一種用于電力線通信的多輸入多輸出信號檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于電力線通信的多輸入多輸出信號檢測方法，屬于信號處理【技術領域】。發(fā)送端在發(fā)送信號序列之前，需要發(fā)送iter幀訓練序列，iter為算法的迭代次數(shù)，迭代次數(shù)范圍為100～200；在接收端，首先進行初始化，即wi(0)=0，Pi(0)=δI，其中P為計算過程中所需要的矩陣，I為N×N的單位陣，N為接收天線數(shù)，此處為2×2的單位陣，δ是一個足夠大的正常數(shù)，此處為δ＝106。
【專利說明】一種用于電力線通信的多輸入多輸出信號檢測方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于電力線通信的多輸入多輸出信號檢測方法，屬于信號處理【技術領域】。
【背景技術】
[0002]隨著通信技術的發(fā)展，“最后一公里”的接入問題已經成為制約寬帶通信廣泛應用的瓶頸之一。電力線通信(Power Line Communication, PLC)技術以其不用重新布線、覆蓋范圍廣、能方便連接用戶終端和網絡等優(yōu)點，已成為寬帶接入關鍵技術之一。隨著高速數(shù)據通信的發(fā)展，PLC信道自身的物理信道容量已不能滿足要求，因此近年來人們將MMO技術引入到PLC中,研究PLC系統(tǒng)中的多輸入多輸出(mult1-1nput mult1-output, ΜΙΜΟ)技術，以提高通信速率。已有的MMO技術，都是針對無線信道中的加性高斯白噪聲(Additivewhite Gaussian noise, AffGN)環(huán)境開發(fā)，這樣將其用于PLC通信系統(tǒng)時，由于PLC信道存在顯著的脈沖噪聲干擾，其性能會嚴重下降。因此，有必要針對PLC通信信道的特點，對已有的MMO技術進行改進或提出新 的方法，以進一步提高PLC通信系統(tǒng)性能。
[0003](I)MMO系統(tǒng)模型
[0004]MIMO系統(tǒng)(MXN)的一般模型說明書如圖1所不:設MIMO系統(tǒng)的發(fā)送信號為S=Ls1, S2,…，SM]τ，接收信號為r=[iyrN]T為,信道噪聲為n=[rv..nN]T，信道傳輸函數(shù)矩陣為H。則MMO系統(tǒng)的接收信號模型為
[0005]r=Hs+n (I)
[0006]MIMO信號檢測就是根據接收信號r來恢復出發(fā)送信號S。已有的MMO信號檢測技術包括最大似然(Maximum Likelihood, ML)檢測算法、迫零(Zero Forcing, ZF)檢測算法、最小均方誤差(Minimal Mean Square Error，MMSE)檢測算法、V-BLAST (ZF-0SIC)檢測算法、基于QR分解的檢測算法以及球形譯碼算法。其中，ZF檢測算法和MMSE檢測算法在實際中應用較多，也是與本發(fā)明相關的兩種檢測方法。
[0007](2)分數(shù)低階相關(FLOC)
[0008]在α穩(wěn)定分布環(huán)境中，2階統(tǒng)計量和高階(階數(shù)大于2)統(tǒng)計量不存在，所以通常采用分數(shù)低階(階數(shù)小于2大于0)統(tǒng)計量對服從α穩(wěn)定分布的信號進行處理，本算法使用的分數(shù)低階統(tǒng)計量為分數(shù)低階相關，下面給出分數(shù)低階相關的定義:
[0009]對于服從S a S分布的隨機變量X和Y，其P階分數(shù)低階相關為
[0010]/?(；, =< Α,，Y >,, = E\XYij"x) ], \< ρ <α.,
[0011]其中，符號〈.>的運算規(guī)則為:zM = Zla-V5Q為SaS分布的特征指數(shù)。
[0012]現(xiàn)有技術一的技術方案
[0013]2012年3月，陳建青等在文獻《ΜΜ0系統(tǒng)檢測算法綜合分析與比較》中描述了一種迫零(ZF)檢測算法。該算法是一種線性檢測算法，它通過線性檢測矩陣從接收信號中恢復出發(fā)送信號，其數(shù)學表達式為[0014]S = Wr(2)
[0015]其中，W為檢測矩陣。
[0016]不同的檢測算法具有不同的檢測矩陣。在ZF檢測算法中，檢測矩陣W的計算公式為
[0017]W = (HhH) -1Hh ； (3)
[0018]其中，(.)H表示矩陣的共軛轉置。
[0019]使用ZF檢測算法進行MMO信號檢測時，在接收端先要進行信道估計，獲得傳遞函數(shù)矩陣H，然后根據式(3)計算檢測矩陣W，最后根據式(2)得到發(fā)送信號的估計值，完成MMO信號檢測。
[0020]現(xiàn)有技術一的缺點
[0021]ZF檢測算法的主要缺點是沒有考慮到噪聲的影響，這在應用中，尤其是在脈沖噪聲環(huán)境下，其檢測誤碼率很高。此外，該算法的檢測結果還嚴重依賴于信道估計的準確性。
[0022]現(xiàn)有技術二的技術方案:
[0023]2003年3月，李穎等在文獻《一種改進的分層空時碼檢測算法》中闡述了 MMSE檢測算法的具體方案。該算法考慮到了噪聲的影響，可以適當?shù)仄胶庥嬎銖碗s度和檢測準確性。該算法的檢測矩陣W的計算公式為
[0024]W = (HhH+σ 2D-1Hh, (4)
[0025]其中，I為MXM的單位陣，M為MMO系統(tǒng)發(fā)射天線的數(shù)目；σ 2為噪聲的方差。
[0026]與ZF檢測算法類似，用MMSE檢測算法進行MMO信號檢測時，在接收端也要先進行信道估計，獲得傳輸函數(shù)矩陣H ;然后根據式(4)計算檢測矩陣W，最后根據式(2)得到發(fā)送信號的估計值，完成MMO信號檢測。
[0027]現(xiàn)有技術二的缺點:
[0028]在麗SE檢測算法中，檢測矩陣要用到噪聲的方差，而在脈沖噪聲環(huán)境下，噪聲方差不存在，因此，MMSE檢測算法在脈沖噪聲環(huán)境中無法正常工作。
[0029]現(xiàn)有技術三的技術方案:
[0030]第三種技術方案是基于同時信號分量干擾抵消的MMO檢測方法。該方法主要用干擾抵消方法逐層進行檢測并消除層間干擾，從而提高檢測性能。這里所說的每層信號即指每個發(fā)送天線發(fā)射的信號，同時信號分量即不同發(fā)送天線在相同時刻發(fā)送的信號序列。
[0031]該方法的具體實現(xiàn)方案如下:在接收端，接收信號先通過前端濾波器進行處理，消除非同時分量，得到濾波后的數(shù)據；然后，用至少一個組合器矩陣對已濾波數(shù)據進行處理，得到第一層數(shù)據的檢測數(shù)據，其中組合器矩陣可以是在發(fā)射機處基于信道編碼、發(fā)送矩陣等的數(shù)據專用處理函數(shù)；接著，在接收端對其進行解調和解碼，得到對第一層發(fā)送信號的估計值，完成第一層數(shù)據的檢測。完成上述工作后，用檢測出的第一層數(shù)據對已濾波數(shù)據進行處理，以消除第一層數(shù)據引起的干擾，再檢測出第二層數(shù)據，然后進行解調和解碼，完成第二層數(shù)據的檢測。依此類推，逐步檢測出所有層發(fā)送數(shù)據，完成最終的檢測。
[0032]現(xiàn)有技術三的缺點:
[0033]利用同時信號分量的干擾消除的MMO檢測算法主要是消除不同發(fā)射天線信號間的干擾，而對噪聲干擾的影響考慮得較少，因此無法有效地抑制脈沖噪聲的干擾。
【發(fā)明內容】

[0034]為了克服上述的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種用于電力線通信的多輸入多輸出信號檢測方法。
[0035]本發(fā)明采取的技術方案:
[0036]發(fā)送端在發(fā)送信號序列之前，需要發(fā)送長度為iter的訓練序列，iter也是算法迭代次數(shù)，100<iter<200 ;在接收端，首先進行初始化，即Wi (O) =0，Pi (O) = δ I，其中P為計算過程中所需要的矩陣，I為NXN單位陣，此處為2X2的單位陣，N為接收天線數(shù)，δ是一個很大的正常數(shù)，δ取IO6 ;然后在每個訓練序列下更新Wi，即在第η個訓練序列下先根據分數(shù)低階相關的定義計算Si (η)與!T1 (n) -r1 (η)與!T1 (n)、r2 (η)與!T1 (η)的ρ階分數(shù)低階相關Rsirl (η) >Rrlrl (η)和 Rr2rl (η);然后根據式(5)計算矩陣 Ici (η),其中 rp (n) = [Rrlrl (n) Rr2rl (η)]τ，λ為加權因子，0.25〈 λ〈1，本發(fā)明建議取為λ=0.99;接著根據式(6)計算矩陣？“!!)；再根據式(7)計算ei (η)，其中R11 (n) =Rsirt (η)，最后根據式(8)計算Wi (η);然后計算下一個訓練序列下的值，知道達到迭代次數(shù)為止，此時獲得的Wi即為最終的檢測矩陣；然后根據式
(9)估計出發(fā)送信號- ;在實際檢測中，在每一個訓練序列下-、《2是同時并行計算的，最終同時計算出Sl、S2，完成信號檢測。
[0037]
【權利要求】
1.一種用于電力線通信的多輸入多輸出信號檢測方法，其特征在于:發(fā)送端在發(fā)送信號序列之前，需要發(fā)送長度為iter的訓練序列，iter也是算法迭代次數(shù)，100〈iter〈200 ;在接收端，首先進行初始化，即Wi(O)=O, Pi(O)=S I，其中P為計算過程中所需要的矩陣，I為NXN的單位陣，N為接收天線數(shù)，此處為2X2的單位陣，δ取IO6;然后在訓練序列的每個值下更新Wi,即在第η個訓練序列下先根據分數(shù)低階相關的定義計算SiOi)與!T1 (n) >T1 (η)與!T1 (η)、r2 (η)與!T1 (η)的ρ階分數(shù)低階相關Rsirl (η)、Rrlrl (η)和Rr2rl (η);然后根據式(5)計算矩陣 Mn)，其中，rp (n) = [Rrlrl (n) Rr2rl (η) ]τ, λ 為加權因子，0.25〈 λ〈1，λ =0.99 -M著根據式(6)計算矩陣Pi (η);再根據式(7)計算ei (η)，其中R11 (n) =Rsirt (η)，最后根據式(8)計算Wi (η);然后，依次用訓練序列各個值按照同樣方式計算，直到達到迭代次數(shù)iter為止，此時獲得的Wi即為最終的檢測矩陣；然后根據式(9)估計出發(fā)送信號Si ;在每一個訓練序列下、W2是同時并行計算的，最終同時計算出Sl、S2，完成信號檢測； 所述式(5)為
【文檔編號】H04L1/00GK103457701SQ201310365330
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月19日 優(yōu)先權日:2013年8月19日
【發(fā)明者】陳喆, 殷福亮, 耿曉馥 申請人:大連理工大學