CN102820934A - 一种改进的mrc检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改进的MRC检测方法，该方法其主要思想在于在检测中调整接收信号幅度，使得调整后的各接收径信号中的噪声能量相等；其通过在传统的MRC检测方法中引入加权因子，以补偿接收天线之间射频链路噪声和增益的不平衡，使得最终的分集径的噪声能量相等，以获得相对于原始的MRC检测更好的检测性能。

Description

一种改进的MRC检测方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种改进的MRC检测方法。

背景技术

在单输入多输出(Single Input Multiple Outputs，SIMO)的系统中，接收端存在多个接收径。在这种系统中，可以使用诸如最大比合并(Maximal Ratio Combing，MRC)等接收分集技术以在无线衰落信道中获得空间分集增益。众所周知，MRC是在合并后信号的信噪比意义上最优的合并技术。因为其在研究和应用中的重要性，MRC成了很多科研论文中的研究热点，也成了最新的通信系统(如IEEE WiMAX、3GPP LTE等)中使用的技术。

在现有的研究中，接收径之间的噪声和增益都是假设相等的。但是，像LTE等实际系统中，每个接收径都使用不同的射频链路，如果不同射频链路的射频模块的规格不同，射频链路产生的噪声是不同的；而且不同的天线之间受到的外界干扰程度可能也是不同的，这就造成了接收径之间的噪声的不平衡。另外，实际系统中每根接收径使用独立的AGC模块来控制输入到AGC模块的信号幅度，由于接收径无线信道是独立随机衰落的，因此，接收径之间的增益也是不平衡的。以往的文献中在研究MRC接收机时都是假设接收径之间的噪声和增益是相等的，这种假设在很大程度上简化了问题，产生了很多有意义的成果，但是如果噪声和增益不平衡的问题没有得到很好的处理，将使得检测性能有很大的下降。传统的方法中，接收径之间的噪声和增益假设相等，没有考虑到实际系统中可能存在的噪声和增益不平衡的问题。这样的检测方法会导致检测性能的下降。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种改进的MRC检测方法，该方法考虑了接收径之间噪声和增益不平衡。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

一种改进的MRC检测方法，其内容为：在传统的MRC检测方法中引入加权因子w_i，以补偿接收天线之间射频链路噪声和增益的不平衡；检测信号为

其中i＝1，2，…，Nr-1，Nr表示接收天线的数目；G_i表示第i根接收天线射频链路增益和第0根接收天线射频链路增益的比值；考虑了接收天线的射频链路的增益后，接收信号表示为

其中

表示考虑射频链路增益的信道响应，

表示考虑了射频链路增益的噪声向量，w_i＝(G_ia_i)^-1，定义a₀＝1，G₀＝1，

表示第i根接收天线上独立的噪声能量。

作为本发明的一种优选方案，Nr表示一根接收天线的接收时隙数目；G_i表示接收时隙i和接收时隙0之间增益的比值；

表示接收时隙i上独立的噪声能量。

作为本发明的另一种优选方案，Nr表示一根接收天线的接收频率数目；G_i表示接收频率i和接收频率0之间增益的比值；

表示接收频率i上独立的噪声能量。

本发明的有益效果在于：本发明所述的改进的MRC检测方法考虑到了接收径之间噪声和增益不平衡，相对于传统的MRC检测方法获得较大的性能增益，提高了检测性能。

附图说明

图1为本发明所述的改进的MRC检测方法的流程示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种改进型的最大比合并(Maximal Ratio Combing，MRC)检测方法，该方法考虑了接收径之间噪声的不平衡和接收径增益的不平衡的问题。在实际系统中，各个接收径使用独立的射频模块，如果射频模块的原件的规格不同，其产生的噪声是不同的；而且不同的接收径也可能受到不同程度的干扰，这就导致了接收径之间噪声的不平衡。同时，由于在实际系统中各个接收径使用独立的自动增益控制(Automatic Gain Control，AGC)模块，以提供给后面的模拟数字转换器(Analog to Digital Converter，ADC)一个固定幅度的信号，但是由于信道衰落的独立性，导致接收径之间增益的不平衡。另外由于AGC控制的非理想性，导致ADC的量化噪声也是不平衡的。接收径之间噪声和增益的不平衡如果在信号检测时不能处理得当，就会严重影响到检测性能。本发明中提出的改进的MRC检测方法考虑到了这些因素，提出的检测方法相对于传统的MRC检测方法获得较大的性能增益，提高了检测性能。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

实施例一

本发明要解决的问题是，在考虑到接收径之间噪声和增益的不平衡时，如何设计MRC检测方法，使得检测性能相对于传统没有考虑到这个问题时的MRC检测方法有明显的增益。基于该问题，本发明提出一种改进的MRC检测方法，如图1所示。本实施例中接收端使用空间(天线)分集来进行说明。假设接收端有Nr根接收天线，每根接收天线使用独立的射频链路。接收信号可以表示为：

r＝hx+n                        (1)

其中r和n分别是Nr×1的接收信号向量和噪声向量，x是发送的调制星座点复数信号，h＝[h₀，h₁，…，h_Nr-1]是信道响应向量，其第i个元素h_i代表第i根接收天线和发射天线之间的信道，收信号向量r＝[r₀，r₁，…，r_Nr-1]每个元素的实部和虚部是独立同分布的，且为零均值，单位方差的高斯变量。噪声向量n＝[n₀，n₁，…，n_Nr-1]的元素是独立零均值变量，方差可以表示为

是第i根天线上的噪声和第0根天线上的噪声方差的比值。

为了描述接收天线之间的增益不平衡，引入变量G_i，i＝1，2，…，Nr-1，表示第i根接收天线射频链路增益(包括AGC)和第0根接收天线射频链路增益的比值。在考虑了接收天线的射频链路的增益后，相应的信号可以表示为

$\tilde{r}=\tilde{h}x+\tilde{n}---\left(2\right)$

其中

表示考虑射频链路增益的信道响应，

表示考虑了射频链路增益的噪声向量，x表示发送端发送的信号。

本实施例提出一种改进的MRC检测方法，就该方法在传统的MRC检测方法中引入加权因子，以补偿接收天线之间射频链路噪声和增益的不平衡。定义变量a₀＝1，G₀＝1，检测信号可以表示为

$\tilde{x}=\underset{i=0}{\overset{\mathrm{Nr}-1}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i{G}_i{h}_i^{*}{r}_i---\left(3\right)$

其中加权因子通过下式计算

w_i＝(G_ia_i)^-1，i＝0，1，…，Nr-1                          (4)

表示第i根接收天线上独立的噪声能量。通过加权，使得最后在进行检测时，所有天线的噪声能量相等，也就是平衡了各个天线之间的噪声能量。

本发明可以应用在使用接收分集技术的通信系统中，如3GPP LTE (LTE-A)，IEEE WiMAX等。接收分集可以是空间分集，也可以是时间分集或者频域分集。

本发明在考虑了分集径之间噪声，增益不平衡的情况下，设计有效地MRC检测方法，可以提高检测性能。

本发明提出一种改进的MRC检测方法，其主要思想在于在检测中调整接收信号幅度，使得调整后的各接收径信号中的噪声能量相等。其通过对原始的MRC检测方法进行加权，使得最终的分集径的噪声能量相等，以获得相对于原始的MRC检测更好的检测性能。

实施例二

本实施例提供一种改进的MRC检测方法，假设接收机使用两根接收天线进行信号接收，为了表示接收天线0和接收天线1之间的增益不同，引入变量G_i，代表接收天线1和接收天线0之间增益的比值。接收信号可以表示为

r＝hx+n                    (5)

其中r＝[r₀，r₁]^T，h＝[h₀，G₁h₁]^T，n＝[n₀，G₁n₁]^T分别表示两根接收天线的接收信号、考虑了射频链路增益的信道向量以及考虑了射频链路增益的噪声向量。两根接收天线上独立的噪声能量分别为

和且其关系为

检测信号可以表示为

$\tilde{x}=\underset{i=0}{\overset{1}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i{G}_i{h}_i^{*}{r}_i---\left(6\right)$

其中w₀＝1，w₁＝(G₁a₁)^-1。

实施例三

本实施例提供一种改进的MRC检测方法，假设接收机使用一根接收天线进行信号接收，为了表示接收时隙0和接收时隙1之间的增益不同，引入变量G_i，代表接收时隙1和接收时隙0之间增益的比值。接收信号可以表示为

r＝hx+n                              (7)

其中r＝[r₀，r₁]^T，h＝[h₀，G₁h₁]^T，n＝[n₀，G₁n₁]^T分别表示两个接收时隙接收天线的接收信号、考虑了射频链路增益的信道向量以及考虑了射频链路增益的噪声向量。两个接收时隙上独立的噪声能量分别为

和且其关系为

检测信号可以表示为

$\tilde{x}=\underset{i=0}{\overset{1}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i{G}_i{h}_i^{*}{r}_i---\left(8\right)$

其中w₀＝1，w₁＝(G₁a₁)^-1。

实施例四

本实施例提供一种改进的MRC检测方法，假设接收机使用一根接收天线进行信号接收，为了表示接收频率0和接收频率1之间的增益不同，引入变量G₁，代表接收频率1和接收频率0之间增益的比值。接收信号可以表示为

r＝hx+n                       (9)

其中r＝[r₀，r₁]^T，h＝[h₀，G₁h₁]^T，n＝[n₀，G₁n₁]^T分别表示两个接收频率上接收天线的接收信号、考虑了射频链路增益的信道向量以及考虑了射频链路增益的噪声向量。两个接收频率上独立的噪声能量分别为和

且其关系为

检测信号可以表示为

$\tilde{x}=\underset{i=0}{\overset{1}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i{G}_i{h}_i^{*}{r}_i---\left(10\right)$

其中w₀＝1，w₁＝(G₁a₁)^-1。

本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其他形式、结构、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件来实现。

Claims (3)

1.一种改进的MRC检测方法，其特征在于：在传统的MRC检测方法中引入加权因子w_i，以补偿接收天线之间射频链路噪声和增益的不平衡；检测信号为

其中i＝1，2，…，Nr-1，Nr表示接收天线的数目；G_i表示第i根接收天线射频链路增益和第0根接收天线射频链路增益的比值；考虑了接收天线的射频链路的增益后，接收信号表示为

其中

表示考虑射频链路增益的信道响应，表示考虑了射频链路增益的噪声向量，w_i＝(G_ia_i)^-1，定义a₀＝1，G₀＝1，

表示第i根接收天线上独立的噪声能量。

2.根据权利要求1所述的改进的MRC检测方法，其特征在于：Nr表示一根接收天线的接收时隙数目；G_i表示接收时隙i和接收时隙0之间增益的比值；

表示接收时隙i上独立的噪声能量。

3.根据权利要求1所述的改进的MRC检测方法，其特征在于：Nr表示一根接收天线的接收频率数目；G_i表示接收频率i和接收频率0之间增益的比值；

表示接收频率i上独立的噪声能量。