CN101374127A - 一种多输入多输出正交频分复用系统的接收方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多输入多输出正交频分复用系统的接收方法和装置，旨在提高多输入多输出系统的信号接收性能，所述接收方法主要步骤为：对接收到的时域信息进行快速傅立叶变换变换；将所述快速傅立叶变换变换后的信息进行矩阵解交织处理，对相同下标k的接收子矩阵Y_k合并成等价接收矩阵

，并获得所述

相邻子载波上的等价接收矩阵

；在外信息的作用下，对所述

和

进行相干检测；对所述相干检测的结果进行译码，将译码结果输出。本发明降低了信道快衰带来的影响。

Description

一种多输入多输出正交频分复用系统的接收方法和装置

技术领域

本发明涉及移动通信领域的空时处理技术，尤其涉及一种多输入多输出(MIMO)正交频分复用(OFDM)系统的接收方法和装置。

背景技术

近年来，各种理论研究表明，在发送端和接收端利用多天线的多输入多输出系统的空时信号处理技术，可以满足未来的无线移动通信中各种多媒体服务对高数据速率和高频谱性能的要求。各种空时编码方案，如空时分组码、空时网格码等等，都充分利用了多天线技术来提高系统的容量。大部分的空时编码方案在接收端都必须利用导频信号来准确估计出信道状态信息(CSI，Channel State Information)。然而，一方面，随着发送天线和接收天线数目的增加，用于信道估计的训练序列的周期将会增加，从而降低系统的效率，同时由于链路的增多大大增加了信道估计的计算复杂度；另一方面，在快衰落环境或多普勒频移较大的情况下来估算信道状态信息也是不现实的。Hochwald和Marzetta提出了酉空时调制，在发送端或接收端不知道衰落系数的情况下，从具有复值信号并且相互正交的星座集中获得良好的训练信息而进行有效的译码。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是在于需要提供一种多输入多输出正交频分复用系统的接收方法和装置，以提高多输入多输出系统的信号接收性能。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多输入多输出正交频分复用系统的接收装置，包括:

快速傅立叶变换模块，用于对接收到的时域信息进行快速傅立叶变换变换；

解交织器，用于将所述快速傅立叶变换变换后的信息进行矩阵解交织处理，对相同下标k的接收子矩阵Y_k合并成等价接收矩阵Y_k，并获得所述Y_k相邻子载波上的等价接收矩阵Y_k-1；

差分解调模块，用于在外信息的作用下，对所述Y_k和Y_k-1进行相干检测；

信道译码器，用于对所述相干检测的结果进行译码，将译码结果输出。

上述接收装置中，所述解交织器对相同下标k的接收子矩阵Y_k合并成等价接收矩阵Y_k的方法，可以包括将相同下标k的接收子矩阵Y_k进行转置，对根据转置结果形成的行矩阵再进行转置，得到所述等价接收矩阵Y_k。

上述接收装置中，所述信道译码器译码的方式可以包括硬判决译码。

上述接收装置中，所述信道译码器可以进一步将所述译码结果作为所述外信息，反馈给所述差分解调模块，用于所述相干检测。

本发明进而提供了一种多输入多输出正交频分复用系统的接收方法，包括:

(1)对接收到的时域信息进行快速傅立叶变换变换；

(2)将所述快速傅立叶变换变换后的信息进行矩阵解交织处理，对相同下标k的接收子矩阵Y_k合并成等价接收矩阵Y_k，并获得所述Y_k相邻子载波上的等价接收矩阵Y_k-1；

(3)在外信息的作用下，对所述Y_k和Y_k-1进行相干检测；

(4)对所述相干检测的结果进行译码，将译码结果输出。

上述接收方法中，步骤(2)所述对相同下标k的接收子矩阵Y_k合并成等价接收矩阵Y_k的方法，可以包括将相同下标k的接收子矩阵Y_k进行转置，对根据转置结果形成的行矩阵再进行转置，得到所述等价接收矩阵Y_k。

上述接收方法中，步骤(4)所述译码的方式可以包括硬判决译码。

上述接收方法所述步骤(4)可以进一步包括，将所述译码结果作为所述外信息，用于所述相干检测。

本发明适应于空频块交织的差分酉空频调制(I-DUSFM)接收技术，通过解交织和相干检测，有效地降低了信道快衰带来的影响，不仅适应于I-DUSFM这种发送技术，其检测的思想也适应于同类的发送方案。

附图说明

图1为基于I-DUSFM的MIMO-OFDM发射装置原理示意图；

图2为本发明装置原理示意图；

图3为本发明方法流程步骤示意图。

具体实施方式

以下结合附图和对本发明作进一步地详细说明。

为了克服快衰信道给酉空时编码带来的性能损失，基于空频块交织的差分酉编码的发送方法，并且将信道编码理论和差分酉空时调制技术相结合，可以获得无信道信息条件下更大的信道容量和更好的系统性能。本发明将提出一种适合这种发送技术的接收、检测的方法与装置。

在接收端，首先对发送端进行的空频块交织进行恢复，然后接收装置根据接收到的两个连续矩阵Y_τ和Y_τ-1进行非相干检测。根据信道假设:信道在T≥2M符号周期内保持不变，其中T为信道相干时间，M为分组时间间隔，所以τ时刻和τ-1时刻对应的信道矩阵相同，实际上就可以通过相干检测得到发送的信号。

首先对本发明的适用的发信机作简要描述。结合图1所示的多输入多输出正交频分复用系统的发送装置，基于空频块交织的差分酉空频调制(I-DUSFM)发送方案为:经过编码器101和外交织器102处理后的信息符号，由星座映射模块103映射成酉空时星座，然后由基于空频块交织的差分酉空频调制器104通过差分调制，生成空频矩阵，接着将这些空频矩阵沿着频率或空间轴分割成若干子矩阵，最后对这些子矩阵进行交织处理后发送到相应的发送天线上。经过这一系列处理后，发送端对应的发送信号S_k可以表示如下:

S_k＝[X(0)，X(1)，……，X(MM-1)]   式(1)

其中:

$X\left(l\right)=[X_0^T\left(l\right),X_1^T\left(l\right),\·\·\·\·\·\·X_{N_S}^T\left(l\right)],$ k＝0，……M1-1，M1为发射天线个数；

MM表示分割空频矩阵得到的子矩阵的个数；

矩阵S_k的第m(m≤M1)行表示在第m个发送天线上不同子载波发送的信号。

发送端信息矩阵为X_τ(l)(τ＝0，…，N_s；l＝0，…，MM-1)，经过信道H(l)在接收端所得相应的接收子矩阵为Y(l)，则

$Y_{\mathrm{\τ}}\left(l\right)=\sqrt{E}{X}_{\mathrm{\τ}}\left(l\right)H_{\mathrm{\τ}}\left(l\right)+W_{\mathrm{\τ}}\left(l\right)$      式(2)

其中:

τ＝0，…，N_s；l＝0，…，MM-1；

N_s为星座群中信息矩阵的个数。

进行快速傅立叶变换(FFT)到频域:

$Y_k\left(l\right)=\sqrt{E}{X}_k\left(l\right)H_k\left(l\right)+W_k\left(l\right)$      式(3)

则对应于(1)式，接收信号可表示为:

S_R＝[Y(0)，Y(1)，…，Y(MM-1)]     式(4)

其中:

$Y\left(l\right)=[Y_0^T\left(l\right),Y_1^T\left(l\right),\·\·\·{,Y}_{N_S}^T\left(l\right)],l=0,\·\·\·,\mathrm{MM}-1.$

对S_R进行解交织，实质是将其中有相同下标k的接收子矩阵Y_k(l)合并成等价接收矩阵Y_k(k＝0，…，N_s):

${\stackrel{\‾}{Y}}_k={[Y_k^T\left(0\right),Y_k^T\left(1\right),\·\·\·,Y_k^T(\mathrm{MM}-1)]}^T(k=0,\·\·\·,N_s)$     式(5)

采用对两个连续子载波上的信号进行联合检测，根据式(3)可得:

$Y_k=\sqrt{E}{\stackrel{\‾}{X}}_k{\stackrel{\‾}{H}}_k+{\stackrel{\‾}{W}}_k$     式(6)

$Y_{k-1}=\sqrt{E}{\stackrel{\‾}{X}}_{k-1}{\stackrel{\‾}{H}}_{k-1}+{\stackrel{\‾}{W}}_{k-1}$   式(7)

其中:

X_k＝diag{X_k(0)，…，X_k(MM-1)}；

${\stackrel{\‾}{H}}_k={[H_k^T\left(0\right),\·\·\·,H_k^T(M1-1)]}^T;$

${\stackrel{\‾}{W}}_k={[W_{\mathrm{\τ}}^T\left(0\right),\·\·\·,W_{\mathrm{\τ}}^T(M1-1)]}^T.$

根据差分酉矩阵的编码原理:

X_k＝V_kX_k-1   式(8)

令:

V_k＝diag{V_k(0)，…，V_k(MM-1)}   式(9)

X_k可表示为:

$X_k={[X_{\mathrm{\τ}}^T\left(0\right),\·\·\·,X_{\mathrm{\τ}}^T(\mathrm{MM}-1)]}^T$    式(10)

则上式(8)可展开成:

$X_k={[V_k\left(0\right)X_{k-1}^T\left(0\right),\·\·\·,V_k(\mathrm{MM}-1)X_{k-1}^T(\mathrm{MM}-1)]}^T$    式(11)

即:

X_k＝V_kX_k-1   式(12)

由于进行了空频交织，可以认为发送信号的两个相邻子矩阵经历相同衰落，也即可认为X_k(l)和X_k-1(l)经历衰落相同，即:

H_k(l)＝H_k-1(l)＝H(k)，k＝1，…，N_s，l＝0，…，MM-1   式(13)

进一步表示为:

H_k＝H_k-1＝H   式(14)

将式(12)和式(14)式代入式(6)和式(7)式可得:

${\stackrel{\‾}{Y}}_k=V_k{\stackrel{\‾}{Y}}_{k-1}+{\stackrel{\‾}{W}}_k-V_k{\stackrel{\‾}{W}}_{k-1}=V_k{\stackrel{\‾}{Y}}_{k-1}+\sqrt{2}{\stackrel{\‾}{W}}_k^{\′}$      式(15)

其中:

为白噪矩阵。

可以看出式(15)不用信道H，因此可用相干检测的方法进行解调。采用最大似然法(ML)，则信息符号V_k的估计值可以用如下的表达式(16)估算:

${\hat{v}}_k=\arg \underset{l=0,\·\·\·,L-1}{\min }\left|\right|{\stackrel{\‾}{Y}}_k-V_l{\stackrel{\‾}{Y}}_{k-1}\left|\right|$

$=\arg \underset{l=0,\·\·\·,L-1}{\min }\mathrm{tr}\{{\stackrel{\‾}{Y}}_k^H{\stackrel{\‾}{Y}}_k+{\stackrel{\‾}{Y}}_{k-1}^H{\stackrel{\‾}{Y}}_{k-1}-{\stackrel{\‾}{Y}}_{k-1}^H{V}_l^H{\stackrel{\‾}{Y}}_k-{\stackrel{\‾}{Y}}_k^H{V}_l{\stackrel{\‾}{Y}}_{k-1}\}$

$=\arg \underset{l=0,\·\·\·,L-1}{\max }\mathrm{tr}\{{\stackrel{\‾}{Y}}_k^H{V}_l{\stackrel{\‾}{Y}}_{k-1}+{\stackrel{\‾}{Y}}_{k-1}^H{V}_l^H{\stackrel{\‾}{Y}}_k\}$

$=\arg \underset{l=0,\·\·\·,L-1}{\max }\mathrm{Retr}\left\{{\stackrel{\‾}{Y}}_k^H{V}_l{\stackrel{\‾}{Y}}_{k-1}\right\}$     式(16)

这样就得到相干检测后的信号，将此信号送入信道译码器，通过硬判决得到译码输出。

图2示出了本发明装置实施例的结构示意图，本发明装置除了包括接收天线22之外，主要还包括:

FFT变换模块201，与接收天线22相连，用于对通过接收天线22接收到的时域信息进行FFT变换，将时域信息变换到频域待处理；

解交织器202，与FFT变换模块201相连，用于将FFT变换后的信息进行矩阵解交织的处理，对其中有相同下标k的接收子矩阵Y_k(l)合并成等价接收矩阵Y_k(k＝0，…，N_s)，其过程为将相同下标k的各接收子矩阵Y_k(l)进行转置，对根据转置结果形成的行矩阵再进行转置，得到等价接收矩阵Y_k，具体形式如式(5)所示，并获得Y_k(l＝0，…，N_s)相邻子载波上的等价接收矩阵Y_k-1(l＝0，…，N_s)；

差分解调模块203，与解交织器202相连，用于在外信息的作用下，对上述的Y_k(l＝0，…，N_s)和Y_k-1(l＝0，…，N_s)两个相邻子载波信号进行相干检测，检测方法如式(15)和(16)所描述；

信道译码器204，与差分解调模块203相连，用于对差分解调模块203所得的检测结果进行硬判决译码，得到译码结果并输出，还将所输出的判决结果作为外信息反馈给差分解调模块203。

图3示出了本发明方法实施例的步骤示意图，本发明方法主要包括:

步骤301，对通过接收天线接收到的时域信息进行FFT变换，将时域信息变换到频域待处理；

步骤302，将FFT变换后的信息进行矩阵解交织的处理，对其中有相同下标k的接收子矩阵Y_k(l)合并成等价接收矩阵Y_k(k＝0，…，N_s)，其过程为将相同下标k的各接收子矩阵Y_k(l)进行转置，对根据转置结果形成的行矩阵再进行转置，得到等价接收矩阵Y_k，具体形式如式(5)所示；

步骤303，根据式(5)获得Y_k(k＝0，…，N_s)相邻子载波上的等价接收矩阵Y_k-1(k＝0，…，N_s)；

步骤304，在外信息的作用下，将上述的Y_k(k＝0，…，N_s)和Y_k-1(k＝0，…，N_s)两个相邻子载波信号送入差分解调模块进行相干检测，检测方法如式(15)和(16)所描述；

步骤305，将步骤304所得的检测结果送入信道译码器进行译码；

步骤306，信道译码器对接收到的检测结果进行硬判决译码，得到译码结果并输出，还将所输出的译码结果作为外信息反馈给差分解调模块。

本发明适应于空频块交织的差分酉空频调制(I-DUSFM)接收技术，其中本发明的接收装置，在进行接收时采用了矩阵合并的方法进行子矩阵的解交织，差分解调时利用相干检测的方法进行检测，检测的结果送给信道译码器进行译码判决输出，并利用信道译码的结果作为空频译码的外信息反馈给差分解调单元。本发明通过解交织和相干检测有效地降低了信道快衰带来的影响，它不仅适应于I-DUSFM这种发送方案，其检测的思想也适应于同类的发送方案。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种多输入多输出正交频分复用系统的接收装置，其特征在于，包括：

快速傅立叶变换模块，用于对接收到的时域信息进行快速傅立叶变换变换；

解交织器，用于将所述快速傅立叶变换变换后的信息进行矩阵解交织处理，对相同下标k的接收子矩阵Y_k合并成等价接收矩阵Y_k，并获得所述Y_k相邻子载波上的等价接收矩阵Y_k-1；

差分解调模块，用于在外信息的作用下，对所述Y_k和Y_k-1进行相干检测；

信道译码器，用于对所述相干检测的结果进行译码，将译码结果输出。

2.如权利要求1所述的接收装置，其特征在于，所述解交织器对相同下标k的接收子矩阵Y_k合并成等价接收矩阵Y_k的方法，包括将相同下标k的接收子矩阵Y_k进行转置，对根据转置结果形成的行矩阵再进行转置，得到所述等价接收矩阵Y_k。

3.如权利要求1所述的接收装置，其特征在于，所述信道译码器译码的方式包括硬判决译码。

4.如权利要求1所述的接收装置，其特征在于，所述信道译码器进一步将所述译码结果作为所述外信息，反馈给所述差分解调模块，用于所述相干检测。

5.一种多输入多输出正交频分复用系统的接收方法，其特征在于，包括：

(1)对接收到的时域信息进行快速傅立叶变换变换；

(2)将所述快速傅立叶变换变换后的信息进行矩阵解交织处理，对相同下标k的接收子矩阵Y_k合并成等价接收矩阵Y_k，并获得所述Y_k相邻子载波上的等价接收矩阵Y_k-1；

(3)在外信息的作用下，对所述Y_k和Y_k-1进行相干检测；

(4)对所述相干检测的结果进行译码，将译码结果输出。

6.如权利要求5所述的接收方法，其特征在于，步骤(2)所述对相同下标k的接收子矩阵Y_k合并成等价接收矩阵Y_k的方法，包括将相同下标k的接收子矩阵Y_k进行转置，对根据转置结果形成的行矩阵再进行转置，得到所述等价接收矩阵Y_k。

7.如权利要求5所述的接收方法，其特征在于，步骤(4)所述译码的方式包括硬判决译码。

8.如权利要求5所述的接收方法，其特征在于，所述步骤(4)进一步包括，将所述译码结果作为所述外信息，用于所述相干检测。

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