CN102185804B - 一种应用于扩频通信系统的信号检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于扩频通信系统的信号检测方法，它是根据不同信道的特性在接收端将接收信号划分为若干个子序列或子矩阵，通过提取每一子序列或子矩阵的发射数据和导引值并分别求均值的方法得到每一子序列或子矩阵的发射数据估计值和信道估计值，再利用均衡处理的方法得到每一子序列或子矩阵的发射数据估计值，将所有子序列或子矩阵的发射数据估计值求均值之后，便得到了相干与非相干联合检测的结果。本发明具有广泛的应用范围、适合多种信道、改善了系统误码率性能等特点，有着广阔的市场应用前景。

Description

一种应用于扩频通信系统的信号检测方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，特别涉及应用于扩频通信系统的信号检测方法和技术。 
背景技术
无线信道的时域、频域选择性衰落特性会严重影响传输信号之间的相干性。如果信道具有时域选择性衰落特性，信道特性只在相干时间之内没有明显的变化。同样，如果信道具有频域选择性衰落特性，信号带宽许小于相干带宽，否则传输的信号会发生明显的选择性衰落。以二维扩频通信系统为例，该系统将发送数据分别在时域和频域上进行了扩频，现在主要的一种二维扩频通信系统发射机模型如图2所示，如果采用如图4所示的导引映射方式，其中黑色部分代表信号的扩频码片，白色部分代表导引的扩频码片，则扩频矩阵如图5所示，其中α表示时域扩频码，β表示频域扩频码，发射数据为b，导引的值为1。在某些信道下，扩频矩阵的大小会超过相干时间或相干带宽，在这种情况下，扩频矩阵中会包含彼此不相干的扩频信号，如果对这些扩频信号进行相同的检测方法，会出现误差。 
现有的扩频检测方式分为相干检测和非相干检测两种。相干检测要求接收端进行信道估计以获得相干参考信号，它的缺点在于，在衰落比较严重的环境中，信道估计往往准确性不能得到保证，而且硬件实现比较复杂，成本较高；非相干检测中应用比较广泛的一种方法是差分编码检测。与相干检测的方法相比，非相干检测不需要进行信道估计，可以进一步简化接收机的设计，同时不存在信道估计不准确所带来的误差，所以在衰落比较严重的环境下，其检测性能要优于相干检测。非相干检测的缺点在于，当环境为频率选择性信道时，其检测性能会大大降低。如何同时解决信道的频率选择性问题和严重衰落信道下的信道估计问题，目前未见文献报道。 
发明内容
本发明提供的是一种应用于扩频通信系统的相干与非相干联合信号检测方法。具体来说，包括以下内容： 
1.一种应用于扩频通信系统的信号检测方法，在系统接收端的射频接收基带后且解扩前包括： 
步骤1：确定信道的相干时间和相干带宽，进而将接收到的扩频信号划分成多个子序列 非相干信号检测性能下降的缺陷，提升了原有非相干检测的性能。 
步骤2：在每一子序列或子矩阵内，分别对发射数据和导引进行解扩； 
步骤3：在每一子序列或子矩阵内，将解扩后的导引值取共轭，再与解扩后发射数据相乘，得到该子序列或子矩阵的发射数据符号估计值，进而完成该子序列或子矩阵内的相干信号检测； 
步骤4：将所有子序列或子矩阵得到的发射数据符号估计值取均值，得到最后的发射数据符号估计值，进而完成子序列或子矩阵间的非相干信号检测； 
步骤5：根据最后得到的发射数据符号估计值进行判决，得到原始信息比特的估计值。 
其中步骤1中确定信道的相干时间和相干带宽的方法包括以下步骤： 
步骤a：由接收机做同步处理得到衰落信道的最大多径时延τmax、最大多普勒频移fd； 
步骤b：根据数据符号时间Ts和步骤a得到的信道参数fd，确定系统的相干时间T＝min(Ts，Tc)，其中Tc为信道的相干时间，依据经验关系 
Figure BSA00000485263100021
确定，根据信道信息等因素调整相干时间Tc的确定公式，对本发明的子序列或子矩阵划分方法不构成影响； 
步骤c：根据信号带宽Bs和步骤a得到的信道参数τmax，确定系统的相干带宽B＝min(Bs，Bc)，其中Bc代表信道的相干带宽，并由公式 
Figure BSA00000485263100022
确定，根据信道信息等因素调整相干时间Bc的确定公式，对本发明的子序列或子矩阵划分方法不构成影响； 
发明效果 
采用相干与非相干联合信号检测的方式，继承了现有相干检测方法中通过导引估计信道参数的方法，并首次提出了根据信道的相干性将接收信号划分子序列或子矩阵的方法，使得每个子序列或子矩阵内的信道参数估计更加准确，提升了原有相干检测的性能；同时联合了现有非相干信号检测的思想，通过划分子序列或子矩阵，克服了在选择性信道环境下，非相干信号检测性能下降的缺陷，提升了原有非相干检测的性能。 
本发明首次提出了同时采用相干信号检测与非相干信号检测的方法，通过划分子序列或 非相干信号检测性能下降的缺陷，提升了原有非相干检测的性能。 
本发明首次提出了同时采用相干信号检测与非相干信号检测的方法，通过划分子序列(子矩阵)分别对两种方法进行了性能的提升，并结合了相干检测和非相干检测的优点，克服了二者在性能上的不足，是一种性能更佳的新的信号检测方法。 
附图说明
图1示出的是相干与相干联合信号检测的算法流程图； 
图2示出的是现在主要的一种二维扩频通信系统发射机模型； 
图3示出的是二维扩频矩阵的生成过程； 
图4示出的是二维导引映射方式； 
图5示出的是一种采用二维导引映射后二维扩频矩阵的可能情况； 
图6示出的是二维扩频矩阵的子矩阵划分示意图； 
图7示出的是本发明应用在二维扩频通信系统中的接收机模型； 
具体实施方式
由于二维扩频同时涵盖了时域、频域上的扩频，而一维扩频可以看成特殊的二维扩频，如时域扩频可以看成频域扩频因子为1的二维扩频，频域扩频可以看成时域扩频因子为1的二维扩频，所以下面以二维扩频为例来阐述本发明。 
本例中频域扩频因子Nf=2048，时域扩频因子Nt=2048，接收端已知接收信号的传输带宽Bs为20M HZ。假设衰落信道的最大多径时延τmax的数值大小为5×10-6，最大多普勒频移fd的数值为35。采用IDFT和DFT的快速算法IFFT和FFT，添加保护时隙的方式为添加循环前缀，采用二维导引映射方式。 
本发明的接收机部分组成： 
如图7所示，接收机包括了接收天线模块9、接收端射频处理模块10、同步模块11、去保护时隙模块12、傅里叶变换模块13、二维扩频矩阵生成器模块14、二维扩频矩阵对应码片相乘处理模块15、相干与联合检测模块16以及判决模块18。其中框图17所包含的模块是本发明接收部分的创新内容。
由接收机同步处理得到衰落信道的最大多径时延τmax、最大多普勒频移fd；依据经验关系 
Figure BSA00000485263100041
确定信道的相干时间Tc；假设N为接收数据的频域扩频码长，M为接收数据的时域扩频码长，进而二维扩频矩阵的大小为M×N，Bs是接收信号的传输带宽，则每一个时域扩频码片持续的时间长度Tofdm可由公式 
Figure BSA00000485263100042
确定；令Ts为每一个扩频符号传输所需时间，则它可由公式 
Figure BSA00000485263100043
确定；令T为系统的相干时间，则它可由公式T＝min(Ts，Tc)可以确定；令Bc代表信道的相干带宽，则它可由公式 
Figure BSA00000485263100044
确定；令B为系统的相干带宽，则它可由公式B＝min(Bs，Bc)确定； 
根据公式 
Figure BSA00000485263100045
得到给定系统中的相干子载波个数P，其中符号 
Figure BSA00000485263100046
表示向下取整数；根据公式 
Figure BSA00000485263100047
得到给定系统中的时域相干码片个数Q；按照相干子载波个数P和时域相干码片个数Q，将大小为M×N的二维扩频矩阵划分为I*J个P×Q维的子矩阵，维数I、J分别通过公式 
Figure BSA00000485263100048
得到，符号 
Figure BSA000004852631000410
表示上去整数； 
带入数值，算得P为23，Q为104，为了达到平均划分的目的，将子矩阵的大小由23×104调整至16×32，这样二维扩频矩阵就被平均划分成8192个大小为16×32的子矩阵。 
步骤2恢复原二维扩频矩阵 
通过二维扩频(2DSS)矩阵发生器模块生成与发端得到的二维扩频矩阵相同的二维扩频矩阵；二维扩频矩阵发生器模块如图3所示，包括乘法器模块，DS扩频单元、DMC扩频单元、时域扩频码α＝(a1，a2…an…a2048)、频域扩频码βm，n(m＝1…2048，n＝1…2048)； 
具体生成步骤： 
首先，将固定数据“1”和时域扩频码α相乘完成时域扩频，得到时域扩频结果1·α＝(a1，a2…an…a2048)； 
然后，将每一个时域扩频结果αn复制到DMC扩频单元中的各个扩频支路上，每一个时域扩频结果与复制到的扩频支路上对应的频域扩频码βm，n相乘，完成频域扩频，得到二维扩频矩阵C=(C1，n，C2，n…Cm，n…C2048，n)T，其中Cm，n=(α1βm,1，α2βm,2…αnβm，n…α2048βm，2048)T，m=1…2048，n=1…2048； 
步骤3对每一子矩阵内进行数据符号估计 
将解扩后的导引值取共轭，再与解扩后发射数据相乘，得到该子矩阵的发射数据符号估计值，进而完成该子矩阵内的相干信号检测； 
步骤4对整个二维扩频矩阵进行数据符号估计 
将所有子矩阵得到的发射数据符号估计值取均值，得到最后的发射数据符号估计值，进而完成子矩阵间的非相干信号检测； 
步骤5判决 
根据得到的发射数据符号估计值进行判决，得到原始信息比特的估计值。

Claims (1)

1.一种应用于扩频通信系统的信号检测方法，其特点在于采用了相干检测与非相干检测相结合的联合检测方法，包括以下步骤：
步骤1：确定信道的相干时间和相干带宽，将接收到的基带扩频信号划分成多个子序列或子矩阵，使得每个划分后的子序列或子矩阵满足：时间长度小于相干时间，频域跨度小于相干带宽；
步骤2：在每一子序列或子矩阵内，分别对发射数据和导引进行解扩；
步骤3：在每一子序列或子矩阵内，将解扩后的导引值取共轭，再与解扩后发射数据相乘，得到该子序列或子矩阵的发射数据符号估计值，进而完成该子序列或子矩阵内的相干信号检测；
步骤4：将所有子序列或子矩阵得到的发射数据符号估计值取均值，得到最后的发射数据符号估计值，进而完成子序列或子矩阵的非相干信号检测；
步骤5：根据得到的发射数据符号估计值进行判决，得到原始信息比特的估计值；
其中步骤1中确定的相干时间和相干带宽的方法包括以下步骤：
步骤a：由接收机做同步处理得到衰落信道的最大多径时延τmax、最大多普勒频移fd；
步骤b：根据扩频符号传输所需的时间Ts和步骤a得到的信道参数fd，确定系统相干时间T=min(Ts，Tc)，其中Tc为信道的相干时间；
步骤c：根据接收信号的传输带宽Bs和步骤a得到的信道参数τmax，确定系统的相干带宽B=min(Bs，Bc)，其中Bc代表信道的相干带宽，并有公式
Figure FSB0000114743520000011
确定。
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