完全消除ISI，對存在的殘留ISI需要進(jìn)行進(jìn)一步處理?，F(xiàn)有技術(shù)最新方案是在發(fā)送端采用T-H(Tomlinson-Harashima)預(yù)編碼來去除殘留的ISI。
圖1為現(xiàn)有技術(shù)中基于原始信道矩陣QR分解的時(shí)頻均衡系統(tǒng)信號流程圖。在發(fā)送端，發(fā)送機(jī)首先對數(shù)據(jù)進(jìn)行MQAM調(diào)制，然后數(shù)據(jù)進(jìn)入T-H預(yù)編碼模塊進(jìn)行串符干擾的預(yù)消除，編碼后的數(shù)據(jù)加上循環(huán)前綴后，通過天線發(fā)送出去。在接收端，接收機(jī)首先將收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行去除循環(huán)前綴的操作，然后通過FFT將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到頻域，利用導(dǎo)頻數(shù)據(jù)進(jìn)行信道估計(jì)，獲得各徑信道增益后，利用迫零、最小均方差、最大比合并和等增益合并這些不同準(zhǔn)則進(jìn)行頻域均衡，由于發(fā)射端已經(jīng)做了T-H預(yù)編碼，所以此時(shí)頻域均衡后可完全消除ISI，從而恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。
圖2是現(xiàn)有基于原始信道矩陣QR分解的時(shí)頻均衡方案相比單獨(dú)MMSE頻域均衡的4QAM仿真圖，其中，縱坐標(biāo)BER表示比特誤碼率，橫坐標(biāo)Eb/No表示信噪比。從圖中可以看出，雖然三種基于原始信道矩陣QR分解的時(shí)頻均衡方案在低信噪比下不如MMSE頻域均衡，但是隨著信噪比的提高，他們的性能優(yōu)勢將逐步體現(xiàn)，由圖可見，在信噪比超過12dB后，MMSE頻域均衡的性能逐漸落后于三種基于原始信道矩陣QR分解的時(shí)頻均衡方案。所以，利用T-H預(yù)編碼技術(shù)進(jìn)行殘留ISI的消除可以帶來性能的顯著提高，而且這種性能的提高將隨著調(diào)制階數(shù)的上升而進(jìn)一步加強(qiáng)，如圖3所示，在16QAM調(diào)制下，三種基于原始信道矩陣QR分解的時(shí)頻均衡方案全都超越了最優(yōu)的MMSE頻域均衡。原因在于高階調(diào)制下，殘留的ISI對系統(tǒng)性能的惡化將變得非常顯著，從而嚴(yán)重遏制誤碼性能。從圖中可以看出，基于原始信道矩陣QR分解的時(shí)頻均衡方案在高信噪比下斜率并非十分陡峭，這是由于這些方案中采用了QR分解技術(shù)，這種基于原始信道矩陣QR分解的時(shí)頻均衡方法會導(dǎo)致數(shù)據(jù)塊尾部某些子數(shù)據(jù)流的信噪比明顯低于頭部的數(shù)據(jù)，即接收信噪比不均勻，使得低信噪比的尾部數(shù)據(jù)將會在高信噪比下拖累系統(tǒng)性能。如圖4所示，圖4為數(shù)據(jù)塊信號強(qiáng)示意圖，由圖中可以看出，現(xiàn)有技術(shù)采用了QR分解，雖然可以完全消除ISI，但是同時(shí)放大了噪聲，使得中低信噪比的區(qū)域，系統(tǒng)性能仍然較低。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提出一種基于預(yù)編碼的信道均衡方法及其通信系統(tǒng)，能夠?qū)χ械托旁氡葏^(qū)域的系統(tǒng)性能進(jìn)行改善。
本發(fā)明提出的基于預(yù)編碼的信道均衡方法，包括 步驟S100，對原始信道矩陣H的擴(kuò)展信道矩陣H進(jìn)行QR分解，獲得R矩陣和Q矩陣； 步驟S200，根據(jù)所述R矩陣和所述Q矩陣進(jìn)行均衡，包括 步驟S201，在發(fā)送端，根據(jù)所述R矩陣對調(diào)制后的數(shù)據(jù)進(jìn)行T-H預(yù)編碼； 步驟S202，在接收端，根據(jù)所述Q矩陣對頻域信號處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收濾波。
本發(fā)明還同時(shí)提出一種基于預(yù)編碼的通信系統(tǒng)，包括發(fā)送端和接收端；所述發(fā)送端包含調(diào)制模塊、T-H預(yù)編碼模塊、增加循環(huán)前綴模塊和發(fā)送天線，所述接收端包含接收天線、去除循環(huán)前綴模塊、頻域信號處理模塊、接收濾波模塊、取模模塊和解調(diào)模塊；其特征在于，所述通信系統(tǒng)還包括基于擴(kuò)展信道的QR分解模塊，用于根據(jù)原始信道矩陣H的擴(kuò)展信道矩陣H進(jìn)行QR分解，獲得R矩陣和Q矩陣，并將所述R矩陣發(fā)送至所述T-H預(yù)編碼模塊，將所述Q矩陣發(fā)送至所述接收濾波模塊； 所述基于擴(kuò)展信道的QR分解模塊先對所述擴(kuò)展矩陣H進(jìn)行QR分解，獲得R矩陣和Q矩陣； 在發(fā)送端，所述調(diào)制模塊對數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，所述T-H預(yù)編碼模塊根據(jù)接收的R矩陣，對調(diào)制后的數(shù)據(jù)進(jìn)行T-H預(yù)編碼，所述增加循環(huán)前綴模塊接收所述T-H預(yù)編碼模塊輸出的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)增加循環(huán)前綴后經(jīng)由所述發(fā)送天線發(fā)射出去； 在接收端，所述接收天線接收數(shù)據(jù)，并發(fā)送至所述去除循環(huán)前綴模塊去除循環(huán)前綴，然后由所述頻域信號處理模塊對去除循環(huán)前綴的數(shù)據(jù)進(jìn)行頻域信號處理，所述接收濾波模塊根據(jù)接收的Q矩陣，對頻域信號處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收濾波，再由所述取模模塊對數(shù)據(jù)進(jìn)行取模操作，最后數(shù)據(jù)被發(fā)送至所述解調(diào)模塊進(jìn)行解調(diào)。
現(xiàn)有技術(shù)對原始信道矩陣H進(jìn)行QR分解，所得到的接收信號的最終判決變量的信號強(qiáng)度是完全由R矩陣的對角元素diag{R}所決定，實(shí)際效果在消除ISI同時(shí)放大了噪聲，導(dǎo)致在中低信噪比區(qū)域噪聲放大的壞處大于消除ISI帶來的好處。而本發(fā)明的方案所得到的接收信號的最終判決變量的信號強(qiáng)度不僅僅取決于diag(R)，還與σQ2H(RPH)-1diag(R)有關(guān)，這一項(xiàng)包含了噪聲的方差信息σ，在ISI消除與噪聲放大中取得平衡，實(shí)現(xiàn)了對中低信噪比區(qū)域的系統(tǒng)性能進(jìn)行改善。



圖1為基于原始信道矩陣QR分解的時(shí)頻均衡系統(tǒng)信號流程圖； 圖2是現(xiàn)有基于原始信道矩陣QR分解的時(shí)頻均衡方案相比單獨(dú)MMSE頻域均衡的4QAM仿真圖； 圖3是三種基于原始信道矩陣QR分解的時(shí)頻均衡方案相比單獨(dú)MMSE頻域均衡的16QAM仿真圖； 圖4為基于原始信道矩陣QR分解的均衡方法數(shù)據(jù)塊信號強(qiáng)示意圖； 圖5為基于預(yù)編碼的信道均衡方法流程圖； 圖6為MMSE-QR-THP與QR-THP單載波均衡系統(tǒng)得誤碼率仿真圖； 圖7為使用Sort排序算法和PSA排序修正算法的MMSE-QR-THP單載波均衡系統(tǒng)誤碼率仿真圖； 圖8為基于擴(kuò)展信道矩陣QR分解的通信系統(tǒng)信號流程示意圖； 圖9為一個(gè)T-H預(yù)編碼模塊結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施例方式 本發(fā)明所使用的基本信號模型介紹如下 信道模型為多徑瑞利衰落信道，τl為信道抽頭時(shí)延，hl為信道增益。
由于循環(huán)前綴CP(Cyclic Prefix)的使用，使得數(shù)據(jù)與信道之間的線性卷積轉(zhuǎn)化為循環(huán)卷積，因此整體的信道矩陣可以被寫成Toeplize矩陣的形式，該矩陣有大量0元素存在，是稀疏矩陣 設(shè)經(jīng)過調(diào)制后的數(shù)據(jù)為{s}，經(jīng)過T-H預(yù)編碼后的數(shù)據(jù)為{x}，則接收信號r可以寫成 其中，Es代表單位調(diào)制符號的能量，n代表高斯白噪聲。
下面先對基于原始信道矩陣QR分解的時(shí)頻均衡方案做些簡要介紹 第一步將接收信號轉(zhuǎn)換到頻域，進(jìn)行頻域均衡操作。頻域均衡后通過IFFT將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換回時(shí)域，此時(shí)數(shù)據(jù)可以表示為 其中，

為頻域均衡后的等效信道矩陣?，F(xiàn)行方案對該等效信道矩陣采用了如下的QR分解技術(shù)，獲得R矩陣和Q矩陣 第二步利用得到的R矩陣，可求出T-H預(yù)編碼所需要的關(guān)鍵參數(shù)B B＝diag{R}-1R-I 從而發(fā)送信號可以寫成 x＝s-Bx+2Mzt 其中，2Mzt表示T-H預(yù)編碼中的取模器操作，取模器對信號的實(shí)部虛部分別進(jìn)行如下操作


代表向下取最接近的整數(shù)，M根據(jù)調(diào)制方式的不同有不同取值。
則根據(jù)發(fā)送信號x的新表達(dá)式，可以將接收信號r寫成 第三步，利用得到的Q矩陣，對接收信號r進(jìn)行部分均衡，并同時(shí)進(jìn)行取模操作2Mzr，以消除發(fā)送取模器的影響 由上可知，接收信號r的最終判決變量r的信號強(qiáng)度完全由R矩陣的對角元素diag{R}所決定.而現(xiàn)行QR分解技術(shù)的缺陷在于diag{R}尾部的元素值會迅速減小，而其頭部的元素值要比平均值高，如圖4所示。這代表接收信號強(qiáng)度在前部分比較好，但卻犧牲了后部分?jǐn)?shù)據(jù)的強(qiáng)度。由于系統(tǒng)的整體性能是由最差的一路數(shù)據(jù)信號強(qiáng)度所決定，所以這樣會造成嚴(yán)重的系統(tǒng)誤碼性能差錯(cuò)平底。
此外，由于原始信道矩陣H是一個(gè)含有大量0元素的稀疏矩陣，而頻域均衡后的等效信道矩陣

是一個(gè)密集矩陣。因此，選擇直接對稀疏矩陣H進(jìn)行信道分解，一方面可以大大減少矩陣分解的計(jì)算量，另一方面，分解后所得到的上三角矩陣R也將會是一個(gè)稀疏矩陣。從上述QR分解技術(shù)結(jié)合頻域均衡的處理方法的簡要介紹中可以看出，上三角矩陣R是T-H預(yù)編碼模塊所需關(guān)鍵參數(shù)的直接來源，R矩陣的稀疏特性將有效減少T-H預(yù)編碼模塊在物理實(shí)現(xiàn)上所需要的乘法器和延遲器的抽頭數(shù)目，從而大大減少系統(tǒng)復(fù)雜度。所以，本發(fā)明提出對原始信道H進(jìn)行基于MMSE準(zhǔn)則QR分解的均衡方法。
實(shí)施例1 基于ZF/MMSE準(zhǔn)則均衡權(quán)值可統(tǒng)一表示為
對于ZF準(zhǔn)則，H即現(xiàn)行QR分解方案中的信道矩陣H。
對于MMSE準(zhǔn)則，通過以下的擴(kuò)展矩陣 H＝[H，σI]T 容易得到，該擴(kuò)展矩陣的廣義逆為
上述

即為經(jīng)典MMSE準(zhǔn)則的均衡權(quán)值。
由上可知，原信道對應(yīng)的QR分解實(shí)際上是一種迫零(ZF)均衡，在均衡過程中顯然噪聲被放大了，而如果基于擴(kuò)展信道H＝[H，σI]T進(jìn)行QR分解，則本質(zhì)上是一種最小均方誤差(MMSE)均衡。由于MMSE均衡在噪聲放大和干擾消除之間做了一個(gè)最佳的權(quán)衡，因此性能比徹底消除干擾的ZF均衡更優(yōu)。對于H的QR分解可以寫成 H＝QR＝[Q1 Q2]TR 由于 從而 Q1HH＝R-σQ2H 所以 H＝Q1(R-σQ2H) 本實(shí)施例為本發(fā)明的單載波實(shí)現(xiàn)方式。信號處理的具體過程如下所述 步驟S100，對原始信道矩陣H的擴(kuò)展信道矩陣H進(jìn)行QR分解，獲得R矩陣和Q矩陣?？梢园凑丈鲜鰧U(kuò)展信道矩陣H的介紹進(jìn)行分解。即可進(jìn)行以下過程 H＝QR＝[Q1 Q2]TR 步驟S200，根據(jù)R矩陣和Q矩陣進(jìn)行均衡。由于均衡過程的其他步驟與現(xiàn)有技術(shù)相同，下面主要介紹關(guān)鍵的步驟，分為兩步，具體包括 步驟S201，在發(fā)送端，根據(jù)R矩陣對調(diào)制后的數(shù)據(jù)進(jìn)行T-H預(yù)編碼。由得到的R矩陣，可求出T-H預(yù)編碼的關(guān)鍵參數(shù)B B＝diag{R}-1R-I 所以在經(jīng)過調(diào)制之后，再經(jīng)過T-H預(yù)編碼的信號可以寫成 x＝S-Bx+2Mzt 2Mzt表示取模器操作，取模器對信號的實(shí)部虛部分別進(jìn)行如下操作
其中，

代表向下取最接近的整數(shù)，M根據(jù)調(diào)制方式的不同有不同取值。
所以，數(shù)據(jù)經(jīng)過T-H預(yù)編碼后，即可添加循環(huán)前綴，再經(jīng)天線發(fā)送出去。
步驟S202，在接收端，根據(jù)Q矩陣對經(jīng)過頻域信號處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收濾波處理。接收天線接收到數(shù)據(jù)后，先去除循環(huán)前綴，再進(jìn)行頻域信號處理。根據(jù)發(fā)送端發(fā)送信號的表達(dá)式，可以將接收信號的表達(dá)式寫成 所以，利用得到的Q1H矩陣，可以對接收信號r進(jìn)行部分均衡，并同樣進(jìn)行取模操作2Mzr，以消除發(fā)送取模器的影響。則信號的最終判決變量r的表達(dá)式如下 從r的表達(dá)式可以看出，信號的最終判決變量不僅僅取決于diag(R)，還與σQ2H(RPH)-1diag(R)有關(guān)，而這一項(xiàng)包含了噪聲的方差信息σ，體現(xiàn)了MMSE準(zhǔn)則在噪聲放大方面所作出的權(quán)衡?，F(xiàn)有技術(shù)是采用QR分解，即使用ZF準(zhǔn)則來進(jìn)行均衡，雖然ISI可以被完全消除，但因此所帶來噪聲放大的壞處卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于完全消除ISI的好處，所以本發(fā)明所提出的方案使用MMSE準(zhǔn)則，不對噪聲進(jìn)行完全消除，而是在ISI消除和噪聲之間取得最佳的折中，從而實(shí)現(xiàn)中低信噪比區(qū)域擁有更優(yōu)的系統(tǒng)性能。如圖5所示，圖5為實(shí)施例1基于預(yù)編碼的信道均衡方法流程圖。
圖6為MMSE-QR-THP與QR-THP單載波均衡系統(tǒng)得誤碼率仿真圖，橫坐標(biāo)EbN0表示信噪比，縱坐標(biāo)BER表示比特誤碼率。從圖中可以看出，由于QR分解放大了噪聲，因此其誤碼率性能不如基于MMSE-QR分解的系統(tǒng)。MMSE-QR分解，即對原始信道矩陣H的擴(kuò)展矩陣H進(jìn)行QR分解，在噪聲放大和ISI消除之間作了最優(yōu)的折中，因此在低信噪比能夠提供將近2dB的信噪比增益。
另外現(xiàn)有技術(shù)中，因?yàn)槭褂肣R分解技術(shù)會出現(xiàn)在高信噪比下不同程度的差錯(cuò)平底，而由圖6所示，本發(fā)明同時(shí)還能夠大幅緩解高信噪比下的差錯(cuò)平底，雖然不能完全平衡各路子信道的信噪比質(zhì)量，但性能相對于QR-THP已經(jīng)有了較大的提升。
作為上述實(shí)施例的進(jìn)一步優(yōu)化，步驟S100的實(shí)現(xiàn)過程具體包括先對原始信道矩陣H的擴(kuò)展信道矩陣H進(jìn)行QR分解，再對QR分解的結(jié)果執(zhí)行Sort排序算法操作，獲得R矩陣和Q矩陣。Sort排序算法為應(yīng)用在多天線通信的公知算法，在本發(fā)明中不進(jìn)行詳細(xì)描述。排序的原則是信噪比高的子信道優(yōu)先排在前面。最后生成的R矩陣和Q矩陣都是經(jīng)過最佳排序后的矩陣。當(dāng)對調(diào)制后的數(shù)據(jù)進(jìn)行T-H預(yù)編碼時(shí)，根據(jù)排序后的R矩陣，就可以對信噪比高的信號進(jìn)行干擾預(yù)消除，由于先進(jìn)行干擾消除的信號所消耗的能量較少，同時(shí)該路信號的信道條件較好，因此可在降低能量消耗的同時(shí)保證該路信號的傳輸質(zhì)量。隨后可把節(jié)省下來的能量留給后面信噪比條件差的信號，相當(dāng)于合理地分配了整個(gè)系統(tǒng)的總功率，因此可以有效提高誤碼性能。
作為上述優(yōu)化實(shí)施例的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟S100中，對QR分解的結(jié)果執(zhí)行Sort排序算法操作，獲得R矩陣和Q矩陣的過程具體包含對QR分解的結(jié)果執(zhí)行Sort排序算法操作，并對Sort排序算法操作的結(jié)果執(zhí)行PSA排序修正算法操作，獲得R矩陣和Q矩陣。在執(zhí)行Sort排序算法操作之后，進(jìn)而使用PSA排序修正算法進(jìn)行修正，即對排序結(jié)果實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化檢測，從而確保得到的是最佳的排序，最終達(dá)到系統(tǒng)性能的進(jìn)一步提高。
如圖7所示，圖7為使用Sort排序算法和PSA排序修正算法的MMSE-QR-THP單載波均衡系統(tǒng)誤碼率仿真圖，由圖可見，使用Sort排序算法可以在原來MMSE-QR-THP系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加1-2dB的信噪比增益，而使用PSA排序修正算法后可以進(jìn)一步修正排序的結(jié)果，獲得最佳的排序，因此性能可再提高0.5-1dB。這種增益在低信噪比區(qū)域更加顯著，原因在于低信噪比時(shí)系統(tǒng)的總功率更加寶貴，合理的排序可以有效地分配和利用總功率，從而達(dá)到提升系統(tǒng)性能的目的。
實(shí)施例2 本發(fā)明同時(shí)還提出一種基于預(yù)編碼的通信系統(tǒng)，包括發(fā)送端和接收端；發(fā)送端包含調(diào)制模塊、T-H預(yù)編碼模塊、增加循環(huán)前綴模塊和發(fā)送天線，接收端包含接收天線、去除循環(huán)前綴模塊、頻域信號處理模塊、接收濾波模塊、取模模塊和解調(diào)模塊；其特征在于，通信系統(tǒng)還包括基于擴(kuò)展信道的QR分解模塊。由原始信道矩陣H可以獲得其擴(kuò)展信道矩陣H，基于擴(kuò)展信道的QR分解模塊用于根據(jù)該擴(kuò)展信道矩陣H進(jìn)行QR分解，獲得R矩陣和Q矩陣，并將R矩陣發(fā)送至T-H預(yù)編碼模塊，將Q矩陣發(fā)送至接收濾波模塊。如圖8所示，圖8為基于擴(kuò)展信道矩陣QR分解的通信系統(tǒng)信號流程示意圖。本實(shí)施例中，基于擴(kuò)展信道矩陣QR分解指的就是對原始信道矩陣的擴(kuò)展信道矩陣進(jìn)行QR分解的技術(shù)。
下面對本系統(tǒng)的一些關(guān)鍵模塊進(jìn)行描述 T-H預(yù)編碼模塊如圖9所示，圖9為一個(gè)T-H預(yù)編碼模塊結(jié)構(gòu)示意圖，以s表示經(jīng)過調(diào)制模塊QAM調(diào)制后的數(shù)據(jù)，x表示經(jīng)過T-H預(yù)編碼的數(shù)據(jù)。信號經(jīng)過調(diào)制后再經(jīng)過一個(gè)反饋濾波器進(jìn)行串符干擾的預(yù)消除，其中，反饋濾波器所需要的參數(shù)是來源于基于擴(kuò)展信道的QR分解中的R矩陣。由于此過程中會使得信號的動態(tài)范圍加大，而且發(fā)送功率也會提高，因此在濾波器的輸出插入一個(gè)取模器，該取模器負(fù)責(zé)將信號的動態(tài)范圍限制在[-M，M]之間，M根據(jù)不同的QAM調(diào)制會有不同的取值。
頻域信號處理模塊該模塊主要負(fù)責(zé)將接收到的信號通過FFT操作轉(zhuǎn)換至頻域，然后進(jìn)行同步，信道估計(jì)以及頻域均衡等操作。但是與傳統(tǒng)方案不同，本發(fā)明中頻域信號處理模塊中頻域均衡技術(shù)為可選模式，以兼容目前的單載波頻域均衡系統(tǒng))，同時(shí)也包括其他頻域技術(shù)，如頻域同步，頻域信道估計(jì)等。頻域信號處理模塊會通過IFFT將信號轉(zhuǎn)換回時(shí)域，然后進(jìn)入后續(xù)的接收濾波模塊。
接收濾波模塊該模塊主要根據(jù)接收到的Q矩陣，即基于擴(kuò)展信道的QR分解后獲得的Q矩陣，來對頻域信號處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收濾波。
對于T-H預(yù)編碼模塊中的反饋濾波器以及接收濾波模塊，其物理結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)方案相同，但是在參數(shù)獲取上與傳統(tǒng)方案不同，現(xiàn)有技術(shù)中是利用QR分解得到T-H預(yù)編碼模塊中反饋濾波器以及接收濾波模塊的參數(shù)，而本發(fā)明是通過基于擴(kuò)展信道的QR分解獲得這些參數(shù)。
下面通過具體實(shí)施過程來闡述本系統(tǒng)工作過程 步驟S101，獲得信道信息。對閉環(huán)系統(tǒng)和開環(huán)系統(tǒng)來說，獲得信道信息的過程是不同的。對閉環(huán)系統(tǒng)，發(fā)送端首先發(fā)送訓(xùn)練序列對信道進(jìn)行訓(xùn)練；接收端再利用該已知的訓(xùn)練序列，用經(jīng)典的信道估計(jì)算法對無線信道進(jìn)行估計(jì)，得到信道信息；接收端最后將該信道信息反饋給發(fā)射端。對開環(huán)系統(tǒng)，例如時(shí)分雙工的TDD系統(tǒng)，發(fā)射端直接根據(jù)上下行鏈路的對稱性，利用上行鏈路的信道信息估計(jì)下行鏈路的信道信息，此模式下，無需接收端將信道信息反饋給發(fā)送端。
步驟S102，基于擴(kuò)展信道的QR分解模塊先對擴(kuò)展矩陣H進(jìn)行QR分解，獲得R矩陣和Q矩陣。
步驟S103，調(diào)制模塊對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行QAM調(diào)制，然后將調(diào)制后的數(shù)據(jù)發(fā)送至T-H預(yù)編碼模塊。
步驟S104，T-H預(yù)編碼模塊根據(jù)接收的R矩陣，對調(diào)制后的數(shù)據(jù)進(jìn)行T-H預(yù)編碼，即進(jìn)行ISI的消除，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送至增加循環(huán)前綴模塊。
步驟S105，增加循環(huán)前綴模塊對T-H預(yù)編碼后的數(shù)據(jù)加上循環(huán)前綴CP，并從天線上發(fā)送出去。
步驟S106，接收端天線接收到數(shù)據(jù)，去除循環(huán)前綴模塊對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行去除CP，并將其送入頻域信號處理模塊。頻域信號處理模塊對數(shù)據(jù)進(jìn)行頻域信號處理之后，將數(shù)據(jù)發(fā)送至接收濾波模塊。
步驟S107，接收濾波模塊根據(jù)接收的Q矩陣，對頻域信號處理后數(shù)據(jù)進(jìn)行接收濾波。然后數(shù)據(jù)進(jìn)入取模模塊，最后進(jìn)入解調(diào)模塊進(jìn)行QAM解調(diào)與判決，恢復(fù)出原始的發(fā)送信息。
上述過程已經(jīng)簡要描述了基于擴(kuò)展信道矩陣QR分解的單載波系統(tǒng)工作過程。作為上述實(shí)施例的進(jìn)一步優(yōu)化，該通信系統(tǒng)還包含Sort排序算法模塊。該模塊主要用于根據(jù)Sort排序算法，對基于擴(kuò)展信道的QR分解模塊的輸出結(jié)果執(zhí)行Sort排序算法操作，獲得R矩陣和Q矩陣。排序的原則是信噪比高的子信道優(yōu)先排在前面。最后生成的R矩陣和Q矩陣都是經(jīng)過最佳排序后的矩陣。在對調(diào)制后的數(shù)據(jù)進(jìn)行T-H預(yù)編碼時(shí)，根據(jù)排序后的R矩陣，就可以對信噪比高的信號進(jìn)行干擾預(yù)消除，由于先進(jìn)行干擾消除的信號所消耗的能量較少，同時(shí)該路信號的信道條件較好，因此可在降低能量消耗的同時(shí)保證該路信號的傳輸質(zhì)量。隨后可把節(jié)省下來的能量留給后面信噪比條件差的信號，相當(dāng)于合理地分配了整個(gè)系統(tǒng)的總功率，因此可以有效提高誤碼性能。
作為上述優(yōu)化實(shí)施例的進(jìn)一步改進(jìn)，該通信系統(tǒng)還包含PSA排序修正算法模塊。PSA排序修正算法模塊主要用于根據(jù)PSA排序修正算法，對執(zhí)行Sort排序算法操作的結(jié)果執(zhí)行PSA排序修正算法操作，獲得R矩陣和Q矩陣。在執(zhí)行Sort排序算法操作之后，進(jìn)而使用PSA排序修正算法進(jìn)行修正，即對排序結(jié)果實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化檢測，從而確保得到的是最佳的排序，最終達(dá)到系統(tǒng)性能的進(jìn)一步提高。
以上所述的本發(fā)明實(shí)施方式，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。任何在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于預(yù)編碼的信道均衡方法，其特征在于，包括
步驟S100，對原始信道矩陣H的擴(kuò)展信道矩陣H進(jìn)行QR分解，獲得R矩陣和Q矩陣；
步驟S200，根據(jù)所述R矩陣和所述Q矩陣進(jìn)行均衡，包括
步驟S201，在發(fā)送端，根據(jù)所述R矩陣對調(diào)制后的數(shù)據(jù)進(jìn)行T-H預(yù)編碼；
步驟S202，在接收端，根據(jù)所述Q矩陣對頻域信號處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收濾波。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于預(yù)編碼的信道均衡方法，其特征在于，所述步驟S100的過程具體包括先對原始信道矩陣H的擴(kuò)展信道矩陣H進(jìn)行QR分解，再對QR分解的結(jié)果執(zhí)行Sort排序算法操作，獲得R矩陣和Q矩陣。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于預(yù)編碼的信道均衡方法，其特征在于，步驟S100中，對QR分解的結(jié)果執(zhí)行Sort排序算法操作，獲得R矩陣和Q矩陣的過程具體包含對QR分解的結(jié)果執(zhí)行Sort排序算法操作，再對Sort排序算法操作后的結(jié)果執(zhí)行PSA排序修正算法操作進(jìn)行修正，獲得R矩陣和Q矩陣。
4.一種基于預(yù)編碼的通信系統(tǒng)，包括發(fā)送端和接收端；所述發(fā)送端包含調(diào)制模塊、T-H預(yù)編碼模塊、增加循環(huán)前綴模塊和發(fā)送天線，所述接收端包含接收天線、去除循環(huán)前綴模塊、頻域信號處理模塊、接收濾波模塊、取模模塊和解調(diào)模塊；其特征在于，所述通信系統(tǒng)還包括
基于擴(kuò)展信道的QR分解模塊，用于根據(jù)原始信道矩陣H的擴(kuò)展信道矩陣H進(jìn)行QR分解，獲得R矩陣和Q矩陣，并將所述R矩陣發(fā)送至所述T-H預(yù)編碼模塊，將所述Q矩陣發(fā)送至所述接收濾波模塊；
所述基于擴(kuò)展信道的QR分解模塊先對所述擴(kuò)展矩陣H進(jìn)行QR分解，獲得R矩陣和Q矩陣；
在發(fā)送端，所述調(diào)制模塊對數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，所述T-H預(yù)編碼模塊根據(jù)接收的R矩陣，對調(diào)制后的數(shù)據(jù)進(jìn)行T-H預(yù)編碼，所述增加循環(huán)前綴模塊接收所述T-H預(yù)編碼模塊輸出的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)增加循環(huán)前綴后經(jīng)由所述發(fā)送天線發(fā)射出去；
在接收端，所述接收天線接收數(shù)據(jù)，并發(fā)送至所述去除循環(huán)前綴模塊去除循環(huán)前綴，然后由所述頻域信號處理模塊對去除循環(huán)前綴的數(shù)據(jù)進(jìn)行頻域信號處理，所述接收濾波模塊根據(jù)接收的Q矩陣，對頻域信號處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收濾波，再由所述取模模塊對數(shù)據(jù)進(jìn)行取模操作，最后數(shù)據(jù)被發(fā)送至所述解調(diào)模塊進(jìn)行解調(diào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于預(yù)編碼的通信系統(tǒng)，其特征在于，所述通信系統(tǒng)還包括Sort排序算法模塊，用于根據(jù)Sort排序算法，對QR分解的結(jié)果執(zhí)行Sort排序算法操作，獲得R矩陣和Q矩陣。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于預(yù)編碼的通信系統(tǒng)，其特征在于，所述通信系統(tǒng)還包括PSA排序修正算法模塊，用于對執(zhí)行Sort排序算法操作后的結(jié)果執(zhí)行PSA排序修正算法操作，獲得R矩陣和Q矩陣。
全文摘要
本發(fā)明提出一種基于預(yù)編碼的信道均衡方法，包含對原始信道矩陣H的擴(kuò)展信道矩陣H進(jìn)行QR分解，獲得R矩陣和Q矩陣；再根據(jù)這兩個(gè)矩陣進(jìn)行均衡在發(fā)送端，根據(jù)R矩陣對經(jīng)過調(diào)制的數(shù)據(jù)進(jìn)行T-H預(yù)編碼處理；在接收端，根據(jù)Q矩陣對經(jīng)過頻域信號處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收濾波處理。本發(fā)明還提出一種基于預(yù)編碼的通信系統(tǒng)，包括基于擴(kuò)展信道的QR分解模塊。通過基于擴(kuò)展信道的QR分解，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對中低信噪比區(qū)域的系統(tǒng)性能進(jìn)行改善。同時(shí)，本發(fā)明還提出對QR分解結(jié)果進(jìn)行Sort排序算法操作和PSA排序修正算法操作的優(yōu)化方案，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的誤碼性能。
文檔編號H04L25/02GK101764771SQ200910193310
公開日2010年6月30日 申請日期2009年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月26日
發(fā)明者伍沛然, 張永強(qiáng) 申請人:廣州杰賽科技股份有限公司