CN101789816B

CN101789816B - 一种ofdma多天线系统的符号检测方法及装置

Info

Publication number: CN101789816B
Application number: CN 200910077530
Authority: CN
Inventors: 李航; 徐广涵
Original assignee: Beijing Xinwei Telecom Technology Inc
Current assignee: Beijing Xinwei Telecom Technology Inc
Priority date: 2009-01-22
Filing date: 2009-01-22
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2029-01-22
Also published as: CN101789816A

Abstract

本发明提出一种多个信源信号在相同无线资源上传输的OFDMA多天线系统的符号检测方法，包括：a，将接收到的消息信号向量、导频符号向量分组，每组中消息信号向量和导频符号向量在子载波和符号周期上相邻且分配至少一个空符号向量；b，根据每组的空符号向量估计用户干扰矩阵；c，根据每组的导频符号向量和/或消息信号向量估计空间特征；d，根据每组的空间特征和用户干扰矩阵生成波束赋形权重；e，根据每组的波束赋形权重，将每组的消息信号向量和导频符号向量空间合并；f，从每组中抽取至少一个空间合并后的消息信号和导频符号，检测消息符号。本发明还提出一种符号检测装置。本发明在干扰和多径衰落信道可以实现干扰抑制，还实现了时频分集。

Description

一种OFDMA多天线系统的符号检测方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种OFDMA多天线系统的符号检测方法及装置。

背景技术

干扰和多径衰落是影响系统性能的两个重要因素。在OFDMA无线系统中，通过给每个符号引入循环前缀来解决多径问题。为了对抗衰落，通过在不同的子载波和时隙上传输信号实现时频分集。符号经过信道编码后，当部分信号遇到衰落时，仍然可以通过剩余的优质符号来恢复有用信号。然而，在对抗多径衰落的同时还进行干扰抑制是一个比较困难的问题。使得该问题更严重的是，可以用于获知信号和干扰特征的可用信号是有限的，因此需要提出一个可以同时对抗多径衰落和进行干扰抑制的有效的方案。

发明内容

对于多个信源的信号在相同的无线资源上传输的OFDMA多天线系统，本发明提出了一种信道均衡和干扰抑制的符号检测方法，包括以下步骤：

a，将接收到的多个消息信号向量、导频符号向量划分成多个组，每组中包含的消息信号向量和导频符号向量在子载波频率和符号周期上相邻，并且为每组分配至少一个空符号向量；

b，根据每组分配的空符号向量，为每组估计至少一个用户干扰矩阵；

c，根据每组接收到的导频符号向量和/或消息信号向量，为每组估计至少一个空间特征；

d，根据每组的一个或多个空间特征和一个或多个用户干扰矩阵，为每组生成至少一个波束赋形权重；

e，根据每组的至少一个波束赋形权重，将每组接收到的消息信号向量和导频符号向量分别进行空间合并；

f，从每组中抽取至少一个空间合并后的消息信号组成一个消息信号集合，从每组中抽取至少一个空间合并后的导频符号组成一个导频集合，根据消息信号集合和导频符号集合检测消息符号。

优选的，步骤a所述消息信号是CS-OFDMA符号，它是对多个OFDMA符号进行加权求和得到的。

优选的，步骤a所述分配是将一个或多个空符号向量分配给多个组。即一个空符号向量可以只分配给一个组，也可以分配给多个组共享。

优选的，步骤b所述用户干扰矩阵是一个根据空符号向量生成的相关矩阵。

优选的，步骤d具体包括：每组中的一个用户干扰矩阵的逆矩阵左乘空间特征，得到该组的波束赋形权重。步骤d还可以具体包括：每组中的一个用户干扰矩阵的逆矩阵左乘由多个空间特征组成的空间特征矩阵，将对结果矩阵的列向量进行加权求和得到的向量作为波束赋形权重。

优选的，步骤f具体包括：根据所述导频集合中的导频符号，进一步合并所述消息信号集合中的消息信号，获得消息符号估计。所述进一步合并可以是基于最小均方误差准则。

优选的，步骤f进一步包括：

1.将检测符号重新调制为消息信号；

2.将重新调制后的消息信号作为训练信号，为每组生成一个或多个改进的波束赋形权重；

3.根据每组的至少一个改进的波束赋形权重，对每组接收到的消息信号向量和导频符号向量分别进行空间合并；

4.然后根据来自多个组的多个空间合并后的消息信号和导频符号，检测信息符号。

进一步的，上述步骤2可以具体为：构建每一组的用户数据矩阵和用户相关向量，计算改进的波束赋形权重为每一组用户数据矩阵的逆矩阵左乘该组的用户相关向量。所述用户数据矩阵可以是根据每组接收的多个消息信号向量估计的相关矩阵；所述用户相关向量可以是所述每组接收的多个消息信号向量的加权和。

本发明还提出了一种信道均衡和干扰抑制的符号检测装置，包括：

一个波束赋形权重计算单元，用于根据每组分配的空符号向量，为每组估计至少一个用户干扰矩阵；根据每组接收到的导频符号向量和/或消息信号向量，为每组估计至少一个空间特征；然后根据每组的一个或多个空间特征和一个或多个用户干扰矩阵，为每组生成至少一个波束赋形权重；

一个空间合并单元，用于根据每组的至少一个波束赋形权重，将每组接收到的消息信号向量和导频符号向量分别进行空间合并；

一个信道估计单元，用于从空间合并处理单元的输出结果中每组抽取至少一个空间合并后的导频符号，并对每组进行信道估计；

一个符号检测单元，用于从空间合并处理单元的输出结果中每组抽取至少一个空间合并后的消息信号，根据信道估计单元的输出结果，进一步合并所述消息信号集合中的消息信号，获得消息符号估计。

优选的，该装置还包括一个重新调制单元，用于将检测符号单元输出的消息符号估计重新调制为消息信号；波束赋形权重计算单元将重新调制后的消息信号作为训练信号，为每组生成一个或多个改进的波束赋形权重。

本发明采用的是空时/频联合符号检测的策略，在干扰和多径衰落信道下，可以实现干扰抑制，同时还实现了时频分集。

附图说明

图1是本发明实施例1的将时频网格集合划分成4组的示意图；

图2是本发明实施例1的接收到的信号的示意图；

图3是本发明实施例2的发射机的发射处理的流程框图；

图4是本发明实施例2的接收机的接收处理的流程框图；

图5是本发明实施例3的接收机的接收处理的流程框图；

图6是采用本实施例3所述方法的符号检测装置的框图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式。

本发明的基本思想是：信号在一个时频网格集合上传输，时频网格集合被划分成多组。接收机接收到每个时频网格的消息信号向量后，对每组的消息信号向量进行空间合并。然后进一步合并不同组的空间合并信号，生成消息符号估计。

实施例1：如图1所示，信号在一个时频网格集合上传输，时频网格集合被划分成4组，每组是一个包含了相邻时频网格的子集，并且给每组分配一个空符号。分配方法可以如图1(a)所示，每组分配的空符号各不相同；分配方法也可以如图1(b)所示，组1和组2共享一个空符号，组3和组4共享一个空符号。

对于具有多个天线的接收机，如图2所示，接收到的第i组的消息信号向量x_s ⁱ(k，t)，导频向量x_p ⁱ(k，t)和空符号向量x_n ⁱ(k，t)如下：

x_{s}^{i} (k, t) = h_{s}^{i} (k, t) \cdot s^{i} (k, t) + h_{j}^{i} (k, t) \cdot j^{i} (t) + v^{i} (k, t)

x_{p}^{i} (k, t) = h_{s}^{i} (k, t) \cdot s_{p}^{i} (k, t) + h_{j}^{i} (k, t) \cdot j_{p}^{i} (t) + v_{p}^{i} (k, t)

x_{n}^{i} (k, t) = h_{j}^{i} (k, t) \cdot j_{n}^{i} (t) + v_{n}^{i} (k, t)

这里，k和t分别指示的是子载波和符号周期位置，sⁱ(k，t)是有用信号，jⁱ(t)是干扰信号，vⁱ(k，t)是噪声信号。

接收机接收到消息信号向量x_s ⁱ(k，t)，导频向量x_p ⁱ(k，t)和空符号向量x_n ⁱ(k，t)后，首先根据每组的空间特征和用户干扰矩阵为每组计算一个波束赋形权重。

第i组的空间特征根据每组接收到的导频符号向量计算为x_p ⁱ(k，t)/s_p ⁱ(k，t)；第i组的用户干扰矩阵R_n ⁱ通过分配给第i组的空符号向量计算为：

R_{n}^{i} = Σ_{n = 1}^{L} x_{n}^{i} (k_{n}, t_{n}) x_{n}^{i *} (k_{n}, t_{n})

则第i组的波束赋形权重计算如下：

w^{i} = {(R_{n}^{i})}^{- 1} (x_{p}^{i} (k, t) / s_{p}^{i} (k, t)) .

这里，波束赋形权重还可以通过其它方法计算。例如，将每组中的一个用户干扰矩阵的逆矩阵左乘由多个空间特征组成的空间特征矩阵，取对结果矩阵的列向量进行加权求和得到的向量作为波束赋形权重。

然后，利用wⁱ对接收到的第i组的消息信号向量x_s ⁱ(k，t)和导频符号向量x_p ⁱ(k，t)进行空间合并，如下：

y^{i} (k, t) = {(w^{i})}^{*} \cdot x_{s}^{i} (k, t)

y_{p}^{i} (k, t) = {(w^{i})}^{*} \cdot x_{p}^{i} (k, t)

最后，从每组中抽取至少一个空间合并后的消息信号组成一个消息信号集合，从每组中抽取至少一个空间合并后的导频符号组成一个导频集合，根据消息信号集合和导频符号集合检测消息符号。

实施例2：本实施例中传输的信息符号是CS-OFDMA信号。需要传输的L个消息符号s，通过码扩矩阵w左乘s后生成CS-OFDMA信号。

x＝w·s

X＝[x₁，x₂，...，x_N]^T

图3是本实施例的发射机的发射处理的流程框图，CS-OFDMA信号{x_n}经过子载波映射、IFFT变换和D/A转换后，通过射频天线发射出去。

图4是本实施例的接收机的接收处理的流程框图。首先根据每组的空间特征和用户干扰矩阵计算波束赋形权重；然后根据每组的波束赋形权重，对每组进行空间合并；从每组中选抽取一个空间合并后的消息信号{yⁱ}组成一个集合，从每组中抽取一个空间合并后的导频符号{y_p ⁱ}组成一个导频集合，根据该集合进行符号检测和解码，具体如下：

因为{yⁱ}是通过信道影响后实际接收到的{x_n}：

yⁱ(k，t)＝hⁱ(k，t)·xⁱ+v(k，t)

其中，hⁱ可以通过{y_p ⁱ}来估算。那么信道模型以矩阵的形式表示如下：

采用最小均方误差准则来检测信号符号s：

A＝(W^*|Φ|²W+σ²I)^-1W^*Φ^*

\tilde{s} = A \cdot y

实施例3：如图5所示，在检测出初始信号符号s后，他们可以被再次调制生成

将

作为训练信号可以进一步改进波束赋形权重。本实施例中，的重新调制采用如下方法：

\tilde{x} = W \cdot \tilde{s}

然后构建每一组的用户数据矩阵R_y ⁱ和用户相关向量R_y ⁱ，根据最小均方误差准则计算第i组的改进的波束赋形权重，如下：

R_{y}^{i} = Σ_{n = 1}^{L} x_{s}^{i} (k_{n}, t_{n}) x_{s}^{i *} (k_{n}, t_{n})

R_{ys}^{i} = Σ_{n = 1}^{L} x_{s}^{i} (k_{n}, t_{n}) {\tilde{x}}^{i *} (k_{n}, t_{n})

w^{i} = {(R_{y}^{i})}^{- 1} \cdot R_{ys}^{i}

R_y ⁱ是根据每组接收的多个消息信号向量估计的相关矩阵；R_y ⁱ是这些多个消息信号向量的加权和。

通过改进的波束赋形权重，可以进行新一轮的空间合并和符号检测，生成改进的信号符号估计。

图6是采用本实施例方法的符号检测装置，包括：

一个符号检测单元，用于从空间合并处理单元的输出结果中每组抽取至少一个空间合并后的消息信号，根据信道估计单元的输出结果，进一步合并所述消息信号集合中的消息信号，获得消息符号估计；

一个重新调制单元，用于将检测符号单元输出的消息符号估计重新调制为消息信号；波束赋形权重计算单元将重新调制后的消息信号作为训练信号，为每组生成一个或多个改进的波束赋形权重。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种OFDMA多天线系统的符号检测方法，多个信源的信号在相同的无线资源上传输，所述方法的特征在于，包括以下步骤：

a，将接收到的多个消息信号向量、导频符号向量划分成多个组，每组中包含的消息信号向量和导频符号向量在子载波频率和符号周期上相邻，并且每组分配至少一个空符号向量；

2.如权利要求1的方法，其特征在于步骤a，所述消息信号是CS-OFDMA符号，它是对多个OFDMA符号进行加权求和得到的。

3.如权利要求1的方法，其特征在于步骤a，所述分配是将一个或多个空符号向量分配给多个组。

4.如权利要求1的方法，其特征在于步骤b，所述用户干扰矩阵是一个根据空符号向量生成的相关矩阵。

5.如权利要求1的方法，其特征在于，步骤d具体包括：每组中的一个用户干扰矩阵的逆矩阵左乘空间特征，得到该组的波束赋形权重。

6.如权利要求1的方法，其特征在于，步骤d具体包括：每组中的一个用户干扰矩阵的逆矩阵左乘由多个空间特征组成的空间特征矩阵，将对结果矩阵的列向量进行加权求和得到的向量作为波束赋形权重。

7.如权利要求1的方法，其特征在于，步骤f具体包括：根据所述导频集合中的导频符号，进一步合并所述消息信号集合中的消息信号，获得消息符号估计。

8.如权利要求7的方法，其特征在于，所述进一步合并是基于最小均方误差准则。

9.如权利要求1的方法，其特征在于，步骤f进一步包括：

9.1.将检测符号重新调制为消息信号；

9.2.将重新调制后的消息信号作为训练信号，为每组生成一个或多个改进的波束赋形权重；

9.3.根据每组的至少一个改进的波束赋形权重，对每组接收到的消息信号向量和导频符号向量分别进行空间合并；

9.4.然后根据来自多个组的多个空间合并后的消息信号和导频符号，检测消息符号。

10.如权利要求9的方法，其特征在于，步骤9.2具体包括：构建每一组的用户数据矩阵和用户相关向量，计算改进的波束赋形权重为每一组用户数据矩阵的逆矩阵左乘该组的用户相关向量。

11.如权利要求10的方法，其特征在于，所述用户数据矩阵是根据每组接收的多个消息信号向量估计的相关矩阵；所述用户相关向量是所述每组接收的多个消息信号向量的加权和。

12.一种采用权利要求1所述方法的符号检测装置，其特征在于，包括：

13.一种如权利要求12所述的符号检测装置，其特征在于，还包括一个重新调制单元，用于将符号检测单元输出的消息符号估计重新调制为消息信号；波束赋形权重计算单元将重新调制后的消息信号作为训练信号，为每组生成一个或多个改进的波束赋形权重。