CN101494491B - 一种多天线系统中的接收信号处理方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多天线系统中的接收信号处理方法和装置。该处理方法包括：估计接收信号对于各天线的频偏和信道状态信息；将接收信号分别对各天线对应的频偏进行补偿；对频偏补偿后的接收信号进行空时解码获得解码数据。本发明提供的多天线系统中的接收信号处理方法和装置，首先估计各天线的多频偏和信道状态信息，根据多频偏和信道状态信息进行补偿和解码，克服了现有技术中由于频偏不同对系统性能带来的恶劣影响，提高了系统性能。

Description

一种多天线系统中的接收信号处理方法和装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种多天线系统中的接收信号处理方法和装置。

背景技术

随着无线通信技术的发展，多载波技术，尤其是正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技术，由于其具有高频谱利用率、有效对抗多径等特点，不但被引入到无线局域网和无线城域网的标准中，而且在第三代合作伙伴计划(3rd GenerationPartnership Project，3GPP)启动的长期演进(Long Term Evolution，LTE)研究中，OFDM已经被采纳为下行的多址方式。于此同时，为提高频谱利用率和通信系统吞吐量，多输入多输出(Multi-input Multi-output，MIMO)也被视为未来移动通信所采用的技术之一，在以上所提到的标准中均被采纳。为了提高小区覆盖，减少传输功率，降低空间相关性的干扰，分布式MIMO(Distributed MIMO)，虚拟MIMO(Virtual MIMO)以及协同式传输等广义MIMO技术也已在诸如IEEE 802.16j等标准中得到广泛应用。

基于MIMO的多载波系统的同步过程包括符号同步和载波同步。其中载波同步主要是为了补偿由于收发机晶振误差或多普勒频偏引起的载波频率偏移(Carrier Frequency Offset，CFO)(简称为频偏)，避免其所引发的邻载波间干扰(Inter Carrier Inference，ICI)。在传统集中式MIMO系统中，由于各发送天线连接同一振荡器，且进行基本一致的移动，故假设收发机各天线间的CFO相同是合理的。但是在分布式MIMO，虚拟MIMO以及协同式传输等广义MIMO系统中，收发机各天线间晶振及多普勒频移的不同都会造成不同收发天线间具有不同的频偏。由于多载波系统本身对频偏极为敏感，而受到不同载波频偏影响的信号叠加就更会对多载波系统，尤其是正交多载波系统的正交性及系统性能带来恶劣的影响。存在接受机对已估计的多频偏及信道状态信息进行均衡的需求，使接收机能够正确对接收信号进行解码。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是提供一种多天线系统中的接收信号的处理方法，能够提供系统性能。

本发明提供一种多天线系统中的接收信号处理方法，包括：估计接收信号对于各天线的频偏和信道状态信息；将接收信号分别对各天线对应的频偏进行补偿；对频偏补偿后的接收信号进行空时解码获得解码数据。

进一步，对频偏补偿后的所述接收信号进行空时解码获得解码数据的步骤包括：根据所述接收信号对各天线的频偏和信道状态信息对频偏补偿后的所述接收信号进行空时解码；从空时解码后的多组解码数据中选取对应于每个资源块的优选解码数据。

进一步，该方法还包括去除干扰项步骤：将优选解码数据根据空时编码准则进行编码，获得重新编码数据；通过重新编码数据、对于各天线的频偏和信道状态信息构造干扰项，将重新编码数据除去干扰项，获得去干扰数据；将去干扰数据进行空时解码，获得重新解码数据。

本发明提供的多天线系统中的接收信号处理方法，首先估计各天线的多频偏和信道状态信息，根据多频偏和信道状态信息进行补偿和解码，克服了现有技术中由于频偏不同对系统性能带来的恶劣影响，提高了系统性能。

本发明要解决的另一个技术问题是提供一种多天线系统中的接收信号处理装置，能够提高系统性能。

本发明提供一种多天线系统中的接收信号处理装置，包括：估计模块，用于估计接收信号对于各天线的频偏和信道状态信息；补偿模块，用于将接收信号分别对所述各天线对应的频偏进行补偿，将补偿后的接收信号发送给解码模块；解码模块，用于对频偏补偿后的接收信号进行空时解码获得解码数据。

进一步，解码模块根据所述接收信号对各天线的频偏和信道状态信息对频偏补偿后的所述接收信号进行空时解码，从空时解码后的多组解码数据中选取对应于每个资源块的优选解码数据。

进一步，该装置还包括干扰删除模块，用于对所述解码模块输出的解码数据进行重新编码，通过所述重新编码数据、对于各天线的频偏和信道状态信息构造干扰项，将所述重新编码数据除去所述干扰项，获得去干扰数据；将所述去干扰数据进行空时解码，获得重新解码数据。

本发明提供的多天线系统中的接收信号处理装置，通过估计模块估计各天线的多频偏和信道状态信息，通过补偿模块和解码模块根据多频偏和信道状态信息进行补偿和解码，克服了现有技术中由于频偏不同对系统性能带来的恶劣影响，提高了系统性能。

附图说明

图1示出发送端的数据发送和接收端的数据接收过程的示意图；

图2示出本发明的接收信号处理方法的一个实施例的流程图；

图3示出本发明的接收信号处理方法的另一个实施例的流程图；

图4示出本发明的接收信号处理方法的又一个实施例的流程图；

图5示出本发明的接收信号处理装置的一个实施例的框图；

图6示出本发明的接收信号处理装置的另一个实施例的框图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。在附图中，相同的标号表示相同或者相似的组件或者元素。

图1示出发送端的数据发送和接收端的数据接收过程的示意图。如图1所示，发送端在发送数据过程中，需要经过发送天线发送数据、快速傅立叶逆变换(Inverse Fast Fourier Transform，IFFT)、复用、成帧、加信道、加频偏等过程；接收端接收数据时，经过解复用、多天线定时补偿、多天线频偏及信道估计11、多天线频偏及信道均衡12等过程，最后得到输出数据13。如图1中虚线框所示，本发明多天线频偏及信道联合均衡12可以设置在接收机的多天线频偏及信道估计11之后执行。

图2示出本发明的多天线系统中接收信号的处理方法的一个实施例的流程图。

如图2所示，在步骤202，估计接收信号对于各天线的频偏和信道状态信息。

在步骤204，将接收信号分别对各天线对应的频偏进行补偿。例如，将接收到的时域接收信号分别乘以同其所在抽样时间及各发送天线所对应的频偏相关的e指数。

在步骤206，对频偏补偿后的接收信号进行空时解码获得解码数据。解码后获得多组(例如与发送天线数相同的组数)解码数据，从中选择一组解码数据作为输出数据。对应于发送端的编码方式，接收端的空时解码可以采用空频分组编码(SFBC)、空时分组编码(STBC)、空频编码(SFC)等空时解码方式。例如，将对应每根发送天线的解码数据分别带入同多频偏及信道状态信息相关的解码公式中，该解码公式可以与空时策略有关，不同空时策略对应不同的解码公式。特别地，当不存在多频偏或各频偏相等时，解码公式中频偏系数可被简化。

图3示出本发明用于多天线多载波系统的多频偏及信道联合均衡的方法的实施流程示意图。

步骤302，接收机对接收信号进行符号同步，并根据发送的导频信号估计出与各个发送天线对应的多频偏及频域信道状态信息。

步骤304，将接收信号分别对各发送天线对应的频偏进行补偿，获得n组数据流(即n组频偏补偿后的接收信号)，其中n表示发送天线数。

步骤306，将得到的n组数据流分别进行空时解码，得到n组解码数据。

步骤308，将解码数据在每个资源块上进行优选，得到一组优选数据；例如，根据预定的优化准则，以资源块为单位从对应所有发送天线的解码数据中选取可以使系统性能最佳的每个资源块的数据。预定的优化准则可以为最小欧氏距离准则，而资源块可以表示为子载波、时隙或其它通信资源单位。

步骤310，将优选数据根据空时编码准则进行编码，得到一组重新编码数据；

步骤312，根据重新编码数据、多频偏和信道状态信息构造出干扰项，从优选数据中除去该干扰项，得到去干扰数据。可以根据频偏干扰表达式构造出非本资源块的其它所有资源块对本资源块的载波间干扰和天线间干扰；然后使用接收信号减去以上得到的载波间干扰和天线间干扰。

在步骤314，对得到的去干扰数据进行空时解码，获得重新解码数据。

步骤316，判断是否完成迭代均衡，例如判断迭代是否达到预定的次数，若未完成迭代，则重新从步骤310开始进行空时编码，否则，执行步骤318。

步骤318，完成迭代，输出解码数据。

需要指出，在本发明的一些实施例中可以省略步骤316，或者将预定的迭代次数设定为1。上述的空时编码和干扰删除步骤310～314，也可以对已做过频偏补偿的对应于每根接收天线的数据进行，而不是仅仅对优选数据进行。在这种情况下，可以基于干扰删除后的解码数据进行资源块优选。

图4示出本发明的接收信号处理方法的又一个实施例的流程图。下面结合图4对本发明的一个较佳实施例进行详细说明。

在图4的较佳实施例中，假设空时编码采用空频分组码(SFBC)，具有两根发送天线，不同发送天线同接收天线间具有不同的频偏。本领域普通技术人员可以理解：上述假设只是为了对实施例的叙述简单，所假设的空时编码除可采用SFBC外，亦可采用STBC、SFC等其它空时编码方式。所假设的发送天线数也可以扩展为任意整数条。

参见图4所示，接收端的多频偏及信道联合均衡流程具体包括：

步骤402，假设接收信号r(n)表示为：

$r\left(n\right)=\underset{p=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{j\frac{2\mathrm{\π}{\mathrm{\ϵ}}_{p}n}{N}}\underset{l=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{h}_p\left(n\right)x_p(n-l)+w\left(n\right)---\left(1\right)$

对接收信号r(n)进行多频偏及信道估计，得到多频偏估计结果

和信道冲激响应估计结果

其中p＝0，1，…，M-1，M表示发送天线个数。

步骤404，将接收信号同相对于每根发送天线的频偏估计结果进行补偿，得到M路并行的补偿后的数据流，进行频偏补偿的过程可以表示为：

步骤406，将以上M路并行的补偿后的数据流分别变换到频域，得到M路并行的数据流Z_p，p＝0，1，…，M-1。

步骤408，将以上各路频域数据通过解码器进行解码，其中一种优选的两根发送天线的SFBC解码器可以表示为：

$\left\{\begin{array}{c}{\hat{X}}_{p,k}=\frac{Z_{p,k}{\hat{H}}_{0,k}^{*}{\mathrm{\Λ}}_{{\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_0-{\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_p}^{*}[k,k]+Z_{p,k+1}^{*}{\hat{H}}_{1,k}{\mathrm{\Λ}}_{{\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_1-{\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_p}[k,k]}{({\left|{\hat{H}}_{0,k}\right|}^2{\left|{\mathrm{\Λ}}_{{\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_0-{\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_p}\right[k,k\left]\right|}^2+{\left|{\hat{H}}_{1,k}\right|}^2{\left|{\mathrm{\Λ}}_{{\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_1-{\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_p}\right[k,k\left]\right|}^2)}\\ {\hat{X}}_{p,k+1}=\frac{Z_{p,k}{\hat{H}}_{1,k}^{*}{\mathrm{\Λ}}_{{\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_1-{\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_p}^{*}[k,k]-Z_{p,k+1}^{*}{\hat{H}}_{0,k}{\mathrm{\Λ}}_{{\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_0-{\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_p}[k,k]}{({\left|{\hat{H}}_{0,k}\right|}^2{\left|{\mathrm{\Λ}}_{{\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_0-{\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_p}\right[k,k\left]\right|}^2+{\left|{\hat{H}}_{1,k}\right|}^2{\left|{\mathrm{\Λ}}_{{\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_1-{\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_p}\right[k,k\left]\right|}^2)}\end{array}\right.---\left(3\right)$

其中 ${\mathrm{\Λ}}_{{\mathrm{\δ}}_p}[k,l]=\frac{\sin \left(\mathrm{\π}(l-k+{\mathrm{\ϵ}}_p)\right)}{N\·\sin (\mathrm{\π}(l-k+{\mathrm{\ϵ}}_p)/N)}\·\exp \left(\mathrm{j\π}(1-\frac{1}{N})(l-k+{\mathrm{\ϵ}}_p)\right)$ 表示由于受到频偏ε_p的影响而造成的载波间干扰系数，表示估计得到的发送天线p和载波k所对应的频域信道冲激响应，(·)^*表示共轭运算。p表示第p根发送天线，k表示第k个子载波，N表示子载波的总个数，

分别表示通过SFBC解码器后得到的第p根发送天线第k个和第k+1子载波上信号在频域内的表达式，Z_p，k表示第p根发送天线第k个子载波上的接收信号频偏补偿后在频域内的表达式，l表示时延。

步骤410，通过对以上各组解码后的数据进行在每个资源块上进行优选，并得出一组优选数据。其中一种优选的优选准则可以是最小欧式距离判决，该判决表达式可以表示为：

${\hat{X}}_{\mathrm{MEDDC}}\left(k\right)=\underset{{\mathrm{\θ}}_i}{\arg \min }\left(\right||{\hat{X}}_{p,k}-{\mathrm{\θ}}_i|\left|\right),k=\mathrm{0,1},\·\·\·,N-1---\left(4\right)$

其中

表示M维调制中，第i个星座点所对应的星座图位置，||·||表示欧氏距离。

步骤412，通过对以上优选后的数据进行与发送段相同的编码，得到一组近似的发送数据

k＝0，1，…，N-1。

步骤414，利用以上得到的近似的发送数据，对接收数据中的干扰项进行删除操作，干扰删除过程可以表示为：

$Y_{\_\mathrm{ICI}}\left(k\right)=Y\left(k\right)-\underset{p=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=0,l\≠k}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{X}_{Q,p}\left(l\right)\·{\hat{H}}_p\left(l\right)\·{\mathrm{\Λ}}_{{\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_p}[k,l]---\left(5\right)$

步骤416，通过对以上进行过干扰删除的接收信号进行解码，得到接收到的解码数据。类似于步骤408，优选的两根发送天线的SFBC解码器可以表示为：

$\left\{\begin{array}{c}{\hat{X}}_k=\frac{Y_{\_\mathrm{ICI}}\left(k\right){\hat{H}}_{0,k}^{*}{\mathrm{\Λ}}_{{\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_0}^{*}[k,k]+Y_{\_\mathrm{ICI}}^{*}(k+1){\hat{H}}_{1,k}{\mathrm{\Λ}}_{{\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_1}[k,k]}{({\left|{\hat{H}}_{0,k}\right|}^2{\left|{\mathrm{\Λ}}_{{\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_0}\right[k,k\left]\right|}^2+{\left|{\hat{H}}_{1,k}\right|}^2{\left|{\mathrm{\Λ}}_{{\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_1}\right[k,k\left]\right|}^2)}\\ {\hat{X}}_{p,k+1}=\frac{Y_{\_\mathrm{ICI}}\left(k\right){\hat{H}}_{1,k}^{*}{\mathrm{\Λ}}_{{\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_1}^{*}[k,k]-Y_{\_\mathrm{ICI}}^{*}(k+1){\hat{H}}_{0,k}{\mathrm{\Λ}}_{{\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_0}[k,k]}{({\left|{\hat{H}}_{0,k}\right|}^2{\left|{\mathrm{\Λ}}_{{\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_0}\right[k,k\left]\right|}^2+{\left|{\hat{H}}_{1,k}\right|}^2{\left|{\mathrm{\Λ}}_{{\widehat{\mathrm{\ϵ}}}_1}\right[k,k\left]\right|}^2)}\end{array}\right.---\left(6\right)$

步骤418，判断是否结束迭代，若结束，则将以上判决的数据作为接收信号进行输出，若未结束迭代，则继续以上信号处理流程。

需要注意，上面根据图3和图4描述的实施例中，描述了多根发送天线和单根接收天线的情况，但是，本领域的技术人员可以理解，本发明同样可以适用于多根发送天线和多根接收天线、或单个发送天线和多根接收天线的情况。本领域的技术人员根据本发明公开的内容，可以将本发明的方法和装置扩展到这些情况中。

图5示出本发明的接收信号处理装置的一个实施例的框图。如图5所示，该实施例中包括估计模块51、补偿模块52和解码模块53。其中，估计模块51用于估计接收信号对于各天线的频偏和信道状态信息。估计模块51可以根据导频信号或者对称信道对频偏和信道状态信息进行估计，估计模块51将获得的多频偏和信道状态信息发送给补偿模块52和解码模块53。补偿模块52用于将接收信号分别对各天线对应的频偏进行补偿，将补偿后的接收信号发送给解码模块53。解码模块53用于对频偏补偿后的接收信号进行空时解码获得解码数据。解码模块53可以根据接收信号对各天线的频偏和信道状态信息对频偏补偿后的接收信号进行空时解码。例如，通过上述公式(3)表示的解码器进行空时解码。

图6示出本发明的接收信号处理装置的另一个实施例的框图。如图6所示，该实施例中包括估计模块51、补偿模块52、解码模块63和干扰删除模块64。其中，估计模块51和补偿模块52的描述可以参见图5中对应模块的描述，为简洁起见，在此不再详细描述。解码模块63用于对频偏补偿后的接收信号进行空时解码获得解码数据，将获得的解码数据发送给干扰删除模块64。干扰删除模块64用于对解码模块63输出的解码数据进行重新编码，通过重新编码数据、对于各天线的频偏和信道状态信息构造干扰项，将重新编码数据除去干扰项，获得去干扰数据；将去干扰数据进行空时解码，获得重新解码数据。

在一个实施例中，解码模块63还用于从空时解码后的多组解码数据中选取对应于每个资源块的优选解码数据，将优选解码数据发送给干扰删除模块64。干扰删除模块64对于接收的优选解码数据进行干扰项删除操作。

本发明提供的多天线系统中的接收信号处理方法和装置，首先估计各天线的多频偏和信道状态信息，根据多频偏和信道状态信息进行补偿和解码，克服了现有技术中由于频偏不同对系统性能带来的恶劣影响，提高了系统性能。

本领域普通技术人员可以理解，实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (6)

1.一种多天线系统中的接收信号处理方法，其特征在于，包括：

估计接收信号对于各天线的频偏和信道状态信息；

将所述接收信号分别对所述各天线对应的频偏进行补偿；

对频偏补偿后的所述接收信号进行空时解码获得解码数据；

其中，对频偏补偿后的所述接收信号进行空时解码获得解码数据的步骤包括：

根据所述接收信号对各天线的频偏和信道状态信息对频偏补偿后的所述接收信号进行空时解码；

从空时解码后的多组解码数据中选取对应于每个资源块的优选解码数据；

所述方法还包括去除干扰项步骤：

将所述优选解码数据根据空时编码准则进行编码，获得重新编码数据；

通过所述重新编码数据、对于各天线的频偏和信道状态信息构造干扰项，将所述重新编码数据除去所述干扰项，获得去干扰数据；

将所述去干扰数据进行空时解码，获得重新解码数据。

2.根据权利要求1所述的接收信号处理方法，其特征在于，基于最小欧氏距离准则选取对应于每个资源块的优选解码数据。

3.根据权利要求1至2中任意一项所述的接收信号处理方法，其特征在于，在两根发送天线的情况下，采用空频分组编码SFBC解码器对所述接收信号进行空时解码，对应的解码公式为：

其中

表示由于受到频偏ε_p的影响而造成的载波间干扰系数， 

表示估计得到的发送天线p和载波k所对应的频域信道冲激响应，(·)^*表示共轭运算；p表示第p根发送天线，k表示第k个子载波，N表示子载波的总个数， 

分别表示通过SFBC解码器后得到的第p根发送天线第k个和第k+1子载波上信号在频域内的表达式，Z_p，k表示第p根发送天线第k个子载波上的接收信号频偏补偿后在频域内的表达式，l表示时延。

4.根据权利要求1所述的接收信号处理方法，其特征在于，对不同天线的优选解码数据重复执行所述去除干扰项步骤。

5.一种多天线系统中的接收信号处理装置，其特征在于，包括：

估计模块，用于估计接收信号对于各天线的频偏和信道状态信息；

补偿模块，用于将所述接收信号分别对所述各天线对应的频偏进行补偿，将补偿后的接收信号发送给解码模块；

所述解码模块，用于根据所述接收信号对各天线的频偏和信道状态信息对频偏补偿后的所述接收信号进行空时解码；

干扰删除模块，用于对所述解码模块输出的解码数据进行重新编码，通过所述重新编码数据、对于各天线的频偏和信道状态信息构造干扰项，将所述重新编码数据除去所述干扰项，获得去干扰数据；将所述去干扰数据进行空时解码，获得重新解码数据。

6.根据权利要求5所述的接收信号处理装置，其特征在于，所述解码模块还用于从空时解码后的多组解码数据中选取对应于每个资源块的优选解码数据。 

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