專利名稱：多輸入多輸出-正交頻分復(fù)用無線通信系統(tǒng)的球形檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，更具體的，涉及一種多輸入多輸出-正交頻分復(fù) 用 MIM0-0FDM(Multiple Input and Multiple Output, MIMO-Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，OFDM)系統(tǒng)的球型檢測方法。
背景技術(shù)：
多輸入多輸出(MultipleInput and Multiple Output, ΜΙΜΟ)技術(shù)作為未來寬 帶無線通信的關(guān)鍵技術(shù)，它充分利用空間資源以提高頻譜效率，在不需要損失頻帶和發(fā)射 功率資源的前提下，能有效的提高系統(tǒng)能量。但它卻無法克制多徑衰落現(xiàn)象。正交頻分 復(fù)用(OrthogonalFrequency Division Multiplexing, OFDM)技術(shù)通過把高速數(shù)據(jù)分配 至多個(gè)相互正交的子載波上進(jìn)行傳輸，把頻率選擇性衰落信道變成了平坦衰落信道，可以 有效地對抗多徑衰落。MIM0-0FDM系統(tǒng)將兩者的優(yōu)勢集合，有著更高的實(shí)用意義。傳統(tǒng) 的MIM0-0FDM系統(tǒng)的檢測算法有迫零檢測(ZF)，最小均方誤差檢測(MMSE)，最大似然檢測 (ML)等。其中ML可以得到最好的誤碼性能，但其復(fù)雜度也是非常高，往往難以應(yīng)用；基于 樹搜索的球型算法可以逼近ML的誤碼性能，且復(fù)雜度與ML算法相比顯著降低。球型算法 主要解決兩個(gè)問題(1)半徑的選取(2)判斷某一星座點(diǎn)是否在搜索范圍內(nèi)。其中半徑的選 取直接影響到算法的性能，如果半徑選取過大會導(dǎo)致搜索范圍過大，復(fù)雜度會接近ML的指 數(shù)級增長，如果半徑選取過小可能導(dǎo)致搜索失敗，重新搜索。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對已有技術(shù)存在的缺陷，提供一種多輸入多輸出-正交頻分 復(fù)用無線通信系統(tǒng)檢測方法，提高系統(tǒng)的運(yùn)算性能，大為減少系統(tǒng)運(yùn)算時(shí)間，在得到較好誤 碼性能的前提下有效地降低系統(tǒng)的復(fù)雜度。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案 一種多輸入多輸出_正交頻分復(fù)用無線通信系統(tǒng)的球型檢測算法，其特征在于首先對信號 進(jìn)行QR預(yù)處理，并以預(yù)處理結(jié)果和原信號之間的歐式距離作為初始半徑，具體操作步驟如 下(1)輸入發(fā)射信號、信道、噪聲；(2)對信號進(jìn)行OFDM處理；(3))將處理后的信號進(jìn)行QR檢測得次優(yōu)解少2 ，·(4)選取初始半徑Ctl 將判決結(jié)果與原信號y之間的歐式距離作為球型算法的 初始半徑Ctl ；(5)進(jìn)行球型譯碼檢測，得到最終結(jié)果，其步驟如下(5. 1)令初始半徑為Ctl，設(shè)信號向量和0，搜索首先從最后一層第M層開始，以Ctl為 半徑確定第M層搜索范圍；(5. 2)在橢球內(nèi)搜索發(fā)射信號的星座點(diǎn)；
3
(5. 3)當(dāng)搜到
-水！
L座點(diǎn)S，那么i=s，且以此信號與原信號的歐式距離作為新的半
徑，回到步驟5. 2，繼續(xù)搜索發(fā)射信號的星座點(diǎn)；(5. 4)否則，轉(zhuǎn)到下一層重復(fù)搜索，(5. 5)直到第一層將已搜索到的§作為搜索結(jié)果經(jīng)星座圖逆映射并串轉(zhuǎn)換后輸出。在步驟(2)中，OFDM處理分為以下幾個(gè)步驟首先將發(fā)射信號串并轉(zhuǎn)換為M層并 行數(shù)據(jù)流，在每個(gè)子載波上通過星座圖映射后；再經(jīng)傅里葉反變換將信號從頻域調(diào)制到時(shí) 域，為防止符號間干擾在信號前加循環(huán)前綴CP ；最后在接收端經(jīng)過信道衰落和噪聲影響后 的信號，首先去循環(huán)前綴CP，再對信號進(jìn)行傅里葉變換解調(diào)后輸出。在步驟(3)中，將處理后的信號進(jìn)行檢測得次優(yōu)解是將OFDM處理后的信號， 在每個(gè)子載波上進(jìn)行QR檢測，根據(jù)QR檢測原理對于MIM0-0FDM系統(tǒng)中有yK = HKSK+nK, K = 0,1,...N-1,(1)式中SK，yK，nK, Hk分別表示發(fā)射天線向量Sn，接收向量yn，加性白噪聲nn，信道矩陣 脈沖響應(yīng)Hn的FFT變換，K為第k個(gè)子載波數(shù)。對信道矩陣進(jìn)行QR分解
H = QR = [q},gl,--,gN]
尺，R
F O
0
.12
IN
Λ
22
R
■2Ν
0 R
-NN.
(2)其中Q是一
的單位矩陣，而R是-
個(gè)MXN的酉矩陣，滿足QhQ = IM，Qh是Q矩陣的共軛轉(zhuǎn)置，Im是MXM -個(gè)NXN階上三角矩陣，對(1)式左乘Qh可得
⑶
'Ru及 12… R1N'S1'y' = QHy = RS + QHn =0R22… R2NS2+N10ο Rnn _Λ._N3_ 上式中y ‘ = QHy，N = QHn,從第N層開始檢測。 則得到第i層判決結(jié)果為\ =Q
Σ rUsJ
J=i+l_其中Q[ ·]函數(shù)是表示根據(jù)星座圖對檢測信號的硬件判決解調(diào)，為R矩陣的元 素。在以上步驟中，步驟(4)是此發(fā)明的重點(diǎn)，他將信號進(jìn)行QR檢測得到的結(jié)果作為預(yù)判
結(jié)果與原信號之間的歐式距離作為球型譯碼的初始半徑。則初始半徑Cii 5^|，y為原
接收信號，yQE為經(jīng)QR檢測后所得信號。在步驟(5)中，以Ctl為初始半徑進(jìn)行球型譯碼，球型譯碼算法原理如下若球型算法是在半徑為C的球內(nèi)搜索，則需滿足
權(quán)利要求
一種多輸入多輸出 正交頻分復(fù)用無線通信系統(tǒng)的球形檢測方法，其特征在于首先對信號進(jìn)行QR預(yù)處理，并以預(yù)處理的結(jié)果和原信號之間的歐式距離作為初始半徑。具體步驟如下(1)輸入發(fā)射信號、信道、噪聲；(2)對信號進(jìn)行OFDM處理；(3)將處理后的信號進(jìn)行QR檢測得次優(yōu)解(4)選取初始半徑C0將判決結(jié)果與原信號y之間的歐式距離作為球型算法的初始半徑C0；(5)進(jìn)行球型譯碼檢測，其步驟如下(5.1)令初始半徑為C0，設(shè)信號向量以C0為半徑，從最后一層開始確定搜索范圍；(5.2)在一個(gè)橢球內(nèi)搜索發(fā)射信號的星座點(diǎn)；(5.3)當(dāng)搜到一個(gè)星座點(diǎn)s，那么且以此信號與原信號的歐式距離作為新的半徑，回到步驟5.2，繼續(xù)搜索發(fā)射信號的星座點(diǎn)；(5.4)否則，轉(zhuǎn)到上一層更新搜索范圍重新搜索，(5.5)直到第一層將已搜索到的作為搜索結(jié)果經(jīng)星座圖逆映射后輸出。FSA00000314105400011.tif,FSA00000314105400012.tif,FSA00000314105400013.tif,FSA00000314105400014.tif,FSA00000314105400015.tif
2.如權(quán)利要求1所述的多輸入多輸出_正交頻分復(fù)用無線通信系統(tǒng)的球形檢測方法， 其特征是所述的步驟(2)中，對信號進(jìn)行OFDM處理的步驟是首先，將發(fā)射信號串并轉(zhuǎn)換為 M層并行數(shù)據(jù)流，在每個(gè)子載波上通過星座圖映射后；其次，通過傅里葉反變換將信號從頻 域調(diào)制到時(shí)域，為防止符號間干擾在信號前加循環(huán)前綴CP ；最后，在接收端經(jīng)過信道衰落 和噪聲影響后的信號，首先去循環(huán)前綴CP，再對信號進(jìn)行傅里葉變換解調(diào)后輸出。
3.如權(quán)利要求1所述的多輸入多輸出_正交頻分復(fù)用無線通信系統(tǒng)的球形檢測方法， 其特征是所述的步驟(3)中，將處理后的信號進(jìn)行QR檢測得次優(yōu)解^例是對所得信號在每 個(gè)子載波上進(jìn)行QR檢測，得到QR檢測的次優(yōu)解。
4.如權(quán)利要求1所述的多輸入多輸出_正交頻分復(fù)用無線通信系統(tǒng)的球形檢測方法， 其特征是所述的步驟(4)中，選取初始半徑Ctl是將初始半徑Ctl選取為QR檢測所得次優(yōu)解 與原信號之間的歐式距離，即為Cflο
5.如權(quán)利要求1所述的多輸入多輸出_正交頻分復(fù)用無線通信系統(tǒng)的球形檢測方法， 其特征是所述的步驟(5)中，進(jìn)行球型譯碼檢測是以步驟(4)所得的Ctl為初始半徑，從第 M層開始，令i =M代入下式ll/n -- W-A-i If + …《C ‘2, / = 1,2,…似其中M為發(fā)射信號層數(shù)，y' = QhyjC2=C02 -\\QHyf，y為原信號，Q、R為信道矩陣QR分解所得；得搜索范圍在橢球范圍內(nèi)搜索星座點(diǎn)，每次搜索到信號星座點(diǎn)后，用所得信號計(jì) 算出新的半徑，更新搜索范圍重新搜索。如果在橢球內(nèi)沒有搜索到星座點(diǎn)，轉(zhuǎn)入上一層更新 范圍重新搜索，直到第一層，因?yàn)槌跏及霃竭x取是以QR所得解與原信號之間的歐式距離， 故在橢球范圍內(nèi)至少存在一個(gè)星座點(diǎn)就是原QR所得解，不存在搜索失敗增加半徑的情況， 所以直接將所得信號集S經(jīng)星座圖逆映射、并串轉(zhuǎn)換后輸出。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多輸入多輸出-正交頻分復(fù)用無線通信系統(tǒng)的球型檢測方法。本方法主要是在MIMO-OFDM系統(tǒng)的檢測機(jī)端引入了一種改進(jìn)的球型譯碼算法。此算法是在傳統(tǒng)球型譯碼選擇半徑問題上改進(jìn)，通過對信號進(jìn)行QR檢測預(yù)處理，以處理后結(jié)果和原信號之間的歐式距離作為初始半徑進(jìn)行檢測。此算法應(yīng)用在MIMO-OFDM系統(tǒng)中，在得到較好誤碼性能的前提下有效地降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度。
文檔編號H04B17/00GK101977088SQ20101051593
公開日2011年2月16日 申請日期2010年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月22日
發(fā)明者張衛(wèi)東, 朱曉錦, 王剛, 王海航, 王超, 高守瑋 申請人:上海大學(xué)