CN101945062A

CN101945062A - 一种单载波无线通信系统中的接收处理方法

Info

Publication number: CN101945062A
Application number: CN2010102794638A
Authority: CN
Inventors: 肖悦; 刘新亚; 何旭; 李少谦
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2010-09-10
Filing date: 2010-09-10
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2030-09-10
Also published as: CN101945062B

Abstract

该发明属于单载波无线通信系统中的接收处理方法，包括：对接收到的发射信号进行下变频处理，A/D转换，去循环前缀，FFT处理，信道估计，线性均衡，解调处理，译码处理及其后的解调。该发明在接收端进行线性均衡处理后、直接解调，然后再进行含比特对数似然比处理、候选符号向量列表及最大似然处理在内的译码处理，最后再对译码处理后的数据进行解调后、发送。本发明误码率仅为背景技术的15-50％，而与复杂度较高的SD(球形译码)技术相当，并可提高性能增益5dB左右；因而具有在相同的频谱效率的条件下、通信系统接收处理复杂度低，SC-FDE系统的性能得显著改善，大幅度降低了误码率，有效提高了通信的质量、可靠性及传输的效率等特点。

Description

一种单载波无线通信系统中的接收处理方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，特别是一种接收性能与采用近最大似然处理技术的效果相当的单载波无线通信系统接收方法。

背景技术

正交频分复用(OFDM)和单载波频域均衡(SC-FDE)技术是宽带无线传输中两种很有效的对抗多径干扰的方法。传统采用频域均衡技术的单载波无线通信系统工作流程如图1所示，该系统中，发射端：用户的信息比特经调制处理(1)得到调制信号向量、即用于发送的用户时域数据块向量；调制处理后的信号经添加循环前缀(2)、D/A转换(3)、上变频(4)等处理后进行发射；接收端：接收机将接收到的信号，经过下变频处理(5)、A/D转换(6)得到基带(接收)信号，基带(接收)信号通过去循环前缀处理(7)及FFT变换处理(8)得到频域数据块向量及导引块向量；导引块向量再经过信道估计处理(9)得到该信道的频率响应信号，该频率响应信号与由步骤(8)直接输入的频域数据块向量通过线性均衡处理(10)以消除信道的不利影响；均衡后的信号再通过IFFT变换处理(11)将其转变为时域信号；最后经过解调处理(12)将该时域信号还原为发射时的比特信号，从而完成信号的接收。上述技术针对多径效应带来的码间干扰，在接收端(机)单纯采用线性均衡技术来提高系统的性能，虽然实现简单，但存在误码率高等缺陷。而采用最大似然处理(Maximum Likelihood Detection，MLD)技术，虽然可以达到系统所能实现的最低误码率，但却存在复杂度高、且复杂度随信道的输入量呈指数增长，难以实现等缺陷。与MLD技术效果相近的球型译码技术，通过不断缩小搜索半径，在正常情况下较大幅度地降低了MLD技术处理的复杂度，同时可以达到十分接近MLD的性能并可实现，但在极端情况或低信噪比(SNR)情况下其处理的复杂度仍与MLD技术的复杂度相当。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术存在的缺陷，改进设计一种单载波无线通信系统中的接收处理方法，以达到在相同的频谱效率的条件下，显著改善SC-FDE系统的性能、大幅度降低误码率，有效提高通信的质量、可靠性及传输的效率等目的。

本发明的解决方案是在发射端(系统)的发射方式、流程保持不变的条件下，在接收端进行线性均衡处理后、直接解调，然后再进行含比特对数似然比处理、候选符号向量列表及最大似然处理在内的译码处理，最后对译码处理后的数据进行解调处理后、发送；从而实现其发明目的。因此，本发明的接收方法包括：

步骤A.下变频：对接收到的发射信号进行下变频处理，得到基带时域的模拟信号；

步骤B.A/D转换：对步骤A处理后的模拟信号进行采样，得到基带时域的数字信号；

步骤C.去循环前缀处理：对步骤B采样所得时域数据信号进行去循环前缀处理，以去除各数据块前面的前缀、得到时域数据块向量；

步骤D.FFT处理：对步骤C去除循环前缀后的数据信号中各数据块进行FFT变换处理，将其转变为频域数据信号及导引块向量；

步骤E.信道估计：步骤D所得导引块向量经过信道估计处理得到该信道的频率响应信号；

步骤F.线性均衡：由步骤D直接输入的频域数据块向量与步骤E所得频率响应信号一并通过线性均衡处理、以消除信道的不利影响，得到发送的时域数据串；

步骤G.解调处理：对步骤F所得时域数据串经过解调，得到发送信息比特的初始数据；

步骤H.译码处理：

步骤H1.根据步骤G得到的初始数据，确定其比特对数似然比；

步骤H2.利用步骤H1得到的比特对数似然比，构建候选符号向量列表；

步骤H3.对列表里的候选向量进行最大似然处理，得时域信号；

步骤I.解调处理：对步骤H3所得时域信号进行解调，将其还原为发送时的信息比特后、输出。

在步骤I中所述对时域信号进行解调，解调方式采用与信号调制一致的QPSK(正交相移键控)技术解调。

本发明通过在接收端进行线性均衡处理后、直接解调，然后再进行含比特对数似然比处理、候选符号向量列表及最大似然处理在内的译码处理，最后对译码处理后的数据进行解调处理后、发送；从而确保不失真地还原出发送信号；本发明误码率仅为背景技术的15-50％，而与接近MLD性能、但复杂度较高的SD(球形译码)技术相当，并可提高性能增益5dB左右；因而，本发明具有在相同的频谱效率的条件下、通信系统接收处理复杂度低，SC-FDE系统的性能得显著改善，大幅度降低了误码率，有效提高了通信的质量、可靠性及传输的效率等特点。

附图说明

图1是传统单纯采用线性均衡的单载波系统工作流程示意图(方框图)：

其中，发射流程：1.调制处理，2.添加循环前缀，3.D/A转换，4.上变频处理；接收流程：5.是下变频处理，6.A/D转换，7.是去循环前缀处理，8.FFT变换，9.信道估计，10.线性均衡处理，11.IFFT变换，12.解调处理。

图2是本发明单载波无线通信系统接收流程示意图(方框图)；

其中，发射机部分与背景技术相同；接收流程：A.下变频处理，B.是A/D转换，C.去循环前缀，D.FFT变换，E.信道估计，F.线性均衡处理，G.解调处理，H.译码处理，I.解调处理；

图3为本发明具体实施方式与传统采用ZF均衡技术、MMSE均衡的单载波SC-FDE系统接收技术及SD(球形译码)技术在cost207TUx6信道下仿真运行的性能对比示意图(坐标图)。

具体实施方式

本实施方式发射方法(流程)与背景技术相同，即为：

步骤1.信号调制：拟发射的信源比特经调制处理，得到调制信号向量、即发送时域数据块向量d＝[d₁，d₂，…，d_M]^T，其中，上标“[]^T”表示矩阵的转置，M表示每帧时域数据块的长度；本实施例调制方式采用QPSK，每帧时域数据块的长度M＝16；

步骤2.插入循环前缀：经过步骤1调制后的时域数据块向量d经插入循环前缀处理，将时域数据块后面N_g个数据复制到前面、形成前缀，得到新的数据块：

\tilde{d} = {[d_{- N_{g} + 1}, \cdot \cdot \cdot {, d}_{0}, d_{1}, d_{2}, \cdot \cdot \cdot, d_{M}]}^{T},

其中，

为数据块中的循环前缀部分，本实施例循环前缀的长度为N_g＝3；

步骤3.数模(D/A)转换：含循环前缀的数据块

经D/A转换得到基带模拟信号

步骤4.上变频：将基带模拟信号

通过上变频处理、将信号变换为适合在信道上传输的信号d(t)发送出去；

本实施方式接收流程(步骤)：

步骤A.下变频：接收信号经下变频处理，得到时域的模拟信号

步骤B.模数(A/D)转换：接收向量

经A/D转换得到长度为N+N_g的采样数据块：

\overset{&RightArrow;}{r} (n) = {[r_{- N_{g} + 1}, \cdot \cdot \cdot, r_{0}, r_{1}, r_{2}, \cdot \cdot \cdot, r_{M}]}^{T}

步骤C.去循环前缀：由步骤B所得数据块、经去循环前缀处理，得到单载波接收时域数据块向量：

r(n)＝[r₁，r₂，…，r_M]^T；

步骤D.FFT变换：单载波接收时域数据块向量r(n)经M点FFT转换到频域，得到单载波接收频域数据块向量及导引块向量；

步骤E.信道估计：步骤D得到的导引块向量经过信道估计处理得到该信道的频率响应信号Λ：Λ＝diag{Λ[1]，Λ[2]，…，Λ[M]}为对角线元素为{Λ[1]，Λ[2]，…，Λ[M]}的M×M对角矩阵，而{Λ[1]，Λ[2]，…，Λ[M]}为信道时域冲激响应的M点FFT变换；系统等效为：

R = Q_{M} r (n) = {ΛQ}_{M} \hat{d} + Z,

其中：Q_M为M点的FFT矩阵，第p行q列的元素p＝1，…，M，q＝1，…，M，Z为加性高斯白噪声矢量的M点FFT变换，

步骤F.线性均衡：由步骤D得到的频域数据块向量与步骤E得到的频率响应信号，通过线性均衡处理以消除信道的不利影响，得到发送的时域数据串的估计值：

\hat{x} = {[{\hat{x}}_{1}, {\hat{x}}_{2}, \cdot \cdot \cdot, {\hat{x}}_{M}]}^{T} = WR

其中：W＝[H^HH+α²I]^-1 H^H为信道线性均衡矩阵，上标“[]^H，[]^-1”表示矩阵的共轭转置和逆，H＝ΛQ_M，I为M阶的单位矩阵，α＝0是ZF检测器，α²＝N₀(N₀是噪声功率)是MMSE检测器；

步骤G.解调处理：初始的符号估计

经过解调处理进行硬判，得到用户发送信息的初始比特估计

步骤H.译码处理：具体的检测步骤如下：

步骤H1.对步骤G得到的初始比特估计

计算其比特对数似然比(Log-LikelihoodRatio，LLR)；产生一个长度为Mp的对数似然向量：

\hat{c} = [c_{11}, c_{12}, \cdot \cdot \cdot, c_{1 p}, c_{21}, \cdot \cdot \cdot, c_{i, k}, \cdot \cdot \cdot c_{Mp}]

其中1≤i≤M，1≤k≤p，p为每个调制符号包含的比特数，

表示

中第i个传输符号的第k个比特d_i，k的LLR；当M足够大(M大于等于8)且采用线性均衡，c_i，k可以简化为：

其中a_n∈Q表示a_n取星座符号集中的元素，表示线性均衡后第i层信号受到的干扰和噪声方差，w_i表示均衡矩阵W的第i行，h_j为H的第j列；

步骤H2.利用发射比特的软信息

构建一个可靠的候选符号向量列表Ψ；具体步骤如下：首先定义∏为中P个绝对值最小的元素对应比特的索引号集，即如果i∈∏、则对于所有的

有

然后根据此定义可以建立候选符号向量列表Ψ：

其中M(b′)表示对比特流b′进行解调，

表示在二元有限域上，与字符串的汉明距离不大于P的字符串集合；换言之，对于源信息的初始比特估计

中的元素，如果

则第i位比特(元素)保持不变；如果i∈∏，则第i位比特(元素)不确定，可能为0或1；所有可能的比特组合通过调制得到

的可靠的候选符号向量列表Ψ；

步骤H3.对列表Ψ里的候选向量进行最大似然求解，得发送数据块向量：

{\hat{d}}_{Chase} = \arg \min_{\hat{d} &Element; ψ} {| | R - {ΛQ}_{M} \hat{d} | |}_{F}^{2};

步骤I.信号解调：将发送数据块向量进行解调处理、还原为发送时的信息比特后、输出，本实施例解调方式采用QPSK解调。

图3为本实施方式与基于线性均衡的单载波系统在SISO下的性能比较，其中信道为标准的cost207TUx6信道，最大多普勒频移为200Hz，每帧时域数据块的长度M＝16。仿真表明在SNR＝20dB时，使用ZF均衡的单载波系统误码率为0.0133，使用MMSE均衡的单载波系统误码率为0.0044，而本实施方式误码率仅为0.0020，与接近MLD性能的SD(球形译码)相当；在误比特率＝3×10^-3下，本实施方式与线性均衡技术相比，有5dB性能增益。

Claims

1.一种单载波无线通信系统中的接收处理方法，包括；

步骤H.译码处理：

步骤H1.根据步骤G得到的初始数据，确定其比特对数似然比；

2.按权利要求1所述单载波无线通信系统中的接收处理方法，其特征在于步骤I中所述的解调方式采用QPSK技术解调。