CN103139111A - 一种ofdm系统中的低复杂度信号检测方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种OFDM系统中的低复杂度信号检测方法和设备。该方法包括：确定待检测载波k，其中，k是待检测载波的编号；根据待检测载波k的能量分布，确定相邻载波个数L，其中，待检测载波k泄漏到从第k-L个载波到第k+L个载波这组相邻载波上的归一化能量达到预定阈值；根据相邻载波个数L，从频域信道矩阵H中，截取待检测载波k的部分频域信道矩阵H_k，部分频域信道矩阵H_k由第k-L个载波到第k+L个载波相关的频域列向量组成；利用部分频域信道矩阵H_k计算待检测载波k的检测子，利用该检测子计算待检测载波k上的检测结果；返回确定待检测载波的步骤，直至所有载波上的符号全部被检测出。应用本发明能降低信号检测复杂度。

Description

一种OFDM系统中的低复杂度信号检测方法和设备

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种OFDM系统中的低复杂度信号检测方法和设备。

背景技术

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)是一种多载波调制技术。该种调制技术通过将信道分割成N个相互正交的子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，将低速子数据流调制到每个子信道并进行传输。由于子载波的频谱相互交叠，所以OFDM技术具有较高的频谱利用率。OFDM技术不仅具有较高的频谱利用率，而且具有较强的对抗多径传播的能力、较高的传输速率，可满足新一代移动通信抗多径传播、传输速率高达100Mbit/s甚至更高等方面的要求。OFDM技术作为主要的物理层传输技术被未来无线宽带系统，如3GPPLTE、IEEE 802.16m所采用。

本质上，OFDM技术较高的传输速率等能力来源于将频域信道转换成一组并行的窄带频域通道，即子载波，通过采用这种并行的相互正交的子载波来有效传输高速率的数据。然而保证子载波之间的正交性是有条件的，当信道非时变，且收端理想定时、理想信道估计前提下，通过在OFDM符号间插入循环前缀可保证子信道间的正交性，而且插入循环前缀可很好的对抗符号间干扰，实现抗多径传播。在此情况下，对子载波符号的检测可通过简单相关方法，如相关窗的方法。但在实际的应用场景中，由于终端本身高速移动(如终端处于行驶的动车或其它高速运动的装置中)，或反射物的高速移动，传输信道快速时变导致多普勒频率扩展，子信道的正交性遭到破坏，从而影响收端信号检测算法的性能。实际系统中，为了提高信号检测质量，通常采用高复杂度的信号检测技术，但高复杂度的检测技术提高了检测时间，增加了终端功耗，也不利于当今低碳经济的要求。

目前，时变信道下OFDM系统中信号检测方法包括以下几种：

预编码方法，也叫加窗、多项式干扰抵消编码，这类方法的主要思想是将同一个符号利用一定的映射图案调制在几个相邻的子载波上。

时域和频域最小均方误差(MMSE)检测方法，该方法的主要思想是通过时域或频域信道响应矩阵一次性计算出所有子载波符号。

整体MMSE串行干扰抵消方法，即MMSE-SIC方法。该方法的主要思想是利用频域信道响应矩阵对所有载波符号进行一次性检测，从已检测符号中选择出信干噪比最大的子载波符号作为已测子载波，该已测子载波记为第k号子载波，利用串行干扰抵消算法更新接收符号向量，并将频域信道矩阵上第k列所有元素全部置零，以新接收符号向量和频域信道矩阵对其它未测子载波进行检测。

可见，现有时变信道下OFDM系统中的信号检测方法具有以下缺点：

预编码方法通过将同一个符号利用一定的算法调制到几个相邻的子载波上，频率利用率不高，有效性低，容量小。

时域和频域MMSE检测方法需要对整个OFDM块内信道矩阵求逆运算，对于N个子载波，该种检测算法的复杂度为O(N³)。而且由于该种方法未进行串行干扰抵消，一次性检测出所有子载波符号，可靠性差。

MMSE-SIC方法，虽然在信道时变时比其他信号检测方法具有较好的性能。但对于有N个子载波的OFDM符号，该种算法需要进行N次N阶MMSE检测子的求逆运算，因此复杂度高，为O(N⁴)。

因此，有必要提供一种时变信道下OFDM系统中的低复杂度信号检测方法，以便降低信号检测的复杂度，并提高信号检测的准确性和频谱利用率。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种OFDM系统中的低复杂度信号检测方法和设备，以降低信号检测复杂度。

本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种OFDM系统中的低复杂度信号检测方法，该方法包括：

确定待检测载波k，其中，k是待检测载波的编号；

根据待检测载波k的能量分布，确定相邻载波个数L，其中，待检测载波k泄漏到从第k-L个载波到第k+L个载波这组相邻载波上的归一化能量达到预定阈值；

根据相邻载波个数L，从频域信道矩阵H中，截取待检测载波k的部分频域信道矩阵H_k；

利用部分频域信道矩阵H_k计算待检测载波k的检测子，利用该检测子计算待检测载波k上的检测结果；

返回确定待检测载波的步骤，直至所有载波上的符号全部被检测出。

一种OFDM系统中的低复杂度信号检测设备，该检测设备包括待检测载波确定模块、相邻载波个数确定模块、部分频域信道矩阵截取模块和检测结果确定模块；

所述待检测载波确定模块，用于确定待检测载波k，其中，k是待检测载波的编号；

所述相邻载波个数确定模块，用于根据待检测载波k的能量分布，确定相邻载波个数L，其中，待检测载波k泄漏到从第k-L个载波到第k+L个载波这组相邻载波上的归一化能量达到预定阈值；

所述部分频域信道矩阵截取模块，用于根据相邻载波个数L，从频域信道矩阵H中，截取待检测载波k的部分频域信道矩阵H_k；

所述检测结果确定模块，用于利用部分频域信道矩阵H_k计算待检测载波k的检测子，利用该检测子计算待检测载波k上的检测结果。

由上述技术方案可见，本发明根据待检测载波的能量分布，确定相邻载波个数L，根据载波个数L从频域信道矩阵H中截取待检测载波k的部分频域信道矩阵H_k，然后根据部分频域信道矩阵H_k计算检测子，利用该检测子计算待检测载波k上的检测结果，其中，由于在计算检测子时用到的是部分频域信道矩阵H_k，其阶数小于频域信道矩阵H的阶数，因此能够降低信号检测的复杂度。

附图说明

图1是OFDM系统的数字基带信号处理原理图。

图2是OFDM系统中子载波归一化能量分布特性图。

图3是OFDM频域信道矩阵结构特性示意图。

图4是本发明提供的OFDM系统中的低复杂度信号检测方法流程图。

图5是本发明提供的OFDM系统中的低复杂度信号检测的优选流程图。

图6是本发明提供的信号检测设备结构图。

图7是OFDM系统误码率性能随接收信噪比的变化关系第一仿真图。

图8是OFDM系统误码率性能随接收信噪比的变化关系第二仿真图。

具体实施方式

本申请人首先对OFDM系统在时变信道下的载波能量分布特性进行了分析。

图1是OFDM系统的数字基带信号处理原理图。

如图1所示，设一个OFDM块内有N个正交子载波，N点的OFDM频域符号{X₀，X₁，X₂.......X_N-1}经过串并变换后影射到N个正交子载波上，再经过N点的快速傅里叶反变换变换(IFFT变换)，组成N点的OFDM时域符号{x₀，x₁，x₂........x_N-1}，经过并串转换后，在N点OFDM的时域符号前加入循环前缀，通过多径时变信道进行传输，接收端将接收到的时域信号去循环前缀。经过串并转换及快速傅里叶变换(FFT变换)之后，第m个子载波上的符号如下形式

$Y_m=H_{m,m}{X}_m+\underset{n=0,n\≠m}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{H_{m,n}X}_n+W_m---(5-1)$

其中第一项为有用信号，第二项为其它子载波对载波m的干扰，也就是其它子载波泄露到载波m上的能量，第三项为噪声项。

$H_{m,n}=\frac{1}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{k,l}{e}^{-j2\mathrm{\π}(l-k)n/N}{e}^{-j2\mathrm{\πmk}/N},$ $W_m=\frac{1}{\sqrt{N}}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{w}_k{e}^{-j2\mathrm{\πmk}/N}$

其中，h_k，l表示多径时变信道的第l径在采样k时刻的响应值，v表示多径数目，w_k为k时刻的均值为0方差为σ_w ²加性高斯白噪声；

假设信道为广义平稳非相关散射(WSSUS)瑞利衰落信道，其功率谱服从Jake’s模型。那么载波n泄露到载波m上的能量为

E_s为载波n上的接收符号能量，N为载波的总个数，J(·)为第一零阶贝塞尔函数，f_d为最大多普勒频移，T_c＝T_s/N采样符号周期，其中T_s为OFDM块长度，q＝n-m。

则第k个载波泄露到从第k-L个载波到第k+L个载波这组相邻载波上的归一化能量为：

$\frac{{\mathrm{\φ}}_L}{E_s}=\underset{q=-L}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{P}_q$

$=\frac{1}{N^2}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k^{\′}=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\left[J_0\left(2\mathrm{\π}{f}_d(k^{\′}-k)T_c\right)\underset{q=-L}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{-j2\mathrm{\π}(k^{\′}-k)q/N}\right]---(5-3)$

φ_L为第k个载波泄露到从第k-L个载波到第k+L个载波这组相邻载波上的能量，f_dT_s为归一化多普勒频移，根据公式5-3得到的OFDM子载波归一化能量分布特性图如图2所示。

图2是OFDM系统中子载波归一化能量分布特性图。

图2中横坐标表示的是相邻载波数，纵坐标表示的是归一化能量分布的百分值，该图表示与x号载波左右相邻的L个载波所承载的x号载波的能量百分比。

通过图2，我们得到这样的结论：载波上的能量主要分布于其本身及其相邻的几个子载波上，对于某一个载波而言，其受到的干扰主要来自于其相邻的几个载波。

若将公式5-1接收信号写成以下形式

Y＝HX+W    (5-4)

其中，X＝{X₀，X₁，X₂.......X_N-1}^T为N×1的频域发送符号向量，Y＝{Y₀，Y₁，Y₂.......Y_N-1}^T为N×1的频域接收符号向量，W＝{W₀，W₁，W₂.......W_N-1}^T为N×1的频域噪声向量，H为N×N的频域信道响应矩阵。根据前面的结论，即载波上的能量主要分布于其本身及相邻的几个子载波上，可以总结出频域信道矩阵H所具有的特性，即具有主对角占优特性，若对载波进行从0到N-1编号，那么第m号载波受到左右相邻载波的干扰。OFDM频域信道矩阵结构特性示意图如图3所示。

图3是OFDM频域信道矩阵结构特性示意图。

图3中，矩阵中的元素(x，y)的值表示第x号载波的能量泄漏到第y号载波上的值，阴影部分表示矩阵元素值不为0，空白部分表示矩阵元素值为0。

如图3所示，OFDM系统在时变信道下，其频域信道矩阵具有主对角占优特性。

本申请人根据时变信道下，OFDM系统的频域信道矩阵所具有的主对角占优特性，从频域信道矩阵中选取部分频域信道矩阵进行信号检测，从而减小信号检测的复杂度。

图4是本发明提供的OFDM系统中的低复杂度信号检测方法流程图。

如图4所示，该方法包括：

步骤401，确定待检测载波k，其中，k是待检测载波的编号。

步骤402，根据待检测载波k的能量分布，确定相邻载波个数L。

本步骤中，待检测载波k泄漏到从第k-L个载波到第k+L个载波这组相邻载波上的归一化能量达到预定阈值。

步骤403，根据相邻载波个数L，从频域信道矩阵H中，截取待检测载波k的部分频域信道矩阵H_k。

其中，部分频域信道矩阵H_k由第k-L个载波到第k+L个载波相关的频域列向量组成。

具体地，假设有N个载波，频域信道矩阵H为：

$H=\left[\begin{array}{ccccc}{H}_{\mathrm{0,0}}& H_{\mathrm{0,1}}& H_{\mathrm{0,2}}& ...................& H_{0,N-1}\\ H_{\mathrm{1,0}}& H_{\mathrm{1,1}}& H_{\mathrm{1,2}}& ...................& H_{1,N-1}\\ .& .& .& & .\\ .& .& .& & .\\ .& .& .& & .\\ H_{N-\mathrm{1,0}}& H_{N-\mathrm{1,1}}& H_{N-\mathrm{1,2}}& ...................& H_{N-1,N-1}\end{array}\right],$

则截取的H_k为：

$H_k=\left[\begin{array}{ccccc}{H}_{k-L,k-L}& ........& H_{k-L,k}& ........& H_{k-L,k+L}\\ H_{k-L+1,k-L}& .......& H_{k-L+1,k}& ........& H_{k-L+1,k+L}\\ H_{k-L+2,k-L}& .......& H_{k-L+2,k}& .......& H_{k-L+2,k+L}\\ .& .& & .& \\ .& .& & .& \\ .& .& & .& \\ H_{k,k-L}& ...........& H_{k,k}& ..........& H_{k,k+L}\\ .& & .& & .\\ .& & .& & .\\ H_{k+L,k-L}& ........& H_{k+L,k}& .....& H_{k+L,k+L}\end{array}\right].$

步骤404，利用部分频域信道矩阵H_k计算待检测载波k的检测子，利用该检测子计算待检测载波k上的检测结果。

本步骤中，利用检测子计算待检测载波k上的检测结果具体可以包括：

利用检测子计算待检测载波k上的符号输出

对

进行硬判决得到检测结果

步骤405，判断是否所有载波上的符号已全部被检测出，如果是，结束本流程，否则，返回步骤401。

其中，为了进一步降低信号检测的复杂度，在确定待检测载波k时，可以根据未检测载波上的接收符号的信干燥比(SINR)大小确定待检测载波k。具体地，计算未检测载波上的接收符号的信干燥比SINR，将SINR最大的接收符号对应的未检测载波确定为待检测载波k。

在根据待检测载波k的能量分布确定相邻载波个数L时，需要综合考虑待检测载波k泄漏到从第k-L个载波到第k+L个载波这组相邻载波上的归一化能量，以及L值的大小，其中，载波k泄漏到从第k-L个载波到第k+L个载波这组相邻载波上的归一化能量越大，L值一般也越大，相应地，信号检测的复杂度也越大，因此，可以根据信号检测的准确性要求和复杂度要求，设置一个归一化能量阈值，使待检测载波k泄漏到从第k-L个载波到第k+L个载波这组相邻载波上的归一化能量达到该阈值的要求，从而满足信号检测的准确性要求和复杂度要求。

其中，可以根据公式(5-2)和公式(5-3)确定待检测载波k泄漏到从第k-L个载波到第k+L个载波这组相邻载波上的归一化能量。

为了进一步提高信号检测的准确性，还可以在步骤405中，利用已检测载波的检测结果，消除已检测载波对其他未检测载波的接收符号的干扰，然后再返回步骤401，即返回确定待检测载波的步骤。

利用已检测载波的检测结果，消除已检测载波对其他未检测载波的接收符号的干扰具体可以包括：

更新接收符号向量其中，H(：，K)表示频域信道矩阵H的第k列上的所有元素，然后令H(：，K)＝0。

图5是本发明提供的OFDM系统中的低复杂度信号检测的优选流程图。

利用图5所示流程，可以大大降低信号检测复杂度，并且能够保证信号检测的准确性。

如图5所示，该流程包括：

步骤501，计算未检测载波上的接收符号的信干燥比SINR，将SINR最大的接收符号对应的未检测载波确定为待检测载波k。

步骤502，利用部分最小均方误差(PMMSE)检测子检测出待检测载波k上的发射符号

本步骤中，根据频域信道矩阵的主对角占优特性，按照载波归一化能量分布的公式(5-3)，根据对检测复杂度以及性能的要求确定相邻载波数L，从而确定分块后的频域信道矩阵H_k，则第k个子载波的频域信道矩阵的结构特性

Y_k≈H_kX_k+W_k    (5-5)

计算出PMMSE检测子：

$G_k={(H_k^H{H}_k+{\mathrm{\σ}}^2{I}_{K\×K})}^{-1}{H}_k^H---(5-6)$

利用此PMMSE检测子检测符号输出为

${\hat{X}}_k=G_k{Y}_k=G_k{H}_k{X}_k+G_k{W}_k---(5-7)$

步骤503，对符号

进行硬判决得到待检测载波k的发射符号

步骤504，更新接收符号向量

其中H(：，K)表示频域信道矩阵H的第k列上的所有元素；之后将频域信道矩阵H的第k列上的所有元素置0，即H(：，K)＝0。

步骤505，判断所有载波上的符号是否已被全部检测出，如果是，结束本流程，否则，返回步骤501。

图5所示流程中，通过对所有未检测载波的接收符号计算SINR，选取SINR的值最大的接收符号对应的未检测载波作为待检测载波，可以避免对频域信道矩阵进行求逆运算，大大降低了复杂度。

根据本发明提供的信号检测方法，本发明还提供了一种信号检测设备，具体请参见图6。

图6是本发明提供的信号检测设备结构图。

如图6所示，该检测设备包括待检测载波确定模块601、相邻载波个数确定模块602、部分频域信道矩阵截取模块603和检测结果确定模块604。

待检测载波确定模块601，用于确定待检测载波k，其中，k是待检测载波的编号。

相邻载波个数确定模块602，用于根据待检测载波k的能量分布，确定相邻载波个数L，其中，待检测载波k泄漏到从第k-L个载波到第k+L个载波这组相邻载波上的归一化能量达到预定阈值。

部分频域信道矩阵截取模块603，用于根据相邻载波个数L，从频域信道矩阵H中，截取待检测载波k的部分频域信道矩阵H_k。

检测结果确定模块604，用于利用部分频域信道矩阵H_k计算待检测载波k的检测子，利用该检测子计算待检测载波k上的检测结果。

其中的待检测载波确定模块601，用于计算未检测载波上的接收符号的信干燥比SINR，将SINR最大的接收符号对应的未检测载波确定为待检测载波k。

其中的部分频域信道矩阵截取模块603，在频域信道矩阵H为：

$H=\left[\begin{array}{ccccc}{H}_{\mathrm{0,0}}& H_{\mathrm{0,1}}& H_{\mathrm{0,2}}& ...................& H_{0,N-1}\\ H_{\mathrm{1,0}}& H_{\mathrm{1,1}}& H_{\mathrm{1,2}}& ...................& H_{1,N-1}\\ .& .& .& & .\\ .& .& .& & .\\ .& .& .& & .\\ H_{N-\mathrm{1,0}}& H_{N-\mathrm{1,1}}& H_{N-\mathrm{1,2}}& ...................& H_{N-1,N-1}\end{array}\right]$ 时，其中，N为载波总个数，

截取的H_k为：

$H_k=\left[\begin{array}{ccccc}{H}_{k-L,k-L}& ........& H_{k-L,k}& ........& H_{k-L,k+L}\\ H_{k-L+1,k-L}& .......& H_{k-L+1,k}& ........& H_{k-L+1,k+L}\\ H_{k-L+2,k-L}& .......& H_{k-L+2,k}& .......& H_{k-L+2,k+L}\\ .& .& & .& \\ .& .& & .& \\ .& .& & .& \\ H_{k,k-L}& ...........& H_{k,k}& ..........& H_{k,k+L}\\ .& & .& & .\\ .& & .& & .\\ H_{k+L,k-L}& ........& H_{k+L,k}& .....& H_{k+L,k+L}\end{array}\right].$

所述检测设备还可以包括干扰消除模块。

所述干扰消除模块，用于根据所述检测结果确定模块得到的检测结果更新接收符号向量

其中，H(：，K)表示频域信道矩阵H的第k列上的所有元素，然后令H(：，K)＝0。

待检测载波确定模块601，用于根据更新的接收符号向量确定待检测载波k。

本申请人还对本发明的信号检测性能进行了仿真分析，具体请参见图7和图8。

假设OFDM系统具有N＝64个子载波，循环前缀长度为6个采样，数据采用QPSK调制；多径信道设置为2径，第2径与第1径间隔6个采样，且功率与第1径功率相差5dB，两径总功率为1。两条径的信道相互独立，其频谱服从Jakes模型。若采用归一化多普勒频移f_dT_s分别为0.05和0.1，信号传播采用GSM系统900MHz频点时，终端移动速度分别为24km/h和12km/h，该情况下对MMSE、MMSE-SIC与PMMSE-SIC三种信号检测算法进行仿真，并对三种检测算法BER性能随接收信噪比的变化进行分析。

图7是OFDM系统误码率性能随接收信噪比的变化关系第一仿真图。

图7中，归一化多普勒频移f_dT_s＝0.05。

图8是OFDM系统误码率性能随接收信噪比的变化关系第二仿真图。

图8中，归一化多普勒频移f_dT_s＝0.1。

从图7和图8两幅图可以看出，在低SINR范围内三种信号检测算法性能非常接近；而在相对高SINR区域内，例如SNR超过25dB时，本发明的信号检测方法，在图中以PMMSE-SIC标识，其性能明显优于MMSE方法，例如，在BER＝3.0×10^-4，f_dT_s＝0.05，L＝3以及f_dT_s＝0.1，L＝3时，PMMSE-SIC方法相对于MMSE方法的性能增益分别为4dB和6dB。而且，在归一化多普勒频移相对较低时，例如在f_dT_s＝0.05时，PMMSE-SIC方法的性能非常接近MMSE-SIC方法的性能，例如在BER＝10^-4，f_dT_s＝0.05，L＝3,5时，PMMSE-SIC方法相对于MMSE-SIC方法的性能损失仅仅有不到0.4dB和0.3dB。随着归一化多普勒频率的增长，采用MMSE方法和MMSE-SIC方法时，OFDM系统误码率(BER)性能都有所提升。在中低信噪比时，例如在SNR＜26dB时，对于本申请提出的PMMSE-SIC方法也同样存在这种现象。可见，本申请提出的方案是一种较高可靠性的信号检测方法。

从图7和图8还可以看到，PMMSE-SIC方法的BER性能随着所选部分频域信道矩阵中子载波的数目L的变化关系，具体地，当归一化多普勒频移比较小时，例如，当f_dT_s＝0.05时，随着L的增长，BER性能的提高不是很明显。而当归一化多普勒频移比较大时，例如f_dT_s＝0.1时，随着L的增长，BER性能有一定的提高。而越大的L意味着越高的复杂度，从前面的分析可知道PMMSE-SIC方法的复杂度较MMSE-SIC方法的复杂度低。可见，在满足系统性能情况下，本申请提案的方法具有较低的检测复杂度。

总之，本申请提案的PMMSE-SIC方法在检测性能和复杂度上做到了很好的折中，实现了在时变信道下OFDM系统中低复杂度、高性能的要求。

本申请提出的一种在时变信道下OFDM系统中新型信号检测方法具有以下优点：

其一，本申请提案的信号检测技术利用频域信道矩阵主对角占优特性，从频域信道矩阵中取出与被测子载波以及相邻几个子载波相关的频域列向量元素组成子矩阵进行符号检测，在符号检测可靠性和有效性上进行折中，满足符号检测在高可靠性和低复杂度上的要求；

其二，在对频域信道矩阵进行分块大小的确定上，本申请提案的信号检测方法利用频域信道矩阵主对角占优特性，根据载波能量分布的闭式表达式5-3，以及对信号检测复杂度和性能要求，选择相邻载波数L，从而确定检测子载波符号所用频域信道矩阵大小，以分块的频域信道矩阵进行符号检测。

其三，采用PMMSE检测子进行子载波符号检测。检测子利用主对角占优特性，只考虑被测子载波左右相邻几个其它子载波的干扰，无需使用整个频域信道矩阵参与计算，从而在一定程度上降低了符号检测的复杂度。

其四，本申请提案的信号检测方法在每次进行符号检测前，对所有未检测的子载波进行排序，选择信干噪比最好的子载波进行检测。这样不仅可以提高系统的性能，由于无需对频域信道矩阵进行求逆运算，所以也可以简化计算复杂度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (12)

1.一种OFDM系统中的低复杂度信号检测方法，其特征在于，该方法包括：

确定待检测载波k，其中，k是待检测载波的编号；

根据待检测载波k的能量分布，确定相邻载波个数L，其中，待检测载波k泄漏到从第k-L个载波到第k+L个载波这组相邻载波上的归一化能量达到预定阈值；

根据相邻载波个数L，从频域信道矩阵H中，截取待检测载波k的部分频域信道矩阵H_k；

利用部分频域信道矩阵H_k计算待检测载波k的检测子，利用该检测子计算待检测载波k上的检测结果；

返回确定待检测载波的步骤，直至所有载波上的符号全部被检测出。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定待检测载波k包括：

计算未检测载波上的接收符号的信干燥比SINR，将SINR最大的接收符号对应的未检测载波确定为待检测载波k。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述截取待检测载波k的部分频域信道矩阵H_k包括：

假设有N个载波，频域信道矩阵H为：

$H=\left[\begin{array}{ccccc}{H}_{\mathrm{0,0}}& H_{\mathrm{0,1}}& H_{\mathrm{0,2}}& ...................& H_{0,N-1}\\ H_{\mathrm{1,0}}& H_{\mathrm{1,1}}& H_{\mathrm{1,2}}& ...................& H_{1,N-1}\\ .& .& .& & .\\ .& .& .& & .\\ .& .& .& & .\\ H_{N-\mathrm{1,0}}& H_{N-\mathrm{1,1}}& H_{N-\mathrm{1,2}}& ...................& H_{N-1,N-1}\end{array}\right]$

则根据相邻载波个数L截取的H_k为：

$H_k=\left[\begin{array}{ccccc}{H}_{k-L,k-L}& ........& H_{k-L,k}& ........& H_{k-L,k+L}\\ H_{k-L+1,k-L}& .......& H_{k-L+1,k}& ........& H_{k-L+1,k+L}\\ H_{k-L+2,k-L}& .......& H_{k-L+2,k}& .......& H_{k-L+2,k+L}\\ .& .& & .& \\ .& .& & .& \\ .& .& & .& \\ H_{k,k-L}& ...........& H_{k,k}& ..........& H_{k,k+L}\\ .& & .& & .\\ .& & .& & .\\ H_{k+L,k-L}& ........& H_{k+L,k}& .....& H_{k+L,k+L}\end{array}\right].$

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待检测载波k的能量分布为：

其中，P_m，k载波k泄露到载波m上的能量，E_s为载波k上的接收符号能量，N是载波的总个数，J(·)为第一零阶贝塞尔函数，f_d为最大多普勒频移，T_c＝T_s/N采样符号周期，其中T_s为OFDM块长度，q＝k-m。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，待检测载波k泄漏到从第k-L个载波到第k+L个载波这组相邻载波上的归一化能量为：

$\frac{{\mathrm{\φ}}_L}{E_s}=\underset{q=-L}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{P}_q$

$=\frac{1}{N^2}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k^{\′}=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\left[J_0\left(2\mathrm{\π}{f}_d(k^{\′}-k)T_c\right)\underset{q=-L}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{-j2\mathrm{\π}(k^{\′}-k)q/N}\right]---(5-3)$

其中，φ_L为第k个载波泄露到从第k-L个载波到第k+L个载波这组相邻载波上的能量，f_dT_s为归一化多普勒频移。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用部分频域信道矩阵H_k计算待检测载波k的检测子包括：

待检测载波k的检测子

其中，

是部分频域信道矩阵H_k的共轭转置矩阵，σ²是加性高斯白噪声的方差。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在返回确定待检测载波的步骤之前，该方法还包括：

利用已检测载波的检测结果，消除已检测载波对其他未检测载波的接收符号的干扰。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述消除已检测载波对其他未检测载波的接收符号的干扰包括：

更新接收符号向量

然后令H(：，K)＝0，其中，

是待检测载波k的检测结果，H(：，K)表示频域信道矩阵H的第k列上的所有元素。

9.一种OFDM系统中的低复杂度信号检测设备，其特征在于，该检测设备包括待检测载波确定模块、相邻载波个数确定模块、部分频域信道矩阵截取模块和检测结果确定模块；

所述待检测载波确定模块，用于确定待检测载波k，其中，k是待检测载波的编号；

所述相邻载波个数确定模块，用于根据待检测载波k的能量分布，确定相邻载波个数L，其中，待检测载波k泄漏到从第k-L个载波到第k+L个载波这组相邻载波上的归一化能量达到预定阈值；

所述部分频域信道矩阵截取模块，用于根据相邻载波个数L，从频域信道矩阵H中，截取待检测载波k的部分频域信道矩阵H_k；

所述检测结果确定模块，用于利用部分频域信道矩阵H_k计算待检测载波k的检测子，利用该检测子计算待检测载波k上的检测结果。

10.根据权利要求9所述的检测设备，其特征在于，

所述待检测载波确定模块，用于计算未检测载波上的接收符号的信干燥比SINR，将SINR最大的接收符号对应的未检测载波确定为待检测载波k。

11.根据权利要求9所述的检测设备，其特征在于，

所述部分频域信道矩阵截取模块，在频域信道矩阵H为：

$H=\left[\begin{array}{ccccc}{H}_{\mathrm{0,0}}& H_{\mathrm{0,1}}& H_{\mathrm{0,2}}& ...................& H_{0,N-1}\\ H_{\mathrm{1,0}}& H_{\mathrm{1,1}}& H_{\mathrm{1,2}}& ...................& H_{1,N-1}\\ .& .& .& & .\\ .& .& .& & .\\ .& .& .& & .\\ H_{N-\mathrm{1,0}}& H_{N-\mathrm{1,1}}& H_{N-\mathrm{1,2}}& ...................& H_{N-1,N-1}\end{array}\right]$ 时，其中，N为载波总个数，

截取的H_k为：

$H_k=\left[\begin{array}{ccccc}{H}_{k-L,k-L}& ........& H_{k-L,k}& ........& H_{k-L,k+L}\\ H_{k-L+1,k-L}& .......& H_{k-L+1,k}& ........& H_{k-L+1,k+L}\\ H_{k-L+2,k-L}& .......& H_{k-L+2,k}& .......& H_{k-L+2,k+L}\\ .& .& & .& \\ .& .& & .& \\ .& .& & .& \\ H_{k,k-L}& ...........& H_{k,k}& ..........& H_{k,k+L}\\ .& & .& & .\\ .& & .& & .\\ H_{k+L,k-L}& ........& H_{k+L,k}& .....& H_{k+L,k+L}\end{array}\right].$

12.根据权利要求10所述的检测设备，其特征在于，该设备还包括干扰消除模块；

所述干扰消除模块，用于根据所述检测结果确定模块得到的检测结果

更新接收符号向量

其中，H(：，K)表示频域信道矩阵H的第k列上的所有元素，然后令H(：，K)＝0；

所述待检测载波确定模块，用于根据更新的接收符号向量确定待检测载波k。

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