CN102158460A - 一种Per-tone均衡器的设计方法及实现装置 - Google Patents

一种Per-tone均衡器的设计方法及实现装置 Download PDF

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CN102158460A CN2011101360053A CN201110136005A CN102158460A CN 102158460 A CN102158460 A CN 102158460A CN 2011101360053 A CN2011101360053 A CN 2011101360053A CN 201110136005 A CN201110136005 A CN 201110136005A CN 102158460 A CN102158460 A CN 102158460A
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黄爱苹
王坚
宋靖
李静
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Abstract

本发明公开了一种Per-tone均衡器的设计方法及实现装置。本发明的方法分为均衡器抽头数目分配和均衡器抽头最优系数获取两步，从而避免了遍历搜索V-PTEQ均衡器最优系数导致的高复杂度；其实现装置包括均衡器抽头数目分配子装置和均衡器抽头最优系数获取子装置。本发明以信道条件为依据，为每个发送天线的每个子载波分配不等的均衡器抽头数目，使采用SV-PTEQ均衡器的系统的性能优于采用PTEQ均衡器的系统。

Description

一种Per-tone均衡器的设计方法及实现装置
技术领域
本发明涉及通信领域，特别涉及MIMO-OFDM系统中Per-tone均衡器的一种低复杂度设计方法及实现装置。
背景技术
多输入多输出正交频分复用（Multi-Input Multi-Output Orthogonal Frequency Division Multiplexing，MIMO-OFDM）系统兼具OFDM技术的高速率、高频谱利用率和低接收机复杂度等优点和MIMO技术提高系统容量的效果。当系统中循环前缀（Cyclic Prefix, CP）的长度不足以完全消除多径传播导致的符号间干扰（Inter Symbol Interference，ISI）和载波间干扰（Inter Carrier Interference，ICI）时，残余的干扰使系统误码率上升。
Per-tone（逐个子载波）均衡是针对性技术，即在系统接收机中每个子载波上加入一个均衡器，在频域对信号进行均衡处理，消除因CP不足引起的干扰，从而降低系统的误码率。Per-tone均衡器的最优系数是根据信道估计的结果求取得到的。
现有文献中给出的Per-tone均衡器设计（即，均衡器抽头系数求取）方法主要有两种。一种是规定所有子载波上的均衡器的抽头数目相等（以下简称“等长”），然后计算接收的导频经均衡器后的输出和发送的导频之间的误差，使这个误差的均方值最小，即得到基于最小均方误差（MMSE）准则的Per-tone均衡器系数。另一种是规定各个子载波的均衡器抽头数目可以不等且可随时间改变（以下简称“抽头数可变”），固定均衡器抽头总数，采用遍历搜索的方法，遍历每种均衡器抽头数目分配方案，基于MMSE准则求出在该分配方案下的Per-tone均衡器系数，然后计算系统采用所设计得到的均衡器后能够达到的性能，选用其中使得系统性能最优的一个均衡器抽头数目分配方案及该方案下均衡器的系数。
在对现有技术进行分析后，发明人发现：等长的Per-tone均衡器（以下简称PTEQ，Per-tone equalizer）不适用于MIMO-OFDM系统，因为各天线对的各子载波之间所经历的信道条件是不同的，信道条件较好的子载波只需要抽头数目较少的均衡器就可以达到理想的性能，而信道条件较差的子载波则需要抽头数目较多的均衡器才能保证传输质量要求；用遍历搜索法设计抽头数可变Per-tone均衡器（以下简称V-PTEQ, Variable length Per-tone Equalizer）也难以应用于MIMO-OFDM系统，因为无线信道每次变化都要求系统产生与当前信道相匹配的一组均衡器抽头系数，而频繁地用遍历的方法来得到均衡器系数会导致设计复杂度过高，难以在接收机中实现。
发明内容
本发明提供抽头数可变的Per-tone均衡器的一种低复杂度设计方法及装置，用这种方法设计得出的抽头数可变的Per-tone均衡器简称为SV-PTEQ均衡器，其中S表示“设计简单”。本发明方法可用于MIMO-OFDM系统接收机中，作为其中的一个模块，用其设计得出的SV-PTEQ均衡器能有效降低系统因CP不足导致的干扰，从而提高系统性能，且采用该设计方法使系统的实现复杂度较低。本发明方法也可用于多输入单输出OFDM系统（MISO-OFDM系统）、单输入多输出OFDM系统（SIMO-OFDM系统）、单输入单输出OFDM系统（SISO-OFDM系统）即普通的OFDM系统中，因为这三种系统都是MIMO-OFDM系统的简化特例。
本发明通过以下技术方案来实现。（1）均衡器抽头数目分配：进行信道估计，得到信道信息，结合系统参数，得到各发送天线上各子载波的平均信干噪比，根据平均信干噪比将均衡器抽头总数分配到各发送天线的各子载波上。（2）均衡器抽头最优系数获取：对每一个子载波，根据分配到的抽头数目，得到均衡器抽头最优系数；逐个子载波进行，直到求出所有子载波上的均衡器的全部抽头系数。
本发明的有益效果为：
（1）本发明提供的低复杂度设计方法以信道条件为依据，为每个发送天线的每个子载波分配不等的均衡器抽头数目，使采用SV-PTEQ均衡器的系统的性能优于采用PTEQ均衡器的系统。
（2）本发明提供的低复杂度设计方法分为“均衡器抽头数目分配”和“均衡器抽头最优系数获取”两步，从而避免了遍历搜索V-PTEQ均衡器最优系数导致的高复杂度。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中所述的采用SV-PTEQ均衡器的MIMO-OFDM系统示意图；
图2是本发明具体实施方式中提供的SV-PTEQ均衡器设计方法的流程图；
图3是本发明具体实施方式中提供的得到各发送天线各子载波的抽头数目的流程图；
图4是本发明具体实施方式中提供的SV-PTEQ均衡器抽头数目分配和最优系数获取装置示意图；
图5是在多个信噪比条件下采用抽头总数相同的PTEQ均衡器和SV-PTEQ均衡器时的系统性能曲线；
图6是在多个均衡器抽头总数条件下采用PTEQ均衡器和SV-PTEQ均衡器时的系统性能曲线。
具体实施方式
本发明方法设计出的SV-PTEQ均衡器在MIMO-OFDM系统中的应用方式如图1所示。具体包括：
发送端110：
第k个OFDM符号时间间隔内， N个输入数据经串并变换，调制到N个并行的子载波上，再经反向快速傅里叶变换（IFFT）、加CP、并串变换，最后在第p个发送天线上发送出去。其中，发送天线序号                                                
Figure 754390DEST_PATH_IMAGE001
，P是发送天线总数。
在第k个OFDM符号时间间隔内，
Figure 930156DEST_PATH_IMAGE002
个发送天线的第n个子载波上要发送的频域数据记为
Figure 730753DEST_PATH_IMAGE002
维的列向量
Figure 830427DEST_PATH_IMAGE003
，其中子载波序号
Figure 32870DEST_PATH_IMAGE004
。则在时刻q（
Figure 885198DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 360042DEST_PATH_IMAGE006
，v为CP长度）发送的维时域数据列向量为
Figure 133405DEST_PATH_IMAGE007
                                                  (1)
其每个元素的功率谱密度记为
Figure 461094DEST_PATH_IMAGE008
。当
Figure 33021DEST_PATH_IMAGE009
是导频时记为
Figure 474497DEST_PATH_IMAGE010
。
多径衰落信道120：
第p（
Figure 651532DEST_PATH_IMAGE001
）个发送天线到第m（
Figure 150122DEST_PATH_IMAGE011
，M为接收天线总数）个接收天线之间的信道冲激响应记为向量。其中，L是路径数目，路径序号，
Figure 361420DEST_PATH_IMAGE014
是第p个发送天线到第m个接收天线之间第l条路径上的信道冲激响应。
接收端130：
在q时刻MIMO-OFDM系统接收天线处的时域接收信号向量为
Figure 30911DEST_PATH_IMAGE015
                                                              (2)
其中，
Figure 515113DEST_PATH_IMAGE016
为
Figure 485343DEST_PATH_IMAGE017
维时域接收信号列向量，其元素为来自
Figure 309074DEST_PATH_IMAGE017
个天线的接收信号，当是导频时记为；为均值为
Figure 760073DEST_PATH_IMAGE020
（M维全零列向量）、方差为
Figure 711980DEST_PATH_IMAGE021
的
Figure 357725DEST_PATH_IMAGE017
维时域噪声列向量，表示转置运算；
Figure 281130DEST_PATH_IMAGE023
则为
Figure 653205DEST_PATH_IMAGE024
维信道冲激响应矩阵，
                                            (3)
图1所示的MIMO-OFDM系统频域接收信号可用公式表示为
                      (4)
式中，
Figure 302602DEST_PATH_IMAGE027
表示共轭转置运算；左侧
Figure 845579DEST_PATH_IMAGE028
为第m个接收天线接收到的第k个频域OFDM符号中来自第p个发送天线的部分，它是一个N维的列向量，其N个元素对应于第m个接收天线的N个子载波；右侧（不同于式（1）中的
Figure 683533DEST_PATH_IMAGE002
维的列向量
Figure 440136DEST_PATH_IMAGE003
）为第p个发送天线发送的第k个频域OFDM符号，它是一个N维的列向量，其N个元素对应于第p个发送天线的N个子载波。式(4)右侧第一项为信号分量；第二项为ICI分量，当CP长度不足时存在；第三项为ISI分量，当CP长度不足时存在；第四项
Figure 167396DEST_PATH_IMAGE030
为第p个发送天线与第m个接收天线间的第k个OFDM符号期间的噪声的频域表达，是一个N维高斯白噪声列向量，其各个元素均值为零，方差为
Figure 822500DEST_PATH_IMAGE031
。式(4)中，F为
Figure 280026DEST_PATH_IMAGE032
维快速傅里叶变换（FFT）矩阵，信道信息矩阵
Figure 907447DEST_PATH_IMAGE033
，      (5)
ICI干扰矩阵
Figure 792227DEST_PATH_IMAGE034
，        (6)
ISI干扰矩阵
Figure 872309DEST_PATH_IMAGE035
。            (7)
信道估计131：接收导频
Figure 943646DEST_PATH_IMAGE018
经过信道估计，得到信道冲激响应估值矩阵
Figure 674842DEST_PATH_IMAGE036
和噪声方差
Figure 481255DEST_PATH_IMAGE037
。信道估计可以用现有的方法。这里，是q时刻P个发送天线上的发送导频
Figure 910279DEST_PATH_IMAGE010
经有噪多径信道到达M个接收天线处的接收导频，与
Figure 738875DEST_PATH_IMAGE010
满足式(2)关系；
Figure 876374DEST_PATH_IMAGE038
中的每个元素均为式(3)的
Figure 964547DEST_PATH_IMAGE023
中的对应元素的估值。
均衡器抽头数分配与系数获取132：根据接收导频
Figure 670335DEST_PATH_IMAGE018
、已知的发送导频
Figure 818551DEST_PATH_IMAGE010
、信道冲激响应估值矩阵
Figure 609789DEST_PATH_IMAGE036
和噪声方差，经过本发明提供的均衡器设计（抽头数目分配和最优系数获取）方法/实现装置得到SV-PTEQ均衡器最优系数
Figure 61947DEST_PATH_IMAGE039
（均衡器抽头序号
Figure 706031DEST_PATH_IMAGE040
，子载波序号
Figure 469719DEST_PATH_IMAGE041
，发送天线序号）。
滑动FFT133：接收数据去除CP，经过滑动FFT（Sliding FFT）。滑动FFT的方法为本领域的工程人员所熟知。
Per-tone均衡与分集合并134：滑动FFT输出的数据经过SV-PTEQ均衡器。均衡的目的是尽可能消除式(4)中的ICI分量和ISI分量。均衡后的数据进行分集合并，所得
Figure 580074DEST_PATH_IMAGE002
维频域数据向量
Figure 584939DEST_PATH_IMAGE042
Figure 898240DEST_PATH_IMAGE043
就是发送端频域数据向量的估值。
Figure 663863DEST_PATH_IMAGE044
是同步时延，由同步模块提供。同步可用现有的方法。
本发明提供的SV-PTEQ均衡器设计方法，即图1中的均衡器抽头数分配与系数获取132，参见图2，该方法包括均衡器抽头数目分配和最优系数获取两步：
210：第一步，均衡器抽头数目分配，包括：
211： 根据输入的信道冲激响应估值矩阵
Figure 590362DEST_PATH_IMAGE038
Figure 390959DEST_PATH_IMAGE045
及其长度L、子载波个数（快速傅里叶变换点数）N、CP的长度v、发送天线数P、接收天线数M，按式(5)构建信道信息估值矩阵，按式(6)构建ICI干扰估值矩阵
Figure 552130DEST_PATH_IMAGE047
，按式(7)构建ISI干扰估值矩阵
Figure 898798DEST_PATH_IMAGE048
，构建快速傅里叶变换矩阵F；
212：根据所述的信道信息估值矩阵
Figure 121444DEST_PATH_IMAGE046
、ICI干扰估值矩阵
Figure 211760DEST_PATH_IMAGE047
、ISI干扰估值矩阵
Figure 268709DEST_PATH_IMAGE048
、快速傅里叶变换矩阵F、信号的功率谱密度
Figure 271431DEST_PATH_IMAGE008
和噪声方差
Figure 233571DEST_PATH_IMAGE037
，得到各发送天线上各子载波的平均信干噪比的估值
Figure 612731DEST_PATH_IMAGE049
，，；
假设发送的频域OFDM符号之间相互独立，即
Figure 409895DEST_PATH_IMAGE052
                                                (8)
式中，
Figure 842013DEST_PATH_IMAGE053
表示求期望运算。则由式(4)可得第p个发送天线第n个子载波数据在接收端均衡前的平均信干噪比的估值
Figure 545658DEST_PATH_IMAGE054
  (9)
其中，
Figure 889232DEST_PATH_IMAGE056
表示取矩阵的第n行，
Figure 935161DEST_PATH_IMAGE057
，
Figure 758891DEST_PATH_IMAGE058
。
213：根据输入的抽头总数
Figure 789164DEST_PATH_IMAGE059
、每一个均衡器的最大抽头数目和各发送天线上各子载波的平均信干噪比的估值
Figure 285316DEST_PATH_IMAGE049
，得到各发送天线上各个子载波的抽头数目
Figure 212820DEST_PATH_IMAGE061
，使得信道条件较好的子载波（平均信干噪比较大）的抽头数目较少，而信道条件较差的子载波的抽头数目较多，且每个发送天线的每个子载波至少分到1个抽头。
220：第二步，均衡器抽头最优系数获取，包括：
221：根据同步时延
Figure 161797DEST_PATH_IMAGE044
、噪声方差
Figure 807542DEST_PATH_IMAGE031
和噪声的独立同分布假定，得到发送导频
Figure 932624DEST_PATH_IMAGE010
的滑动FFT，输出P维的频域列向量
Figure 730947DEST_PATH_IMAGE062
                           (10)
和噪声自相关矩阵
Figure 103023DEST_PATH_IMAGE063
。
再对接收导频做滑动FFT，输出M维的频域列向量
                              (11)
222：逐个得到P个发送天线的N个子载波的均衡器抽头最优系数向量
Figure 814736DEST_PATH_IMAGE039
，
Figure 108446DEST_PATH_IMAGE065
。其中，
Figure 276253DEST_PATH_IMAGE039
是使下式中均方误差最小的那一个向量
Figure 195667DEST_PATH_IMAGE066
，
Figure 703003DEST_PATH_IMAGE067
                                     (12)
式中，
Figure 416881DEST_PATH_IMAGE068
为向量的第p行；
Figure 566330DEST_PATH_IMAGE070
是用抽头系数为的均衡器均衡后恢复出来的δ时刻第p个发送天线第n个子载波上的导频，即
Figure 78531DEST_PATH_IMAGE071
。                                (13)
得到的均衡器抽头最优系数向量
Figure 407881DEST_PATH_IMAGE039
为M维行向量，均衡器抽头序号
Figure 419831DEST_PATH_IMAGE040
，子载波序号
Figure 695567DEST_PATH_IMAGE041
，发送天线序号。
下面详细叙述得到各发送天线各子载波的抽头数目的方法：
本发明提供的得到各发送天线各子载波的抽头数目即图2中步骤213的流程见图3，该方法包括：
310：初始化迭代序号c=0，根据系统设定的均衡器抽头总数
Figure 584205DEST_PATH_IMAGE059
，先为每个发送天线的N个子载波各分配一个抽头，即
Figure 383534DEST_PATH_IMAGE072
，因此剩余的抽头数目
Figure 719969DEST_PATH_IMAGE073
。
320：更新迭代序号c=c+1，按各发送天线的各个子载波的倒数大小的比例，将
Figure 63542DEST_PATH_IMAGE075
分配到各个发送天线的各个子载波，但每个子载波上均衡器抽头数目不超过系统设定的每一个均衡器的最大抽头数目
Figure 414365DEST_PATH_IMAGE060
，
           (14)
式中，表示向下取整，
Figure 872656DEST_PATH_IMAGE078
为包括所有均衡器抽头数目已达到最大值（即）的子载波的集合。得到剩余的抽头数目
Figure 324814DEST_PATH_IMAGE080
                                                (15)
330：判断
Figure 893199DEST_PATH_IMAGE081
是否成立，其中|·|表示求集合的基数，即集合中元素的数量。如果不成立，则返回320所示的步骤，继续循环迭代；如果成立则跳出循环，进行340所示步骤。
340：给
Figure 919536DEST_PATH_IMAGE082
（集合
Figure 864358DEST_PATH_IMAGE078
的补集）中平均信干噪比较小的子载波各加一个抽头，
Figure 29892DEST_PATH_IMAGE083
               (16)
若同为最小平均信干噪比的子载波数目大于剩余的抽头数目，可随机地给其中
Figure 847806DEST_PATH_IMAGE084
个子载波各加一个抽头。最后输出每个发送天线的每个子载波的抽头数目
Figure 348058DEST_PATH_IMAGE085
                                  (17)
以上所述本发明的均衡器抽头数目分配和最优系数获取方法是通过如图4所示装置实现的，具体包括：
均衡器抽头数目分配子装置410，包括：
矩阵构建模块411：根据输入的信道冲激响应估值矩阵
Figure 116610DEST_PATH_IMAGE045
及其长度L、子载波个数（快速傅里叶变换点数）N、CP长度v、发送天线数P、接收天线数M，构建信道信息估值矩阵
Figure 836917DEST_PATH_IMAGE046
、ICI干扰估值矩阵
Figure 575197DEST_PATH_IMAGE086
、ISI干扰估值矩阵
Figure 674871DEST_PATH_IMAGE087
和快速傅里叶变换矩阵
Figure 64264DEST_PATH_IMAGE088
；
子载波信干噪比获取模块412：根据所述的信道信息估值矩阵
Figure 161665DEST_PATH_IMAGE046
、ICI干扰估值矩阵
Figure 446628DEST_PATH_IMAGE086
、ISI干扰估值矩阵
Figure 271364DEST_PATH_IMAGE087
、快速傅里叶变换矩阵
Figure 265996DEST_PATH_IMAGE088
、信号的功率谱密度和噪声方差
Figure 558755DEST_PATH_IMAGE037
，得到各发送天线上各子载波的平均信干噪比的估值
Figure 231DEST_PATH_IMAGE049
，
Figure 846440DEST_PATH_IMAGE050
，
Figure 347960DEST_PATH_IMAGE089
；
抽头数分配模块413：根据系统设定的抽头总数
Figure 610445DEST_PATH_IMAGE059
、系统设定的每一个均衡器的最大抽头数目
Figure 776984DEST_PATH_IMAGE060
和所述的各发送天线上各子载波的平均信干噪比的估值
Figure 746208DEST_PATH_IMAGE049
，得到各发送天线上各个子载波的抽头数
Figure 605580DEST_PATH_IMAGE090
；
均衡器抽头最优系数获取子装置420，包括：
相关矩阵构建模块421：根据已知的发送导频
Figure 24535DEST_PATH_IMAGE010
、接收导频、同步时延、噪声方差
Figure 114348DEST_PATH_IMAGE037
和对噪声的独立同分布假定，得到发送导频的滑动FFT输出
Figure 85846DEST_PATH_IMAGE069
、接收导频的滑动FFT输出
Figure 344920DEST_PATH_IMAGE091
和噪声自相关矩阵
Figure 538004DEST_PATH_IMAGE063
；
均衡器最优系数获取模块422：根据输入的发送导频的滑动FFT输出
Figure 510419DEST_PATH_IMAGE069
、接收导频的滑动FFT输出
Figure 969213DEST_PATH_IMAGE091
、噪声自相关矩阵、快速傅里叶变换矩阵
Figure 79569DEST_PATH_IMAGE088
和各发送天线的各个子载波的抽头数，得到各发送天线的各个子载波的均衡器抽头最优系数向量
Figure 397734DEST_PATH_IMAGE039
，
Figure 261261DEST_PATH_IMAGE041
，
Figure 163358DEST_PATH_IMAGE001
。
下面具体详细地论述用本发明方法或装置产生的SV-PTEQ均衡器的优良性能：
因为以各发送天线各个子载波的信道条件的相对优劣为依据进行均衡器抽头数目的合理分配，采用本发明方法设计出的SV-PTEQ均衡器的系统的性能优于采用PTEQ均衡器的系统。这一有益效果可以通过对采用PTEQ均衡器或SV-PTEQ均衡器的MIMO-OFDM系统分别进行仿真，考察比较系统的误符号率（SER）来证实。
取MIMO-OFDM系统的发送天线数目P=2，接收天线数目M=2。采用IEEE 802.11a标准中规定的系统参数，即子载波数N=64，CP长度v=16，各子载波上的数据均采用QPSK调制。理想信道估计，无纠错编码。接收端有128个均衡器，对应于发送端发送的PN=2×64=128路频域数据。采用PTEQ均衡器的MIMO-OFDM系统中各发送天线各子载波上均衡器抽头数目均取为T=12或T=20，即均衡器抽头总数T budget=TPN=1536或2560。相应地，采用SV-PTEQ均衡器的MIMO-OFDM系统中也取T budget=1536或2560，使两个系统的均衡处理复杂度相同。
仿真采用28径瑞利慢衰落信道，各径能量呈指数递减，最后一径能量为第一径能量的1%。每次仿真都随机地、独立地生成信道、数据及噪声。每次仿真发送100个OFDM符号。
分别采用上述两种均衡器以及无均衡（即只有为消除信道的影响而进行的一阶频域均衡）时MIMO-OFDM系统的SER性能曲线由500次蒙特卡罗仿真的结果进行平均得到，见图5。由图可见，采用这两种均衡器都可以提高系统的SER性能，而采用SV-PTEQ均衡器的系统的SER性能要优于采用PTEQ均衡器的系统。
再给定信噪比SNR=15dB或25dB，比较在不同均衡器抽头总数时采用两种均衡器导致的系统SER性能。图6给出500次蒙特卡罗仿真结果的平均。图中，横坐标所示T budget为均衡器抽头总数。PTEQ均衡器的每个子载波上抽头数目按T=T budget/PN确定。由图可见，当T budget=PN=128，即各子载波上均衡器只有一个抽头时，系统的SER性能与无均衡（即只有为消除信道的影响而进行的一阶频域均衡）时相同，这是因为两种均衡算法的抽头数目分布相同，都只做了一阶的频域均衡。而随着T budget的增加，采用SV-PTEQ均衡器的系统的性能逐渐好于采用PTEQ均衡器的系统，T budget越大，SV-PTEQ均衡器相比于PTEQ均衡器的性能增益就越大，这证明了抽头数目按实际信道条件分配可以提高系统性能。
本发明方法或装置的低复杂度特性通过与现有方法的比较来体现：
因为将均衡器抽头数目分配与最优系数获取分为先后独立完成的两步，均衡器抽头最优系数获取只需进行一次，本发明方法或装置的复杂度比遍历搜索V-PTEQ均衡器最优系数的复杂度大大降低。这一有益效果可以通过与PTEQ或V-PTEQ的设计复杂度比较来验证。
由于V-PTEQ均衡器在MIMO-OFDM系统中的设计复杂度太高而难以实用，故我们给出在SISO-OFDM系统中三种均衡器的设计复杂度如下。求取PTEQ均衡器系数所需的计算量为
Figure 457067DEST_PATH_IMAGE093
                                               (18)
式中Q是递归次数，约为100。
V-PTEQ均衡器的抽头数目分配和最优系数获取需要联合地遍历试凑，其计算量至少是PTEQ均衡器系数计算量的
Figure 624874DEST_PATH_IMAGE059
倍，即为
                                          (19)
SV-PTEQ均衡器设计的计算量为均衡器抽头数目分配的计算量与最优系数获取的计算量之和。均衡器抽头数目分配这一步需要得到各发送天线各个子载波的信干噪比的估值，所用的公式见(9)式，各发送天线各个子载波的信干噪比估值需构建得到
Figure 51624DEST_PATH_IMAGE095
、
Figure 765503DEST_PATH_IMAGE096
和FC m,p FH，共需要进行5N次快速傅里叶变换，计算量为
Figure 620939DEST_PATH_IMAGE097
。抽头数目分配这一步（图3中的320）的循环迭代的计算量不大，忽略不计。均衡器最优系数获取的计算量与PTEQ均衡器的相近。因此，SV-PTEQ均衡器设计的计算量约为
Figure 78465DEST_PATH_IMAGE098
                            (20)
明显低于V-PTEQ均衡器设计的计算量。
本发明提出的设计方法和实现装置可以应用于MIMO-OFDM系统中，也可用于SIMO-OFDM系统、MISO-OFDM系统和SISO-OFDM系统（即普通的OFDM系统）中；使用所得的SV-PTEQ均衡器的系统的性能优于使用PTEQ均衡器的系统，而SV-PTEQ均衡器设计方法和实现装置的复杂度低于V-PTEQ均衡器的设计复杂度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种抽头数可变的Per-tone均衡器的低复杂度设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）均衡器抽头数目分配：构建信道信息估值矩阵                                                
Figure 492993DEST_PATH_IMAGE001
、ICI干扰估值矩阵
Figure 2011101360053100001DEST_PATH_IMAGE002
、ISI干扰估值矩阵
Figure 285499DEST_PATH_IMAGE003
和快速傅里叶变换矩阵F；根据输入的信号功率谱密度
Figure 2011101360053100001DEST_PATH_IMAGE004
和噪声方差、所述的信道信息估值矩阵
Figure 145931DEST_PATH_IMAGE001
、ICI干扰估值矩阵
Figure 22621DEST_PATH_IMAGE002
、ISI干扰估值矩阵
Figure 658132DEST_PATH_IMAGE003
和快速傅里叶变换矩阵F，得到各发送天线上各子载波的平均信干噪比的估值，
Figure 862849DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 2011101360053100001DEST_PATH_IMAGE008
；再根据系统设定的抽头总数
Figure 957623DEST_PATH_IMAGE009
、系统设定的每一个均衡器的最大抽头数目和所述的各发送天线上各子载波的平均信干噪比的估值
Figure 501868DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 370598DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 937977DEST_PATH_IMAGE008
，得到各发送天线上各子载波的抽头数目
Figure 737305DEST_PATH_IMAGE011
；
（2）均衡器抽头最优系数获取：根据同步时延
Figure 2011101360053100001DEST_PATH_IMAGE012
、噪声方差
Figure 946176DEST_PATH_IMAGE013
和噪声的独立同分布假定，得到发送导频的滑动FFT输出向量
Figure 2011101360053100001DEST_PATH_IMAGE014
和噪声自相关矩阵
Figure 251387DEST_PATH_IMAGE015
，对接收导频做滑动FFT，得到输出向量
Figure 2011101360053100001DEST_PATH_IMAGE016
；根据输出向量
Figure 430696DEST_PATH_IMAGE014
、输出向量
Figure 705819DEST_PATH_IMAGE016
、噪声自相关矩阵
Figure 221727DEST_PATH_IMAGE015
、快速傅里叶变换矩阵F和各发送天线上各子载波的抽头数目
Figure 369942DEST_PATH_IMAGE011
，用最小均方误差法得到各发送天线各子载波的均衡器抽头最优系数向量
Figure 161181DEST_PATH_IMAGE017
，
Figure 2011101360053100001DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure 928411DEST_PATH_IMAGE019
。
2.根据权利要求1所述抽头数可变的Per-tone均衡器的低复杂度设计方法，其特征在于，所述根据系统设定抽头总数
Figure 488705DEST_PATH_IMAGE009
、系统设定的每一个均衡器的最大抽头数目
Figure 70472DEST_PATH_IMAGE010
和所述的各发送天线上各子载波的平均信干噪比的估值
Figure 83427DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 778982DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 193783DEST_PATH_IMAGE008
，得到各发送天线上各子载波的抽头数目
Figure 949380DEST_PATH_IMAGE011
具体包括如下步骤：
（A）初始化迭代序号c=0，根据所述的均衡器抽头总数
Figure 449632DEST_PATH_IMAGE009
，先为每个发送天线的N个子载波各分配一个抽头，即
Figure 2011101360053100001DEST_PATH_IMAGE020
，因此剩余的抽头数目
Figure 745615DEST_PATH_IMAGE021
；
（B）更新迭代序号c=c+1，按各发送天线的各个子载波的
Figure 28304DEST_PATH_IMAGE006
倒数大小的比例，将分配到各个发送天线的各个子载波，但每个子载波上均衡器抽头数目不超过系统设定的每一个均衡器的最大抽头数目
Figure 17120DEST_PATH_IMAGE010
；然后得到剩余的抽头数目
Figure 4667DEST_PATH_IMAGE023
；
（C）比较剩余的抽头数目
Figure 42025DEST_PATH_IMAGE023
和抽头数目小于
Figure 2011101360053100001DEST_PATH_IMAGE024
的子载波数目，如果前者大于后者，则继续上一步所示的迭代；如果前者不大于后者，则进行下一步操作；
（D）抽头数目小于
Figure 978888DEST_PATH_IMAGE024
的子载波中平均信干噪比的估值较小的
Figure 325555DEST_PATH_IMAGE023
个子载波各加一个抽头，若同为最小平均信干噪比的子载波数目大于剩余的抽头数目则随机地给其中
Figure 548202DEST_PATH_IMAGE023
个子载波各加一个抽头；最后输出每个发送天线的每个子载波的抽头数目。
3.一种权利要求1所述抽头数可变的Per-tone均衡器的低复杂度设计方法的实现装置，其特征在于，包括均衡器抽头数目分配子装置和与其相连的均衡器抽头最优系数获取子装置；
其中，所述均衡器抽头数目分配子装置包括：
一矩阵构建模块：根据输入的信道冲激响应估值矩阵
Figure 820100DEST_PATH_IMAGE025
及其长度L、子载波个数（快速傅里叶变换点数）N、CP长度v、发送天线数P、接收天线数M，构建信道信息估值矩阵、ICI干扰估值矩阵、ISI干扰估值矩阵
Figure 226439DEST_PATH_IMAGE003
和快速傅里叶变换矩阵F；
一子载波信干噪比获取模块：连接矩阵构建模块，根据所述的信道信息估值矩阵
Figure 403474DEST_PATH_IMAGE001
、ICI干扰估值矩阵
Figure 764048DEST_PATH_IMAGE002
、ISI干扰估值矩阵
Figure 23603DEST_PATH_IMAGE003
、快速傅里叶变换矩阵、信号的功率谱密度
Figure 2011101360053100001DEST_PATH_IMAGE028
和噪声方差
Figure 972416DEST_PATH_IMAGE005
，得到各发送天线上各子载波的平均信干噪比的估值
Figure 831787DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 253673DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 299602DEST_PATH_IMAGE008
；和
一抽头数目分配模块：连接子载波信干噪比获取模块，根据所述的系统设定的抽头总数
Figure 372600DEST_PATH_IMAGE009
、系统设定的每一个均衡器的最大抽头数目
Figure 153605DEST_PATH_IMAGE010
和各发送天线上各子载波的平均信干噪比的估值
Figure 312054DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 836707DEST_PATH_IMAGE007
，，得到各发送天线上各子载波的抽头数目
Figure 716119DEST_PATH_IMAGE011
；
所述均衡器抽头最优系数获取子装置包括：
一相关矩阵构建模块：根据输入的发送导频
Figure 361864DEST_PATH_IMAGE029
、接收导频
Figure 2011101360053100001DEST_PATH_IMAGE030
、同步时延、噪声方差，得到发送导频的滑动FFT输出
Figure 490352DEST_PATH_IMAGE014
、接收导频的滑动FFT输出
Figure 374125DEST_PATH_IMAGE016
和噪声自相关矩阵
Figure 489849DEST_PATH_IMAGE015
；和
一均衡器最优系数获取模块：连接相关矩阵构建模块、矩阵构建模块和抽头数目分配模块，根据输入的发送导频的滑动FFT输出、接收导频的滑动FFT输出
Figure 685655DEST_PATH_IMAGE016
、噪声自相关矩阵
Figure 788216DEST_PATH_IMAGE015
、快速傅里叶变换矩阵
Figure 707630DEST_PATH_IMAGE027
和各发送天线的各个子载波的抽头数，得到各发送天线上各个子载波的均衡器抽头最优系数，
Figure 787210DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure 182419DEST_PATH_IMAGE019
。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017036301A1 (en) * 2015-08-31 2017-03-09 Huawei Technologies Co., Ltd. Method and apparatus for low complexity isi estimation using sparse discontinuous time-domain pilots

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Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C04 Withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Open date: 20110817