CN101854191B - 消除病态矩阵的联合检测方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种消除病态矩阵的联合检测方法，在传统联合检测的基础上，采用对角线元素预处理的方法，将相关矩阵中小于门限值的对角线元素强制赋值为门限值，消除了病态矩阵；本发明还公开了一种消除病态矩阵的联合检测装置，包括信道估计模块、匹配滤波模块、相关矩阵计算模块、相关矩阵预处理模块、相关矩阵分解模块和相关矩阵求解模块，在对相关矩阵进行求解前先采用相关矩阵预处理模块对相关矩阵进行预处理，以消除可能出现的病态矩阵，从而避免了病态矩阵求解不稳定或者定点运算溢出的现象，且此方法实现简单，复杂度低，便于工程实现。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，特别涉及一种消除病态矩阵的联合检测方法与装置。
背景技术
TD-SCDMA(Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access)通信系统是第三代移动通信系统中的三大国际标准之一。由于TD-SCDMA使用较短的扩频码进行扩谱，所以码间串扰与多址干扰成为TD-SCDMA通信系统天然的缺点，目前，通常采用联合检测技术来减少码间串扰和多址干扰对通信链路的影响。
无线通信系统由于信道衰落的影响，输入信号幅度的变化会非常大，信号幅度的剧烈变化会造成联合检测中相关矩阵表现病态特征，即出现病态矩阵，导致矩阵求解溢出。现有的联合检测技术没有考虑病态矩阵或者非满秩矩阵的特殊情况，从而在定点运算中会引起除法溢出或者求解不稳定的情况，进而影响对原始信号恢复的正确性。因此，为保证良好的通信链路质量，在TD-SCDMA联合检测技术中，必须考虑对病态矩阵的处理。
发明内容
本发明提出一种消除病态矩阵的联合检测方法与装置，采用对角线元素预处理的方法消除了病态矩阵，从而避免了因矩阵求解不稳定或者定点溢出导致恢复信号不正确的问题。
本发明消除病态矩阵的联合检测方法，包括如下步骤：利用中导码进行信道估计，对接收信号进行匹配滤波，计算相关矩阵，对相关矩阵对角线元素进行预处理，根据对角线元素的最大值确定门限值，将小于门限值的对角线元素强制赋为门限值，对预处理后的相关矩阵进行分解，最后迭代求解恢复出原始信号。
本发明消除病态矩阵的联合检测装置，包括信道估计模块、匹配滤波模块、相关矩阵计算模块、相关矩阵预处理模块、相关矩阵分解模块和相关矩阵求解模块，所述信道估计模块、相关矩阵计算模块、相关矩阵预处理模块、相关矩阵分解模块和相关矩阵求解模块依次相连，所述匹配滤波模块与所述信道估计模块和所述相关矩阵求解模块相连，所述信道估计模块根据时隙中导码对信道进行估计并生成等效冲激响应矩阵，所述匹配滤波模块根据所述等效冲激响应矩阵对接收信号进行匹配滤波生成匹配滤波后序列，所述相关矩阵计算模块计算所述等效冲激响应矩阵的相关矩阵，所述相关矩阵预处理模块对小于门限值的相关矩阵对角线元素进行强制赋为门限值的预处理，所述相关矩阵分解模块对经过所述预处理后的相关矩阵进行矩阵分解，所述相关矩阵求解模块根据所述匹配滤波后序列对经过所述矩阵分解得到的矩阵进行迭代求解。
本发明消除病态矩阵的联合检测方法，采用对相关矩阵进行预处理的方法，减小对角线元素与数值最大的元素之间的差异，从而消除病态矩阵或者非满秩矩阵带来的不利影响，而且运算简单，适合工程实现。
本发明消除病态矩阵的联合检测装置，由于采用了相关矩阵预处理模块，对可能出现病态的相关矩阵进行了预处理，从而消除了病态矩阵，提高了相关矩阵求解和信号恢复的准确性。
附图说明
图1是本发明消除病态矩阵的联合检测方法实施例一的流程图；
图2是本发明消除病态矩阵的联合检测方法实施例二的流程图；
图3是本发明消除病态矩阵的联合检测装置实施例二的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例一：
本发明消除病态矩阵的联合检测技术，如图1所示，包括步骤如下：
101.利用时隙中导码进行信道估计，生成等效冲激响应矩阵A；
102.对接收信号进行匹配滤波，得到匹配滤波后序列；
103.计算等效冲激响应矩阵A的相关矩阵S；
104.根据相关矩阵S对角线元素的最大值确定门限值，将小于门限值的对角线元素强制赋为门限值，将处理后的相关矩阵记为
105.对预处理后的相关矩阵进行分解；
106.根据匹配滤波后序列对分解后的矩阵进行迭代求解，恢复出原始信号。
病态矩阵的特征即是对角线元素之间差异大，容易导致矩阵求解不稳定或定点溢出，从而使恢复的信号不正确，本发明步骤104对相关矩阵对角线元素进行了预处理，根据对角线元素的最大值设定一个门限值，将小于门限值的元素强制赋为门限值，从而减小了较小元素与最大值元素之间的差异，消除了病态矩阵，避免了病态矩阵带来的不利影响。其中，门限值如果取值过大，则将给相关矩阵带来干扰，如果取值过小，则无法消除相关矩阵的病态特征，因此，门限值一般取对角线元素最大值的1/8。
实施例二：
本实施例与实施例一的不同之处在于，如图2所示，实施例一的步骤104由以下步骤来具体实现：
1041.截取相关矩阵S的所有对角线元素；
1042.查找对角线元素绝对值的最大值，将绝对值最大值记为Smax；
1043.确定相对值Trel，此相对值Trel为试验值，其取值一般为1/2，1/4，1/8，1/16，本例中采取Trel＝1/8，将绝对值最大值Smax乘以Trel，见下式，得到门限值Sth；
Sth＝Trel·Smax
1044.判断矩阵S中所有的对角线元素绝对值的大小，如果对角线元素绝对值小于Sth，则将该元素强制赋值为Sth，将预处理后的相关矩阵记为
本实施例中相关矩阵对角线元素最大值采用绝对值最大值，确定门限值后，将各个对角线元素的绝对值与门限值对比，将绝对值小于门限值的元素赋值为门限值。其中，步骤1042中绝对值最大值的确定可以采用单次估计法，即取一次联合检测中相关矩阵对角线元素绝对值的最大值，也可以采用多次平均估计法，即取多次联合检测中相关矩阵对角线元素绝对值最大值的平均值，取多次平均值可以增加运算的准确性。
本实施例的其他技术特征与实施例一相同，在此不予赘述。
实施例三：
本实施例与实施例二的不同之处在于，实施例二中的绝对值最大值由本实施例中的功率最大值来确定，即实施例二中的步骤1042和1044分别由本实施例的步骤1042和1044来实现：
1042.计算每个对角线元素的功率值，将功率最大值记为Smax；
1044.判断矩阵S中所有的对角线元素功率的大小，如果对角线元素功率小于Sth，则将该元素强制赋值为Sth的平方根，将预处理后的相关矩阵记为
实施例二步骤1043中的“绝对值最大值Smax”由本实施例的“功率最大值Smax”来代替，功率最大值的确定方法与实施例二中绝对值最大值的确定方法相同，采用单次估计法或多次平均估计法。
本实施例的其他技术特征与实施例二相同，在此不予赘述。
实施例一：
本发明消除病态矩阵的联合检测装置，包括信道估计模块、匹配滤波模块、相关矩阵计算模块、相关矩阵预处理模块、相关矩阵分解模块和相关矩阵求解模块，所述信道估计模块、相关矩阵计算模块、相关矩阵预处理模块、相关矩阵分解模块和相关矩阵求解模块依次相连，所述匹配滤波模块与所述信道估计模块和所述相关矩阵求解模块相连，所述信道估计模块根据时隙中导码估计各个码道的信道冲激响应，并将信道冲激响应与码道的扩频码和扰码进行卷积生成等效冲激响应矩阵A，所述匹配滤波模块对接收信号进行匹配滤波处理，即将所述等效冲激响应矩阵A的共轭转置矩阵AH与接收信号序列相乘得到匹配滤波后序列，所述相关矩阵计算模块计算所述等效冲激响应矩阵的相关矩阵S，S＝AHA，所述相关矩阵预处理模块对相关矩阵对角线元素进行预处理，即先确定对角线元素的预定参数值，再根据预定参数值的最大值确定门限值，此处的预定参数值可以是对角线元素本身、对角线元素的绝对值、对角线元素的功率或其他反映每个对角线元素大小的数值，此处的门限值与本发明消除病态矩阵的联合检测方法中的门限值相同，一般取对角线元素预定参数值最大值的1/8，将每个对角线元素的预定参数值与此门限值进行比较，如果小于门限值，则将该元素强制赋为门限值(若预定参数值取对角线元素的功率，则此处相关矩阵预处理模块将预定参数值小于门限值的元素强制赋为门限值的平方根)，所述相关矩阵分解模块对经过所述预处理后的相关矩阵
进行矩阵分解，即下三角分解
(式中L表示下三角矩阵)，所述相关矩阵求解模块根据所述匹配滤波后序列对经过所述矩阵分解得到的下三角矩阵L进行迭代求解恢复出原始信号。
实施例二：
本实施例与实施例一的不同之处在于，如图3所示，实施例一中的相关矩阵预处理模块由本实施例中的最大值模块、门限值模块和赋值模块来具体实现，所述相关矩阵计算模块、最大值模块、门限值模块、赋值模块和相关矩阵分解模块依次相连，所述最大值模块查找所述相关矩阵计算模块生成的相关矩阵对角线元素预定参数值的最大值，最大值模块对最大值的确定可以采用单次估计法，即取一次联合检测中相关矩阵对角线元素的最大值，也可以采用多次平均估计法，即取多次联合检测中相关矩阵对角线元素最大值的平均值，取多次平均值可以增加运算的准确性，所述门限值模块根据所述对角线元素预定参数值最大值确定门限值，所述赋值模块将所述相关矩阵对角线元素的预定参数值与所述门限值进行比较，赋值模块将预定参数值小于门限值的元素强制赋为门限值(若预定参数值取对角线元素的功率，则此处赋值模块将预定参数值小于门限值的元素强制赋为门限值的平方根)并将强制赋值后的相关矩阵发给所述相关矩阵分解模块。
本实施例的其他技术特征与实施例一相同，在此不予赘述。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (14)
1.一种消除病态矩阵的联合检测方法，包括步骤：利用时隙中导码进行信道估计，对接收信号进行匹配滤波，计算相关矩阵，对相关矩阵进行分解，迭代求解恢复出原始信号，其特征在于，在所述计算相关矩阵后包括步骤：
根据相关矩阵对角线元素的最大值确定门限值，将小于门限值的对角线元素强制赋为门限值。
2.根据权利要求1所述的消除病态矩阵的联合检测方法，其特征在于，所述根据相关矩阵对角线元素的最大值确定门限值并将小于门限值的元素强制赋为门限值的步骤包括以下步骤：
(1).查找相关矩阵对角线元素绝对值的最大值，将绝对值最大值乘以相对值得到门限值；
(2).将相关矩阵的每个对角线元素的绝对值与门限值做比较，如果小于门限值，则将该元素强制赋为门限值。
3.根据权利要求1所述的消除病态矩阵的联合检测方法，其特征在于，所述根据相关矩阵对角线元素的最大值确定门限值并将小于门限值的元素强制赋为门限值的步骤包括以下步骤：
(1).查找相关矩阵对角线元素功率的最大值，将功率最大值乘以相对值得到门限值；
(2).将相关矩阵的每个对角线元素的功率与门限值做比较，如果小于门限值，则将该元素强制赋为门限值的平方根。
4.根据权利要求2或3所述的消除病态矩阵的联合检测方法，其特征在于，所述相对值为1/2、1/4、1/8或1/16。
5.根据权利要求1所述的消除病态矩阵的联合检测方法，其特征在于，采用单次估计法或多次平均估计法确定所述最大值。
6.根据权利要求2所述的消除病态矩阵的联合检测方法，其特征在于，采用单次估计法或多次平均估计法确定所述绝对值最大值。
7.根据权利要求3所述的消除病态矩阵的联合检测方法，其特征在于，采用单次估计法或多次平均估计法确定所述功率最大值。
8.一种消除病态矩阵的联合检测装置，其特征在于，包括依次相连的信道估计模块、相关矩阵计算模块、相关矩阵预处理模块、相关矩阵分解模块、相关矩阵求解模块，以及连接于所述信道估计模块和所述相关矩阵求解模块之间的匹配滤波模块，所述信道估计模块根据时隙中导码对信道进行估计并生成等效冲激响应矩阵，所述匹配滤波模块根据所述等效冲激响应矩阵对接收信号进行匹配滤波生成匹配滤波后序列，所述相关矩阵计算模块计算所述等效冲激响应矩阵的相关矩阵，所述相关矩阵预处理模块对预定参数值小于门限值的相关矩阵对角线元素进行强制赋为门限值的预处理，所述相关矩阵分解模块对经过所述预处理后的相关矩阵进行矩阵分解，所述相关矩阵求解模块根据所述匹配滤波后序列对经过所述矩阵分解得到的矩阵进行迭代求解，所述预定参数值为反映对角线元素大小的数值。
9.根据权利要求8所述的消除病态矩阵的联合检测装置，其特征在于，所述相关矩阵预处理模块包括最大值模块、门限值模块和赋值模块，所述最大值模块与所述相关矩阵计算模块和所述门限值模块相连，用于查找所述相关矩阵对角线元素的预定参数值的最大值，所述门限值模块根据所述预定参数值的最大值确定门限值，所述赋值模块与所述门限值模块和所述相关矩阵分解模块相连，用于判断所述相关矩阵对角线元素的预定参数值与所述门限值的大小，将预定参数值小于门限值的元素强制赋为门限值并将强制赋值后的相关矩阵发给所述相关矩阵分解模块。
10.根据权利要求8或9所述的消除病态矩阵的联合检测装置，其特征在于，所述预定参数值是对角线元素本身或对角线元素的绝对值。
11.根据权利要求8所述的消除病态矩阵的联合检测装置，其特征在于，所述预定参数值是对角线元素的功率，所述相关矩阵预处理模块对功率小于门限值的相关矩阵对角线元素进行强制赋为门限值的平方根的预处理。
12.根据权利要求9所述的消除病态矩阵的联合检测装置，其特征在于，所述预定参数值是对角线元素的功率，所述赋值模块将功率小于门限值的元素强制赋为门限值的平方根。
13.根据权利要求8或9或11或12所述的消除病态矩阵的联合检测装置，其特征在于，所述门限值为所述预定参数值最大值的1/2、1/4、1/8或1/16。
14.根据权利要求8或9或11或12所述的消除病态矩阵的联合检测装置，其特征在于，通过单次估计法或多次平均估计法计算所述预定参数值最大值。
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